WO2008143363A1

WO2008143363A1 - フィードバック制御システム

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Publication number: WO2008143363A1
Application number: PCT/JP2008/059860
Authority: WO
Inventors: Shigeki Nakayama
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2008-11-27
Also published as: CN101681151B; US8489309B2; EP2161635A1; JP4626630B2; JP2008291752A; CN101681151A; US20100174471A1

Abstract

本発明は、可変値をフィードバックゲインとするフィードバック制御の収束性や安定性を向上させる技術を提供することを課題とする。本発明においては、一定値である基本ゲイン又は基本ゲインより大きい値から基本ゲインに減衰する可変ゲインを制御系の状態に応じてフィードバックゲインに設定し、比例項と積分項との少なくとも２項を変数とする関数に基づいて入力値を算出するフィードバック制御システムにおいて、該関数の比例項部分に基本ゲインで計算した基本比例項、積分項部分に制御系の状態に応じたフィードバックゲインで計算した通常積分項を代入して得られる判定値が上限値より大きい場合に積分項を再計算する。積分項の再計算は、該関数の比例項部分に基本比例項、積分項部分に再計算後の積分項を代入して得られる値が該上限値以下となるようにする。積分項が再計算された場合は、該関数の比例項部分に制御系の状態に応じたフィードバックゲインで計算した通常比例項、積分項部分に再計算後の積分項を代入して得られる値を入力値とする。

Description

フィードバック制御システム

技術分野

本発明は、フィードバック制御システムに関する。

明

糸

背景技術 1田フィードバック制御におけるフィ一ドバックゲインを制御系の状態に応じて変化する可変値とすることによって、出力値の目標値への追従性やフィードパック制御の安定性の向上を図る技術が知られている。例えば、特開 2006— 16160 5号公報には、内燃機関の E G R量をフィードパック制御する E G R制御装置であつて、内燃機関が過渡状態から定常状態に切り替わる時に制御ゲインを次第に小さくすることで EGR量の制御の安定ィ匕を図った技術が開示されている。また、特開 2006-249962号公報には、内燃機関の E G R量をフィードバック制御する E G R制御装置であって、目標 E G R率と実 E GR率との偏差の正負に応じて制御ゲインを変化させることで E G R率の制御の安定化を図つた技術が開示されている。

発明の開示

フィードバック制御において、制御対象への入力値が過大（又は過小）になるとハンティングやオーバーシユート等を招き制御性が悪化する。これを抑制するために、入力値に上限値（又は下限値）を設定し、算出された入力値が上限値より大きい場合（下限値より小さい場合）には、当該上限値以下の所定値（又は当該下限値以上の所定値）を制御対象への入力値とするガード処理を行うことがある。 P I制御や P I D制御を行うフィードパック制御では、過大（又は過小）な入力値が算出される場合には、比例項、積分項、又は微分項もそれぞれ過大（又は過小）になっていることが考えられる。このうち、特に積分項に関しては、ある時点での積分項の値がそれ以降に算出される積分項、ひいては入力値の値に影響するため、積分項が過大（又は過小）になった場合には、それ以降における積分項が適切な大きさの値となるように、積分項の再計算を行う場合がある。

図 9に、 P I制御におけるガード処理と積分項の再計算の一例を示す。図 9 (A) は目標値及ぴ出力値の変化を示す図である。図 9 (B) は比例項、積分項、及ぴ入力値の変化を示す図である。斜線を施した部分は比例項 U_pを表し、塗りつぶした部分は積分項 Uiを表す。ここでは、制御対象への入力値は比例項 U_pと積分項 Ui との和で計算されるものとする。図 9 (C) は制御ゲインの基本ゲインに対する倍率の変化を示す図である。この例では、フィードバックゲインは常に基本ゲインで一定であるとする。すなわち、フィードバックゲインの基本ゲインに対する倍率は制御系の状態に依らず 1. 0で一定である。

図 9 (A)に示すように、時刻 t _xと時刻 t ₂との間において目標値が変化すると、出力値と目標値との偏差が拡大し、時刻 t ₂における比例項 U_p (t ₂) 及び積分項 U; (t ₂) は、図 9 (B) に示すように時刻 t における比例項 U_p (t _x) 及ぴ積分項 Ui (t _x) よりそれぞれ大きい値になる。これら比例項 U_p (t ₂) 及び積分項 (t ₂) から算出された入力値

U_p (t ₂) +U; (t ₂)

力図 9 (B) に示すように上限値 X_supより大きくなると、上述のガード処理が行われ、この例では上限値 X_supが制御対象への入力値とされる。図中では、ガード処理が行われる前の段階の入力値を「仮入力値」と記している。

この時、同時に積分項の再計算が行われる。ここでは、上限値 X_{s up}から比例項 U_p (t ₂) を減算した値として積分項が再計算され、再計算後の積分項は、 u_{i c a l} (t ₂) -x_sup-u_p (t ₂)

となる。

時刻 t ₃における積分項 U i ( t ₃) は、時刻 t ₂において再計算された積分項 U i _{c a l} (t ₂) に基づいて算出される。すなわち、時刻 t ₂において再計算された積分項 U i _{c a} i ( t ₂) に、時刻 t ₂から時刻 t ₃までの間の偏差の時間積分を加算して算出される。これにより積分項の値は増加する一方、偏差の縮小に伴って比例項 U_p

( t ₃) の値は時刻 t ₂における比例項 U _p ( t ₂ ) より小さくなる。これら比例項

U_p (t ₃) 及び積分項 Ui (t ₃) 力^算出された仮入力値

U_p (t ₃) +U_; (t ₃)

力図 9 (B) に示すように上限値 X_{s up}と略等しい値になった場合は、ガード処理は行われず、また積分項の再計算も行われず、仮入力値がそのまま制御対象への入力値とされる。

時刻 t ₄では偏差は更に縮小して比例項 U_p ( t ₄) の値も更に小さくなる一方、積分項 Ui (t ₄) は時刻 t ₃における積分項 Ui (t ₃) より若干大きくなる。これら比例項 U_p (t ₄) 及び積分項 Ui (t ₄) 力 ^算出された仮入力値

u_p (t ₄) +U_; (t ₄)

IK 図 9 (B) に示すように上限値 X_supより小さくなつた場合、上記時刻 t ₃の場合と同様、ガード処理及び積分項の再計算は行われず、仮入力値がそのまま制御対象への入力値とされる.。

このように、目標値が変化した直後、入力値は上限値 X_{s up}に張り付きながら出力値が目標値に漸近していく。

ところで、目標値が変化した時に、フィドバックゲインを定常時と比較して一時的に大きな値に設定することが、出力値の目標値への追従性を向上させるために有効である。ところが、このような可変値をフィードバックゲインとするフィードバック制御において上述のガード処理及び積分項の再計算を行うと、場合によっては適切な値の入力値が算出されなくなり、却ってフィードパック制御の安定性が損なわれる可能性がある。この点について図 10を参照して説明する。

図 10に、可変値をフィードバックゲインとする P I制御におけるガード処理と積分項の再計算の一例を示す。この例では、フィードパックゲインは、図 10 (C) に示すように、目標値に変化が無い定常時においては基本ゲインで一定であり、目標値が変化した時に一時的に基本ゲインょり大きい値に変化するとともにある時定数で基本ゲインと等しい値に減衰するような可変値であるとする。

図 10 (A)に示すように、時刻 t iと時刻 t ₂の間において目標値が変化すると、上述したような可変値がフィードパックゲインに設定される。図 10 (C) に示すように、目標値が変化した直後の時刻 t ₂におけるフィードバックゲインは基本ゲインより大幅に大きな値に設定される。そのため、時刻 t₂における比例項 u_pvar (t ₂) 及び積分項 u _{i v a r} (t ₂) は、時刻 t iにおいて基本ゲインを用いて算出された比例項 U_{pba se} (t ,) 及び積分項 U_{i ba s e} (t よりそれぞれ大幅に大きい値になる。

ここで、下付添え字「 V a r」は可変ゲインをフィードパックゲインとして計算された値であることを示す。また、下付添え字「b a s e」は基本ゲインをフィードバックゲインとして計算された値であることを示す。

これら比例項 U_{pva r} (t ₂) 及び積分項 U_{iva r} (t ₂) から算出された仮入力値

U_pvar (t₂) +U_ivar (t₂)

力図 10 (B) に示すように上限値 X_supより大きくなると、上述のガード処理が行われ、図 9の例と同様、上限値 X_supが制御対象への入力値とされる。

この時、図 9の例と同様、積分項の再計算が行われる。すなわち、上限値 X_sup から比例項 U_{pva r} (t ₂) を減算した値として積分項が再計算され、再計算後の積分項は、

U_{i ca l} (t ₂) =X_SUP-U_pvar (t ₂) となる。

ここで、可変ゲインで計算された比例項 U_{p va r} (t ₂) は大幅に大きい値となつているため、上記のようにして再計算された積分項 U_{i c a l} (t ₂) は再計算前の積分項 U_{i v a r} (t ₂) と比較して大幅に減少することになる。

時刻 t ₃における積分項 U_{i va r} (t ₃) は、時刻 t ₂において再計算された積分項 U_{i c a l} ( t ₂) に基づいて算出される。すなわち、時刻 t ₂において再計算された積分項 U_{i c a l} (t ₂) に時刻 t ₂から時刻 t ₃までの間の偏差の時間積分を加算して算出される。ここで、再計算によって積分項 u_{i ca I} (t ₂) の大きさは大幅に減少しており、し力も、時刻 t ₂から時刻 t ₃にかけて可変ゲインは基本ゲインに近い値にまで減衰するため、時刻 t ₃における積分項 U _{i va r} ( t ₃) は時刻 t ₂における積分項 U_{i v a r} (t ₂) から増カ卩しにくレヽ。また、時刻 t ₃における比例項 U_{pv a r} (t

₃) も、可変ゲインが減衰しているため時刻 t ₂における比例項 U_{pva r} (t ₂) のように大幅に大きな値にはならない。従って、これら積分項 u_{iva r} (t ₃) 及ぴ比例項 U_{pv a r} ( t ₃) から算出される入力値

U_{pv a r} (t ₃) +U_{i va r} (t ₃)

力時刻 1₃の時点での出力値と目標値との偏差を縮小させるために十分な値にならない虞がある。その場合、図 1 0 (A) に示すように、時刻 t ₃の後、出力値は目標値から乖離してしまう。

時刻 t ₄では、時刻 t ₃以降の偏差の拡大に対応して、比例項及び積分項が増大する。そして、時刻 t ₄以降の出力値は、図 1 0 (A) に示すように再び目標値に漸近していくことになる。

このように、一時的に基本ゲインと比較して拡大する可変値がフィードパックゲィンに設定されるフィードパック制御において、ガード処理及び積分項の再計算が行われると、積分項が過剰に小さな値に減算処理されてしまい、入力値が不連続になり、却って出力値の目標値への追従性が損なわれる可能性があった。本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、可変値をフィ一ドパックゲインとするフィードバック制御の収束性や安定性を向上させる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のフィードパック制御システムは、

一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィ一ドバックゲインに設定し、比例項 U _pと積分項 U；との少なくとも 2項を変数とする所定の関係 f (U_p, υ;)に基づいて制御対象への入力値 Xを算出するフィードバック制御システムであって、

前記関係 f (U_p， Ui) において、比例項部分 u_pに制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項 u_pbaseを代入し、且つ、積分項部分 u iに制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される積分項である通常積分項 u_{i n}を代入して得られる値 f (u_{pba s e}, u_in) を判定値 x_idとする判定値計算手段と、

前記判定値 X i _dが所定の第 1上限値 X _s u _pより大きレ、場合に積分項の再計算を行う手段であって、前記関係 f (U_p, Ui) において、比例項部分 u_pに前記基本比例項 U_{pba se}を代入し、且つ、積分項部分 Uiに該再計算された積分項 u_{i ca l}を代入して得られる値 f (U_{pba se}, U_{i ca l}) 前記第 1上限値 x_{s up}以下となるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し、

前記積分項再計算手段によって積分項の再計算が行われた場合は、前記関係 f

(U_p， U;) において、比例項部分 u_pに制御系の状態に応じて設定されるフィードパックゲインで計算される比例項である通常比例項 u_pnを代入し、且つ、積分項部分 Uiに前記再計算された積分項 U_{i ca l}を代入して算出される値 f (U_pn， Ui _{ca l}) を制御対象への入力値 Xとすることを特徴とする。すなわち、本努明のフィードバックシステムでは、入力値 Xは、 (i) X_id=f (u_pbase, u_in) x_supの場合、

x= f (u_pn， u_in)

(i i) x_id=f (u_pbase， u_in) >x_supの場合、

X= f (U_pn, U_{i ca l})

となる。但し、 u_icalは、

f (U_pbase， U ai) = s u p

を満たす。

ここで、「比例項 U_pと積分項 Uiとの少なくとも 2項を変数とする所定の関係 f (U_p, Ui)」は、例えば、標準的な入力値が X。であるような P I制御の場合、

f (υ_ρ, υ〖） =χ₀+υ_ρ+υ_;

となり、 P I D制御の場合、

f (U_p， Ui) =X。 + U_p+Ui+U_d (u_d:微分項）等となる。前述の発明が解決しょうとする課題の項で例示した P I制御は、制御系の状態に依らず X。=0であって、入力値 Xが、

X= f (U_p， U₅) =U_p + Ui

となる場合に相当する'。

また、「制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項 U p Jは、制御系の状態が基本ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合には基本比例項 U_{p b a s e}であり、

I ^u丁pn =1 ^u7pbase■

となる。また、制御系の状態が可変ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には可変比例項 U _{p v a r}であり、

u_Pn=u_pvar

となる。ここで、可変比例項 U_pvarは、可変ゲインで算出される比例項である。積分項についても同様であって、「制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される積分項である通常積分項 U_in」は、制御系の状態が基本ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には基本積分項 U _{i ba s e} であり、

し

_{s e}

となる。また、制御系の状態が可変ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には可変積分項 U； _{a r}であり

u_in-u_ivar

となる。

本発明のフィードパック制御によれば、積分項の再計算の実行要否を判定するための判定値 X i _dは、入力値 Xとは別途算出される値であり、その比例項部分には、制御系の状態に依らず、すなわちフィードバックゲインが基本ゲインに設定されるか可変ゲインに設定されるかに依らず、基本比例項 U_{pba s e}が用いられる。従って、制御系の状態に応じた通常比例項の急激な変化に左右されずに、積分項の再計算の要否を正確に判定することができる。

例えば、制御系の状態が可変ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合であって、可変比例項 U_{pva r}の大きさが非常に大きくなつている場合においても、通常積分項 u_inの大きさが過大ではない場合には、判定値 X _{i d}は大きな値にはならず、積分項の再計算が必要であるとの判定はなされない。従って、不要な積分項の再計算が行われることを抑制できる。

この判定値 X i _dが第 1上限値 X _{s u p}より大きい場合に積分項の再計算が行われる。第 1上限値 x_supは、以降のフィードパック制御において算出される積分項がフィードパック制御の安定性を損ない得るほど過大な値にはならないような積分項の上限値に基づいて定められる値であり、予め定められる。第 1上限値 x_supは制御系の状態に依らない一定値であっても良いし、制御系の状態毎に定められる値であっても良い。

例えば、 P I制御において、

である場合は、判定値 X _{i d}は、

Λ i d ⁼ 0 +し p b a s e U i _n

となり、積分項の再計算が行われるのは、

xo + U_{pbas e} + U_in>X_sup

となる場合である。

積分項の再計算は、再計算後の積分項 u_iealが、

f (u_pbase, u_ical) ≤x_sup

を満たすように求められる。

例えば、 P I制御において、

である場合は、再計算積分項 u_icalが、

o + Upb_{a s e}+U_{i c a} i A _{s u p}

を満たすように積分項の再計算が行われる。例えば、再計算積分項 u_icalは、

' し i c a l — s u pー 0 p b a s e

となる。

このように、積分項の再計算における比例項部分には、制御系の状態に依らず、すなわちフィードバックゲインが基本ゲインに設定されるか可変ゲインに設定されるかに依らず、基本比例項 U_{pba se}が用いられる。従って、制御系の状態に応じた通常比例項 u _{p n}の急激な変化に左右されずに積分項を再計算することができ、再計算された積分項が過剰に小さい値になることを抑制できる。

例えば、制御系の状態が可変ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合であって、可変比例項 U_{pva r}の大きさが非常に大きくなつている場合においても、再計算された積分項 u _{i ca I}が過剰に小さい値になることを抑制できる。積分項の再計算が行われた場合は、制御対象への入力値 Xは、

x=f (u_pn, u_ical)

で算出される。上述のようにして再計算された積分項 Ui _{c a} iに基づいて入力値が求められるので、入力値が過剰に小さい値になることが抑制される。

例えば、 P I制御において、

である場合、積分項の再計算が行われた場合の入力値 Xは、

x = x₀+u_pn + u_ical

となる。

以上説明したように、本発明のフィードバック制御によれば、フィードバックゲインとして可変ゲインが用いられる場合に積分項の再計算が行われても、入力値が過剰に小さな値として算出されることが抑制されるので、出力値が目標値から乖離しにくくなり、フィードバック制御の収束性、安定性を向上させることができる。上記本発明のフィードバック制御システムにおいては、比例項 U_p及ぴ積分項 Ui から入力値 Xを求める関係 f (U_p, Ui) に基づいて、判定値 x_idや再計算積分項 U_{i c a l}の計算を行っているが、特に P I制御を行うフィードバック制御システムの場合には、比例項 u _pと積分項 u iとの和

u_p+u_s

に基づいて、判定値や再計算積分項の計算を行うようにしても良い。

すなわち、本発明のフィードバック制御システムは、

一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きレ、値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィ一ドパックゲインに設定し、比例項 u _p積分項 u iとの和に基づいて制御対象への入力値を算出するフィードバック制御システムであって制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項 u _p b _{a s e}と、制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される積分項である通常積分項 U i _nと、の和を判定値 X i _{d 2}とする判定値計算手段と、前記判定値 X i _{d 2}が所定の第 2上限値 X _{s u p 2}より大きい場合に積分項の再計算を行う手段であって、該再計算された積分項 U _{i ca l}が前記第 2上限値 X _s u p ₂から前記基本比例項 U _{pba se}を減算した値以下の値になるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し、

前記積分項再計算手段によつて積分項の再計算が行われた場合には、制御系の状態に応じて設定されるフィードパックゲインで計算される比例項である通常比例項 u_pnと、該再計算された積分項 U_{i ca I}と、の和に基づいて制御対象への入力値を算出することを特 ί敷とする。

すなわち、このフィードバック制御システムでは、入力値 Xは、

(i) x_id2 = u_pbase+u_in≤x_sup2の場合、

X = U_pn + U_in

(i i) x_id2 = u_pbase+u_in>x_sup2の場合、

x=u_pn+u_ioal

但し、 u_icalは、

U_pbase

X s u p 2

を満たす。

この構成では、積分項の再計算の実行要否を判定するための判定値 X_{i d 2}は、制御系の状態に依らず、すなわちフィードパックゲインが基本ゲインに設定されるか可変ゲインに設定されるかに依らず、基本比例項 U_{pba s e}と通常積分項 U i _nとの和

Jpbase+Uin

で算出される。従って、制御系の状態に応じた通常比例項の急激な変化に左右されずに、積分項の再計算の要否を正確に判定することができる。

例えば、制御系の状態が可変ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合であって、可変比例項 U_{pva r}の大きさが非常に大きくなつている場合においても、通常積分項 u_inの大きさが過大ではない場合には、判定値 x_idは大きな値にはならず、積分項の再計算が必要であるとの判定はなされなレ、。従って、不要な積分項の再計算が行われることを抑制できる。

この判定値 X i _{d 2}が第 2上限値 X _s u _{p 2}より大きレ、場合、すなわち

Upbase"'^_U_{i n} ^^> ^^ _{S U} p 2

である場合に積分項の再計算が行われる。第 2上限値 X_sup2は、以降のフィードバック制御において算出される積分項がフィードバック制御の安定性を損なレヽ得るほど過大な値にはならないような積分項の上限値に基づいて定められる値であり、予め定められる。第 2上限値 X_sup2は制御系の状態に依らない一定値であつても良いし、制御系の状態毎に定められる値であっても良い。

積分項の再計算は、再計算後の積分項 U i _{c a} jが

U_{pba se} + U_{i ca l} = X_sup2

を満たすように求められる。例えば、再計算積分項 u_icalは、

i c 1 ― X s u p 2―し pbase

と求められる。

このように、積分項の再計算における比例項部分には、制御系の状態に依らず、すなわちフィードバックゲインが基本ゲインに設定されるか可変ゲインに設定されるかに依らず、基本比例項 U_{pba se}が用いられる。従って、制御系の状態に応じた通常比例項 U p _nの急激な変化に左右されずに積分項を再計算することができ、再計算された積分項が過剰に小さい値になることを抑制できる。

例えば、制御系の状態が可変ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合であって、可変比例項 U_{p va r}の大きさが非常に大きくなつている場合においても、再計算された積分項 U _{i c a l}が過剰に小さい値になることを抑制できる。積分項の再計算が行われた場合は、制御対象への入力値は、上記のようにして再計算された積分項 u _{i c a l}に基づいて算出されるので、入力値が過剰に小さい値になることが抑制される。

よって、フィードバックゲインとして可変ゲインが用いられる場合に積分項の再計算が行われても、入力値が過剰に小さな値として算出されることが抑制されるので、出力値が目標値から乖離しにくくなり、フィードバック制御の安定性、収束性を向上させることができる。

本発明において、算出された入力値が所定の第 3上限値 X _s u _{p 3}より大きい場合、該第 3上限値以下の所定値を制御対象への入力値としても良い。

このような入力値に対するガード処理を行うことによって、過大な入力値が制御対象に入力されることを抑制でき、ハンティングやオーバーシユートを抑制することができる。また、この入力値に対するガード処理は、上記説明した積分項の再計算の実行要否の判定とは独立して行われるものであって、例えば積分項の再計算が行われた場合であっても、入力値に対するガード処理は行われない場合もあり得るし、逆に、積分項の再計算が行われなくても、入力値に対するガード処理が行われる場合もあり得る。このように、本発明では、積分項の再計算の実行要否の判定と、入力値のガード処理の判定を別々に行うようにしたので、再計算積分項及び制御対象への入力値の双方をともに適切な値として算出することが可能である。

ここで、第 3上限値 X _{s u p 3}は、制御対象へ入力された場合にハンティングゃォ一バーシユートを招かないような入力値の上限値に基づいて定めることができる。この第 3上限値 X _{s u p 3}は、入力値のガード処理の実行要否を判定するために用いられる基準値であって、上述した積分項の再計算の実行要否を判定するために用いられる基準値である第 1上限値 X _s u _pや第 2上限値 X _s u _{p 2}とは別途定められる値であるが、簡単のためにこれらを互いに等しい値に設定しても良い。上記のようなガード処理が行われる前の段階の入力値を以下「仮入力値」と呼び、 X_dで表す場合がある。その場合、「入力値」は、ガード処理が行われた後の、実際に制御対象に入力される値を意味するものとする。

上記 1番目の発明に係るフィードバック制御システムにおいて上記のガード処理を行うと、

( i) 積分項の再計算が行われなかった場合、すなわち、判定値 X _{i d}が、

X i d— ^f (u_{pba s e}, u_inノ x _{s u p}

である場合は、仮入力値 x_dは、

x_d=f (u_pn， u_in)

で算出され、

(ィ） X_d≤X_{s up 3}である時は、入力値 Xは、

x=x_d= f (u_pn, u_in)

(口） X_d〉X_{s up 3}である時は、入力値 Xは、

= s up 3

となる。一方、

( i i) 積分項の再計算が行われた場合、すなわち、判定値 X _{i d}が、

である場合は、仮入力値 x_dは、

d=f (u_pn， u_ical)

で算出され、

(ィ） X_d≤X_{s up 3}である時は、入力値 Xは、

X = X_d-f (u_pn， u_ical)

(口） X_d>X_{s up3}である時は、入力値 Xは、

となる。また、上記第 2番目の発明に係るフィードバック制御システムにおいて上記のガ一ド処理を行うと、

( i) 積分項の再計算が行われなかった場合、すなわち、判定値 X_{i d2}が、

^ i d s― U_{pb a s e} -^ _{i n} = _{s u P} 2

である場合は、仮入力値 X_dは、

u_pn+u_in

に基づいて算出され、

(ィ） X_d X_{s up3}である時は、入力値 Xは、 (口） x_d〉x_sup3である時は、入力値 Xは、となる。一方、

( i i) 積分項の再計算が行われた場合、すなわち、判定値 X _{i d 2}が、

i d 2― Upbase+ J i n A S U P 2

である場合は、仮入力値 X_dは、

u_pn+u_ical

に基づいて算出され、

(ィ） X_d X_{s up 3}である時は、入力値 Xは、

X = X_d

(口） X_d〉X_{s up 3}である時は、入力値 Xは、

ん u _P 3

となる。

以上、本発明における、判定値や入力値が上限値より大きくなつた場合の上限値側のガード処理に関して説明したが、本発明は下限値側のガ一ド処理についても同様に適用することができる。下限側のガード処理に適用した場合の本発明は、

一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィ一ドパックゲインに設定し、比例項と積分項との少なくとも 2項を変数とする所定の関係に基づいて制御対象への入力値を算出するフィードパック制御システムであって、

前記所定の関係において、比例項部分に制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項を代入し、且つ、積分項部分に制御系の状態に応じて設定されるフィードパックゲインで計算される積分項である通常積分項を代入して得られる値を判定値とする判定値計算手段と、

前記判定値が所定の第 1下限値より小さい場合に積分項の再計算を行う手段であって、前記所定の関係において、比例項部分に前記基本比例項を代入し、且つ、積分項部分に該再計算された積分項を代入して得られる値が、前記第 1下限値以上となるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し、

前記積分項再計算手段によつて積分項の再計算が行われた場合は、前記所定の関係において、比例項部分に制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項を代入し、且つ、積分項部分に前記再計算された積分項を代入して得られる値を制御対象への入力値とすることを特徴とする。特に、 P I制御を行うフィードバック制御システムの場合には、本発明は、一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィ一ドパックゲインに設定し、比例項と積分項との和に基づいて制御対象への入力値を算出するフィードパック制御システムであって、

制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項と、制御系の状態に応じて設定されるフィードパックゲインで計算される積分項である通常積分項と、の和を判定値とする判定値計算手段と、

前記判定値が所定の第 2下限値より小さい場合に積分項の再計算を行う手段であって、該再計算された積分項が前記第 2下限値から前記基本比例項を減算した値以上の値になるように積分項を再計算する積分項再計算手段と

を有し、

前記積分項再計算手段によつて積分項の再計算が行われた場合は、制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項と、該再計算された積分項と、の和に基づいて制御対象への入力値を算出することを特 ί敷とする。

また、入力値に対するガード処理については、入力値が所定の第 3下限値より小さい場合、該第 3下限値以上の所定値を制御対象への入力値とすることができる。本発明においては、目標値が変化した時にフィードバックゲインを可変ゲインに設定するようにしても良い。

これにより、出力値の目標値への追従性を向上させることができる。さらに、本発明のフィードバック制御によれば、フィードバックゲインが可変ゲインに設定される場合であっても、積分項の再計算の実行要否の判定や積分項の再計算が適切になされ、適切な入力値が算出されるため、フィードパック制御の収束性や安定性を損なうことが抑制される。よって、目標値の変化に出力値をより確実に追従させることが可能になる。

本発明のフィードバック制御は、内燃機関の E G R率のフィードバック制御に適用することができる。

すなわち、内燃機関からの排気の一部を内燃機関の排気系から吸気系に戻す E G R手段と、該 E G R手段によって前記吸気系に戻される ^気の量を調節する E G R 調節手段と、 E G R率を検出する E G R率検出手段と、を含む内燃機関の E G Rシステムを制御対象とし、前記 EGR調節手段の操作量を制御対象への入力値とし、 EGR率を制御対象からの出力値とし、前記 EGR率検出手段によって検出される E GR率が諸知恵の目標 E G R率になるように前記 E G R調節手段を制御するフイードバック制御システムに対して、本発明を適用すれば、より精度良く内燃機関の EGR率を目標 EGR率に制御することが可能になる。これにより、排気エミッションをより一層向上させることができる。

EGR調節手段としては、 EGR弁、吸気絞り弁、排気絞り弁等を例示できる。 EGR調節手段として EGR弁を備える EGRシステムの場合、 EGR調節手段の操作量は EGR弁開度である。 EGR調節手段として吸気絞り弁を備える EGRシステムの場合、 EGR調節手段の操作量は吸気絞り弁開度である。 EGR調節手段として排気絞り弁を備える EGRシステムの場合、 EGR調節手段の操作量は排気絞り弁開度である。

また、本発明を EGR率のフィードバック制御に適用した場合、 EGR率の目標値が変化した時、又は、内燃機関の運転条件が変化した時にフィ一ドバックゲインを可変ゲインに設定しても良い。

本発明のフィードバック制御は、内燃機関の過給圧のフィードバック制御に適用することができる。

すなわち、内燃機関に吸気を過給する過給手段と、前記過給手段による過給効率を調節する過給調節手段と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、を含む内燃機関の過給システムを制御対象とし、前記過給調節手段の操作量を制御対象への入力値とし、前記内燃機関の過給圧を制御対象からの出力値とし、前記過給圧検出手段によって検出される過給圧が所定の目標過給圧になるように前記過給効率調節手段を制御するフィードバック制御システムに対して、本発明を適用すれば、より精度良く内燃機関の過給圧を目標過給圧に制御することが可能になる。これにより、内燃機関の出力や燃費等を向上させることができる。過給調節手段としては、可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズルを例示できる。この場合、過給調節手段の操作量はノズルべーン開度である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。

図 2は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御の制御ロジックを表すプロック線図である。

図 3は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御におけるフィードバックゲイン可変制御の制御ロジックを表すプロック線図である。

図 4は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御において目標 E G R率又は燃料噴射量の変化に伴ってフィ一ドバックゲイン可変制御が行われる場合のゲイン可変係数の変化の一例を示す図である。

図 5は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御における E G R弁開度の基本開度と上限値及び下限値との関係を概念的に表した図である。

図 6は、本発明の実施例の E G R率のフィードパック制御が行われる場合の判定値の変化と積分項の再計算の一例を示す図である。

図 7は、本発明の実施例の E G R率のフィードパック制御が行われる場合の仮開度指令値及ぴ開度指令値の変化とガード処理の一例を示す図である。

図 8は、本発明の実施例の E G R率のフィードバック制御のルーチンを表すフロ一チヤ一トである。

図 9は、従来のフィードバック制御における入力値の変化と積分項の再計算の一例を示す図である。

図 1 0は、従来のフィードバック制御における入力値の変化と積分項の再計算の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

(実施例 1 )

本実施例は、本発明のフィードバック制御システムを内燃機関の E G R率の制御に適用した実施例である。

まず、図 1を参照して、本実施例に係る内燃機関の E G R装置の概略構成について説明する。図 1に示す内燃機関 1は、 4つの気筒 2を有する水冷式 4サイクルディーゼノレエンジンである。

各気筒 2の吸気ポート（不図示）は吸気マユホールド 1 7において集合し、吸気通路 3と連通している。吸気通路 3には後述する E G R通路 6 3が接続されている。 E G R通路 6 3の接続箇所より上流の吸気通路 3には、吸気通路 3に流入する新気の量を調節するスロットル弁 6 2が配置されている。スロットル弁 6 2より上流の吸気通路 3には、吸入空気量を測定するエアフローメータ 7が設けられている。以下、吸気通路 3及び吸気マユホールド 1 7を総称して吸気系と称することもある。各気筒 2の排気ポート（不図示）は排気マ二ホールド 1 8において集合し、排気通路 4と連通している。排気通路 4には排気浄ィ匕装置 6 5が配置されている。排気浄化装置 6 5より下流の排気通路 4には E G R通路 6 3が接続されている。以下、排気通路 4及ぴ排気マ二ホールド 1 8を総称して排気系と称することがある。

内燃機関 1には、排気通路 4を流れる排気の一部を E G Rガスとして吸気通路 3 に導き、内燃機関 1に戻す E G R装置 6 1が備えられている。 E G R装置 6 1は、排気浄化装置 6 5より下流の排気通路 4とスロットル弁 6 2より下流の吸気通路 3とを接続する E G R通路 6 3を有し、該 E G R通路 6 3を介して排気の一部を吸気通路 3に流入させる。 EGR通路 63には EGR通路 63の流路面積を変更し E GR通路 63を流通する EGRガスの量を調節可能な EGR弁 60が配置されてレ、る。 EGR弁 60の開度を調節することによって EGRガス量を調節することができる。

内燃機関 1には、内燃機関 1を制御する電子制御装置（ECU) 20が併設されている。 ECU 20は、 CPU、 ROM, RAM、入出力ポート等を備えたマイク口コンピュータである。 ECU 20には上述したエアフローメータ 7の他、内燃機関 1のウォータージャケットを循環する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ 14、アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力するァクセル開度センサ 15、内燃機関 1のクランクシャフトが所定角度（例えば 10° ) 回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ 16等のセンサが電気的に接続され、各センサからの出力信号が ECU 20に入力される。また、 E CU20には、スロットル弁 62、 EGR弁 60等の機器が電気的に接続され、 E CU20から出力される制御信号によってこれらの機器が制御される。

ECU20は、上記各センサから入力される信号に基づいて内燃機関 1の運転状態や運転者の要求を取得する。例えば、 E CU 20は、クランクポジションセンサ 16から入力される信号に基づいて回転数を算出し、アクセル開度センサ 15から入力される信号に基づいて要求されている負荷を算出する。そして、算出した回転数及び負荷に応じて燃料噴射や E G R等の諸機関制御を行う。

次に、本実施例における EGR制御について説明する。上記のように、本実施例は EGR制御は、実 EGR率が所定の目標 EGR率に一致するように、実 EGR率と目標 EGR率との偏差に基づいて E G R弁 60を制御するフィードパック制御によって行われる。つまり、本実施例の EGR率のフィードバック制御において、 EGR装置 6 1や吸排気系を含む内燃機関の EGRシステムが本発明のフィードバック制御システムにおける制御対象に相当し、 ECU 20から EGR弁 60に送られる開度指令値が入力値に相当し、実 EGR率が制御対象からの出力値に相当する。実 EG R率は、例えば、気筒 2に吸入されるガス量と吸気通路 3に吸入される新気量 G_nとから、（Gcy!— Gj /G_{cy l}の関係に基づいて検出される。また、目標 EGR率は、排気ェミッションの規制値等に基づいて適合作業等によって定められ、内燃機関 1の運転条件（例えば燃料噴射量と回転数）に応じて定まる定数として ECU 20の ROMに記憶される。

以下、本実施例の EG R率のフィードバック制御について、図 2に基づいて説明する。

図 2は、本実施例の E G R率のフィードバック制御の制御ロジックを表すブ口ック線図である。図 2に示されるように、本実施例のフィードパック制御は P I制御であり、開度指令値実 Xは、基本的に、 £0 率丫と目標£01率¥。との偏差厶 Y (=Y。一 Y) に比例する比例項と、偏差 ΔΥの時間積分に比例する積分項と、に基づいて算出される。

比例項及ぴ積分項を算出する際のフィ一ドバックゲインには可変値が用いられる。図 2に示すように、このフィードバックゲインは、一定値である基本ゲインに可変値であるゲイン可変係数を乗じて算出される。

図 3は、フィードバックゲインの可変制御のロジックの一例を示すプロック線図である。

図 3に示すように、目標 EGR率が変化すると、その変化量に応じてゲイン可変係数 mp e g eが算出される。また、また、燃料噴射量が変化すると、その変化量に応じてゲイン可変係数 mp e g qが算出される。これらのゲイン可変係数は、目標 EGR率や燃料噴射量の変化量が大きいほど大きい値が算出されるようになつている。そして、目標 EGR率の変化量に応じて定まるゲイン可変係数 mp e g e と、燃料噴射量の変化量に応じて定まるゲイン可変係数 mp e g qと、その時点でのゲイン可変係数 t m p e gと、のうちの最大値を初期値として、時定数 T (ここでは 500 m s )で 1次減衰する値が、ゲイン可変係数として算出される。そして、基本ゲインにこのゲイン可変係数を乗じた値がフィードバックゲインとして算出される。

図 4は、目標 E G R率又は燃料噴射量の変化に応じたゲイン可変係数の変化の一例を示す図である。

図 4では、時刻 t _Aで目標 E G R率が変化するまでの定常運転時は、ゲイン可変係数は 1. 0で一定である。すなわち、フィードバックゲインは基本ゲインに設定される。時刻 t_Aで目標 EGR率が変化すると、その変化量に応じたゲイン可変係数 mp e g eが算出され、ゲイン可変係数が mp e g eに設定される。時刻 t _A以降、ゲイン可変係数は該 m p e g eを初期値として時定数 Tで 1次減衰する。次に、時刻 t _B (> t _A) で燃料噴射量が変化すると、その時点でのゲイン可変係数 t m p e g (t_B) と、燃料噴射量の変化量に応じて決定されるゲイン可変係数 mp e g qとが比較され、この場合図に示すように mp e g qの方が大きいので、ゲイン可変係数が mp e g qに設定される。時刻 t _B以降、ゲイン可変係数は該 mp e g q を初期値として時定数丁で 1次減衰する。その後、時定数 Tと比較して十分長い期間、目標 EGR率又は燃料噴射量に変化が無い定常運転状態が継続すると、ゲイン可変係数は 1. 0まで減衰し、フィードパックゲインは基本ゲインに等しくなる。このように、本実施例のフィードバックゲイン可変制御によれば、目標 EGR率又は燃料噴射量に変化がない定常運転時においては、一定値である基本ゲインがフイードバックゲインに設定される。また、目標 EGR率や燃料噴射量が変化した時には、基本ゲインより大きレ、値から時定数 Tで減衰する可変値がフィードバックゲインに設定される。これにより、目標 EGR率や燃料噴射量が変化した時の実 EG R率の目標 EGR率への追従性を向上させることができる。

なお、図 3及ぴ図 4では、フィードパックゲインが可変値に設定される条件として目標 E G R率又は燃料噴射量が変化した場合を例示した力 S、これ以外の内燃機関 1の運転状態の変化に対応するパラメータの変化に応じてフィードバックゲインが可変値に設定されても良い。本実施例のフィードパック制御における目標 E G R 率や内燃機関の運転状態は、本発明のフィードバック制御において、それに応じてフィードバックゲインを基本ゲイン又は可変ゲインに設定するところの「制御系の状態」に相当するものである。以下、フィードバックゲインが基本ゲインと可変ゲインとのいずれに設定されるかを左右する条件としての「目標 EGR率や内燃機関の運転状態」を「EGR制御系の状態」と総称する場合もある。

また、この「EGR制御系の状態」に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項を、以下「通常比例項 U_PJ という。通常比例項 U_pnは、 EG R制御系の状態が基本ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合 (すなわち、 EGR制御系の状態が変化してから、ゲイン可変係数の減衰時定数と比較して十分長い期間定常運転状態が,継続した場合）には、基本ゲインで計算される比例項である基本比例項 U p _{b a s e}に等しく、

Upn - pbase

である。また、 E G R制御系の状態が可変ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合（すなわち、 EGR制御系の状態が変化してからゲイン可変係数の減衰時定数と比較して十分長い期間定常運転状態が継続していない場合）には、可変ゲインで計算される比例項である可変比例項 U _{p v a t}に等しく、

である。

積分項についても同様に、 E G R制御系の状態に応じて設定されるフィードパックゲインで計算される積分項を、以下「通常積分項 U_{i n}」と呼ぶ。通常積分項 Ui _nは、 EGR制御系の状態が基本ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には、基本ゲインで計算される積分項である基本積分項 U i _{ba s e}に等しく

U_{i n} = U_{i b a s e} である。 EGR制御系の状態が可変ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合には、可変ゲインで計算される積分項である可変積分項 U i _{a r}に等し u_in-u_ivar

である。

図 2における比例項及び積分項は、それぞれ上記の通常比例項 U_{p n}及び通常積分項 U_inを意味している。

本実施例のフィードバック制御では、 E G R弁 6◦に対する開度指令値は、通常比例項 U_pn、通常積分項 U_in (後述する積分項の再計算が行われた場合には再計算後の積分項 U_{i ca l}：)、及び基本開度 X。の和によって算出される。ここで、基本開度 X。は、内燃機関のある運転状態における EGR率が当該運転状態に応じて定められる目標 EGR率となるための EGR弁 60の開度であって、内燃機関の運転状態（ここでは回転数及び燃料噴射量）毎に定まる定数として予め適合作業等によつて求められ ECU 20の ROMに記憶されている。

本実施例のフィードバック制御では、 EGR弁 60への入力値として算出された開度指令値が所定の上限値 X _s u _pより大きくなった場合（又は下限値 X i _{n f}より小さくなつた場合）に、実際に EGR弁 60に入力される開度指令値を当該上限値 X _sup (又は当該下限値 X_in£) に制限するガード処理を行う。以下、ガード処理を行う前の段階の開度指令値を「仮開度指令値」と呼び、 X_dで表す。また、ガード処理を経た後の最終的な開度指令値を Xで表す。ガード処理を行うことにより、仮開度指令値 X_dが上限値 X_supより大きい場合は、最終開度指令値 Xは上限値 x_su _pに設定される。また、仮開度指令値 x_dが下限値 x_infより小さい場合は、最終開度指令値 Xは下限値： _iniに設定される。また、仮開度指令値 x_dが下限値 x_ini 以上上限値 X i _{n f}以下の場合は、仮開度指令値 x_dがそのまま最終開度指令値に設定される。このようなガード処理を行うことにより、 EG R弁 6 Qへ入力される開度指令値 Xが過大（又は過小）になることが抑制され、ハンティングやオーバーシュートの発生を抑制することができ、フィードバック制御の安定性が向上する。

図 2に示すように、ガード処理における上限値 X_supは、基本開度 X。及び移動上限 AX_SUPの和（X。+AX_SUP) と、絶対上限値 X_maxと、の小さい方の値に設定される。

X_SUp = m i n (X₀+AX_sup) X_max) また、下限値 X_iniは、基本開度 X。及び移動下限 ΔΧ_ίηίの差（Χ。一 ΔΧ_ίηί) と、絶対下限値 X_minと、の大きい方の値に設定される。

X i _{n f} =m a x (X₀— ΔΧ】_ηί, X_{mi n}) ここで、移動上限 AX_SUP及び移動下限 ΔΧ_ίηί、絶対上限値 X_max及び絶対下限値 X_{mi n}について説明する。 EGR率を目標 EGR率に一致させるための EGR 弁開度は、上記のように基本開度 X。として予め求められているが、 EGR弁の製造上のばらつきや、 EGR系（EGR弁、吸排気通路、 EGR通路等）の劣化や経時変化等に起因して、 EGR率が目標 EGR率に一致する時の実際の EGR弁開度は、基本開度 X。の周りにある程度の幅を持った範囲内の開度となる。移動上限厶 X _sup及び移動下限 Δ X i _{n f}は、それぞれこの基本開度 X。の周りの幅に相当するものである。また、絶対上限値 X_max及び絶対下限値 X_{mi n}は、 EGR弁 60の規格上不可能な開度、或いは物理的に不可能な開度（例えば全開より開き側の開度、全閉より閉じ側の開度等）を意味する。

図 5は、このようにして定められる上限値 X_sup及ぴ下限値 X_{i ni}を概念的に示した図である。図 5では、横軸を燃料噴射量、縦軸を EGR弁開度として、簡単のため燃料噴射量の関数として基本開度 X。を表している。図 5に示すように、移動上限 Δ X _s u _p及び移動下限 Δ X； _{n f}によって、基本開度 X。の周りに帯状の領域が規定される。また、絶対上限値 X_raax及び絶対下限値 X_{mi n}によって、 EGR弁開度のとり得る値の領域が規定される。そして、基本開度 X。より移動上限 AX_sup大きい値と、絶対上限値 X_maxと、の小さい方の値が上限値 X_supとして定められる (上側の太線)。また、基本開度 X。より移動下限 ΔΧ _ini小さい値と、絶対下限値

X_minと、の大きい方の値が下限値 X_inf として定められる（下側の太線)。

ところで、上述のガード処理によって開度指令値 Xが上限値 X_sup (又は下限値 x_inf) に制限されるような場合、すなわち仮開度指令値 x_dが過大（又は過小）になっている場合には、比例項や積分項もそれぞれ過大（又は過小）になっていることが考えられる。このうち、特に積分項に関しては、ある時点での積分項の値がそれ以降に算出される積分項の値に影響するため、積分項が過大（又は過小）になると、フィードバック制御の安定性が損なわれる虞がある。そこで、本実施例のフイードバック制御では、積分項が過大（又は過小）になった場合には、それ以降における積分項が適切な大きさの値になるように積分項の再計算を行うようにした。具体的には、図 2に示すように、通常積分項 U_in、基本比例項 U_{pba se}、及び基本開度 X。の和によって

Xid ⁼ o + Up_{ba s e} + U_in

のように計算される判定値 X _{; d}が、上述のガード処理の際に用いられた上限値 X _s _up及び下限値 X_infによって規定される範囲から逸脱している場合に、積分項の再計算を行うようにした。

ここで、判定値 X_{i d}を計算する式における比例項部分には、 EGR制御系の状態に依らず常に基本比例項 U_{pba se}が用いられる。すなわち、 EGR制御系の状態が基本ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には、判定値 X i _d は、

Xid— O + Upbase+Uibase

で計算される。また、 EGR制御系の状態が可変ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合には、判定値： X _idは、 Xid ⁼ Xo+u_Pb_ase+u_ivar

で計算される。

このように、判定値 X i _dを算出する際の比例項部分に通常比例項 u_pnではなく基本比例項 U_{pba s e}を用いるのは、以下の理由による。図 4に示したように、 EG R制御系の状態が変化した直後における可変ゲインは非常に大きく、従ってこの時に計算される通常比例項 U_pn (この場合可変比例項 U_{p var}に等しい）も非常に大きな値になる。このような場合、判定値 X i _dの算出における比例項部分に通常比例項 u_pnを用いていると、積分項の大きさが再計算を要するほど大きくなつてはいない場合であっても、判定値 x_idが上限値 x_sup (又は下限値 x_ini) を越えてしまい、その結果、本来不要な積分項の再計算が行われてしまう可能性がある。これに対し、本実施例のように判定値 X i _dの算出における比例項部分に E GR制御系の状態に依らず常に基本比例項 U_{pba se}を用いれば、通常比例項 U_{p n}の値の急激な変化に左右されずに、正確に積分項の再計算の要否を判定できる。

積分項の再計算は、具体的には、基本比例項 U_{pba se}、再計算後の積分項（以下、再計算積分項） u_ical、及び基本開度 X。の和が上限値 x_sup (又は下限値 x_ini) と等しくなるように行われる。すなわち、判定値 x_idが上限値 x_supより大きい場合は、再計算積分項 u_iealは、

ical— Xsup一 Χθ—upbase

となる。又、判定値 x_idが下限値 x_infより小さい場合は、再計算積分項 u_ical は、

U!cal -Xinf一 ^Λ0一 Upbase

となる。

このように、積分項の再計算において、上限値 x_sup (又は下限値 x_ini)力ら減算する比例項部分には、 E GR制御系の状態に依らず常に基本比例項 U_{p b a s e}が用いられる。すなわち、 EGR制御系の状態が基本ゲインをフィードバックゲインに設定する状態である場合及ぴ可変ゲインをフィードパックゲインに設定する状態である場合のいずれの場合においても、上限値 X_sup (又は下限値 X _{in f}) から基本比例項 u_{p b a s e}を減算した値に基づいて再計算積分項 u _{i ca l}が求められる。これは、上述のように EG R制御系の状態が変化した直後における通常比例項 U _pnが非常に大きな値になる場合があり、そのような場合に上限値 X_sup (又は下限値 X i _{n f} ) から通常比例項 U _{p n}を減算することによつて積分項の再計算を行うと、再計算後の積分項 Ui _ca！の大きさが過剰に小さくなってしまう可能性があるからである。再計算積分項 U_{i ca l}の大きさが過剰に小さくなると、その影響でそれ以降のフィードパック制御において算出される積分項の大きさが過剰に小さくなり、その結果適切な開度指令値が算出されなくなり、実 EGR率と目標 EGR率との偏差を縮小させない方向に EGR弁開度が制御されてしまう虞がある。これに対し、本実施例にように積分項の再計算における比例項部分に EGR制御系の状態に依らず常に基本比例項 U_{p b a s e}を用いれば、通常比例項 U_{p n}の値の急激な変化に左右されずに、適切な値の再計算積分項 U _{i ca l}を算出することができる。

積分項の再計算が行われた場合、通常比例項 U_{p n}、再計算積分項 U_{i (:a l}、及び基本開度 X。の和として、仮開度指令値 x_dは

x_d=x₀+u_pn+u_ical

と算出される。一方、積分項の再計算が行われなかった場合、換言すると、判定値

X が

を満たす場合は、通常比例項 u_pn、通常積分項 U_in、及ぴ基本開度 X。の和として仮開度指令値 x_dは、

x_d=x₀+u_pn+u_in

と算出される。このようにして算出された仮入力値 x_dに対して、上述したガード処理が行われて、最終開度指令値 Xが算出される。なお、本実施例では、積分項の再計算の実行要否の判定に際して、開度指令値に対するガード処理で用いられる上限値 X _{s up}及び下限値 X _{; n f}を判定値 X i _dの上限値及び下限値として用いているが、両者で共通の上限値及び下限値を用いなくても良い。

以上説明した本実施例の E G R率のフィードバック制御におけるガード処理及び積分項の再計算の一例を図 6及び図 7を参照して説明する。

図 6は積分項の再計算の一例を模式的に示した図である。図 6 (A) は目標 EG R率及び実 EGR率の変化を示す図である。図 6 (B) は判定値 X _idの変化と積分項の再計算例を示す図である。斜線を施した部分は比例項を表し、塗りつぶした部分は積分項を表す。図 6では、前述の発明が解決しようとする課題の項で参照した図 9及び図 10と対照させることができるように、判定値 X i _dの計算や積分項の再計算における基本開度 X。の項を省略し、判定値 X； _dは基本比例項 U_{pba s e}と通常積分項 U_inとの和で求められるものとした。また、再計算積分項 U i c _a！は、上限値 X_{s up}から基本比例項 U_{pba se}を減算して求められるものとする。本実施例の E GR率のフィードバック制御において基本開度 X。が常に 0で一定である特別な場合と考えても良い。図 6 (C) はゲイン可変係数の変化を示す図である。

図 7は開度指令値のガード処理の一例を模式的に示した図である。図 7 (A) 及び図 7 (C) はそれぞれ図 6 (A) 及ぴ図 6 (C) と同一である。図 7 (B) は仮開度指令値 X_d及び開度指令値 Xの変化とガード処理の計算例を示す図である。図 6の場合と同様、ここでは、仮開度指令値 X_dや開度指令値 Xの計算における基本開度 X。の項を省略し、仮開度指令値 x_dは通常比例項 u_pnと、通常積分項 u_in又は再計算積分項 u_{i ca l}と、の和で求められるものとする。

時刻 1^において、図 6 (A) に示すように EGR制御系の状態は定常状態であり、判定値 X_{i d}は基本比例項 U_{pba se}と通常積分項 U_in (この場合基本積分項 Ui _{ba se}) との和で x_{i d} (t =u_{pb a s e} ( ) +u_{i b a s e} (

と計算される。図 6 (B) に示すように、であるので、積分項の再計算は行われない。よって、図 7 (B) に示すように、仮開度指令値 X_dは通常比例項 U_{p n} (この場合基本比例項 U_{pb a s e}) と通常積分項 U _in (この場合基本積分項 Ui _{b a s e}) との和で

x_d ( ) =u_{p b a s e} ( ) +u_{i b a s e} ( ) と計算される。図 7 (B) に示すように、

X_d ( t _X) = s u p

であるので、ガード処理は行われない。よって、仮開度指令値がそのまま開度指令値とされ、

X (t J =X_d (t _x)

となる。

時刻 t _xと時刻 t ₂の間において、図 6 (A) に示すように目標 EGR率が変化すると、ゲイン可変係数が図 6 (C) のように変化し、フィードバックゲインは可変ゲインに設定される。従って、時刻 t ₂における判定値 X_{i d}は基本比例項 U_{pb a s e} と通常積分項 u_{i n} (この場合可変積分項 u_{i va r}) との和で

x_{i d} (t ₂) =u_{pb a s e} (t ₂) +u_{i va r} (t ₂) と計算される。図 6 (B) に示すように、

X_{i d} (t ₂) ≤X_SUP

であるので、積分項の再計算は行われない。よって、図 7 (B) に示すように、仮開度指令値 X_dは通常比例項 U_{p n} (この場合可変比例項 U_{p va r}) と通常積分項 Ui _n (この場合可変積分項 u_{i va r}) との和で

x_d (t ₂) =u_{pva r} (t ₂) +U_{i va r} (t ₂) と計算される。図 7 (B) に示すように、 X d (t ₂) 〉Xsup

であるので、ガード処理が行われる。すなわち、上限値が開度指令値とされ、

( t ₂) ⁼X_s u p

となる。

時刻 t ₃において、図 6 (C) に示すようにフィードパックゲインは可変ゲインであり、判定値 X_{i d}は基本比例項 U_{pba s e}と通常積分項 U_{i n} (この場合可変積分項 U_ivar) との和で

x_{i d} ( t ₃) =U_{pba s e} (t ₃) +U_{i v a r} (t ₃) と計算される。図 6 (B) に示すように、

であるので、積分項の再計算が行われる。再計算積分項 U i _{c a} ,は、上限値 X_sup から基本比例項 U_{pb a s e} (t ₃) を減算して

U _{c a} 1 、 t 3) ⁼X _{s up}— Up _{b a s} e (七 3

と計算される。よって、図 7 (B) に示すように、仮開度指令値 X_dは通常比例項 u_pn (この場合可変比例項 u_{pv a r}) と再計算積分項 u_{i c a I}との和で

d ( t ₃) =U_{pva r} (t ₃) +U_{i c a l} (t ₃) と計算される。図 7 (B) に示すように、

X (t ₃) =X_{S U} p

となる。

時刻 t ₄において、図 6 (C) に示すようにフィードバックゲインは基本ゲインであり、判定値 X_{i d}は基本比例項 U_{pba s e}と通常積分項 U_in (この場合基本積分項 U_{iba se}) との和で

^ i d ( t 4 =し p b a s e ( t 4) + <J i b a s e と計算される。図 6 (B) に示すように、

Xid (t₄) ん up

であるので、積分項の再計算は行われない。よって、図 7 (B) に示すように、仮開度指令値 X_dは通常比例項 U_{p n} (この場合基本比例項 U_{pba s e}) と通常積分項 U _in (この場合基本積分項 U_{i ba se}) との和で

i b a s e V ^τ ₄)

と計算される。図 7 (B) に示すように、

A _d V t ₄/ ≤ _sup

であるので、ガード処理は行われない。よって、仮開度指令値がそのまま開度指令値とされ

X (t ₄) =X_d (t ₄)

となる。

このように、本実施例の EGR率のフィードバック制御によれば、図 6 (A) に示すように、フィードバックゲインとして可変ゲインが設定される場合にぉレ、ても、実 EGR率が目標 EGR率から乖離することなく、より確実に実 E G R率を目標 E G R率に近付けることができる。

ここで、本実施例の EG R率のフィードバック制御の実行手順について、図 8に基づいて説明する。図 8は、本実施例の EGR率のフィードバック制御ルーチンを示すフローチヤ一トである。このルーチンは ECU 20によって内燃機関 1の稼働中所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップ S 101において、 ECU 20は、内燃機関 1の運転状態を取得する。例えば回転数と燃料噴射量を運転状態を表すパラメータとして取得する。次に、ステップ S 102において、 ECU 20は、ステップ S 1 Q 1で取得した運転状態に応じて、 EGR弁開度の基本開度 X。、上限値 X_sup、下限値 X_ini、フイードバックゲインを求める。ステップ S 1 03において、 ECU 20は、ステップ S 1 02で計算したフィードパックゲインを用いて通常比例項 u_{p n}及び通常積分項 u i _nを計算するとともに、基本比例項 U_{p b a s e}を計算する。

ステップ S 1 04において、 ECU 20は、判定値: i _dを計算する（X_{i d} = X。 +U_{pb a s e} + U_{i n})。

ステップ S 1 05において、 ECU20は、ステップ S 1 04で求めた判定値 X _{i d}が上限値 X_{s up}より大きいか否かを判定する。ステップ S 1 05において肯定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 06を実行する。一方、ステップ S 1 0 5において否定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 08を実行する。

ステップ S 1 06において、 ECU 20は、積分項の再計算を行い、再計算積分項 u_{i c a l}を求める（u_{i c a l}=x_sup— X。一 u_{pb a s e})。

ステップ S 1 0 7において、 ECU 20は、ステップ S 1 03で求めた通常比例項 U_pnとステップ S 1 06で求めた再計算積分項 U_{i c a l}とに基づいて仮開度指令値 X_dを計算する（X_d = X。 + U_pn + U_{i c a l})。

ステップ S 1 08において、 ECU 20は、ステップ S 1 04で求めた判定値 X _{i d}が下限値 X_{i n f}より小さい力否かを判定する。ステップ S 1 08において肯定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 09を実行する。一方、ステップ S 1 0 8において否定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 1 1を実行する。

ステップ S 1 09において、 ECU20は、積分項の再計算を行い、再計算積分項 U_{i c a l}を求める（U_{i c a l}=X_{i n i}— X。一 U_{pb a s e})。

ステップ S 1 1 0において、 ECU 20は、ステップ S 1 03で求めた通常比例項 U_pnとステップ S 1 0 9で求めた再計算積分項 U_{i c a l}とに基づいて仮開度指令値 X_dを計算する（X_d = X。 + U_pn + U_{i c a l})。

ステップ S 1 1 1において、 ECU 20は、ステップ S 1 03で求めた通常比例項 U _{p n}及び通常積分項 U i _nに基づいて仮開度指令値 X _dを計算する（X _d = X。 + U

ステップ S 1 12において、 ECU20は、ステップ S 107、ステップ S 11 Q、又はステップ S 1 1 1で求めた仮開度指令値 X_dが上限値 X_supより大きいか否かを判定する。ステップ S 1 12において肯定判定された場合、 ECU 20はステツプ S 1 13を実行する。一方、ステップ S 1 12において否定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 14を実行する。

ステップ S 1 1 3において、 ECU20は、開度指令値 Xを上限値 X_supに設定する。

ステップ S 1 14において、 ECU 20は、ステップ S 107、ステップ S 1 1 0、又はステップ S 1 1 1で求めた仮開度指令値 X_dが下限値 X_{i nf}より小さいか否かを判定する。ステップ S 1 14において肯定判定された場合、 ECU 20はステツプ S 1 15を実行する。一方、ステップ S 1 14において否定判定された場合、 ECU 20はステップ S 1 16を実行する。

ステップ S 1 1 5において、 ECU20は、開度指令値 Xを下限値 X_{i ni}に設定する。

ステップ S 1 16において、 ECU20は、開度指令値 Xを仮開度指令値 X_dに設定する。

ステップ S 1 13、ステップ S 1 15、又はステップ S 1 16を実行した後、 E CU20は本ルーチンの実行を一旦終了する。

本実施例では、ステップ S 104を実行する E C U 20が本発明における判定値計算手段に相当する。また、ステップ S 106又はステップ S 109を実行する E CU20が本発明における積分項再計算手段に相当する

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例は本発明のフィードバック制御システムを内燃機関の EGR率のフィードバック制御に適用した実施例であるが、その他のフィードバック制御一般に適用することができる。また、上記実施例はフィ一ドパック制御として P I制御を行う場合について説明したが、 p I D制御を行う場合にも本発明を適用することができる。産業上の利用可能性

本発明により、可変ゲインをフィードバックゲインとするフィードバック制御の収束性や安定性を向上させることが可能になる。

Claims

請求の範囲

1 . 一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィードバックゲインに設定し、比例項と積分項との少なくとも 2項を変数とする所定の関係に基づいて制御対象への入力値を算出するフィードバック制御システムであって、

前記所定の関係において、比例項部分に制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項を代入し、且つ、積分項部分に制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される積分項である通常積分項を代入して得られる値を判定値とする判定値計算手段と、

前記判定値が所定の第 1上限値より大きい場合に積分項の再計算を行う手段であって、前記所定の関係において、比例項部分に前記基本比例項を代入し、且つ、積分項部分に該再計算された積分項を代入して得られる値が、前記第 1上限値以下となるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し、

前記積分項再計算手段によって積分項の再計算が行われた場合は、前記所定の関係において、比例項部分に制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項を代入し、且つ、積分項部分に前記再計算された積分項を代入して得られる値を制御対象への入力値とすることを特徴とするフィードバック制御システム。

2 . 一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィードバックゲインに設定し、比例項と積分項との和に基づレ、て制御対象への入力値を算出するフィードバック制御システムにおいて、制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項と、制御系の状態に応じて設定されるフィ一ドバックゲインで計算される積分項である通常積分項と、の和を判定値とする判定値計算手段と、

前記判定値が所定の第 2上限値より大きい場合に積分項の再計算を行う手段であって、該再計算された積分項が前記第 2上限値から前記基本比例項を減算した値以下の値になるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し

前記積分項再計算手段によつて積分項の再計算が行われた場合は、制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項と、該再計算された積分項と、の和に基づいて制御対象への入力値を算出することを特徴とするフィードバック制御システム。

3 . 請求項 1又は 2において、

入力値が所定の第 3上限値より大きい場合、該第 3上限値以下の所定値を制御対象への入力値とすることを特徴とするフィードバック制御システム。

4 . 一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大きい値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィードバックゲインに設定し、比例項と積分項との少なくとも 2項を変数とする所定の関係に基づいて制御対象への入力値を算出するフィ一ドバック制御システムであって、

を有し、

前記積分項再計算手段によつて積分項の再計算が行われた場合は、前記所定の関係において、比例項部分に制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される比例項である通常比例項を代入し、且つ、積分項部分に前記再計算された積分項を代入して得られる値を制御対象への入力値とすることを特徴とするフィードパック制御システム。

5 . 一定値である基本ゲインと、該基本ゲインより大き！/、値から該基本ゲインと等しい値に減衰する可変値である可変ゲインと、のいずれかを制御系の状態に応じてフィードバックゲインに設定し、比例項と積分項との和に基づいて制御対象への入力値を算出するフィードパック制御システムにおいて、

制御系の状態に依らず前記基本ゲインで計算される比例項である基本比例項と、制御系の状態に応じて設定されるフィードバックゲインで計算される積分項である通常積分項と、の和を判定値とする判定値計算手段と、

前記判定値が所定の第 2下限値より小さい場合に積分項の再計算を行う手段であって、該再計算された積分項が前記第 2下限値から前記基本比例項を減算した値以上の値になるように積分項を再計算する積分項再計算手段と、

を有し、

6 . 請求項 4又は 5において、

入力値が所定の第 3下限値より小さい場合、該第 3下限値以上の所定値を制御対象への入力値とすることを特徴とするフィードバック制御システム。

7 . 請求項 1〜6のいずれかにおいて、

目標値が変化した時にフィードバックゲインを可変ゲインに設定することを特徴とするフィードバック制御システム。

8 . 請求項 1〜 7のいずれかにおいて、

前記制御対象は、内燃機関からの排気の一部を排気系から吸気系に戻す E G R手段と、該 E G R手段によって前記吸気系に戻されるお気の量を調節する E G R調節手段と、 E G R率を検出する E G R率検出手段と、を含む内燃機関の E G Rシステムであり、

前記制御対象への入力値は前記 E G R調節手段の操作量であり、

前記制御対象からの出力値は E G R率であり、

前記 E G R率検出手段によって検出される E G R率が所定の目標 E G R率になるように前記 E G R調節手段を制御するフィードバック制御システム。

9 . 請求項 1〜7のいずれかにおいて、

前記制御対象は、内燃機関に吸気を過給する過給手段と、該過給手段の過給効率を調節する過給効率調節手段と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、を含む内燃機関の過給システムであり、

前記制御対象への入力値は前記過給効率調節手段の操作量であり、

前記制御対象からの出力値は過給圧であり、

前記過給圧検出手段によって検出される過給圧が所定の目標過給圧になるように前記過給効率調節手段を制御するフィードバック制御システム。