JPS59120752A - 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 - Google Patents
内燃機関のアイドル回転速度制御方法Info
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- JPS59120752A JPS59120752A JP57227548A JP22754882A JPS59120752A JP S59120752 A JPS59120752 A JP S59120752A JP 57227548 A JP57227548 A JP 57227548A JP 22754882 A JP22754882 A JP 22754882A JP S59120752 A JPS59120752 A JP S59120752A
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- combustion engine
- engine
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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
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (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)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
0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、より詳細眞ば、従来一般的なI)ID(比例
積分微分)制御とは異なり、内燃機関の内部状7軒ヲ考
慮して機関とダイナミック(動的)なシステムとして捕
え、内部状態を規定1″ろ状態変数によって機関の動的
な振舞いを推定しながら、機関の入力変数を決定1−る
状態変数制御御の手法を用いて、アイドル回転速度を制
御′1−ろ方法(で関する。
法に関し、より詳細眞ば、従来一般的なI)ID(比例
積分微分)制御とは異なり、内燃機関の内部状7軒ヲ考
慮して機関とダイナミック(動的)なシステムとして捕
え、内部状態を規定1″ろ状態変数によって機関の動的
な振舞いを推定しながら、機関の入力変数を決定1−る
状態変数制御御の手法を用いて、アイドル回転速度を制
御′1−ろ方法(で関する。
(従来技術)
従来の内燃機関におげろ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−<ルブ1ば、VCMバルブ2
の制御ソノノイド3の駆動パルス幅PAをデユーティ制
御ずろことによってリント量カ変ワリ、スロットルバル
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。
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−<ルブ1ば、VCMバルブ2
の制御ソノノイド3の駆動パルス幅PAをデユーティ制
御ずろことによってリント量カ変ワリ、スロットルバル
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。
コントロールユニット6ば、スロットルバルブスイッチ
7によるアイドル(IDL、E )信号、ニュートラル
スイッチ8によるニュートラル(NE(JT)信号、止
速センザ9にょる車速(vsp)信号などによって機関
がアイドル状態にあることを検知すると、水温センサI
OKよる冷却水温度(TW)K応じた1次元テーブルル
ックアップによって、アイドル回転速度の基本目標値¥
算出する。そして、エアコンスイッチ11 K ヨ6エ
アコン(A/c)信号、ニュートラル(NEUT )信
号、バッテリ電圧(VB)信号などに応じた補正を行な
っ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l/ノイド
3のパルス幅PAヲ比例、積分(2丁)のデー−ティ制
御をして、目標回転速度Nrにフィードバック制御する
。
7によるアイドル(IDL、E )信号、ニュートラル
スイッチ8によるニュートラル(NE(JT)信号、止
速センザ9にょる車速(vsp)信号などによって機関
がアイドル状態にあることを検知すると、水温センサI
OKよる冷却水温度(TW)K応じた1次元テーブルル
ックアップによって、アイドル回転速度の基本目標値¥
算出する。そして、エアコンスイッチ11 K ヨ6エ
アコン(A/c)信号、ニュートラル(NEUT )信
号、バッテリ電圧(VB)信号などに応じた補正を行な
っ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l/ノイド
3のパルス幅PAヲ比例、積分(2丁)のデー−ティ制
御をして、目標回転速度Nrにフィードバック制御する
。
以上の制御方法を流れ図で示したのが第2図である。
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っては、機関、アクチーエータおよ
びセンサの動特性を効果的に用いたPI制御を行なって
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
っていたため、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
の負荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな
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った。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った。
転速度制御方法にあっては、機関、アクチーエータおよ
びセンサの動特性を効果的に用いたPI制御を行なって
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
っていたため、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
の負荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな
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った。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った。
そして特に、実際問題として、物理的制約を受ける制御
入力値の上限値または下限値2越えるような大きな外乱
が加わった時、計算された制御入力値が上下限値をしば
らく越えてしまい、その間の制御性が悪化するという問
題があった。
入力値の上限値または下限値2越えるような大きな外乱
が加わった時、計算された制御入力値が上下限値をしば
らく越えてしまい、その間の制御性が悪化するという問
題があった。
(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がら出る時、さらには大きな負
荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな振舞
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、多数の制御人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、もってより安定な
アイドル回転速度制御を行なうことを目的とする。
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がら出る時、さらには大きな負
荷外乱が加わった直後等の、機関がダイナミックな振舞
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、多数の制御人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、もってより安定な
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、制御入力の制御範囲を越えた時の制御性を
良好にすることを目的とする。
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、アクチュエータおよびセ
ンサの動特性をモデル化したものをマイクロコンピュー
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M(もしくは相当量)および
排気還流(F、GR)量(もしくは4目当量)から選択
された℃・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、ダイナミックモデルて゛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天際値の偏差
の積分値とを用いて、制御入力値を決定(7、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する
ことを特徴とする。この制御手法は、従来一般的なPI
D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ろものである。そして特に、制
御入力の制御範囲を越えた時には、制御応答性の良い点
火時期を効果的に変えろことを特徴とするものである。
ンサの動特性をモデル化したもの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(も
しくは相当量)、燃料供給M(もしくは相当量)および
排気還流(F、GR)量(もしくは4目当量)から選択
された℃・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、ダイナミックモデルて゛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天際値の偏差
の積分値とを用いて、制御入力値を決定(7、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する
ことを特徴とする。この制御手法は、従来一般的なPI
D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ろものである。そして特に、制
御入力の制御範囲を越えた時には、制御応答性の良い点
火時期を効果的に変えろ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。
制御方法の一実施例を実現する装置の構成図である。
同図圧お℃・て、12は制御対象である内燃機関で、制
御対象12の制御比カケ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、他の制御人力に比べて応
答性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオーバ
シーートとアンダシ、−一トが大きく出て、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(、他の制御入力で制御範囲な越え
た場合とか、特に応答性を要求さう(7る場合に点火時
期を効果的に用いるのが好まし℃\。
御対象12の制御比カケ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、他の制御人力に比べて応
答性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオーバ
シーートとアンダシ、−一トが大きく出て、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(、他の制御入力で制御範囲な越え
た場合とか、特に応答性を要求さう(7る場合に点火時
期を効果的に用いるのが好まし℃\。
本実施例では、2制御入力として、アイドル時のバイパ
ス空気置火調整′1−ろためのV CI’vl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づ−ろ量)と、燃料を噴
射1−ろ電磁弁を駆動するパルス幅PF (′f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て′、1出力である。
ス空気置火調整′1−ろためのV CI’vl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づ−ろ量)と、燃料を噴
射1−ろ電磁弁を駆動するパルス幅PF (′f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て′、1出力である。
1:3は、′制御対象である。機関12のダイナミンク
モデルを記憶していて、上記3つの制徊]入出力情報P
A、 PF、 Nから機関のダイナミックな内部状態を
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゜x、、、
x3.x4のベクトル表示)の推定値Xを計算する。
モデルを記憶していて、上記3つの制徊]入出力情報P
A、 PF、 Nから機関のダイナミックな内部状態を
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゜x、、、
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ミュレーショ
ン1ろもので、ダイナミックな内部状態を状態変数x(
n次のベクトルX1〜Xn)で代表する。
ン1ろもので、ダイナミックな内部状態を状態変数x(
n次のベクトルX1〜Xn)で代表する。
制御対象である機関]2の内部状態を表わ′1−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
焼の動的挙動、機関l・ルク等が挙げられろ。こ牙′シ
らの値をセンサにより検出でき末シバ、その検出値を用
いることによって動的な振舞いを把握し、制御に用いろ
ことによって制御をより精密π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ろ実用的セ
ンサはあまり存在しない。そこで機関の内δIS状態を
状態変数Xで代表さ、+!: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セろ必要は
な(、全体として機関をシミュレーションさセろもので
ある。状態変数Xの次数nは、l〕が大きい程シミ。1
/−ジョンが精確になるが、反面計算が複雑になる。こ
の発明における2人力1出カの場合には、11 ==
4程度が適当である。
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
焼の動的挙動、機関l・ルク等が挙げられろ。こ牙′シ
らの値をセンサにより検出でき末シバ、その検出値を用
いることによって動的な振舞いを把握し、制御に用いろ
ことによって制御をより精密π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ろ実用的セ
ンサはあまり存在しない。そこで機関の内δIS状態を
状態変数Xで代表さ、+!: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セろ必要は
な(、全体として機関をシミュレーションさセろもので
ある。状態変数Xの次数nは、l〕が大きい程シミ。1
/−ジョンが精確になるが、反面計算が複雑になる。こ
の発明における2人力1出カの場合には、11 ==
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5KI
(積分)動作の付加により吸収できる。
誤差の影響が出てしまうが、この点は後述するよ5KI
(積分)動作の付加により吸収できる。
第3図において、■・1は積分(1)動作ヒケイングロ
ックで、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
a:された状態変数Axから、2つの制御人力PAとP
FO値を計算する(第5図参照)。
ックで、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
a:された状態変数Axから、2つの制御人力PAとP
FO値を計算する(第5図参照)。
そして上記の状態観測器13と積分動作とフィンブロッ
ク14とでコントローラを構成する。
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人力1出カシステムで゛、
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’r(z
)から、制御対象12のダイナミックな内部状態を推定
することが可能であろ3.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、 ’r(Z) −[’: T、(Z) T2(z) )
(1)となる。但し2.2は入出力
信号のサンプル値のZ−変換を示し、T、 (zlとT
2(Z)は例えばZの2次伝達関数である。
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’r(z
)から、制御対象12のダイナミックな内部状態を推定
することが可能であろ3.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、 ’r(Z) −[’: T、(Z) T2(z) )
(1)となる。但し2.2は入出力
信号のサンプル値のZ−変換を示し、T、 (zlとT
2(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ハ(Z) 、 ’I’、(z
lの関係ケ示す制御対象(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6丁−2δPF、δNを用いている。
lの関係ケ示す制御対象(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6丁−2δPF、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1゛ろ0とができろ。
13を構成1゛ろ0とができろ。
先ず、T(zlから機関の動的な据舞いケ記述する状態
変数モデル x(n)−八X(Q−1,)+Bu(n−1,)
(2)y(n−1)=Cx(n−1) (
3)を導く。、−こで、合量のカッコ内のfn)は現時
点をまた( n−1)は1つ前のザンブル時点な表わJ
″。
変数モデル x(n)−八X(Q−1,)+Bu(n−1,)
(2)y(n−1)=Cx(n−1) (
3)を導く。、−こで、合量のカッコ内のfn)は現時
点をまた( n−1)は1つ前のザンブル時点な表わJ
″。
u(n−1)は制御人カベクトルで、ある基準設定値か
らの線形近似が成り立つ範囲内での摂動分を表わ丁、?
fjj制御ソ制御ソイツノイド3ス幅δPA(n−]−
)と燃料噴射パルス幅δPF(n−1)を要素とする。
らの線形近似が成り立つ範囲内での摂動分を表わ丁、?
fjj制御ソ制御ソイツノイド3ス幅δPA(n−]−
)と燃料噴射パルス幅δPF(n−1)を要素とする。
ずなわち、
また、y(+1−1)は制御出力で・、制御入カベクl
、ルど同様に、ある基糸回転速度Na(例えば650
rpm )からの摂動分を表わすδN(工]−1)を要
素とする。
、ルど同様に、ある基糸回転速度Na(例えば650
rpm )からの摂動分を表わすδN(工]−1)を要
素とする。
1−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’l”(Z)の係数から決まる定数行
列である。
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’l”(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。
する。
x(nl−(A−uc)x(n−1)+Bu(’n−1
)十Gy (n−1) (6)コCC
C、Gハ任意に与えられるイイ列で、父(・)は機関1
2の内部状態変数X(・)の推定値である。(2)(3
)(6)式より変形ずろと、 (x(n) −x(nl ) −(八−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ル、る
よ5vcGを選べば、 1→犬で x (nl →x (n)
(8)となり、内部状態変数量X (nlを入力U(
・)と出力y(・)から推定することができろ。また、
行列Gを適当に選び、行列(八−GC)の固有値を全て
零にすることも可能で、この時状態観dI11器13は
有限整定状態観測器となる。
)十Gy (n−1) (6)コCC
C、Gハ任意に与えられるイイ列で、父(・)は機関1
2の内部状態変数X(・)の推定値である。(2)(3
)(6)式より変形ずろと、 (x(n) −x(nl ) −(八−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ル、る
よ5vcGを選べば、 1→犬で x (nl →x (n)
(8)となり、内部状態変数量X (nlを入力U(
・)と出力y(・)から推定することができろ。また、
行列Gを適当に選び、行列(八−GC)の固有値を全て
零にすることも可能で、この時状態観dI11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(・)ム、[]標
回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)との偏差
8A=(Nr−N(・))の情報将′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
線形近イ以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の最適レギュレータ
制御を行なう。レギュレータ制御とは、アイドル回転速
度Nを一定値である目標回転速度N、に合致するように
制御する定値制御を意味する。
回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)との偏差
8A=(Nr−N(・))の情報将′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
線形近イ以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の最適レギュレータ
制御を行なう。レギュレータ制御とは、アイドル回転速
度Nを一定値である目標回転速度N、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1(積分)動作を付加し、ているが
、ここでば■動作を含めての最適レキ−レータ制御を行
なう。
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1(積分)動作を付加し、ているが
、ここでば■動作を含めての最適レキ−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人
力1吊カシステムで゛あり、これを最適にレキ−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J
vキュレータ制御アルコリズムは、例えば古[]」勝久
著「線形システム制御理論」(昭和51年) tlIt
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 (r+) =、 N、、−N’
(n) (10)と17、評価関
数Jを、 とする。ここで、Rは重みパラン〜り行列、tは転置を
示j。1(は制御開始時点なOと1〜るサンプル回数で
、01)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、旧)式の第2項ヲ(9)
式のような制御入力の差分の2次形式と1−でいるが、
これは第5図のように1動作付加によるものである。
力1吊カシステムで゛あり、これを最適にレキ−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J
vキュレータ制御アルコリズムは、例えば古[]」勝久
著「線形システム制御理論」(昭和51年) tlIt
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 (r+) =、 N、、−N’
(n) (10)と17、評価関
数Jを、 とする。ここで、Rは重みパラン〜り行列、tは転置を
示j。1(は制御開始時点なOと1〜るサンプル回数で
、01)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、旧)式の第2項ヲ(9)
式のような制御入力の差分の2次形式と1−でいるが、
これは第5図のように1動作付加によるものである。
旧)式の評価関数Jを最小とする最適制御入力u*(k
) &ま、 となる。(12)式で に−(R+BPB)B )’ハ (13)とおく
と、Kは最適ケイン行列である1、また(I2)式%式
% であり、Pは、 P−へtpへ一定PB(百’PB+R)−18’Pλの
りカッティ(Riccati )方程式の解である。
) &ま、 となる。(12)式で に−(R+BPB)B )’ハ (13)とおく
と、Kは最適ケイン行列である1、また(I2)式%式
% であり、Pは、 P−へtpへ一定PB(百’PB+R)−18’Pλの
りカッティ(Riccati )方程式の解である。
Ql)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(りて゛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で変えろことかできる。従って、
適当なRを選択し、アイドル時の機関のダイナミックモ
デル(状態変数モデル)fX:用い、(16)式を解い
たPを用いて計算した(13)式の最適ケイン行列Kを
マイクロコンピータに記憶し、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 fk)から、(12)式によって最適制御
入力値u”(k)火簡単に決定することかて゛きる。ま
た前述したように、機関のダイナミックな状態変数の推
定値x(klを求めるには、行列A 、 B 、 C、
Gの値をマイクロコンピュータに記憶しておき、(6)
式てより計算すればよい。
きを制約しつつ、制御出力y(りて゛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で変えろことかできる。従って、
適当なRを選択し、アイドル時の機関のダイナミックモ
デル(状態変数モデル)fX:用い、(16)式を解い
たPを用いて計算した(13)式の最適ケイン行列Kを
マイクロコンピータに記憶し、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 fk)から、(12)式によって最適制御
入力値u”(k)火簡単に決定することかて゛きる。ま
た前述したように、機関のダイナミックな状態変数の推
定値x(klを求めるには、行列A 、 B 、 C、
Gの値をマイクロコンピュータに記憶しておき、(6)
式てより計算すればよい。
さて、アイドル時に、大きな負荷外乱(例えばクラッチ
ミート持続外乱)とか、制御入力側に空気外乱(例えば
、アク゛セルペダルに足を軽く乗せていて、スロットル
バルブ4(第1図)が通常より開いている時に加わる外
乱)が、持続的眞長時間加わった時は、目標回転速度へ
近づけるのにかなりの時間を要し、普通は、目標回転速
度に整定する前に、制御入力値が予め物理的制約により
設けられた上限値または下限値を越えてしまって、それ
以上は制御不能となってしまい、以後の制御両性は悪化
してしまう。
ミート持続外乱)とか、制御入力側に空気外乱(例えば
、アク゛セルペダルに足を軽く乗せていて、スロットル
バルブ4(第1図)が通常より開いている時に加わる外
乱)が、持続的眞長時間加わった時は、目標回転速度へ
近づけるのにかなりの時間を要し、普通は、目標回転速
度に整定する前に、制御入力値が予め物理的制約により
設けられた上限値または下限値を越えてしまって、それ
以上は制御不能となってしまい、以後の制御両性は悪化
してしまう。
そこで、このような状況に到った時には、アイドル時に
ほぼ一定にセノトサれていた点火時期を進角させたり遅
角させたりして、制御不能になった分をある程度補うこ
とで、制御性を改善することができる。
ほぼ一定にセノトサれていた点火時期を進角させたり遅
角させたりして、制御不能になった分をある程度補うこ
とで、制御性を改善することができる。
例えば、第6図に示すように、半クラツチ状態(t、)
をしばら(続けていて、ブレーキを踏んでいる時、ある
いは坂道の途中で半クラツチ状態のアイドル回転で車両
を停止させている時等には、がなり大きい負荷のため、
アイドル回転速度Nが目標値(Nr= 65Orpm
)より低下し、aP、 トδI)Fノ値は上限値(δP
A)uと(δPF)uKはりついてしまい、これ以上目
標回転速度へ近づけることが不可能になってしまう。こ
の時に、他の外乱、例えば電気負荷やパワステ負荷等(
t2)が投入されると、さらに回転速度が但下し、エン
スト(機関が停止)してしまう(第6図(A)の点線)
。そこで、面制御人力δPA、EδPP、が」二限値(
δPA)uと(δPF)u(まタハ下限値(δPA)l
と(δPF)l)Kはりついた(第6図(13)と(C
))ことを検知して、点火時期IT(通常は200BT
l)CK L、ておいたとする:第6図(D))¥、ア
イドル回転速度な上げろ方向に進角させ(例えば27°
BTDC:第6図(D)一点鎖線)で、アイドル回転速
度Nを目標値NrK近づけておけば(第6図(A)の一
点鎖線)、以後他の外乱(t2)がカDゎってもエンス
トまでには到らず、制御性を改善することができろ。
をしばら(続けていて、ブレーキを踏んでいる時、ある
いは坂道の途中で半クラツチ状態のアイドル回転で車両
を停止させている時等には、がなり大きい負荷のため、
アイドル回転速度Nが目標値(Nr= 65Orpm
)より低下し、aP、 トδI)Fノ値は上限値(δP
A)uと(δPF)uKはりついてしまい、これ以上目
標回転速度へ近づけることが不可能になってしまう。こ
の時に、他の外乱、例えば電気負荷やパワステ負荷等(
t2)が投入されると、さらに回転速度が但下し、エン
スト(機関が停止)してしまう(第6図(A)の点線)
。そこで、面制御人力δPA、EδPP、が」二限値(
δPA)uと(δPF)u(まタハ下限値(δPA)l
と(δPF)l)Kはりついた(第6図(13)と(C
))ことを検知して、点火時期IT(通常は200BT
l)CK L、ておいたとする:第6図(D))¥、ア
イドル回転速度な上げろ方向に進角させ(例えば27°
BTDC:第6図(D)一点鎖線)で、アイドル回転速
度Nを目標値NrK近づけておけば(第6図(A)の一
点鎖線)、以後他の外乱(t2)がカDゎってもエンス
トまでには到らず、制御性を改善することができろ。
なお、点火時期の変え方は種々考えられるが、第6図f
D)では−律にある値だげ進角さセる例である。
D)では−律にある値だげ進角さセる例である。
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、ステップ31では、エア
コンのオン−オフ状態、水温ルの値等によりアイドル回
転速度の目標値Nrを決めろ。
図である。手順を説明すると、ステップ31では、エア
コンのオン−オフ状態、水温ルの値等によりアイドル回
転速度の目標値Nrを決めろ。
ステップ32では、アイ]・ル回転速度の目標値N1.
と実際値Nの偏差SAを計算する。ステップ33では、
制御ヲ始めてから前の周期までの回転速度の偏差SAi
力り算していて、結果をDUNというレジスタ((移す
。ステップ34では、回転速度の実際値Nの基準設定値
Na(例えば650 rpm )からのズレδNを計算
1−る。ステップ35では、前の制御周期で推定された
機関のダイナミックな内部状態を表わ′1−状態変数量
x、*〜X:(前回計算値)と、計算された制御入力値
δ八およびδPFと、さらに制御出力値であるδNとを
重みづげ力日算して各状態変数量x、〜X4ヲ計算″′
3−る。但シ(6)式の行列(A−uc)は、の形で、
有限整定オブザーバを形成した例である。
と実際値Nの偏差SAを計算する。ステップ33では、
制御ヲ始めてから前の周期までの回転速度の偏差SAi
力り算していて、結果をDUNというレジスタ((移す
。ステップ34では、回転速度の実際値Nの基準設定値
Na(例えば650 rpm )からのズレδNを計算
1−る。ステップ35では、前の制御周期で推定された
機関のダイナミックな内部状態を表わ′1−状態変数量
x、*〜X:(前回計算値)と、計算された制御入力値
δ八およびδPFと、さらに制御出力値であるδNとを
重みづげ力日算して各状態変数量x、〜X4ヲ計算″′
3−る。但シ(6)式の行列(A−uc)は、の形で、
有限整定オブザーバを形成した例である。
なお、(八、B、C)は可観測正準形を用いている。
ステップ36では、推定された機関のダイナミックな内
部状態変数量X1〜X4とDtlNK最適ゲインにの要
素に1jを乗じて加算腰基準設定値(PA)aおよび(
PF)aK対し制御入力値暑どれだけ増量するかを計算
′1−る。
部状態変数量X1〜X4とDtlNK最適ゲインにの要
素に1jを乗じて加算腰基準設定値(PA)aおよび(
PF)aK対し制御入力値暑どれだけ増量するかを計算
′1−る。
ステップ37では、計算されたδ八とδPFが共に上限
値または下限値のどちらかにはりついたか否かを判定し
、はりついた時はステップ38で上限値か下限値かを判
別する。上限値の場合は、ステップ39で点火時期IT
S進角させ、アイドル回転速度を上昇させて目標値に近
づけさせ、ステップ38で下限値にはりついた場合は、
ステップ40で点火時期を遅角させ、アイドル回転速度
を低下さセで目標値に近づけさせろ。
値または下限値のどちらかにはりついたか否かを判定し
、はりついた時はステップ38で上限値か下限値かを判
別する。上限値の場合は、ステップ39で点火時期IT
S進角させ、アイドル回転速度を上昇させて目標値に近
づけさせ、ステップ38で下限値にはりついた場合は、
ステップ40で点火時期を遅角させ、アイドル回転速度
を低下さセで目標値に近づけさせろ。
第7図の係数b139g1.klj等は、予め求めてお
いてマイクロコンビーータ等に記憶しておく。
いてマイクロコンビー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かでき、上述の実
施例では、バイパス空気量の相当量であろVCMバルブ
の制御ソレノイドのパルス幅δへと、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。
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かでき、上述の実
施例では、バイパス空気量の相当量であろVCMバルブ
の制御ソレノイドのパルス幅δへと、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」二説明したように、この発明によれば、内燃機関の
ダイナミッ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
イナミン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
るよっりしたため、アイドル状態で問題となる失火外乱
や負荷外乱なとの外乱て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ろという効果が得
られる。
ダイナミッ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
イナミン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
るよっりしたため、アイドル状態で問題となる失火外乱
や負荷外乱なとの外乱て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ろという効果が得
られる。
そして特に、大きい持続外乱が加わって、制御入力値が
上限値または下限値のどちらかにはりついて制御不能に
なった時、点火時期を進角あるいは遅角させろことでア
イドル回転速度を目標値に近づけ、従って、以後の制御
性が改善され、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上しる。
上限値または下限値のどちらかにはりついて制御不能に
なった時、点火時期を進角あるいは遅角させろことでア
イドル回転速度を目標値に近づけ、従って、以後の制御
性が改善され、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上しる。
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
すフローチャート、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
ック図、第5図は第3図の積分動作とケインブロックの
詳細な構成図、第6図(A)(B)(C)(D)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ャートで′ある。 1・・・・・・・・・AACバルブ 2・・・・・・・・・VCMバルブ 3・・・・・・・・制御ソレノイド 4・・・・・・・・・スロットルバルブ5・・・・・・
・・バイパス 7・・・・・・・・スロットルバルブスイッチ8・・・
・・・・二。、−トラルスイノチ10・・・・・・・水
温センサ 11・・・・・・・・・エアコンスイッチ12・・・・
・・・・・内燃機関(制御対象)13・・・・・・・・
状態観測器 14・・・・・・・・・積分動作とケインブロック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 馬・・・・・・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+(−x)・・・・・・状態変数の推定量特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 纂3図 #ろ 図 纂4 図 L5 図 /I
構成図、第2図は従来のアイドル回転速度制御方法を示
すフローチャート、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
ック図、第5図は第3図の積分動作とケインブロックの
詳細な構成図、第6図(A)(B)(C)(D)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ャートで′ある。 1・・・・・・・・・AACバルブ 2・・・・・・・・・VCMバルブ 3・・・・・・・・制御ソレノイド 4・・・・・・・・・スロットルバルブ5・・・・・・
・・バイパス 7・・・・・・・・スロットルバルブスイッチ8・・・
・・・・二。、−トラルスイノチ10・・・・・・・水
温センサ 11・・・・・・・・・エアコンスイッチ12・・・・
・・・・・内燃機関(制御対象)13・・・・・・・・
状態観測器 14・・・・・・・・・積分動作とケインブロック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 馬・・・・・・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+(−x)・・・・・・状態変数の推定量特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 纂3図 #ろ 図 纂4 図 L5 図 /I
Claims (1)
- 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度の目標値N
1と実際値Nの偏差SAK基づいて、アイドル回転速度
をフィードバッ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ックモデルに基づ
き、前記内燃機関の制御入力値である該内燃機関に供給
されろ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]つまたは任意の2つ以−
L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ックな内部状態
を代表する適肖な次数の状態変数量X、 (i−1,2
,・・・・・・n)を推定し、該推定された状態変数量
X4 (’ ”” 1 + 2+・・・・・・n)と前
記回転速度の偏差SAの積分量とか「・ 前記制御人ノ
コ値を決定し、さらに、持続外乱が加わって該制御入力
値が予め一般定さり、た上限値または下限値のどちらか
一方にはりついた時は、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 |
---|---|---|---|
JP57227548A JPS59120752A (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 |
---|---|---|---|
JP57227548A JPS59120752A (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 |
---|---|
JPS59120752A true JPS59120752A (ja) | 1984-07-12 |
JPS6331659B2 JPS6331659B2 (ja) | 1988-06-24 |
Family
ID=16862621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57227548A Granted JPS59120752A (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) | JPS59120752A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4843553A (en) * | 1987-07-16 | 1989-06-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Speed control system for a vehicle |
WO1993022550A1 (en) * | 1992-04-24 | 1993-11-11 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for controlling the number of revolutions of internal combustion engine at an idle |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP57227548A patent/JPS59120752A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4843553A (en) * | 1987-07-16 | 1989-06-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Speed control system for a vehicle |
WO1993022550A1 (en) * | 1992-04-24 | 1993-11-11 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for controlling the number of revolutions of internal combustion engine at an idle |
US5495835A (en) * | 1992-04-24 | 1996-03-05 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Idling speed control method and apparatus for an internal combustion engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6331659B2 (ja) | 1988-06-24 |
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