JPS6375334A - 内燃機関のフイ−ドバツク制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及ユニ旦追 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の運転状態をフイードバパ！り制御
する方法に関し、特に等クランク角度サンプリングによ
る内燃機関のフィードバック制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来、線形制御理論に基づく内燃機関の制御装置が、そ
の高安定性・高応答性の点から提案されている。この制
御理論は、予めアクチュエータ。

センサ等を含む内燃機関の動的な撮舞いを線形にモデル
化することによって内燃機関の回転数制御を実行するも
のである。例えば特開昭５９−１２０７５１等では、内
燃機関の回転数を制御する系の動的なモデルをマイクロ
コンピュータ等からなるコントローラに記憶しておき、
空気量１点火時期、燃料供給追および排気還流量のうち
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
と制御出力とから、ダイナミッ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ィードバック制御している。

こうした制御を行なう場合には、制御対象の数式モデル
を定める必要があるが、内燃機関のような複雑な対象に
ついては、モデルを理論的に正確に求めることは困難で
あり、何らかの形で実験的に定める必要があった。そこ
で、上記従来の技術では、各制御入力と制御出力との関
係を、ある基準設定値近傍で求められて線形近似された
伝達関数行列により記述し、所謂システム同定の手法に
より該伝達関数行列を定めて、内燃機関の動的なモデル
を構築していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうして定められた動的なモデルは、特
定の運転状態の近傍での内燃機関の撮舞いを記述してい
るに過ぎず、内燃機関の運転状態が広範囲に亘って変化
する場合、これを正確に記述するものとはならない。従
って、こうしたモデルに拠ったのでは、機関回転速度や
機関温度の状態によっては、ある回転速度範囲や暖機後
の状態を前提にしたモデルに対し現実の内燃機関の振舞
いが大きく食い違い、制御精度が低下して十分なフィー
ドバック制御ができなくなるという問題がめった。

これを解決するために、内燃機関の各状態に応じて複数
の線形モデルをつなぎ合わせて用いることも考えらでい
るが、制御則が複雑化してしまい応答性の低い制御とな
ってしまう上、各モデルの境界部分でモデルを切り換え
て制御する場合、如何なる現象が生ずるか予測がつかず
、現実的な解決とは言い難かった。

本発明は、こうした問題を解決することを目的としてな
され、内燃機関の広範囲に亘る運転状態に対し、好適な
フィードバック制御をなしえる内燃機関のフィードバッ
ク制御方法を提案するものである。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解決するだ
めの手段として次の構成をとった。即ち、内燃機関の運
転状態をフィードバック制御する方法であって、 該内燃機関の少なくとも吸入空気の圧力に相当する但及
び回転速度に相当する量を用いて構築された該内燃機関
の動的な物理モデルを一定クランク角毎のサンプリング
により離散化して求めた数式モデルに基づいて、前記フ
ィードバック制御の制御はを決定することを特徴とする
内燃機関のフィードバック制御方法の構成がそれである
。

［作用コ 上記構成を有する本発明の内燃機関のフィードバック制
御方法は、第１図に例示するように、内燃機関の少なく
とも吸入空気の圧力に相当する量及び回転速度に相当す
る徂を用いて＠築された内燃別間の動的な物理モデルを
一定クランク角毎のサンプリングにより離散化して求め
た数式モデルに基づいて、前記フィードバック制御の制
御爪を決定しくＰｌ）、この制御担により内燃機関の運
転状態をフィードバック制御する（Ｐ２）。

ここで行なわれるフィードバック制御は、内燃ａＩ３０
の運転状態を安定に制御するものであり、更に、安定化
された運転状態を目標状態、例えば目標回転速度に一致
させるよう構成することも容易である。

尚、物理モデルを、内燃機関におけるエネルギバランス
の式と吸入空気量の賀正保存の式で表し、これを近似す
る共に一定クランク角サンプリングにより離散化を行な
って数式モデルを決定し、制御に供することが考えられ
る。この場合、数式モデルは、 ωｋ＋１２　＝ Ｕ１　番　ωｋ　２　＋α２　＠　Ｐｋ　＋α３　φ　
ＴＱ＋α４ ｐｋ＋１　＝α１　・Ｐｋ＋α２・Ｓｋ／ωｋωｋ：サ
ンプリングタイミングｋにおける内燃機関の回転速度 Ｐｋ：サンプリングタイミングｋにおける内燃機関の負
荷 Ｓｋ：内燃機関の吸入空気量を調整する制御量 ＴＱ：内燃機関の負荷トルク Ｕ１．Ｕ２．Ｕ３．Ｕ４．Ｕ１．Ｕ２：定数とすること
ができ、ωｋ２とＳｋ／ωｋとを制御変数として制御を
行なうことになる。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、次に本発明の好適な一実施例としての内燃機関の
フィードバック制御方法を図面に基づいて詳細に説明す
る。第２図は、この回転速度制御方法により制御される
４気筒のエンジン２を電子制御装置３と共に示す概念図
である。図示するように、エンジン２は、シリンダ４ａ
およびピストン４ｂから形成される第１燃焼室４と、同
様の構成である第２〜第４燃焼室５．６．７とを備える
。

各燃焼室４，５，６．７は、吸気バルブ８，９゜１０．
１１を介して各々吸気ポート１２．１３゜１４．１５に
連通している。各吸気ポート１２゜１３．１４．１５の
上流には、吸入空気の脈ｔＩＩを吸収するサージタンク
１６が設けられており、該サージタンク１６上流の吸気
管１７内部にはスロットルバルブ１８が配設されている
。該スロットルバルブ１８はモータ１９により駆動され
る。モータ１９はＥＣＵ３からの指令に応じて、スロッ
トルバルブ１８の開度を変更し、吸気管１７を流れる吸
入空気量を調節する。また、上記吸気管１７には上記ス
ロットルバルブ１８を迂回するバイパス路２０が設けら
れ、該バイパス路２０には、アイドルスピードコントロ
ールバルブ（以下単にｌ５ＣＶと呼ぶ。）２１が介装さ
れている。ｌ５ＣＶ２１はＥＣＵ３からの指令に応じて
開閉し、バイパス路２０を流れる吸入空気量を調節する
。

また、エンジン２は、点火に必要な高電圧を出力するイ
グニションコイルを備えたイグナイタ２２、クランク軸
２３に連動して上記イグナイタ２で発生した高電圧を各
気筒の図示しない点火プラグに分配供給するディストリ
ビュータ２４を有する。

エンジン制御装置１は検出器として、サージタンク１６
に配設されて吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ３
１、ディストリビュータ２４のカムシャフトの１７２４
回転毎に、すなわちクランク角Ｏ°から３０’の整数倍
毎に回転角信号を出力する回転速度センサ３２、スロッ
トルバルブ１８の開度を検出するスロットルポジション
センサ３３およびアクセルペダル３４ａの踏み込み口を
検出するアクセルセンサ３４を備える。

上記各センサの検出信号はＥＣｔＪ３に入力され、該Ｅ
ＣＬＪ３はエンジン２を制御する。ＥＣＵ３は、ＣＰＬ
Ｊ３ａ、ＲＯＭ３ｂ、ＲＡＭ３ｃを中心に論理演算回路
として構成され、コモンバス３ｄを介して入力部３ｅ、
出力部３ｆに接続されて外部との入出力を行なう。

ＥＣｔＪ３は、ＲＯＭ３ｂに予め記憶されたプログラム
に従って、吸気圧センサ３１２回転速度センザ３２．ス
ロットルポジションセンサ３３から入力される検出結果
に基づいてモータ１９．ｌ５ＣＶ２１を駆動し、エンジ
ン２の回転速度を安定に制御すると共に目標回転速度と
するフィードバック制御を行なう。次に、このフィード
バック制御に用いられる制御系を第３図のブロック線図
に基づいて説明する。第３図は制御系を示すブロック線
図であって、ハード的な構成を示してはいない。第３図
に示す制御系は、実際には第４図のフローチャートに示
した一連のプログラムの実行により、離散系として実現
されている。

この制御系は、図示するように、目標回転速度設定部Ｍ
１によって与えられる目標値ωｒ２を用いて、エンジン
２の回転速度ωを、ω→ωｒとするよう制御するもので
あり、次のように構成されている。

（Ａ＞　　エンジン２の回転速度ωと吸気圧力Ｐを検出
し、回転速度ωを乗算部Ｍ２で乗算した二乗値ω２と吸
入空気圧力（吸気管圧力）Ｐとに、最適フィードバック
ゲイン「の上記両値（Ｃ２゜Ｐ）に関する要素「ａを乗
算して第１のフィードバック口「ａ・［Ｃ２Ｐ］〒を求
め（Ｍ３）、（Ｂ）　　上記乗算部Ｍ２により求められ
た二乗値ω２と目標回転速度設定部Ｍ１によって設定さ
れた目標回転速度の二乗値ωｒ２との偏差ｅｒを逐次加
算した（Ｍ４）値Σｅｒに、最適フィードバックゲイン
「の逐次加算値Σｅｒに関する要素ｆａを掛けて第２の
フィードバックｆｉｆａ・Σｅｒを求め（Ｍ５）、 （Ｃ）　　上記第１．第２のフードバック量を加算して
制御口Ｓ／ωを求めると共にこれに回転速度ωを乗算し
てエンジン２の吸入空気量を調節する操作口Ｓを求め（
Ｍ６）、 エンジン２の回転速度ωを目標回転速度ωｒに一致させ
る。尚、ここで、操作口Ｓはエンジン２の吸気絞り有効
断面積である。すなわち、スロットルバルブ１８および
ｌ５ＣＶ２１の和の開度に相当する母である。

ここで（Ａ＞は、回転速度を安定化するフィードバック
量を決定することに対応し、（Ｂ）は、（Ａ＞によって
安定化された状態で目標値との偏差をＯとするフィード
バック量を決定することに対応している。本実施例では
両者を求めて制御を行なうが、（Ａ）のみ独立に行なう
ことも差支えない。この場合には、内燃機関の回転速度
はめる運転状態で安定となるよう作用する。

次に上述した制御系の設計手順について説明する。

（１）　制御対象のモデリング 本実施例では、内燃別間の動的な振る舞いを記述する数
式モデルをエンジン２の物理モデルから導き、同定する
。

まず、運転状態にあるエンジン２のエネルギバランスは
、次式（１）のように記述できる。

ｄω／ｄｔ＝（１／Ｉ＞　・［、°Σ（ＰＣｉ−Ｐａ　
）（ｄＶｃｉ／ｄθ）−Ｔｆ−Ｔ！Ｑ］ ・・・　く　１　） 但し、ωは回転速度、ｔは時間、■はエンジン回転部の
旧姓モーメント、ｎは気筒数、Ｐｃｉは１番目の気筒内
圧力、Ｐａは大気圧、θはクランク角度、Ｖｃｉは１番
目気筒容積、Ｔｆは成域損失トルク、ＴΩは実負荷トル
クである。

一方、エンジン２の吸気行程におる気筒における吸入空
気の７１量保存則は、次式（２）のように記述できる。

ｄ　Ｐ／ｄ　ｔ ＝　（Ｃ２／Ｖ）　・［Ｓ　−ｍ　−’、Ｘ　（Ｋｃ　
／（ＫＣ−１）−Ｐ−（ｄＶＣｉ／ｄｔ）−ｑｍ）／（
（Ｋｉ　／　（Ｋｉ　−１））・Ｒ１−Ｔｉ）コネ・・
・（２）但し、Ｐは吸入空気圧力、Ｃは音速、Ｓは吸気
絞り有効断面積、ｍは単位面積当りの吸入空気量、ＫＣ
は混合気比熱比、ｑｍはシリンダ壁面伝熱足、Ｋｉは吸
入空気比熱比、Ｒ１は吸入空気ガス定数、Ｔｉは吸入空
気温度、■は吸気容積、である。尚、８を付した項は吸
気行程以外では零となる。

上記式（３）において、図示トルクが吸入空気圧力Ｐに
ほぼ比例することがら次式（３）のように近似できる。

（１／Ｉ）−［：Σ（Ｐｃｉ　−Ｐａ）　（ｄ　Ｖｃｉ
／　ｄθ）コＬＬ１＋ ＝α１・Ｐ　　　　　　・・・（３） 上記式（４）において、気筒内圧力Ｐｃｉが臨界圧力以
下であれば、吸入空気量は吸気絞り有効断面積Ｓに比例
することから次式（４）のように近似できる。

（Ｃ２／■）・Ｓ−ｍ＝α１・ｓ　　・・・（４）また
、上記式（２）において、気筒内に吸入される吸入空気
ωは、エンジン２の回転速度Ｎと吸入空気圧力Ｐとの積
に比例することから次式（５）のように近似できる。

−（Ｃ２／Ｖ）［、Σ（（Ｋｃ　／　（Ｋｃ　−１））
・Ｐ・（ｄＶＣｉ／ｄｔ）−Ｑｍ）／（（Ｋｉ　／　（
Ｋｉ　−１））・　Ｒｉ　　−Ｔｉ　　）　　コ　＊　
＝α：：　・　Ｐ　・　ω　　　　・・・　（５）（式
（７）において「ネ」を付した項は吸気行程以外では零
となる。） 上記式（３）、（４）、（５）により上記式（１）、（
２）は次式（６）、（７）のように近似できる。

ｄω／ｄｔ＝α１・Ｐ＋α２・ｌ’−ｆ＋α３・ＴＱ・
・・（６） 式（６）、（７）に対し、内燃機関の回転速度ωはクラ
ンク角度の微分に対応すること、即ち、ω＝ｄθ／ｄｔ ｄω／ｄｔ＝（ｄω／ｄθ）◆（ｄθ／ｄｔ）ｄ　ｐ／
ｄ　ｔ＝　（ｄ　ｐ／ｄθ）Φ　（ｄθ／ｄｔ）・・・
（８） であることに着目して出き直すと、 ω・ｄω／ｄθ＝ α１Ｐ＋α；・Ｔｆ十α１・ＴＱ・・・（９）ω・ｄＤ
／ｄθ＝ Ｃ１・Ｓ＋α２・Ｐ・ω　　　・・・（１０）となる。

ここで機械損失トルクＴｆが回転速度ωの二乗値ω２の
一次関数であると近似し、更に、式（９）、（１０）を
離散化し、各定数項を改めると、 ω（ｋ＋１）２＝ Ｐ（ｋ＋１）＝ ・（Ｓ（ｋ）／ω（ｋ））　　　　　・・・（１２）を
得る。

更に、実負荷トルクの項α３・Ｔ　Ｑ　（ｋ）と定数項
α−とを、次式（１３）よって負荷トルクＴ　（ｋ）に
変換する。

Ｃ３・Ｔ（ｋ）＝ α”３　（ＴＱ　（ｋ）　＋　（α４／α″＋））・・
・（１３） これを用いて式（１１）を書き直すと、ω（ｋ＋１　＞
　２　＝ α）・ω（ｋ）２＋α）・Ｐ　（ｋ） ＋α３・Ｔ（ｋ）　　　　　　　　　・・・（１４）を
１ｑる。

こうして求めた式（１２＞、（１４）が、一定クランク
角サンプリングの場合の同定基礎式となる。本実施例で
は、エンジン２の各運転条件における回転速度ω、吸入
空気圧力Ｐ、吸気有効断面積Ｓおよび負荷トルクＴを検
出し、そのデータを用いて両式（１２＞、（１４＞の各
定数を最小二乗法によって求めた。そこで、この結果を
用いて、状態方程式、出力方程式の形でエンジン２の動
的モデルを表すと、 ・・・（１５） ・・・（１６） となる。

こうして、本実施例におけるル目制御対象の動的モデル
が求められた。式（１５）、（１６）はエンジン２の振
舞いの非線形性を、状態変数最Ｘ（ｋ）＝［ω（ｋ）　
　２　　　Ｐ（ｋ）　　コ　Ｔ　、制御入力足ＩＬＩ（
ｋ）＝Ｓ体）／ω（ｋ）、制御出力量Ｙ（ｋ）＝ω（ｋ
）２、外乱７［，３とすることによって巧みに線形化し
たものとなっている。

（２）系の拡大 本実施例の制御方法による制御目的は、目標回転速度ω
ｒが変化するサーボ系であることから、系を拡大する。

まず、スミスーデエビソン法に従って、上式（１５）を
次式のように変形する。

負荷トルクＴ（に）をステップ状に変化する外乱とみな
すとΔＴ（１０＝Ｑであるので、上記式の差分Δを求め
ると次式（１７）が得られる。

一方、実回転速度ω（Ｋ）と目標回転速度ωｒの各々の
二乗値の偏差ｅｒ（に）は次式（１８）により求められ
る。

ｅ　ｒ（Ｋ）　＝ω（Ｋ）　２−ωｒ　２　　　　　−
（１８）目標回転速度ωｒがステップ状に変化するもの
とすると上記式（１８）より次式（１つ）式が得られる
。

Δｅｒ（に）＝Δω（Ｋ）２−Δωｒ２＝Δω（に）２
　　　　　　　　・・・（１９）このため、偏差ｅ　ｒ
　（Ｋ）は次式（２０）のように記述することができる
。

ｅ　ｒ　（Ｋ）　　＝　ｅ　ｒ　（Ｋ−１）　　＋Δω
（に）２　　−（２０）従って、上記式（１７）、（２
０）よりサーボ系に拡大した場合の状態方程式は次式（
２１）のように定まる。

尚、計算の簡便を図って、式（２１）を、以下、δＸ（
に＋１）＝Ｐａ−δＸ（Ｋ）　十〇ａ−δＵ（に）・・
・（２２） と記述することにする。

（３）　最適フィードバックゲイン「の決定数に最適フ
ィードバックゲイン「の求め方について説明するが、最
適フィードバックゲイン「を求める手法は、例えば、古
田勝久著「線形システム制御理論」　（昭和５１年）昭
晃堂等に詳しいので、ここでは詳解は略して結果のみを
示す。

上記式（２１）で表現される系の離散形２次形式評価関
数は次式（２３）のように表現できる。

Ｊ＝Σ［δＸＴ　（ｋ）　・Ｑ・δＸ（１０ＩＩＯ ＋δＬｌ”（ｋ）−１Ｒ−δｕ（ｋ）　　コ　　　　・
　（２３）ここで、重みパラメータ行列Ｇ、ＩＲを選択
して、離散形２次形式評価関数Ｊを最小にする入力δＵ
（ｋ）は次式（２４）で与えられる。

δｕ（ｋ）＝Ｆ−δＸ（ｋ）　　　　　　　　・　（２
４＞従って最適フィードバックゲイン「は次式（２５）
のように定まる。

Ｆ＝−（ＩＲ＋Ｇａ　”　−Ｍ−Ｇａ　）−１−Ｇａ　
”　−Ｍ−Ｐａ　　　　　　　　−（２５＞但し、Ｍは
次式（２６）に示す離散形リカツチ方程式を満たす止定
対称行列である Ｍ＝　Ｐａ　”　　・Ｍ−Ｐａ　＋１Ｑ−（Ｐａ丁・Ｍ
−Ｇａ＞・ （ＩＲ十ＧａＴ−Ｍ−Ｇ）−１・ （６８丁・Ｍ−Ｐａ　）　　　　　　　−（２６＞これ
により、制御ｍの偏差Δ（Ｓ（ｋ）／ω（ｋ））は次式
（２７）のように求まる。

Δ（Ｓ（ｋ）／ω（ｋ））＝ ・・・（２７） イロし、Ｆ＝　［Ｆａ　　ｆａ］である。

上記式（２７）を積分すると、制御ｆｆ１ｓ（ｋ）／ω
（ｋ）が次式（２８）のように定まる。

５（ｋ）／ω（ｋ）＝ ・・・（２８） （４）　操作最Ｓ　（ｋ）の算出 式（２８）に明らかなように、エンジン２の囲気圧力Ｐ
　（ｋ）とがわかれば制御＠５（ｋ）／ω（ｋ）が求め
られる。そこで、この制御ｆｆ１ｓ（ｋ）／ω（ｋ）に
回転速度ω（ｋ）を乗じることによりエンジン２の吸入
空気の操作ｆｆ１ｓ（ｋ）を求めることができる。

５（ｋ）　＝　（Ｓ（ｋ）　／ω（ｋ））　・ω（ｋ）
・・・（２９）操作ｆｆ１ｓ（ｋ）は、スロットルバル
ブ１８の開度とｌ５ＣＶ２１の開度との和に相当する量
である。

これが第３図の乗算器Ｍ６に相当する。

以上、エンジン２の動的な数式モデルの構築および最適
フィードバックゲイン「の算出について説明したが、最
適フィードバックゲイン「は予め算出しておき、ＥＣＵ
３内部ではその結果のみを用いて実際の制御を行なう。

そこで、次にＥＣＬＩ３が実行するエンジン制御５！！
ｌ理を第４図のフローチャートに基づいて説明する。な
お、以下の説明では現在の処理において扱ねれる口を添
字（ｋ）で表わす。

第４図に示す回転速度制御ルーチンは、ＥＣＬＪ３の起
動に伴って開始され、まず、ステップ３００では、第２
のフィードバック１ｉｅｒ等の初期化処理が行なわれる
。続くステップ３１０では目標回転速度ωｒを読み込む
処理が行なわれる。目標回転速度ωｒは、アクセル３４
ａの踏込ω等に基づいて図示しない他の制御ルーチンも
しくは他のＥＣＵから与えられる。次にステップ３２０
に進み、目標回転速度２乗値ωｒ２を算出する処理が行
なわれる。上記ステップ３１０，３２０の処理が第３図
に示す目標回転速度設定部Ｍ１として機能する。続くス
テップ３３０では、回転速度ω（に）、吸入空気圧力Ｐ
（に）、吸気絞り有効断面積Ｓ（に）および実負荷トル
クＴΩ（に）を読み込む処理が行なわれる。ここで実負
荷トルクＴＱ（に）は、外乱としての負荷トルクであっ
て、具体的には、空気調和装置、待はコンプレッサの動
作状態やパワーステアリング系に設けられた油圧ポンプ
の負荷の状態に対応している。従って、実負荷トルクＴ
Ｑ（に）の読み込みは、これらの動作状態をその作動ス
イッチの状態として取り込み、予めＲＯＭ４３に記憶し
ておいた値を用いてＴΩ（に）を算出することによって
行なわれる。

続くステップ３４０では上記ステップ３３０で読み込ん
だ回転速度ω（Ｋ）から回転速度２乗値ω（に）２を算
出する処理が行なわれる。本ステップ３４０の処理が第
３図に示す乗算部Ｍ２として機能する。

続くステップ３５０では、実負荷トルクＴΩ（Ｋ）から
負荷トルクＴ　（Ｋ）を次式（３０）のように算出する
処理が行なわれる。

Ｔ（Ｋ）＝ｌ（に）＋４２．２１１０．９２・・・（３
０） 続くステップ３５０では、上記ステップ３０で読み込ま
れた吸入空気圧力推定値Ｐ（Ｋ）、上記ステップ３４０
で算出した回転速度２乗値ω（に）２に最適フィードバ
ックゲイン「の要素「ａを掛けて第１のフィードバック
量を求めると共に、該第１のフィードバック量に第２の
フィードバックωｉｅｒを加えて制御ｆｆ１ｓ（に）／
ω（に）を次式（３１）のように算出する処理が行なわ
れる。

Ｓ（に）／ω（に） ＝Ｆａ　１１−ω（に）　２　十Ｆａ　１２−Ｐ（に）
＋ｉｅｒ　　　　　　　　　・・・（３１）本ステップ
３５０の処理が、第３図の線形演算部Ｍ３．逐次加算部
Ｍ４．係数乗算部Ｍ５として機能する。尚、式（３１）
における右辺第３項ｉｅｒは、後述するステップ３８０
において、前回本ルーチンが実行された時点で求められ
た値である。

次にステップ３６０に進み、上記ステップ３５０で算出
された制御ｍＳ（に）／ω（Ｋ）から操作但である吸気
絞り有効断面積Ｓ　（Ｋ）を上述した式（２９）に従っ
て算出する処理が行なわれる。

本ステップ３６０の処理が、第３図の乗算部Ｍ６として
機能する。

続くステップ３７０では、上記ステップ３２０で算出し
た目標回転速度２乗値ωｒ２と上記ステップ３４０で算
出した回転速度２乗値ωｒ２との偏差ｅ　ｒ　（Ｋ）を
次式（３２）のように算出する処理が行なわれる。

ｅｒ（に）＝ω（に）２−ωｒ２　　　　　・・・（３
２）次にステップ３８０に進み、上記ステップ３７０で
算出した偏差ｅｒ（に）と最適フィードバックゲイン「
の偏差に関する要素ｆａとを掛けた値を累積し、第２の
フィードバックｌｉ　ｅｒを次回の演算に備えて次式（
３３）のように算出する処理が行なわれる。

１ｅｒ＝ｉｅｒ＋ｆａ　−ｅｒ（に）　　　・　（３３
）本ステップ４１０の処理が、第３図の逐次加算部Ｍ４
および係数乗算部Ｍ５として機能する。

続くステップ３９０では、上記ステップ３９０で算出し
た操作ｆｆ１ｓ（に）に相当する駆動信号を、出力部３
ｆを介してモータ１９またはｌ５ＣＶ２１に出力する処
理が行なわれる。その後、サンプリング・演算・制御の
回数を示す添字ｋに値１を加算しくステップ４００）、
該添字ｋを更新する５！！ＩＦＩを行なった後、再び上
記ステップ３１０に戻り、以後、本エンジン制御処理は
、上記ステップ３１０〜４００を繰り返して実行する。

以上のように構成された本実施例の回転速度制御方法に
よればサンプリングを等クランク角毎に行なうことによ
り、エンジン２の動的な振舞いを、エンジン２の運転条
件の広い範囲に亘って、正確に記述する数式モデル（式
（１２）、（１４））を得ることができ、ω（ｋ）２と
５（ｋ）／ω（ｋ）という母を導入した巧みな構成によ
って、エンジン２の回転速度ω（ｋ）を、極めて精度良
く、且つ高い応答性の下で、目標回転速度ωｒに一致さ
せることができる。

例えば、目標回転速度ωｒをステップ的に種々変化させ
、実回転速度Ｎの応答性を実測した結果を第５図に示す
。このように目標回転速度ωｒ、ここでは目標回転速度
Ｎ「が１０００〜４０００ｒｐｍと広範囲で種々変化し
ても極めて応答性がよく、安定したフィードバック制御
が行われるのがわかる。単に実回転速度、吸気圧及び実
回転速度と目標回転速度との偏差を処理してフィードバ
ック制御入力値として返す方法では、回転速度が極めて
限られた変動幅でなければ安定な制御は不可能であり、
実際には採用できないものである。

また、本実施例の制御例を、第６図に示すＰＩＤ制御に
比較しても、極めて優れた応答性・安定性を示すことが
わかる。第７図に示すアイドル回転速度制御における安
定性、第８図に示す矩形状負荷トルク外乱に対する回転
速度の安定性も極めて優れている。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第２実施例の内燃機関の回転速度制御方法は、第９図の
ブロック線図に示すように、制御系内に同定器Ｍ１７を
有する他は、第１実施例と同様の構成を備えている。同
定器Ｍ１７は、初期値としてのα１（０）　、α”２　
（０）　、α″１（０）　、α１（０）　、α２（Ｏ）
を有し、エンジン２の運転が開始された後、エンジン２
の回転速度ω（ｋ）、吸入空気圧力Ｐ（１（）及び制御
量としての５（ｋ）／ω（ｌＯとから制御系の数式モデ
ル（式（１２＞、（１４））の係数α１．α２．α３．
α１．α２を同定し、これから、最適フィードバックゲ
インＦ＝［Ｆａ　　ｆａｌを算定し、逐次、線形演算部
Ｍ３．係数乗鋒部Ｍ５に出力するものである。尚、同定
器Ｍ７内での同定は、逐次最小二乗法によって行なわれ
、Ｎ回までの同定結果を利用してＮ＋１回目の同定を行
なう周知のものである。もとより、この場合の同定基礎
式も式（１２＞、（１４）である。

上述したセルフチューニングを伴う制御方法によれば、
第１実施例の効果に加えて、エンジン２を運転しながら
、機関冷却水温等に従って時々刻々変化していくエンジ
ン２の動的なＪＨＩいに追従して、これを記述する数式
モデルのパラメータを求めることができ、結果的に現時
点のエンジン２の動的な特性に最もよく適応したモデル
を用いて制御することができるという優れた効果を奏す
る。

しかも、本実施例では、式（１２）、（１４）が１次の
式なので、同定および操作ｆｆ１ｓ（ｋ）の算出に要す
る時間は極めて短くて済み、高い応答性を実現すること
ができる。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明はこのような実施例に何等限定さるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。

及肌Ω盈里 以上詳記したように本発明の内燃機関のフィードバック
制御方法は、内燃機関の動的な振舞いを一定クランク角
毎のサンプリングによって離散化した数式モデルを用い
ることにより、内燃機関の回転速度を極めて高精度でか
つ高速に制ａすることができるという優れた効果を奏す
る。しかも、本発明によれば、内燃機関の広い運転条件
に亘って制御則を変更する必要がなく、制御が簡略にな
るばかりでなく、十分なロバスト性も実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内容を概念的に例示したフローチャー
ト、第２図は本実施例が適用された内燃機関のシステム
構成図、第３図は本実施例制御のブロック線図、第４図
は電子制御装置で行なわれる処理のフローチャート、第
５図は本実施例の応答性と安定性とを表わすグラフ、第
６図はＰＩＤ制御によるグラフ、第７図はアイドル回転
速度制御における安定性を表わすグラフ、第８図はトル
クの外乱に対する回転速度の安定性を表わすグラフ、第
９図は第２実施例の制御を説明するブロック線図、であ
る。 ２・・・内燃機関 ３・・・電子制御装置 １８・・・スロットルバルブ １９・・・モータ ２１・・・アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳ
ＣＶ） ３１・・・吸気圧センサ ３２・・・回転速度センサ ３３・・・スロットルポジションセンサ３４・・・アク
セルセンザ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の運転状態をフィードバック制御する方法
   であつて、 該内燃機関の少なくとも吸入空気の圧力に相当する量及
   び回転速度に相当する量を用いて構築された該内燃機関
   の動的な物理モデルを一定クランク角毎のサンプリング
   により離散化して求めた数式モデルに基づいて、前記フ
   ィードバック制御の制御量を決定することを特徴とする
   内燃機関のフィードバツク制御方法。 ２　物理モデルが、内燃機関におけるエネルギバランス
   の式と吸入空気量の質量保存の式で表され、数式モデル
   が、該物理モデルを近似して得られる特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関のフィードバツク制御方法。 ３　回転速度の２乗値を状態変数または出力変数とする
   特許請求の範囲第２項記載の内燃機関のフィードバック
   制御方法。 ４　数式モデルが、 ωｋ＋１＾２＝ α＾ｗ＿１・ωｋ＾２＋α＾ｗ＿２・Ｐｋ＋α＾ｗ＿３
   ・Ｔｌ＋α＿４ Ｐｋ＋１＝α＿１・Ｐｋ＋α＿２・Ｓｋ／ωｋωＫ：サ
   ンプリングタイミングｋにおける内燃機関の回転速度 Ｐｋ：サンプリングタイミングｋにおける内燃機関の負
   荷 ＳＫ：内燃機関の吸入空気量を調整する制御量 Ｔｌ：内燃機関の負荷トルク α＿１，α＿２，α＿３，α＿４，α＿１，α＿２：定
   数である特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の回転速
   度方法。