JPH075902A - アクチュエータを開ループ制御および/または閉ループ制御する方法と装置 - Google Patents

アクチュエータを開ループ制御および/または閉ループ制御する方法と装置

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JPH075902A
JPH075902A JP6040238A JP4023894A JPH075902A JP H075902 A JPH075902 A JP H075902A JP 6040238 A JP6040238 A JP 6040238A JP 4023894 A JP4023894 A JP 4023894A JP H075902 A JPH075902 A JP H075902A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 すべての駆動状態においてアクチュエータを
最適に調節することができるアクチュエータを開ループ
制御および/または閉ループ制御する方法と装置を提供
する。 【構成】 目標値SBSと実際値SBIとに基づいて制
御偏差Dが定められる。制御器130は制御偏差に基づ
いてアクチュエータ110に印加される操作量Pを設定
する。操作量の最大値と最小値を設定する設定器13
2、134が設けられる。制御偏差が少なくとも2つの
値によって設定される範囲外にある場合には、操作量の
最大値が設定され、アクチュエータは開ループ制御さ
れ、一方その範囲内にある場合には、閉ループ制御が行
なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータを開ル
ープ制御および/または閉ループ制御する方法と装置、
更に詳細には、目標値と実際値に基づいて制御偏差が定
められ、制御器により前記制御偏差に基づいてアクチュ
エータに印加される操作量が設定される、アクチュエー
タ、特に内燃機関への燃料噴射の時点を調節するアクチ
ュエータを開ループ制御および/または閉ループ制御す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の方法およびこの種の装置がDE
−OS3400711(US−A4638782)から
知られている。同公報には、目標値と実際値に基づいて
制御偏差が定められる、特に内燃機関への燃料計量を調
節するためのアクチュエータを開ループ制御および/ま
たは閉ループ制御する方法と装置が記載されている。制
御器により制御偏差に基づいてアクチュエータに印加さ
れる操作量が与えられる。この装置においては回転数が
大きい場合には、好ましくはPI動作特性を有する制御
器を用いて閉ループ制御が行われる。所定の運転状態、
特に回転数が低い場合には、単にアクチュエータに対し
て開ループ制御のみが行われる。
【0003】PI制御器を使用すると、かなり多大の実
施コストが必要になる。特に大信号特性及び小信号特性
に対して異なるパラメータ値が設けられる場合にはそう
である。回転数が小さい場合にはアクチュエータは、閉
ループ制御駆動ではなく、開ループ制御しかできない。
公知の方法の他の欠点は、制御器を最適に構成すること
が非常に難しいということである。すなわち制御偏差が
大きい場合には制御器の増幅ゲインも非常に大きいこと
が望ましい。それに対して制御偏差が小さい場合には
(小信号特性)、かなり小さな増幅ゲインが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた種類のアクチュエータを開ループ制御および/
または閉ループ制御する方法と装置において、すべての
駆動(運転)状態においてアクチュエータを最適に調節
することができるようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば、目標値と実際値に基づいて制御
偏差が定められ、制御器により前記制御偏差に基づいて
アクチュエータに印加される操作量が設定される、アク
チュエータ、特に内燃機関への燃料噴射の時点を調節す
るアクチュエータを開ループ制御および/または閉ルー
プ制御する方法において、制御偏差が少なくとも2つの
値によって定められる範囲外にある場合には、操作量に
対して少なくとも1つの最大値が設定される構成を採用
した。
【0006】また、本発明によれば、目標値と実際値に
基づいて制御偏差を定める手段と、制御偏差に基づいて
アクチュエータに印加される操作量を設定する制御器と
を備えた、アクチュエータ、特に内燃機関への燃料噴射
の時点を調節するアクチュエータを開ループ制御および
/または閉ループ制御する装置において、制御偏差が少
なくとも2つの値によって定められる範囲外にある場合
に、操作量に対して少なくとも1つの最大値を設定する
手段が設けられる構成も採用している。
【0007】
【作用】このような構成では、制御偏差が少なくとも2
つの値によって定められる範囲外にあるときに、操作量
に対して少なくとも1つの最大値が設定される。これに
より、制御特性は著しく向上する。定められた範囲内で
PI制御器を使用することによって小信号特性における
精度を改良することができる。
【0008】このようにして、本発明では、全ての駆動
状態でアクチュエータを最適に調節することができる、
という利点が得られる。
【0009】好ましい実施例では、制御器は所定の範囲
内でのみアクティブになる。この制御器は少なくともP
I動作特性を有し、制御器が遮断された場合にI成分が
固定される。制御器が作動された場合のI成分は、固定
されたI成分と遮断前の制御偏差と作動時の制御偏差に
基づいて与えられる。この場合、作動時のI成分は微分
要素を用いて設定することができる。
【0010】実際値はディスクリートな時点でのみ検出
され、モデルを用いてディスクリートな時点間の制御偏
差あるいは実際値が設定される。このモデルはPT1要
素で実現される。
【0011】実施例では、アクチュエータは自己着火式
内燃機関の燃料調量装置の噴射時期調節装置である。
【0012】特に回転数が小さい場合には実際値信号は
比較的大きな時間間隔でしか発生しない。その場合に従
来技術においては開ループ制御に切り替えが行われる。
閉ループ制御を維持しようとする場合には、この大きな
実際値信号の時間間隔に制御パラメータを適合させなけ
ればならない。そうすると制御器が著しく緩慢になって
しまう。従って特に好ましい実施例においては、実際値
が検出されないしは実際値信号が得られるディスクリー
トな時点間の実際値ないしは制御偏差がモデルを用いて
計算される。このモデルでは非常に制限された精度しか
必要でない。というのは前回の実際値の検出からの実際
値ないしは制御偏差の変化のみを計算すれば済むからで
ある。
【0013】
【実施例】以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳
細に説明する。
【0014】図1には、本発明装置がブロック図を用い
て概略的に示されている。符号100で示すものは内燃
機関であって、内燃機関にはポンプ110から燃料が供
給される。噴射時期調節装置用駆動装置120によって
ポンプの噴射時期調節装置(アクチュエータ)が駆動さ
れて燃料の送出開始ないし噴射開始が調節される。
【0015】第1のスイッチ125を介して制御器13
0の出力信号Pが噴射時期調節装置用駆動装置120へ
達する。制御器130には第2のスイッチ135を介し
て結合点140の出力信号Dが供給される。結合点14
0の一方の入力には結合点145の出力信号SBDが印
加される。この結合点145には、好ましくは内燃機関
に設けられているニードル移動センサ105の出力信号
SBIが正の符号で供給される。加算点145には目標
値設定器150の出力信号SBSが負の符号で供給され
る。
【0016】第1のスイッチ125によって噴射時期調
節装置用駆動装置120には最大値設定器132の出力
信号PMAXあるいは最小値設定器134の出力信号P
MINが供給される。第2のスイッチ135によって制
御器には初期化モジュール165の出力信号が供給され
る。
【0017】結合点140の第2の入力には第3のスイ
ッチ162を介してモデル160の出力信号SBIMが
印加される。モデル160には少なくともニードル移動
センサ105の出力信号SBIと実際の操作量PIが供
給される。最も簡単な実施例においてはモデルはPT1
要素ないしは積分器である。しかしまた、オブザーバな
いしはある程度規模の大きな計算プログラムを用いてモ
デルを実現することも可能である。
【0018】結合点145の出力信号はさらに初期化モ
ジュール165に達し、かつ第4のスイッチ175を介
して切り替えモジュール170に達する。このスイッチ
175によって切り替えモジュールに選択的に結合点1
40の出力信号を供給することも可能である。切り替え
モジュール170によってスイッチ135と125には
対応する駆動信号が印加される。
【0019】通常はスイッチは実線で示す位置にある。
その場合に装置は次のように動作する。目標値設定器1
50によって設定可能な噴射開始の目標値とその実際値
の比較に基づいて制御器130によって噴射時期調節装
置用駆動装置120に印加される信号Pが求められる。
制御器130は好ましくはPI動作特性を有する。しか
し本発明はPI動作特性を有する制御器に限定されるも
のではない。本発明は他の特性を有する制御器を備えた
システムにも応用することができる。
【0020】信号Pは調節角度を示す信号である。この
調節角度は噴射時期調節装置用駆動装置によって好まし
くは所定のパルスデューティー比で電磁弁を駆動するこ
とによって実現される。この電磁弁により噴射調節装置
の圧力を調節することができる。この圧力に従って噴射
時期調節装置は所定の位置を占める。それぞれ噴射時期
調節装置の位置に従って噴射が異なる時点で開始され
る。噴射開始の正確な時点は例えばニードル移動センサ
105によって検出することができる。
【0021】このようにして検出された噴射開始に関す
る実際値SBIは目標値SBSと比較されて、制御器へ
供給される。
【0022】大きな制御偏差が発生した場合には(これ
は特に目標値SBSが顕著に変化した場合にそうな
る)、噴射時期調節装置は新しい目標値に達するまでに
所定の時間を必要とする。本発明によれば、制御偏差S
BDは切り替えモジュール170へ供給される。制御偏
差SBDが上方のしきい値(上限値)より大きいこと、
ないしは下方のしきい値(下限値)より小さいことが切
り替えモジュールにより検出された場合には、第2のス
イッチ135が点線で示す位置へ移動する。
【0023】それぞれ制御偏差が下方のしきい値を下回
り、あるいは上方のしきい値を上回ったかどうかに従っ
てスイッチ125は上方あるいは下方の位置へ切り替え
られる。その場合には噴射時期調節装置用駆動装置12
0には最大値PMAXないしは最小値PMINが供給さ
れる。その結果、噴射時期調節装置、従って実際値が急
速に新しい値をとる。制御偏差SBDが2つの値によっ
て定まる範囲外にある場合には、制御器が遮断されて、
操作量に対して最大値が設定される。制御偏差が定めら
れた範囲内にある場合に制御器130がアクティブにさ
れる。
【0024】本発明の実施例においては、多数の範囲を
定めることも可能である。その場合には、異なる範囲に
おいて異なる値を選択することができる。
【0025】制御器が遮断される場合、これはスイッチ
135と125が開放することを意味しているが、その
場合には制御器のI成分は固定される。これは制御器の
出力値Pが記憶されることを意味している。再び制御器
が作動されると、すなわちスイッチ125が実線で示す
位置へ移動すると、スイッチ135が少し遅延して元の
位置へ復帰する。
【0026】さらに機能を説明するために、図2を用い
る。第1のステップ200において噴射開始の目標値S
BSと実際値SBIが検出され、ないしは求められる。
第2のステップ205においては制御偏差D2が求めら
れる。その後ステップ210において、所定の範囲が設
定され、その内部では閉ループ制御が、そして外部では
開ループ制御が行われる。
【0027】この範囲の大きさは通常は一定である。特
に好ましい実施例においてはこの範囲の大きさないしは
上方と下方のしきい値FEN−、FEN+を回転数に従
って設定することができる。最も簡単な場合には各しき
い値は回転数Nに反比例して設定される。すなわち例え
ば FEN=K/N の式に従って設定される。その場合にKは、所定回転数
での範囲の大きさに対応する定数である。Nはその時の
平均回転数である。
【0028】続く判断ステップ215により、制御偏差
D2が上方のしきい値FEN+より大きいかどうかが調
べられる。そうである場合には、ステップ220におい
て最大可能な操作量PMAXが設定される。ということ
は、第2のスイッチ135が下方の位置へ、第1のスイ
ッチ125が上方の位置へ切り換えられることを意味し
ている。
【0029】判断ステップ215において、制御偏差が
上限値FEN+より小さいことが明らかにされた場合に
は、第2の判断ステップ225によって制御偏差D2が
下限値FEN−より小さいかどうかが調べられる。そう
である場合には、ステップ230において操作量Pに対
して最小値PMINが設定される。このことは、スイッ
チ135とスイッチ125が下方の位置へ切り換えられ
ることを意味している。その場合には最小値設定器13
4により噴射時期調節装置用駆動装置120には最小の
操作量PMINが印加される。
【0030】スイッチ135が開放されるステップ22
0と230に続いてステップ235においてメモリRに
値1がセットされる。この値1は、制御器が非アクティ
ブであって、噴射時期調節装置用駆動装置120にその
最小値あるいは最大値が供給されることを示している。
【0031】判断ステップ225において、制御偏差D
2が所定の範囲内にあることが明らかにされた場合に
は、ステップ240において前のプログラム実行時に制
御器がオフにされているかどうかが調べられる。このこ
とは、メモリRに値1がセットされているかどうか調べ
ることを意味している。そうでない場合には前回のプロ
グラム実行時制御器がアクティブであったことを意味し
ているので、プログラムはステップ255へ進む。判断
ステップ240において、先行するプログラム実行時制
御器が非アクティブであったことが明らかにされた場合
には、ステップ245において初期化モジュール165
により操作量IS2が計算される。これは例えば次の式
に従って行われる: IS2=IS1+D1−D2 但し、IS1は制御器が遮断された際の操作量のI成分
であり、D1は遮断された際の制御偏差であって、D2
は制御器が再作動された際の実際の制御偏差である。
【0032】次にステップ250において定数Rがゼロ
にセットされる。このことは、制御器が再びアクティブ
になったことを意味するものである。次にステップ25
5においてスイッチ125とスイッチ135がその実線
で記載された位置へ切り替えられる。続くステップ26
0において操作量に関する値IS1と制御偏差に関する
値D1がその時の実際値にセットされる。次にステップ
200において次のプログラム実行が開始される。
【0033】初期化モジュール165が微分器から形成
される場合には、操作量の同様な設定が行われる。その
ために微分器は、スイッチ135がその下方の位置にあ
る間、その出力信号を連続的に制御器に供給する。
【0034】重要なことは、装置により最大可能ないし
最小可能な操作量PMAX、PMINが設定され、制御
偏差SBDがこの2つのしきい値FEN+ないしFEN
によって定められる範囲外になった場合に、制御器が遮
断されることである。制御偏差が再びその範囲内になっ
た場合には、制御器130が作動される。
【0035】初期化モジュール165を接続することに
よって制御器が再作動されるときに衝撃のない切り替え
が行なわれる。2つのパラメータFEN+およびFEN
−を用いるだけで大信号領域において噴射時期調節装置
の最大可能な調節速度が得られる。
【0036】以上説明してきた方法は、実際値SBIの
検出が十分頻繁に行われる場合には、最適に動作する。
低回転数時でそうでない場合には、場合によっては開ル
ープ制御への切り替えを行わなければならない。また、
すでに説明したように、範囲内では制御器がアクティブ
になるその範囲を回転数に従って設定することも可能で
ある。
【0037】制御パラメータの調整は、新しい実際値が
得られるときのみ制御器により新しい操作量Pが出力さ
れる場合には省くことができる。すなわち噴射時期調節
装置の調節は回転数が減少する場合には緩慢になるが、
なお常時閉ループ制御が行なわれる。好ましくは回転数
が小さい場合には、回転数が大きい場合よりもより大き
な範囲が選択される。というのは回転数が小さい場合に
は実際値が現れる間隔が大きくなるからである。
【0038】特に好ましい実施例は、モデル160が使
用される場合に得られる。このモデルは実際値SBIを
前回検出してからの噴射時期調節装置120の移動をシ
ミュレーションする。従ってこのモデルは常にシミュレ
ーションないしは観察された実際値SBIMを提供し、
この値が検出された噴射開始の実際値SBIの代わりに
なる。その場合には装置は次のように動作する。
【0039】ニードル移動センサ105の信号が発生し
た場合には、スイッチ162は実線で示した位置にあ
る。その場合には制御偏差SBDは結合点145の出力
に現れる。ニードル移動センサ105の実際の信号が存
在しない場合には、スイッチ162は閉成位置に来る
(点線で記載)。その場合には目標値SBSが結合点1
40においてモデル160の出力信号SBIMと比較さ
れる。
【0040】従って制御偏差は目標値SBSと実際値S
BIMを設定するモデル160の出力信号との比較に基
づいて形成される。この制御偏差Dはその後制御偏差S
BDに代わり制御器130と切り替えモジュール170
に供給される。
【0041】制御偏差Dは制御偏差SBDに代わり第4
のスイッチ175を介して切り替えモジュール170へ
達する。そのために第3と第4のスイッチは噴射開始の
実際値SBIの発生に同期して切り換えられる。
【0042】本実施例をこのように変形した場合には、
モデルは実際値ではなく制御偏差をシミュレーションし
制御偏差SBDを補正する補正信号を形成する。その場
合には、ニードル移動センサ105の出力信号は適当な
手段を用いて前回の値に一定に保持される。
【0043】従って結合点145の信号SBDは個々の
測定時点間では一定であって、その後加算点140にお
いてモデル160の出力信号によって対応して補正され
る。そのためにモデル160はその時の実際値SBIが
得られない期間において対応する補正信号を出力する。
【0044】従ってニードル移動センサの実際値はディ
スクリートな時点でしか得られず、この時点でのみ検出
される。モデル160を用いて実際値が得られるディス
クリートの時点間の制御偏差が計算される。
【0045】図3には種々の信号が時間に関して記載さ
れている。図3(a)においては、ニードル移動センサ
105の信号NBIが発生する時点が矢印で図示されて
いる。この信号はDNBIの間隔で発生する。この間隔
は回転数に関係する。通常はニードル移動センサは1つ
しか設けられていないので、この信号はエンジンの1回
転毎に1回発生する。この種の2つの信号の時間的な間
隔は例えば図2では約37msである。
【0046】定まったサンプリング時間Tで個々のプロ
グラムシーケンスが処理される。すなわち例えば図2に
示すプログラムシーケンスは10ms毎に処理される。
プログラムシーケンスが開始されるこの時点が垂直の線
でマークされている。通常はニードル移動センサ105
のパルスはサンプリング時点Tと同時には発生しない。
両パルス間の差がDTで示されている。
【0047】図3(b)には操作量Pが時間に関して記
載されている。図3(c)には目標値SBSが一点鎖線
で示されている。実際値SBIは実線で示されている。
点線で示されているのは、モデル160によって計算さ
れた噴射開始である。さらに、その内部では閉ループ制
御、外部では開ループ制御が行われる範囲に対応するし
きい値FEN+とFEN−が図示されている。
【0048】図示の期間の最初では目標値SBSと実際
値SBIはほぼ一致している。図3(c)に示すように
目標値SBSが飛躍的に変化した後に次のサンプリング
パルスまでの期間DT内には操作量あるいは実際値は変
化しない。次のサンプリング期間のときに初めて制御偏
差が新たに計算される。この時点で装置は、制御偏差が
しきい値FEN+より大きいことを識別する。それによ
って操作量は最大値PMAXをとる。
【0049】操作量Pの変化によって、実際値SBIは
時間と共に上昇する。モデル160によって計算された
噴射開始SBIMも同様に時間と共に上昇する。この信
号は点線で記載されている。ニードル移動センサの次の
信号が発生すると、モデル160は次のサンプリング時
点で調節される。このことは、モデル160の出力信号
SBIMが、モデル160の出力信号の値SBIMと測
定された実際値SBIとが一致するように補正されるこ
とを意味している。補正値は図ではDFBDで示されて
いる。出力信号の値SBIMは実際値の検出された値S
BIから再開される。
【0050】このプロセスは、制御偏差Dがしきい値F
EN+とFENにより定められる範囲より小さくなるま
で続行される。その時点で制御器130がアクティブに
され、制御器の出力信号が対応する値にセットされる。
モデル160によって求められた実際値SBIMと目標
値SBS間の制御偏差に従って制御器130により対応
する操作量Pが求められる。
【0051】本実施例においては、すべての運転領域に
おいて、特にすべての回転数領域において、同一のしき
い値FEN+とFENを維持することができる。それに
よって実施時のコストが減少する。
【0052】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、アクチュエータを開ループ制御および/また
は閉ループ制御する方法と装置において、すべての運転
状態においてアクチュエータを最適に調節することがで
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の構成を示すブロック回路図であ
る。
【図2】本発明方法を説明するフローチャートである。
【図3】種々の信号を時間に関して示した線図である。
【符号の説明】
100 内燃機関 105 ニードル移動センサ 110 ポンプ 120 噴射時期調節装置用駆動装置 130 制御器 132 最大値発生器 134 最小値設定器 150 目標値設定器 160 モデル 165 初期化モジュール 170 切り替えモジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハネス ロッハー ドイツ連邦共和国 70378 シュトゥット ガルト メーヴェンヴェーク 50 (72)発明者 ペーター シュミッツ ドイツ連邦共和国 71640 ルートヴィッ ヒスブルク シュポッテンベルガーヴェー ク 10 (72)発明者 ディートベルト シェーンフェルダー ドイツ連邦共和国 70839 ゲルリンゲン シラーシュトラーセ 72 (72)発明者 ペーター ルッツ ドイツ連邦共和国 74189 ヴァインスベ ルク オップデムティーフェンヴェーク 27/1

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標値と実際値に基づいて制御偏差が定
    められ、制御器により前記制御偏差に基づいてアクチュ
    エータに印加される操作量が設定される、アクチュエー
    タ、特に内燃機関への燃料噴射の時点を調節するアクチ
    ュエータを開ループ制御および/または閉ループ制御す
    る方法において、 制御偏差が少なくとも2つの値によって定められる範囲
    外にある場合には、操作量に対して少なくとも1つの最
    大値が設定されることを特徴とするアクチュエータを開
    ループ制御および/または閉ループ制御する方法。
  2. 【請求項2】 制御器は前記定められた範囲内でのみア
    クティブであることを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 制御器が少なくともPI動作特性を有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 制御器が遮断された場合にI成分が固定
    されることを特徴とする請求項1から3までのいずれか
    1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 固定されたI成分と遮断前の制御偏差と
    作動時の制御偏差に基づいて作動時のI成分が設定され
    ることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項
    に記載の方法。
  6. 【請求項6】 作動時のI成分が微分要素を用いて設定
    されることを特徴とする請求項1から5までのいずれか
    1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 実際値がディスクリートな時点でのみ検
    出され、モデルを用いてディスクリートな時点間の制御
    偏差あるいは実際値が設定されることを特徴とする請求
    項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 モデルがPT1要素であることを特徴と
    する請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 アクチュエータが自己着火式内燃機関の
    燃料調量装置の噴射時期調節装置であることを特徴とす
    る請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 目標値と実際値に基づいて制御偏差を
    定める手段と、制御偏差に基づいてアクチュエータに印
    加される操作量を設定する制御器とを備えた、アクチュ
    エータ、特に内燃機関への燃料噴射の時点を調節するア
    クチュエータを開ループ制御および/または閉ループ制
    御する装置において、 制御偏差が少なくとも2つの値によって定められる範囲
    外にある場合に、操作量に対して少なくとも1つの最大
    値を設定する手段が設けられることを特徴とするアクチ
    ュエータを開ループ制御および/または閉ループ制御す
    る装置。
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