JPH11353003A - Pid定数切換方法及びpid定数切換装置並びにpid定数切換装置を有してなる燃料噴射制御装置 - Google Patents

Pid定数切換方法及びpid定数切換装置並びにpid定数切換装置を有してなる燃料噴射制御装置

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JPH11353003A
JPH11353003A JP10172092A JP17209298A JPH11353003A JP H11353003 A JPH11353003 A JP H11353003A JP 10172092 A JP10172092 A JP 10172092A JP 17209298 A JP17209298 A JP 17209298A JP H11353003 A JPH11353003 A JP H11353003A
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constant
switching
resistor
pid constant
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Hiroshi Osawa
寛 大沢
Kazuhiko Hoshino
和彦 星野
Masahiro Sudo
真浩 須藤
Takuo Fujimori
拓郎 藤森
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Zexel Corp
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/32Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F02D41/34Controlling fuel injection of the low pressure type with means for controlling injection timing or duration
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御系の動作を不安定にすることなく、簡易
な構成でPID定数の変更を可能とする。 【解決手段】 PID制御回路8のPID定数用第1の
抵抗器21には、第1及び第2のMOS FET26,27が並列接
続される一方、CPU5からは、所定の場合に、その繰
り返し周期が徐々に短くなるようなパルス信号が出力さ
れ、第1及び第2のMOS FET26,27は、第1のトランジス
タ25を介してオン・オフされ、最終的には、オン状態
とされるようになっている。このため、PID定数用第
1の抵抗器21は、等価的に徐々に非短絡状態から短絡
状態とされることとなり、いわゆるPID定数が、等価
的に連続的に変えられて、制御動作の不安定状態を招く
ことがないように構成されたものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるPID制
御回路に係り、特に、そのいわゆるPID定数の切り換
えに改善を図ったものに関する。
【0002】
【従来の技術】いわゆるPID(Proportional Integral
and Derivative)制御として公知・周知の制御動作に基
づくPID制御回路は、種々の装置において用いられて
いる。例えば、ディーゼルエンジンを用いた車両の燃料
噴射制御装置において、燃料噴射ポンプのアクチュエー
タには、電子ガバナと称されるいわゆる電磁式のアクチ
ュエータが噴射ポンプ内のコントロールシャフトの回動
のために用いられている。そして、この電子ガバナは、
アナログフィードバック回路で制御されるようになって
おり、そのフィードバック制御の中でPID制御が用い
られている。このような燃料噴射制御装置におけるPI
D制御において、いわゆるPID定数は、従来、固定さ
れて用いられるのが通常であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、車両
性能のさらなる向上が望まれるなかで、上述のような燃
料噴射制御装置についても、種々の検討がなされてお
り、例えば、動作状態に応じたよりきめ細かな制御の実
現にあたって、いわゆるPID定数を切り換えるのもそ
の方策の一つである。しかしながら、PID定数を制御
動作中に段階的に切り換えることは、その制御系の動作
を、一時的に不安定なものとする。特に、上述のような
燃料噴射制御においては、エンジンの円滑な回転を確保
する観点からPID定数を段階的に切り換えることは回
避されるべきであり、PID定数を円滑に切り換える方
策が所望される。本発明は、上記実状に鑑みてなされた
もので、制御系の動作を不安定にすることなく、簡易な
構成でPID定数の変更を可能とするPID定数切換方
法及びPID定数切換装置並びにPID定数切換装置を
有してなる燃料噴射装置を提供するものである。本発明
の他の目的は、エンジン回転の円滑性を損なうことな
く、簡易な構成でPID定数の変更を可能とするPID
定数切換方法及びPID定数切換装置並びにPID定数
切換装置を有してなる燃料噴射装置を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るPID定数切換方法は、PID制御回路のPID定数
として直列接続された複数の抵抗器の内、所望の抵抗器
にスイッチング素子を並列接続し、当該スイッチング素
子をオン・オフ制御することにより、前記直列接続され
た複数の抵抗器の合成抵抗値を等価的に連続的に変化さ
せることで、PID定数の所定値から所定値への切り換
えを等価的に徐々に行わしめるよう構成されてなるもの
である。
【0005】かかる方法は、抵抗値を等価的に徐々に所
定値へ変化させるようにすることで、従来、抵抗値を瞬
時に変えることにより、PID制御回路に生じていた不
安定な動作状態を回避できるようにしたもので、特に、
抵抗値を等価的に徐々に変えてゆくために、抵抗器に並
列接続されたスイッチング素子のオン・オフ時間を徐々
に短くしてゆき、最終的にオン状態とするような、いわ
ばPWM制御をスイッチング素子に対して施すようにし
て、PID定数の所定値から所定値への切り換えを等価
的に徐々に行わしめるようにしたものである。
【0006】請求項3記載の発明に係るPID定数切換
装置は、PID定数の一つとして、直列接続された複数
の抵抗器を有してなるPID制御回路の前記PID定数
を切り換えるPID定数切換装置であって、前記複数の
抵抗器の内、所定の抵抗器に接続され、当該抵抗器を等
価的に徐々に非短絡状態から短絡状態とする定数切換手
段を具備してなるものである。
【0007】かかる構成は、特に、上述した請求項1記
載の発明に係るPID定数切換方法を実行するに適した
ものである。そして、定数切換手段は、所定の抵抗器に
並列接続されたスイッチング素子を有してなり、当該ス
イッチング素子は、外部から入力される信号によってそ
のオン・オフ状態が制御されるもので、前記外部から入
力される信号は、前記スイッチング素子のオン・オフ間
隔が時間の経過と共に短くなり、最終的にオン状態とな
るものとするのが好適である。すなわち、定数切換手段
は、スイッチング素子を有し、当該スイッチング素子が
いわゆるPWM制御によりオン・オフされるよう構成さ
れてなるものが好適である。
【0008】請求項5記載の発明に係るPID定数切換
装置を有してなる燃料噴射制御装置は、電気式アクチュ
エータを用いてなる電子ガバナを有してなる燃料噴射ポ
ンプの動作制御を行う燃料噴射制御装置であって、当該
燃料噴射制御装置は、前記電気式アクチュエータの動作
量を検出するセンサと、前記電気式アクチュエータの目
標とする動作量を得るために前記電気式アクチュエータ
に通電されるべき通電電流の大きさに対応する目標値
と、前記センサの出力信号との比較を行う比較器と、前
記比較器の出力に応じた繰り返し周期で前記電気式アク
チュエータの通電を制御する通電制御回路とを具備し、
前記比較器は、その入力端と出力端との間に、PID制
御回路が設けられてフィードバックループが形成されて
なり、前記PID制御回路は、PID定数の一つとし
て、直列接続された複数の抵抗器を有してなるものにお
いて、前記複数の抵抗器の内、所定の抵抗器に接続さ
れ、当該抵抗器を等価的に徐々に非短絡状態から短絡状
態とする定数切換手段を有してなるPID定数切換装置
を設けてなるものである。
【0009】かかる構成は、特に、PID制御回路を有
してなる燃料噴射制御装置において、上述したような請
求項3記載の発明に係るPID定数切換装置を設け、P
ID定数を所定値から所定値へ徐々に変えることができ
るようにしたもので、これにより、エンジン回転の円滑
性を損なうことなく、簡易な構成でPID定数の変更を
可能とすることができることとなるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1乃至図4を参照しつつ説明する。なお、以下に
説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、図1を参照しつつ、本発明が適用
される燃料噴射制御装置の構成について説明する。この
燃料噴射制御装置は、例えば、ディーゼルエンジン1の
燃料噴射を、いわゆるアナログフィードバックにより行
うように構成されてなるものである。ディーゼルエンジ
ン1は、燃料噴射ポンプ2から燃料噴射を受けるように
なっており、その燃料噴射ポンプ2は、いわゆる電子ガ
バナと称される燃料噴射制御のための電気式アクチュエ
ータ3を有してなり、この電気式アクチュエータ3の電
磁コイル3aへの通電電流が制御されることで、電気式
アクチュエータ3の動作量が制御され、結果的に、燃料
噴射ポンプ2からディーゼルエンジン1への燃料噴射量
が調整されるようになっているものである。
【0011】電気式アクチュエータ3の動作は、CPU
5からの目標値と、センサ4からの検出信号とに基づく
いわゆるフィードバック制御により、通電電流の大きさ
が調整されることで制御されるようになっており、その
フィードバック制御の中でいわゆるPID(Proportiona
l Integral and Derivative)制御が行われるようになっ
ている。すなわち、燃料噴射ポンプ2内に設けられたセ
ンサ4は、例えば、電気式アクチュエータ3の図示され
ない回転軸の回動量を検出するようになっているもので
あり、このセンサ4からの検出信号は、センサ回路6に
よりノイズ除去や適宜な信号レベルへの変換が施され
て、演算増幅器7aからなる比較器7の反転入力端子へ
入力されるようになっている。
【0012】一方、CPU5は、ROM、RAM等を内
蔵してなる公知・周知のいわゆるワンチップ・マイコン
であり、燃料噴射制御のプログラムを実行し、先の電磁
コイル3aへの通電電流を定める目標値を、例えば、ア
ナログ出力端子P1から出力するようになっている。C
PU5から出力された電磁コイル3aの通電電流を定め
る目標値は、演算増幅器7aの非反転入力端子に印加さ
れるようになっている。また、演算増幅器7aは、その
出力端子と反転入力端子との間に、PID制御回路(図
1においては「PID」と表記)8が設けられており、
PID定数がいわゆるフィードバック制御に加味される
ような構成となっている。
【0013】比較器7による比較結果は、通電制御回路
9へ入力され、この通電制御回路9では、その比較結果
に応じて電磁コイル3aへ対する通電を制御するように
なっている。すなわち、通電制御回路9は、比較器7か
らの比較結果が入力され、その比較結果に応じたいわゆ
るデューティ比を有する繰り返しパルス信号を出力する
よう構成されてなるPWM回路(図1においては「PW
M」と表記)10Aと、このPWM回路10Aの出力パ
ルス信号に応じてオン・オフする駆動トランジスタ10
Bとを具備して構成されたものとなっている。
【0014】そして、電磁コイル3aは、その一端に図
示されない電源電圧が印加される一方、他端は、駆動ト
ランジスタ10Bに接続されており、この駆動トランジ
スタ10Bは、PWM回路10Aから出力される繰り返
しパルス信号に応じていわゆるオン・オフ動作するよう
になっている。PWM回路10Aから出力される繰り返
しパルス信号のいわゆるデューティ比は、先の比較器7
による比較結果に応じた出力レベルに対応して変化する
ようになっており、このデューティ比が変えられること
で、結果的に電磁コイル3aへの通電量が制御されるこ
ととなるものとなっている。さらに、先のPID制御回
路8のいわゆるPID定数は、CPU5により定数切換
手段としての定数切換回路11を介して、後述するよう
に所定の場合に、連続的に所望の定数へ切り換えられる
ようになっているものである。
【0015】次に、図2乃至図4を参照しつつ、CPU
5及び定数切換回路11によるPID定数の切り換えに
ついて説明する。最初に、図2を参照しつつ具体的な回
路構成例について説明する。まず、PID制御回路8
は、PID定数用第1の抵抗器21とPID定数用第2
の抵抗器22及びPID定数用第1のコンデンサ23が
直列接続されてなり、PID定数用第1の抵抗器21が
反転入力端子側、PID定数用第1のコンデンサ23が
出力端子側となるように、演算増幅器7aの反転入力端
子と出力端子との間に直列に設けられたものとなってい
る。
【0016】定数切換回路11は、CPU5のいわゆる
ポート出力端子P0から出力される繰り返しパルス信号
に応じて駆動されるスイッチング素子としての第1及び
第2のMOS FET26,27を主としてなるいわゆ
るスイッチング回路が構成されたものとなっている。す
なわち、定数切換回路11は、まず、入力段に、npn
形の第1のトランジスタ25が設けられており、そのベ
ースは、第1の抵抗器31を介してCPU5のポート出
力端子P0に接続されると共に、第2の抵抗器32を介
してアースに接続されている。また、第1の抵抗器31
のポート出力端子P0に接続される側の端には、第3の
抵抗器33の一端が接続されている。そして、この第3
の抵抗器33の他端には、電源電圧Vccが印加されるよ
うになっており、CPU5のポート出力端子P0が電圧
Vccに、いわゆるプルアップされるようにしてある。
【0017】第1のトランジスタ25のエミッタは、ア
ースに接続される一方、コレクタは、第4の抵抗器34
を介して所定電圧VB(VB<Vcc)が印加されるように
なっていると共に、第5の抵抗器35を介して第1及び
第2のMOS FET26,27のゲートに接続されて
いる。この回路構成例においては、Nチャンネルの第1
及び第2のMOS FET26,27が用いられてお
り、ソース同士が接続される一方、第1のMOS FE
T26のドレインは、PID定数用第1及び第2の抵抗
器21,22の接続点に、第2のMOS FET27の
ドレインは、PID定数用第1の抵抗器21と演算増幅
器7aの反転入力端子との接続点に、それぞれ接続され
たものとなっている。換言すれば、直列接続された第1
及び第2のMOS FET26,27が、PID定数用
第1の抵抗器21に対して並列接続された構成となって
いる。そして、この第1及び第2のMOS FET2
6,27は、先の第1のトランジスタ25が非導通状態
となると、導通状態(オン状態)となり、それによりP
ID定数用第1の抵抗器21が短絡状態とされるように
なっているものである。
【0018】しかして、かかる構成における動作につい
て説明する。まず、CPU5は、例えば、燃料噴射制御
装置の動作制御のためのプログラムを実行するなかで、
いわゆるサブルーチン処理としてPID定数切り換えを
実行するようになっている。すなわち、図3に、そのサ
ブルーチン処理としてのPID定数切換制御の手順を示
すフローチャートが示されているが、同図を参照しつつ
説明すれば、このサブルーチン処理が開始されると、最
初に、PID定数の切り換えの必要があるか否かの判断
が、予め定められた基準に基づいてCPU5により行わ
れる(図3のステップ100参照)。そして、PID定
数の切り換えの必要がないと判定された場合(NOの場
合)には、このサブルーチン処理を終了して、図示され
ないメインルーチンへ戻ることとなる。なお、PID定
数の切り換えを行わない状態においては、CPU5のポ
ート出力端子P0は、いわゆる論理値Highに対応す
る電圧レベル(略アース電位)に保持された状態となっ
ている。そのため、第1のトランジスタ25は、導通状
態とされると共に、第1及び第2のMOS FET2
6,27は非導通状態とされる。したがって、PID定
数用第1の抵抗器21は、非短絡状態とされ、PID制
御回路8は、PID定数用第1及び第2の抵抗器21,
22並びにPID定数用第1のコンデンサ23から構成
される状態となる。
【0019】一方、PID定数の切り換えの必要有りと
判定された場合(YESの場合)には、CPU5のポー
ト出力端子P0から次述するようなパルス信号が出力さ
れることとなる(図3のステップ102参照)。すなわ
ち、CPU5のポート出力端子P0からは、時間の経過
と共に、そのパルス間隔が徐々に短くなるような繰り返
しパルス信号、換言すれば、いわばPWM(Pulse Width
Modulation)パルス信号が出力され、最終的に、CPU
5のポート出力端子P0は、いわゆる論理値Lowに対
応する所定の電圧レベルに保持されることとなる(図4
(A)参照)。ここで、最初のパルス信号の間隔1/f
s(図4(A)参照)は、電気式アクチュエータ3の周
波数応答速度に対して充分小さい値とすることが望まし
い。これは、仮に、最初のパルス信号の間隔1/fs
が、電気式アクチュエータ3の周波数応答速度に対して
充分小さくないとすると、電気式アクチュエータ3の動
作変動を招くこととなり、ひいては燃料噴射制御装置の
動作変動を生じ、そもそもここで説明するようなPID
定数切換制御を行う意味が没却されることとなるためで
ある。
【0020】そして、ポート出力端子P0が論理値Lo
wに対応する所定の電圧レベルの間は、第1及び第2の
MOS FET26,27は導通状態とされるため、P
ID制御回路8においては、PID定数用第1の抵抗器
21が短絡状態とされ、演算増幅器7aの反転入力端子
と出力端子との間には、PID定数用第2の抵抗器22
とPID定数用第1のコンデンサ23とが直列接続され
た状態となる。一方、ポート出力端子P0が論理値Hi
ghに対応する所定の電圧レベルへ戻ると、第1及び第
2のMOS FET26,27は非導通状態に復帰し
て、PID定数用第1の抵抗器21は非短絡状態へ戻る
こととなる。したがって、ステップ102の処理が開始
されて、ポート出力端子P0から繰り返しパルス信号が
出力され、最終的に、ポート出力端子P0が論理値Lo
wに対応する所定の電圧レベルに保持された状態となる
までの間のPID制御回路8の抵抗分の変化、すなわ
ち、演算増幅器7aの反転入力端子と、PID定数用第
2の抵抗器22とPID定数用第1のコンデンサ23と
の接続点との間における合成抵抗値の実質的な変化は、
図4(B)に示されたように、最初、抵抗値(R1+R2)
であったものが、繰り返しパルス信号が出力されて時間
が経過してゆくと共に、徐々に抵抗値R2へ向かって低
下してゆき、最終的には、抵抗値R2となるものとな
る。なお、ここで、R1は、PID定数用第1の抵抗器
21の抵抗値を、R2は、PID定数用第2の抵抗器2
2の抵抗値を、それぞれ表すものとする。
【0021】このように、ステップ102の処理によっ
て、PID制御回路8のいわゆるPID定数、特に、比
例定数としての抵抗値が、(R1+R2)からR2へ徐々に
連続的に変えられることとなるため、電気式アクチュエ
ータ3の動作には、何等変動を来すことがない。その結
果、燃料噴射ポンプ2の動作、換言すれば、燃料噴射の
動作に何等変動を来すことなく、PID制御回路8にお
ける比例定数の切り換えが等価的に徐々に行われること
となる。
【0022】なお、図2に示された定数切換回路11に
おけるnpn形の第1のトランジスタ25、Nチャンネ
ルの第1及び第2のMOS FET26,27は、あく
までも一例であり、これ以外の形式の半導体素子によっ
て回路を構成してもよいことは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
PID制御回路のいわゆるPID定数を徐々に変化させ
るような構成とすることにより、いわゆるPID定数の
円滑な切り換えが可能となり、従来と異なり、PID定
数の切り換えに起因する動作状態の不安定を招くことな
く、PID制御を用いたより適切な動作制御が可能とな
るものである。また、スイッチング素子をいわゆるPW
Mパルス信号によりオン・オフ制御することで抵抗器を
等価的に徐々に非短絡状態から短絡状態とする構成であ
るため、比較的簡易な構成で済む。特に、請求項5記載
の発明においては、PID定数の切り換えに伴う燃料噴
射ポンプの動作の不安定を招くことがないので、ひいて
はエンジンの回転動作の円滑性を損なうことがなく、従
来に比してより適切、かつ、広範な燃料噴射制御による
エンジン回転の適切な制御が実現されることとなるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるPID定数切換装
置が用いられる燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図
である。
【図2】PID定数切換装置の具体的な回路構成例を示
す回路図である。
【図3】CPUにより実行されるPID定数切換制御の
手順を示すサブルーチンフローチャートである。
【図4】図2に示されたPID制御回路の抵抗器の抵抗
値変化を、CPUのポート出力端子から出力されるパル
ス信号の変化と共に説明するための説明図であり、図4
(A)は、CPUのポート出力端子から出力されるパル
ス信号の変化を模式的に示した説明図、図4(B)は、
PID制御回路の抵抗器の抵抗値の実質的な変化を説明
するための説明図である。
【符号の説明】
3…電気式アクチュエータ 3a…電磁コイル 5…CPU 7…比較器 8…PID制御回路 9…通電制御回路 10A…PWM回路 10B…駆動トランジスタ 11…定数切換回路
フロントページの続き (72)発明者 藤森 拓郎 埼玉県東松山市箭弓町3−13−26 株式会 社ゼクセル東松山工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PID制御回路のPID定数として直列
    接続された複数の抵抗器の内、所望の抵抗器にスイッチ
    ング素子を並列接続し、当該スイッチング素子をオン・
    オフ制御することにより、前記直列接続された複数の抵
    抗器の合成抵抗値を等価的に連続的に変化させること
    で、PID定数の所定値から所定値への切り換えを等価
    的に徐々に行わしめることを特徴とするPID定数切換
    方法。
  2. 【請求項2】 スイッチング素子のオフ・オフ制御は、
    そのオン・オフ間隔が時間の経過と共に短くなり、最終
    的にオン状態となるものであることを特徴とする請求項
    1記載のPID定数切換方法。
  3. 【請求項3】 PID定数の一つとして、直列接続され
    た複数の抵抗器を有してなるPID制御回路の前記PI
    D定数を切り換えるPID定数切換装置であって、 前記複数の抵抗器の内、所定の抵抗器に接続され、当該
    抵抗器を等価的に徐々に非短絡状態から短絡状態とする
    定数切換手段を具備してなることを特徴とするPID定
    数切換装置。
  4. 【請求項4】 定数切換手段は、所定の抵抗器に並列接
    続されたスイッチング素子を有してなり、当該スイッチ
    ング素子は、外部から入力される信号によってそのオン
    ・オフ状態が制御されるもので、前記外部から入力され
    る信号は、前記スイッチング素子のオン・オフ間隔が時
    間の経過と共に短くなり、最終的にオン状態となるもの
    であることを特徴とする請求項3記載のPID定数切換
    装置。
  5. 【請求項5】 電気式アクチュエータを用いてなる電子
    ガバナを有してなる燃料噴射ポンプの動作制御を行う燃
    料噴射制御装置であって、 当該燃料噴射制御装置は、前記電気式アクチュエータの
    動作量を検出するセンサと、 前記電気式アクチュエータの目標とする動作量を得るた
    めに前記電気式アクチュエータに通電されるべき通電電
    流の大きさに対応する目標値と、前記センサの出力信号
    との比較を行う比較器と、 前記比較器の出力に応じた繰り返し周期で前記電気式ア
    クチュエータの通電を制御する通電制御回路とを具備
    し、 前記比較器は、その入力端と出力端との間に、PID制
    御回路が設けられてフィードバックループが形成されて
    なり、 前記PID制御回路は、PID定数の一つとして、直列
    接続された複数の抵抗器を有してなるものにおいて、 前記複数の抵抗器の内、所定の抵抗器に接続され、当該
    抵抗器を等価的に徐々に非短絡状態から短絡状態とする
    定数切換手段を有してなるPID定数切換装置を設けた
    ことを特徴とするPID定数切換装置を有してなる燃料
    噴射制御装置。
  6. 【請求項6】 定数切換手段は、所定の抵抗器に並列接
    続されたスイッチング素子を有してなり、当該スイッチ
    ング素子は、外部から入力される信号によってそのオン
    ・オフ状態が制御されるもので、前記外部から入力され
    る信号は、前記スイッチング素子のオン・オフ間隔が時
    間の経過と共に短くなり、最終的にオン状態となるもの
    であることを特徴とする請求項5記載のPID定数切換
    装置を有してなる燃料噴射制御装置。
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