(57)【要約】  本発明の課題は、制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、それらの和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、ＰＩ項がガードによって制限されている状態でのＩ項の発散を防ぎつつ、ＰＩ項のガードによる制限が外れた後のＩ項の収束性を向上させることである。このため、本フィードバック制御システムは、ＰＩ項のガードによる制限前の値と制限後の値との差をＩ項の値から差し引いた値をＩ項の修正前回値として演算する。そして、制御量の目標値と計測値との偏差から算出した更新量をＩ項の修正前回値に加算することによってＩ項の値を更新する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
を備えることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項２】
学習項を記憶する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項と前記学習項との和を前記補正量の計算に用いるトータル補正項として算出する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項の値に基づいて前記学習項の値を更新する手段と、
前記トータル補正項の大きさを第２のガードによって制限する手段と、
前記トータル補正項の前記第２のガードによる制限前の値と制限後の値との差を差し引くことによって前記Ｉ項の前記修正前回値をさらに修正する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御システム。
【請求項３】
前記トータル補正項の値が前記第２のガードの値を超え、且つ、前記Ｐ項と前記学習項との和の値が前記第２のガードの値を超える場合、前記Ｉ項の前記修正前回値をゼロに固定することを特徴とする請求項２に記載のフィードバック制御システム。
【請求項４】
前記第２のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のフィードバック制御システム。
【請求項５】
前記Ｐ項の大きさを第３のガードによって制限する手段をさらに備え、
前記第３のガードの値は、前記第１のガードの値と同じ値かそれよりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項６】
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段をさらに備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御システム。
【請求項７】
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段をさらに備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さく前記第２のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項８】
前記制御対象は自動車用の内燃機関であり、
前記第１のガードの値は前記内燃機関の運転状態に応じて変更されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項９】
前記制御量は空燃比であり、
前記操作量は燃料噴射量及び／又は空気量であることを特徴とする請求項８に記載のフィードバック制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィードバック制御システムに関し、特に、自動車用内燃機関の空燃比制御に用いて好適なフィードバック制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の内燃機関では、様々なフィードバック制御が行われている。例えばディーゼルエンジンの場合、過給圧制御、ＥＧＲ制御、そして、空燃比制御にフィードバック制御が用いられている。【０００３】
内燃機関で一般的に用いられているフィードバック制御の手法はＰＩ制御（比例積分制御）である。例えばディーゼルエンジンの空燃比制御であれば、図６にブロック図で示すような制御ロジックを有するフィードバック制御システムが用いられている。このフィードバック制御システムでは、制御量である空燃比に関して目標空燃比が定められるとともに空燃比センサによる計測空燃比が取得され、目標空燃比と計測空燃比との偏差である空燃比偏差が計算される。そして、空燃比偏差に所定の比例ゲインＧｐを乗じることでＰ項（比例項）が算出される。また、空燃比偏差に所定の積分ゲインＧｐを乗じた値をＩ項（積分項）の前回値に加算することによってＩ項が更新される。Ｐ項とＩ項とは足し合わされ、それらの和であるＰＩ項（比例積分項）に基づいて操作量である燃料噴射量や空気量の補正量が算出される。ただし、図６の制御ロジックではＰＩ項の大きさはガードによって制限される。このガードの値はエンジンの運転状態によって変更される可変値である。【０００４】
ＰＩ項の大きさをガードで制限することは、例えば特開２００８−２９１７５２号公報にも開示されている公知の技術である。内燃機関の操作量に対する補正量はＰＩ項に基づいて算出されるため、ＰＩ項に対してガードが設けられていない場合には内燃機関の運転に関して様々な問題が生じてしまう。【０００５】
ディーゼルエンジンの空燃比制御を例にとると、エンジンの運転状態が急変した場合、空燃比偏差が急拡大することによってＰＩ項の値が急増或いは急減することがある。急増或いは急減したＰＩ項の値をそのまま燃料噴射量や空気量の補正量の演算に用いる場合、過剰な補正量をエンジンに与えてしまい、エンジンの運転状態が不安定になってしまうおそれがある。【０００６】
また、空燃比センサに異常が生じた場合、例えば、空燃比センサの出力値がある値に張り付いてしまった場合には、いつまでも空燃比偏差が無くならずＰＩ項が増大或いは減少し続けることがある。増大或いは減少し続けるＰＩ項の値をそのまま燃料噴射量や空気量の補正量の演算に用いる場合、実際の空燃比は目標空燃比からますます乖離してしまうおそれがある。【０００７】
ＰＩ項に対してガードを設ける理由は、これらのような問題が生じるのを防ぐことにある。図６に示す制御ロジックを例にとると、ＰＩ項の値がガードの値を超える場合、エンジンにはＰＩ項の値そのものではなくガードの値が与えられる。これにより、上述のような問題が生じることは回避される。【０００８】
しかし、ＰＩ項は空燃比偏差を解消するために必要な補正量に対応していることから、ＰＩ項に制限がかかった場合には補正量に不足が生じてしまい、空燃比偏差は解消されずに残ったままとなる。ＰＩ項に制限がかかっておらずフィードバック制御が正常に行われている場合には、空燃比偏差の解消が進むにつれてＰＩ項はエンジンが実際に欲している補正量の値（以下、エンジン要求値）に収束していく。そして、Ｐ項に含まれる定常誤差がＩ項に移し変えられていくことで、Ｐ項はゼロに収束していくとともに、Ｉ項はエンジン要求値に収束していく。ところが、空燃比偏差が残ったままになっていると、空燃比偏差のＩ項への積算が延々と繰り返されてしまう。その結果、空燃比偏差がプラスの値であればＩ項はプラスの無限大まで発散し、空燃比偏差がマイナスの値であればＩ項はマイナスの無限大まで発散してしまう。【０００９】
以上のように、ＰＩ項の大きさをガードで制限する場合には、Ｉ項の発散という別の問題が発生する。Ｉ項が発散してしまった場合、運転条件が変わってＰＩ項のガードが外れたときに過剰な補正量が算出されてしまう。また、ＰＩ項のガードが外れてフィードバック制御による操作量の補正が再開されることでＩ項は再びエンジン要求値を目指して収束していくが、一旦発散したＩ項がエンジン要求値に収束するまでには長い時間を要してしまう。【００１０】
ＰＩ項がガードで制限されることで起こるＩ項の発散は、例えば次のような方法で防ぐことができる。第１の方法は、ＰＩ項の値がガードの値を超えている間はＩ項の更新を停止することである。更新を停止している間、Ｉ項の値は更新停止直前の値に保持される。この方法によればＩ項の発散自体は確実に防ぐことができる。しかし、Ｉ項の更新を停止している時間の分だけ、Ｉ項のエンジン要求値への収束は遅れてしまう。【００１１】
Ｉ項の発散を防止する第２の方法は、例えば特開２０１０−２４９０００号公報や特開２００４−０６０６１３号公報に開示されているように、Ｉ項の大きさを制限するガードを設けることである。この方法によれば、Ｉ項の発散はガードで止められるので、Ｉ項が無限大或いはマイナス無限大まで発散してしまう事態は防止される。この場合、ＰＩ項のガードが外れてフィードバック制御による操作量の補正が再開されると、Ｉ項はガードの値を出発点としてエンジン要求値まで変化していく。しかし、Ｉ項用のガードの値は通常想定されるエンジン要求値に比べてかなり大きい値に設定されているので、Ｉ項がエンジン要求値に収束するまでには時間を要してしまう。【００１２】
上記の２つの方法は、ＰＩ項がガードによって制限されている状態でのＩ項の発散を防止することのできる有効な方法である。しかし、上述の通り、これらの方法にはＰＩ項のガードによる制限が外れた後のＩ項の収束性の点において問題が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２９１７５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９０００号公報
【特許文献３】特開２００４−０６０６１３号公報
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、制御量の目標値と計測値との偏差に基づくＰ項とＩ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムに関する発明である。本発明は、ＰＩ項がガードによって制限されている状態でのＩ項の発散を防ぎつつ、ＰＩ項のガードによる制限が外れた後のＩ項の収束性を向上させることを課題とする。この課題を達成するため、本発明の１つの形態としてのフィードバック制御システムは、ＰＩ項のガードによる制限前の値と制限後の値との差をＩ項の値から差し引いた値をＩ項の修正前回値として演算する。そして、制御量の目標値と計測値との偏差に所定のゲインを乗じた値を演算し、その値をＩ項の修正前回値に加算することによってＩ項の値を更新する。これによれば、ＰＩ項の値がガードに当たった後もＩ項の更新は続けられ、Ｉ項はＰＩ項用の可変ガードの近傍の値に収束するようになる。つまり、ＰＩ項のガードによる制限が外れた後のＩ項の収束性が向上する。
【００１５】
本発明のより好ましい形態によれば、フィードバック制御システムは、Ｉ項に含まれる定常誤差成分を学習項に移し変える機能を備える。詳しくは、ガードによる制限後のＰＩ項と学習項との和をトータル補正項として演算するとともに、ガードによる制限後のＰＩ項の値に基づいて学習項の値を更新する。本フィードバック制御システムでは、トータル補正項を操作量に対する補正量の計算に使用する。ただし、操作量の過剰な補正を防止するため、トータル補正項の大きさはトータル補正項用のガードによって制限する。そして、トータル補正項のガードによる制限前の値と制限後の値との差を差し引くことによってＩ項の修正前回値をさらに修正する。これによれば、Ｉ項に含まれる定常誤差成分を学習項に移し変える動作をトータル補正項がガードによって制限されている状態でも実現することができる。この場合、より好ましくは、トータル補正項の値がガードの値を超え、且つ、Ｐ項と学習項との和の値もそのガードの値を超える場合、Ｉ項の修正前回値をゼロに固定する。
【００１６】
なお、トータル補正項用のガードは、ＰＩ項用のガードよりも小さい値に設定するのが好ましい。また、ガードはＰ項やＩ項に対して設けても良い。ただし、Ｐ項用のガードの値は、ＰＩ項用のガードの値と同じ値かそれよりも小さい値に設定するのが好ましい。一方、Ｉ項用のガードの値は、フィードバック制御システムが学習機能を備えない場合には、ＰＩ項用の可変ガードの値よりも大きい値に設定するのが好ましい。しかし、フィードバック制御システムが学習機能を備える場合には、トータル補正項用のガードよりは大きくＰＩ項用のガードよりは小さい値に設定するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のフィードバック制御システムの制御ロジックを示すブロック図である。
【図２】図１に示すフィードバック制御システムによる制御結果を比較例と対比して示す図である。
【図３】図１に示すフィードバック制御システムによる制御結果を比較例と対比して示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２のフィードバック制御システムの制御ロジックを示すブロック図である。
【図５】図４に示すフィードバック制御システムによる制御結果を比較例と対比して示す図である。
【図６】空燃比制御のためのフィードバック制御システムの一般的な制御ロジックを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１９】
本実施の形態では、ディーゼルエンジンの空燃比制御に本発明のフィードバック制御システムが適用されている。空燃比制御はディーゼルエンジンを制御するＥＣＵによって行われる。本実施の形態のフィードバック制御システムはＥＣＵの機能の一部として実現される。
【００２０】
図１は、本実施の形態のフィードバック制御システムの制御ロジックを示すブロック図である。本フィードバック制御システムでは、目標値空燃比と空燃比センサによる計測空燃比との偏差（空燃比偏差）が計算される。そして、その空燃比偏差に所定の比例ゲインＧｐを乗じることでＰ項が算出される。また、空燃比偏差に所定の積分ゲインＧｐを乗じることでＩ項の更新量が算出される。更新量は後述するＩ項の修正前回値に加算される。これにより、Ｉ項の値が更新される。
【００２１】
本フィードバック制御システムでは、Ｐ項の大きさを制限するガード（以下、Ｐ項用ガード）が設けられている。また、Ｉ項の大きさを制限するガード（以下、Ｉ項用ガード）が設けられている。Ｐ項用ガードによって制限されたＰ項（以下、ガード後Ｐ項）とＩ項用ガードによって制限されたＩ項（以下、ガード後Ｉ項）とは足し合わされ、それらの和であるＰＩ項が算出される。なお、以下の説明では、ガード後Ｐ項と区別するためにＰ項用ガードによる制限前のＰ項をガード前Ｐ項と呼ぶ場合がある。また、ガード後Ｉ項と区別するためにＩ項用ガードによる制限前のＩ項をガード前Ｉ項と呼ぶ場合がある。
【００２２】
本フィードバック制御システムでは、ＰＩ項の大きさを制限するガード（以下、ＰＩ項用ガード）が設けられている。ＰＩ項用ガードは、そのガード値がエンジンの運転状態に応じて変更される可変ガードである。前述のＰ項用ガードも同じく可変ガードであり、そのガード値はＰＩ項用ガードのそれと同じ値とされている。ただし、Ｐ項用ガードのガード値はＰＩ項用ガードのそれよりも小さい値としてもよい。一方、前述のＩ項用ガードは固定ガードであって、そのガード値はＰＩ項用ガードのそれよりも大きい値に固定されている。このような設定にしておくことで、ＰＩ項がＰＩ項用ガードで削られた場合、削られた成分はＩ項であるとみなすことができる。なお、ＰＩ項用ガード、Ｐ項用ガード及びＩ項用ガードの何れのガードにもプラスのガード値とマイナスのガード値とが設定されている。ＰＩ項、Ｐ項及びＩ項のどれもがプラス値にもなるしマイナス値にもなるからである。
【００２３】
本フィードバック制御システムでは、ＰＩ項用ガードによって制限されたＰＩ項（以下、ガード後ＰＩ項）に基づいて燃料噴射量や空気量の補正量が算出される。ガード後ＰＩ項から補正量を算出するための具体的方法について特に限定は無い。なお、以下の説明では、ガード後ＰＩ項と区別するためにＰＩ項用ガードによる制限前のＰＩ項をガード前ＰＩ項と呼ぶ場合がある。
【００２４】
次に、本フィードバック制御システムの要部であるＩ項の更新方法に関して説明する。
【００２５】
通常のフィードバック制御システムでは、Ｉ項の前回値に更新量が加算されることによってＩ項の更新が行われる。しかし、本フィードバック制御システムでは、Ｉ項の前回値ではなく修正前回値がＩ項の更新に使用される。本実施の形態で用いる修正前回値とは、ガード前ＰＩ項の値とガード後ＰＩ項の値との差をガード後Ｉ項の値から差し引いた値の前回値と定義される。この修正前回値に更新量を加算した値が更新後のＩ項の値となる。
【００２６】
上記定義によれば、ガード前ＰＩ項の値がＰＩ項ガードの範囲内にある場合、つまり、ガード前ＰＩ項がＰＩ項ガードによって削られていない場合には、ガード後Ｉ項の前回値がそのまま修正前回値として用いられる。しかし、ガード前ＰＩ項の値がＰＩ項ガードの値を超える場合には、その超過分の値をガード後Ｉ項から差し引いた値の前回値がＩ項の修正前回値として用いられる。前述のとおり、本フィードバック制御システムの制御ロジックによれば、ＰＩ項用ガードではＰＩ項を構成する成分のうちＩ項のみが削られるものとみなすことができる。よって、ガード前ＰＩ項の値がＰＩ項ガードを超える場合、その超過分はＰＩ項用ガードで削られたガード後Ｉ項の一部であるとみなすことができる。つまり、本フィードバック制御システムでは、ガード後Ｉ項のうちＰＩ項用ガードで削られた分が更新時にＩ項から差し引かれる。
【００２７】
本フィードバック制御システムが採っているＩ項の更新方法によれば、ＰＩ項がＰＩ項ガードに当たっている状態でのＩ項の発散を防止することができる。以下、この効果について図２及び図３を用いて説明する。
【００２８】
図２は、本フィードバック制御システムによる制御結果を比較例と対比して示す図である。制御結果(A-1)が比較例であり、ガード後Ｉ項の前回値をそのままＩ項の更新に用いる場合の制御結果を示している。制御結果(B-1)は本フィードバック制御システムによる制御結果である。各制御結果において、ＰＩ項、Ｐ項及びＩ項はそれぞれガード後の値を示している。なお、これらの制御結果は、フィードバック制御によって空燃比偏差を解消している途上においてＰＩ項がＰＩ項用ガードで制限された場合の制御結果である。また、これらの制御結果では、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｐは同じ値に設定されている。
【００２９】
制御結果(A-1)では、ＰＩ項がＰＩ項用ガードで制限された後もＩ項は増加し続けている。空燃比偏差は依然として残ったままとなっているため、空燃比偏差から算出される更新量がＩ項に積算され続けるからである。Ｉ項はＰＩ項用ガードよりも大きい値に設定されたＩ項用ガードに当たるまで発散し続ける。
【００３０】
これに対し、制御結果(B-1)では、ＰＩ項がＰＩ項用ガードで制限された後、Ｉ項は発散することなく一定の値に収束している。Ｉ項のうちＰＩ項用ガードで削られた分がＩ項の更新時に差し引かれることで、Ｉ項がそれ以上に増大することが抑えられるためである。なお、ここでは、Ｉ項はガード後ＰＩ項と同じ値に収束しているが、これは比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｐとを同じ値に設定しているからである。比例ゲインＧｐのほうが積分ゲインＧｐよりも大きければ、Ｉ項の収束値はガード後ＰＩ項の値よりも小さくなる。逆に比例ゲインＧｐのほうが積分ゲインＧｐよりも小さければ、Ｉ項の収束値はガード後ＰＩ項の値よりも大きくなる。いずれにしても、本フィードバック制御システムによれば、ＰＩ項がＰＩ項ガードに当たっている状態でのＩ項の発散を防止することができる。
【００３１】
図３は、本フィードバック制御システムによる制御結果を別の比較例と対比して示す図である。制御結果(A-2)が比較例であり、ＰＩ項がＰＩ項用ガードに当たっている間はＩ項の更新を停止する場合の制御結果を示している。制御結果(B-2)は本フィードバック制御システムによる制御結果である。各制御結果において、ＰＩ項、Ｐ項及びＩ項はそれぞれガード後の値を示している。なお、これらの制御結果は、Ｉ項が初期状態となっている時点t0においてフィードバック制御が開始され、その後の時点t1からt2までの間、ＰＩ項用ガードがエンジン要求値よりも低い値に一時的に変更された場合の制御結果である。また、図２に示す制御結果の場合と同じく、これらの制御結果では、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｐは同じ値に設定されている。
【００３２】
制御結果(A-2)では、ＰＩ項がＰＩ項用ガードに当たった時点t1においてＩ項の更新は停止され、Ｉ項は更新停止直前の値に保持される。その後の時点t2においてＰＩ項用ガードが元の値に戻されてＰＩ項からガードが外れると、まずは、ＰＩ項がエンジン要求値を目指して収束していく。そして、ＰＩ項がエンジン要求値に収束したら、Ｐ項は減少してゼロに収束していき、Ｉ項はＰ項が減少した分だけ増大してエンジン要求値に収束していく。このとき、Ｉ項は、更新停止直前の値を出発点としてエンジン要求値を目指して収束していくことになる。このため、収束の完了に遅れが生じてしまう。
【００３３】
これに対し、制御結果(B-2)では、ＰＩ項がＰＩ項用ガードに当たっている間もＩ項の更新は続けられ、Ｉ項の値はＰＩ項用ガードの値まで増大する。よって、時点t2においてＰＩ項からガードが外れた後は、Ｉ項はＰＩ項用ガードの値を出発点としてエンジン要求値を目指して収束していくことになる。これにより、本フィードバック制御システムによるＩ項の収束の完了の時点tbは、比較例によるＩ項の収束の完了の時点taよりも早められる。なお、本実施の形態では比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｐとを同じ値に設定しているためＩ項はＰＩ項用ガードの値に収束しているが、比例ゲインＧｐのほうが積分ゲインＧｐよりも大きい場合、Ｉ項はＰＩ項用ガードの値よりも小さい値に収束し、比例ゲインＧｐのほうが積分ゲインＧｐよりも小さい場合、Ｉ項はＰＩ項用ガードの値よりも大きい値に収束する。しかし、いずれにしても、Ｉ項はＰＩ項用ガードの近傍の値を出発点としてエンジン要求値を目指すので、比較例に比べればＩ項の収束が完了するのは早い。つまり、本フィードバック制御システムによれば、Ｉ項の発散を防止できるだけでなく、ＰＩ項のガードによる制限が外れた後のＩ項の収束性を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００３５】
本実施の形態では、実施の形態１と同じく、ディーゼルエンジンの空燃比制御に本発明のフィードバック制御システムが適用されている。実施の形態１の場合と同様、本実施の形態のフィードバック制御システムもＥＣＵの機能の一部として実現される。
【００３６】
図４は、本実施の形態のフィードバック制御システムの制御ロジックを示すブロック図である。実施の形態１のフィードバック制御システムとの違いは、空燃比偏差に含まれる定常誤差を学習値として記憶する学習機能を備えたことにある。学習値はガード後ＰＩ項から学習されてマップに記憶される。ただし、学習に用いられるガード後ＰＩ項は、その大きさをマップ用ガードによって制限される。ガード後ＰＩ項に基づく学習値の学習はエンジンの運転状態毎に行なわれ、マップに記憶された学習値は随時更新される。具体的な学習の方法について特に限定は無い。
【００３７】
本フィードバック制御システムでは、マップから読み出された学習値がマップ項（学習項）として用いられる。マップ項はガード後ＰＩ項に足し合わされ、それらの和がトータル補正項となる。トータル補正項はその大きさをガード（以下、最終ガード）によって制限される。最終ガードは、過剰な補正による失火やスモークの発生を確実に防げるように、そのガード値を全てのガードの中で最も小さい値に設定されている。前述のマップ用ガードはＩ項用ガードと同じ大きさのガード値を有している。マップ用ガードとＩ項用ガードのガード値は、空燃比偏差に含まれるインジェクタやエアフローメータの個体差が原因の定常誤差に対応する値に設定されている。ＰＩ項用ガードとＰ項用ガードのガード値は、マップ用ガードやＩ項用ガードのそれよりも大きい値に設定されている。なお、実施の形態１の場合と同じく、最終ガードを含む全てのガードにはプラスのガード値とマイナスのガード値とが設定されている。
【００３８】
本フィードバック制御システムでは、最終ガードによって制限されたトータル補正項（以下、ガード後トータル補正項）に基づいて燃料噴射量や空気量の補正量が算出される。ガード後トータル補正項から補正量を算出するための具体的方法について特に限定は無い。なお、以下の説明では、ガード後トータル補正項と区別するために最終ガードによる制限前のトータル補正項をガード前トータル補正項と呼ぶ場合がある。
【００３９】
次に、本フィードバック制御システムの要部であるＩ項の更新方法に関して説明する。
【００４０】
本フィードバック制御システムでは、修正前回値がＩ項の更新に使用される。修正前回値に更新量を加算した値が更新後のＩ項の値となる。ただし、本実施の形態でフィードバック制御システムが使用する修正前回値は、実施の形態１で使用されている修正前回値とは定義が異なっている。本実施の形態で用いる修正前回値とは、ガード前ＰＩ項の値とガード後ＰＩ項の値との差をガード後Ｉ項の値から差し引き、さらに、ガード前トータル補正項の値とガード後トータル補正項の値との差を差し引いた値の前回値と定義される。ただし、ある条件が満たされた場合には、修正前回値はスイッチ（ＳＷ）によりゼロに切り替えられてそのまま固定される。その条件とは、ガード前トータル補正項の値が最終ガードの値を超え、且つ、ガード後Ｐ項とマップ項との和の値も最終ガードの値を超えることである。
【００４１】
本フィードバック制御システムによれば、上記の条件が満たされるまでは、ガード後Ｉ項のうちＰＩ項用ガードで削られた分と、トータル補正項のうち最終ガードで削られた分とがＩ項の更新時に差し引かれる。トータル補正項はガード後ＰＩ項とマップ項の和であることから、学習が進んでマップ項が成長するほど最終ガードで削られる量は大きくなっていき、それに応じてＩ項の更新に用いられる修正前回値は小さくなっていく。つまり、マップ項の成長に合わせてＩ項の値はゼロに収束して行く。これにより、トータル補正項が最終ガードで制限されている状況であっても、Ｉ項に含まれる定常誤差成分をマップ項に移し変える動作を実現することができる。そして、Ｉ項からマップ項への定常誤差成分の移し変えが完了したとき、Ｉ項の値はゼロに収束する。このとき、トータル補正項はガード後Ｐ項とマップ項との和に等しくなるので、上記の条件が満たされてＩ項の修正前回値はゼロに切り替えられて固定される。これにより、Ｉ項がゼロを超えてマイナス側に積算されてしまうことは防止される。
【００４２】
以上述べた本フィードバック制御システムの動作によれば、図５に示すような制御結果を得ることができる。図５は、本フィードバック制御システムによる制御結果を比較例と対比して示す図である。制御結果(A-3)が比較例であり、ガード後Ｉ項の前回値をそのままＩ項の更新に用いる場合の制御結果を示している。制御結果(B-3)は本フィードバック制御システムによる制御結果である。各制御結果において、トータル補正項、ＰＩ項及びＰ項はそれぞれガード後の値を示している。なお、これらの制御結果は、フィーバック制御によって空燃比偏差を解消している途上においてトータル補正項が最終ガードで制限された場合の制御結果である。
【００４３】
制御結果(A-3)では、トータル補正項が最終ガードで制限された後もＩ項は増加し続けている。空燃比偏差は依然として残ったままとなっているため、空燃比偏差から算出される更新量がＩ項に積算され続けるからである。Ｉ項は最終ガードよりも大きい値に設定されたＩ項用ガードに当たるまで発散し続ける。
【００４４】
これに対し、制御結果(B-3)では、トータル補正項が最終ガードで制限された後、Ｉ項は発散することなく減少している。ガード後Ｉ項のうちＰＩ項用ガードで削られる分だけでなく、トータル補正項のうち最終ガードで削られた分も更新時にＩ項から差し引かれるからである。トータル補正項のうち最終ガードで削られた分はマップ項の成長分に対応していることから、学習によりマップ項が成長にするにつれてＩ項から差し引かれる量は多くなり、Ｉ項はゼロを目指して収束して行く。そして、Ｉ項からマップ項への定常誤差成分の移し変えが完了した時点でＩ項の値はゼロに固定される。このように、本フィードバック制御システムによれば、Ｉ項に含まれる定常誤差成分をマップ項に移し変える動作、すなわち、通常の学習動作をトータル補正項が最終ガードによって制限されている状態でも実現することができる。
【００４５】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１においてＩ項用ガードを設けない制御ロジックを採用することも可能である。また、実施の形態２においてＩ項用ガードを設けない制御ロジックや、マップ用ガードを設けない制御ロジックを採用することも可能である。さらに、実施の形態２において、スイッチによる修正前回値のゼロへの切り替えを行わない制御ロジックを採用することも可能である。
【００４６】
本発明のフィードバック制御システムは、ディーゼルエンジンの空燃比制御以外にも適用可能である。例えば、過給圧制御やＥＧＲ制御に本発明を適用してもよい。また、本発明は自動車用内燃機関の制御に限定されず、その他のフィードバック制御一般にも広く適用することができる。
【図１】
2013076816.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013076816.tif 000007
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月24日(2012.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
学習項を記憶する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項と前記学習項との和を前記補正量の計算に用いるトータル補正項として算出する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項の値に基づいて前記学習項の値を更新する手段と、
前記トータル補正項の大きさを第２のガードによって制限する手段と、
前記トータル補正項の前記第２のガードによる制限前の値と制限後の値との差を差し引くことによって前記Ｉ項の前記修正前回値をさらに修正する手段と、
を備えることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項３】
前記トータル補正項の値が前記第２のガードの値を超え、且つ、前記Ｐ項と前記学習項との和の値が前記第２のガードの値を超える場合、前記Ｉ項の前記修正前回値をゼロに固定することを特徴とする請求項２に記載のフィードバック制御システム。
【請求項４】
前記第２のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のフィードバック制御システム。
【請求項５】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
前記Ｐ項の大きさを第３のガードによって制限する手段とを備え、
前記第３のガードの値は、前記第１のガードの値と同じ値かそれよりも小さい値に設定されていることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項６】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段とを備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項７】
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段をさらに備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さく前記第２のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項８】
前記制御対象は自動車用の内燃機関であり、
前記第１のガードの値は前記内燃機関の運転状態に応じて変更されることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項９】
前記制御量は空燃比であり、
前記操作量は燃料噴射量及び／又は空気量であることを特徴とする請求項８に記載のフィードバック制御システム。
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月30日(2014.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
学習項を記憶する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項と前記学習項との和を前記補正量の計算に用いるトータル補正項として算出する手段と、
前記第１のガードによる制限後の前記ＰＩ項の値に基づいて前記学習項の値を更新する手段と、
前記トータル補正項の大きさを第２のガードによって制限する手段と、
前記トータル補正項の前記第２のガードによる制限前の値と制限後の値との差を差し引くことによって前記Ｉ項の前記修正前回値をさらに修正する手段と、
を備えることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項２】
前記トータル補正項の値が前記第２のガードの値を超え、且つ、前記Ｐ項と前記学習項との和の値が前記第２のガードの値を超える場合、前記Ｉ項の前記修正前回値をゼロに固定することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御システム。
【請求項３】
前記第２のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィードバック制御システム。
【請求項４】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
前記Ｐ項の大きさを第３のガードによって制限する手段とを備え、
前記第３のガードの値は、前記第１のガードの値と同じ値かそれよりも小さい値に設定されていることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項５】
制御量の目標値と計測値との偏差に基づいてＰ項とＩ項とを算出し、前記Ｐ項と前記Ｉ項との和であるＰＩ項に基づいて制御対象の操作量に対する補正量を算出するフィードバック制御システムにおいて、
前記ＰＩ項の大きさを第１のガードによって制限する手段と、
前記ＰＩ項の前記第１のガードによる制限前の値と制限後の値との差を前記Ｉ項の値から差し引いた値を前記Ｉ項の修正前回値として算出する手段と、
前記偏差から算出した更新量を前記修正前回値に加算することによって前記Ｉ項の値を更新する手段と、
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段とを備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項６】
前記Ｉ項の大きさを第４のガードによって制限する手段をさらに備え、
前記第４のガードの値は、前記第１のガードの値よりも小さく前記第２のガードの値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項７】
前記制御対象は自動車用の内燃機関であり、
前記第１のガードの値は前記内燃機関の運転状態に応じて変更されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のフィードバック制御システム。
【請求項８】
前記制御量は空燃比であり、
前記操作量は燃料噴射量及び／又は空気量であることを特徴とする請求項７に記載のフィードバック制御システム。
【国際調査報告】
2013076816.tif 000009
2013076816.tif 000010
2013076816.tif 000011
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