JP6459939B2 - プラント制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラント制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、車両動力プラントであるディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率をそれぞれの目標値に近づけるようにフィードバック制御によって当該プラントの制御入力を決定するフィードバックコントローラと、当該ディーゼルエンジンと当該フィードバックコントローラとを含む閉ループシステムの予測モデルを用いて当該ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の将来値を計算し、計算した将来値とそれらに課せられた制約とに基づいて制御出力の目標値を修正するリファレンスガバナと、を備えるプラント制御装置が開示されている。このプラント制御装置の予測モデルには、閉ループシステムの動特性を「むだ時間＋２次振動（２次遅れ）系」で近似したモデルが使用されている。

特開２０１４−１２７１０１号公報 特開２０１３−１４２３７６号公報 特開２００４−０９４４３７号公報

ところで、上述した「むだ時間＋２次振動（２次遅れ）系」モデルに代表されるようなモデルには、モデル化誤差が含まれることが一般的である。また、このようなモデルを使用した将来予測では、ディーゼルエンジンの機差バラツキやディーゼルエンジンを取り巻く環境変化の影響を受けて実際の応答とのズレが生じる可能性があり、過給圧とＥＧＲ率の制約保障性が低下するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジンとフィードバックコントローラとを含む閉ループシステムのモデルにモデル化誤差等があるような場合においても、リファレンスガバナによるディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の制約保障性を高めることにある。

本発明は、フィードバックコントローラとリファレンスガバナとを備える。フィードバックコントローラは、車両動力プラントであるディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率をそれぞれの目標値に近づけるようにフィードバック制御によって前記ディーゼルエンジンの制御入力を決定するように構成されている。リファレンスガバナは、前記ディーゼルエンジンと前記フィードバックコントローラとを含む閉ループシステムを記述した線形モデルを用い、現在から将来に向かう方向の予測区間に亘って前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の将来値を計算し、計算した将来値を用いて目的関数を最小にする修正目標値を探索し、前記目的関数を最小にする修正目標値を用いて前記フィードバックコントローラに与える過給圧とＥＧＲ率の目標値を修正するように構成されている。
リファレンスガバナは、前記線形モデルを等価的に記述した逆線形モデルを用い、現在から過去に向かう方向の遡及区間であって前記予測区間と等しい区間長の遡及区間に亘って前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の過去値を計算し、計算した過去値と、前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値との差に基づく積算値を前記目的関数に加えるようにも構成されている。前記逆線形モデルを用いた過去値の計算は、前記遡及区間における前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値であって、前記逆線形モデルを用いた過去値の計算の方向とは逆の時間軸方向に位置する実際の過去値を、前記線形モデルの次数に相当する数だけそれぞれ使用して開始される。

本発明によれば、ディーゼルエンジンとフィードバックコントローラとを含む閉ループシステムを記述した線形モデルを等価的に記述した逆線形モデルを使用すると共に、予測区間と等しい区間長の遡及区間における過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値であって、過去値の計算の方向とは逆の時間軸方向に位置する実際の過給圧とＥＧＲ率の過去値を、線形モデルの次数に相当する数だけそれぞれ使用して、ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の過去値を計算できる。また、計算した過去値と、ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値との差に基づく積算値を目的関数に加えることができる。そのため、この目的関数を最小にする修正目標値の探索の精度を高めることができる。従って、リファレンスガバナによるディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の制約保障性を高めることができる。

本実施の形態のプラント制御装置が適用されるシステムの構成を示す図である。 本実施の形態のプラント制御装置が有する目標値追従制御構造を示す図である。 図２に示す目標値追従制御構造を等価変形して得られたフィードフォワード構造である。 リファレンスガバナのアルゴリズムを説明するための図である。 ディーゼルエンジンの制御出力の将来値の予測計算を示した図である。 ディーゼルエンジンの制御出力の過去値の遡及計算を示した図である。 本実施の形態における制御出力の過去値の遡及計算手法を説明するための図である。 制御出力の過去値を用いた制御出力の将来値補正手法を説明するための図である。 制御出力の過去値の他の遡及計算手法を説明するための図である。 図２に示す目標値追従制御構造を適用可能なディーゼルエンジンの入出力の例を示す図である。

［システム構成の説明］
本発明の実施の形態のプラント制御装置は、車両動力プラントであるディーゼルエンジンの制御装置である。図１は、本実施の形態のプラント制御装置が適用されるシステムの構成を示す図である。図１に示すシステムは、ディーゼルエンジンのエンジン本体２を備えている。エンジン本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。また、エンジン本体２には、吸気マニホールド４と排気マニホールド６とが取り付けられている。

吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボチャージャ１４のコンプレッサが取り付けられている。このコンプレッサの下流にはインタークーラ２２が備えられ、インタークーラ２２の下流にはディーゼルスロットル２４が設けられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２からの排気を大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボチャージャ１４のタービンが取り付けられている。ターボチャージャ１４は可変容量型であって、タービンには可変ノズル１６が備えられている。

図１に示すシステムは、排気系から吸気系へ排気を再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続する高圧ループＥＧＲ装置である。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。但し、ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるコンプレッサの上流と、排気通路１２におけるタービンの下流とを、ＥＧＲ通路３０とは別のＥＧＲ通路によって接続する低圧ループＥＧＲ装置であってもよい。

図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０が本実施の形態のプラント制御装置に相当する。ＥＣＵ４０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ４０は、各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４２や、アクセルペダルの開度（以下「アクセル開度」ともいう）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４４が含まれている。ＥＣＵ４０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従ってアクチュエータを操作する。ＥＣＵ４０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１６、ディーゼルスロットル２４、ＥＧＲ弁３２が含まれている。

［ＥＣＵ４０によるエンジン制御］
本実施の形態において、ＥＣＵ４０は、ディーゼルエンジンの過給圧・ＥＧＲ率制御を実行する。過給圧・ＥＧＲ率制御における制御入力は可変ノズル１６の開度（以下「可変ノズル開度」ともいう）、ディーゼルスロットル２４の開度（以下「スロットル開度」ともいう）およびＥＧＲ弁３２の開度（以下「ＥＧＲ弁開度」ともいう）であり、制御出力は過給圧とＥＧＲ率である。ここで、過給圧とＥＧＲ率にはハード上または制御上の制約が課せられている。ＥＣＵ４０は、過給圧とＥＧＲ率がそれぞれの制約を満たし、尚且つ、それぞれの目標値に追従するように制御入力を決定する。

図２はＥＣＵ４０が有する目標値追従制御構造を示す図である。なお、図２に示す目的値追従制御構造は、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納された制御プログラムに従いＣＰＵが動作することで仮想的に実現される構成である。この目標値追従制御構造は、目標値マップ（ＭＡＰ）と、リファレンスガバナ（ＲＧ）と、フィードバックコントローラ（ＦＢＣ）と、を備えている。

目標値マップ（ＭＡＰ）は、ディーゼルエンジン（ＤＥ）の運転条件を示す外生入力ｄ＝［エンジン回転速度；燃料噴射量］が与えられると、ディーゼルエンジン（ＤＥ）の制御量のオリジナルの目標値ｒ＝［ＥＧＲ率目標値；過給圧目標値］をリファレンスガバナ（ＲＧ）に出力する。

リファレンスガバナ（ＲＧ）は、目標値マップ（ＭＡＰ）からオリジナルの目標値ｒが与えられると、ディーゼルエンジン（ＤＥ）の制御出力ｙ＝［ＥＧＲ率；過給圧］に関する制約が満たされるようにオリジナルの目標値ｒを修正し、修正目標値ｗ＝［ＥＧＲ率修正目標値；過給圧修正目標値］をフィードバックコントローラ（ＦＢＣ）に出力する。リファレンスガバナ（ＲＧ）の詳細については後述する。

フィードバックコントローラ（ＦＢＣ）は、リファレンスガバナ（ＲＧ）から修正目標値ｗが与えられると、ディーゼルエンジン（ＤＥ）の状態量ｘ＝［ＥＧＲ率；過給圧］を修正目標値ｗに近づけるように、フィードバック制御によってディーゼルエンジン（ＤＥ）の制御入力ｕ＝［ディーゼルスロットル開度；ＥＧＲ弁開度；可変ノズル開度］を決定する。フィードバックコントローラ（ＦＢＣ）の仕様に限定はなく、公知のフィードバックコントローラを用いることができる。

図３は図２に示す目標値追従制御構造を等価変形して得られたフィードフォワード構造である。図２において破線で囲まれた閉ループシステムは既に設計済みであるとして、図３に示すフィードフォワード構造では１つの線形モデル（Ｐ）で記述できるものとする。

リファレンスガバナ（ＲＧ）は、図３に示した線形モデル（Ｐ）を用いて現在時刻ｋよりｉステップ先の制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉを予測計算する（但しｉは１＜ｉ≦Ｎ_ｈを満たす自然数であり、Ｎ_ｈは予測計算を行うステップ数である）。本実施の形態における制御出力ｙはとＥＧＲ率（ｙ_２）であり、これらには制約ｙ⁻が課せられている。上限値ｙ_１ ⁻以下であることが過給圧（ｙ_１）に課せられた制約であり、上限値ｙ_２ ⁻以下であることがＥＧＲ率（ｙ_２）に課せられた制約である。

また、リファレンスガバナ（ＲＧ）は、予測計算された過給圧の将来値ｙ_{１，ｋ＋ｉ}およびＥＧＲ率の将来値ｙ_{２，ｋ＋ｉ}と、上限値ｙ_１ ⁻および上限値ｙ_２ ⁻と、に基づいて、次式（１）で表される目的関数Ｊ（ｗ）を求める。なお、次式（１）の右辺第１項は修正目標値ｗを変数とする項であり、オリジナルの目標値ｒと修正目標値ｗの距離が小さいほど小さな値を取るように構成されている。また、右辺第２項および第３項は、それぞれ過給圧およびＥＧＲ率の制約抵触量に関する項であり、過給圧の将来値ｙ_{１，ｋ＋ｉ}が上限値ｙ_１ ⁻以上の場合や、ＥＧＲの将来値ｙ_{２，ｋ＋ｉ}が上限値ｙ_２ ⁻以上の場合に、右辺第１項にペナルティを加えるように構成されている。また、右辺第２項のρ_１および第３項のρ_２は重み定数であり、Ｎ_ｈは予測計算ステップ数である。また、この予測計算ステップ数に離散時間の間隔を乗じた値が、現在時刻ｋから将来にかけての予測長（以下「予測区間」ともいう）となる。また、ここでは、予測区間の間、現在時刻ｋにおける外生入力ｄの値が継続すると仮定されている。

また、リファレンスガバナ（ＲＧ）は、勾配法（具体的には最急降下法）を用いて式（１）の目的関数Ｊ（ｗ）を最小化する修正目標値ｗを探索する。図４は、リファレンスガバナ（ＲＧ）のアルゴリズムを説明するための図である。この図に示すように、リファレンスガバナ（ＲＧ）では、オリジナルの目標値ｒ（ｉ＝１）、または、修正目標値候補ｗ（ｉ≧２）に基づいて、制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの予測と、将来予測列に対する目的関数（上記式（１））の演算と、次の修正目標値候補ｗへの移動と、が有限回（設定回数）反復される。そして、反復終了までに演算された目的関数Ｊ（ｗ）のうち、最も小さい目的関数Ｊ（ｗ）に対応する修正目標値候補ｗ（オリジナルの目標値ｒまたは修正目標値候補ｗ）が、最終的な修正目標値ｗとして決定される。

［本実施の形態の特徴］
上述したように、リファレンスガバナ（ＲＧ）が使用するモデルにはモデル化誤差が含まれる。図３に示した線形モデル（Ｐ）もこの例外ではない。また、このような線形モデル（Ｐ）を使用した将来予測では、ディーゼルエンジンの機差バラツキやディーゼルエンジンを取り巻く環境変化の影響を受けて、実際の応答とのズレが生じる可能性がある。そこで本実施の形態では、このような場合においてもリファレンスガバナ（ＲＧ）のアルゴリズムを適応・学習して個々のディーゼルエンジンの特性を正確に予測できるように、現在時刻ｋからｉステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉ、すなわち、過給圧の過去値ｙ’_{１，ｋ−ｉ}およびＥＧＲ率の過去値ｙ’_{２，ｋ−ｉ}を、現在時刻ｋから過去の方向に予測区間と等しい区間長に遡った計算を行い、更に、この遡及計算の結果を利用して、上述した制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの予測計算を補正することとしている。

制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの予測計算や、制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉの遡及計算には、線形モデル（Ｐ）の次数が関係してくる。例えば次数が２の場合、線形モデル（Ｐ）は次式（２）で記述される。なお、式（２）におけるｋは離散時間の時刻であり、ａ_０，ａ_１，ａ_２はモデル係数である。

式（２）から分かるように、制御出力の将来値ｙ_ｋの予測計算の場合は、現在時刻ｋよりも２ステップ前までの制御出力ｙの過去情報、すなわち、制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１（具体的には、時刻ｋ−１におけるアクセル開度に基づいて算出された過給圧の実際の過去値ｙ’’_{１，ｋ−１}、および、時刻ｋ−１におけるＥＧＲ弁開度とスロットル開度に基づいて算出されたＥＧＲ率の実際の過去値ｙ’’_{２，ｋ−１}）、および、過去値ｙ’_ｋ−２（具体的には、時刻ｋ−２におけるアクセル開度に基づいて算出された過給圧の実際の過去値ｙ’’_{１，ｋ−２}および時刻ｋ−２におけるＥＧＲ弁開度とスロットル開度に基づいて算出されたＥＧＲ率の実際の過去値ｙ’’_{２，ｋ−２}）が必要である。これを現在時刻ｋよりもｉステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉの遡及計算に置き換えるべく式（２）を変形すると次式（３）となり、式（３）から時間を２ステップ先に進ませて等価的に記述すると次式（４）の逆線形モデルとなる。

式（４）から分かるように、制御出力の過去値ｙ’_ｋの遡及計算の場合は、現在時刻ｋよりも２ステップ先までの制御出力ｙの未来情報、すなわち、制御出力の将来値ｙ_ｋ＋２および将来値ｙ_ｋ＋１が必要となる。そして、このような未来情報は現在時刻ｋの時点では入手できない。式（２）の予測計算と式（４）の遡及計算の違いを図５と図６を参照しながら説明する。図５が式（２）の予測計算の場合に相当し、図６が（４）の遡及計算の場合に相当している。

図５では、現在時刻ｋよりも２ステップ前までの制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１および過去値ｙ’_ｋ−２と、式（２）とに基づいて制御出力の将来値ｙ_ｋが初期値として計算できることを示している。制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１と過去値ｙ’_ｋ−２は、例えばＥＣＵ４０のＲＡＭにストックしておくことができるので、これらのストック値があれば、式（２）に基づいた計算を繰り返すことができ、現在時刻ｋよりｉステップ先の制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉが次々と計算できることになる。一方、図６ではこのような過去情報のストックが不可能であることから、式（４）に基づいた計算を開始することがそもそもできない。

そこで本実施の形態では、現在時刻ｋよりも３ステップ前の時刻ｋ−３を仮の現在時刻とする。そして、現在時刻ｋよりも２ステップ前までの制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１（具体的には上述した過去値ｙ’’_{１，ｋ−１}および過去値ｙ’’_{２，ｋ−１}）および過去値ｙ’_ｋ−２（具体的には上述した過去値ｙ’’_{１，ｋ−２}および過去値ｙ’’_{２，ｋ−２}）を、それぞれ式（４）右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１に代入する。そうすると、時刻ｋ−３の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−３が初期値として計算できる（１回目の遡及計算）。また、この過去値ｙ’_ｋ−３および過去値ｙ’_ｋ−２を式（４）の右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１に代入すれば、現在時刻ｋよりも４ステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−４が計算できる（２回目の遡及計算）。更に、この過去値ｙ’_ｋ−４および過去値ｙ’_ｋ−３を式（４）の右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１に代入すれば、現在時刻ｋよりも５ステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−５が計算できる（３回目の遡及計算）。このような遡及計算を繰り返すことで、現在時刻ｋよりｉステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉが次々と計算できる。

上述したように、制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１と過去値ｙ’_ｋ−２は、例えばＥＣＵ４０のＲＡＭにストックしておくことができる。従って、時刻ｋ−３を仮の現在時刻とし、時刻ｋ−１と時刻ｋ−２の過去情報をストックしておけば、これらのストック情報を用いて式（４）に基づいた計算を繰り返すことができ、現在時刻ｋよりｉステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉが次々と計算できることになる。このような制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉの遡及計算手法を図示すると、図７の通りとなる。この図に示すように、ストックしておいた時刻ｋ−１と時刻ｋ−２の過去情報に基づいて、時刻ｋ−３の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−３が初期値として算出される。また、この時刻ｋ−３から更に遡るように遡及計算がなされる。

上述した遡及計算により求めた制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉを用いた制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの補正手法について、図８を参照しながら説明する。なお、図７での前提と同様、図８では線形モデル（Ｐ）の次数が２であり、現在時刻ｋよりも３ステップ前の時刻ｋ−３を仮の現在時刻とした遡及計算が行われるものとする。図８に示す現在時刻ｋよりも右側は、現在時刻ｋよりもｉステップ先の制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉが計算されている様子を示している。この図では現在時刻ｋよりも２ステップ先までの将来値ｙ_ｋ＋ｉ（つまり、将来値ｙ_ｋ＋１と将来値ｙ_ｋ＋２）が示されているが、実際には現在時刻ｋよりもＮ_ｈステップ先まで予測計算が行われている。また、予測計算された制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉが制約（具体的には上述した上限値ｙ_１ ⁻および上限値ｙ_２ ⁻）を上回る場合には、これらの差が制約抵触量とされる。

また、図８に示す現在時刻ｋよりも左側は、現在時刻ｋよりｉステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉが遡及計算されている様子を示している。図７で説明したように、この図においてもストックしておいた時刻ｋ−１と時刻ｋ−２の過去情報に基づいて、時刻ｋ−３の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−３が初期値として算出され、時刻ｋ−３から更に遡るように遡及計算がなされている。この図では時刻ｋ−３から更に２ステップ前までの過去値ｙ’_ｋ−ｉ（つまり、過去値ｙ’_ｋ−４と過去値ｙ’_ｋ−５）が示されているが、実際には時刻ｋ−３から更に（Ｎ_ｈ−２）ステップ前まで遡及計算が行われている（つまり、遡及計算ステップ数は（Ｎ_ｈ−２）回である）。

図８に示す制約よりも上方に、制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉを用いた制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの補正手法を示す。この手法では先ず、制御出力の実際の過去値ｙ’’_ｋ−ｉ（具体的には、時刻ｋ−３，・・・，時刻ｋ−Ｎ_ｈにおけるアクセル開度に基づいてそれぞれ算出された過給圧の実際の過去値ｙ’’_{１，ｋ−３}，・・・，過去値ｙ’’_{１，ｋ−Ｎｈ}および時刻ｋ−３・・・，時刻ｋ−Ｎ_ｈにおけるＥＧＲ弁開度とスロットル開度に基づいてそれぞれ算出されたＥＧＲ率の実際の過去値ｙ’’_{２，ｋ−３}，・・・，過去値ｙ’’_{２，ｋ−Ｎｈ}）と、制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉとの差｜ｙ’’_ｋ−ｉ−ｙ’_ｋ−ｉ｜が遡及区間に亘って積算され、例えばエンジン回転速度と燃料噴射量のマップに格納される。続いて、この積算値がマップから読み出されて、図８の右側に示した制御出力の将来値ｙ_ｋ＋ｉの制約抵触量に加えられる。具体的には、上述した式（１）の右辺にこの積算値が追加されて、右辺第１項にペナルティが与えられる。

図８に示した補正を行うことで、上述した線形モデル（Ｐ）と実際のディーゼルエンジンとのギャップを埋めることができる。従って、リファレンスガバナ（ＲＧ）による制約保障性を高めることができる。また、このような高い制約保障性が実現されることで、過給圧・ＥＧＲ率のフィードバック制御のゲインを上げることができ、閉ループモデルの応答性を速めることもできる。また、上述した線形モデル（Ｐ）と実際のディーゼルエンジンとのギャップを埋めることができるということは、リファレンスガバナ（ＲＧ）が機差バラツキや環境変化を吸収できるということに他ならないので、機差バラツキや環境変化を加味した各種の適合の労力を削減できるという効果も期待できる。

ところで、上述した実施の形態においては、現在時刻ｋよりも３ステップ前の時刻ｋ−３を仮の現在時刻とし、時刻ｋ−１と時刻ｋ−２のストック情報を用いてこの時刻ｋ−３から更に遡るように制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉを計算した。しかし、本発明では、仮の現在時刻から現在に向かって制御出力の過去値ｙ’_ｋ−ｉを計算してもよい。このような計算手法について、図９を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、図７での前提と同様、図９では線形モデル（Ｐ）の次数ｍが２であり、現在時刻ｋよりも３ステップ前の時刻ｋ−３を仮の現在時刻とするものとする。また、図９では、遡及計算ステップ数が３回（つまり、予測計算ステップ数Ｎ_ｈは５回）であるものとする。

図９では、現在時刻ｋよりも４ステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−４および５ステップ前の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−５（具体的には時刻ｋ−４および時刻ｋ−５におけるアクセル開度に基づいてそれぞれ算出された実際の過給圧の過去値ｙ’’_{１，ｋ−４}および過去値ｙ’’_{１，ｋ−５}、および、時刻ｋ−４，時刻ｋ−５におけるＥＧＲ弁開度とスロットル開度に基づいてそれぞれ算出された実際のＥＧＲ率の過去値ｙ’’_{２，ｋ−４}および過去値ｙ’’_{２，ｋ−５}）を、式（４）の右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１にそれぞれ代入する。そうすると、時刻ｋ−３の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−３が初期値として計算できる（１回目の遡及計算）。また、この過去値ｙ’_ｋ−３および過去値ｙ’_ｋ−４を式（４）の右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１にそれぞれ代入することで、時刻ｋ−２の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−２が計算できる（２回目の遡及計算）。更に、この過去値ｙ’_ｋ−２および過去値ｙ’_ｋ−３を式（４）の右辺のｙ_ｋ＋２およびｙ_ｋ＋１にそれぞれ代入することで、時刻ｋ−１の制御出力の過去値ｙ’_ｋ−１が計算できる（３回目の遡及計算）。

また、上述した実施の形態においては、線形モデル（Ｐ）の次数が２の場合を例として説明したが、この次数が３以上であってもよい。線形モデル（Ｐ）の次数がｍの場合は、現在時刻ｋよりもｍ＋１ステップ前の時刻ｋ−ｍ−１を仮の現在時刻とし、ここから更に過去に遡るように（または、時刻ｋ−ｍ−１から現在に向かうように）制御出力の過去値ｙ’_{ｋ−ｍ−１}を計算する。この過去値ｙ’_{ｋ−ｍ−１}の計算には、この計算の方向とは逆の時間軸方向に位置するｍ個の制御出力の実際の過去値ｙ’’_ｋ−ｉ、つまり、時刻ｋ−１から時刻ｋ−ｍまでの制御出力の実際の過去値ｙ’’_ｋ−１，・・・，過去値ｙ’’_ｋ−ｍ（時刻ｋ−ｍ−１から現在に向かう計算を行う場合は、時刻ｋ−２ｍ−１から時刻ｋ−ｍ−２までの制御出力の実際の過去値ｙ’’_{ｋ−２ｍ−１}，・・・，過去値ｙ’’_{ｋ−ｍ−２}）をストック情報とすればよい。

また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。具体的に、上述した実施の形態は図１０の（ａ）に示す制御入力と制御出力を前提としているが、ディーゼルエンジンが低圧ループＥＧＲ装置と高圧ループＥＧＲ装置とを備える場合には、同図の（ｂ）に示すような低圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁開度（ＬＰＬ−ＥＧＲ弁開度）と、高圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ弁開度（ＨＰＬ−ＥＧＲ弁開度）とを制御入力とすることもできる。また、同図（ｂ）の制御入力にディーゼルスロットル開度を更に加えることもできる。或いはまた、同図（ｂ）のＥＧＲ率を、ＬＰＬ−ＥＧＲ量とＨＰＬ−ＥＧＲ量に置換することもできる。

２ エンジン本体
１４ ターボチャージャ
１６ 可変ノズル
２４ ディーゼルスロットル
３２ ＥＧＲ弁
４０ ＥＣＵ
４２ 回転速度センサ
４４ アクセル開度センサ

Claims (1)

1. 車両動力プラントであるディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率をそれぞれの目標値に近づけるようにフィードバック制御によって前記ディーゼルエンジンの制御入力を決定するように構成されたフィードバックコントローラと、
   前記ディーゼルエンジンと前記フィードバックコントローラとを含む閉ループシステムを記述した線形モデルを用い、現在から将来に向かう方向の予測区間に亘って前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の将来値を計算し、計算した将来値を用いて目的関数を最小にする修正目標値を探索し、前記目的関数を最小にする修正目標値を用いて前記フィードバックコントローラに与える過給圧とＥＧＲ率の目標値を修正するように構成されたリファレンスガバナと、を備え、
   前記リファレンスガバナは、前記線形モデルを等価的に記述した逆線形モデルを用い、現在から過去に向かう方向の遡及区間であって前記予測区間と等しい区間長の遡及区間に亘って前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の過去値を計算し、計算した過去値と、前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値との差に基づく積算値を前記目的関数に加えるようにも構成され、
   前記逆線形モデルを用いた過去値の計算が、前記遡及区間における前記ディーゼルエンジンの過給圧とＥＧＲ率の実際の過去値であって、前記逆線形モデルを用いた過去値の計算の方向とは逆の時間軸方向に位置する実際の過去値を、前記線形モデルの次数に相当する数だけそれぞれ使用して開始されることを特徴とするプラント制御装置。

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