JPS6340263B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6340263B2 JPS6340263B2 JP57227549A JP22754982A JPS6340263B2 JP S6340263 B2 JPS6340263 B2 JP S6340263B2 JP 57227549 A JP57227549 A JP 57227549A JP 22754982 A JP22754982 A JP 22754982A JP S6340263 B2 JPS6340263 B2 JP S6340263B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- amount
- rotation speed
- internal combustion
- engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
- F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
- F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
- F02P5/155—Analogue data processing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
この発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度
の制御方法に関し、より詳細には、従来一般的な
PID（比例積分微分）制御とは異なり、内燃機関
の内部状態を考慮して機関をダイナミツク（動
的）なシステムとして捕え、内部状態を規定する
状態変数によつて機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の
手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
の制御方法に関し、より詳細には、従来一般的な
PID（比例積分微分）制御とは異なり、内燃機関
の内部状態を考慮して機関をダイナミツク（動
的）なシステムとして捕え、内部状態を規定する
状態変数によつて機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の
手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
（従来技術）
従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
方法としては、例えば第１図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ１
は、VCMバルブ２の制御ソレノイド３の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ４のバイパス
５を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。
方法としては、例えば第１図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ１
は、VCMバルブ２の制御ソレノイド３の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ４のバイパス
５を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。
コントロールユニツト６は、スロツトルバルブ
スイツチ７によるアイドル（IDLE）信号、ニユ
ートラルスイツチ８によるニユートラル
（NEUT）信号、車速センサ９による車速
（VSP）信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ１０による冷
却水温度TWに応じた１次元テーブルルツクアツ
プによつて、アイドル回転速度の基本目標値を算
出する。そして、エアコンスイツチ１１によるエ
アコン（Ａ／Ｃ）信号、ニユートラル（NEUT）
信号、バツテリ電圧VB信号などに応じた補正を
行なつて最終的に算出されたアイドル回転速度の
目標値Nrに対し、機関の実際のアイドル回転速
度Ｎとその目標値Nrとの偏差SAが小さくなるよ
うに制御ソレノイド３のパルス幅PAを比例、積
分（PI）のデユーテイ制御をして、目標回転速
度Nrにフイードバツク制御する。
スイツチ７によるアイドル（IDLE）信号、ニユ
ートラルスイツチ８によるニユートラル
（NEUT）信号、車速センサ９による車速
（VSP）信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ１０による冷
却水温度TWに応じた１次元テーブルルツクアツ
プによつて、アイドル回転速度の基本目標値を算
出する。そして、エアコンスイツチ１１によるエ
アコン（Ａ／Ｃ）信号、ニユートラル（NEUT）
信号、バツテリ電圧VB信号などに応じた補正を
行なつて最終的に算出されたアイドル回転速度の
目標値Nrに対し、機関の実際のアイドル回転速
度Ｎとその目標値Nrとの偏差SAが小さくなるよ
うに制御ソレノイド３のパルス幅PAを比例、積
分（PI）のデユーテイ制御をして、目標回転速
度Nrにフイードバツク制御する。
以上の制御方法を流れ図で示したので、第２図
である。
である。
しかしながら、このような従来の内燃機関のア
イドル回転速度制御方法にあつては、機関、アク
チユエータおよびセンサの動特性を効果的に用い
たPI制御を行なつている訳ではなく、さらには、
制御手法としてのPI制御は多入出力システムに
対する制御には不向きなものとなつていたため、
機関が他の運転状態からアイドル状態に入る時、
またはアイドル状態から出る時、さらには種々の
負荷外乱が加わつた直後等に、機関がダイナミツ
クな振舞いを呈する時には、制御追従性すなわち
過渡応答が悪いという問題があつた。また、他の
制御入力を加えて制御の自由度を上げ、制御性を
高めようとする時には、PI制御の手法では適用
が難しいという問題があつた。
イドル回転速度制御方法にあつては、機関、アク
チユエータおよびセンサの動特性を効果的に用い
たPI制御を行なつている訳ではなく、さらには、
制御手法としてのPI制御は多入出力システムに
対する制御には不向きなものとなつていたため、
機関が他の運転状態からアイドル状態に入る時、
またはアイドル状態から出る時、さらには種々の
負荷外乱が加わつた直後等に、機関がダイナミツ
クな振舞いを呈する時には、制御追従性すなわち
過渡応答が悪いという問題があつた。また、他の
制御入力を加えて制御の自由度を上げ、制御性を
高めようとする時には、PI制御の手法では適用
が難しいという問題があつた。
そして特に、予期できる外乱、例えばエアコン
負荷外乱等が加わる場合には、予めエアコンスイ
ツチ１１のオンによるフイードフオワード情報が
入り、それに伴つて、フイードバツク制御にフイ
ードフオワード制御を付加してアイドル回転速度
低下を阻止しようとする訳であるが、しかしなが
ら、制御入力である空気量、燃料供給量あるいは
排気還流量を供給するためのアクチユエータの応
答は遅く、またインテークマニホールド通過の遅
れ時間もあり、どうしても負荷外乱投入直後の回
転速度の低下を抑えられない。加えて、回転速度
が低下した時にさらに他の外乱（例えば電気負荷
やクラツチ接続）が加わるとエンスト（機関が停
止）するという問題点があつた。
負荷外乱等が加わる場合には、予めエアコンスイ
ツチ１１のオンによるフイードフオワード情報が
入り、それに伴つて、フイードバツク制御にフイ
ードフオワード制御を付加してアイドル回転速度
低下を阻止しようとする訳であるが、しかしなが
ら、制御入力である空気量、燃料供給量あるいは
排気還流量を供給するためのアクチユエータの応
答は遅く、またインテークマニホールド通過の遅
れ時間もあり、どうしても負荷外乱投入直後の回
転速度の低下を抑えられない。加えて、回転速度
が低下した時にさらに他の外乱（例えば電気負荷
やクラツチ接続）が加わるとエンスト（機関が停
止）するという問題点があつた。
（発明の目的）
この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、機関が他の運転状態からアイ
ドル状態へ入る時、またはアイドル状態から出る
時、さらに大きな負荷外乱が加わつた直後等の、
機関がダイナミツクな振舞いを呈する時の制御追
従性すなわち過渡応答を最適にし、さらに、多数
の制御入力変数を加えて制御自由度を上げ、制御
性を高めることを容易にし、もつてより安定なア
イドル回転速度制御を行なうことを目的とする。
そして特に、予測できる負荷外乱が投入された時
の制御性を良好にすることを目的とする。
てなされたもので、機関が他の運転状態からアイ
ドル状態へ入る時、またはアイドル状態から出る
時、さらに大きな負荷外乱が加わつた直後等の、
機関がダイナミツクな振舞いを呈する時の制御追
従性すなわち過渡応答を最適にし、さらに、多数
の制御入力変数を加えて制御自由度を上げ、制御
性を高めることを容易にし、もつてより安定なア
イドル回転速度制御を行なうことを目的とする。
そして特に、予測できる負荷外乱が投入された時
の制御性を良好にすることを目的とする。
（発明の構成および作用）
そこでこの発明は、内燃機関、アクチユエータ
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量（もしくは相当量）、燃料供給
量（もしくは相当量）および排気還流（EGR）
量（もしくは相当量）から選択されたいずれか１
つまたは任意の２つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定し、内燃機関のアイドル回転速度を目標値に
フイードバツク制御することを特徴とする。この
制御手法は、従来一般的なPID制御に代わり多数
の入出力変数を総合的に制御する多変数制御の手
法を用いるものである。そして特に、予測できる
負荷外乱が投入された時には、制御応答性の良い
点火時期を変えることを特徴とするものである。
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量（もしくは相当量）、燃料供給
量（もしくは相当量）および排気還流（EGR）
量（もしくは相当量）から選択されたいずれか１
つまたは任意の２つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定し、内燃機関のアイドル回転速度を目標値に
フイードバツク制御することを特徴とする。この
制御手法は、従来一般的なPID制御に代わり多数
の入出力変数を総合的に制御する多変数制御の手
法を用いるものである。そして特に、予測できる
負荷外乱が投入された時には、制御応答性の良い
点火時期を変えることを特徴とするものである。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第３図は、この発明による内燃機関のアイドル
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
同図において、１２は制御対象である内燃機関
で、制御対象１２の制御出力をアイドル回転速度
とした場合、制御入力としては、空気量（もしく
は相当量）、点火時期、燃料供給量（もしくは相
当量）および排気還流量（もしくは相当量）から
選択されたいずれか１つまたは任意の２つ以上の
組合せを採り得る。しかしながら点火時期を制御
入力として用いると、他の制御入力に比べて応答
性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオ
ーバシユートとアンダシユートが大きく出て、ア
イドル回転速度の安定性の点からは点火時期を制
御入力として用いるのは好ましくなく、他の制御
入力で制御範囲を越えた場合とか、特に応答性を
要求される場合に点火時期を効果的に用いるのが
好ましい。
で、制御対象１２の制御出力をアイドル回転速度
とした場合、制御入力としては、空気量（もしく
は相当量）、点火時期、燃料供給量（もしくは相
当量）および排気還流量（もしくは相当量）から
選択されたいずれか１つまたは任意の２つ以上の
組合せを採り得る。しかしながら点火時期を制御
入力として用いると、他の制御入力に比べて応答
性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオ
ーバシユートとアンダシユートが大きく出て、ア
イドル回転速度の安定性の点からは点火時期を制
御入力として用いるのは好ましくなく、他の制御
入力で制御範囲を越えた場合とか、特に応答性を
要求される場合に点火時期を効果的に用いるのが
好ましい。
本実施例では、２制御入力として、アイドル時
のバイパス空気量を調整するためのVCMバルブ
２の制御ソレノイド（第１図）を駆動するパルス
幅PA（すなわちバイパス空気量に相当する量）
と、燃料を副射する電磁弁を駆動するパルス幅
PF（すなわち燃料供給量に相当する量）とを採
る。制御出力はアイドル回転速度Ｎで、１出力で
ある。
のバイパス空気量を調整するためのVCMバルブ
２の制御ソレノイド（第１図）を駆動するパルス
幅PA（すなわちバイパス空気量に相当する量）
と、燃料を副射する電磁弁を駆動するパルス幅
PF（すなわち燃料供給量に相当する量）とを採
る。制御出力はアイドル回転速度Ｎで、１出力で
ある。
１３は、制御対象である機関１２のダイナミツ
クモデルを記憶していて、上記３つの制御入出力
情報PA，PF，Ｎから機関のダイナミツクが内部
状態を推定する状態観測器（オブザーバ）であ
り、内部状態を代表する状態変数量ｘ（例えば４
つの量x1，x2，x3，x4のベクトル表示）の推定値
x^を計算する。
クモデルを記憶していて、上記３つの制御入出力
情報PA，PF，Ｎから機関のダイナミツクが内部
状態を推定する状態観測器（オブザーバ）であ
り、内部状態を代表する状態変数量ｘ（例えば４
つの量x1，x2，x3，x4のベクトル表示）の推定値
x^を計算する。
状態観測器１３は制御対象である機関をシユミ
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数ｘ（ｎ次のベクトルx1〜xo）で代表す
る。制御対象である機関１２の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動作挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて、動的
な振舞いを把握し、制御に用いることによつて制
御をより精密に行なうことができる。しかしなが
ら現時点ではそれらの値を検出できる実用的セン
サはあまり存在しない。そこで機関の内部状態を
状態変数ｘで代表させるが、但し状態変数ｘは実
際の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる
必要はなく、全体として機関をシミユレーシヨン
させるものである。状態変数ｘの次数ｎは、ｎが
大きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面
計算が複雑になる。この発明における２入力１出
力の場合には、ｎ＝４程度が適当である。
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数ｘ（ｎ次のベクトルx1〜xo）で代表す
る。制御対象である機関１２の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動作挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて、動的
な振舞いを把握し、制御に用いることによつて制
御をより精密に行なうことができる。しかしなが
ら現時点ではそれらの値を検出できる実用的セン
サはあまり存在しない。そこで機関の内部状態を
状態変数ｘで代表させるが、但し状態変数ｘは実
際の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる
必要はなく、全体として機関をシミユレーシヨン
させるものである。状態変数ｘの次数ｎは、ｎが
大きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面
計算が複雑になる。この発明における２入力１出
力の場合には、ｎ＝４程度が適当である。
また、このようにモデルの低次元近似化を行う
と、その誤差の影響が出てしまうが、この点は後
述するようにＩ（積分）動作の付加により吸収で
きる。
と、その誤差の影響が出てしまうが、この点は後
述するようにＩ（積分）動作の付加により吸収で
きる。
第３図において、１４は積分（Ｉ）動作とゲイ
ンブロツクで、機関回転速度の指定された目標値
Nrと実際値Ｎとの偏差SAを積分した量および状
態観測器１３で計算された状態変数量ｘから、２
つの制御入力PAとPFの値を計算する（第５図参
照）。そして上記の状態観測器１３と積分動作と
ゲインブロツク１４とでコントローラを構成す
る。
ンブロツクで、機関回転速度の指定された目標値
Nrと実際値Ｎとの偏差SAを積分した量および状
態観測器１３で計算された状態変数量ｘから、２
つの制御入力PAとPFの値を計算する（第５図参
照）。そして上記の状態観測器１３と積分動作と
ゲインブロツク１４とでコントローラを構成す
る。
次に作用を説明する。
制御対象である機関１２は２入力１出力システ
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列Ｔ（ｚ）から、制御対象１２のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その１つの手法として状態観測器１３がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象１２
の伝達関数行列Ｔ（ｚ）が実験的に求まり、 Ｔ（ｚ）＝〔T1（ｚ） T2（ｚ）〕 (1) となる。但し、ｚは入出力信号のサンプル値のｚ
−変換を示し、T1（ｚ）とT2（ｚ）は例えばｚの
２次伝達関数である。
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列Ｔ（ｚ）から、制御対象１２のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その１つの手法として状態観測器１３がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象１２
の伝達関数行列Ｔ（ｚ）が実験的に求まり、 Ｔ（ｚ）＝〔T1（ｚ） T2（ｚ）〕 (1) となる。但し、ｚは入出力信号のサンプル値のｚ
−変換を示し、T1（ｚ）とT2（ｚ）は例えばｚの
２次伝達関数である。
入力、出力および伝達関数T1（ｚ）、T2（ｚ）の
関係を示す制御対象（機関）１２のモデル構造を
第４図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA、δPF、δNを用いている。
関係を示す制御対象（機関）１２のモデル構造を
第４図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA、δPF、δNを用いている。
この伝達関数行列Ｔ（ｚ）から、次の様に状態
観測器１３を構成することができる。
観測器１３を構成することができる。
先ず、Ｔ（ｚ）から機関の動的な振舞いを記述
する状態変数モデル ｘ（ｎ）＝Ax（ｎ−１）＋Bu（ｎ−１） (2) ｙ（ｎ−１）＝Cx（ｎ−１） (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の（ｎ）は現時
点を、また（ｎ−１）は１つ前のサンプル時点を
表わす。ｕ（ｎ−１）は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の振動分を表わす、制御ソレノイド３のパルス幅
δPA（ｎ−１）と燃料噴射パルス幅δPF（ｎ−１）
を要素とする。すなわち、 ｕ（ｎ−１）＝ δPA（ｎ−１） δPF（ｎ−１） (4) また、ｙ（ｎ−１）は制御出力で、制御入力ベ
クトルと同様に、ある基準回転速度Na（例えば
650rpm）からの摂動分を表わすδN（ｎ−１）を
要素とする。すなわち、 ｙ（ｎ−１）＝δN（ｎ−１） (5) ｘ（・）は状態変数ベクトルであり、行列Ａ、
Ｂ、Ｃは伝達関数行列Ｔ（ｚ）の係数から決まる
定数行列である。
する状態変数モデル ｘ（ｎ）＝Ax（ｎ−１）＋Bu（ｎ−１） (2) ｙ（ｎ−１）＝Cx（ｎ−１） (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の（ｎ）は現時
点を、また（ｎ−１）は１つ前のサンプル時点を
表わす。ｕ（ｎ−１）は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の振動分を表わす、制御ソレノイド３のパルス幅
δPA（ｎ−１）と燃料噴射パルス幅δPF（ｎ−１）
を要素とする。すなわち、 ｕ（ｎ−１）＝ δPA（ｎ−１） δPF（ｎ−１） (4) また、ｙ（ｎ−１）は制御出力で、制御入力ベ
クトルと同様に、ある基準回転速度Na（例えば
650rpm）からの摂動分を表わすδN（ｎ−１）を
要素とする。すなわち、 ｙ（ｎ−１）＝δN（ｎ−１） (5) ｘ（・）は状態変数ベクトルであり、行列Ａ、
Ｂ、Ｃは伝達関数行列Ｔ（ｚ）の係数から決まる
定数行列である。
ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測
器を構成する。
器を構成する。
x^（ｎ）＝（Ａ−GC）x^（ｎ−１）＋
Bu（ｎ−１）＋Gy（ｎ−１）(6) ここに、Ｇは任意に与えられる行列で、x^（・）
は機関１２の内部状態変数ｘ（・）の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔ｘ（ｎ）−x^（ｎ）〕＝（Ａ−GC）
〔ｘ（ｎ−１）−x^（ｎ−１）〕(7) となり、行列（Ａ−GC）の固有値が単位円内に
あるようにＧを選べば、 ｎ→大で x^（ｎ）→ｘ（ｎ） (8) となり、内部状態変数量ｘ（ｎ）を入力ｕ（・）と
出力ｙ（・）から推定することができる。また、
行列Ｇを適当に選び、行列（Ａ−GC）の固有値
を全て零にすることも可能で、この時、状態観測
器１３は有限整定状態観測器となる。
Bu（ｎ−１）＋Gy（ｎ−１）(6) ここに、Ｇは任意に与えられる行列で、x^（・）
は機関１２の内部状態変数ｘ（・）の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔ｘ（ｎ）−x^（ｎ）〕＝（Ａ−GC）
〔ｘ（ｎ−１）−x^（ｎ−１）〕(7) となり、行列（Ａ−GC）の固有値が単位円内に
あるようにＧを選べば、 ｎ→大で x^（ｎ）→ｘ（ｎ） (8) となり、内部状態変数量ｘ（ｎ）を入力ｕ（・）と
出力ｙ（・）から推定することができる。また、
行列Ｇを適当に選び、行列（Ａ−GC）の固有値
を全て零にすることも可能で、この時、状態観測
器１３は有限整定状態観測器となる。
このようにして推定された状態変数x^（・）と、
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度Ｎ（・）
との偏差SA＝（Nr−Ｎ（・））の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド３の駆動パルス幅
の基準設定値（PA）aからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA（・）と、燃料噴射パルス幅
の基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の増量分δPF（・）を決定し、機関のアイドル回
転速度Ｎの最適レギユレータ制御を行なう。レギ
ユレータ制御とは、アイドル回転速度Ｎを一定値
である目標回転速度Nrに合致するように制御す
る定値制御を意味する。
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度Ｎ（・）
との偏差SA＝（Nr−Ｎ（・））の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド３の駆動パルス幅
の基準設定値（PA）aからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA（・）と、燃料噴射パルス幅
の基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の増量分δPF（・）を決定し、機関のアイドル回
転速度Ｎの最適レギユレータ制御を行なう。レギ
ユレータ制御とは、アイドル回転速度Ｎを一定値
である目標回転速度Nrに合致するように制御す
る定値制御を意味する。
なおこの発明では、前述したように実験的に求
めたモデルが低次元化された近似モデルであるた
め、その近似誤差を吸収するためのＩ（積分）動
作を付加しているが、ここではＩ動作を含めての
最適レギユレータ制御を行なう。
めたモデルが低次元化された近似モデルであるた
め、その近似誤差を吸収するためのＩ（積分）動
作を付加しているが、ここではＩ動作を含めての
最適レギユレータ制御を行なう。
この発明の制御対象である機関は、前述したよ
うに２入力１出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アリゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」（昭51年）昭晃堂その他に説明されているの
で、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみを
記述すると、いま、 δu（ｎ）＝ｕ（ｎ）−ｕ（ｎ−１） (9) δe（ｎ）＝Nr−Ｎ（ｎ） (10) とし、評価関数Ｊを、 Ｊ＝∞ 〓k=0 〔δe(k)2＋δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここで、Ｒは重みパラメータ行列、ｔは
転置を示す。ｋは制御開始時点を０とするサンプ
ル回数で、(11)式の右辺第２項は（Ｒを対角行列と
すると）(9)式の２乗を表わす。また、(11)式の第２
項を(9)式のような制御入力の差分２次形式として
いるが、これは第５図のようにＩ動作付加による
ものである。
うに２入力１出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アリゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」（昭51年）昭晃堂その他に説明されているの
で、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみを
記述すると、いま、 δu（ｎ）＝ｕ（ｎ）−ｕ（ｎ−１） (9) δe（ｎ）＝Nr−Ｎ（ｎ） (10) とし、評価関数Ｊを、 Ｊ＝∞ 〓k=0 〔δe(k)2＋δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここで、Ｒは重みパラメータ行列、ｔは
転置を示す。ｋは制御開始時点を０とするサンプ
ル回数で、(11)式の右辺第２項は（Ｒを対角行列と
すると）(9)式の２乗を表わす。また、(11)式の第２
項を(9)式のような制御入力の差分２次形式として
いるが、これは第５図のようにＩ動作付加による
ものである。
(11)式の評価関数Ｊを最小とする最適制御入力
u*(k)は、 となる。(12)式で Ｋ＝−（Ｒ＋tＰ）-1 tＰ (13) とおくと、Ｋは最適ゲイン行列である。また(12)式
において ＝ １ −CA Ｏ Ａ (14) ＝ −CB Ｂ (15) であり、Ｐは、 Ｐ＝tＰ−tＰ（tＰ＋Ｒ
）-1 tＰ＋ １ Ｏ Ｏ Ｏ (16) のリカツテイ（Riccati）方程式の解である。
u*(k)は、 となる。(12)式で Ｋ＝−（Ｒ＋tＰ）-1 tＰ (13) とおくと、Ｋは最適ゲイン行列である。また(12)式
において ＝ １ −CA Ｏ Ａ (14) ＝ −CB Ｂ (15) であり、Ｐは、 Ｐ＝tＰ−tＰ（tＰ＋Ｒ
）-1 tＰ＋ １ Ｏ Ｏ Ｏ (16) のリカツテイ（Riccati）方程式の解である。
(11)式の評価関数Ｊの意味は、制御入力ｕ（・）
の動きを制約しつつ、制御出力ｙ（・）であるア
イドル回転速度Ｎの目標値Nrからの偏差SA（回
転変動）を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Ｒで変える
ことができる。従つて、適当なＲを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル（状態変数モ
デル）を用い、(16)式を解いたＰを用いて計算した
(13)式の最適ゲイン行列Ｋをマイクロコンピユータ
に記憶し、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Ｎの偏差SAの積分値および推定された状態変
数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力値u*(k)を
簡単に決定することができる。また前述したよう
に、機関のダイナミツクな状態変数の推定値x^(k)
を求めるには、行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇの値をマイク
ロコンピユータに記憶しておき、(6)式により計算
すればよい。
の動きを制約しつつ、制御出力ｙ（・）であるア
イドル回転速度Ｎの目標値Nrからの偏差SA（回
転変動）を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Ｒで変える
ことができる。従つて、適当なＲを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル（状態変数モ
デル）を用い、(16)式を解いたＰを用いて計算した
(13)式の最適ゲイン行列Ｋをマイクロコンピユータ
に記憶し、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Ｎの偏差SAの積分値および推定された状態変
数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力値u*(k)を
簡単に決定することができる。また前述したよう
に、機関のダイナミツクな状態変数の推定値x^(k)
を求めるには、行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇの値をマイク
ロコンピユータに記憶しておき、(6)式により計算
すればよい。
さて、予測外乱（すなわち投入されることが予
め判かる外乱）、例えばエアコン負荷外乱等は、
エアコンスイツチ１１のオン信号で、外乱投入が
フイードフオワード情報として使え、通常のフイ
ードバツク制御に加えて、空気量や燃料供給量の
フイードフオワード制御を付加することができ
る。しかしながら、空気量や燃料供給量を駆動調
整しアイドル回転速度の応答を得るまでには時間
が掛かり、第６図Ａ，Ｂに示すように、エアコン
投入直後のアイドル回転速度の低下は避けられな
い（第６図Ｂの実線）。さらにこの間に、他の負
荷外乱、例えばパワステ、電気、クラツチ接続等
の負荷が加わると、さらに回転速度が低下し、エ
ンストする場合もある。
め判かる外乱）、例えばエアコン負荷外乱等は、
エアコンスイツチ１１のオン信号で、外乱投入が
フイードフオワード情報として使え、通常のフイ
ードバツク制御に加えて、空気量や燃料供給量の
フイードフオワード制御を付加することができ
る。しかしながら、空気量や燃料供給量を駆動調
整しアイドル回転速度の応答を得るまでには時間
が掛かり、第６図Ａ，Ｂに示すように、エアコン
投入直後のアイドル回転速度の低下は避けられな
い（第６図Ｂの実線）。さらにこの間に、他の負
荷外乱、例えばパワステ、電気、クラツチ接続等
の負荷が加わると、さらに回転速度が低下し、エ
ンストする場合もある。
そこで、エアコン等の予測できる負荷外乱が加
わつた時には、応答性の良い点火時期ITをフイ
ードフオワード制御として加え（第６図Ｅ）アイ
ドル回転速度の低下を抑えることができる（第６
図Ｂの一点鎖線）。
わつた時には、応答性の良い点火時期ITをフイ
ードフオワード制御として加え（第６図Ｅ）アイ
ドル回転速度の低下を抑えることができる（第６
図Ｂの一点鎖線）。
なお、点火時期の変え方には種々考えられる
が、第６図Ｅでは一律にある値（例えば8゜）だけ
進角させる例である。また第６図Ｂではアイドル
回転速度の目標値Nrは650rpmであり、エアコン
スイツチ１１投入と同時に目標値Nrを800rpmに
し、エアコンスイツチ１１のオフと同時に
650rpmに戻した例である。
が、第６図Ｅでは一律にある値（例えば8゜）だけ
進角させる例である。また第６図Ｂではアイドル
回転速度の目標値Nrは650rpmであり、エアコン
スイツチ１１投入と同時に目標値Nrを800rpmに
し、エアコンスイツチ１１のオフと同時に
650rpmに戻した例である。
以上のアイドル回転速度制御の手順を示したの
が、第７図である。手順を説明すると、ステツプ
30では、エアコンのオン−オフ状態、水温TWの
値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを決め
る。ステツプ31では、予測外乱（例えばエアコ
ン）投入時に点火時期ITを進角させる。ステツ
プ32では、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Ｎの偏差SAを計算する。ステツプ33では、制
御を始めてから前の周期までの回転速度の偏差
SAを加算していて、結果をDUNというレジスタ
に移す。ステツプ34では、回転速度の実際値Ｎの
基準設定値Na（例えば650rpm）からのズレδNを
計算する。ステツプ35では、前の制御周期で推定
された機関のダイナミツクな内部状態を表わす状
態変数量x* 1〜x* 3（前回計算値）と、計算された
制御入力値δPAおよびδPFと、さらに制御出力値
であるδNとを重みづけ加算して各状態変数量x1
〜x4を計算する。但し(6)式の行列（Ａ−GC）は、 Ａ−GC＝ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ (18) の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。なお、（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、可視測正準形を用
いている。
が、第７図である。手順を説明すると、ステツプ
30では、エアコンのオン−オフ状態、水温TWの
値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを決め
る。ステツプ31では、予測外乱（例えばエアコ
ン）投入時に点火時期ITを進角させる。ステツ
プ32では、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Ｎの偏差SAを計算する。ステツプ33では、制
御を始めてから前の周期までの回転速度の偏差
SAを加算していて、結果をDUNというレジスタ
に移す。ステツプ34では、回転速度の実際値Ｎの
基準設定値Na（例えば650rpm）からのズレδNを
計算する。ステツプ35では、前の制御周期で推定
された機関のダイナミツクな内部状態を表わす状
態変数量x* 1〜x* 3（前回計算値）と、計算された
制御入力値δPAおよびδPFと、さらに制御出力値
であるδNとを重みづけ加算して各状態変数量x1
〜x4を計算する。但し(6)式の行列（Ａ−GC）は、 Ａ−GC＝ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ (18) の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。なお、（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、可視測正準形を用
いている。
ステツプ36では、推定された機関のダイナミツ
クな内部状態変数量x1〜x4とDUNに最適ゲイン
Ｋの要素kjiを乗じて加算し、基準設定値（PA）a
および（PF）aに対し、制御入力値をどれだけ増量
するかを計算する。
クな内部状態変数量x1〜x4とDUNに最適ゲイン
Ｋの要素kjiを乗じて加算し、基準設定値（PA）a
および（PF）aに対し、制御入力値をどれだけ増量
するかを計算する。
第７図の係数bij、gi、kij等は、予め求めておい
てマイクロコンピユータ等に記憶しておく。
てマイクロコンピユータ等に記憶しておく。
前述したように、この発明における内燃機関の
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量（または相当量）、燃料供給
量（または相当量）および排気還流量（または相
当量）のいずれか１つまたは任意の２つ以上の組
合せを用いることができ、上述の実施例では、バ
イパス空気量の相当量である。VCMバルブの制
御ソレノイドのパルス幅δPAと、燃料供給量の相
当量である燃料噴射パルス幅δPFとを制御入力と
する場合について説明した。
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量（または相当量）、燃料供給
量（または相当量）および排気還流量（または相
当量）のいずれか１つまたは任意の２つ以上の組
合せを用いることができ、上述の実施例では、バ
イパス空気量の相当量である。VCMバルブの制
御ソレノイドのパルス幅δPAと、燃料供給量の相
当量である燃料噴射パルス幅δPFとを制御入力と
する場合について説明した。
（発明の効果）
以上説明したように、この発明によれば、内燃
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転速度制御を行ない、
しかも内燃機関のダイナミツクな状態を推定する
手順を付加し、なおかつ、状態観測器内の機関モ
デルを低次元化したものを用いて計算時間を短縮
し、その近似誤差分は積分動作で吸収するように
したため、アイドル状態で問題となる失火外乱や
負荷外乱などの外乱に対する制御過渡応答を最適
にでき、しかも制御自由度を上げ制御性を高める
ために多変数制御入力を加えて制御することも容
易であり、より安定なアイドル回転速度制御が実
現できるという効果が得られる。
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転速度制御を行ない、
しかも内燃機関のダイナミツクな状態を推定する
手順を付加し、なおかつ、状態観測器内の機関モ
デルを低次元化したものを用いて計算時間を短縮
し、その近似誤差分は積分動作で吸収するように
したため、アイドル状態で問題となる失火外乱や
負荷外乱などの外乱に対する制御過渡応答を最適
にでき、しかも制御自由度を上げ制御性を高める
ために多変数制御入力を加えて制御することも容
易であり、より安定なアイドル回転速度制御が実
現できるという効果が得られる。
そして特に、予測できる負荷外乱が加わる時に
は、点火時期をフイードフオワード制御として効
果的に変えることで、回転速度の低下を抑えるこ
とができ、より安定なアイドル運転を実現するこ
とができるという効果が得られる。
は、点火時期をフイードフオワード制御として効
果的に変えることで、回転速度の低下を抑えるこ
とができ、より安定なアイドル運転を実現するこ
とができるという効果が得られる。
第１図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置の構成図、第２図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第３図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第４図は第３図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第５
図は第３図の積分動作とゲインブロツクの詳細な
構成図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはこの発明に
よる方法の実験結果を示す図、第７図はこの発明
による方法を説明するフローチヤートである。 １……AACバルブ、２……VCMバルブ、３…
…制御ソレノイド、４……スロツトルバルブ、５
……バイパス、７……スロツトルバルブスイツ
チ、８……ニユートラルスイツチ、１０……水温
センサ、１１……エアコンスイツチ、１２……内
燃機関（制御対象）、１３……状態観測器、１４
……積分動作とゲインブロツク、Nr……アイド
ル回転速度の目標値、Ｎ……アイドル回転速度の
実際値、Na……アイドル回転速度の基準設定値、
SA……アイドル回転速度の目標値と実際値の偏
差、PA……バイパス空気量を規定する制御ソレ
ノイドの駆動パルス幅、PF……燃料供給量を規
定する噴射電磁弁の駆動パルス幅、IT……点火
時期、xi（＝ｘ）……状態変数量、x^i（＝x^）……
状態変数の推定量。
御装置の構成図、第２図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第３図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第４図は第３図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第５
図は第３図の積分動作とゲインブロツクの詳細な
構成図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはこの発明に
よる方法の実験結果を示す図、第７図はこの発明
による方法を説明するフローチヤートである。 １……AACバルブ、２……VCMバルブ、３…
…制御ソレノイド、４……スロツトルバルブ、５
……バイパス、７……スロツトルバルブスイツ
チ、８……ニユートラルスイツチ、１０……水温
センサ、１１……エアコンスイツチ、１２……内
燃機関（制御対象）、１３……状態観測器、１４
……積分動作とゲインブロツク、Nr……アイド
ル回転速度の目標値、Ｎ……アイドル回転速度の
実際値、Na……アイドル回転速度の基準設定値、
SA……アイドル回転速度の目標値と実際値の偏
差、PA……バイパス空気量を規定する制御ソレ
ノイドの駆動パルス幅、PF……燃料供給量を規
定する噴射電磁弁の駆動パルス幅、IT……点火
時期、xi（＝ｘ）……状態変数量、x^i（＝x^）……
状態変数の推定量。
Claims (1)
- １ 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度
の目標値Nrと実際値Ｎの偏差SAに基づいて、ア
イドル回転速度をフイードバツク制御する方法に
おいて、コントローラに記憶された前記内燃機関
のダイナミツクモデルに基づき、前記内燃機関の
制御入力値である該内燃機関に供給される空気量
もしくは相当する量および該内燃機関への燃料供
給量もしくは相当する量および排気還流量もしく
は相当する量から選択される１つまたは任意の２
つ以上の組合せと、該内燃機関の制御出力値であ
るアイドル回転速度とから、該内燃機関のダイナ
ミツクな内部状態を代表する適当な次数の状態変
数量xi（ｉ＝１、２、………ｎ）を推定し、該推
定された状態変数量ｘi＾（ｉ＝１、２、………ｎ）
と前記回転速度の偏差SAの積分量とから、前記
制御入力値を決定し、さらに、予測できる持続外
乱が加わつた時に点火時期を変えることを特徴と
する内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57227549A JPS59120753A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57227549A JPS59120753A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59120753A JPS59120753A (ja) | 1984-07-12 |
| JPS6340263B2 true JPS6340263B2 (ja) | 1988-08-10 |
Family
ID=16862636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57227549A Granted JPS59120753A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59120753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0317958U (ja) * | 1989-07-05 | 1991-02-21 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6235065A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-16 | Honda Motor Co Ltd | 車載内燃エンジンの点火時期制御装置 |
| JPS62135868U (ja) * | 1986-02-22 | 1987-08-26 |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP57227549A patent/JPS59120753A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0317958U (ja) * | 1989-07-05 | 1991-02-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59120753A (ja) | 1984-07-12 |
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