JPH1173206A - プラントの制御装置 - Google Patents

プラントの制御装置

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JPH1173206A
JPH1173206A JP9247519A JP24751997A JPH1173206A JP H1173206 A JPH1173206 A JP H1173206A JP 9247519 A JP9247519 A JP 9247519A JP 24751997 A JP24751997 A JP 24751997A JP H1173206 A JPH1173206 A JP H1173206A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定常的な状態において適応制御を継続して実
行した場合でも、適応パラメータのドリフトを防止し、
安定した適応制御を継続することができるプラントの制
御装置を提供する。 【解決手段】 適応パラメータベクトルの更新成分の前
回値dθハット(k−1)に、忘却係数ベクトルδを乗
算し、同定誤差eid(k)に所定のゲインを乗じた成
分を加算することにより、更新成分の今回値dθハット
(k)を算出する。そして、更新成分dθハット(k)
を適応パラメータベクトルの初期値θハット(0)に加
算することにより、適応パラメータベクトルの今回値θ
ハット(k)を算出する(図13(b))。忘却係数ベ
クトルδの要素は、適応パラメータb0に対応する要素
以外は、0より大きく1より小さい値に設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、適応制御理論を応
用したフィードバック制御により、プラントを制御する
プラントの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】適応パラメータ調整機構により、適応パ
ラメータを算出し、この適応パラメータを用いる適応制
御器によって、内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置は、
従来より知られている(例えば特開平8−240143
号公報)。この装置では、内燃機関排気系に設けられた
空燃比センサによる検出空燃比が適応制御器に入力さ
れ、検出空燃比が目標空燃比に一致するように燃料供給
量が決定される。すなわち、この装置では、内燃機関が
制御対象であるプラントであり、機関への燃料供給量及
び目標空燃比がプラントの操作量及び目標値に相当す
る。
【0003】上記公報に記載された装置では、適応パラ
メータ調整機構において適応パラメータの算出に使用す
る同定誤差信号(適応パラメータ値の最適値からのずれ
量を示す信号)が、所定上下限値の範囲内となるように
リミット処理を行うことにより、適応制御の安定化を図
っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同定誤
差信号の値が所定上下限値の範囲内にあっても、適応パ
ラメータベクトルθハット(k)の算出は、前記公報の
数式8に示されるように前回値θハット(k−1)に同
定誤差信号eアスタリスクに所定のゲインを乗じた値を
加算することにより行われるため、適応パラメータベク
トルθハットに同定誤差信号eアスタリスクが積算され
て蓄積される。したがって、上記従来の装置では、制御
対象たる内燃機関の運転状態が安定した定常状態におい
て適応制御を継続した場合、適応パラメータベクトルθ
ハットがドリフトする(数値が最適値から徐々にずれ
る)ことを避けることができなかった。
【0005】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、定常的な状態で適応制御を継続して実行した場合
において適応パラメータの値が時間経過に伴って最適値
から徐々にずれること(ドリフト)を防止し、安定した
適応制御を継続することができるプラントの制御装置を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、プラントの出力を検出する検
出手段と、該検出手段の出力が目標値と一致するように
前記プラントへの操作量を制御する適応制御器と、該適
応制御器で用いる適応パラメータベクトルを調整する適
応パラメータベクトル調整手段とを備えるプラントの制
御装置において、前記適応パラメータベクトル調整手段
は、適応パラメータベクトルの初期値に、適応パラメー
タベクトルの更新成分を加算する形式で構成され、適応
パラメータベクトルを更新するときは、前記更新成分の
過去値の少なくとも一部の要素に、0より大きく且つ1
より小さい所定の係数を乗算することを特徴とする。
【0007】この構成によれば、適応パラメータベクト
ルを更新するときは、更新成分の過去値の少なくとも一
部の要素に、0より大きく且つ1より小さい所定の係数
が乗算される。その結果、定常状態で適応パラメータベ
クトルの初期値に更新成分を加算する演算を繰り返して
も、適応パラメータの値がドリフトすることがなく、安
定した適応制御を継続することができる。
【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記適応パラメータベクトル調整手段
は、前記初期値にも前記所定の係数を乗算することを特
徴とする。
【0009】この構成によれば、適応制御の継続時間が
長くなると、適応パラメータベクトルの初期値の影響が
なくなるので、初期値をどのように設定しても制御の安
定性を確保することができる。
【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明において、前記適応パラメータベクトル
調整手段は、前記操作量を決定する場合に除算項として
適用される、前記適応パラメータベクトルの要素に対し
ては、前記所定の係数が乗算されないようにすることを
特徴とする。
【0011】この構成によれば、前記操作量を決定する
場合に除算項として適用される、適応パラメータベクト
ルの要素に対しては、前記所定の係数が乗算されないの
で、除算項がゼロとなって操作量が発散するような事態
を回避することができるとともに、適応制御の定常偏差
をゼロとすることができる。
【0012】請求項5に記載の発明は、請求項1から4
のいずれかに記載の発明において、前記プラントは内燃
機関であり、前記検出手段は、前記内燃機関の排気系に
設けられた空燃比検出手段であり、前記目標値は前記内
燃機関に供給する混合気の目標空燃比であり、前記操作
量は前記内燃機関に供給する燃料量であることを特徴と
する。
【0013】この構成によれば、内燃機関の排気系に設
けられた空燃比検出手段の出力が目標空燃比となるよう
に適応制御器により燃料供給量が制御されるので、内燃
機関の定常運転状態で適応パラメータベクトルの初期値
に更新成分を加算する演算を繰り返しても、適応パラメ
ータの値がドリフトすることがなく、安定した燃料供給
量制御を継続することができる。
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の発明において、前記操作量は、前記内燃機関の吸入空
気量に対応した基本燃料量の補正係数として算出される
ことを特徴とする。
【0015】この構成によれば、内燃機関の吸入空気量
に対応した基本燃料量の補正係数が、適応制御器により
算出され、空燃比の制御が行われる。その結果、燃料供
給量操作量として直接算出する場合に比べて、操作量の
変化範囲が狭くなり、制御をより安定化することができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
【0017】(第1の実施形態)図1は、本発明のプラ
ントの制御装置を、内燃機関(以下「エンジン」とい
う)の空燃比制御装置として構成した場合の例を示す図
である。すなわち図1には、エンジンをプラントとし、
そのエンジンに供給する混合気の空燃比(燃料供給量)
を操作量とするプラントの制御装置の構成が示されてい
る。
【0018】図1において、1は4気筒のエンジンであ
る。エンジン1の吸気管2は分岐部(吸気マニホルド)
11を介してエンジン1の各気筒の燃焼室に連通する。
吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。ス
ロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4
が連結されており、スロットル弁開度θTHに応じた電
気信号を出力して電子コントロールユニット(以下「E
CU」という)5に供給する。吸気管2には、スロット
ル弁3をバイパスする補助空気通路6が設けられてお
り、該通路6の途中には補助空気量制御弁7が配されて
いる。補助空気量制御弁7は、ECU5に接続されてお
り、ECU5によりその開弁量が制御される。
【0019】吸気管2のスロットル弁3の上流側には吸
気温(TA)センサ8が装着されており、その検出信号
がECU5に供給される。吸気管2のスロットル弁3と
吸気マニホルド11の間には、チャンバ9が設けられて
おり、チャンバ9には吸気管内絶対圧(PBA)センサ
10が取り付けられている。PBAセンサ10の検出信
号はECU5に供給される。
【0020】エンジン1の本体にはエンジン水温(T
W)センサ13が装着されており、その検出信号がEC
U5に供給される。ECU5には、エンジン1のクラン
ク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位
置センサ14が接続されており、クランク軸の回転角度
に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位
置センサ14は、エンジン1の特定の気筒の所定クラン
ク角度位置で信号パルス(以下「CYL信号パルス」と
いう)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開
始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のク
ランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角18
0度毎に)TDC信号パルスを出力するTDCセンサ及
びTDC信号パルスより短い一定クランク角周期(例え
ば30度周期)で1パルス(以下「CRK信号パルス」
という)を発生するCRKセンサから成り、CYL信号
パルス、TDC信号パルス及びCRK信号パルスがEC
U5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時
期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転
数NEの検出に使用される。
【0021】吸気マニホルド11の吸気弁の少し上流側
には、各気筒毎に燃料噴射弁12が設けられており、各
噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているととも
にECU5に電気的に接続されて、ECU5からの信号
により燃料噴射時期及び燃料噴射時間(開弁時間)が制
御される。エンジン1の点火プラグ(図示せず)もEC
U5に電気的に接続されており、ECU5により点火時
期θIGが制御される。
【0022】排気管16は分岐部(排気マニホルド)1
5を介してエンジン1の燃焼室に接続されている。排気
管16には分岐部15が集合する部分の直ぐ下流側に、
空燃比検出手段としての広域空燃比センサ(以下「LA
Fセンサ」という)17が設けられている。さらにLA
Fセンサ17の下流側には直下三元触媒19及び床下三
元触媒20が配されており、またこれらの三元触媒19
及び20の間には酸素濃度センサ(以下「O2センサ」
という)18が装着されている。三元触媒19、20
は、排気ガス中のHC,CO,NOx等の浄化を行う。
【0023】LAFセンサ17は、ローパスフィルタ2
2を介してECU5に接続されており、排気ガス中の酸
素濃度(空燃比)に略比例した電気信号を出力し、その
電気信号をECU5に供給する。O2センサ18は、そ
の出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル
となり、リーン側で低レベルとなる。O2センサ18
は、ローパスフィルタ23を介してECU5に接続され
ており、その検出信号はECU5に供給される。ローパ
スフィルタ22、23は、高周波ノイズ成分をカットす
るするために設けられたものであり、制御系の応答特性
に対する影響は無視しうる程度のものである。
【0024】エンジン1は、吸気弁及び排気弁のうち少
なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速
回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領
域に適した低速バルブタイミングとの2段階に切換可能
なバルブタイミング切換機構60を有する。このバルブ
タイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに
低速バルブタイミング選択時は2つの吸気弁のうちの一
方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する
場合においても安定した燃焼を確保するようにしてい
る。
【0025】バルブタイミング切換機構60は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ(図示せず)がE
CU5接続されている。油圧センサの検出信号はECU
5に供給され、ECU5は電磁弁を制御してバルブタイ
ミングの切換制御を行う。
【0026】また、ECU5には、大気圧を検出する大
気圧(PA)センサ21が接続されており、その検出信
号がECU5に供給される。
【0027】ECU5は、上述した各種センサからの入
力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機
能を有する入力回路と、中央処理回路(CPU)と、該
CPUで実行される各種演算プログラムや後述する各種
マップ及び演算結果等を記憶するROM及びRAMから
なる記憶回路と、燃料噴射弁12等の各種電磁弁や点火
プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【0028】ECU5は、上述の各種エンジン運転パラ
メータ信号に基づいて、LAFセンサ17及びO2セン
サ18の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオ
ープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別
するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式1に
より燃料噴射弁12の燃料噴射時間TOUTを演算し、
この演算結果に基づいて燃料噴射弁12を駆動する信号
を出力する。
【0029】
【数1】TOUT=TIMF×KTOTAL×KCMD
M×KFB 図2は上記数式1による燃料噴射時間TOUTの算出手
法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照
して本実施の形態における燃料噴射時間TOUTの算出
手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジ
ンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、
これは噴射される燃料量に対応するので、TOUTを燃
料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。
【0030】図2においてブロックB1は、吸入空気量
に対応した基本燃料量TIMFを算出する。この基本燃
料量TIMFは、基本的にはエンジン回転数NE及び吸
気管内絶対圧PBAに応じて設定されるが、スロットル
弁3からエンジン1の燃焼室に至る吸気系をモデル化
し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮
した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パ
ラメータとしてスロットル弁開度θTH及び大気圧PA
をさらに用いる。
【0031】ブロックB2〜B4は乗算ブロックであ
り、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。こ
れらのブロックにより、上記数式1の演算が行われ、燃
料噴射量TOUTが得られる。
【0032】ブロックB9は、エンジン水温TWに応じ
て設定されるエンジン水温補正係数KTW,排気還流実
行中に排気還流量に応じて設定されるEGR補正係数K
EGR,蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ
燃料量に応じて設定されるパージ補正係数KPUG等の
フィードフォワード系補正係数をすべて乗算することに
より、補正係数KTOTALを算出し、ブロックB2に
入力する。
【0033】ブロックB21は、エンジン回転数NE、
吸気管内絶対圧PBA等に応じて目標空燃比係数KCM
Dを決定し、ブロック22に入力する。目標空燃比係数
KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/
Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目
標当量比ともいう。ブロックB22は、ローパスフィル
タ23を介して入力されるO2センサ出力VMO2に基
づいて目標空燃比係数KCMDを修正し、ブロックB1
8、B23及びB24に入力する。ブロックB23は、
KCMD値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比
係数KCMDMを算出し、ブロックB3に入力する。
【0034】ブロックB10は、ローパスフィルタ22
を介して入力されるLAFセンサ出力値を、CRK信号
パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリ
ングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に
応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値
を選択し(LAFセンサ出力選択処理)、ブロックB1
7に入力する。このLAFセンサ出力選択処理は、サン
プリングのタイミングによっては変化する空燃比を正確
に検出できないこと、燃焼室から排出される排気ガスが
LAFセンサ17に到達するまでの時間やLAFセンサ
自体の反応時間がエンジン運転状態によって変化するこ
とを考慮したものである。
【0035】ブロックB17は、LAFセンサ17の検
出空燃比に基づいて適応制御器(Self Tuning Regulato
r)により適応補正係数KSTRを算出してブロックB
19に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数KC
MD(KCMDM)を基本燃料量TIMFに乗算するだ
けでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がな
まされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に
補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導
入したものである。ブロックB19は、適応補正係数K
STRを目標空燃比係数KCMDで除算することにより
フィードバック補正係数KFBを算出し、ブロックB4
に入力する。この除算処理は、適応補正係数KSTR
は、検出当量比KACTが目標空燃比係数KCMDに一
致するように演算され、目標空燃比係数KCMDに対応
する要素を含むので、基本燃料量TIMFに対して、目
標空燃比係数KCMDに対応する要素が重複して乗算さ
れないようにするために行われる。
【0036】以上のように本実施の形態では、LAFセ
ンサ17の出力に応じて、適応制御により算出した適応
補正係数KSTRを、目標空燃比係数KCMDで除算し
たものをフィードバック補正係数KFBとして上記数式
1に適用し、燃料噴射量TOUTを算出している。適応
補正係数KSTRにより、検出される空燃比変化に対す
る追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒
の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において
良好な排気ガス特性を得ることができる。
【0037】本実施の形態では、上述した図2の各ブロ
ックの機能は、ECU5のCPUによる演算処理により
実現されるので、この処理のフローチャートを参照して
処理の内容を具体的に説明する。なお、以下の説明にお
いて添え字(k)は、離散系におけるサンプリング時刻
に対応するものであり、(k)、(k−1)等がそれぞ
れ今回値、前回値等に対応する。ただし、今回値を示す
(k)は特に必要のない限り省略している。
【0038】図3は、LAFセンサ17の出力に応じて
適応補正係数KSTRを算出する処理のフローチャート
である。本処理はTDC信号パルスの発生毎に実行され
る。
【0039】ステップS1では、始動モードか否か、す
なわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのと
きは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなけれ
ば、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD及び最終目
標空燃比係数KCMDMの算出(ステップS2)及びL
AFセンサ出力の読み込みを行う(ステップS3)とと
もに検出当量比KACTの演算を行う(ステップS
4)。検出当量比KACTは、LAFセンサ17の出力
を当量比に変換したものである。
【0040】次いでLAFセンサ17の活性化が完了し
たか否かの活性判別を行う(ステップS5)。これは、
例えばLAFセンサ17の出力電圧とその中心電圧との
差を所定値(例えば0.4V)と比較し、該差が所定値
より小さいとき活性化が完了したと判別するものであ
る。
【0041】次にエンジン運転状態がLAFセンサ17
の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域
(以下「LAFフィードバック領域」という)にあるか
否かの判別を行う(ステップS6)。これは、例えばL
AFセンサ17の活性化が完了し、且つフュエルカット
中やスロットル全開運転中でないとき、LAFフィード
バック領域と判定するものである。この判別の結果、L
AFフィードバック領域にないときはリセットフラグF
KLAFRESETを「1」に設定し、LAFフィード
バック領域にあるときは「0」とする。
【0042】続くステップS7では、リセットフラグF
KLAFRESETが「1」か否かを判別し、FKLA
FRESET=1のときは、ステップS8に進んで適応
補正係数KSTRを「1.0」に設定して、本処理を終
了する。また、FKLAFRESET=0のときは、適
応補正係数KSTRの演算を行って(ステップS9)、
本処理を終了する。
【0043】図4は、図3のステップS6におけるLA
Fフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。
【0044】先ずステップS121では、LAFセンサ
17が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあ
るときはフュエルカット中であることを「1」で示すフ
ラグFFCが「1」か否かを判別し(ステップS12
2)、FFC=0であるときは、スロットル弁全開中で
あることを「1」で示すフラグFWOTが「1」か否か
を判別し(ステップS123)、FWOT=1でないと
きは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧
VBATが所定下限値VBLOWより低いか否かを判別
し(ステップS124)、VBAT≧VBLOWである
ときは、理論空燃比に対応するLAFセンサ出力のずれ
(LAFセンサストイキずれ)があるか否かを判別す
る。そして、ステップS121〜S125のいずれかの
答が肯定(YES)のときは、LAFセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を停止すべき旨を「1」で示すK
LAFリセットフラグFKLAFRESETを「1」に
設定する(ステップS132)。
【0045】一方、ステップS121〜S125の答が
すべて否定(NO)のときは、LAFセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を実行可能と判定して、KLAF
リセットフラグFKLAFRESETを「0」に設定す
る(ステップS131)。
【0046】次に適応補正係数KSTR算出処理につい
て、図5を参照して説明する。
【0047】図5は、図2のブロックB17、すなわち
適応制御(STR(Self Tuning Regulator))ブロッ
クにおける演算処理を説明するための図であり、このS
TRブロックは、目標空燃比係数(目標当量比)KCM
D(k)と検出当量比KACT(k)とが一致するよう
に適応補正係数KSTRを設定する適応制御器としての
STRコントローラと、該STRコントローラで使用す
る適応パラメータを設定する適応パラメータ調整手段と
しての適応パラメータ調整機構とからなる。
【0048】公知の適応制御の調整則の一つに、ランダ
ウらが提案したパラメータ調整則があり、本実施の形態
では、このランダウらの調整則を用いた。ランダウらの
調整則では、離散系の制御対象の伝達関数A(Z-1)/
B(Z-1)の分母分子の多項式を数式2のようにおいた
とき、適応パラメータベクトルθハット(k)及び適応
パラメータ調整機構への入力ζ(k)は、数式3、4の
ように定められる。数式3、4では、m=1、n=1、
d=3の場合、即ち1次系で3制御サイクル分の無駄時
間を持つプラントを例にとった。ここでkは時刻、より
具体的には制御サイクルを示す。また、数式4におい
て、u(k)及びy(k)は、本実施形態では、それぞ
れ適応補正係数KSTR(k)及び検出当量比KACT
(k)に対応する。
【0049】
【数2】
【0050】
【数3】
【0051】
【数4】 ここで、適応パラメータベクトルθハット(k)は、数
式5で表される。また、数式5中のΓ(k)及びeアス
タリスク(k)は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信
号であり、数式6及び数式7のような漸化式で表され
る。
【0052】
【数5】
【0053】
【数6】
【0054】
【数7】 数式6中のλ1(k)、λ2(k)の選び方により、種
々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ1(k)=
1,λ2(k)=λ(0<λ<2)とすると漸減ゲイン
アルゴリズム(λ=1の場合、最小自乗法)、λ1
(k)=λ1(0<λ1<1)、λ2(k)=λ2(0
<λ2<2)とすると、可変ゲインアルゴリズム(λ2
=1の場合、重み付き最小自乗法)、λ1(k)/λ2
(k)=αとおき、λ3が数式8のように表されると
き、λ1(k)=λ3とおくと固定トレースアルゴリズ
ムとなる。また、λ1(k)=1,λ2(k)=0のと
き固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式5か
ら明らかなように、Γ(k)=Γ(k−1)となり、よ
ってΓ(k)=Γの固定値となる。
【0055】また数式7のD(Z-1)は、漸近安定な多
項式であって収束性を決定するために設計者が任意に設
定できるものである。なお本実施の形態においては、
1.0に設定している。
【0056】
【数8】 数式8において、trΓ(0)は、行列Γ(0)のトレ
ース関数であり、具体的には、行列Γ(0)の対角成分
の和(スカラ量)である。
【0057】ここで、図7にあっては、前記STRコン
トローラと適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算
系の外におかれ、検出当量比KACT(k+d)が目標
当量比KCMD(k)に適応的に一致するように動作し
て適応補正係数KSTR(k)を演算する。
【0058】このように、適応補正係数KSTR(k)
及び検出当量比KACT(k)が適応パラメータ調整機
構に入力され、そこで適応パラメータベクトルθハット
(k)が算出されてSTRコントローラに入力される。
STRコントローラには入力として目標当量比KCMD
(k)が与えられ、検出当量比KACT(k+d)が目
標当量比KCMD(k)に一致するように漸化式を用い
て適応補正係数KSTR(k)が算出される。
【0059】適応補正係数KSTR(k)は、具体的に
は数式9に示すように求められる。
【0060】
【数9】 この数式9(及び数式3、4の第2式)は、プラントと
してのエンジン1及びプラント出力の検出手段としての
LAFセンサ17のむだ時間dを3制御サイクルとし
て、STRコントローラを設計したときに得られるもの
であるが、エンジン1やLAFセンサ17の仕様変更に
より、むだ時間dが3制御サイクルより大きくなる場合
がある。例えばむだ時間d=5とした場合、適応パラメ
ータベクトルθハット(k)及び適応パラメータ調整機
構の入力ベクトルζ(k)は、数式10、11のように
なり、また適応補正係数KSTR(k)の演算式は数式
12のようになる。
【0061】
【数10】
【0062】
【数11】
【0063】
【数12】 したがって、適応補正係数KSTRを算出するのに必要
な演算量が大幅に増加し、車両に搭載されたエンジン制
御用のCPUで演算するのは実用的でないレベルとなっ
てしまう。そこで、本実施形態では、STRコントロー
ラの構成は、図5に示すようにむだ時間d=3に対応し
たものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトルζ
のサンプリング時期(本明細書においては、演算に用い
る入力ベクトルζが演算される演算サイクルをサンプリ
ング時期と呼ぶものとする)を、実際のむだ時間dac
t(dact>dであって例えば5)に対応したものと
する手法(以下「低次元化STR」という)を採用し
た。すなわち、上記数式5〜7において、d=dact
=3であれば、ζ(k−d)=ζ(k−3)とする(ζ
(k−d)の転置行列ζT(k−d)も同様、以下同
じ)が、実際のむだ時間dactが「3」より大きい例
えば「5」であるときは、STRコントローラ自体はd
=3に対応したものとし、数式5〜7のζ(k−d)
を、実際のむだ時間dactに対応したζ(k−5)と
する。そして、このようにして算出された適応パラメー
タベクトルθハット(k)(b0,s0,r1,r2,
r3を要素とし、r4,r5を含まない)を数式9に適
用して、適応補正係数KSTRを算出するようにした。
なお、この場合ベクトルζ(k)は、当然d=3に対応
した、数式4の第2式で表されるものとなり、次数は増
加しない。
【0064】このように低次元化STRを採用すること
により、STRコントローラ及び適応パラメータ調整機
構の次数を制御対象の実際のむだ時間dactに合わせ
て増加させることなく、実際のむだ時間dactに適し
た適応制御を行うことができ、適応補正係数KSTRを
得るための演算量の増加を抑制しつつ、高精度の適応制
御を行うことができる。
【0065】図6は、制御対象の実際のむだ時間dac
tが3制御サイクルより大きい場合において、目標当量
比KCMDを変化させたときの、適応補正係数KSTR
及び検出当量比KACTの変化を示す図である。同図
(a)は、STRコントローラをむだ時間d=3に対応
したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトル
ζのサンプリング時期もd=3に対応させて、数式5〜
7のζ(k−d)をζ(k−3)とした場合を示し、同
図(b)は、STRコントローラをむだ時間d=3に対
応したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクト
ルζのサンプリング時期を、実際のむだ時間dactに
ほぼ一致するd=4に対応させて、数式5〜7のζ(k
−d)をζ(k−4)とした場合を示す。これらの図か
ら明らかなように、本実施形態のように、STRコント
ローラの設計上のむだ時間dが、実際のむだ時間dac
tより小さい場合でも、適応パラメータ調整機構の入力
ベクトルζのサンプリング時期を実際のむだ時間dac
tにほぼ対応したものとすることにより、適応制御の追
従性及び安定性を大幅に改善することができる。
【0066】制御対象の実際のむだ時間は、連続的な数
値であるのに対し、適応制御上のむだ時間の設定は、離
散化された数値とする必要があるため、例えば実際のむ
だ時間が4.5制御サイクル相当の時間である場合に
は、dact=4とした場合の制御性能と、dact=
5とした場合の制御性能とを実験により比較し、最適値
を選択することが望ましい。
【0067】上述したように低次元化STRを採用する
と、演算量を増大させることなく適応制御の性能を向上
させることができるが、設計上想定したモデルが実際の
制御対象と異なるため、適応パラメータベクトルθハッ
トのドリフトが起きやすくなる可能性がある。また、上
述したような低次元化を行わない場合でも、数式5は、
本質的に外乱による微少な同定誤差が、適応パラメータ
に積算されるという特性を有するので、数式5を使用し
て適応パラメータベクトルθハットを算出する限り、定
常状態が継続すると適応パラメータベクトルθハットが
ドリフトすることは避けられない。
【0068】そこで本実施形態では、適応パラメータベ
クトルθハットのドリフトを防止する手段を追加するこ
ととした。以下その内容を説明する。
【0069】図7は、本実施形態における適応パラメー
タベクトルθハットの算出手法を説明するためのブロッ
ク図であり、同図において、eid(k)及びQ(k)
は、数式13で定義される同定誤差及び可変ゲインであ
る。
【0070】
【数13】 同定誤差eid(k)は、同定誤差信号eアスタリスク
(数式7)の分子に対応し、可変ゲインQ(k)は、数
式5の第2項を同定誤差eid(k)で除算したものに
対応する。すなわち、同定誤差eid及び可変ゲインQ
(k)を用いると適応パラメータベクトルθハット
(k)は、数式14のように表される。
【0071】
【数14】 図7(a)において、同定誤差eid(k)は、非線形
フィルタブロックB51に入力され、その出力eida
(k)は乗算ブロックB52を介して積分器ブロックB
53に入力される。非線形フィルタブロックB51の入
出力特性は、例えば図8(a)に示すように設定され
る。すなわち、−η≦eid≦η(ηは実験的に決定さ
れる所定値である)であるときは、eida=0とさ
れ、それ以外のときはeida=eidとされ、入力e
idが±ηの範囲(以下「不感帯」という)内にあると
きは、出力eida=0とされる。
【0072】ブロックB52及びB53における演算
は、数式14の演算(eid(k)をeida(k)に
置き換えたもの)に対応する。
【0073】このように本実施形態では、非線形フィル
タブロックB51の処理が追加されている。これによ
り、内燃機関の運転状態が定常状態となって、適応パラ
メータベクトルθハットの同定がほぼ完了した状態で
は、同定誤差eidは、±ηできまる不感帯の範囲内と
なるため、出力eida=0となり、設計上想定したモ
デルと、実際のプラントの特性との差や外乱の影響で発
生する微少な同定誤差が蓄積されることを防止すること
ができ、適応パラメータベクトルθハットのドリフトを
防止することができる。
【0074】ここで図8(a)の入出力特性は、eid
=−η、ηにおいて不連続点を有するため、同定誤差e
idが不感帯をはずれるときに、適応パラメータベクト
ルθハットが急激に変化する。したがって、非線形フィ
ルタブロックB51の入出力特性は、同図(b)に示す
ように不連続点の無いものとする、すなわち、−η≦e
id≦ηであるときは、eida=0とし、eid>η
であるときは、eida=eid−ηとし、eid<−
ηであるときは、eida=eid+ηとすることが望
ましい。
【0075】また、図7(a)に示すように非線形フィ
ルタブロックB58を追加するのみでは、適応制御の定
常偏差(目標当量比KCMDと検出当量比KACTとの
定常偏差)が発生するという問題がある。不感帯の範囲
内にある同定誤差は、適応パラメータベクトルθハット
に反映されないからである。
【0076】そこで、図7(b)に示すようにブロック
B61〜B66を追加することが望ましい。乗算ブロッ
クB61、B64、加算ブロックB62、遅延ブロック
B63は、一次遅れフィルタ(ローパスフィルタ)を構
成する。このフィルタの出力eidfが、制限フィルタ
ブロックB65でそのレベルが制限され、加算ブロック
B66で非線形フィルタブロックB51の出力eida
と加算される。加算ブロックB66の出力は、乗算ブロ
ックB52に入力される。
【0077】一次遅れフィルタの出力eidfは、下記
数式15で表される。
【0078】
【数15】eidf=CLF×eidfa(k−1)+
(1−CLF)×eid(k) ここで、CLFは1より小さく、かつ1に非常に近い値
(例えば0.988)に設定される、すなわちローパス
フィルタのカットオフ周波数が0に近い値となるように
設定されるなまし係数である。
【0079】制限フィルタブロックB65は、図8
(c)に示すような特性のリミッタを構成する。すなわ
ち、フィルタ出力eidfが、−ηより小さいときは、
リミッタ出力eidfa=−ηとされ、ηより大きいと
きは、リミッタ出力eidfa=ηとされ、−η≦ei
df≦ηであるとき、eidfa=eidfとされる。
【0080】図7(b)に示す変形例では、カットオフ
周波数が0に近いローパスフィルタにより、同定誤差e
idの定常偏差成分が抽出され、非線形フィルタブロッ
クB51の出力eidaに加算されるので、同定誤差e
idの定常偏差成分が適応パラメータベクトルθハット
に反映され、適応制御の定常偏差(目標当量比KCMD
と検出当量比KACTとの定常偏差)をなくすことがで
きる。
【0081】また制限フィルタブロックB65を設ける
ことにより、同定誤差eidが不感帯の外にある(ei
d>ηまたはeid<−η)場合に、加算ブロックB6
6によって、適応パラメータベクトルθハットの算出に
用いられる同定誤差eidの定常偏差成分が本来の値よ
り大きくなってしまうことを防止することができる。
【0082】次に本実施形態における適応補正係数KS
TRの実際の算出式を説明する。上述した数式4〜9
は、制御サイクルと制御周期(TDC信号パルスの発生
周期)とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係
数KSTRを使用する場合のものであるが、本実施形態
では、制御サイクルを気筒数と対応させて4TDCとす
ることにより、気筒毎に適応補正係数KSTRを決定す
るようにしている。具体的には、上記数式4〜9をそれ
ぞれ数式16〜21に置き換えて、適応補正係数KST
Rを決定することにより、気筒別の適応補正係数KST
Rを算出して適応制御を行っている。
【0083】
【数16】
【0084】
【数17】
【0085】
【数18】
【0086】
【数19】
【0087】
【数20】
【0088】
【数21】 なお、実際のむだ時間dactが例えば「4」であると
きは、数式17〜20のdを「4」とした数式を使用し
て適応パラメータb0,s0,r1〜r3を算出する。
【0089】図9は、図3のステップS9におけるKS
TR算出処理のフローチャートである。
【0090】先ずステップS401では、前回リセット
フラグFLAFRESETが「1」であったか否かを判
別し、FLAFRESET=1であって適応制御を実行
していなかったときは、適応パラメータb0,s0,r
1〜r3を初期値に設定する初期化処理を実行してステ
ップS404に進む。また、ステップS401でFLA
FRESET=0であって、前回も適応制御を実行して
いたときは、図10に示す適応パラメータb0,s0,
r1〜r3演算処理を実行する。
【0091】本実施形態では、前記数式17によるθハ
ット(k)、すなわち適応パラメータb0,s0,r1
〜r3の算出は、4TDC期間(TDC信号パルスが4
回発生する期間=1燃焼サイクル)に1回行うようにし
ているので、図10のステップS431では、前回の数
式17による算出から4TDC期間が経過したか否かを
判別し、経過したときは、数式17による適応パラメー
タb0,s0,r1〜r3の算出を行う(ステップS4
32)。4TDC期間経過してないときは、適応パラメ
ータのb0(k),s0(k),r1(k)〜r3
(k)を、それぞれ前回値b0(k−1),s0(k−
1),r1(k−1)〜r3(k−1)に設定する。
【0092】ステップS432またはS433実行後
は、下記数式22により適応パラメータb0,s0,r
1〜r3のpTDC期間(例えばp=8とした8TDC
期間)の移動平均値b0AV,r0AV,r1AV,r
2AV,r3AVを算出し(ステップS434)、本処
理を終了する。なお、この移動平均化処理を行うため
に、適応パラメータb0,s0,r1〜r3のpTDC
期間(以下「p」を平均化期間という)の値を格納する
リングバッファ(記憶手段)が設けられており、リング
バッファの内容は、1TDC期間毎に、新たに算出され
た適応パラメータまたは前回値によって更新され、最も
古いデータが捨てられる。なお、リングバッファの更新
は、適応パラメータベクトルθハットを新たに演算した
ときに4TDC期間分の同じ値を格納する(すなわち、
新たに算出されたθハット(k)の値を、θハット
(k)からθハット(k+3)に対応させて格納する)
ことにより行うようにしてもよい。
【0093】
【数22】 図11は、平均化期間p=8の場合の移動平均値θハッ
トAVの算出手法を説明するための図である。同図にお
いて、適応パラメータベクトルθハットの更新は、4T
DC期間に1回行われるので、θハット(k−8)=θ
ハット(k−7)=θハット(k−6)=θハット(k
−5),θハット(k−4)=θハット(k−3)=θ
ハット(k−2)=θハット(k−1)である。したが
って、移動平均化した適応パラメータベクトルθハット
AVには、更新されたθハットの値が徐々に反映され
る。この移動平均化演算は、更新されたベクトルθハッ
ト(k−8),θハット(k−4),θハット(k)等
の要素を平均化するものでない点に特徴がある。
【0094】図12は、適応パラメータb0と移動平均
値b0AVの推移の一例を示す図である。この図におい
て、適応パラメータb0(0)からb0(4)は、初期
値として同一値に設定されており、例えば移動平均値b
0AV(8)は、適応パラメータb0(1)からb0
(8)までの平均値として算出され、また移動平均値b
0AV(13)は、適応パラメータb0(6)からb0
(13)までの平均値として算出される。すなわち、移
動平均値b0AV(8)は、適応パラメータb0(0)
で代表される初期値と、適応パラメータb0(4)で代
表される第1回更新値と、適応パラメータb0(8)で
代表される第2回更新値とから得られる重み付け補間演
算値であり、移動平均値b0(13)は、適応パラメー
タb0(4)で代表される第1回更新値と、適応パラメ
ータb0(8)で代表される第2回更新値と、適応パラ
メータb0(12)で代表される第3回更新値とから得
られる重み付け補間演算値であるとみることができる。
【0095】図9に戻り、ステップS404では、前記
数式21に図10のステップS434で移動平均化され
た適応パラメータb0AV,s0AV,r1AV〜r3
AVを適用して、適応補正係数KSTRを算出する。こ
のように、適応パラメータb0,s0,r1〜r3の移
動平均値を用いることにより、適応パラメータb0,s
0,r1〜r3を4TDC期間に1回の頻度で更新する
こと及びLAFセンサ17のローパス特性に起因する適
応制御の不安定化を防止することができる。すなわち、
このような移動平均化により、同定誤差信号eアスタリ
スクに含まれる、特定周波数及びその高調波周波数にお
いてピーク(共振)を示す成分が除去されるため、適応
制御の安定化を達成することができる。なお、このよう
な効果が最も顕著に得られるのは、平均化期間pを、前
記特定周波数に対応した周期に対応する値に設定したと
き(例えば前記特定周波数の逆数が12TDC期間であ
るときは、p=12)である。ただし、例えば最適値が
p=12の場合において、p=4としても実用上問題の
ない程度の安定性を得ることができる。
【0096】続くステップS405では、算出した適応
補正係数KSTRのリミット処理を行う。すなわち、適
応補正係数KSTRが上限値より大きいときは、KST
R=上限値とし、下限値より小さいときは、KSTR=
下限値とし、上下限値の範囲内にあるときは、そのまま
本処理を終了する。
【0097】本実施形態では、エンジン1がプラントに
相当し、LAFセンサ17が検出手段または空燃比検出
手段に相当し、図5のSTRコントローラが適応制御器
に相当し、適応パラメータ調整機構が適応パラメータ調
整手段に相当する。そして、STRコントローラ及び適
応パラメータ調整機構は、より具体的にはECU5によ
って実現される。
【0098】なお、上述した例では、同定誤差信号eア
スタリスクの分子に相当する同定誤差eidに対して、
非線形フィルタ処理及びローパスフィルタ処理等を行う
にしたが、これに限るものではなく、同定誤差信号eア
スタリスクに対して同様の処理を行うようにしてもよ
い。また、上述した例では、非線形フィルタブロックB
51の特性は、同定誤差eidが不感帯の範囲内にある
とき、出力eida=0としたが、0でなくても0に非
常に近い値に設定するようにしてよい。
【0099】また、適応パラメータベクトルθハットの
更新周期は、4TDC期間に限るものではなく、2TD
C期間、6TDC期間、8TDC期間等としてもよい。
また、1TDC期間毎に適応補正係数KSTRの算出に
使用する適応パラメータベクトルθハットは、上述した
移動平均値に限らず、図12に示すように適応パラメー
タ値が滑らかに変化するように、過去の更新ベクトルθ
ハット(k−4)、θハット(k−8)等の要素と今回
の更新ベクトルθハット(k)の要素とを用いた補間演
算あるいは下記数式23を用いた周知の平滑化処理(ロ
ーパスフィルタ処理)により得られる値を用いてもよ
い。数式23において、CAVは、0から1の間の値に
設定されるなまし係数である。
【0100】
【数23】 すなわち、例えば4TDC期間毎に更新される適応パラ
メータベクトルθハットの要素に対して、1TDC期間
毎に平滑化処理を行い、該処理後の適応パラメータ値
を、適応補正係数KSTRの算出に使用してもよい。た
だし、移動平均化演算による平滑化処理によれば、平均
化期間pの逆数に対応する周波数及びその整数倍の周波
数における減衰量が増加するくし形フィルタ特性が得ら
れ、不要な周波数成分のみを効果的に減衰させることが
できるので、移動平均化演算により得られた適応パラメ
ータ値を使用することが望ましい。
【0101】また、例えば4TDC期間毎に適応パラメ
ータベクトルθハットを更新する場合、時点kで更新し
たときに、時点(k+1),(k+2),(k+3)に
対応する適応パラメータベクトルθハットも決まるの
で、平均化演算は、必ずしも1TDC期間毎に行う必要
はなく、適応パラメータベクトルθハットの更新時にま
とめて実行してメモリに格納しておき、適応補正係数K
STRの算出時に対応するデータを読み出して使用する
ようにしてもよい。あるいは、平均化演算は、1TDC
期間より短い期間(例えばクランク軸が30度回転する
のに要する期間)毎に実行するようにしてもよい。
【0102】(第2の実施形態)第1の実施形態では、
非線形フィルタにより適応パラメータのドリフトを防止
するようにしたが、この手法では、制御対象である内燃
機関の種々の運転状態や、LAFセンサ17の特性の経
時変化などにより、不感帯を決定する所定値ηの最適値
が変化するため、長期間の使用により、不感帯が不適切
なものとなる可能性がある。
【0103】そこで、本実施形態では、非線形フィルタ
に代えて適応パラメータのドリフトを防止する他の手段
を導入した。なお、以下に述べる適応パラメータベクト
ルθハットの算出手法以外の点は、上述した第1の実施
形態と同一である。
【0104】本実施形態では、前記数式5に代えて下記
数式24を用いて適応パラメータベクトルθハットを算
出する。数式24は、ブロック図で表すと図13(a)
に示すようになる。この図において、ブロックB71、
B74は、乗算を行うブロック、ブロックB72は、加
算を行うブロック、ブロックB73は、1サンプル周期
遅延させるブロックである。
【0105】
【数24】 ここで、σは、下記数式25のように設定される忘却係
数ベクトルである。数式25の第2式は、m=n=1,
d=3の場合である。
【0106】
【数25】 数式24の第2式は、展開すると数式26のようにな
り、過去の同定誤差eid(1)、eid(2)、…に
忘却係数ベクトルσの(k−1)乗、(k−2)乗が乗
算されることになる。
【0107】
【数26】 したがって、忘却係数ベクトルσの要素Sbo,Sr
1,…,Ss0等を、0より大きく1より小さい値に設
定することにより、kが大きくなるほど、過去の同定誤
差eidの影響が低減される。すなわち、同定誤差ei
dの過去値の影響を除去することができるので、設計上
想定したモデルと、実際のプラントの特性との差や外乱
の影響で発生する微少な同定誤差が、際限なく蓄積され
ることを防止することができ、適応パラメータベクトル
θハットのドリフトを防止することができる。数式25
から明らかなように、忘却係数ベクトルσの各要素Sb
o,Sr1,…,Ss0等の値を、0に近づけるほど、
同定誤差eidの過去値の影響度合が低減されるので、
適応パラメータベクトルθハットのどの程度の過去値ま
でを今回値に反映させればよい制御特性が得れられるか
を実験的に確認し、各要素の値を設定することが望まし
い。
【0108】ただし、このような忘却係数ベクトルσを
導入すると、エンジンが定常運転状態となり、同定誤差
信号eアスタリスク(同定誤差eid)が非常に小さく
なると、適応パラメータベクトルθハットの各要素の値
は、ゼロに漸近する傾向を示す。ところが、適応パラメ
ータb0は、適応補正係数KSTRを算出する数式9
(または数式21)の分母にあるため、適応パラメータ
b0が0に漸近すると、適応補正係数KSTRが無限大
となり制御が発散していまう。したがって、忘却係数ベ
クトルσの要素Sb0は「1」とすることが望ましい。
このように設定しても、他の適応パラメータr1,r
2,…,s0等は、忘却係数Sr1,Sr2,…,Ss
0等により有限値に抑えられるので、適応パラメータb
0の絶対値が発散するような事態は発生しない。以下こ
の点を説明する。
【0109】適応パラメータθハットは、数式13の第
1式で表される同定誤差eid(k)をゼロとするよう
に調整される。本実施形態では、多項式D(Z-1)=1
としているので、eid(k)=0とすると、数式27
の関係が成立する。
【0110】
【数27】 ここで、y(k)=KACT(k),u(k)=KST
R(k),d=3とすると、数式27は数式28のよう
になる。
【0111】
【数28】 この数式28において、検出当量比KACT(k)及び
適応補正係数KSTR(k)は、有限値であるので、適
応パラメータr1,r2,r3,s0が有限値であれ
ば、適応パラメータb0も当然に有限値となり、発散す
ることはない。
【0112】なお、忘却係数ベクトルσの要素Sb0以
外の要素Sr1,Sr2,…,Ss0等は、全て同一の
値Sとしてもよく、例えばS=0.95〜0.99程度
の値とする。
【0113】また、忘却係数ベクトルσの要素Sb0以
外の要素Sr1,Sr2,…,Ss0等のうちの一部
を、「1」に(すなわち忘却しないように)設定して
も、忘却係数ベクトルσを全く乗算しない数式5を用い
た場合より、適応パラメータベクトルθハットのドリフ
トを低減することができる。
【0114】本実施形態では、図5のSTRコントロー
ラが適応制御器に相当し、適応パラメータ調整機構が適
応パラメータベクトル調整手段に相当し、忘却係数ベク
トルσの要素が、所定の係数に相当する。
【0115】(第3の実施形態)第2の実施形態では、
忘却係数σを導入することにより、適応パラメータのド
リフトを防止するようにしたが、この手法では、定常的
な運転状態が継続すると、適応パラメータベクトルのb
0以外の要素r1,r2,s0等がゼロ近傍に収束する
ため、適応制御が本来的に備えている動特性補償能力が
低下するという問題がある。
【0116】そこで、本実施形態では、定常的な運転状
態が継続した場合には、適応パラメータベクトルθハッ
トがその初期値に収束するように、適応パラメータベク
トルθハットの演算式を変更するとともに、その初期値
を定常的な運転状態において適切な動特性補償能力が得
られるように設定するようにした。なお、以下に述べる
適応パラメータベクトルθハットの算出手法以外の点
は、上述した第1の実施形態と同一である。
【0117】本実施形態では、前記数式5を下記数式2
9のように、適応パラメータベクトルの初期値θハット
(0)とその更新成分dθハット(k)の和の形式に変
形し、更新成分dθハット(k)を下記数式30により
算出するようにした。数式30におけるδは、数式31
のように設定される忘却係数ベクトルであり、数式31
の第2式は、m=n=1,d=3の場合である。数式2
9、30による演算をブロック図で表すと、図13
(b)に示すようになる。この図において、ブロックB
71、B75は、乗算を行うブロック、ブロックB7
2、B76は、加算を行うブロック、ブロックB73
は、1サンプル周期遅延させるブロックである。
【0118】
【数29】
【0119】
【数30】
【0120】
【数31】 更新成分dθハット(k)は、展開すると数式30の第
3式のように表されるので、これを数式29に適用する
と数式32が得られる。
【0121】
【数32】 数式32を数式26と対比すると、本実施形態の適応パ
ラメータベクトル演算式31は、適応パラメータベクト
ルの初期値θハット(0)に忘却係数ベクトルδが乗算
されない点で、数式24と異なる形式を有することがわ
かる。すなわち、数式24を使用する第2の実施形態
は、数式32を使用する第3の実施形態おいて、初期値
θハット(0)にも忘却係数を乗算するようしたものと
みなすことができる。
【0122】忘却係数ベクトルδの各要素Db0,Dr
1,Dr2,…,Ds0等は、忘却係数ベクトルσと同
様に、0より大きく1より小さい値に設定する。ただ
し、初期値θハット(0)の設定値に拘わらず、適応制
御の定常偏差をゼロとするために、Db0のみ「1」に
設定することが好ましい。第2の実施形態において、忘
却係数ベクトルσの要素Sb0=1としても、適応パラ
メータベクトルθハットのドリフトが発生しないのと同
じ理由で、Db0=1としても適応パラメータθハット
のドリフトは発生しない。
【0123】また、要素Db0以外の要素Db0,Dr
1,Dr2,Ds0等は全て同一値D(0<D<1、例
えば0.95〜0.99程度の値とする)に設定しても
制御性能上特に問題はないので、忘却係数ベクトルδ=
[1,D,D,…,D]とすることが望ましい。
【0124】以上のように本実施形態では、忘却係数ベ
クトルδを用いて数式29(即ち数式32)により適応
パラメータベクトルθハットを算出するようにしたの
で、定常的な運転状態が継続した場合には、適応パラメ
ータベクトルθハットは、その初期値θハット(0)の
近傍(近い値)に収束する。したがって、初期値θハッ
ト(0)を適切に設定することにっより、定常的な運転
状態が継続した場合でも適応パラメータベクトルθハッ
トのドリフトを防止しつつ、良好な動的補償能力を維持
することができる。
【0125】なお、忘却係数ベクトルδの要素Db0以
外の要素Dr1,Dr2,…,Ds0等のうちの一部
を、「1」に(すなわち忘却しないように)設定して
も、忘却係数ベクトルδを全く乗算しない数式5を用い
た場合より、適応パラメータベクトルθハットのドリフ
トを低減することができる。
【0126】本実施形態では、図5のSTRコントロー
ラが適応制御器に相当し、適応パラメータ調整機構が適
応パラメータベクトル調整手段に相当し、忘却係数ベク
トルδの要素が、所定の係数に相当する。
【0127】(その他の実施形態)なお、本発明は上述
した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能で
ある。上述した実施形態では適応制御器をむだ時間d=
3に対応したものして設計を行い、適応パラメータ調整
機構の入力ベクトルζのサンプリング時期をd=3より
大きい実際のむだ時間に合わせるようにしたが、適応制
御器を例えばむだ時間d=2に対応したものとし、適応
パラメータ調整機構の入力ベクトルζのサンプリング時
期をd=2より大きい実際のむだ時間に合わせるように
してもよい。
【0128】さらには、本発明は、適応制御器を例えば
むだ時間d=2に対応したものとし、適応パラメータ調
整機構の入力ベクトルζのサンプリング時期をd=2と
するような、低次元化がされていない適応制御器にも適
応可能である。
【0129】また、上述した実施形態では、適応制御の
操作量を、吸入供給量に対応する基本燃料量TIMFの
補正係数KSTRとしたが、これに限るものではなく、
燃料噴射量TOUTを直接適応制御により算出するよう
にしてもよい。ただし、操作量を補正係数KSTRとす
ることにより、燃料噴射量TOUTを操作量とする場合
に比べて、とりうる値の範囲がより限定されるので、制
御をより安定化することができる。
【0130】また、制御の対象となるプラントはエンジ
ンに限るものではなく、例えば化学製品の製造工程等で
あってもよい。その場合には、検出する物理量は例えば
流量や濃度等であり、操作量は制御弁の開度等である。
【0131】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、適
応パラメータベクトルを更新するときは、更新成分の過
去値の少なくとも一部の要素に、0より大きく且つ1よ
り小さい所定の係数が乗算される。その結果、定常状態
で適応パラメータベクトルの初期値に更新成分を加算す
る演算を繰り返しても、適応パラメータの値がドリフト
することがなく、安定した適応制御を継続することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラントの制御装置を、内燃機関の空
燃比制御装置として構成した例を示す図である。
【図2】図1の構成における空燃比制御手法を説明する
ための機能ブロック図である。
【図3】LAFセンサ出力に基づいて適応補正係数を算
出する処理のフローチャートである。
【図4】LAFフィードバック領域判別処理のフローチ
ャートである。
【図5】適応補正係数(KSTR)の算出処理を説明す
るためのブロック図である。
【図6】本実施形態の手法を適用した場合の制御性能を
説明するための図である。
【図7】適応パラメータベクトルの算出方法を説明する
ためのブロック図である。
【図8】図7にフィルタブロックの特性を示す図であ
る。
【図9】適応補正係数(KSTR)の算出処理のフロー
チャートである。
【図10】適応パラメータ演算処理のフローチャートで
ある。
【図11】適応パラメータの移動平均値の算出方法を説
明するための図である。
【図12】適応パラメータの値とその移動平均値の推移
を示す図である。
【図13】適応パラメータベクトルの算出方法を説明す
るためのブロック図である。
【符号の説明】
1 内燃機関(本体) 2 吸気管 5 電子コントロールユニット(ECU)(適応パラメ
ータベクトル調整手段、適応制御器) 12 燃料噴射弁 16 排気管 17 広域空燃比センサ(検出手段、空燃比検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤崎 修介 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 北川 浩 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラントの出力を検出する検出手段と、
    該検出手段の出力が目標値と一致するように前記プラン
    トへの操作量を制御する適応制御器と、該適応制御器で
    用いる適応パラメータベクトルを調整する適応パラメー
    タベクトル調整手段とを備えるプラントの制御装置にお
    いて、 前記適応パラメータベクトル調整手段は、適応パラメー
    タベクトルの初期値に、適応パラメータベクトルの更新
    成分を加算する形式で構成され、適応パラメータベクト
    ルを更新するときは、前記更新成分の過去値の少なくと
    も一部の要素に、0より大きく且つ1より小さい所定の
    係数を乗算することを特徴とするプラントの制御装置。
  2. 【請求項2】 前記適応パラメータベクトル調整手段
    は、前記初期値にも前記所定の係数を乗算することを特
    徴とする請求項1に記載のプラントの制御装置。
  3. 【請求項3】 前記適応パラメータベクトル調整手段
    は、前記操作量を決定する場合に除算項として適用され
    る、前記適応パラメータベクトルの要素に対しては、前
    記所定の係数が乗算されないようにすることを特徴とす
    る請求項1または2に記載のプラントの制御装置。
  4. 【請求項4】 前記プラントは内燃機関であり、前記検
    出手段は、前記内燃機関の排気系に設けられた空燃比検
    出手段であり、前記目標値は前記内燃機関に供給する混
    合気の目標空燃比であり、前記操作量は前記内燃機関に
    供給する燃料量であることを特徴とする請求項1から3
    のいずれかに記載のプラントの制御装置。
  5. 【請求項5】 前記操作量は、前記内燃機関の吸入空気
    量に対応した基本燃料量の補正係数として算出されるこ
    とを特徴とする請求項4に記載のプラントの制御装置。
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