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JP3484074B2 - プラントの制御装置 - Google Patents

プラントの制御装置

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JP3484074B2
JP3484074B2 JP13086498A JP13086498A JP3484074B2 JP 3484074 B2 JP3484074 B2 JP 3484074B2 JP 13086498 A JP13086498 A JP 13086498A JP 13086498 A JP13086498 A JP 13086498A JP 3484074 B2 JP3484074 B2 JP 3484074B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラントの制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、本願出願人は、内燃機関の排気系
に設けた三元触媒等から成る触媒装置の最適な浄化性能
を確保するために内燃機関の空燃比（内燃機関で燃焼さ
せる混合気の空燃比）を制御する技術として、例えば特
開平９−２７３４３８号公報等に見られるような技術を
既に提案している。
【０００３】この技術は、触媒装置を通過した排ガス中
の特定成分の濃度、例えば酸素濃度を高精度で所定の適
正値に整定させるように内燃機関の空燃比を制御するこ
とで、触媒装置の経時劣化等によらずに該触媒装置の最
適な浄化性能を確保するものであり、この制御は次のよ
うに行われる。
【０００４】すなわち、触媒装置を通過した排ガス中の
酸素濃度を検出するＯ2 センサを触媒装置の下流側に設
け、このＯ2 センサの出力が酸素濃度の前記適正値に相
当する所定の目標値になるように内燃機関の空燃比を規
定する操作量（具体的には内燃機関の目標空燃比）を逐
次求める。そして、この目標空燃比に従って内燃機関の
空燃比を制御する（より詳しくは内燃機関で燃焼させる
混合気の空燃比が目標空燃比になるように内燃機関への
燃料供給量を制御する）。この場合、内燃機関の空燃比
を目標空燃比に従って制御するに際しては、触媒装置の
上流側に設けた排ガスセンサにより内燃機関の空燃比
（より正確には触媒装置に進入する排ガスを燃焼により
生成した混合気の空燃比）を検出し、この空燃比の検出
値が目標空燃比になるように内燃機関の空燃比をフィー
ドバック制御する。
【０００５】尚、かかる技術において、触媒装置の上流
側から下流側の排気系は、前記排ガスセンサにより検出
する空燃比を有する排ガスから、Ｏ2 センサにより検出
する酸素濃度を有する排ガスを生成・出力するプラント
と考えられる。また、内燃機関は、該プラントに入力す
る排ガスを生成・出力するアクチュエータと考えられ
る。そして、このように考えたとき、本願出願人が提案
した前記の技術は、上記プラントの出力としてのＯ2 セ
ンサの出力（排ガス中の酸素濃度）を所定の目標値にな
るようにプラントの目標入力（より一般的にはプラント
の入力を規定する操作量）を逐次求め、その目標入力に
従ってアクチュエータとしての内燃機関の出力（＝プラ
ントの入力）を制御する技術として表現することができ
る。
【０００６】ところで、かかる前記内燃機関の空燃比制
御技術では、触媒装置の最適な浄化性能を確保する上
で、Ｏ2 センサの出力の目標値への制御を極めて高精度
で行うことが必要であるものの、触媒装置を含む排気系
には、一般に比較的長い無駄時間（触媒装置に進入する
排ガスに対応する空燃比が、触媒装置の下流側のＯ2 セ
ンサの出力に反映されるようになるまでに要する時間）
が存在し、この無駄時間は、上記の制御に悪影響を及ぼ
しやすい（Ｏ2 センサの出力の目標値への収束性の低下
を招きやすい）。このため、前記の技術では、前記Ｏ2
センサの出力や排ガスセンサの出力に基づいて上記排気
系が有する無駄時間後のＯ2 センサの出力（出力の未来
値）を逐次推定する。そして、その出力の推定値を用い
て前記目標空燃比を求めることによって、上記排気系の
無駄時間の影響を補償して該目標空燃比の信頼性を高
め、ひいてはＯ2 センサの出力の目標値への制御性を高
めるようにしている。
【０００７】一方、本願発明者等のさらなる検討によっ
て、Ｏ2 センサの出力の目標値への制御性をより高める
上では、触媒装置を含む排気系が有する無駄時間だけで
なく、内燃機関並びにその空燃比を目標空燃比に基づき
制御する機関制御器（これらの内燃機関及び機関制御器
は、より一般的にいえば目標空燃比のデータから触媒装
置に進入させる排ガスを生成するシステムである）が有
する無駄時間（目標空燃比のデータが触媒装置に進入す
る排ガスに対応する実際の空燃比に反映されるようにな
るまでに要する時間）の影響をも補償することが望まし
いことが判明した。
【０００８】すなわち、内燃機関及び前記機関制御器か
らなるシステムが有する無駄時間は、内燃機関の運転状
態等の影響を受け、該無駄時間がＯ2 センサの出力の目
標値への制御上、支障が無い程度に十分に短い場合もあ
るが、内燃機関の運転状態等によっては、比較的長いも
のとなる場合もある。そして、このような場合には、Ｏ
2 センサの出力の目標値への制御性が低下してしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑み、触媒装置の下流側の排ガス中の特定成分の濃度が
所定の目標値になるように内燃機関の空燃比を規定する
操作量を決定し、その操作量に基づき内燃機関の運転を
制御するものにおいて、触媒装置を含む排気系の無駄時
間だけでなく、内燃機関及び前記操作量に基づく内燃機
関の運転制御を行う制御器が有する無駄時間の影響をも
補償し、前記特定成分の濃度の目標値への制御性を高
め、該制御をより安定して高精度で行うことができるプ
ラントの制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】また、本発明はより一般的に、プラントの
出力が所定の目標値になるようにプラントへの入力を規
定する操作量を決定し、その操作量に基づきプラントへ
の入力を生成するアクチュエータの動作を制御するもの
において、プラントが有する無駄時間だけなく、アクチ
ュエータ及び前記操作量に基づくアクチュエータの動作
制御を行う制御器が有する無駄時間の影響を補償し、プ
ラントの出力の目標値への制御性を高め、該制御をより
安定して高精度で行う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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のプラントの制御
装置は、前記目的を達成するために、プラントへの入力
を生成するアクチュエータと、前記プラントの出力を検
出する第１検出手段と、該第１検出手段の出力が所定の
目標値になるように該プラントへの入力を規定する操作
量を逐次決定する操作量決定手段と、該操作量決定手段
が決定した操作量に基づき前記アクチュエータの動作を
制御するアクチュエータ制御手段とを備えたプラントの
制御装置において、前記プラントが有する第１無駄時間
と、前記アクチュエータ及びアクチュエータ制御手段が
有する第２無駄時間とを合わせた合計無駄時間後におけ
る前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを逐次
生成する推定手段を備え、前記操作量決定手段は、該推
定手段が生成したデータに基づき前記操作量を決定す
る。そして、前記プラントは、内燃機関の排気通路に設
けた触媒装置の上流側から下流側にかけての該触媒装置
を含む排気系であり、前記プラントへの入力は、前記触
媒装置に進入する排ガスを生成する前記アクチュエータ
としての前記内燃機関で燃焼した混合気の空燃比であ
り、前記プラントの出力は、前記触媒装置を通過した排
ガス中の特定成分の濃度であることを特徴とする。（第
１発明）
【００１２】このような前記排気系がプラントである本
発明のプラントの制御装置によれば、前記推定手段によ
って、前記第１無駄時間及び第２無駄時間を合わせた合
計無駄時間後における前記第１検出手段の出力（前記特
定成分の濃度の検出値）の推定値を表すデータを逐次生
成し、このデータに基づいて前記アクチュエータである
内燃機関の空燃比（内燃機関で燃焼させる混合気の空燃
比）を規定する前記操作量を前記操作量決定手段により
求める。このため、前記第１検出手段の出力を前記所定
の目標値に制御する（目標値に収束させる）ために必要
な空燃比の前記操作量を、前記触媒装置を含む排気系が
有する第１無駄時間だけでなく、前記内燃機関及びアク
チュエータ制御手段が有する第２無駄時間の影響を排除
して求めることが可能となる。従って、前記アクチュエ
ータ制御手段によって、該操作量に基づく内燃機関の運
転の制御を行い、該内燃機関の空燃比を該操作量によっ
て規定される空燃比に制御することで、結果的に、前記
第１及び第２無駄時間の両者を補償しつつ、第１検出手
段の出力を前記所定の目標値に制御することが可能とな
る。
【００１３】よって本発明によれば、第１検出手段が検
出する前記特定成分の濃度の目標値への制御性を高め、
該制御をより安定して高精度で行うことができる。
【００１４】尚、前記第１検出手段の出力の推定値を表
すデータは、該第１検出手段の出力値の推定値であって
もよいが、該第１検出手段の出力値と適当な所定値（例
えば前記所定の目標値）との偏差の推定値であってもよ
い。
【００１５】このように前記排気系がプラントである本
願発明の制御装置にあっては、前記推定手段は、例えば
前記第１検出手段の出力と前記操作量決定手段が過去に
決定した前記操作量の過去値とから所定のアルゴリズム
により前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを
生成することができる（第２発明）。
【００１６】この場合、前記所定のアルゴリズムは、前
記触媒装置の上流側から下流側の前記第１検出手段まで
の該触媒装置を含む排気系を応答遅れ要素と前記第１無
駄時間の無駄時間要素とを用いて表したモデルと、前記
内燃機関（アクチュエータ）及びアクチュエータ制御手
段を前記第２無駄時間の無駄時間要素を用いて表したモ
デルとに基づき構築しておくことで（第３発明）、前記
第１検出手段の出力の推定値を表すデータを適正に生成
することができる。
【００１７】尚、内燃機関には、一般に無駄時間要素だ
けでなく応答遅れ要素も含まれるが、この応答遅れは、
アクチュエータ制御手段によって補償することが可能で
あるため、前記操作量決定手段にとっては、前記内燃機
関及びアクチュエータ制御手段のモデルに応答遅れ要素
を用いなくとも支障はない。
【００１８】一方、前記排気系がプラントである本発明
の制御装置では内燃機関の時々刻々の空燃比は、基本的
には前記第２無駄時間前の前記操作量によって規定され
る。また、該内燃機関の空燃比（より正確には、燃焼に
より排ガス化した混合気の空燃比）は、触媒装置の上流
側の排気系に適当な排ガスセンサを備えることで検出す
ることができる。従って、前記第２あるいは第３発明に
おいて、前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータ
を生成するために用いる前記操作量の過去値に、前記第
２無駄時間以前の少なくとも一つの過去値が含まれてい
る場合には、内燃機関の空燃比を検出するようにすれ
ば、該第２無駄時間以前の操作量の過去値を、該過去値
によって規定される空燃比の検出値で置き換えることが
できる。
【００１９】そこで、前記排気系がプラントである本発
明の制御装置では、前記第２発明あるいは第３発明にお
いて、前記触媒装置の上流側の排気系に前記内燃機関の
空燃比を検出すべく設けられた第２検出手段を備えると
共に、前記推定手段が前記第１検出手段の出力の推定値
を表すデータを生成するために必要な前記操作量の過去
値には、前記第２無駄時間以前の少なくとも一つの過去
値が含まれており、該推定手段は、当該第２無駄時間以
前の前記操作量の過去値の全部又は一部の代わりに前記
第２検出手段の現在以前の出力値を用いて前記第１検出
手段の出力の推定値を表すデータを生成する（第４発
明）。
【００２０】このように第２無駄時間以前の前記操作量
の過去値の全部又は一部の代わりに前記第２検出手段の
現在以前の出力値（空燃比の検出値）を用いて前記第１
検出手段の出力の推定値を表すデータを生成することに
よって、前記操作量によって定まる空燃比に対して、第
２検出手段の出力値により表される実空燃比が外乱等の
影響で誤差を生じるような場合でも、その外乱等の影響
を考慮した形態で、換言すれば、内燃機関の実動状態に
即して前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを
生成することができる。従って、その推定値のデータの
信頼性を高めることができ、ひいては、第１検出手段の
出力の目標値への制御性をより高めることができる。
【００２１】尚、前記第２無駄時間の長さ等によって
は、前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生
成するために必要な前記操作量の過去値の全てが、前記
第２無駄時間以前のものとなる場合もある。そして、こ
の場合に、その過去値の全部を第２検出手段の現在以前
の出力値に置き換えた場合には、前記推定手段は、前記
第１検出手段の出力と前記第２検出手段の出力とから所
定のアルゴリズムにより前記第１検出手段の出力の推定
値を表すデータを生成することとなる。従って、前記第
4発明は、このような態様をも含むものである。
【００２２】また、第４発明において、前記第２検出手
段の各時点の出力（空燃比の検出値）は、その第２無駄
時間前の前記操作量に対応するものであるので、前記推
定手段が前記操作量の過去値の代わりに用いる前記第２
検出手段の出力値は、より具体的には、該操作量の過去
値を前記操作量決定手段が決定した時点から前記第２無
駄時間後の時点における該第２検出手段の出力値である
（第５発明）。
【００２３】前述のような、前記排気系がプラントであ
る本発明の制御装置において、前記第２検出手段を必ず
しも必要としない第１〜第３のいずれかの発明にあって
は、前記触媒装置の上流側の排気系に前記内燃機関の空
燃比を検出すべく設けられた第２検出手段を備えると共
に、前記操作量決定手段が決定する前記操作量は前記内
燃機関の目標空燃比であり、前記アクチュエータ制御手
段は、該第２検出手段の出力が前記目標空燃比になるよ
うに内燃機関の空燃比をフィードバック制御する（第６
発明）。
【００２４】また、前記第２検出手段を具備した第４又
は第５発明にあっては、前記操作量決定手段が決定する
前記操作量は前記内燃機関の目標空燃比であり、前記ア
クチュエータ制御手段は、該第２検出手段の出力が前記
目標空燃比になるように内燃機関の空燃比をフィードバ
ック制御する（第７発明）。
【００２５】このように前記操作量を内燃機関の目標空
燃比（第２検出手段の出力の目標値）とし、第２検出手
段の出力がその目標空燃比になるように内燃機関の空燃
比をフィードバック制御することによって、内燃機関の
空燃比を、第１検出手段の出力が前記所定の目標値にな
るように決定された目標空燃比に安定して制御すること
ができる。
【００２６】尚、前記操作量決定手段によって決定する
前記操作量は、内燃機関の目標空燃比に限られるもので
はなく、例えば内燃機関の燃料供給量の補正量等を前記
操作量として決定するようにすることも可能である。ま
た、前記操作量を目標空燃比とした場合であっても、該
目標空燃比からフィードフォワード的に内燃機関の燃料
供給量を制御し、それにより内燃機関の空燃比を目標空
燃比に制御するようにすることも可能である。
【００２７】上記のように内燃機関の空燃比のフィード
バック制御を行う場合にあっては、前記アクチュエータ
制御手段は、前記フィードバック制御を漸化式形式の制
御器により行うことが好ましい（第８発明）。
【００２８】すなわち、漸化式形式の制御器は、適応制
御器や最適レギュレータ等によって構成されるものであ
り、このような制御器を用いて、第２検出手段の出力が
前記空燃比の目標値になるように内燃機関の空燃比をフ
ィードバック制御することで、内燃機関の運転状態の変
化や経時的な特性変化等の動的な変化に対して、高い追
従性で内燃機関の空燃比をその目標値に制御することが
できる。さらには内燃機関の応答遅れの影響も的確に補
償することができるため、前記推定手段が生成する第１
検出手段の出力の推定値を表すデータの信頼性もより高
まる。この結果、第１検出手段の出力の前記所定の目標
値への制御性をさらに高めることができる。
【００２９】尚、前記漸化式形式の制御器は、空燃比の
フィードバック操作量（例えば燃料供給量の補正量）の
現在以前の所定数の時系列データを含む所定の漸化式に
よって新たなフィードバック操作量を求めるものであ
る。
【００３０】また、前記漸化式形式の制御器としては、
特に適応制御器が好適である（第９発明）。
【００３１】以上説明した、前記排気系がプラントであ
る本発明の制御装置にあっては、前記推定手段は、例え
ば前記第２無駄時間をあらかじめ定めた所定の一定値に
設定し、その第２無駄時間の設定値と前記第１無駄時間
とを合わせた前記合計無駄時間後における前記第１検出
手段の出力の推定値を表すデータを生成する（第１０発
明）。
【００３２】そして、この場合、特に、前記第２無駄時
間の設定値は、前記内燃機関の所定の低速回転域におい
て、該内燃機関及びアクチュエータ制御手段が有する無
駄時間として設定されていることが好ましい（第１１発
明）。
【００３３】すなわち、内燃機関とその回転数に同期し
た制御を必要とする前記アクチュエータ制御手段とが有
する無駄時間は、内燃機関の回転数に応じて変化し、該
回転数が低い程、該無駄時間は長くなる。そして、内燃
機関及びアクチュエータ制御手段が有する無駄時間の影
響を内燃機関の回転数によらずに補償する上では、該内
燃機関及びアクチュエータ制御手段が採り得る最大側の
無駄時間の影響を補償することが好ましい。
【００３４】このため、前記第２無駄時間の設定値を一
定値とする場合、その設定値は、内燃機関の所定の低速
回転域（例えば内燃機関のアイドリング回転域）におい
て、該内燃機関及びアクチュエータ制御手段が有する無
駄時間として設定されていることが好ましい。このよう
に第２無駄時間の設定値を定め、その設定値と前記第１
無駄時間との合計無駄時間後における第１検出手段の出
力の推定値を示すデータを生成することで、内燃機関及
びアクチュエータ制御手段が有する無駄時間の影響を内
燃機関の回転数によらずに補償し、第１検出手段の出力
の所定の目標値への制御性を内燃機関の回転数によらず
に高めることができる。
【００３５】また、前記排気系がプラントである本発明
の制御装置では、上記のように前記第２無駄時間を所定
の一定値に設定する他、該第２無駄時間を可変的に設定
するようにしてもよい。すなわち、前記推定手段は、前
記第２無駄時間を前記内燃機関の運転状態に応じて可変
的に設定し、その設定した第２無駄時間と前記第１無駄
時間とを合わせた前記合計無駄時間後における前記第１
検出手段の出力の推定値を表すデータを生成するように
してもよい（第１２発明）。
【００３６】そして、この場合には、前記第２無駄時間
を設定するための内燃機関の運転状態は少なくとも該内
燃機関の回転数を含み、前記推定手段は、該内燃機関の
回転数が低い程、該第２無駄時間を長く設定することが
好ましい（第１３発明）。
【００３７】このように第２無駄時間を可変的に設定す
るようにしても、内燃機関及びアクチュエータ制御手段
が有する無駄時間の影響を内燃機関の回転数によらずに
補償し、第１排ガスセンサの出力の所定の目標値への制
御性を内燃機関の回転数によらずに高めることができ
る。
【００３８】尚、この場合、第２無駄時間を設定するた
めの内燃機関の運転状態として、内燃機関の回転数の
他、内燃機関の負荷（吸気状態等）を考慮するようにし
てもよい。
【００３９】また、前記第１無駄時間に関しては、前記
推定手段は、例えば前記第１無駄時間をあらかじめ定め
た所定の一定値に設定し、その第１無駄時間の設定値と
前記第２無駄時間の設定値とを合わせた前記合計無駄時
間後における前記第１検出手段の出力の推定値を表すデ
ータを生成する（第１４発明）。この場合、特に、第２
無駄時間の設定値も一定値とした場合において、推定手
段が第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生成す
るための処理が容易なものとなる。
【００４０】以上説明した、前記排気系がプラントであ
る本発明の制御装置では、前記操作量決定手段は、前記
推定手段が生成するデータにより示される前記第１検出
手段の出力の推定値をスライディングモード制御により
前記所定の目標値に収束させるように前記操作量を決定
する（第１５発明）。
【００４１】すなわち、スライディングモード制御は、
可変構造型のフィードバック制御手法であり、ＰＩＤ制
御等に比べて外乱等の影響を受けにくく、制御の安定性
が極めて高いという特性を有している。従って、このよ
うなスイライディングモード制御を用いて前記第１検出
手段の出力の推定値を前記所定の目標値に収束させるよ
うに前記操作量を決定することで、前記第１及び第２無
駄時間の影響が補償されることと併せて、第１検出手段
の出力の目標値への制御を高い安定性で高精度に行うこ
とができる。
【００４２】次に、本発明のプラントの制御装置は、前
述した、前記排気系がプラントである制御装置をより一
般化したものであり、前述の目的を達成するために、プ
ラントへの入力を生成するアクチュエータと、前記プラ
ントの出力を検出する第１検出手段と、該第１検出手段
の出力が所定の目標値になるように該プラントへの入力
を規定する操作量を逐次決定する操作量決定手段と、該
操作量決定手段が決定した操作量に基づき前記アクチュ
エータの動作を制御するアクチュエータ制御手段とを備
えたプラントの制御装置において、前記プラントが有す
る第１無駄時間と、前記アクチュエータ及びアクチュエ
ータ制御手段が有する第２無駄時間とを合わせた合計無
駄時間後における前記第１検出手段の出力の推定値を表
すデータを逐次生成する推定手段を備え、前記操作量決
定手段は、該推定手段が生成したデータに基づき前記操
作量を決定する（第１６発明）。
【００４３】かかる本発明のプラントの制御装置によれ
ば、前記推定手段によって、前記第１無駄時間及び第２
無駄時間を合わせた合計無駄時間後における前記第１検
出手段の出力（プラントの出力の検出値）の推定値を表
すデータを逐次生成し、このデータに基づいてプラント
への入力（＝アクチュエータの出力）を規定する前記操
作量を前記操作量決定手段により求める。このため、前
記第１検出手段の出力を前記所定の目標値に制御する
（目標値に収束させる）ために必要なプラントの入力を
規定する前記操作量を、前記プラントが有する第１無駄
時間だけでなく、前記アクチュエータ及びアクチュエー
タ制御手段が有する第２無駄時間の影響を排除して求め
ることが可能となる。従って、前記アクチュエータ制御
手段によって、該操作量に基づくアクチュエータの動作
制御を行い、該アクチュエータが生成するプラントへの
入力を該操作量によって規定される入力に制御すること
で、結果的に、前記第１及び第２無駄時間の両者を補償
しつつ、第１検出手段の出力を前記所定の目標値に制御
することが可能となる。
【００４４】よって本発明によれば、プラントの出力の
目標値への制御性を高め、該制御をより安定して高精度
で行うことができる。
【００４５】尚、前記第１検出手段の出力の推定値を表
すデータは、該検出手段の出力値の推定値であってもよ
いが、該センサの出力値と適当な所定値（例えば前記所
定の目標値）との偏差の推定値であってもよい。
【００４６】かかる本発明のプラントの制御装置にあっ
ては、前記推定手段は、例えば前記第１検出手段の出力
と前記操作量決定手段が過去に決定した前記操作量の過
去値とから所定のアルゴリズムにより前記前記第１検出
手段の出力の推定値を表すデータを生成することができ
る（第１７発明）。
【００４７】この場合、前記所定のアルゴリズムは、前
記プラントを応答遅れ要素と前記第１無駄時間の無駄時
間要素とを用いて表したモデルと、前記アクチュエータ
及びアクチュエータ制御手段を前記第２無駄時間の無駄
時間要素を用いて表したモデルとに基づき構築しておく
ことで（第１８発明）、前記第１検出手段の出力の推定
値を表すデータを適正に生成することができる。
【００４８】尚、アクチュエータに無駄時間要素だけで
なく応答遅れ要素が含まれていても、この応答遅れは、
アクチュエータ制御手段によって補償することが可能で
あるため、前記操作量決定手段にとっては、前記アクチ
ュエータ及びアクチュエータ制御手段のモデルに応答遅
れ要素を用いなくとも支障はない。
【００４９】一方、本発明のプラントの制御装置ではプ
ラントの時々刻々の入力（アクチュエータの出力）は、
基本的には前記第２無駄時間前の前記操作量によって規
定される。従って、前記第１７あるいは第１８発明にお
いて、前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを
生成するために用いる前記操作量の過去値に、前記第２
無駄時間以前の少なくとも一つの過去値が含まれている
場合には、プラントの入力を検出するようにすれば、該
第２無駄時間以前の操作量の過去値を、該過去値によっ
て規定されるプラントの入力の検出値で置き換えること
ができる。
【００５０】そこで、本発明のプラントの制御装置で
は、第１７あるいは第１８発明において、前記プラント
の入力を検出する第２検出手段を備えると共に、前記推
定手段が前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータ
を生成するために必要な前記操作量の過去値には、前記
第２無駄時間以前の少なくとも一つの過去値が含まれて
おり、該推定手段は、当該第２無駄時間以前の前記操作
量の過去値の全部又は一部の代わりに前記第２検出手段
の現在以前の出力値を用いて前記第１検出手段の出力の
推定値を表すデータを生成する（第１９発明）。
【００５１】このように第２無駄時間以前の前記操作量
の過去値の全部又は一部の代わりに前記第２検出手段の
現在以前の出力値（プラントの入力の検出値）を用いて
前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生成す
ることによって、前記操作量によって定まるプラントの
入力に対して、第２検出手段の出力値により表されるプ
ラントの実入力（アクチュエータの実出力）が外乱等の
影響で誤差を生じるような場合でも、その外乱等の影響
を考慮した形態で、換言すれば、アクチュエータの実動
状態に即して前記第１検出手段の出力の推定値を表すデ
ータを生成することができる。従って、その推定値のデ
ータの信頼性を高めることができ、ひいては、第１検出
手段の出力の目標値への制御性をより高めることができ
る。
【００５２】尚、前記第２無駄時間の長さ等によって
は、前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生
成するために必要な前記操作量の過去値の全てが、前記
第２無駄時間以前のものとなる場合もある。そして、こ
の場合に、その過去値の全部を第２検出手段の現在以前
の出力値に置き換えた場合には、前記推定手段は、前記
第１検出手段の出力と前記第２検出手段の出力とから所
定のアルゴリズムにより前記第１検出手段の出力の推定
値を表すデータを生成することとなる。従って、前記第
１９発明は、このような態様をも含むものである。
【００５３】また、第１９発明において、前記第２検出
手段の各時点の出力（プラントの入力の検出値）は、そ
の第２無駄時間前の前記操作量に対応するものであるの
で、前記推定手段が前記操作量の過去値の代わりに用い
る前記第２検出手段の出力値は、より具体的には、該操
作量の過去値を前記操作量決定手段が決定した時点から
前記第２無駄時間後の時点における該第２検出手段の出
力値である（第２０発明）。
【００５４】前述のような本発明のプラントの制御装置
において、前記第２検出手段を必ずしも必要としない第
１６乃至第１７のいずれかの発明にあっては、前記プラ
ントの入力を検出する第２検出手段を備えると共に、前
記操作量決定手段が決定する前記操作量は前記プラント
の目標入力であり、前記アクチュエータ制御手段は、該
第２検出手段の出力が前記プラントの目標入力になるよ
うに前記アクチュエータの動作をフィードバック制御す
る（第２１発明）。
【００５５】また、前記第２検出手段を具備した第１８
又は第１９発明にあっては、前記操作量決定手段が決定
する前記操作量は前記プラントの目標入力であり、前記
アクチュエータ制御手段は、前記第２検出手段の出力が
前記プラントの目標入力になるように前記アクチュエー
タの動作をフィードバック制御する（第２２発明）。
【００５６】このように前記操作量をプラントの目標入
力（第２検出手段の出力の目標値）とし、第２検出手段
の出力が目標入力になるようにアクチュエータの動作を
フィードバック制御することによって、プラントの入力
を、第１検出手段の出力が前記所定の目標値になるよう
に決定された目標入力に安定して制御することができ
る。
【００５７】尚、前記操作量決定手段によって決定する
前記操作量は、プラントの目標入力に限られるものでは
なく、例えばアクチュエータの動作量の補正量等を前記
操作量として決定するようにすることも可能である。ま
た、前記操作量をプラントの目標入力とした場合であっ
ても、該目標入力、すなわちアクチュエータの目標出力
からフィードフォワード的にアクチュエータの動作量を
制御し、それによりアクチュエータの出力をプラントの
目標入力に制御するようにすることも可能である。
【００５８】上記のようにアクチュエータの動作のフィ
ードバック制御を行う場合にあっては、前記アクチュエ
ータ制御手段は、前記フィードバック制御を漸化式形式
の制御器により行うことが好ましい（第２３発明）。
【００５９】すなわち、漸化式形式の制御器は、適応制
御器や最適レギュレータ等によって構成されるものであ
り、このような制御器を用いて、第２検出手段の出力が
前記目標入力になるようにアクチュエータの動作をフィ
ードバック制御することで、アクチュエータの動作状態
の変化や経時的な特性変化等の動的な変化に対して、高
い追従性でプラントの入力を目標入力に制御することが
できる。さらにはアクチュエータの応答遅れの影響も的
確に補償することができるため、前記推定手段が生成す
る第１検出手段の出力の推定値を表すデータの信頼性も
より高まる。この結果、第１検出手段の出力の前記所定
の目標値への制御性をさらに高めることができる。
【００６０】尚、前記漸化式形式の制御器は、アクチュ
エータの動作のフィードバック操作量（例えばアクチュ
エータの動作量の補正量）の現在以前の所定数の時系列
データを含む所定の漸化式によって新たなフィードバッ
ク操作量を求めるものである。
【００６１】また、前記漸化式形式の制御器としては、
特に適応制御器が好適である（第２４発明）。
【００６２】以上説明した本発明のプラントの制御装置
にあっては、前記推定手段は、例えば前記第２無駄時間
をあらかじめ定めた所定の一定値に設定し、その第２無
駄時間の設定値と前記第１無駄時間とを合わせた前記合
計無駄時間後における前記第１検出手段の出力の推定値
を表すデータを生成する（第２５発明）。
【００６３】そして、この場合、特に、前記第２無駄時
間の設定値は、前記アクチュエータの所定の動作状態に
おいて、該アクチュエータ及び前記アクチュエータ制御
手段が有する無駄時間として設定されていることが好ま
しい（第２６発明）。
【００６４】すなわち、アクチュエータ及びアクチュエ
ータ制御手段が有する無駄時間は、アクチュエータの動
作状態に応じて変化する場合がある。そして、該無駄時
間の影響をアクチュエータの動作状態によらずに補償す
る上では、該アクチュエータ及びアクチュエータ制御手
段が採り得る最大側の無駄時間の影響を補償することが
好ましい。
【００６５】このため、前記第２無駄時間の設定値を一
定値とする場合、その設定値を、アクチュエータの所定
の動作状態（例えばアクチュエータ及びアクチュエータ
制御手段が採り得る無駄時間が最大となるような動作状
態）において、該アクチュエータ及びアクチュエータ制
御手段が有する無駄時間として設定することが好まし
い。このように第２無駄時間の設定値を定め、その設定
値と前記第１無駄時間との合計無駄時間後における第１
検出手段の出力の推定値を示すデータを生成すること
で、アクチュエータ及びアクチュエータ制御手段が有す
る無駄時間の影響をアクチュエータの動作状態によらず
に補償し、第１検出手段の出力の所定の目標値への制御
性をアクチュエータの動作状態によらずに高めることが
可能となる。
【００６６】また、本発明のプラントの制御装置では、
上記のように前記第２無駄時間を所定の一定値に設定す
る他、該第２無駄時間を可変的に設定するようにしても
よい。すなわち、前記推定手段は、前記第２無駄時間を
前記アクチュエータの動作状態に応じて可変的に設定
し、その設定した第２無駄時間と前記第１無駄時間とを
合わせた前記合計無駄時間後における前記第１検出手段
の出力の推定値を表すデータを生成するようにしてもよ
い（第２７発明）。
【００６７】このように第２無駄時間をアクチュエータ
の動作状態に応じて可変的に設定するようにしても、ア
クチュエータ及びアクチュエータ制御手段が有する無駄
時間の影響をアクチュエータの動作状態によらずに補償
し、第１検出手段の出力の所定の目標値への制御性をア
クチュエータの動作状態によらずに高めることができ
る。
【００６８】また、前記第１無駄時間に関しては、前記
推定手段は、例えば前記第１無駄時間をあらかじめ定め
た所定の一定値に設定し、その第１無駄時間の設定値と
前記第２無駄時間の設定値とを合わせた前記合計無駄時
間後における前記第１検出手段の出力の推定値を表すデ
ータを生成する（第２８発明）。この場合、特に、第２
無駄時間の設定値も一定値とした場合において、推定手
段が第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生成す
るための処理が容易なものとなる。
【００６９】以上説明した本発明のプラントの制御装置
では、前記操作量決定手段は、前記推定手段が生成する
データにより示される前記第１検出手段の出力の推定値
をスライディングモード制御により前記所定の目標値に
収束させるように前記操作量を決定する（第２９発
明）。
【００７０】すなわち、前記排気系がプラントである制
御装置に関して説明した如く、スライディングモード制
御は、制御の安定性が極めて高いという特性を有してい
るので、このようなスイライディングモード制御を用い
て前記第１検出手段の出力の推定値を前記所定の目標値
に収束させるように前記操作量を決定することで、前記
第１及び第２無駄時間の影響が補償されることと併せ
て、第１検出手段の出力の目標値への制御を高い安定性
で高精度に行うことができる。
【００７１】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
２０を参照して説明する。尚、本実施形態は、プラント
が排気系である本発明の制御装置の一実施形態である。
【００７２】図１は本実施形態の装置の全体構成をブロ
ック図で表したものであり、図中、１は例えば４気筒の
エンジン（内燃機関）である。このエンジン１の各気筒
毎に燃料及び空気の混合気の燃焼により生成される排ガ
スは、エンジン１の近傍で共通の排気管２に集合され、
該排気管２を介して大気中に放出される。そして、排気
管２には、排ガスを浄化するために、三元触媒を用いて
構成された二つの触媒装置３，４が該排気管２の上流側
から順に介装されている。
【００７３】尚、下流側の触媒装置４はこれを省略して
もよい。また、本発明のプラントの制御装置に対応させ
ると、前記エンジン１はアクチュエータに相当するもの
である。
【００７４】本実施形態の制御装置は、エンジン１の空
燃比（エンジン１で燃焼させる燃料及び空気の混合気の
空燃比）を制御するものであり、触媒装置３の上流側
（より詳しくはエンジン１の各気筒毎の排ガスの集合箇
所）で排気管２に設けられた第２排ガスセンサ（第２検
出手段）としての広域空燃比センサ５と、触媒装置３の
下流側（触媒装置４の上流側）で排気管２に設けられた
第１排ガスセンサ（第１検出手段）としてのＯ2 センサ
（酸素濃度センサ）６と、これらのセンサ５，６の出力
等に基づき後述の制御処理を行う制御ユニット７とによ
り構成されている。尚、制御ユニット７には、前記広域
空燃比センサ５やＯ2 センサ６の出力の他に、エンジン
１の運転状態を検出するための図示しない回転数センサ
や吸気圧センサ、冷却水温センサ等、各種のセンサの出
力が与えられる。
【００７５】広域空燃比センサ５は、Ｏ2 センサを用い
て構成されたものであり、エンジン１で燃焼した混合気
の空燃比（これは混合気の燃焼によって生成された排ガ
ス中の酸素濃度により把握される）に応じたレベルの出
力を生成する。この場合、広域空燃比センサ５（以下、
ＬＡＦセンサ５と称する）は、該センサ５を構成するＯ
2 センサの出力から図示しないリニアライザ等の検出回
路によって、エンジン１の空燃比の広範囲にわたって、
それに比例したレベルの出力KACT、すなわち、該空燃比
の検出値を示す出力KACTを生成するものである。このよ
うなＬＡＦセンサ５は本願出願人が特開平４−３６９４
７１号公報にて詳細に開示しているので、ここではさら
なる説明を省略する。
【００７６】また、触媒装置３の下流側のＯ2 センサ６
は、触媒装置３を通過した排ガス中の酸素濃度に応じた
レベルの出力VO2/OUT 、すなわち、該排ガス中の酸素濃
度の検出値を示す出力VO2/OUT を通常的なＯ2 センサと
同様に生成する。このＯ2 センサ６の出力VO2/OUT は、
図２に示すように、触媒装置３を通過した排ガスの酸素
濃度により把握される空燃比が理論空燃比近傍の範囲Δ
に存するような状態で、該排ガスの酸素濃度にほぼ比例
した高感度な変化を生じるものとなる。
【００７７】制御ユニット７はマイクロコンピュータを
用いて構成されたものであり、エンジン１の目標空燃比
KCMDを逐次決定するための制御処理を担う制御ユニット
７ａ（以下、排気側制御ユニット７ａという）と、該目
標空燃比KCMDに基づきエンジン１の空燃比を制御する処
理を担う制御ユニット７ｂ（以下、機関側制御ユニット
７ｂという）とに大別される。ここで、本発明の構成に
対応させると、排気側制御ユニット７ａは操作量決定手
段に相当し、機関側制御ユニット７ｂは機関制御手段
（アクチュエータ制御手段）に相当するものである。
【００７８】機関側制御ユニット７ｂは、その機能的構
成として、エンジン１への基本燃料噴射量Ｔimを求める
基本燃料噴射量算出部８と、基本燃料噴射量Ｔimを補正
するための第１補正係数KTOTAL及び第２補正係数KCMDM
をそれぞれ求める第１補正係数算出部９及び第２補正係
数算出部１０とを具備する。
【００７９】前記基本燃料噴射量算出部８は、エンジン
１の回転数NEと吸気圧PBとから、それらにより規定され
るエンジン１の基準の燃料噴射量（燃料供給量）をあら
かじめ設定されたマップを用いて求め、その基準の燃料
噴射量をエンジン１の図示しないスロットル弁の有効開
口面積に応じて補正することで基本燃料噴射量Ｔimを算
出するものである。
【００８０】また、第１補正係数算出部９が求める第１
補正係数KTOTALは、エンジン１の排気還流率（エンジン
１の吸入空気中に含まれる排ガスの割合）や、エンジン
１の図示しないキャニスタのパージ時にエンジン１に供
給される燃料のパージ量、エンジン１の冷却水温、吸気
温等を考慮して前記基本燃料噴射量Ｔimを補正するため
のものである。
【００８１】また、第２補正係数算出部１０が求める第
２補正係数KCMDM は、排気側制御ユニット７ａが後述の
如く決定する目標空燃比KCMDに対応してエンジン１へ流
入する燃料の冷却効果による吸入空気の充填効率を考慮
して基本燃料噴射量Ｔimを補正するためのものである。
【００８２】これらの第１補正係数KTOTAL及び第２補正
係数KCMDM による基本燃料噴射量Ｔimの補正は、第１補
正係数KTOTAL及び第２補正係数KCMDM を基本燃料噴射量
Ｔimに乗算することで行われ、この補正によりエンジン
１の要求燃料噴射量Ｔcyl が得られる。
【００８３】尚、前記基本燃料噴射量Ｔimや、第１補正
係数KTOTAL、第２補正係数KCMDM のより具体的な算出手
法は、特開平５−７９３７４号公報等に本願出願人が開
示しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】機関側制御ユニット７ｂは、上記の機能的
構成の他、さらに、排気側制御ユニット７ａ（詳細は後
述する）が逐次決定する目標空燃比KCMDにＬＡＦセンサ
５の出力KACT（空燃比の検出値）を一致（収束）させる
ようにエンジン１の燃料噴射量を調整することでエンジ
ン１の空燃比をフィードバック制御するフィードバック
制御部１４を備えている。
【００８５】このフィードバック制御部１４は、本実施
形態では、エンジン１の各気筒の全体的な空燃比をフィ
ードバック制御する大局的フィードバック制御部１５
と、エンジン１の各気筒毎の空燃比をフィードバック制
御する局所的フィードバック制御部１６とにより構成さ
れている。
【００８６】前記大局的フィードバック制御部１５は、
ＬＡＦセンサ５の出力KACTが前記目標空燃比KCMDに収束
するように、前記要求燃料噴射量Ｔcyl を補正する（要
求燃料噴射量Ｔcyl に乗算する）フィードバック補正係
数KFB を逐次求めるものである。そして、該大局的フィ
ードバック制御部１５は、ＬＡＦセンサ５の出力KACTと
目標空燃比KCMDとの偏差に応じて周知のＰＩＤ制御を用
いて前記フィードバック補正係数KFB としてのフィード
バック操作量KLAFを生成するＰＩＤ制御器１７と、ＬＡ
Ｆセンサ５の出力KACTと目標空燃比KCMDとからエンジン
１の運転状態の変化や特性変化等を考慮して前記フィー
ドバック補正係数KFB を規定するフィードバック操作量
KSTRを適応的に求める適応制御器１８（図ではＳＴＲと
称している）とをそれぞれ独立的に具備している。
【００８７】ここで、本実施形態では、前記ＰＩＤ制御
器１７が生成するフィードバック操作量KLAFは、ＬＡＦ
センサ５の出力KACT（空燃比の検出値）が目標空燃比KC
MDに一致している状態で「１」となり、該操作量KLAFを
そのまま前記フィードバック補正係数KFB として使用で
きるようになっている。一方、適応制御器１８が生成す
るフィードバック操作量KSTRはＬＡＦセンサ５の出力KA
CTが目標空燃比KCMDに一致する状態で「目標空燃比KCM
D」となるものである。このため、該フィードバック操
作量KSTRを除算処理部１９で目標空燃比KCMDにより除算
してなるフィードバック操作量kstr（＝KSTR／KCMD）が
前記フィードバック補正係数KFB として使用できるよう
になっている。
【００８８】そして、大局的フィードバック制御部１５
は、ＰＩＤ制御器１７により生成されるフィードバック
操作量KLAFと、適応制御器１８が生成するフィードバッ
ク操作量KSTRを目標空燃比KCMDにより除算してなるフィ
ードバック操作量kstrとを切換部２０で適宜、択一的に
選択して、いずれか一方のフィードバック操作量KLAF又
はkstrを前記フィードバック補正係数KFB として使用
し、該補正係数KFB を前記要求燃料噴射量Ｔcyl に乗算
することにより該要求燃料噴射量Ｔcyl を補正する。
尚、かかる大局的フィードバック制御部１５（特に適応
制御器１８）については後にさらに詳細に説明する。
【００８９】前記局所的フィードバック制御部１６は、
ＬＡＦセンサ５の出力KACTから各気筒毎の実空燃比#nA/
F (n=1,2,3,4) を推定するオブザーバ２１と、このオブ
ザーバ２１により推定された各気筒毎の実空燃比#nA/F
から各気筒毎の空燃比のばらつきを解消するよう、ＰＩ
Ｄ制御を用いて各気筒毎の燃料噴射量のフィードバック
補正係数#nKLAFをそれぞれ求める複数（気筒数個）のＰ
ＩＤ制御器２２とを具備する。
【００９０】ここで、オブザーバ２１は、それを簡単に
説明すると、各気筒毎の実空燃比#nA/F の推定を次のよ
うに行うものである。すなわち、エンジン１からＬＡＦ
センサ５の箇所（各気筒毎の排ガスの集合部）にかけて
のシステムを、エンジン１の各気筒毎の実空燃比#nA/F
からＬＡＦセンサ５で検出される空燃比を生成するシス
テムと考え、これを、ＬＡＦセンサ５の検出応答遅れ
（例えば一次遅れ）や、ＬＡＦセンサ５で検出される空
燃比に対するエンジン１の各気筒毎の空燃比の時間的寄
与度を考慮してモデル化する。そして、そのモデルの基
で、ＬＡＦセンサ５の出力KACTから、逆算的に各気筒毎
の実空燃比#nA/F を推定する。
【００９１】尚、このようなオブザーバ２１は、本願出
願人が例えば特開平７−８３０９４号公報に詳細に開示
しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【００９２】また、局所的フィードバック制御部１６の
各ＰＩＤ制御器２２は、ＬＡＦセンサ５の出力KACTを、
前回の制御サイクルで各ＰＩＤ制御器２２により求めら
れたフィードバック補正係数#nKLAFの全気筒についての
平均値により除算してなる値を各気筒の空燃比の目標値
として、その目標値とオブザーバ２１により求められた
各気筒毎の実空燃比#nA/F の推定値との偏差が解消する
ように、今回の制御サイクルにおける、各気筒毎のフィ
ードバック補正係数#nKLAFを求める。
【００９３】そして、局所的フィードバック制御部１６
は、前記要求燃料噴射量Ｔcyl に大局的フィードバック
制御部１５のフィードバック補正係数KFB を乗算してな
る値に、各気筒毎のフィードバック補正係数#nKLAFを乗
算することで、各気筒の出力燃料噴射量#nＴout(n=1,2,
3,4)を求める。
【００９４】このようにして求められる各気筒の出力燃
料噴射量#nＴout は、機関側制御ユニット７ｂに備えた
各気筒毎の付着補正部２３により吸気管の壁面付着を考
慮した補正が各気筒毎になされた後、エンジン１の図示
しない燃料噴射装置に与えられ、その付着補正がなされ
た出力燃料噴射量#nＴout で、エンジン１の各気筒への
燃料噴射が行われるようになっている。
【００９５】尚、上記付着補正については、本願出願人
が例えば特開平８−２１２７３号公報に詳細に開示して
いるので、ここではさらなる説明を省略する。また、図
１において、参照符号２４を付したセンサ出力選択処理
部は、前記オブザーバ２１による各気筒毎の実空燃比#n
A/F の推定に適したＬＡＦセンサ５の出力KACTをエンジ
ン１の運転状態に応じて選択するもので、これについて
は、本願出願人が特開平７−２５９４８８号公報にて詳
細に開示しているので、ここではさらなる説明を省略す
る。
【００９６】一方、前記排気側制御ユニット７ａは、Ｌ
ＡＦセンサ５の出力KACTと所定の基準値FLAF/BASE との
偏差kact（＝KACT−FLAF/BASE ）を求める減算処理部１
１と、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT とその目標値VO2/TA
RGETとの偏差VO2 （＝VO2/OUT −VO2/TARGET）を求める
減算処理部１２とを備えている。この場合、本実施形態
では前記基準値FLAF/BASE は空燃比換算で約「１」（一
定値）に設定されている。また、Ｏ2 センサ６の出力VO
2/OUT の目標値VO2/TARGETは、本実施形態では触媒装置
３の最適な浄化性能が得られる所定の一定値とされてい
る。
【００９７】尚、以下の説明において、前記減算処理部
１１，１２がそれぞれ求める偏差kact，VO2 をそれぞれ
ＬＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ2 センサ６の偏差
出力VO2 と称する。
【００９８】排気側制御ユニット７ａはさらに、上記の
偏差出力kact，VO2 のデータをそれぞれＬＡＦセンサ５
の出力及びＯ2 センサ６の出力を表すデータとして用
い、それらのデータに基づいてエンジン１の目標空燃比
KCMD（ＬＡＦセンサ５により検出するエンジン１の空燃
比の目標値）をエンジン１の空燃比を規定する操作量と
して逐次決定する空燃比操作量決定部１３を備えてい
る。
【００９９】この空燃比操作量決定部１３は、排気管２
のＬＡＦセンサ５の箇所からＯ2 センサ６の箇所にかけ
ての触媒装置３を含む排気系（図１で参照符号Ｅを付し
た部分）を制御対象とし、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT
をその目標値VO2/TARGETに整定させるように（Ｏ2 セン
サ６の偏差出力VO2 を「０」に収束させるように）、前
記目標空燃比KCMDを逐次決定するものである。
【０１００】さらに詳しくいえば、空燃比操作量決定部
１３は、上記の対象排気系Ｅが有する無駄時間（第１無
駄時間）や、前記エンジン１及び機関側制御ユニット７
ｂが有する無駄時間（第２無駄時間）、対象排気系Ｅの
挙動変化等を考慮しつつ、適応スライディングモード制
御を用いてＯ2 センサ６の出力VO2/OUT をその目標値VO
2/TARGETに整定させるようにエンジン１の目標空燃比KC
MDを逐次決定するものである。
【０１０１】このような制御処理を行うために、本実施
形態では、前記対象排気系Ｅを、前記ＬＡＦセンサ５の
出力KACT（空燃比の検出値）から無駄時間要素及び応答
遅れ要素を介してＯ2 センサ６の出力VO2/OUT （触媒装
置３を通過した排ガス中の酸素濃度）を生成するプラン
トと見なし、それをあらかじめ離散系でモデル化する。
また、前記エンジン１及び機関側制御ユニット７ｂから
成るシステム（以下、このシステムを空燃比操作系と称
する）を、目標空燃比KCMDから無駄時間要素を介してＬ
ＡＦセンサ５の出力KACTを生成するシステムと見なし、
それをあらかじめ離散系でモデル化する。
【０１０２】この場合、本実施形態では、対象排気系Ｅ
の離散系モデルは、空燃比操作量決定部１３による処理
の簡素化を図るために、ＬＡＦセンサ５の出力KACT及び
Ｏ2センサ６の出力VO2/OUT の代わりに、ＬＡＦセンサ
５の前記偏差出力kact（＝KACT−FLAF/BASE ）とＯ2 セ
ンサ６の前記偏差出力VO2 （＝VO2/OUT −VO2/TARGET）
とを用いて、次式（１）により表す。
【０１０３】
【数１】
【０１０４】この式（１）は、対象排気系ＥがＬＡＦセ
ンサ５の偏差出力kactから、無駄時間要素及び応答遅れ
要素を介してＯ2 センサ６の偏差出力VO2 を生成するプ
ラントであると見なして、該対象排気系Ｅを離散系モデ
ル（より詳しくは無駄時間を有する自己回帰モデル）で
表現したものである。
【０１０５】ここで、上式（１）において、「ｋ」は離
散時間的な制御サイクルの番数を示し、「d1」は対象排
気系Ｅの無駄時間（第１無駄時間）を制御サイクル数で
表したものである。この場合、対象排気系Ｅの無駄時間
（ＬＡＦセンサ５が検出する各時点の空燃比がＯ2 セン
サ６の出力VO2/OUT に反映されるようになるまでに要す
る時間）は、空燃比操作量決定部１３の制御サイクルの
周期（これは本実施形態では一定である）を３０〜１０
０ｍｓとしたとき、一般的には、３〜１０制御サイクル
分の時間（d1＝３〜１０）である。そして、本実施形態
では、式（１）により表した対象排気系Ｅの離散系モデ
ルにおける無駄時間d1の値として、対象排気系Ｅの実際
の無駄時間と等しいか、もしくはそれよりも若干長いも
のにあらかじめ設定した所定の一定値（本実施形態では
d1＝７）を用いる。
【０１０６】また、式（１）の右辺第１項及び第２項は
それぞれ対象排気系Ｅの応答遅れ要素に対応するもの
で、第１項は１次目の自己回帰項、第２項は２次目の自
己回帰項である。そして、「a1」、「a2」はそれぞれ１
次目の自己回帰項のゲイン係数、２次目の自己回帰項の
ゲイン係数である。
【０１０７】さらに、式（１）の右辺第３項は対象排気
系Ｅの無駄時間要素に対応するもので、「b1」はその無
駄時間要素に係わるゲイン係数である。これらのゲイン
係数a1，a2，b1は離散系モデルを規定するパラメータで
あり、本実施形態では後述の同定器によって逐次同定す
るものである。
【０１０８】一方、前記空燃比操作系（エンジン１及び
機関側制御ユニット７ｂからなるシステム）の離散系モ
デルは、本実施形態では、対象排気系Ｅのモデルの場合
と同様にＬＡＦセンサ５の出力KACTの代わりにＬＡＦセ
ンサ５の前記偏差出力kact（＝KACT−FLAF/BASE ）を用
いると共に、これに対応させて目標空燃比KCMDの代わり
に該目標空燃比KCMDの前記基準値FLAF/BASE に対する偏
差kcmd（＝KCMD−FLAF/BASE 。これはＬＡＦセンサ５の
偏差出力kactの目標値に相当する。以下、これを目標偏
差空燃比kcmdという）とを用い、次式（２）により表
す。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】この式（２）は空燃比操作系が前記目標偏
差空燃比kcmdから無駄時間要素を介してＬＡＦセンサ５
の偏差出力kactを生成するシステム（各制御サイクルに
おける偏差出力kactが無駄時間前の目標偏差空燃比kcmd
に一致するようなシステム）であると見なして、該空燃
比操作系を離散系モデルで表現したものである。
【０１１１】ここで、式（２）において、「d2」が空燃
比操作系の無駄時間（第２無駄時間）を空燃比操作量決
定部１３の制御サイクル数で表したものである。この場
合、空燃比操作系の無駄時間（各時点の目標空燃比KCMD
がＬＡＦセンサ５の出力KACTに反映されるようになるま
でに要する時間）は、例えば図４に示すようにエンジン
１の回転数NEによって変化し、エンジン１の回転数が低
くなる程、長くなる。そして、本実施形態では、式
（２）により表した空燃比操作系の離散系モデルにおけ
る無駄時間d2の値としては、上記のような空燃比操作系
の無駄時間の特性を考慮し、例えばエンジン１の低速回
転域の回転数であるアイドリング回転数において実際の
空燃比操作系が有する無駄時間（これは、エンジン１の
任意の回転数において空燃比操作系が採り得る最大側の
無駄時間である）と等しいか、もしくはそれよりも若干
長いものにあらかじめ設定した所定の一定値（本実施形
態ではd2＝３）を用いる。
【０１１２】尚、空燃比操作系には、実際には、無駄時
間要素の他、エンジン１の応答遅れ要素も含まれるので
あるが、目標空燃比KCMDに対するＬＡＦセンサ５の出力
KACTの応答遅れは、基本的にはフィードバック制御部１
４（特に適応制御器１８）によって補償されるため、空
燃比操作量決定部１３から見た空燃比操作系では、エン
ジン１の応答遅れ要素を考慮せずとも支障はない。
【０１１３】本実施形態における前記空燃比操作量決定
部１３は、式（１）及び式（２）により表される離散系
モデルに基づき、所定（一定）の制御サイクルで目標空
燃比KCMDを決定するための制御処理を行うものであり、
その機能的構成は、図３に示すように大別される。
【０１１４】すなわち、空燃比操作量決定部１３は、Ｌ
ＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ 2 センサ６の偏差出
力VO2 のデータから、前記対象排気系Ｅの離散系モデル
の設定すべきパラメータである前記ゲイン係数a1，a2，
b1の値を制御サイクル毎に逐次同定する同定器２５と、
ＬＡＦセンサ５の偏差出力kact、Ｏ2 センサ６の偏差出
力VO2 、及び以下に述べるスライディングモード制御器
２７が過去に求めた目標空燃比KCMD（より正確には目標
偏差空燃比kcmd）のデータから、前記同定器２５により
同定された前記ゲイン係数a1，a2，b1の同定値a1ハッ
ト，a2ハット，b1ハット（以下、同定ゲイン係数a1ハッ
ト，a2ハット，b1ハットという）を用いて、対象排気系
Ｅの無駄時間d1及び空燃比操作系の無駄時間d2を合わせ
た合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）後のＯ2 センサ６の偏差
出力VO2 の推定値VO2 バー（以下、推定偏差出力VO2 バ
ーという）を制御サイクル毎に逐次求める推定器２６
（推定手段）と、該推定器２６により求められたＯ2 セ
ンサ６の推定偏差出力VO2 バーのデータから、前記同定
ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用いて適応
スライディングモード制御により前記目標空燃比KCMDを
制御サイクル毎に逐次決定するスライディングモード制
御器２７とにより構成されている。
【０１１５】これらの同定器２５、推定器２６及びスラ
イディングモード制御器２７による演算処理のアルゴリ
ズムは前記離散系モデルに基づいて以下のように構築さ
れている。
【０１１６】まず、前記同定器２５に関し、前記離散系
モデルのゲイン係数a1，a2，b1に対応する実際の対象排
気系Ｅのゲイン係数は一般に該対象排気系Ｅの挙動状態
や経時的な特性変化等によって変化する。従って、前記
対象排気系Ｅの離散系モデル（式（１））の実際の対象
排気系Ｅに対するモデル化誤差を極力少なくして該離散
系モデルの精度を高めるためには、離散系モデルのゲイ
ン係数a1，a2，b1を実際の対象排気系Ｅの挙動状態等に
則して適宜、リアルタイムで同定することが好ましい。
【０１１７】前記同定器２５は、上記のように対象排気
系Ｅの離散系モデルのモデル化誤差を極力小さくするた
めに、前記ゲイン係数a1，a2，b1をリアルタイムで逐次
同定するものであり、その同定処理は次のように行われ
る。
【０１１８】すなわち、同定器２５は、所定の制御サイ
クル毎に、まず、今現在設定されている離散系モデルの
同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハット、すなわ
ち前回の制御サイクルで決定した同定ゲイン係数a1(k-
1) ハット，a2(k-1) ハット，b1(k-1) ハットと、ＬＡ
Ｆセンサ５の偏差出力kact及びＯ2 センサ６の偏差出力
VO2 の過去に得られたデータとを用いて、次式（３）に
より今現在設定されている離散系モデル上でのＯ2 セン
サ６の偏差出力VO2 の同定値VO2(k)ハット（以下、同定
偏差出力VO2(k)ハットという）を求める。
【０１１９】
【数３】
【０１２０】この式（３）は、対象排気系Ｅの離散系モ
デルを表す前記式（１）を１制御サイクル分、過去側に
シフトし、ゲイン係数a1，a2，b1を同定ゲイン係数a1ハ
ット(k-1) ，a2ハット(k-1) ，b1ハット(k-1) で置き換
えたものである。また、式（３）の第３項で用いる対象
排気系Ｅの無駄時間d1の値は、前述の如く設定した一定
値（本実施形態ではd1＝７）を用いる。
【０１２１】ここで、次式（４），（５）で定義される
ベクトルΘ及びξを導入すると（式（４），（５）中の
添え字「Ｔ」は転置を意味する。以下同様。）、
【０１２２】
【数４】
【０１２３】
【数５】
【０１２４】前記式（３）は、次式（６）により表され
る。
【０１２５】
【数６】
【０１２６】さらに同定器２５は、前記式（３）あるい
は式（６）により求められるＯ2 センサ６の同定偏差出
力VO2 ハットと今現在のＯ2 センサ６の偏差出力VO2 と
の偏差id/eを離散系モデルの実際の対象排気系Ｅに対す
るモデル化誤差を表すものとして次式（７）により求め
る（以下、偏差id/eを同定誤差id/eという）。
【０１２７】
【数７】
【０１２８】そして、同定器２５は、上記同定誤差id/e
を最小にするように新たな同定ゲイン係数a1(k) ハッ
ト，a2(k) ハット，b1(k) ハット、換言すれば、これら
の同定ゲイン係数を要素とする新たな前記ベクトルΘ
(k) （以下、このベクトルを同定ゲイン係数ベクトルΘ
という）を求めるもので、その算出を、次式（８）によ
り行う。すなわち、同定器２５は、前回の制御サイクル
で決定した同定ゲイン係数a1ハット(k-1) ，a2ハット(k
-1) ，b1ハット(k-1) を、同定誤差id/eに比例させた量
だけ変化させることで新たな同定ゲイン係数a1(k) ハッ
ト，a2(k) ハット，b1(k) ハットを求める。
【０１２９】
【数８】
【０１３０】ここで、式（８）中の「Ｋθ」は次式
（９）により決定される三次のベクトル（各同定ゲイン
係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの同定誤差id/eに応
じた変化度合いを規定するゲイン係数ベクトル）であ
る。
【０１３１】
【数９】
【０１３２】また、上式（９）中の「Ｐ」は次式（１
０）の漸化式により決定される三次の正方行列である。
【０１３３】
【数１０】
【０１３４】尚、式（１０）中の「λ1 」、「λ2 」は
０＜λ1 ≦１及び０≦λ2 ＜２の条件を満たすように設
定され、また、「Ｐ」の初期値Ｐ(0) は、その各対角成
分を正の数とする対角行列である。
【０１３５】この場合、式（１０）中の「λ1 」、「λ
2 」の設定の仕方によって、固定ゲイン法、漸減ゲイン
法、重み付き最小二乗法、最小二乗法、固定トレース法
等、各種の具体的なアルゴリズムが構成され、本実施形
態では、例えば最小二乗法（この場合、λ1 ＝λ2 ＝
１）を採用している。
【０１３６】本実施形態における同定器２５は基本的に
は前述のようなアルゴリズム（演算処理）によって、前
記同定誤差id/eを最小化するように離散系モデルの前記
同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを制御サ
イクル毎に逐次求めるもので、このような処理によっ
て、実際の対象排気系Ｅに適合した同定ゲイン係数a1ハ
ット，a2ハット，b1ハットが逐次得られる。
【０１３７】以上説明した演算処理が同定器２５による
基本的な処理内容である。尚、本実施形態では、同定器
２５は、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハット
を求めるに際して、それらの値の制限処理等、付加的な
処理も行うのであるが、これらについては後述する。
【０１３８】次に、前記推定器２６は、後に詳細を説明
するスライディングモード制御器２７による目標空燃比
KCMDの決定処理に際しての対象排気系Ｅの無駄時間d1及
び前記空燃比操作系の無駄時間d2の影響を補償するため
に、前記合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）後のＯ2 センサ６
の偏差出力VO2 の推定値である前記推定偏差出力VO2バ
ーを制御サイクル毎に逐次求めるものであり、その推定
処理は次のように行われる。
【０１３９】まず、対象排気系Ｅの離散系モデルを表す
前記式（１）に、空燃比操作系のモデルを表す式（２）
を適用すると、式（１）は次式（１１）に書き換えるこ
とができる。
【０１４０】
【数１１】
【０１４１】この式（１１）は、対象排気系Ｅ及び空燃
比操作系を合わせた系を、目標偏差空燃比kcmdから対象
排気系Ｅ及び空燃比操作系の両者の無駄時間要素と対象
排気系Ｅの応答遅れ要素とを介してＯ2 センサ６の偏差
出力VO2 を生成するシステムを見なして，該システムを
離散系モデルで表現したものである。
【０１４２】さらに、この式（１１）に対し、次式（１
２）により定義されるベクトルＸを導入すると、
【０１４３】
【数１２】
【０１４４】式（１１）は次式（１３）に書き換えられ
る。
【０１４５】
【数１３】
【０１４６】ここで、式（１３）の漸化式を繰り返し用
いると、前記合計無駄時間ｄ後のベクトルＸ(k+d) は、
式（１３）中で定義した行列Ａ及びベクトルＢと目標偏
差空燃比kcmdの時系列データkcmd(k-j) （ｊ＝1,2,…,
d）とを用いて、次式（１４）により表される。
【０１４７】
【数１４】
【０１４８】この場合、式（１４）の左辺の第１行成分
が合計無駄時間ｄ後のＯ2 センサ６の偏差出力VO2(k+d)
であるから、その推定値（推定偏差出力）VO2(k+d)バー
は、式（１４）の右辺の第１行成分を演算することで求
めることができる。
【０１４９】そこで、式（１４）の両辺の第１行成分に
着目し、右辺第１項の行列Ａd の第１行第１列成分及び
第１行第２列成分をそれぞれα1 ，α2 とおき、右辺第
２項のベクトルＡj-1 ・Ｂ（ｊ＝1,2,…,d）の第１行成
分をそれぞれβj （ｊ＝1,2,…,d）とおくと、Ｏ2 セン
サ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーは、Ｏ2 センサ６の偏
差出力VO2 の時系列データVO2(k)及びVO2(k-1)と、スラ
イディングモード制御器２７が求める目標空燃比KCMD
（詳細な求め方は後述する）に相当する目標偏差空燃比
kcmd（＝KCMD−FLAF/BASE ）の過去値の時系列データkc
md(k-j) （ｊ＝1,2,…,d）とを用いて次式（１５）によ
り求めることができる。
【０１５０】
【数１５】
【０１５１】また、式（１５）中の係数値α1 ，α2 及
びβj （ｊ＝1,2,…,d）は、行列Ａ及びベクトルＢの成
分（式（１３）参照）を構成するゲイン係数a1，a2，b1
として、前記同定器２５により求められた同定ゲイン係
数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用い、それらの行列
Ａ及びベクトルＢから前記式（１４）中の行列Ａd 及び
ベクトルＡj-1 ・Ｂ（ｊ＝1,2,…,d）を求めることで決
定することができる。
【０１５２】尚、式（１５）の演算に必要な合計無駄時
間ｄの値としては、前述の如く設定した対象排気系Ｅの
無駄時間d1の設定値と、空燃比操作系の無駄時間d2の設
定値との和（d1＋d2）を用いればよい。
【０１５３】これが、推定器２６により合計無駄時間ｄ
後のＯ2 センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを求める
ための基本的なアルゴリズムである。
【０１５４】ところで、推定偏差出力VO2(k+d)バーを求
めるための基本式である式（１５）中の目標偏差空燃比
kcmdの過去値の時系列データkcmd(k-j) （ｊ＝1,2,…,
d）のうち、現在から空燃比操作系の無駄時間d2以前の
目標偏差空燃比kcmdの過去値の時系列データkcmd(k-d
2)，kcmd(k-d2-1)，…，kcmd(k-d) は前記式（２）によ
って、それぞれ、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの現在
以前に得られるデータkact(k) ，kact(k-1) ，…，kact
(k-d+d2)に置き換えることができる。また、式（１５）
において使用する目標偏差空燃比kcmdは、計算上の空燃
比に相当するものであるのに対し、ＬＡＦセンサ５の偏
差出力kactは、前記空燃比操作系（エンジン１及び機関
側制御ユニット７ｂからなるシステム）が生成したエン
ジン１の実際の空燃比に相当するものである。従って、
エンジン１等の実際の挙動状態に即してＯ2 センサ６の
推定偏差出力VO2(k+d)バーを求め、該推定偏差出力VO2
(k+d)バーの信頼性を高める上では、できるだけ目標偏
差空燃比kcmdよりもＬＡＦセンサ５の偏差出力kactを用
いて推定偏差出力VO2(k+d)バーを求めることが好ましい
と考えられる。
【０１５５】そこで、本実施形態では、推定器２６は、
式（１５）中の目標偏差空燃比kcmdの過去値の時系列デ
ータkcmd(k-j) （ｊ＝1,2,…,d）のうち、現在から空燃
比操作系の無駄時間d2以前の目標偏差空燃比kcmdの過去
値の時系列データkcmd(k-d2)，kcmd(k-d2-1)，…，kcmd
(k-d) の全てをそれぞれ、ＬＡＦセンサ５の偏差出力ka
ctの現在以前に得られるデータkact(k) ，kact(k-1) ，
…，kact(k-d+d2)（尚、kact(k-d+d2)＝kact(k-d1)であ
る）で置き換えてなる次式（１６）により、合計無駄時
間ｄ後のＯ2 センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを制
御サイクル毎に求める。
【０１５６】
【数１６】
【０１５７】換言すれば、推定器２６は、Ｏ2 センサ６
の偏差出力VO2 の時系列データVO2(k)及びVO2(k-1)と、
スライディングモード制御器２７が過去に求めた目標空
燃比KCMDを表す目標偏差空燃比kcmdの過去値のデータkc
md(k-j) （ｊ＝1,…,d2-1 ）と、ＬＡＦセンサ５の偏差
出力kactの時系列データkact(k-j) （ｊ＝０，…，d1）
とを用いて式（１６）の演算を行うことによってＯ2 セ
ンサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを求める。
【０１５８】尚、この式（１６）で用いる無駄時間d1，
d2の値としては、本実施形態ではそれぞれ前述の如く設
定した値を用いる。
【０１５９】具体的には、本実施形態では、d1＝７、d2
＝３に設定しており、この場合には、Ｏ2 センサ６の推
定偏差出力VO2(k+d)バーは、次式（１７）により求める
こととなる。
【０１６０】
【数１７】
【０１６１】これが、本実施形態において推定器２６が
Ｏ2 センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを求めるため
の演算処理（推定アルゴリズム）である。
【０１６２】尚、空燃比操作系の無駄時間d2は、空燃比
操作量決定部１３の制御サイクルの周期、あるいは空燃
比制御を行おうとするエンジン１の回転数等によって
は、d2＝１として設定してもよい場合がある。そしてこ
の場合には、式（１５）中の目標偏差空燃比kcmdの過去
値の時系列データkcmd(k-j) （ｊ＝1,2,…,d）の全てを
それぞれ、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの現在以前に
得られるデータkact(k)，kact(k-1) ，…，kact(k-d+d
2)に置き換えることができる。このため、この場合に
は、式（１５）は、目標偏差空燃比kcmdのデータを含ま
ない次式（１８）に書き換えられる。
【０１６３】
【数１８】
【０１６４】従って、空燃比操作系の無駄時間d2が、空
燃比操作量決定部１３の制御サイクルの周期と同程度で
あるような場合には、推定偏差出力VO2(k+d)バーは、Ｏ
2 センサ６の偏差出力VO2 の時系列データVO2(k)及びVO
2(k-1)と、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの時系列デー
タkact(k-j) （ｊ＝０，…，d1）とを用いて式（１８）
の演算を行うことによって求めることができることとな
る。
【０１６５】また、式（１５）中の目標偏差空燃比kcmd
(k-j) （ｊ＝1,2,…,d）は、式（２）を適用すること
で、形式上は全ての目標偏差空燃比kcmd(k-j) （ｊ＝1,
2,…,d）をそれぞれＬＡＦセンサ５の偏差出力kact(k-j
+d2)（ｊ＝1,2,…,d）で置き換えることができる。但
し、このような置き換えを行っても、空燃比操作系の無
駄時間d2がd2＞１である場合には、ＬＡＦセンサ５の偏
差出力kactの未来値（例えばkact(k+1) ）が必要とな
り、実質的に推定偏差出力VO2(k+d)バーを求めることが
できないものとなる。つまり、d2＞１である場合には、
少なくとも一つの目標偏差空燃比kcmdのデータが必要で
ある。
【０１６６】次に、前記スライディングモード制御器２
７を詳細に説明する。
【０１６７】ここで、まず、一般的なスライディングモ
ード制御について図５を参照して簡単に説明しておく。
【０１６８】スライディングモード制御は、可変構造型
のフィードバック制御手法であり、この制御手法におい
ては、例えば制御対象の制御すべき状態量をｘ1 ，ｘ2
の二つとした場合、これらの状態量ｘ1 ，ｘ2 を変数と
する線形関数σ＝ｓ1 ｘ1 ＋ｓ2 ｘ2 （ｓ1 ，ｓ2 は係
数）を用いて、σ＝０により表される超平面をあらかじ
め設計しておく。尚、この超平面σ＝０は位相空間が二
次系の場合（状態量が二つの場合）は、しばしば切換線
と呼ばれ、線形関数σは切換関数と呼ばれている。位相
空間の次数がさらに大きくなると、切換線から切換面と
なり、さらには幾何学的に図示できなくなる超平面にな
る。また、超平面はすべり面と呼ばれることもある。
【０１６９】そして、このスライディングモード制御
は、例えば図５の点Ｐで示すように、状態量ｘ1 ，ｘ2
がσ≠０となっている場合に、所謂、到達則に従って、
状態量ｘ1 ，ｘ2 をハイゲイン制御によって超平面σ＝
０上に高速で収束させ（モード１）、さらに所謂、等価
制御入力によって状態量ｘ1 ，ｘ2 を超平面σ＝０上に
拘束しつつ超平面σ＝０上の平衡点（ｘ1 ＝ｘ2 ＝０の
点）に収束させる（モード２）ものである。
【０１７０】このようなスライディングモード制御にお
いては、状態量ｘ1 ，ｘ2 を超平面σ＝０上に収束さ
せ、該超平面σ＝０上に拘束させさえすれば、外乱等の
影響を受けることなく、極めて安定に状態量ｘ1 ，ｘ2
を超平面σ＝０の平衡点に収束させることができるとい
う特性をもっている。尚、外乱や制御対象のモデル化誤
差があると、状態量ｘ1 ，ｘ2 は厳密には上記平衡点
（ｘ1 ＝ｘ2 ＝０の点）には収束せず、該平衡点の近傍
に収束する。
【０１７１】一方、かかるスライディングモード制御で
は、上記モード１において状態量ｘ 1 ，ｘ2 を超平面σ
＝０上に収束させるに際しては、外乱等の影響がある
と、前記到達則だけでは、状態量ｘ1 ，ｘ2 を超平面σ
＝０上に安定に収束させることが困難となる場合も多
い。このため、近年では、到達則に加えて、外乱の影響
を排除しつつ状態量を超平面上に収束させるための適応
則を用いた適応スライディングモード制御という手法が
提案されている（例えばコロナ社により１９９４年１０
月２０日に発刊された「スライディングモード制御 −
非線形ロバスト制御の設計理論−」と題する文献の第１
３４頁〜第１３５頁を参照）。
【０１７２】本実施形態の前記スライディングモード制
御器２７は、このような適応スライディングモード制御
を用いて、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT をその目標値VO
2/TARGETに整定させるように（Ｏ2 センサ６の偏差出力
VO2 を「０」に収束させるように）、制御対象である前
記対象排気系Ｅに与えるべき入力（詳しくは、ＬＡＦセ
ンサ５の出力KACT（空燃比の検出値）と前記基準値FLAF
/BASE との偏差の目標値で、これは前記目標偏差空燃比
kcmdに等しい。以下、この入力をＳＬＤ操作入力ｕslと
称する）を決定し、その決定したＳＬＤ操作入力ｕslか
ら前記目標空燃比KCMDを決定するものである。そして、
その処理のためのアルゴリズムは次のように構築されて
いる。
【０１７３】まず、スライディングモード制御器２７の
適応スライディングモード制御に必要な超平面の構築に
ついて説明する。
【０１７４】本実施形態におけるスライディングモード
制御の基本的な考え方としては、制御すべき状態量とし
て、例えば各制御サイクルで得られたＯ2 センサ６の偏
差出力VO2(k)と、その１制御サイクル前に得られた偏差
出力VO2(k-1)とを用い、スライディングモード制御用の
超平面を規定する線形関数σを次式（１９）により定義
する。尚、前記偏差出力VO2(k)，VO2(k-1)を成分とする
ベクトルとして式（１２）及び式（１９）で定義したベ
クトルＸを以下、状態量Ｘという。
【０１７５】
【数１９】
【０１７６】このように線形関数σを定義したとき、ス
ライディングモード制御用の超平面はσ＝０により表さ
れ（この場合、状態量は二つであるので超平面は直線と
なる。図５参照）、この超平面σ＝０の平衡点は、VO2
(k)＝VO2(k-1)＝０となる点、すなわち、Ｏ2 センサ６
の出力VO2/OUT の時系列データVO2/OUT(k)，VO2/OUT(k-
1)が目標値VO2/TARGETに一致するような点である。
【０１７７】この場合、線形関数σの係数s1，s2は、本
実施形態では次式（２０）の条件を満たすように設定す
る。
【０１７８】
【数２０】
【０１７９】この式（２０）の条件は、Ｏ2 センサ６の
偏差出力VO2 を安定に「０」に収束させる（超平面σ＝
０上の状態量Ｘを超平面σ＝０の平衡点に収束させる）
ための条件である。そして、本実施形態では、簡略化の
ために係数s1＝１とし（この場合、s2／s1＝s2であ
る）、−１＜s2＜１の条件を満たすように係数s2の値を
設定している。
【０１８０】尚、本実施形態では、線形関数の変数であ
る状態量として、実際には前記推定器２６により求めら
れる前記推定偏差出力VO2 バーの時系列データを用いる
のであるがこれについては後述する。
【０１８１】一方、上記のように設定された超平面σ＝
０の平衡点に前記状態量Ｘを収束させるためにスライデ
ィングモード制御器２７が適応スライディングモード制
御により生成すべき前記ＳＬＤ操作入力ｕsl（＝目標偏
差空燃比kcmd）は、前記状態量Ｘを超平面σ＝０上に拘
束するための制御則に従って対象排気系Ｅに与えるべき
等価制御入力ｕeqと、状態量Ｘを超平面σ＝０に収束さ
せるための到達則に従って対象排気系Ｅに与えるべき入
力ｕrch （以下、到達則入力ｕrch という）と、外乱等
の影響を補償して状態量Ｘを超平面σ＝０に収束させる
ための適応則に従って対象排気系Ｅに与えるべき入力ｕ
adp （以下、適応則入力ｕadp という）との総和により
表される（次式（２１）参照）。
【０１８２】
【数２１】
【０１８３】そして、これらの等価制御入力ｕeq、到達
則入力ｕrch 及び適応則入力ｕadpは、本実施形態で
は、前記式（１１）により表される離散系モデル（式
（１）中のＬＡＦセンサ５の偏差出力kact(k-d1)を合計
無駄時間ｄを用いた目標偏差空燃比kcmd(k-d) で置き換
えたモデル）に基づいて、次のように決定する。
【０１８４】まず、等価制御入力ｕeqに関し、前記状態
量Ｘが超平面σ＝０上に留まる条件は、σ(k+1) ＝σ
(k) ＝０であり、この条件は、前記式（１１）及び式
（１９）を用いて、次式（２２）に書き換えられる。
【０１８５】
【数２２】
【０１８６】ここで、等価制御入力ｕeqは、状態量Ｘを
超平面σ＝０に拘束するために対象排気系Ｅに与えるべ
き入力であり、上記式（２２）の条件を満たす目標偏差
空燃比kcmdが等価制御入力ｕeqである。
【０１８７】従って、等価制御入力ｕeqは、式（２２）
を整理することで、次式（２３）により与えられる。
【０１８８】
【数２３】
【０１８９】この式（２３）が本実施形態において、制
御サイクル毎に等価制御入力ｕeq(k) を求めるための基
本式である。
【０１９０】次に、前記到達則入力ｕrch は、本実施形
態では、基本的には次式（２４）により決定するものと
する。
【０１９１】
【数２４】
【０１９２】すなわち、到達則入力ｕrch は、前記合計
無駄時間ｄを考慮し、合計無駄時間ｄ後の線形関数σの
値σ(k+d) に比例させるように決定する。
【０１９３】この場合、式（２４）中の係数Ｆ（これは
到達則のゲインを規定する）は、次式（２５）の条件を
満たすように設定する。
【０１９４】
【数２５】
【０１９５】この式（２５）の条件は、外乱等が無い場
合において、線形関数σの値σ(k)を安定に超平面σ＝
０に収束させるための条件である。
【０１９６】尚、線形関数σの値の挙動に関しては、該
線形関数σの値が超平面σ＝０に対して振動的な変化
（所謂チャタリング）を生じる虞れがあり、このチャタ
リングを抑制するためには、到達則入力ｕrch に係わる
係数Ｆは、さらに次式（２６）の条件を満たすように設
定することが好ましい。
【０１９７】
【数２６】
【０１９８】次に、前記適応則入力ｕadp は、本実施形
態では、基本的には次式（２７）により決定するものと
する（式（２７）中のΔＴは空燃比操作量決定部１３の
制御サイクルの周期である）。
【０１９９】
【数２７】
【０２００】すなわち、適応則入力ｕadp は、合計無駄
時間ｄを考慮し、該合計無駄時間ｄ後までの線形関数σ
の値の制御サイクル毎の積算値（これは線形関数σの値
の積分値に相当する）に比例させるように決定する。
【０２０１】この場合、式（２７）中の係数Ｇ（これは
適応則のゲインを規定する）は、次式（２８）の条件を
満たすように設定する。
【０２０２】
【数２８】
【０２０３】この式（２８）の条件は、外乱等によらず
に線形関数σの値σ(k) を安定に超平面σ＝０に収束さ
せるための条件である。
【０２０４】尚、前記式（２０）、（２５）、（２
６）、（２８）の設定条件のより具体的な導出の仕方に
ついては、本願出願人が既に特願平９−２５１１４２号
等にて詳細に説明しているので、ここでは詳細な説明を
省略する。
【０２０５】本実施形態におけるスライディングモード
制御器２７は、基本的には前記式（２３）、（２４）、
（２７）により決定される等価制御入力ｕeq、到達則入
力ｕrch 及び適応則入力ｕadp の総和（ｕeq＋ｕrch ＋
ｕadp ）を対象排気系Ｅに与えるべきＳＬＤ操作入力ｕ
slとして決定するのであるが、前記式（２３）、（２
４）、（２７）で使用するＯ2 センサ６の偏差出力VO2
(k+d)，VO2(k+d-1)や、線形関数σの値σ(k+d) 等は未
来値であるので直接的には得られない。
【０２０６】そこで、本実施形態では、スライディング
モード制御器２７は、実際には、前記式（２３）により
前記等価制御入力ｕeqを決定するためのＯ2 センサ６の
偏差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)の代わりに、前記推定器
２６で求められる推定偏差出力VO2(k+d)バー，VO2(k+d-
1)バーを用い、次式（２９）により制御サイクル毎の等
価制御入力ｕeqを算出する。
【０２０７】
【数２９】
【０２０８】また、本実施形態では、実際には、推定器
２６により前述の如く逐次求められた推定偏差出力VO2
バーの時系列データを制御すべき状態量とし、前記式
（１９）により設定された線形関数σに代えて、次式
（３０）により線形関数σバーを定義する（この線形関
数σバーは、前記式（１９）の偏差出力VO2 の時系列デ
ータを推定偏差出力VO2 バーの時系列データで置き換え
たものに相当する）。
【０２０９】
【数３０】
【０２１０】そして、スライディングモード制御器２７
は、前記式（２４）により前記到達則入力ｕrch を決定
するための線形関数σの値の代わりに、前記式（３０）
により表される線形関数σバーの値を用いて次式（３
１）により制御サイクル毎の到達則入力ｕrch を算出す
る。
【０２１１】
【数３１】
【０２１２】同様に、スライディングモード制御器２７
は、前記式（２７）により前記適応則入力ｕadp を決定
するための線形関数σの値の代わりに、前記式（３０）
により表される線形関数σバーの値を用いて次式（３
２）により制御サイクル毎の適応則入力ｕadp を算出す
る。
【０２１３】
【数３２】
【０２１４】尚、前記式（２９），（３１），（３２）
により等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch 及び適応則
入力ｕadp を算出する際に必要となる前記ゲイン係数a
1，a2，b1としては、本実施形態では基本的には前記同
定器２５により求められた最新の同定ゲイン係数a1(k)
ハット，a2(k) ハット，b1(k) ハットを用いる。
【０２１５】そして、スライディングモード制御器２７
は、前記式（２９）、（３１）、（３２）によりそれぞ
れ求められる等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch 及び
適応則入力ｕadp の総和を対象排気系Ｅに与えるべき前
記ＳＬＤ操作入力ｕslとして求める（前記式（２１）を
参照）。尚、この場合において、前記式（２９）、（３
１）、（３３）中で用いる前記係数s1，s2，Ｆ, Ｇの設
定条件は前述の通りである。
【０２１６】これが、本実施形態において、スライディ
ングモード制御器２７により、対象排気系Ｅに与えるべ
きＳＬＤ操作入力ｕsl（＝目標偏差空燃比kcmd）を制御
サイクル毎に決定するための基本的な演算処理（アルゴ
リズム）である。このようにしてＳＬＤ操作入力ｕslを
決定することで、該ＳＬＤ操作入力ｕslは、Ｏ2 センサ
６の推定偏差出力VO2 バーを「０」に収束させるように
（結果的にはＯ2 センサ６の出力VO2 を目標値VO2/TARG
ETに収束させるように）決定される。
【０２１７】ところで、本実施形態におけるスライディ
ングモード制御器２７は最終的には前記目標空燃比KCMD
を制御サイクル毎に逐次求めるものあるが、前述のよう
に求められるＳＬＤ操作入力ｕslは、ＬＡＦセンサ５で
検出される排ガスの空燃比と前記基準値FLAF/BASE との
偏差の目標値、すなわち前記目標偏差空燃比kcmdであ
る。このため、スライディングモード制御器２７は、最
終的には、次式（３３）に示すように、制御サイクル毎
に、前述の如く求めたＳＬＤ操作入力ｕslに前記基準値
FLAF/BASE を加算することで、目標空燃比KCMDを決定す
る。
【０２１８】
【数３３】
【０２１９】以上が本実施形態でスライディングモード
制御器２７により目標空燃比KCMDを決定するための基本
的アルゴリズムである。
【０２２０】尚、本実施形態では、スライディングモー
ド制御器２７による適応スライディングモード制御の処
理の安定性を判別して、前記ＳＬＤ操作入力ｕslの値を
制限したりするのであるが、これについては後述する。
【０２２１】次に、前記機関側制御ユニット７ｂの大局
的フィードバック制御部１５、特に前記適応制御器１８
をさらに説明する。
【０２２２】前記図１を参照して、大局的フィードバッ
ク制御部１５は、前述のようにＬＡＦセンサ５の出力KA
CT（空燃比の検出値）を目標空燃比KCMDに収束させるよ
うにフィードバック制御を行うものであるが、このと
き、このようなフィードバック制御を周知のＰＩＤ制御
だけで行うようにすると、エンジン１の運転状態の変化
や経年的特性変化等、動的な挙動変化に対して、安定し
た制御性を確保することが困難である。
【０２２３】前記適応制御器１８は、上記のようなエン
ジン１の動的な挙動変化を補償したフィードバック制御
を可能とする漸化式形式の制御器であり、Ｉ．Ｄ．ラン
ダウ等により提唱されているパラメータ調整則を用い
て、図６に示すように、複数の適応パラメータを設定す
るパラメータ調整部２８と、設定された適応パラメータ
を用いて前記フィードバック操作量KSTRを算出する操作
量算出部２９とにより構成されている。
【０２２４】ここで、パラメータ調整部２８について説
明すると、ランダウ等の調整則では、離散系の制御対象
の伝達関数Ｂ（Ｚ-1）／Ａ（Ｚ-1）の分母分子の多項式
を一般的に下記の式（３４），（３５）のようにおいた
とき、パラメータ調整部２８が設定する適応パラメータ
θハット(j) （ｊは制御サイクルの番数を示す）は、式
（３６）のようにベクトル（転置ベクトル）で表され
る。また、パラメータ調整部２８への入力ζ(j) は、式
（３７）のように表される。この場合、本実施形態で
は、大局的フィードバック制御部１５の制御対象である
エンジン１が一次系で３制御サイクル分の無駄時間ｄp
（エンジン１の燃焼サイクルの３サイクル分の時間）を
持つプラントと考え、式（３４）〜式（３７）でｍ＝ｎ
＝１，ｄp ＝３とし、設定する適応パラメータはｓ0 ，
ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ，ｂ0 の５個とした（図６参照）。
尚、式（３７）の上段式及び中段式におけるｕs ，ｙs
は、それぞれ、制御対象への入力（操作量）及び制御対
象の出力（制御量）を一般的に表したものであるが、本
実施形態では、上記入力をフィードバック操作量KSTR、
制御対象（エンジン１）の出力を前記ＬＡＦセンサ５の
出力KACT（空燃比の検出値）とし、パラメータ調整部２
８への入力ζ(j) を、式（３７）の下段式により表す
（図６参照）。
【０２２５】
【数３４】
【０２２６】
【数３５】
【０２２７】
【数３６】
【０２２８】
【数３７】
【０２２９】ここで、前記式（３６）に示される適応パ
ラメータθハットは、適応制御器１８のゲインを決定す
るスカラ量要素ｂ0 ハット-1（Ｚ-1，ｊ）、操作量を用
いて表現される制御要素ＢR ハット（Ｚ-1，ｊ）、及び
制御量を用いて表現される制御要素Ｓ（Ｚ-1，ｊ）から
なり、それぞれ、次式（３８）〜（４０）により表現さ
れる（図６の操作量算出部２９のブロック図を参照）。
【０２３０】
【数３８】
【０２３１】
【数３９】
【０２３２】
【数４０】
【０２３３】パラメータ調整部２８は、これらのスカラ
量要素や制御要素の各係数を設定して、それを式（３
６）に示す適応パラメータθハットとして操作量算出部
２９に与えるもので、現在から過去に渡るフィードバッ
ク操作量KSTRの時系列データとＬＡＦセンサ５の出力KA
CTとを用いて、該出力KACTが前記目標空燃比KCMDに一致
するように、適応パラメータθハットを算出する。
【０２３４】この場合、具体的には、適応パラメータθ
ハットは、次式（４１）により算出する。
【０２３５】
【数４１】
【０２３６】同式（４１）において、Γ(j) は、適応パ
ラメータθハットの設定速度を決定するゲイン行列（こ
の行列の次数はｍ＋ｎ＋ｄp ）、ｅアスタリスク(j)
は、適応パラメータθハットの推定誤差を示すもので、
それぞれ式（４２），（４３）のような漸化式で表され
る。
【０２３７】
【数４２】
【０２３８】
【数４３】
【０２３９】ここで、式（４３）中の「Ｄ（Ｚ-1）」
は、収束性を調整するための、漸近安定な多項式であ
り、本実施形態ではＤ（Ｚ-1）＝１としている。
【０２４０】尚、式（４２）のλ1(j)，λ2(j)の選び方
により、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリ
ズム、固定トレースアルゴリズム、固定ゲインアルゴリ
ズム等の種々の具体的なアルゴリズムが得られる。エン
ジン１の燃料噴射あるいは空燃比等の時変プラントで
は、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリズ
ム、固定ゲインアルゴリズム、および固定トレースアル
ゴリズムのいずれもが適している。
【０２４１】前述のようにパラメータ調整部２８により
設定される適応パラメータθハット（ｓ0 ，ｒ1 ，
ｒ2 ，ｒ3 ，ｂ0 ）と、前記空燃比操作量決定部１３に
より決定される目標空燃比KCMDとを用いて、操作量算出
部２９は、次式（４４）の漸化式により、フィードバッ
ク操作量KSTRを求める。図６の操作量算出部２９は、同
式（４４）の演算をブロック図で表したものである。
【０２４２】
【数４４】
【０２４３】尚、式（４４）により求められるフィード
バック操作量KSTRは、ＬＡＦセンサ５の出力KACTが目標
空燃比KCMDに一致する状態において、「目標空燃比KCM
D」となる。このために、前述の如く、フィードバック
操作量KSTRを除算処理部１９によって目標空燃比KCMDで
除算することで、前記フィードバック補正係数KFB とし
て使用できるフィードバック操作量kstrを求めるように
している。
【０２４４】このように構築された適応制御器１８は、
前述したことから明らかなように、制御対象であるエン
ジン１の動的な挙動変化を考慮した漸化式形式の制御器
であり、換言すれば、エンジン１の動的な挙動変化を補
償するために、漸化式形式で記述された制御器である。
そして、より詳しくは、漸化式形式の適応パラメータ調
整機構を備えた制御器と定義することができる。
【０２４５】尚、この種の漸化式形式の制御器は、所
謂、最適レギュレータを用いて構築する場合もあるが、
この場合には、一般にはパラメータ調整機構は備えられ
ておらず、エンジン１の動的な挙動変化を補償する上で
は、前述のように構成された適応制御器１８が好適であ
る。
【０２４６】以上が、本実施形態で採用した適応制御器
１８の詳細である。
【０２４７】尚、適応制御器１８と共に、大局的フィー
ドバック制御部１５に具備したＰＩＤ制御器１７は、一
般のＰＩＤ制御と同様に、ＬＡＦセンサ５の出力KACT
と、その目標空燃比KCMDとの偏差から、比例項（Ｐ
項）、積分項（Ｉ項）及び微分項（Ｄ項）を算出し、そ
れらの各項の総和をフィードバック操作量KLAFとして算
出する。この場合、本実施形態では、積分項（Ｉ項）の
初期値を“１”とすることで、ＬＡＦセンサ５の出力KA
CTが目標空燃比KCMDに一致する状態において、フィード
バック操作量KLAFが“１”になるようにし、該フィード
バック操作量KLAFをそのまま燃料噴射量を補正するため
の前記フィードバック補正係数KFB として使用すること
ができるようしている。また、比例項、積分項及び微分
項のゲインは、エンジン１の回転数と吸気圧とから、あ
らかじめ定められたマップを用いて決定される。
【０２４８】また、大局的フィードバック制御部１５の
前記切換部２０は、エンジン１の冷却水温の低温時や、
高速回転運転時、吸気圧の低圧時等、エンジン１の燃焼
が不安定なものとなりやすい場合、あるいは、目標空燃
比KCMDの変化が大きい時や、空燃比のフィードバック制
御の開始直後等、これに応じたＬＡＦセンサ６の出力KA
CTが、そのＬＡＦセンサ５の応答遅れ等によって、信頼
性に欠ける場合、あるいは、エンジン１のアイドル運転
時のようエンジン１の運転状態が極めて安定していて、
適応制御器１８による高ゲイン制御を必要としない場合
には、ＰＩＤ制御器１７により求められるフィードバッ
ク操作量KLAFを燃料噴射量を補正するためのフィードバ
ック補正量数KFB として出力する。そして、上記のよう
な場合以外の状態で、適応制御器１８により求められる
フィードバック操作量KSTRを目標空燃比KCMDで除算して
なるフィードバック操作量kstrを燃料噴射量を補正する
ためのフィードバック補正係数KFB として出力する。こ
れは、適応制御器１８が、高ゲイン制御で、ＬＡＦセン
サ５の出力KACTを急速に目標空燃比KCMDに収束させるよ
うに機能するため、上記のようにエンジン１の燃焼が不
安定となったり、ＬＡＦセンサ５の出力KACTの信頼性に
欠ける等の場合に、適応制御器１８のフィードバック操
作量KSTRを用いると、かえって空燃比の制御が不安定な
ものとなる虞れがあるからである。
【０２４９】このような切換部２０の作動は、例えば特
開平８−１０５３４５号公報に本願出願人が詳細に開示
しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【０２５０】次に本実施形態の装置の作動の詳細を説明
する。
【０２５１】ここで、まず、制御ユニット７が行う処理
の制御サイクルについて説明しておく。前記エンジン１
の空燃比の制御は、該エンジン１の回転数に同期させる
必要があり、このため、本実施形態では、機関側制御ユ
ニット７ｂによる処理は、エンジン１のクランク角周期
（所謂ＴＤＣ）に同期した制御サイクルで行うようにし
ている。また、この場合、ＬＡＦセンサ５やＯ2 センサ
６等の各種センサの出力データの読込もクランク角周期
（所謂ＴＤＣ）に同期した制御サイクルで行うようにし
ている。
【０２５２】一方、前記排気側制御ユニット７ａにおけ
る目標空燃比KCMDの決定処理は、触媒装置３に存する無
駄時間や演算負荷等を考慮すると一定周期の制御サイク
ルで行うことが好ましい。このため、本実施形態では、
排気側制御ユニット７ａにおける処理は一定周期（例え
ば３０〜１００ｍｓ）の制御サイクルで行うようにして
いる。
【０２５３】尚、この一定周期は、制御対象である触媒
装置３の種類や反応速度、容積等に応じて決定すればよ
い。また、本実施形態では、上記一定周期の時間間隔は
前記クランク角周期（ＴＤＣ）の時間間隔よりも大きく
設定されている。
【０２５４】以上のことを前提として、まず、図７及び
図８のフローチャートを参照して、前記機関側和制御ユ
ニット７ｂによるエンジン１の空燃比の制御のためのエ
ンジン１の各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴout(n=1,2,3,
4)の算出処理について説明する。機関側制御ユニット７
ｂは、各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴout の算出処理を
エンジン１のクランク角周期と同期した制御サイクルで
次のように行う。
【０２５５】まず、図７を参照して、機関側制御ユニッ
ト７ｂは前記ＬＡＦセンサ５及びＯ 2 センサ６を含む各
種センサの出力を読み込む（ＳＴＥＰａ）。この場合、
ＬＡＦセンサ５の出力KACT及びＯ2 センサ６の出力VO2/
OUT はそれぞれ過去に得られたものを含めて時系列的に
図示しないメモリに記憶保持される。
【０２５６】次いで、基本燃料噴射量算出部８によっ
て、前述の如くエンジン１の回転数NE及び吸気圧PBに対
応する燃料噴射量をスロットル弁の有効開口面積に応じ
て補正してなる基本燃料噴射量Ｔimが求められ（ＳＴＥ
Ｐｂ）、さらに、第１補正係数算出部９によって、エン
ジン１の冷却水温やキャニスタのパージ量等に応じた第
１補正係数KTOTALが算出される（ＳＴＥＰｃ）。
【０２５７】次いで、機関側制御ユニット７ｂは、空燃
比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KCMDを使用
するか否か（ここでは、空燃比操作量決定部１３のＯＮ
／ＯＦＦという）の判別処理を行って、空燃比操作量決
定部１３のＯＮ／ＯＦＦを規定するフラグf/prism/onの
値を設定する（ＳＴＥＰｄ）。尚、フラグf/prism/onの
値は、それが「０」のとき、空燃比操作量決定部１３で
生成される目標空燃比KCMDを使用しないこと（ＯＦＦ）
を意味し、「１」のとき、空燃比操作量決定部１３で生
成される目標空燃比KCMDを使用すること（ＯＮ）を意味
する。
【０２５８】上記の判別処理では、図８に示すように、
Ｏ2 センサ６及びＬＡＦセンサ５が活性化しているか否
かの判別（ＳＴＥＰｄ−１，ｄ−２）が行われ、いずれ
かが活性化していない場合には、空燃比操作量決定部１
３の処理に使用するＯ2 センサ６及びＬＡＦセンサ５の
検出データを精度よく得ることができないため、フラグ
f/prism/onの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１
０）。
【０２５９】また、エンジン１のリーン運転中（希薄燃
焼運転）であるか否か（ＳＴＥＰｄ−３）、エンジン１
の始動直後の触媒装置３の早期活性化を図るためにエン
ジン１の点火時期が遅角側に制御されているか否か（Ｓ
ＴＥＰｄ−４）、エンジン１のスロットル弁が全開であ
るか否か（ＳＴＥＰｄ−５）、及びエンジン１への燃料
供給の停止中であるか否か（ＳＴＥＰｄ−６）の判別が
行われ、これらのいずれかの条件が成立している場合に
は、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KC
MDを使用してエンジン１の燃料供給を制御することは好
ましくないので、フラグf/prism/onの値を「０」にセッ
トする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０２６０】さらに、エンジン１の回転数NE及び吸気圧
PBがそれぞれ所定範囲内にあるか否かの判別が行われ
（ＳＴＥＰｄ−７，ｄ−８）、いずれかが所定範囲内に
ない場合には、空燃比操作量決定部１３で生成される目
標空燃比KCMDを使用してエンジン１の燃料供給を制御す
ることは好ましくないので、フラグf/prism/onの値を
「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０２６１】そして、ＳＴＥＰｄ−１，ｄ−２，ｄ−
７，ｄ−８の条件が満たされ、且つ、ＳＴＥＰｄ−３，
ｄ−４，ｄ−５，ｄ−６の条件が成立していない場合
に、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KC
MDをエンジン１の燃料供給の制御に使用すべく、フラグ
f/prism/onの値を「１」にセットする（ＳＴＥＰｄ−
９）。
【０２６２】図７に戻って、上記のようにフラグf/pris
m/onの値を設定した後、機関側制御ユニット７ｂは、フ
ラグf/prism/onの値を判断し（ＳＴＥＰｅ）、f/prism/
on＝１である場合には、空燃比操作量決定部１３で生成
された最新の目標空燃比KCMDを読み込む（ＳＴＥＰ
ｆ）。また、f/prism/on＝０である場合には、目標空燃
比KCMDを所定値に設定する（ＳＴＥＰｇ）。この場合、
目標空燃比KCMDとして設定する所定値は、例えばエンジ
ン１の回転数NEや吸気圧PBからあらかじめ定めたマップ
等を用いて決定する。
【０２６３】次いで、機関側制御ユニット７ｂは、前記
局所的フィードバック制御部１６において、前述の如く
オブザーバ２１によりＬＡＦセンサ５の出力KACTから推
定した各気筒毎の実空燃比#nA/F に基づき、ＰＩＤ制御
器２２により、各気筒毎のばらつきを解消するようにフ
ィードバック補正係数#nKLAFを算出し（ＳＴＥＰｈ）、
さらに、大局的フィードバック制御部１５により、フィ
ードバック補正係数KFB を算出する（ＳＴＥＰｉ）。
【０２６４】この場合、大局的フィードバック制御部１
５は、前述の如く、ＰＩＤ制御器１７により求められる
フィードバック操作量KLAFと、適応制御器１８により求
められるフィードバック操作量KSTRを目標空燃比KCMDで
除算してなるフィードバック操作量kstrとから、切換部
２０によってエンジン１の運転状態等に応じていずれか
一方のフィードバック操作量KLAF又はkstrを選択し（通
常的には適応制御器１８側のフィードバック操作量kstr
を選択する）、それを燃料噴射量を補正するためのフィ
ードバック補正量数KFB として出力する。
【０２６５】尚、フィードバック補正係数KFB を、ＰＩ
Ｄ制御器１７側のフィードバック操作量KLAFから適応制
御器１８側のフィードバック操作量kstrに切り換える際
には、該補正係数KFB の急変を回避するために、適応制
御器１８は、その切換えの際の制御サイクルに限り、補
正係数KFB を前回の補正係数KFB （＝KLAF）に保持する
ように、フィードバック操作量KSTRを求める。同様に、
補正係数KFB を、適応制御器１８側のフィードバック操
作量kstrからＰＩＤ制御器１７側のフィードバック操作
量KLAFに切り換える際には、ＰＩＤ制御器１７は、自身
が前回の制御サイクルで求めたフィードバック操作量KL
AFが、前回の補正係数KFB （＝kstr）であったものとし
て、今回の補正係数KLAFを算出する。
【０２６６】上記のようにしてフィードバック補正係数
KFB が算出された後、さらに、前記ＳＴＥＰｆあるいは
ＳＴＥＰｇで決定された目標空燃比KCMDに応じた第２補
正係数KCMDM が第２補正係数算出部１０により算出され
る（ＳＴＥＰｊ）。
【０２６７】次いで、制御ユニット７は、前述のように
求められた基本燃料噴射量Ｔimに、第１補正係数KTOTA
L、第２補正係数KCMDM 、フィードバック補正係数KFB
、及び各気筒毎のフィードバック補正係数#nKLAFを乗
算することで、各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴout を求
める（ＳＴＥＰｋ）。そして、この各気筒毎の出力燃料
噴射量#nＴout が、付着補正部２３によって、エンジン
１の吸気管の壁面付着を考慮した補正を施された後（Ｓ
ＴＥＰｍ）、エンジン１の図示しない燃料噴射装置に出
力される（ＳＴＥＰｎ）。
【０２６８】そして、エンジン１にあっては、各気筒毎
の出力燃料噴射量#nＴout に従って、各気筒への燃料噴
射が行われる。
【０２６９】以上のような各気筒毎の出力燃料噴射量#n
Ｔout の算出及びそれに応じたエンジン１への燃料噴射
がエンジン１のクランク角周期に同期したサイクルタイ
ムで逐次行われ、これによりＬＡＦセンサ５の出力KACT
（空燃比の検出値）が、目標空燃比KCMDに収束するよう
に、エンジン１の空燃比が制御される。この場合、特
に、フィードバック補正係数KFB として、適応制御器１
８側のフィードバック操作量kstrを使用している状態で
は、エンジン１の運転状態の変化や特性変化等の挙動変
化に対して、高い安定性を有して、ＬＡＦセンサ５の出
力KACTが迅速に目標空燃比KCMDに収束制御される。ま
た、エンジン１が有する応答遅れの影響も適正に補償さ
れる。
【０２７０】一方、前述のようなエンジン１の制御と並
行して、前記空燃比操作量決定部１３は、一定周期の制
御サイクルで図９のフローチャートに示すメインルーチ
ン処理を行う。
【０２７１】すなわち、図９のフローチャートを参照し
て、空燃比操作量決定部１３は、まず、自身の演算処理
（前記同定器２５、推定器２６及びスライディングモー
ド制御器２７の演算処理）を実行するか否かの判別処理
を行って、その実行の可否を規定するフラグf/prism/ca
l の値を設定する（ＳＴＥＰ１）。尚、フラグf/prism/
cal の値は、それが「０」のとき、空燃比操作量決定部
１３における演算処理を行わないことを意味し、「１」
のとき、空燃比操作量決定部１３における演算処理を行
うことを意味する。
【０２７２】上記の判別処理は、図１０のフローチャー
トに示すように行われる。
【０２７３】すなわち、前記図７のＳＴＥＰｄの場合と
同様に、Ｏ2 センサ６及びＬＡＦセンサ５が活性化して
いるか否かの判別が行われ（ＳＴＥＰ１−１，１−
２）、いずれかが活性化していない場合には、空燃比操
作量決定部１３の演算処理に使用するＯ2 センサ６及び
ＬＡＦセンサ５の検出データを精度よく得ることができ
ないため、フラグf/prism/cal の値を「０」にセットす
る（ＳＴＥＰ１−６）。さらにこのとき、同定器２５の
後述する初期化を行うために、その初期化を行うか否か
を規定するフラグf/id/resetの値を「１」にセットする
（ＳＴＥＰ１−７）。ここで、フラグf/id/resetの値
は、それが「１」であるとき、初期化を行うことを意味
し、「０」であるとき、初期化を行わないことを意味す
る。
【０２７４】また、エンジン１のリーン運転中（希薄燃
焼運転）であるか否か（ＳＴＥＰ１−３）、及びエンジ
ン１の始動直後の触媒装置３の早期活性化を図るために
エンジン１の点火時期が遅角側に制御されているか否か
（ＳＴＥＰ１−４）の判別が行われる。これらのいずれ
かの条件が成立している場合には、Ｏ2 センサ６の出力
VO2/OUT を目標値VO2/TARGETに整定させるような目標空
燃比KCMDを算出しても、それがエンジン１の燃料制御に
使用されることはないので、フラグf/prism/cal の値を
「０」にセットし（ＳＴＥＰ１−６）、さらに同定器２
５の初期化を行うために、フラグf/id/resetの値を
「１」にセットする（ＳＴＥＰ１−７）。
【０２７５】図９に戻って、上記のような判別処理を行
った後、空燃比操作量決定部１３は、さらに、同定器２
５による前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）処理を
実行するか否かの判別処理を行って、その実行の可否を
規定するフラグf/id/calの値を設定する（ＳＴＥＰ
２）。尚、フラグf/id/calの値は、それが「０」のと
き、同定器２５による前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定
（更新）処理を行わないことを意味し、「１」のとき、
同定（更新）処理を行うことを意味する。
【０２７６】このＳＴＥＰ２の判別処理は、図１１のフ
ローチャートに示すように行われる。
【０２７７】すなわち、エンジン１のスロットル弁が全
開であるか否か（ＳＴＥＰ２−１）、及びエンジン１へ
の燃料供給の停止中であるか否か（ＳＴＥＰ２−２）の
判別が行われる。これらのいずれかの条件が成立してい
る場合には、前記ゲイン係数a1,a2,b1を適正に同定する
ことが困難であるため、フラグf/id/calの値を「０」に
セットする（ＳＴＥＰ２−４）。そして、ＳＴＥＰ２−
１〜２−３のいずれの条件も成立していない場合には、
同定器２５による前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更
新）処理を実行すべくフラグf/id/calの値を「１」にセ
ットする（ＳＴＥＰ２−３）。
【０２７８】図９に戻って、空燃比操作量決定部１３
は、次に、前記減算処理部１１，１２からそれぞれ最新
の前記偏差出力kact(k) （＝KACT−FLAF/BASE ）及びVO
2(k)（＝VO2/OUT −VO2/TARGET）を取得する（ＳＴＥＰ
３）。この場合、減算処理部１１，１２は、前記図７の
ＳＴＥＰａにおいて取り込まれて図示しないメモリに記
憶されたＬＡＦセンサ５の出力KACT及びＯ2 センサ６の
出力VO2/OUT の時系列データの中から、最新のものを選
択して前記偏差出力kact(k) 及びVO2(k)を算出し、それ
を空燃比操作量決定部１３に与える。そして、該空燃比
操作量決定部１３に与えられた偏差出力kact(k) 及びVO
2(k)は、該空燃比操作量決定部１３内において、過去に
与えられたものを含めて時系列的に図示しないメモリに
記憶保持される。
【０２７９】次いで、空燃比操作量決定部１３は、前記
ＳＴＥＰ１で設定されたフラグf/prism/cal の値を判断
し（ＳＴＥＰ４）、f/prism/cal ＝０である場合、すな
わち、空燃比操作量決定部１３の演算処理を行わない場
合には、スライディングモード制御器２７で求めるべき
前記対象排気系ＥへのＳＬＤ操作入力ｕsl（目標偏差空
燃比kcmd）を強制的に所定値に設定する（ＳＴＥＰ１
２）。この場合、該所定値は、例えばあらかじめ定めた
固定値（例えば「０」）あるいは前回の制御サイクルで
決定したＳＬＤ操作入力ｕslの値とする。尚、このよう
にＳＬＤ操作入力ｕslを所定値とした場合において、空
燃比操作量決定部１３は、その所定値のＳＬＤ操作入力
ｕslに前記基準値FLAF/BASE を加算することで、今回の
制御サイクルにおける目標空燃比KCMDを決定し（ＳＴＥ
Ｐ１３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【０２８０】一方、ＳＴＥＰ４の判断で、f/prism/cal
＝１である場合、すなわち、空燃比操作量決定部１３の
演算処理を行う場合には、空燃比操作量決定部１３は、
まず、前記同定器２５による演算処理を行う（ＳＴＥＰ
５）。
【０２８１】この同定器２５による演算処理は図１２の
フローチャートに示すように行われる。
【０２８２】すなわち、同定器２５は、まず、前記ＳＴ
ＥＰ２で設定されたフラグf/id/calの値を判断する（Ｓ
ＴＥＰ５−１）。このときf/id/cal＝０であれば、前述
の通り同定器２５によるゲイン係数a1,a2,b1の同定処理
を行わないので、直ちに図９のメインルーチンに復帰す
る。
【０２８３】一方、f/id/cal＝１であれば、同定器２５
は、さらに該同定器２５の初期化に係わる前記フラグf/
id/resetの値（これは、前記ＳＴＥＰ１でその値が設定
される）を判断し（ＳＴＥＰ５−２）、f/id/reset＝１
である場合には、同定器２５の初期化を行う（ＳＴＥＰ
５−３）。この初期化では、前記同定ゲイン係数a1ハッ
ト，a2ハット，b1ハットの各値があらかじめ定めた初期
値に設定され（式（４）の同定ゲイン係数ベクトルΘの
初期化）、また、前記式（９）の行列Ｐ（対角行列）の
各成分があらかじめ定めた初期値に設定される。さら
に、フラグf/id/resetの値は「０」にリセットされる。
【０２８４】次いで、同定器２５は、現在の同定ゲイン
係数a1(k-1) ハット，a2(k-1) ハット，b1(k-1) ハット
を用いて表される対象排気系Ｅの離散系モデル（前記式
（３）参照）におけるＯ2 センサ６の前記同定偏差出力
VO2(k)ハットを、前記ＳＴＥＰ３で制御サイクル毎に取
得される偏差出力VO2 及びkactの過去のデータVO2(k-
1)，VO2(k-2)，kact(k-d-1) と、上記同定ゲイン係数a1
(k-1) ハット，a2(k-1)ハット，b1(k-1) ハットとを用
いて前記式（３）あるいはこれと等価の前記式（６）に
より算出する（ＳＴＥＰ５−４）。
【０２８５】さらに同定器２５は、新たな同定ゲイン係
数a1ハット，a2ハット，b1ハットを決定する際に使用す
る前記ベクトルＫθ(k) を式（９）により算出した後
（ＳＴＥＰ５−５）、前記同定誤差id/e（離散系モデル
上でのＯ2 センサの同定偏差出力VO2 ハットと、実際の
偏差出力VO2 との偏差。式（７）参照）を算出する（Ｓ
ＴＥＰ５−６）。
【０２８６】ここで、ＳＴＥＰ５−６で求める同定誤差
id/eは、基本的には、前記式（７）の演算により算出す
ればよいのであるが、本実施形態では、例えば図１３の
ブロック図で示すように前記ＳＴＥＰ３（図９参照）で
制御サイクル毎に取得する偏差出力VO2 と、前記ＳＴＥ
Ｐ５−４で制御サイクル毎に算出する同定偏差出力VO2
ハットとから式（７）の演算により得られた値（＝VO2
−VO2 ハット）に、さらにローパス特性のフィルタリン
グを施すことで同定誤差id/eを求める。
【０２８７】これは、触媒装置３を含む対象排気系Ｅは
一般にローパス特性を有するため、該対象排気系Ｅの離
散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1を適正に同定する上で
は、対象排気系Ｅの低周波数側の挙動を重視することが
好ましいからである。
【０２８８】尚、このようなフィルタリングは、結果的
に、偏差出力VO2 及び同定偏差出力VO2 ハットの両者に
同じローパス特性のフィルタリングが施されていればよ
く、例えば偏差出力VO2 及び同定偏差出力VO2 ハットに
それぞれ各別にフィルタリングを施した後に式（７）の
演算を行って同定誤差id/eを求めるようにしてもよい。
但し、本実施形態のように式（７）の演算を行った後
に、フィルタリングを施して同定誤差id/eを求めること
で、次のような利点も生じる。すなわち、例えば空燃比
操作量決定部１３に取り込まれるＬＡＦセンサ５の偏差
出力kactやＯ2 センサ６の偏差出力VO2 の分解能が、空
燃比操作量決定部１３の演算処理上の分解能よりも低い
場合には、式（７）による演算結果の値は比較的顕著な
ステップ的な変化を呈するものとなるが、それにフィル
タリングを施すことによって、同定誤差id/eの変化を滑
らかなものとすることができる。
【０２８９】また、前記のフィルタリングは、例えばデ
ィジタルフィルタの一手法である移動平均処理によって
行われる。
【０２９０】上記のようにして同定誤差id/eを求めた
後、同定器２５は、該同定誤差id/eと、前記ＳＴＥＰ５
−５で算出されたＫθとを用いて前記式（８）により新
たな同定ゲイン係数ベクトルΘ(k) 、すなわち、新たな
同定ゲイン係数a1(k) ハット，a2(k) ハット，b1(k) ハ
ットを算出する（ＳＴＥＰ５−７）。
【０２９１】さらに同定器２５は、以下に説明する如
く、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハット（同
定ゲイン係数ベクトルΘの要素）の値を、所定の条件を
満たすように制限する処理を行う（ＳＴＥＰ５−８）。
【０２９２】この場合、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハ
ット、b1ハットの値を制限するための前記所定の条件
は、前記式（１）で表した対象排気系Ｅの離散系モデル
の応答遅れ要素（より詳しくは式（１）右辺の１次目の
自己回帰項及び２次目の自己回帰項）に係わる同定ゲイ
ン係数a1ハット、a2ハットの値の組み合わせを所定の組
み合わせに制限するための条件（以下、第１制限条件と
いう）と、上記離散系モデルの無駄時間要素に係わる同
定ゲイン係数b1ハットの値を制限するための条件（以
下、第２制限条件という）とがある。
【０２９３】ここで、これらの第１及び第２制限条件、
並びにＳＴＥＰ５−８の具体的な処理内容を説明する前
に、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットの値
を制限する理由を説明しておく。
【０２９４】本願発明者等の知見によれば、本実施形態
の装置において、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、
b1ハットの値を特に制限しない場合には、Ｏ2 センサ６
の出力VO2/OUT がその目標値VO2/TARGETに安定して制御
されている状態で、スライディングモード制御器２７に
より求められる目標空燃比KCMDが平滑的な時間変化を呈
する状況と、高周波振動的な時間変化を呈する状況との
二種類の状況が生じることが判明した。この場合、いず
れの状況においても、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT をそ
の目標値VO2/TARGETに制御する上では支障がないもの
の、目標空燃比KCMDが高周波振動的な時間変化を呈する
状況は、該目標空燃比KCMDに基づいて制御されるエンジ
ン１の円滑な運転を行う上では、あまり好ましくない。
【０２９５】そして、上記の現象について本願発明者等
が検討したところ、スライディングモード制御器２７が
求める目標空燃比KCMDが平滑的なものとなるか高周波振
動的なものとなるかは、同定器２５により同定するゲイ
ン係数a1，a2の値の組み合わせや、ゲイン係数b1の値の
影響を受けることが判明した。
【０２９６】このために、本実施形態では、前記第１制
限条件と第２制限条件とを適切に設定し、これらの条件
により、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値の組み
合わせや、同定ゲイン係数b1ハットの値を適切に制限す
ることで、目標空燃比KCMDが高周波振動的なものとなる
ような状況を排除する。
【０２９７】この場合、本実施形態では前記第１制限条
件及び第２制限条件は次のように設定する。
【０２９８】まず、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット
の値の組み合わせを制限するための第１制限条件に関
し、本願発明者等の検討によれば、目標空燃比KCMDが平
滑的なものとなるか高周波振動的なものとなるかは、ゲ
イン係数a1，a2の値により定まる前記式（１５）〜（１
８）の係数値α1 ，α2 、すなわち、前記推定器２６が
前記推定偏差出力VO2(k+d)バーを求めるために使用する
前記係数値α1 ，α2 （これらの係数値α1 ，α2 は前
記式（１３）で定義した行列Ａの巾乗Ａd の第１行第１
列成分及び第１行第２列成分である）の組み合わせが密
接に関連している。
【０２９９】具体的には、図１４に示すように係数値α
1 ，α2 をそれぞれ成分とする座標平面を設定したと
き、係数値α1 ，α2 の組により定まる該座標平面上の
点が図１４の斜線を付した領域（三角形Ｑ1 Ｑ2 Ｑ3 で
囲まれた領域（境界を含む）。以下、この領域を推定係
数安定領域という）に存するとき、目標空燃比KCMDの時
間的変化が平滑的なものとなりやすい。逆に、係数値α
1 ，α2 の組により定まる点が上記の推定係数安定領域
を逸脱しているような場合には、目標空燃比KCMDの時間
的変化が高周波振動的なものとなったり、あるいは、Ｏ
2 センサ６の出力VO2/OUT の目標値VO2/TARGETへの制御
性が悪化しやすい。
【０３００】従って、同定器２５により同定するゲイン
係数ａ1 ，ａ2 の値、すなわち同定ゲイン係数a1ハッ
ト、a2ハットの値の組み合わせは、これらの値により定
まる係数値α1 ，α2 の組に対応する図１４の座標平面
上の点が上記推定係数安定領域内に存するように制限す
ることが好ましい。
【０３０１】尚、図１４において、上記推定係数安定領
域を含んで座標平面上に表した三角形領域Ｑ1 Ｑ4 Ｑ3
は、次式（４５）により定義される系、すなわち、前記
式（１１）の右辺のVO2(k)及びVO2(k-1)をそれぞれVO2
(k)バー及びVO2(k-1)バー（これらのVO2(k)バー及びVO2
(k-1)バーは、それぞれ、推定器２６により制御サイク
ル毎に求められる推定偏差出力及びその１制御サイクル
前に求められる推定偏差出力を意味する）により置き換
えてなる式により定義される系が、理論上、安定となる
ような係数値α1 ，α2 の組み合わせを規定する領域で
ある。
【０３０２】
【数４５】
【０３０３】すなわち、式（４５）により表される系が
安定となる条件は、その系の極（これは、次式（４６）
により与えられる）が複素平面上の単位円内に存在する
ことである。
【０３０４】
【数４６】
【０３０５】そして、図１４の三角形領域Ｑ1 Ｑ4 Ｑ3
は、上記の条件を満たす係数値α1，α2 の組み合わせ
を規定する領域である。従って、前記推定係数安定領域
は、前記式（４５）により表される系が安定となるよう
な係数値α1 ，α2 の組み合わせのうち、α1 ≧０とな
る組み合わせとなる領域である。
【０３０６】一方、係数値α1 ，α2 は、ゲイン係数ａ
1 ，ａ2 の値の組み合わせにより定まるので、逆算的
に、係数値α1 ，α2 の組み合わせからゲイン係数ａ1
，ａ2の値の組み合わせも定まる。従って、係数値α1
，α2 の好ましい組み合わせを規定する図１４の推定
係数安定領域は、ゲイン係数a1，a2を座標成分とする図
１５の座標平面上に変換することができる。この変換を
行うと、該推定係数安定領域は、図１５の座標平面上で
は、例えば図１５の仮想線で囲まれた領域（下部に凹凸
を有する大略三角形状の領域。以下、同定係数安定領域
という）に変換される。すなわち、ゲイン係数a1，a2の
値の組により定まる図１５の座標平面上の点が、同図の
仮想線で囲まれた同定係数安定領域に存するとき、それ
らのゲイン係数a1，a2の値により定まる係数値α1 ，α
2 の組に対応する図１４の座標平面上の点が前記推定係
数安定領域内に存することとなる。
【０３０７】従って、同定器２５により求める同定ゲイ
ン係数a1ハット、a2ハットの値を制限するための前記第
１制限条件は、基本的には、それらの値により定まる図
１５の座標平面上の点が前記同定係数安定領域に存する
こととして設定することが好ましい。
【０３０８】但し、図１５に仮想線で示した同定係数安
定領域の境界の一部（図の下部）は凹凸を有する複雑な
形状を呈しているため、実用上、同定ゲイン係数a1ハッ
ト、a2ハットの値により定まる図１５の座標平面上の点
を同定係数安定領域内に制限するための処理が煩雑なも
のとなりやすい。
【０３０９】そこで、本実施形態では、同定係数安定領
域を、例えば図１５の実線で囲まれた四角形Ｑ5 Ｑ6 Ｑ
7 Ｑ8 の領域（境界を直線状に形成した領域。以下、同
定係数制限領域という）により大略近似する。この場
合、この同定係数制限領域は、図示の如く、｜a1｜＋a2
＝１なる関数式により表される折れ線（線分Ｑ5 Ｑ6 及
び線分Ｑ5 Ｑ8 を含む線）と、a1＝A1L （A1L ：定数）
なる定値関数式により表される直線（線分Ｑ6 Ｑ7 を含
む直線）と、a2＝A2L （A2L ：定数）なる定値関数式に
より表される直線（線分Ｑ7 Ｑ8 を含む直線）とにより
囲まれた領域である。そして、同定ゲイン係数a1ハッ
ト、a2ハットの値を制限するための前記第１制限条件
を、それらの値により定まる図１５の座標平面上の点が
上記同定係数制限領域に存することとして設定する。こ
の場合、同定係数制限領域の下辺部の一部は、前記同定
係数安定領域を逸脱しているものの、現実には同定器２
５が求める同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値によ
り定まる点は上記の逸脱領域には入らないことを実験的
に確認している。従って、上記の逸脱領域があっても、
実用上は支障がない。
【０３１０】尚、このような同定係数制限領域の設定の
仕方は例示的なもので、該同定係数制限領域は、基本的
には、前記同定係数安定領域に等しいか、もしくは該同
定係数安定領域を大略近似し、あるいは、同定係数制限
領域の大部分もしくは全部が同定係数安定領域に属する
ように設定すれば、どのような形状のものに設定しても
よい。つまり、同定係数制限領域は、同定ゲイン係数a1
ハット、a2ハットの値の制限処理の容易さ、実際上の制
御性等を考慮して種々の設定が可能である。例えば本実
施形態では、同定係数制限領域の上半部の境界を｜a1｜
＋a2＝１なる関数式により規定しているが、この関数式
を満たすゲイン係数a1，a2の値の組み合わせは、前記式
（４６）により与えられる系の極が複素平面上の単位円
周上に存するような理論上の安定限界の組み合わせであ
る。従って、同定係数制限領域の上半部の境界を例えば
｜a1｜＋a2＝ｒ（但し、ｒは上記の安定限界に対応する
「１」よりも若干小さい値で、例えば０．９９）なる関
数式により規定し、制御の安定性をより高めるようにし
てもよい。
【０３１１】また、前記同定係数制限領域の基礎となる
図１５の同定係数安定領域も例示的なものであり、図１
４の推定係数安定領域に対応する同定係数安定領域は、
係数値α1 ，α2 の定義から明らかなように（式（１
４）、（１５）を参照）、前記合計無駄時間ｄ（より正
確にはその設定値）の影響も受け、該合計無駄時間ｄの
値によって、同定係数安定領域の形状が変化する。この
場合、同定係数安定領域がどのような形状のものであっ
ても、前記同定係数制限領域は、同定係数安定領域の形
状に合わせて前述の如く設定すればよい。
【０３１２】次に、同定器２５が同定する前記ゲイン係
数ｂ1 の値、すなわち同定ゲイン係数ｂ1 ハットの値を
制限するための前記第２制限条件は本実施形態では次の
ように設定する。
【０３１３】すなわち、本願発明者等の知見によれば、
前記目標空燃比KCMDの時間的変化が高周波振動的なもの
となる状況は、同定ゲイン係数ｂ1 ハットの値が過大も
しくは過小となるような場合にも生じ易い。そこで、本
実施形態では、同定ゲイン係数ｂ1 ハットの値の上限値
B1H 及び下限値B1L （B1H ＞B1L ＞０）をあらかじめ実
験やシミュレーションを通じて定めておく。そして、前
記第２制限条件を、同定ゲイン係数ｂ1 ハットの値が上
限値B1H 以下で且つ下限値B1L 以上の値になること（B1
L ≦ｂ1 ハット≦B1H の不等式を満たすこと）として設
定する。
【０３１４】以上説明した如く設定した第１制限条件及
び第２制限条件により同定ゲイン係数a1ハット、a2ハッ
ト、b1ハットの値を制限するための前記ＳＴＥＰ５−８
の処理は、具体的には次のように行われる。
【０３１５】すなわち、図１６のフローチャートを参照
して、同定器２５は、前記図１２のＳＴＥＰ５−７で前
述の如く求めた同定ゲイン係数a1(k) ハット、a2(k) ハ
ット、b1(k) ハットについて、まず、同定ゲイン係数a1
(k) ハット、a2(k) ハットの値の組み合わせを前記第１
制限条件により制限するための処理をＳＴＥＰ５−８−
１〜５−８−８で行う。
【０３１６】具体的には、同定器２５は、まず、ＳＴＥ
Ｐ５−７で求めた同定ゲイン係数a2(k) ハットの値が、
前記同定係数制限領域におけるゲイン係数a2の下限値A2
L （図１５参照）以上の値であるか否かを判断する（Ｓ
ＴＥＰ５−８−１）。
【０３１７】このとき、a2(k) ハット＜A2L であれば、
同定ゲイン係数a1(k) ハット、a2(k) ハットの値の組に
より定まる図１５の座標平面上の点（以下、この点を
（a1(k) ハット，a2(k) ハット）で表す）が同定係数制
限領域から逸脱しているので、a2(k) ハットの値を強制
的に上記下限値A2L に変更する（ＳＴＥＰ５−８−
２）。この処理により、図１５の座標平面上の点（a1
(k) ハット，a2(k) ハット）は、少なくともa2＝A2L に
より表される直線（線分Ｑ7 Ｑ8 を含む直線）の上側
（該直線上を含む）の点に制限される。
【０３１８】次いで、同定器２５は、ＳＴＥＰ５−７で
求めた同定ゲイン係数a1(k) ハットの値が、前記同定係
数制限領域におけるゲイン係数a1の下限値A1L （図１５
参照）以上の値であるか否か、並びに、同定係数制限領
域におけるゲイン係数a1の上限値A1H （図１５参照）以
下の値であるか否かを順次判断する（ＳＴＥＰ５−８−
３、５−８−５）。尚、同定係数制限領域におけるゲイ
ン係数a1の上限値A1Hは、図１５から明らかなように折
れ線｜a1｜＋a2＝１（但しa1＞０）と、直線a2＝A2L と
の交点Ｑ8 のa1座標成分であるので、A1H ＝１−A2L で
ある。
【０３１９】このとき、a1(k) ハット＜A1L である場
合、あるいは、a1(k) ハット＞A1H である場合には、図
１５の座標平面上の点（a1(k) ハット，a2(k) ハット）
が同定係数制限領域から逸脱しているので、a1(k) ハッ
トの値をそれぞれの場合に応じて、強制的に上記下限値
A1L あるいは上限値A1H に変更する（ＳＴＥＰ５−８−
４、５−８−６）。
【０３２０】この処理により、図１５の座標平面上の点
（a1(k) ハット，a2(k) ハット）は、a1＝A1L により表
される直線（線分Ｑ6 Ｑ7 を含む直線）と、a1＝A1H に
より表される直線（点Ｑ8 を通ってa1軸に直行する直
線）との間の領域（両直線上を含む）に制限される。
【０３２１】尚、ＳＴＥＰ５−８−３及び５−８−４の
処理と、ＳＴＥＰ５−８−５及び５−８−６の処理とは
順番を入れ換えてもよい。また、前記ＳＴＥＰ５−８−
１及び５−８−２の処理は、ＳＴＥＰ５−８−３〜５−
８−６の処理の後に行うようにしてもよい。
【０３２２】次いで、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ５−
８−１〜５−８−６の処理を経た今現在のa1(k) ハッ
ト，a2(k) ハットの値が｜a1｜＋a2≦１なる不等式を満
たすか否か、すなわち、点（a1(k) ハット，a2(k) ハッ
ト）が｜a1｜＋a2＝１なる関数式により表される折れ線
（線分Ｑ5 Ｑ6 及び線分Ｑ5 Ｑ8 を含む線）の下側（折
れ線上を含む）にあるか上側にあるかを判断する（ＳＴ
ＥＰ５−８−７）。
【０３２３】このとき、｜a1｜＋a2≦１なる不等式が成
立しておれば、前記ＳＴＥＰ５−８−１〜５−８−６の
処理を経たa1(k) ハット，a2(k) ハットの値により定ま
る点（a1(k) ハット，a2(k) ハット）は、同定係数制限
領域（その境界を含む）に存している。
【０３２４】一方、｜a1｜＋a2＞１である場合は、点
（a1(k) ハット，a2(k) ハット）が、同定係数制限領域
からその上方側に逸脱している場合であり、この場合に
は、a2(k) ハットの値を強制的に、a1(k) ハットの値に
応じた値（１−｜a1(k) ハット｜）に変更する（ＳＴＥ
Ｐ５−８−８）。換言すれば、a1(k) ハットの値を現状
に保持したまま、点（a1(k) ハット，a2(k) ハット）を
｜a1｜＋a2＝１なる関数式により表される折れ線上（同
定係数制限領域の境界である線分Ｑ5 Ｑ6 上、もしくは
線分Ｑ5 Ｑ8 上）に移動させる。
【０３２５】以上のようなＳＴＥＰ５−８−１〜５−８
−８の処理によって、同定ゲイン係数a1(k) ハット，a2
(k) ハットの値は、それらの値により定まる点（a1(k)
ハット，a2(k) ハット）が同定係数制限領域内に存する
ように制限される。尚、前記ＳＴＥＰ５−７で求められ
た同定ゲイン係数a1(k) ハット，a2(k) ハットの値に対
応する点（a1(k) ハット，a2(k) ハット）が同定係数制
限領域内に存する場合は、それらの値は保持される。
【０３２６】この場合、前述の処理によって、前記対象
排気系Ｅの離散系モデルの１次目の自己回帰項に係わる
同定ゲイン係数a1(k) ハットに関しては、その値が、同
定係数制限領域における下限値A1L 及び上限値A1H の間
の値となっている限り、その値が強制的に変更されるこ
とはない。また、a1(k) ハット＜A1L である場合、ある
いは、a1(k) ハット＞A1H である場合には、それぞれ、
同定ゲイン係数a1(k)ハットの値は、同定係数制限領域
においてゲイン係数a1が採りうる最小値である下限値A1
L と、同定係数制限領域においてゲイン係数a1が採りう
る最大値である下限値A1H とに強制的に変更されるの
で、これらの場合における同定ゲイン係数a1(k) ハット
の値の変更量は最小なものとなる。つまり、ＳＴＥＰ５
−７で求められた同定ゲイン係数a1(k) ハット，a2(k)
ハットの値に対応する点（a1(k) ハット，a2(k) ハッ
ト）が同定係数制限領域から逸脱している場合には、同
定ゲイン係数a1(k) ハットの値の強制的な変更は最小限
に留められる。
【０３２７】このようにして、同定ゲイン係数a1(k) ハ
ット，a2(k) ハットの値を制限したのち、同定器２５
は、同定ゲイン係数b1(k) ハットの値を前記第２制限条
件に従って制限する処理をＳＴＥＰ５−８−９〜５−８
−１２で行う。
【０３２８】すなわち、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ５
−７で求めた同定ゲイン係数b1(k)ハットの値が、前記
下限値B1L 以上であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−８
−９）、B1L ＞b1(k) ハットである場合には、b1(k) ハ
ットの値を強制的に上記下限値B1L に変更する（ＳＴＥ
Ｐ５−８−１０）。
【０３２９】さらに、同定器２５は、同定ゲイン係数b1
(k) ハットの値が、前記上限値B1H以上であるか否かを
判断し（ＳＴＥＰ５−８−１１）、B1H ＜b1(k) ハット
である場合には、b1(k) ハットの値を強制的に上記上限
値B1H に変更する（ＳＴＥＰ５−８−１２）。
【０３３０】このようなＳＴＥＰ５−８−９〜５−８−
１２の処理によって、同定ゲイン係数b1(k) ハットの値
は、下限値B1L 及び上限値B1H の間の範囲の値に制限さ
れる。
【０３３１】このようにして、同定ゲイン係数a1(k) ハ
ット，a2(k) ハットの値の組み合わせと同定ゲイン係数
b1(k) ハットの値とを制限した後には、同定器２５の処
理は図１２のフローチャートの処理に復帰する。
【０３３２】尚、図１２のＳＴＥＰ５−７で同定ゲイン
係数a1(k) ハット，a2(k) ハット，b1(k) ハットを求め
るために使用する同定ゲイン係数の前回値a1(k-1) ハッ
ト，a2(k-1) ハット，b1(k-1) ハットは、前回の制御サ
イクルにおけるＳＴＥＰ５−８の処理で前述の如く第１
及び第２制限条件により制限を行った同定ゲイン係数の
値である。
【０３３３】図１２の説明に戻って、前述のように同定
ゲイン係数a1(k) ハット，a2(k) ハット，b1(k) ハット
の制限処理を行った後、同定器２５は、次回の制御サイ
クルの処理のために前記行列Ｐ(k) を前記式（１０）に
より更新し（ＳＴＥＰ５−９）、図９のメインルーチン
の処理に復帰する。
【０３３４】以上が図９のＳＴＥＰ５における同定器２
５の演算処理である。
【０３３５】図９のメインルーチン処理の説明に戻っ
て、前述の通り同定器２５の演算処理が行われた後、空
燃比操作量決定部１３はゲイン係数a1,a2,b1の値を決定
する（ＳＴＥＰ６）。この処理では、図１７のフローチ
ャートに示すように、前記ＳＴＥＰ２で設定されたフラ
グf/id/calの値が判断され（ＳＴＥＰ６−１）、f/id/c
al＝１である場合、すなわち、同定器２５によるゲイン
係数a1,a2,b1の同定処理を行った場合には、ゲイン係数
a1,a2,b1の値として、それぞれ前記ＳＴＥＰ５−１０
（図１１参照）で前述の通り同定器２５により求められ
た同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットにそれ
ぞれ所定のスケーリング係数g1,g2,g3によりスケーリン
グを施したものを設定する（ＳＴＥＰ６−２）。尚、本
実施形態ではスケーリング係数g1,g2,g3の値は、いずれ
も「１」としており、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハッ
ト，b1ハットの値がそのままゲイン係数a1,a2,b1の値と
なる。
【０３３６】また、f/id/cal＝０である場合、すなわ
ち、同定器２５によるゲイン係数a1,a2,b1の同定処理を
行わなかった場合には、ゲイン係数a1,a2,b1の値をそれ
ぞれあらかじめ定めた所定値とする（ＳＴＥＰ６−
３）。
【０３３７】次いで、空燃比操作量決定部１３は、図９
のメインルーチンにおいて、前記推定器２６による演算
処理（推定偏差出力VO2 バーの算出処理）を行う（ＳＴ
ＥＰ７）。
【０３３８】この推定器２６の演算処理は図１８のフロ
ーチャートに示すように行われる。すなわち、推定器２
６は、前記ＳＴＥＰ６で決定されたゲイン係数a1,a2,b1
（これらの値は基本的には、前記図１２のＳＴＥＰ５−
８の制限処理を経た同定ゲイン係数a1ハット，a2ハッ
ト，b1ハットである）を用いて、前記式（１６）で使用
する係数値α1 ，α2 ，βj （ｊ＝1 〜ｄ）を前述した
ように算出する（ＳＴＥＰ７−１）。ここで、係数値α
1 ，α2 は、行列Ａd の第１行第１列成分、第１行第２
列成分であり、βj （ｊ＝1 〜ｄ）はベクトルＡj-1 ・
Ｂの第１行成分である（式（１３）、（１４）を参
照）。
【０３３９】次いで、推定器２６は、前記図９のＳＴＥ
Ｐ３で制御サイクル毎に取得されるＯ2 センサの偏差出
力VO2 の現在の制御サイクル以前の時系列データVO2
(k)，VO2(k-1)、並びにＬＡＦセンサ５の偏差出力kact
の現在の制御サイクル以前の時系列データkact(k-j)
（ｊ＝０〜d1）と、スライディングモード制御器２７か
ら制御サイクル毎に与えられる前記目標偏差空燃比kcmd
（＝ＳＬＤ操作入力ｕsl）の前回の制御サイクル以前の
時系列データkcmd(k-j) （＝ｕsl(k-j) 。ｊ＝１〜d2−
１）と、ＳＴＥＰ７−１で算出した係数α1 ，α2 ，β
j とを用いて前記式（１６）により（本実施形態では式
（１７）により）、推定偏差出力VO2(k+d)バー（今回の
制御サイクルの時点から前記合計無駄時間ｄ後の偏差出
力VO2 の推定値）を算出する（ＳＴＥＰ７−２）。
【０３４０】図９の説明に戻って、空燃比操作量決定部
１３は、次に、スライディングモード制御器２７によっ
て、前記ＳＬＤ操作入力ｕsl（＝目標偏差空燃比kcmd）
を算出する（ＳＴＥＰ８）。
【０３４１】このＳＬＤ操作入力ｕslの算出は、図１９
のフローチャートに示すように行われる。
【０３４２】すなわち、スライディングモード制御器２
７は、まず、前記ＳＴＥＰ８で推定器２により求められ
た推定偏差出力VO2 バーの時系列データVO2(k+d)バー，
VO2(k+d-1)バーを用いて、前記式（３０）により定義さ
れた線形関数σバーの今回の制御サイクルから前記合計
無駄時間ｄ後の値σ(k+d) バー（これは、式（１９）で
定義された線形関数σの合計無駄時間ｄ後の推定値に相
当する）を算出する（ＳＴＥＰ８−１）。
【０３４３】次いで、スライディングモード制御器２７
は、上記ＳＴＥＰ８−１で制御サイクル毎に算出される
σ(k+d) バーを累積的に加算していく（前回の制御サイ
クルで求められた加算結果に今回の制御サイクルで算出
されたσ(k+d) を加算する）ことで、σ(k+d) バーの積
算値（これは式（３２）の右端の項に相当する）を算出
する（ＳＴＥＰ８−２）。尚、この場合、本実施形態で
は、σ(k+d) バーの積算値があらかじめ定めた所定範囲
内に収まるようにし、σ(k+d) バーの積算値が所定の上
限値又は下限値を超えた場合には、それぞれσ(k+d) バ
ーの積算値を該上限値又は下限値に制限するようにして
いる。これは、σ(k+d) バーの積算値の大きさが過大に
なると、前記式（３２）により求められる適応則入力ｕ
adp が過大となって、制御性が損なわれる虞れがあるか
らである。
【０３４４】次いで、スライディングモード制御器２７
は、前記ＳＴＥＰ９で推定器２により求められた推定偏
差出力VO2 バーの時系列データVO2(k+d)バー，VO2(k+d-
1)バーと、ＳＴＥＰ８−１及び８−２でそれぞれ求めら
れた線形関数の値σ(k+d) バー及びその積算値と、ＳＴ
ＥＰ６で決定したゲイン係数a1，a2，b1（これらの値は
基本的には、前記図１２のＳＴＥＰ５−８の制限処理を
経た同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットであ
る）とを用いて、前記式（２９）、（３１）、（３２）
に従って、それぞれ等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrc
h 及び適応則入力ｕadp を算出する（ＳＴＥＰ８−
３）。
【０３４５】さらにスライディングモード制御器２７
は、ＳＴＥＰ８−３で求めた等価制御入力ｕeq、到達則
入力ｕrch 及び適応則入力ｕadp を加算することで、前
記ＳＬＤ操作入力ｕsl、すなわち、Ｏ2 センサ６の出力
VO2/OUT を目標値VO2/TARGETに収束させるために必要な
対象排気系Ｅへの入力（＝目標偏差空燃比kcmd）を算出
する（ＳＴＥＰ８−４）。尚、このようにして制御サイ
クル毎に求められるＳＬＤ操作入力ｕsl（＝目標偏差空
燃比kcmd）は、図示しないメモリに時系列的に記憶保持
され、それが、推定器２６の前述の演算処理のために使
用される。
【０３４６】図９に戻って、上記のようにＳＬＤ操作入
力ｕslを算出した後、空燃比操作量決定部１３は、スラ
イディングモード制御器２７による適応スライディング
モード制御の安定性の判別処理を行って、該適応スライ
ディングモード制御が安定であるか否かを示すフラグf/
sld/stb の値を設定する（ＳＴＥＰ９）。
【０３４７】この安定性の判別処理は図２０のフローチ
ャートに示すように行われる。
【０３４８】すなわち、空燃比操作量決定部１３は、ま
ず、前記ＳＴＥＰ８−１で算出される線形関数σバーの
今回値σ(k+d) バーと前回値σ(k+d-1) バーとの偏差Δ
σバー（これは線形関数のσバーの変化速度に相当す
る）を算出する（ＳＴＥＰ９−１）。
【０３４９】次いで、空燃比操作量決定部１３は、ＳＴ
ＥＰ９−１で算出した偏差Δσバーと線形関数σバーの
今回値σ(k+d) バーとの積Δσバー・σ(k+d) バー（こ
れはσバーに関するリアプノフ関数σバー2 ／２の時間
微分関数に相当する）があらかじめ定めた所定値ε2
（≧０）以下であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ９−
２）。
【０３５０】この場合、Δσバー・σ(k+d) バー＞ε2
となる状態は、σバー2 が増加する側で、前記推定偏差
出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)が前記超平面σ＝０から離間
する方向へ変移している状態であるので、適応スライデ
ィングモード制御が不安定（前記ＳＴＥＰ８で算出され
るＳＬＤ操作入力ｕslが不適切）であると考えられる。
このため、ＳＴＥＰ９−２の判断で、Δσバー・σ(k+
d) バー＞ε2 である場合には、適応スライディングモ
ード制御が不安定であるとし、前記ＳＴＥＰ８で算出さ
れるＳＬＤ操作入力ｕslを用いた目標空燃比KCMDの決定
を所定時間、禁止するためにタイマカウンタｔm （カウ
ントダウンタイマ）の値を所定の初期値ＴM にセットす
る（タイマカウンタｔm の起動。ＳＴＥＰ９−４）。そ
して、前記フラグf/sld/stb の値を「０」（f/sld/stb
＝０は適応スライディングモード制御が不安定であるこ
とを示す）に設定する（ＳＴＥＰ９−５）。
【０３５１】尚、ＳＴＥＰ９−２の判断で使用する所定
値ε2 は理論上は「０」でよいが、確率的外乱の影響を
考慮すると、「０」よりも若干大きな値とすることが好
ましい。
【０３５２】一方、前記ＳＴＥＰ９−２の判断で、Δσ
バー・σ(k+d) バー≦ε2 である場合には、空燃比操作
量決定部１３は、線形関数σバーの今回値σ(k+d) バー
があらかじめ定めた所定範囲内にあるか否かを判断する
（ＳＴＥＰ９−３）。
【０３５３】この場合、線形関数σバーの今回値σ(k+
d) バーが、所定範囲内に無い状態は、前記推定偏差出
力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)が前記超平面σ＝０から大きく
離間している状態であるので、適応スライディングモー
ド制御が不安定（前記ＳＴＥＰ８で算出されるＳＬＤ操
作入力ｕslが不適切）であると考えられる。このため、
ＳＴＥＰ９−２の判断で、線形関数σバーの今回値σ(k
+d) バーが、所定範囲内に無い場合には、適応スライデ
ィングモード制御が不安定であるとして、前述の場合と
同様に、ＳＴＥＰ９−４及び〜９−５の処理を行って、
タイマカウンタｔm を起動すると共に、フラグf/sld/st
b の値を「０」に設定する。
【０３５４】また、ＳＴＥＰ９−３の判断で、線形関数
σバーの今回値σ(k+d) バーが、所定範囲内にある場合
には、空燃比操作量決定部１３は、前記タイマカウンタ
ｔmを所定時間Δｔm 分、カウントダウンし（ＳＴＥＰ
９−６）、さらに、該タイマカウンタｔm の値が「０」
以下であるか否か、すなわち、タイマカウンタｔm を起
動してから前記初期値ＴM 分の所定時間が経過したか否
かを判断する（ＳＴＥＰ９−７）。
【０３５５】このとき、ｔm ＞０である場合、すなわ
ち、タイマカウンタｔm が計時動作中でまだタイムアッ
プしていない場合は、ＳＴＥＰ９−２あるいはＳＴＥＰ
９−３の判断で適応スライディングモード制御が不安定
であると判断されてから、さほど時間を経過していない
状態で、適応スライディングモード制御が不安定なもの
となりやすいので、前記ＳＴＥＰ９−５の処理を行って
前記フラグf/sld/stb の値を「０」に設定する。
【０３５６】そして、ＳＴＥＰ９−７の判断でｔm ≦０
である場合、すなわち、タイマカウンタｔm がタイムア
ップしている場合には、適応スライディングモード制御
が安定であるとして、フラグf/sld/stb の値を「１」
（f/sld/stb ＝１は適応スライディングモード制御が安
定であることを示す）に設定する（ＳＴＥＰ９−８）。
【０３５７】以上のような処理によって、スライディン
グモード制御器２７による適応スライディングモード制
御の安定性が判断され、不安定であると判断した場合に
は、フラグf/sld/stb の値が「０」に設定され、安定で
あると判断した場合には、フラグf/sld/stb の値が
「１」に設定される。
【０３５８】尚、本実施形態では、適応スライディング
モード制御の安定性の判断は、基本的には、前記ＳＴＥ
Ｐ９−２及び９−３の条件判断で行うようにしたが、い
ずれか一方の条件判断（例えばＳＴＥＰ９−２のみの条
件判断）で行うようにしてもよく、あるいは、線形関数
σバーの変化速度に相当する前記偏差Δσバーの大きさ
（絶対値）を所定値と比較することで、適応スライディ
ングモード制御の安定性の判断を行うようにすることも
可能である。
【０３５９】図９に戻って、上記のようにスライディン
グモード制御器２７による適応スライディングモード制
御の安定性を示すフラグf/sld/stb の値を設定した後、
空燃比操作量決定部１３は、フラグf/sld/stb の値を判
断する（ＳＴＥＰ１０）。このとき、f/sld/stb ＝１で
ある場合、すなわち、適応スライディングモード制御が
安定であると判断された場合には、スライディングモー
ド制御器２７によって、前記ＳＴＥＰ８で算出されたＳ
ＬＤ操作入力ｕslのリミット処理が行われる（ＳＴＥＰ
１１）。このリミット処理では、ＳＬＤ操作入力ｕslの
値や、その値の変化幅が所定範囲に制限され、ＳＴＥＰ
８で算出されたＳＬＤ操作入力ｕslの今回値ｕsl(k) が
所定の上限値又は下限値を超えている場合には、それぞ
れ、ＳＬＤ操作入力ｕslの値が強制的に該上限値又は下
限値に設定される。また、ＳＴＥＰ８で算出されたＳＬ
Ｄ操作入力ｕslの今回値ｕsl(k) の前回値ｕsl(k-1) か
らの変化量が所定量を超えている場合には、ＳＬＤ操作
入力ｕslの値が強制的に前回値ｕsl(k-1) に該所定量を
加えた値に設定される。
【０３６０】そして、空燃比操作量決定部１３は、上記
のようなＳＬＤ操作入力ｕslのリミット処理の後、スラ
イディングモード制御器２７によって、前記式（３３）
に従って前記目標空燃比KCMDを算出せしめ（ＳＴＥＰ１
３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【０３６１】また、前記ＳＴＥＰ１０の判断でf/sld/st
b ＝０である場合、すなわち、適応スライディングモー
ド制御が不安定であると判断された場合には、空燃比操
作量決定部１３は、今回の制御サイクルにおけるＳＬＤ
操作入力ｕslの値を強制的に所定値（固定値あるいはＳ
ＬＤ操作入力ｕslの前回値）に設定した後（ＳＴＥＰ１
２）、スライディングモード制御器２７によって、前記
式（３３）に従って前記目標空燃比KCMDを算出せしめ
（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクルの処理終了す
る。
【０３６２】尚、ＳＴＥＰ１３で最終的に決定される目
標空燃比KCMDは、制御サイクル毎に図示しないメモリに
時系列的に記憶保持される。そして、前記大局的フィー
ドバック制御器１７等が、空燃比操作量決定部１３で決
定された目標空燃比KCMDを用いるに際しては（図７のＳ
ＴＥＰｆを参照）、上記のように時系列的に記憶保持さ
れた目標空燃比KCMDの中から最新のものが選択される。
【０３６３】以上説明した内容が本実施形態の装置の詳
細な作動である。
【０３６４】すなわち、その作動を要約すれば、基本的
には空燃比操作量決定部１３によって、触媒装置３の下
流側のＯ2 センサ６の出力VO2/OUT （これはプラントと
しての対象排気系Ｅの出力に相当する）を目標値VO2/TA
RGETに収束（整定）させるように、触媒装置３に進入す
る排ガスの目標空燃比KCMD（これは、対象排気系Ｅの目
標入力に相当する）が逐次決定される。さらに、この目
標空燃比KCMDに従って、対象排気系Ｅへの入力（排ガス
の空燃比）を生成するアクチュエータとしてのエンジン
１の燃料噴射量を目標空燃比KCMD及び触媒装置３の上流
側のＬＡＦセンサ５の出力KACTに基づき調整すること
で、エンジン１の空燃比が目標空燃比KCMDにフィードバ
ック制御される。そして、上記のように触媒装置３の下
流側のＯ2センサ６の出力VO2/OUT を目標値VO2/TARGET
に整定させることで、触媒装置３の経時劣化等によらず
に、触媒装置３の最適な排ガス浄化性能を確保すること
ができる。
【０３６５】この場合、空燃比操作量決定部１３は、本
来的に外乱等の影響を受けにくいという特性を有するス
ライディングモード制御を用い、特に外乱等の影響を極
力排除するための適応則を付加した適応スライディング
モード制御を用いて前記目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅ
の目標入力）を決定するため、Ｏ2 センサ６の出力VO2/
OUT （対象排気系Ｅの出力）を目標値VO2/TARGETに整定
させる上で的確な目標空燃比KCMDを外乱等の影響を極力
抑えて安定して求めることができ、ひいては、Ｏ2 セン
サ６の出力VO2/OUT の目標値VO2/TARGETへの制御を安定
して精度よく行うことができる。
【０３６６】特に、空燃比操作量決定部１３のスライデ
ィングモード制御器２７が適応スライディングモード制
御により目標空燃比KCMDを決定するに際しては、推定器
２６により求められた推定偏差出力VO2 、すなわち対象
排気系Ｅの無駄時間d1と前記空燃比操作系（エンジン１
及び機関側制御ユニット７ｂからなるシステム）の無駄
時間d2とを合わせた合計無駄時間ｄ後のＯ2 センサ６の
偏差出力VO2 の推定値を用い、その推定偏差出力VO2 に
より示される合計無駄時間ｄ後のＯ2 センサ６の出力VO
2/OUT （対象排気系Ｅの出力）の推定値を目標値VO2/TA
RGETに収束させるように目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅ
の目標入力）が決定される。このため、対象排気系Ｅに
存する無駄時間d1だけでなく前記空燃比操作系が有する
無駄時間d2の影響も補償（排除）され、Ｏ2 センサ６の
出力VO2/OUT の目標値VO2/TARGETへの制御の安定性を高
めることができる。
【０３６７】しかも、前記空燃比操作系の無駄時間d2の
設定値は、エンジン１の最低速側の回転数であるアイド
リング回転数において空燃比操作系が採り得る無駄時間
に等しいか、もしくはそれよりも若干長い一定値に設定
しているため、エンジン１のほぼ全ての回転数におい
て、空燃比操作系の無駄時間の影響を補償することがで
き、エンジン１の回転数によらずにＯ2 センサ６の出力
VO2/OUT の目標値VO2/TARGETへの制御の安定性を確保す
ることができる。同時に、空燃比操作系の無駄時間d2の
設定値を一定値に設定することで、推定器２６等におけ
る演算処理も容易に行うことができる。
【０３６８】さらに、本実施形態における推定器２６
は、その推定演算の基本式である前記式（１５）中の目
標偏差空燃比kcmdの時系列データのうち、実空燃比に相
当するＬＡＦセンサ５の偏差出力kactに置き換え可能な
もの（無駄時間d2以前のもの）については全て、該偏差
出力kactにより置き換えた式（１６）によりＯ2 センサ
６の推定偏差出力VO2 バーを求めるので、エンジン１の
実際の挙動状態に即した推定偏差出力VO2 バーを得るこ
とができる。この結果、推定偏差出力VO2 バーの信頼性
を高め、ひいては、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT の目標
値VO2/TARGETへの収束制御の安定性を高めることができ
る。
【０３６９】また、本実施形態では、対象排気系Ｅの離
散系モデルのパラメータである前記ゲイン係数a1,a2,b1
を同定器２５を用いてリアルタイムで同定することで、
それらのゲイン係数a1,a2,b1により定まる離散系モデル
の実際の対象排気系Ｅに対するモデル化誤差を実際の対
象排気系Ｅの挙動状態に則して最小限に留めることがで
きる。そして、該同定器２５で同定したゲイン係数a1,a
2,b1を用いてスライディングモード制御器２７や推定器
２６の演算処理を行って目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅ
の目標入力）を決定することで、対象排気系Ｅの実際の
挙動状態に則した的確な目標空燃比KCMDを決定すること
ができ、ひいては、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT の目標
値VO2/TARGETへの収束制御の精度を高めることができ
る。
【０３７０】さらに、前記ゲイン係数a1,a2,b1を同定器
２５により同定するに際しては、それらの値を前記第１
及び第２制限条件によって前述の如く制限するため、ス
ライディングモード制御器２７が求める目標空燃比KCMD
が高周波振動的なものとなるような事態を排除すること
ができる。この結果、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT の目
標値VO2/TARGETへの安定した制御性を確保しつつ、エン
ジン１の運転状態も滑らかで安定したものとすることが
できる。
【０３７１】尚、本発明、特にプラントが排気系である
本発明の制御装置は、前述した実施形態に限定されるも
のではなく、例えば次のような変形態様も可能である。
【０３７２】すなわち、前記実施形態では、空燃比操作
系（エンジン１及び機関側制御ユニット７ｂからなるシ
ステム）の無駄時間d2（第２無駄時間）を一定値に設定
したが、該空燃比操作系の実際の無駄時間が前記図４に
示したようにエンジン１の回転数に応じて変化すること
に合わせて、無駄時間d2の設定値をエンジン１の回転数
に応じて可変的に定めるようにしてもよい。この場合に
は、例えば図２１に示すように無駄時間d2の設定値（制
御サイクル数で表したもの）を、エンジン１の回転数が
高くなるに従い、段階的に小さくなるように定めてお
く。そして、前記実施形態の推定器２６及びスライディ
ングモード制御器２７の制御サイクル毎の演算処理（Ｓ
ＴＥＰ７，８の処理）において、エンジン１の回転数NE
の検出値から図２１のデータテーブルによって無駄時間
d2の設定値を求め、この求めた無駄時間d2の設定値、前
記対象排気系Ｅの無駄時間d1の設定値（一定値）、並び
にそれらの合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）とを用いて前述
の演算処理（図１８、１９の処理）を行うようにすれば
よい。尚、この場合、無駄時間d2の設定値は、それが一
定となるエンジン１の回転数範囲では、該回転数範囲に
おいて空燃比操作系が実際に採り得る最大側の無駄時間
と等しいか、もしくはそれよりも若干長いものに定めて
おく。
【０３７３】このように空燃比操作系の無駄時間d2をエ
ンジン１の回転数に応じて可変的に設定するようにして
も、エンジン１の回転数によらずに、空燃比操作系の無
駄時間の影響を、対象排気系Ｅの無駄時間の影響と併せ
て適正に補償し、Ｏ2 センサ６の出力VO2/OUT の目標値
VO2/TARGETへの制御性を高めることができる。
【０３７４】尚、空燃比操作系の無駄時間d2を可変的に
設定する場合、エンジン１の回転数だけでなく、さらに
エンジン１の吸気圧PB等、エンジン１の負荷も考慮し、
該回転数及び負荷の両者に応じて無駄時間d2を可変的に
設定することも可能である。
【０３７５】また、前記実施形態では、空燃比操作系の
無駄時間d2をエンジン１のアイドリング回転数に対応さ
せた一定値に設定するようにしたが、エンジン１のアイ
ドリング回転数以外の回転数領域に対応させて無駄時間
d2を設定するようにしてもよい。例えば前記排気側制御
ユニット７ａを用いたエンジン１の空燃比制御をエンジ
ン１のある回転数領域でのみ行うような場合には、その
回転数領域で空燃比操作系が採り得る実際の無駄時間に
合わせて、無駄時間d2を前述の如く一定値に設定した
り、あるいは可変的に設定するようにすればよい。
【０３７６】また、前記実施形態では、Ｏ2 センサ６の
推定偏差出力VO2 バーを推定器２６により制御サイクル
毎に求めるに際しては、式（１５）中の目標偏差空燃比
kcmdの時系列データのうち、空燃比操作系の無駄時間d2
以前のものについては全て、ＬＡＦセンサ５の偏差出力
kactに置き換えた式（１６）により推定偏差出力VO2バ
ーを求めるようにしたが、式（１５）中の無駄時間d2以
前の目標偏差空燃比kcmdの時系列データのうちの一部の
みをＬＡＦセンサ５の偏差出力kactに置き換えた式によ
って推定偏差出力VO2 バーを求めるようにしてもよい。
あるいは、この置き換えを行わず、式（１５）をそのま
ま用いて推定偏差出力VO2 バーを求めるようにしてもよ
い。
【０３７７】また、前記実施形態では、第２排ガスセン
サとして、ＬＡＦセンサ（広域空燃比センサ）５を用い
たが、第２排気ガスセンサは排ガスの空燃比を検出でき
るものであれば、通常のＯ2 センサ等、他の形式のセン
サを用いてもよい。
【０３７８】また、前記実施形態では、第１排ガスセン
サとしてＯ2 センサ６を用いたが、第１排ガスセンサ
は、制御すべき触媒装置下流の排ガスの特定成分の濃度
を検出できるセンサであれば、他のセンサを用いてもよ
い。すなわち、例えば触媒装置下流の排ガス中の一酸化
炭素（ＣＯ）を制御する場合はＣＯセンサ、窒素酸化物
（ＮＯX ）を制御する場合にはＮＯX センサ、炭化水素
（ＨＣ）を制御する場合にはＨＣセンサを用いる。三元
触媒装置を使用した場合には、上記のいずれのガス成分
の濃度を検出するようにしても、触媒装置の浄化性能を
最大限に発揮させるように制御することができる。ま
た、還元触媒装置や酸化触媒装置を用いた場合には、浄
化したいガス成分を直接検出することで、浄化性能の向
上を図ることができる。
【０３７９】また、前記実施形態では、同定器２５、推
定器２６、スライディングモード制御器２７の演算処理
において、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactやＯ2 センサ
６の偏差出力VO2 、目標偏差空燃比kcmdを用いたが、Ｌ
ＡＦセンサ５の出力KACTやＯ 2 センサ６の出力VO2/OUT
、目標空燃比KCMDをそのまま用いて同定器２５、推定
器２６、スライディングモード制御器２７の演算処理を
行うようにすることも可能である。さらに、偏差出力ka
ctや目標空燃比KCMDに係わる前記基準値FLAF/BASE は必
ずしも一定値とする必要はなく、該基準値FLAF/BASE を
エンジン１の回転数NEや吸気圧PB等に応じて設定するよ
うにしてもよい。
【０３８０】また、前記実施形態では、空燃比操作量決
定部１３により決定する操作量を目標空燃比KCMD（対象
排気系Ｅの目標入力）とし、その目標空燃比KCMDに従っ
てエンジン１の空燃比をフィードバック制御するように
したが、例えばエンジン１の燃料供給量の補正量を空燃
比操作量決定部１３により決定するようにすることも可
能であり、また、目標空燃比KCMDからフィードフォワー
ド的にエンジン１の燃料供給量を調整してエンジン１の
空燃比を制御するようにすることも可能である。
【０３８１】また、前記実施形態では、スライディング
モード制御器２７は、外乱の影響を考慮した適応則を有
する適応スライディングモード制御を用いたが、該適応
則を省略した一般のスライディングモード制御を用いる
ようにしてもよい。
【０３８２】また、前記実施形態では、対象排気系Ｅの
離散系モデルのゲイン係数a1，a2，b1を同定器２５によ
り同定するようにしたが、それらの値をあらかじめ定め
た固定値に設定したり、あるいは、エンジン１の運転状
態や触媒装置３の劣化状態等に応じてマップ等を用いて
適宜設定するようにしてもよい。
【０３８３】また、前記実施形態では、同定器２５によ
り同定した対象排気系Ｅの離散系モデルのゲイン係数a
1，a2，b1を用いてスライディングモード制御器２７に
より目標空燃比KCMDを決定するようにしたが、適応制御
器等の他の漸化式形式の制御器により同定されたゲイン
係数a1,a2,b1を用いて目標空燃比KCMDを決定するように
してもよく、さらには、同定されたゲイン係数a1,a2,b
1、もしくはそれらの設定値を用いて目標空燃比KCMDを
決定し得るものであれば、ファジー制御器やニューラル
ネットワーク型の制御器を用いてよい。
【０３８４】また、本発明のプラントの制御装置に関
し、前記実施形態では、排気系がプラントである制御装
置を例にとって説明したが、本発明のプラントの制御装
置は前記実施形態に限られるものではない。
【０３８５】以下に本発明のプラントの制御装置の他の
一実施形態を図２２を参照して説明する。
【０３８６】図２２において、３０はプラントであり、
このプラント３０には、流量制御器３１（アクチュエー
タ）により流量を調整可能なアルカリ液が入力される。
そして、該プラント３０は、与えられたアルカリ液に酸
性液を合流させ、それを攪拌器３２により攪拌してなる
混合液を出力するものである。
【０３８７】本実施形態の制御装置は、このようなプラ
ント３０が出力する混合液（アルカリ液と酸性液との混
合液）のｐＨが所望のｐＨ（例えば中性に相当するｐＨ
値）になるようにプラント３０に入力されるアルカリ液
の流量を制御するもので、その制御のために次のような
構成を備えている。
【０３８８】すなわち、本実施形態の制御装置は、プラ
ント３０の出力側に該プラント３０の出力である前記混
合液のｐＨを検出すべく設けられたｐＨセンサ３３（第
１検出手段）と、プラント３０の入力側に該プラントの
入力であるアルカリ液の流量を検出すべく設けられた流
量センサ３４（第２検出手段）と、これらのｐＨセンサ
３３及び流量センサ３４のそれぞれの出力V1/OUT，V2/O
UTに基づき後述の演算処理を行う制御ユニット３５とを
具備する。
【０３８９】制御ユニット３５は、マイクロコンピュー
タ等により構成されたもので、ｐＨセンサ３３の出力V1
/OUTとその目標値V1/TARGET （これは前記混合液の目標
ｐＨに相当する）との偏差V1（＝V1/OUT−V1/TARGET ）
をｐＨセンサ３３の出力を示すデータとして算出する減
算処理部３６と（以下、偏差V1をｐＨセンサ３３の偏差
出力V1という）、流量センサ３４の出力V2/OUTと所定の
基準値V2/REF（これは任意に設定してよい）との偏差V2
（＝V2/OUT−V2/REF）を流量センサ３４の出力を示すデ
ータとして算出する減算処理部３７と（以下、偏差V2を
流量センサ３４の偏差出力V2という）、上記偏差出力V
1，V2に基づいて、ｐＨセンサ３３の出力V1/OUTをその
目標値V1/TARGET に収束させるためにプラント３０に与
えるべきアルカリ液の目標流量V2CMD をプラント３０へ
の入力を規定する操作量として決定する操作量決定部３
８と、流量センサ３４の出力V2/OUT（検出流量）を目標
流量V2CMD に一致させるように前記流量制御器３１の動
作量をフィードバック制御するフィードバック制御部３
９（アクチュエータ制御手段）とを具備する。
【０３９０】尚、以下の説明において、前記目標流量V2
CMD の前記基準値V2/REFに対する偏差（＝V2CMD −V2/R
EF）を目標偏差流量v2cmd （これは前述の実施形態にお
ける目標偏差空燃比kcmdに対応する）と称する。また、
流量制御器３１及びフィードバック制御部３９を合わせ
たシステム、すなわち、目標流量V2CMD から流量センサ
３４が検出する流量のアルカリ液を生成するシステムを
流量操作系（これは前述の実施形態における空燃比操作
系に対応する）と称する。
【０３９１】前記操作量決定部３８は、前述の実施形態
の空燃比操作量決定部１３と同様に同定器、推定器及び
スライディングモード制御器（図示しない）を備えてい
る。そして、操作量決定部３８は、例えば前記式（１）
のVO2 ，kactをそれぞれ前記偏差出力V1，V2で置き換え
て成るプラント３０の離散系モデルと、前記式（２）の
kact，kcmdをそれぞれ前記偏差出力V2、目標偏差流量v2
cmd で置き換えて成る前記流量操作系の離散系モデルと
を用い、該空燃比操作量決定部１３の同定器２５、推定
器２６及びスライディングモード制御器２７と同様の演
算処理を行う。
【０３９２】すなわち、操作量決定部３８は、プラント
３０の離散系モデルのパラメータの同定値（これは前述
の実施形態における同定ゲイン係数a1ハット、a2ハッ
ト、b1ハットに対応する）の算出や、プラント３０に存
する無駄時間と流量操作系に存する無駄時間とを合わせ
た合計無駄時間後のｐＨセンサ３３の出力V1/OUTもしく
は偏差出力V1の推定値（これは前述の実施形態における
推定偏差出力VO2 バーに対応する）の算出、上記パラメ
ータの同定値やｐＨセンサ３３の出力V1/OUTもしくは偏
差出力V1の推定値を用いた前記目標流量V2CMD （これは
前述の実施形態における目標空燃比KCMDに対応する）の
算出を行う。
【０３９３】この場合、プラント３０のモデルにおける
無駄時間（第１無駄時間）の設定値は、プラント３０の
実際の無駄時間以上となるような時間（例えば一定値）
に実験等を通じて定めておけばよい。また、流量操作系
のモデルにおける無駄時間（第２無駄時間）の設定値
は、流量制御器３１の動作特性を考慮し、流量操作系の
実際の無駄時間以上となるような時間（例えば一定値）
に実験等を通じて定めておけばよい。あるいは、流量操
作系の無駄時間が流量制御器３１の動作状態によって、
大きく変化するような場合には、それに合わせて、流量
操作系のモデルにおける無駄時間の設定値を流量制御器
３１の動作状態に応じて可変的に定めるようにしてもよ
い。
【０３９４】また、前述した実施形態のように、同定器
による同定を行うプラント３０の離散系モデルのパラメ
ータの値を制限するに際しては、ｐＨセンサ３３の出力
V1/OUTの目標値V1/TARGET への制御性や、前記目標流量
V2CMD の安定性もしくはそれに応じた流量制御器３１の
動作の安定性等を考慮して、実験やシミュレーションを
通じて上記パラメータの値もしくはその組み合わせを制
限するための条件を前述の実施形態と同様に設定すれば
よい。
【０３９５】尚、前記フィードバック制御部３９は、例
えば前述の実施形態の大局的フィードバック制御部１５
と同様に、図示しないＰＩＤ制御器あるいは適応制御器
等により、流量センサ３４の出力V2/OUT（検出流量）が
前記目標流量V2CMD に一致するように流量制御器３１の
動作をフィードバック制御する。
【０３９６】このような本実施形態の装置によれば、プ
ラント３０に与えられるアルカリ液のｐＨや、該アルカ
リ液にプラント３０内で混合する酸性液のｐＨ、該酸性
液の流量を把握せずとも、外乱の影響やプラント３０に
存する無駄時間の影響によらずに、適応スライディング
モード制御を用いて精度よくｐＨセンサ３３の出力V1/O
UT、すなわちプラント３０が生成する混合液のｐＨを所
望のｐＨに制御することができる。
【０３９７】尚、本実施形態のプラントの制御装置は、
前記空燃比制御装置の実施形態について説明した変形態
様と同様の各種の変形態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラントの制御装置の一実施形態の全
体的システム構成図。
【図２】図１の装置で使用するＯ2 センサの出力特性
図。
【図３】図１の装置の空燃比操作量決定部の基本構成を
示すブロック図。
【図４】図１の装置のエンジン側のシステムの無駄時間
を説明するための線図。
【図５】図１の装置で用いるスライディングモード制御
を説明するための説明図。
【図６】図１の装置の適応制御器の基本構成を示すブロ
ック図。
【図７】図１の装置のエンジンの燃料制御に係わる処理
を説明するためのフローチャート。
【図８】図７のフローチャートにおけるサブルーチン処
理を説明するためのフローチャート。
【図９】図１の装置の空燃比操作量決定部の全体的処理
を説明するためのフローチャート。
【図１０】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図１１】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図１２】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図１３】図１２のフローチャートの部分的処理を説明
するための説明図。
【図１４】図１２のフローチャートの部分的処理を説明
するための説明図。
【図１５】図１２のフローチャートの部分的処理を説明
するための説明図。
【図１６】図１２のフローチャートのサブルーチン処理
を説明するための説明図。
【図１７】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図１８】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図１９】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図２０】図９のフローチャートのサブルーチン処理を
説明するためのフローチャート。
【図２１】図１の装置の制御処理の変形態様を説明する
ための説明図。
【図２２】本発明のプラントの制御装置の他の実施形態
の全体的システム構成図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関、アクチュエータ）、３…触媒
装置、Ｅ…対象排気系（プラント）、５…広域空燃比セ
ンサ（第２排ガスセンサ、第２検出手段）、６…Ｏ2 セ
ンサ（第１排ガスセンサ、第１検出手段）、７ａ…排気
側制御ユニット（操作量決定手段）、７ａ…機関側制御
ユニット（機関制御手段、アクチュエータ制御手段）、
１８…適応制御器、２６…推定器（推定手段）、２７…
スライディングモード制御器、３０…プラント、３１…
流量制御器（アクチュエータ）、３３…ｐＨセンサ（第
１検出手段）、３４…流量センサ（第２検出手段）、３
８…操作量決定部（操作量決定手段）、３９…フィード
バック制御部（アクチュエータ制御手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｇ０５Ｂ 11/36 Ｇ０５Ｂ 11/36 Ｍ (56)参考文献 特開 平６−129283（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−273438（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/14 310 G05B 13/00 G08B 23/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プラントへの入力を生成するアクチュエー
    タと、前記プラントの出力を検出する第１検出手段と、
    該第１検出手段の出力が所定の目標値になるように該プ
    ラントへの入力を規定する操作量を逐次決定する操作量
    決定手段と、該操作量決定手段が決定した操作量に基づ
    き前記アクチュエータの動作を制御するアクチュエータ
    制御手段とを備えたプラントの制御装置において、 前記プラントが有する第１無駄時間と、前記アクチュエ
    ータ及びアクチュエータ制御手段が有する第２無駄時間
    とを合わせた合計無駄時間後における前記第１検出手段
    の出力の推定値を表すデータを逐次生成する推定手段を
    備え、 前記操作量決定手段は、該推定手段が生成したデータに
    基づき前記操作量を決定することを特徴とするプラント
    の制御装置。
  2. 【請求項２】前記推定手段は、前記第１検出手段の出力
    と前記操作量決定手段が過去に決定した前記操作量の過
    去値とから所定のアルゴリズムにより前記前記第１検出
    手段の出力の推定値を表すデータを生成することを特徴
    とする請求項１記載のプラントの制御装置。
  3. 【請求項３】前記所定のアルゴリズムは、前記プラント
    を応答遅れ要素と前記第１無駄時間の無駄時間要素とを
    用いて表したモデルと、前記アクチュエータ及びアクチ
    ュエータ制御手段を前記第２無駄時間の無駄時間要素を
    用いて表したモデルとに基づき構築されていることを特
    徴とする請求項２記載のプラントの制御装置。
  4. 【請求項４】前記プラントの入力を検出する第２検出手
    段を備えると共に、前記推定手段が前記第１検出手段の
    出力の推定値を表すデータを生成するために必要な前記
    操作量の過去値には、前記第２無駄時間以前の少なくと
    も一つの過去値が含まれており、該推定手段は、当該第
    ２無駄時間以前の前記操作量の過去値の全部又は一部の
    代わりに前記第２検出手段の現在以前の出力値を用いて
    前記第１検出手段の出力の推定値を表すデータを生成す
    ることを特徴とする請求項２又は３記載のプラントの制
    御装置。
  5. 【請求項５】前記推定手段が前記操作量の過去値の代わ
    りに用いる前記第２検出手段の出力値は、該操作量の過
    去値を前記操作量決定手段が決定した時点から前記第２
    無駄時間後の時点における該第２検出手段の出力値であ
    ることを特徴とする請求項４記載のプラントの制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記プラントの入力を検出する第２検出手
    段を備えると共に、前記操作量決定手段が決定する前記
    操作量は前記プラントの目標入力であり、前記アクチュ
    エータ制御手段は、該第２検出手段の出力が前記プラン
    トの目標入力になるように前記アクチュエータの動作を
    フィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至
    ３のいずれかに記載のプラントの制御装置。
  7. 【請求項７】前記操作量決定手段が決定する前記操作量
    は前記プラントの目標入力であり、前記アクチュエータ
    制御手段は、前記第２検出手段の出力が前記プラントの
    目標入力になるように前記アクチュエータの動作をフィ
    ードバック制御することを特徴とする請求項４又は５記
    載のプラントの制御装置。
  8. 【請求項８】前記アクチュエータ制御手段は、前記フィ
    ードバック制御を漸化式形式の制御器により行うことを
    特徴とする請求項６又は７記載のプラントの制御装置。
  9. 【請求項９】前記漸化式形式の制御器は適応制御器であ
    ることを特徴とする請求項８記載のプラントの制御装
    置。
  10. 【請求項１０】前記推定手段は、前記第２無駄時間をあ
    らかじめ定めた所定の一定値に設定し、その第２無駄時
    間の設定値と前記第１無駄時間とを合わせた前記合計無
    駄時間後における前記第１検出手段の出力の推定値を表
    すデータを生成することを特徴とする請求項１乃至９の
    いずれかに記載のプラントの制御装置。
  11. 【請求項１１】前記第２無駄時間の設定値は、前記アク
    チュエータの所定の動作状態において、該アクチュエー
    タ及び前記アクチュエータ制御手段が有する無駄時間と
    して設定されていることを特徴とする請求項１０記載の
    プラントの制御装置。
  12. 【請求項１２】前記推定手段は、前記第２無駄時間を前
    記アクチュエータの動作状態に応じて可変的に設定し、
    その設定した第２無駄時間と前記第１無駄時間とを合わ
    せた前記合計無駄時間後における前記第１検出手段の出
    力の推定値を表すデータを生成することを特徴とする請
    求項１乃至９のいずれかに記載のプラントの制御装置。
  13. 【請求項１３】前記推定手段は、前記第１無駄時間をあ
    らかじめ定めた所定の一定値に設定し、その第１無駄時
    間の設定値と前記第２無駄時間の設定値とを合わせた前
    記合計無駄時間後における前記第１検出手段の出力の推
    定値を表すデータを生成することを特徴とする請求項１
    ０乃至１２のいずれかに記載のプラントの制御装置。
  14. 【請求項１４】前記操作量決定手段は、前記推定手段が
    生成するデータにより示される前記第１検出手段の出力
    の推定値をスライディングモード制御により前記所定の
    目標値に収束させるように前記操作量を決定することを
    特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のプラン
    トの制御装置。
  15. 【請求項１５】前記プラントは、内燃機関の排気通路に
    設けた触媒装置の上流側から下流側にかけての該触媒装
    置を含む排気系であり、前記プラントへの入力は、前記
    触媒装置に進入する排ガスを生成する前記アクチュエー
    タとしての前記内燃機関で燃焼した混合気の空燃比であ
    り、前記プラントの出力は、前記触媒装置を通過した排
    ガス中の特定成分の濃度であることを特徴とする請求項
    １乃至１４のいずれかに記載のプラントの制御装置。
  16. 【請求項１６】前記プラントは、内燃機関の排気通路に
    設けた触媒装置の上流側から下流側にかけての該触媒装
    置を含む排気系であり、前記プラントへの入力は、前記
    触媒装置に進入する排ガスを生成する前記アクチュエー
    タとしての前記内燃機関で燃焼 した混合気の空燃比であ
    り、前記プラントの出力は、前記触媒装置を通過した排
    ガス中の特定成分の濃度であり、 前記第２無駄時間を設定するためのアクチュエータの動
    作状態は少なくとも該アクチュエータとしての前記内燃
    機関の回転数を含み、 前記推定手段は、該内燃機関の回転数が低い程、該第２
    無駄時間を長く設定することを特徴とする請求項１２記
    載のプラントの制御装置。
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