(57)【要約】本発明は、適応スライディングモード制御を用いて制御対象システムを制御する、スライディングモードコントローラに関する。また、本発明は、適応スライディングモード制御を用いて内燃機関システムを制御する、内燃機関システム制御装置に関する。本発明の特徴は、適応スライディングモード制御における到達則入力項の定常偏差を適応則入力項に振り替えるように適応則入力項を学習する、適応則入力項学習手段を備えたことにある。
2013021453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関及びこれに付帯する装置を含む内燃機関システムを、適応スライディングモード制御を用いて制御する、内燃機関システム制御装置において、
前記適応スライディングモード制御における到達則入力項の定常偏差を適応則入力項に振り替えるように前記適応則入力項を学習する、適応則入力項学習手段を備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記適応則入力項学習手段は、前記内燃機関システムの運転領域毎に、前記適応則入力項を学習することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記適応則入力項学習手段は、
前記内燃機関システムの状態を表す複数のパラメータであって前記運転領域を構成するものとは異なるもの毎に、適応則入力項学習マップを有していて、
前記運転領域毎に前記適応則入力項学習マップを更新することで、前記適応則入力項を学習することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記複数のパラメータは、それぞれ、前記内燃機関システムの制御目標に対する複数の補正値に対応したものであり、
前記適応則入力項学習手段は、前記複数の補正値同士の大小関係に応じて、前記定常偏差を前記適応則入力項学習マップに振り替えることを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項５】
制御対象システムを、適応スライディングモード制御を用いて制御する、スライディングモードコントローラにおいて、
前記適応スライディングモード制御における到達則入力項の定常偏差を適応則入力項に振り替えるように前記適応則入力項を学習する、適応則入力項学習手段を備えたことを特徴とする、スライディングモードコントローラ。
【請求項６】
請求項５に記載の、スライディングモードコントローラであって、
前記適応則入力項学習手段は、前記制御対象システムの運転領域毎に、前記適応則入力項を学習することを特徴とする、スライディングモードコントローラ。
【請求項７】
請求項６に記載の、スライディングモードコントローラであって、
前記適応則入力項学習手段は、
前記制御対象システムの状態を表す複数のパラメータであって前記運転領域を構成するものとは異なるもの毎に、適応則入力項学習マップを有していて、
前記運転領域毎に前記適応則入力項学習マップを更新することで、前記適応則入力項を学習することを特徴とする、スライディングモードコントローラ。
【請求項８】
請求項７に記載の、スライディングモードコントローラであって、
前記複数のパラメータは、それぞれ、前記制御対象システムの制御目標に対する複数の補正値に対応したものであり、
前記適応則入力項学習手段は、前記複数の補正値同士の大小関係に応じて、前記定常偏差を前記適応則入力項学習マップに振り替えることを特徴とする、スライディングモードコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応スライディングモード制御を用いて制御対象システムを制御する、スライディングモードコントローラに関する。また、本発明は、内燃機関システム（内燃機関及びこれに付帯する装置を含む）を、適応スライディングモード制御を用いて制御する、内燃機関システム制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種システムに対して、スライディングモード制御を適用する試みが、従来から広く行われている。スライディングモード制御は、切換関数によって表される超平面（切換超平面）を予め構築し、制御対象における状態量を到達則入力によって超平面上に収束させ（到達モード）、さらに、かかる状態量を超平面上に拘束しつつ等価制御入力によって所定の点に収束させる（スライディングモード）という、可変構造型のフィードバック制御手法である。ここで、切換関数は、制御対象における状態量を変数とする線形関数である。【０００３】
このスライディングモード制御においては、状態量をひとたび超平面上に収束してしまえば、以後は外乱等の影響をほとんど受けずに、状態量を超平面上の所定の平衡点（収束点）に安定的に収束させることができる。もっとも、状態量が超平面上に収束するまでは（すなわち到達モードにおいては）、外乱等の影響を受けることになる。【０００４】
そこで、各種システムに対して、適応スライディングモード制御を適用する試みもまた、従来から広く行われている。適応スライディングモード制御は、状態量の超平面への収束に際して、通常のスライディングモード制御における到達則入力に加えて、適応則入力（切換関数の時間積分に依存した入力）を用いるものである。この適応則入力を用いることは、実質的に超平面自体を動かすことに相当する。このような適応スライディングモード制御を用いることで、状態量の目標値への収束をより高い安定性で実現することが可能になる。【０００５】
なお、スライディングモード制御及び適応スライディングモード制御は、周知技術であって、例えば、野波健蔵・田宏奇著、「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−」（株式会社コロナ社、１９９４年）に詳しく記載されている。また、車両を含む内燃機関システムの制御（例えば、空燃比制御、ＥＧＲ制御、動弁系制御、制動制御、変速機制御、等。）に対する適応スライディングモード制御の適用例としては、例えば、特許第３２６１０３８号公報（特開平９−２７３４４０号公報）、特許第３２６１０５９号公報（特開平９−３２４６８１号公報）、特許第３８１９２５７号公報（特開２００２−３６４４３０号公報）、特許第４１４５５２０号公報（特開２００３−１５５９３８号公報）、特許第４２６３４４８号公報（特開２００４−１１４７６４号公報）、米国特許第５，８４５，４９１号明細書、米国特許第７，８１３，８６７号明細書、等参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２６１０３８号公報（特開平９−２７３４４０号公報）
【特許文献２】特許第３２６１０５９号公報（特開平９−３２４６８１号公報）
【特許文献３】特許第３８１９２５７号公報（特開２００２−３６４４３０号公報）
【特許文献４】特許第４１４５５２０号公報（特開２００３−１５５９３８号公報）
【特許文献５】特許第４２６３４４８号公報（特開２００４−１１４７６４号公報）
【特許文献６】米国特許第５，８４５，４９１号明細書
【特許文献７】米国特許第７，８１３，８６７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
従来のこの種の装置においては、状態量の最終的な収束値の、システム個体差等に起因するズレが、適応則入力項に吸収される。このため、状態量の超平面上への収束速度が、システム個体毎に変化してしまう。したがって、従来のこの種の装置においては、状態量の目標値への追随性能に関して、さらなる改善の余地があった。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。
【０００８】
本発明の特徴は、適応スライディングモード制御における到達則入力項の定常偏差を適応則入力項に振り替えるように前記適応則入力項を学習する、適応則入力項学習手段を備えたことにある。
【０００９】
かかる構成を備えた本発明の装置においては、システム個体差等に起因して前記到達則入力項に前記定常偏差が生じた場合に、かかる定常偏差が、前記適応則入力項に振り替えられる（持ち替えられる或いは移し替えられる）。これにより、前記到達則入力項が振動的に動作することが可及的に抑制され、以て、制御対象システム（内燃機関システム等）が振動的に動作することが可及的に抑制される。したがって、本発明によれば、前記制御対象システムにおける制御対象量である状態量（内燃機関システムにおける具体例としては過給圧等）の、目標値への良好な追随性能が得られる。
【００１０】
なお、前記適応則入力項学習手段は、前記制御対象システムの運転領域（内燃機関システムにおける具体例としては機関回転数や機関負荷等）毎に、前記適応則入力項を学習するようになっていてもよい。これにより、前記制御対象システムの運転状態の変化に伴ってシステム個体差の影響が変化するような場合であっても、前記状態量の前記目標値への良好な追随性能が得られる。
【００１１】
具体的には、前記制御対象システムの状態を表す複数のパラメータであって前記運転領域を構成するものとは異なるもの（内燃機関システムにおける具体例としては冷却水温や外気温等）毎に、適応則入力項学習マップが設けられていてもよい。この場合、前記運転領域毎にそれぞれの前記適応則入力項学習マップを更新することで、前記適応則入力項の学習が行われる。
【００１２】
さらに、前記複数のパラメータが、それぞれ、前記制御対象システムの制御目標に対する複数の補正値に対応したものである場合、前記適応則入力項学習手段は、前記複数の補正値同士の大小関係に応じて、前記定常偏差を前記適応則入力項学習マップに振り替えるようになっていてもよい。すなわち、内燃機関システムにおける具体例としては、例えば、ＥＧＲ率の目標値が冷却水温、外気温、及び外気圧によって補正される場合（特開２０００−２１２２号公報等参照）、前記適応則入力項学習手段は、目標ＥＧＲ率の冷却水温補正値、外気温補正値、及び外気圧補正値の大小関係（例えば基準状態における値との差分同士の比）に応じて、前記定常偏差をそれぞれベース冷却水温用適応則入力項学習マップとベース外気温用適応則入力項学習マップとベース外気圧用適応則入力項学習マップとに振り替える値を調整する（配分する）ようになっていてもよい。これにより、環境条件等の変化に伴って、前記制御対象システムに設けられた各種操作対象に対する定常時の指令状態（指令値）が変化するような場合であっても、前記状態量の前記目標値への良好な追随性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態が適用された制御対象システムである内燃機関システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示されている、本発明の一実施形態である制御ユニットのブロック線図である。
【図３】図３は、本実施形態の動作の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図４は、図１及び図２に示されている制御ユニットによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図１及び図２に示されている制御ユニットによって実行される処理の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００１５】
［構成］
図１は、本発明の一実施形態が適用された制御対象システムである内燃機関システム１の概略構成を示す図である。本実施形態においては、内燃機関システム１は、内燃機関２と、この内燃機関２に接続された吸気系統３及び排気系統４と、吸気系統３と排気系統４との間に設けられたＥＧＲ系統５（ＥＧＲは、“Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（排気再循環）”の略である。）及び過給器６と、を備えている。本実施形態に係る制御ユニット７は、かかる内燃機関システム１の動作を制御するように設けられている。
【００１６】
吸気系統３には、スロットルバルブ３１やインタークーラ３２等の補機類、及び、ＥＧＲ率や過給圧（吸気管内圧力）等を検出するためのセンサ３３、３４等の各種センサ類が装着されている。なお、排気系統４にも、図示しない排気浄化装置（触媒）等の補機類やセンサ類が装着されている。
【００１７】
ＥＧＲ系統５は、ＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲバルブ５２と、ＥＧＲクーラ５３と、を備えている。ＥＧＲ通路５１は、吸気系統３のスロットルバルブ３１よりも内燃機関２側（吸気通流方向における下流側）と、排気系統４の後述するタービン６１よりも内燃機関２側（排気通流方向における上流側）と、を接続するように設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１における排気の通流状態（内燃機関２から排出された排気の吸気系統３への導入量）を制御するように、ＥＧＲ通路５１に装着されている。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ通路５１を通流する排気を冷却するように、ＥＧＲ通路５１に装着されている。
【００１８】
過給器６は、タービン６１と、ノズルベーン６２と、コンプレッサ６３と、シャフト６４と、を備えている。タービン６１は、排気系統４の上述した図示しない排気浄化装置よりも内燃機関２側（排気通流方向における上流側）に設けられている。本実施形態における過給器６はいわゆる可変ノズルターボチャージャであって、ノズルベーン６２は、タービン６１に吹き付ける排気の流速を可変にするために、タービン６１と対向する位置に設けられている。コンプレッサ６３は、吸気系統３のスロットルバルブ３１及びインタークーラ３２よりも吸気通流方向における上流側に設けられている。タービン６１とコンプレッサ６３とは、シャフト６４によって連結されている。
【００１９】
制御ユニット７（以下、「ＥＣＵ７」と称する。）は、プロセッサ（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（書き換え可能な不揮発性メモリ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ７は、ＥＧＲ率、過給圧（吸気管内圧力）、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温、吸気温、外気温、大気圧、等の各種パラメータを取得するための、上述の各種センサ類と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ７は、内燃機関システム１の運転状態を制御するための、スロットルバルブ３１、ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２等の操作部（動作部或いは操作対象とも称され得る。）と電気的に接続されている。
【００２０】
本発明のスライディングモードコントローラ及び内燃機関システム制御装置の一実施形態である、ＥＣＵ７は、ＲＯＭに予め格納されたルーチン（プログラム）やテーブル（マップ）等をＣＰＵによって読み出して当該ルーチンをＣＰＵに実行させることで、上述の操作部の動作を、上述の各種センサ類を通じて取得した各種パラメータに基づいて制御するようになっている。具体的には、本実施形態においては、ＥＣＵ７は、適応スライディングモード制御を用いて、ＥＧＲ率及び過給圧（吸気管内圧力）を制御するようになっている。
【００２１】
図２は、図１に示されているＥＣＵ７のブロック線図である。図２に示されているように、ＥＣＵ７は、等価制御入力項発生部７１と、到達則入力項発生部７２と、適応則入力項発生部７３と、適応則入力項学習部７４と、を備えている。
【００２２】
等価制御入力項発生部７１は、操作部に与えるべき制御入力Ｕのうちの等価制御入力項（線形入力項あるいは線形項とも称され得る）Ｕｅｑを発生するようになっている。また、到達則入力項発生部７２は、制御入力Ｕのうちの到達則入力項（非線形入力項あるいは非線形項とも称され得る）Ｕｎｌを発生するようになっている。また、適応則入力項発生部７３は、制御入力Ｕのうちの適応則入力項（適応項とも称され得る）Ｕｍａｐを発生するようになっている。適応則入力項学習部７４は、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差を適応則入力項Ｕｍａｐに振り替えることで適応則入力項Ｕｍａｐの学習を行うようになっている。
【００２３】
［動作の概要］
以下、図１及び図２、並びに必要に応じて数式を用いつつ、本実施形態のＥＣＵ７の動作の概要について説明する。
【００２４】
まず、ＥＣＵ７は、上述のセンサ類を通じて取得した各種パラメータに基づいて、要求燃料噴射量を決定する。次に、ＥＣＵ７は、少なくともエンジン回転数及び要求燃料噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標過給圧を設定する。ＥＣＵ７のＲＯＭまたはフラッシュメモリには、予め、エンジン回転数及び要求燃料噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。そこで、ＥＣＵ７は、エンジン回転数及び要求燃料噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び過給圧の目標値を取得する。
【００２５】
その後、ＥＣＵ７は、センサ３３、３４の出力する信号に基づいて、ＥＧＲ率及び過給圧の現在値を取得（検出）する。そして、ＥＣＵ７は、各制御量の現在値と目標値との偏差から、ＥＧＲバルブ５２やノズルベーン６２やスロットルバルブ３１の操作量（開度）を演算し、各々の操作量に対応する駆動信号をこれらの操作部に入力することで、ＥＧＲ率及び過給圧を制御する。
【００２６】
図３は、本実施形態の動作の概要を説明するためのタイムチャートである。図３中、横軸は時間（経過）を示す。また、図３中、（１）の実線は制御対象量（過給圧等）の実際の変化の様子を示し、一点鎖線は目標値を示す。（２）の実線は、適応スライディングモード制御における等価制御入力項（線形入力項）Ｕｅｑの変化の様子を示し、（３）の実線は、到達則入力項（非線形入力項）Ｕｎｌの変化の様子を示し、（４）の実線は、適応則入力項（適応項）Ｕｍａｐの変化の様子を示す。そして、（ｉ）は適応則入力項の学習前の様子を示し、（ii）は学習後の様子を示す。なお、適応スライディングモード制御の内容については本願の出願時においてすでに周知であるが（例えば上記の各文献参照）、念のため、その概略については後述する。
【００２７】
図３における（ｉ）に示されているように、到達則入力項Ｕｎｌには、システム個体差等に起因して、定常偏差（図中ΔＵｎｌ_ｓｓ参照）が発生することがある。これは、以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、通常（従来）の適応スライディングモード制御においては、適応則入力項Ｕｍａｐが、ノミナルモデルにおける制御対象量の収束値に基づいて設定される。このため、制御対象量の最終的な収束値の、システム個体差等に起因するズレが、適応則入力項Ｕｍａｐに吸収される。
【００２８】
このように、システム個体差等に起因して到達則入力項Ｕｎｌに定常偏差が生じると、制御対象量の超平面への拘束特性もまたシステム個体差等に応じて変化するとともに、到達則入力項Ｕｎｌが振動的に動作する。その結果、図３における（ｉ）に示されているように、制御対象量も振動的に変化することとなってしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓを適応則入力項Ｕｍａｐに振り替える（持ち替える或いは移し替える）ように、適応則入力項Ｕｍａｐを学習する（図中ΔＵｍａｐ参照）。すると、図３における（ii）に示されているように、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差が解消されるとともに、到達則入力項Ｕｎｌの動作特性が安定する。これにより、制御対象量の目標値への安定した追随性能が得られる。
【００３０】
以下、ＥＧＲ率及び過給圧の適応スライディングモード制御に関して追記する（必要であれば、例えば、特開２０１０−２２９９６８号公報、特開２０１０−２２９９７４号公報、特開２０１１−１１１９６６号公報等参照。）。
【００３１】
本実施形態においては、ＥＧＲ率ｙ１及び過給圧（吸気管内圧力）ｙ２を制御出力変数（出力ベクトルＹ）とし、ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ１、可変ターボのノズルベーン６２の開度ｕ２、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ３を制御入力ベクトルＵとする、３入力−２出力のフィードバック制御が行われるものとする。但し、下記の状態方程式（数１）に示すように、本実施形態においては、状態量ベクトルＸを、出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする（すなわちセンサ３３、３４等の各種センサ類を介して検出可能な量を直接の制御対象とする）。これにより、状態推定オブザーバが必要なくなり、これを用いた場合の推定誤差に伴う制御性能の低下が回避される。状態方程式及び出力方程式は、下記の式（数１）の通りである。
【数１】
2013021453.tif 000003
【００３２】
上記の式中、行列Ｃは既知である（本実施形態では単位行列とする）。プラントのモデル化（ノミナルモデル同定）は、以下のようにして行われる：ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び過給圧の値を観測する。このときの入出力データから、状態方程式（数１）における行列Ａ、Ｂを同定する。
【００３３】
ここで、「ノミナルモデル」とは、本実施形態に即していえば、ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１に関する状態方程式を利用してこれらＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１の動作状態を制御したときの、ＥＧＲ率及び過給圧（吸気管内圧力）の挙動を現したモデルをいう。なお、ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１に入力するＭ系列信号を、互いに無相関なものとすることで、各制御量の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００３４】
ＥＣＵ７におけるスライディングモードコントローラ（図２参照：以下単に「スライディングモードコントローラ」と称する。）の設計手順には、周知のとおり、超平面の設計と、状態量を超平面に拘束するための非線形切換入力の設計と、が含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸにベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下記の式（数２）に示す拡大系の状態方程式が得られる。ここで、ベクトルＺは、目標値ベクトルＲ（ＥＧＲ率の目標値と過給圧の目標値とを要素とするベクトル）と出力ベクトルＹとの偏差の積分値を要素とするベクトルである。状態量Ｘｅ＝［ｘｅ１  ｘｅ２  ｘｅ３  ｘｅ４］Ｔは、その成分として、制御出力Ｙと目標値Ｒとの偏差の時間積分ｘｅ１、ｘｅ２と、制御出力Ｙ自体ｘｅ３、ｘｅ４とを含んでいる。状態変数ｘｅ３はＥＧＲ率ｙ１そのものであり、状態変数ｘｅ４は過給圧ｙ２そのものである。
【数２】
2013021453.tif 000004
【００３５】
安定余裕を考慮し、超平面の設計には、システムの零点を用いた設計手法が用いられる。すなわち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように、超平面が設計される。切換関数σを下記の式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合に、σ＝０且つ下記の式（数４）が成立する。
【数３】
2013021453.tif 000005
【数４】
2013021453.tif 000006
【００３６】
故に、スライディングモードが生じているときの等価制御入力（線形入力）は、下式（数５）となる。
【数５】
2013021453.tif 000007
【００３７】
上式（数５）の等価制御入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【数６】
2013021453.tif 000008
【００３８】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【数７】
2013021453.tif 000009
【００３９】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【数８】
2013021453.tif 000010
【００４０】
行列Ｐｓは、下記のリカッチ方程式（数９）の正定解である。
【数９】
2013021453.tif 000011
【００４１】
リカッチ方程式（数９）において、Ｑｓは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ１、ｑ２は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定される。ｑ３、ｑ４は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定される。Ｒｓは制御入力の重み行列であり、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定される。
【００４２】
なお、上記式（数８）、（数９）に代えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）が用いられてもよい。
【数１０】
2013021453.tif 000012
【数１１】
2013021453.tif 000013
【００４３】
状態量を超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法が用いられる。ここでは、制御入力Ｕを、等価制御入力（線形入力）Ｕｅｑと新たな入力すなわち到達則入力（非線形入力）Ｕｎｌとの和として、下式（数１２）で表す。
【数１２】
2013021453.tif 000014
【００４４】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると下記の式（数１４）となる。
【数１３】
2013021453.tif 000015
【数１４】
2013021453.tif 000016
【００４５】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【数１５】
2013021453.tif 000017
【００４６】
到達則入力Ｕｎｌを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は下記の式（数１７）となる。
【数１６】
2013021453.tif 000018
【数１７】
2013021453.tif 000019
【００４７】
したがって、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードの安定性が保証される。
【００４８】
そして、式（数１６）における切換ゲインｋを下式（数１８）で置き換えると、到達則入力Ｕｎｌは下記の式（数１９）となる。
【数１８】
2013021453.tif 000020
【数１９】
2013021453.tif 000021
【００４９】
非線形ゲインＪは、下式（数２０）に示すように、ベクトル因数Ｊｋにスカラ因数ｋを乗じたものである。
【数２０】
2013021453.tif 000022
【００５０】
式（数２０）におけるベクトルＪｋ＝［ｊｋ１，ｊｋ２，ｊｋ３］Ｔは、ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ１、ノズルベーン６２の開度ｕ２、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ３の各々と、ＥＧＲ率ｙ１及び過給圧ｙ２の各々との間の入出力特性に基づいて決定される。各制御入力ｕ１、ｕ２、ｕ３に対する各制御出力ｙ１、ｙ２のステップ応答を観測すれば、ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ１、ノズルベーン６２の開度ｕ２、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ３が単位量（典型的には、開度値１％）変化したときのＥＧＲ率ｙ１及び過給圧ｙ２の変化量を知ることができる。
【００５１】
Ｊｋは、ステップ応答における、ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１の制御出力ｙ１、ｙ２に対する寄与度を均等化するように定めることが好ましい。すなわち、ＥＧＲバルブ５２の開度変化に対する制御出力ｙ１、ｙ２の感度は比較的低い（ＥＧＲバルブ５２を操作しても制御出力ｙ１、ｙ２はあまり変化しない）ので、ＥＧＲバルブ５２に係る到達則入力値ｕｎｌ１を算出するために乗ずるべきゲインｊｋ１は比較的大きな値とする。逆に、ノズルベーン６２の開度変化に対する制御出力ｙ１、ｙ２の感度は比較的高い（ノズルベーン６２を操作することで制御出力ｙ１、ｙ２が少なからず変化する）ので、ノズルベーン６２に係る到達則入力値ｕｎｌ２を算出するために乗ずるべきゲインｊｋ２は比較的小さな値とする。
【００５２】
ベクトルＪｋは、例えばＪｋ＝［２．１８，０．６８，１］Ｔと決定する。この例示値Ｊｋは、ステップ応答において、ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ１を２．１８％変化させた際に生ずる制御入力ｙ１、ｙ２の変化量と、ノズルベーン６２の開度ｕ２を０．６８％変化させた際に生ずる制御入力ｙ１、ｙ２の変化量と、スロットルバルブ３１の開度ｕ３を１％変化させたときに生ずる制御入力ｙ１、ｙ２の変化量とが、概ね等しいと考えられることを意味している。
【００５３】
また、式（数２０）におけるスカラｋは適合係数であり、スライディングモードコントローラ設計時の適合を通じて適宜に決定される。
【００５４】
したがって、スライディングモードコントローラが算出する制御入力Ｕは、下式（数２１）となる。
【数２１】
2013021453.tif 000023
【００５５】
もっとも、本実施形態のような３入力−２出力のシステムにおいては、ｄｅｔ（ＳＢｅ）＝０が成立するので、行列（ＳＢｅ）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢｅ）−１は、一般化逆行列として算定される。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢｅ）†が用いられる。
【００５６】
さらに、等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｎｌとの和である制御入力Ｕ（数２５）に対して、補正項Ｕｍａｐが加味される。スライディングモードコントローラの設計においては、上述の通り、特定の運転領域、すなわち或る特定のエンジン回転数及び要求燃料噴射量の下における内燃機関システム１のノミナルモデル（行列Ａ、Ｂ）を同定し、上記の状態方程式（数２）を得て、切換超平面Ｓが導出される。ここで、ノミナルモデルと実プラントとの間のモデル化誤差（摂動）は、ノミナルポイントから離れた領域（低回転低負荷域や高回転高負荷域等）では拡大する。補正項Ｕｍａｐは、このモデル化誤差を縮小して到達則入力（非線形入力）Ｕｎｌを速やかに０へと収束させるための、適応則入力項（マップ項）である。
【００５７】
Ｕｍａｐマップの初期値（本発明の特徴である上述の学習が行われる前の値）は、以下のようにして作成される：まず、個々の運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］毎に、その運転領域に適した（又は代表的な）目標ＥＧＲ率及び目標過給圧を定め、この目標を実機の内燃機関システム１で達成する、定常状態における各操作部（ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１）の操作量Ｕｂａｓｅを計測する。これとともに、同一の目標をスライディングモードコントローラに与えて、偏差のない定常状態における線形入力Ｕｅｑを演算する。実機での各操作部の操作量（開度）の実測値Ｕｂａｓｅから、スライディングモードコントローラによる線形入力の算出値Ｕｅｑを減算すれば、個々の運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］に対応したマップ項Ｕｍａｐ＝Ｕｂａｓｅ−Ｕｅｑが得られる。
【００５８】
ＥＣＵ７のフラッシュメモリには、予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき適応則入力項Ｕｍａｐを示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ７は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索することで適応則入力項Ｕｍａｐを知得し、この値Ｕｍａｐを、スライディングモードコントローラが算出した制御入力Ｕ（等価制御入力Ｕｅｑ及び到達則入力Ｕｎｌ）に加算する。最終的に、各操作部（ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１）に与えられる制御入力Ｕは、式（数２１）に適応則入力項Ｕｍａｐを追加した、下式（数２２）となる。
【数２２】
2013021453.tif 000024
【００５９】
［動作の具体例］
図４は、図１及び図２に示されている制御ユニット７によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、本実施形態における適応則入力項（適応項）Ｕｍａｐの学習処理の一つの具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、図４のフローチャートにおいて、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている（後述する変形例における図５においても同様である）。
【００６０】
ＥＣＵ７に備えられたＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称する。）は、図４に示されている適応項学習処理ルーチン４００を、所定時間経過毎に繰り返し起動する。かかるルーチン４００が起動されると、まず、ＣＰＵは、ステップ４１０にて、現在の運転状態が定常状態であるか否かを、上記の各種パラメータ、各操作部における操作量の変化量、及び状態量の目標値に対する収束度に基づいて判定する。現在の運転状態が定常状態ではない場合（ステップ４１０＝Ｎｏ）、ステップ４２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。よって、以下の説明においては、現在の運転状態が定常状態である（ステップ４１０＝Ｙｅｓ）ものとする。
【００６１】
次に、処理がステップ４２０に進行し、ＣＰＵは、到達則入力項（到達項）Ｕｎｌの値が安定しているか（すなわち変動幅が所定範囲内であるか）否かを判定する。到達則入力項Ｕｎｌの値が安定している場合（ステップ４２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４３０以降に進行する一方、到達則入力項Ｕｎｌの値が安定していない場合（ステップ４２０＝Ｎｏ）、ステップ４３０以降の処理がスキップされ（すなわち適応則入力項Ｕｍａｐの学習が今回はスキップされ）、本ルーチンが一旦終了する。
【００６２】
処理がステップ４３０に進行すると、ＣＰＵは、到達則入力項Ｕｎｌに定常偏差（図３におけるΔＵｎｌ_ｓｓ参照）が生じているか否かを判定する。到達則入力項Ｕｎｌに定常偏差が生じている場合（ステップ４３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４４０及び４５０に進行して、運転領域に対応した適応則入力項Ｕｍａｐの学習が行われた後、本ルーチンが一旦終了する。この学習の際、ステップ４４０にて、ＣＰＵは、現在の運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］を判定する。そして、ステップ４５０にて、ＣＰＵは、適応則入力項Ｕｍａｐのマップにおける、現在の運転領域に対応した値を更新する。一方、到達則入力項Ｕｎｌに定常偏差が生じていない場合（ステップ４３０＝Ｎｏ）、ステップ４４０及び４５０の処理がスキップされ（すなわち適応則入力項Ｕｍａｐのマップにおける、現在の運転領域に対応した値の更新が今回は行われず）、本ルーチンが一旦終了する。
【００６３】
［変形例の例示列挙］
なお、上述の実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００６４】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００６５】
本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的あるいは機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００６６】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。すなわち、本発明の適用対象は、内燃機関システムに限定されない。具体的には、例えば、本発明が車両に適用される場合、内燃機関を備えない車両（燃料電池車や電気自動車等）における制動制御等に対して、本発明は良好に適用可能である。
【００６７】
また、本発明が内燃機関システム（内燃機関の他にモータ等の駆動源を備えた、いわゆる「ハイブリッド車両」を含む。）に適用される場合においても、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関を備えたものに、本発明は良好に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料供給方式、着火方式、過給方式も、特に限定はない。
【００６８】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、上述の具体例において、運転領域を規定する機関負荷として、要求燃料噴射量に代えて、アクセル操作量や吸入空気流量等が用いられてもよい。
【００６９】
到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓを適応則入力項Ｕｍａｐに振り替える方法としては、発生した定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓを一度に適応則入力項Ｕｍａｐに振り替える方法の他に、一次なましを用いる方法等、任意の方法が可能である。
【００７０】
また、現実の内燃機関システム１の制御においては、運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］が同一であったとしても、達成するべき目標値（目標ＥＧＲ率や目標過給圧）が相異するケースが発生し得る。このため、現実の制御における目標が、マップの作成の際に定めた目標と異なる場合、最適な適応則入力項Ｕｍａｐも変わってくるものと考えられる。したがって、マップを参照して取得した適応則入力項Ｕｍａｐに、さらに環境補正を加えるようにすることが、より好ましい。環境補正は、目標値の基本値を補正するパラメータ（冷却水温、吸気温、外気温、大気圧等）に応じて、適応則入力項Ｕｍａｐを補正するものである。
【００７１】
具体的には、例えば、所定の標準的な環境状態（以下、「基準状態」と称する。）に基づいて作成されたマップから読み出された適応則入力項Ｕｍａｐに対して、上述のパラメータによる補正係数（例えば目標ＥＧＲ率補正係数）を乗算した値が、補正された適応則入力項Ｕｍａｐとして用いられ得る。このとき、上述の補正係数は、そのすべてが乗算に用いられてもよいし、代表値（最大値あるいは最小値）のみが用いられてもよい。
【００７２】
また、これらのパラメータ毎に適応則入力項Ｕｍａｐのマップが用意されていて、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓをそれぞれのマップに振り替える程度が、補正係数の比に応じて適宜調整（振り替える量が補正係数の比に応じて配分）されてもよい。この場合、具体的には、例えば、目標ＥＧＲ率に対する冷却水温補正値が０．４、外気温補正値が０．８、外気圧補正値が０．９である場合、基準状態（１．０）との差分同士の比である（１−０．４）：（１−０．８）：（１−０．９）＝６：２：１の割合で、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓが、ベース冷却水温用適応則入力項学習マップとベース外気温用適応則入力項学習マップとベース外気圧用適応則入力項学習マップとに振り替えられる。これにより、状態量の目標値への良好な追随性能が得られる。
【００７３】
図５は、かかる変形例に対応するフローチャートである。本変形例のルーチン５００におけるステップ５１０〜５３０は、上述の具体例のルーチン４００におけるステップ４１０〜４４０と同様である。すなわち、現在の運転状態が定常状態であり（ステップ５１０＝Ｙｅｓ）、到達則入力項Ｕｎｌの値が安定しており（ステップ５２０＝Ｙｅｓ）、且つ、到達則入力項Ｕｎｌに定常偏差が生じている場合（ステップ５３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４０以降に進行し、冷却水温（Ｔｗ）、外気温（Ｔａｉｒ）、及び外気圧（Ｐａ）に対応して設けられた適応則入力項マップＵｍａｐ_Ｔｗ、Ｕｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びＵｍａｐ_Ｐａの学習が、それぞれ、運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］に対応して行われる。
【００７４】
具体的には、まず、ＣＰＵは、ステップ５４０において、現在の運転領域［エンジン回転数，要求燃料噴射量］を判定する。次に、ＣＰＵは、ステップ５４５において、基準状態におけるすべての運転領域にて適応則入力項マップが学習済みであるか否かを判定する。学習未完了の場合（ステップ５４５＝Ｎｏ）、これ以降の処理はスキップされ（すなわち今回は学習がスキップされ）、本ルーチンが一旦終了する。一方、基準状態におけるすべての運転領域にて適応則入力項マップが学習済みである場合（ステップ５４５＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４７に進行する。
【００７５】
ステップ５４７においては、到達則入力項Ｕｎｌの定常偏差ΔＵｎｌ_ｓｓを適応則入力項マップＵｍａｐ_Ｔｗ、Ｕｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びＵｍａｐ_Ｐａに振り替えるための学習値ΔＵｍａｐ_Ｔｗ、ΔＵｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びΔＵｍａｐ_Ｐａが、目標ＥＧＲ率の補正係数ＫＴｗ、ＫＴａｉｒ、及びＫＰａに応じて配分される。すなわち、例えば、目標ＥＧＲ率に対する冷却水温補正係数ＫＴｗが０．４、外気温補正係数ＫＴａｉｒが０．８、外気圧補正係数ＫＰａが０．９である場合、ΔＵｍａｐ_Ｔｗ：ΔＵｍａｐ_Ｔａｉｒ：ΔＵｍａｐ_Ｐａ＝（１−０．４）：（１−０．８）：（１−０．９）＝６：２：１となるように、学習値ΔＵｍａｐ_Ｔｗ、ΔＵｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びΔＵｍａｐ_Ｐａが設定される。その後、ステップ５４７にて、適応則入力項マップＵｍａｐ_Ｔｗ、Ｕｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びＵｍａｐ_Ｐａにおける学習値がΔＵｍａｐ_Ｔｗ、ΔＵｍａｐ_Ｔａｉｒ、及びΔＵｍａｐ_Ｐａによって更新され、本ルーチンが一旦終了する。
【００７６】
なお、上記の変形例において、ステップ５４５は省略可能である。また、補正値としては、ＥＧＲ補正値の他に、過給圧補正値（特開２００５−２４８９１０号公報等参照）も用いられ得る。
【００７７】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。
【００７８】
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用的あるいは機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用あるいは機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて公報番号や文献名を引用した各文献については、技術的に矛盾しない範囲内において、その記載内容（明細書及び図面を含む）が、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
【図１】
2013021453.tif 000025
【図２】
2013021453.tif 000026
【図３】
2013021453.tif 000027
【図４】
2013021453.tif 000028
【図５】
2013021453.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月31日(2014.7.31)
【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】
制御対象を含む制御対象システムに適用され、
線形入力項及び非線形入力項に加えて適応項を制御入力として含む適応スライディングモード制御により制御対象システムを制御するスライディングモードコントローラにおいて、
前記制御対象システムの運転状態が過渡状態から定常状態に移行したときの前記非線形入力項の値又は同値の所定割合の値を前記適応項に加えることにより同適応項を学習するとともに、前記適応項に加えた値を前記非線形入力項から減ずることにより同非線形入力項を補正する学習補正手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記学習された前記適応項及び前記補正された前記非線形入力項を用いて前記適応スライディングモード制御により前記制御対象システムを制御する、
スライディングモードコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のスライディングモードコントローラにおいて、
前記学習補正手段は、前記制御対象システムの運転領域毎に前記適応項を学習する、スライディングモードコントローラ。
【請求項３】
請求項２に記載のスライディングモードコントローラにおいて、
前記学習補正手段は、
前記制御対象システムの状態を表す複数種類の状態パラメータであって、前記運転領域を規定する運転領域パラメータとは異なる状態パラメータ毎に前記適応項の学習マップを有し、
各学習マップの前記適応項を前記運転領域毎に学習する、
スライディングモードコントローラ。
【請求項４】
請求項３に記載のスライディングモードコントローラにおいて、
前記制御手段は、前記状態パラメータそれぞれに基づいて決定される複数の補正値により前記制御対象システムの制御量の目標値を補正し、同補正した目標値に前記制御量を前記適応スライディングモード制御により制御し、
前記学習補正手段は、前記運転状態が前記過渡状態から前記定常状態に移行したときの前記非線形入力項の値又は同値の前記所定割合の値を分割して前記学習マップの前記適応項それぞれに加えることにより各適応項を学習し、
前記適応項それぞれに加えられる値は、各適応項の前記学習マップに対応する前記状態パラメータに対応する前記補正値に応じた値である、
スライディングモードコントローラ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のスライディングモードコントローラにおいて、
前記制御対象システムは、内燃機関及びこれに付帯する装置を含む内燃機関システムである、
スライディングモードコントローラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応スライディングモード制御を用いて制御対象システムを制御するスライディングモードコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種システムに対して、スライディングモード制御を適用する試みが、従来から広く行われている。スライディングモード制御は、切換関数によって表される超平面（切換超平面）を予め構築し、制御対象における状態量を非線形入力によって超平面上に収束させ（到達モード）、さらに、かかる状態量を超平面上に拘束しつつ線形入力によって所定の点に収束させる（スライディングモード）という可変構造型のフィードバック制御手法である。ここで、切換関数は、制御対象における状態量を変数とする線形関数である。
【０００３】
このスライディングモード制御においては、状態量をひとたび超平面上に収束してしまえば、以後は外乱等の影響をほとんど受けずに、状態量を超平面上の所定の平衡点（収束点）に安定的に収束させることができる。もっとも、状態量が超平面上に収束するまでは（すなわち到達モードにおいては）、外乱等の影響を受けることになる。
【０００４】
そこで、各種システムに対して、適応スライディングモード制御を適用する試みも従来から広く行われている。適応スライディングモード制御は、状態量の超平面への収束に際して、通常のスライディングモード制御における非線形入力に加えて、適応則入力（切換関数の時間積分に依存した入力）を用いるものである。この適応則入力を用いることは、実質的に超平面自体を動かすことに相当する。このような適応スライディングモード制御を用いることで、状態量の目標値への収束をより高い安定性で実現することが可能になる。
【０００５】
なお、スライディングモード制御及び適応スライディングモード制御は、周知技術であって、例えば、野波健蔵・田宏奇著、「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−」（株式会社コロナ社、１９９４年）に詳しく記載されている。また、車両を含む内燃機関システムの制御（例えば、空燃比制御、ＥＧＲ制御、動弁系制御、制動制御、変速機制御、等。）に対する適応スライディングモード制御の適用例としては、例えば、特許文献１乃至特許文献７等参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２６１０３８号公報（特開平９−２７３４４０号公報）
【特許文献２】特許第３２６１０５９号公報（特開平９−３２４６８１号公報）
【特許文献３】特許第３８１９２５７号公報（特開２００２−３６４４３０号公報）
【特許文献４】特許第４１４５５２０号公報（特開２００３−１５５９３８号公報）
【特許文献５】特許第４２６３４４８号公報（特開２００４−１１４７６４号公報）
【特許文献６】米国特許第５，８４５，４９１号明細書
【特許文献７】米国特許第７，８１３，８６７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
従来のこの種の装置においては、状態量の最終的な収束値の「システム個体差等に起因する」ズレが非線形入力項に吸収される。このため、状態量の超平面上への収束速度がシステム個体毎に変化してしまう。したがって、従来のこの種の装置においては、状態量の目標値への追随性能に関して、さらなる改善の余地があった。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。
【０００８】
本発明は、制御対象を含む制御対象システムに適用され、「線形入力項及び非線形入力項」に加えて「適応項」を制御入力として含む適応スライディングモード制御により制御対象システムを制御するスライディングモードコントローラに関する。
本発明のコントローラは、前記制御対象システムの運転状態が過渡状態から定常状態に移行したときの「前記非線形入力項の値又は同値の所定割合の値」を前記適応項に加えることにより同適応項を学習するとともに、前記適応項に加えた値を前記非線形入力項から減ずることにより同非線形入力項を補正する学習補正手段を更に具備する。
前記制御手段は、「前記学習された前記適応項」及び「前記補正された前記非線形入力項」を用いて前記適応スライディングモード制御により前記制御対象システムを制御する。
前記制御対象システムは、例えば、内燃機関及びこれに付帯する装置を含む内燃機関システムである。
【０００９】
本発明によれば、システム個体差等に起因して前記非線形入力項の値がゼロにならない場合に、「非線形入力項の値又は同値の所定割合の値」が適応項に加えられるとともに、同適応項に加えられた値を非線形入力項から減ずる。これにより、非線形入力項が振動的に動作することが可及的に抑制され、以て、制御対象システムが振動的に動作することが可及的に抑制される。したがって、本発明によれば、前記制御対象システムの制御量（例えば、内燃機関システムにおける過給圧、ＥＧＲ率等）の目標値への良好な追随性能が得られる。
【００１０】
なお、前記学習補正手段は、前記制御対象システムの運転領域（例えば、内燃機関システムにおいて機関回転数及び機関負荷により規定される運転領域）に応じて前記適応項を学習するように構成されてもよい。これにより、前記制御対象システムの運転状態の変化に伴ってシステム個体差の影響が変化するような場合であっても、前記制御量の前記目標値への良好な追随性能が得られる。
【００１１】
更に、前記学習補正手段は、前記制御対象システムの状態を表す複数種類の状態パラメータであって、前記運転領域を規定する運転領域パラメータとは異なる状態パラメータ（例えば、内燃機関システムにおいて、冷却水温、外気温及び外気圧）毎に前記適応項の学習マップ（例えば、内燃機関システムにおいて、ベース冷却水温用の適応項学習マップ、ベース外気温用の適応項学習マップ及びベース外気圧用の適応項学習マップ）を有する場合において、各学習マップの前記適応項を前記運転領域毎に学習するように構成されてもよい。
【００１２】
更に、前記制御手段が前記状態パラメータそれぞれに基づいて決定される複数の補正値（例えば、内燃機関システムにおいて、冷却水温補正値、外気温補正値及び外気圧補正値）により前記制御対象システムの制御量の目標値を補正し、同補正した目標値に前記制御量を前記適応スライディングモード制御により制御する場合、前記学習補正手段は、前記運転状態が前記過渡状態から前記定常状態に移行したときの「前記非線形入力項の値又は同値の前記所定割合の値」を分割して前記学習マップの前記適応項それぞれに加えることにより各適応項を学習し、前記適応項それぞれに加えられる値は、各適応項の前記学習マップに対応する前記状態パラメータに対応する前記補正値に応じた値であるように構成されてもよい。
これにより、環境条件等の変化に伴って前記制御対象システムの状態が変化するような場合であっても、前記制御量の前記目標値への良好な追随性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態が適用された制御対象システムである内燃機関システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示されている本発明の一実施形態である制御ユニットのブロック線図である。
【図３】図３は、本実施形態の動作の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図４は、図１及び図２に示されている制御ユニットによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図１及び図２に示されている制御ユニットによって実行される処理の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００１５】
［構成］
図１は、本発明の一実施形態が適用された制御対象システムである内燃機関システム１の概略構成を示す図である。本実施形態においては、内燃機関システム１は、内燃機関２と、この内燃機関２に接続された「吸気系統３及び排気系統４」と、吸気系統３と排気系統４との間に設けられた「ＥＧＲ系統５（ＥＧＲは、“Exhaust Gas Recirculation（排気再循環）”の略である。）及び過給器６」と、を備えている。本実施形態に係る制御ユニット７は、かかる内燃機関システム１の動作を制御するように設けられている。
【００１６】
吸気系統３には、「スロットルバルブ３１やインタークーラ３２等の補機類」、及び、「ＥＧＲ率や過給圧（吸気管内圧力）等を検出するためのセンサ３３、３４等の各種センサ類」が装着されている。なお、排気系統４にも、図示しない排気浄化装置（触媒）等の補機類やセンサ類が装着されている。
【００１７】
ＥＧＲ系統５は、ＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲバルブ５２と、ＥＧＲクーラ５３と、を備えている。ＥＧＲ通路５１は、吸気系統３のスロットルバルブ３１よりも内燃機関２側（吸気通流方向における下流側）と、排気系統４の後述するタービン６１よりも内燃機関２側（排気通流方向における上流側）と、を接続するように設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１における排気の通流状態（内燃機関２から排出された排気の吸気系統３への導入量）を制御するように、ＥＧＲ通路５１に装着されている。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ通路５１を通流する排気を冷却するように、ＥＧＲ通路５１に装着されている。
【００１８】
過給器６は、タービン６１と、ノズルベーン６２と、コンプレッサ６３と、シャフト６４と、を備えている。タービン６１は、排気系統４の上述した図示しない排気浄化装置よりも内燃機関２側（排気通流方向における上流側）に設けられている。本実施形態における過給器６はいわゆる可変ノズルターボチャージャであって、ノズルベーン６２は、タービン６１に吹き付ける排気の流速を可変にするために、タービン６１と対向する位置に設けられている。コンプレッサ６３は、吸気系統３のスロットルバルブ３１及びインタークーラ３２よりも吸気通流方向における上流側に設けられている。タービン６１とコンプレッサ６３とは、シャフト６４によって連結されている。
【００１９】
制御ユニット７（以下、「ＥＣＵ７」と称する。）は、プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ（書き換え可能な不揮発性メモリ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ７は、ＥＧＲ率、過給圧（吸気管内圧力）、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温、吸気温、外気温、大気圧、等の各種パラメータを取得するための、上述の各種センサ類と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ７は、内燃機関システム１の運転状態を制御するための、スロットルバルブ３１、ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２等の操作部（動作部或いは操作対象とも称され得る。）と電気的に接続されている。
【００２０】
本発明の「スライディングモードコントローラ及び内燃機関システム制御装置」の一実施形態である「ＥＣＵ７」は、ＲＯＭに予め格納されたルーチン（プログラム）やテーブル（マップ）等をＣＰＵによって読み出して当該ルーチンをＣＰＵに実行させることで、上述の各種センサ類を通じて取得した各種パラメータに基づいて上述の操作部の動作を制御するようになっている。具体的には、本実施形態においては、ＥＣＵ７は、適応スライディングモード制御を用いて「ＥＧＲ率及び過給圧（吸気管内圧力）」を制御するようになっている。
【００２１】
図２は、図１に示されているＥＣＵ７のブロック線図である。図２に示されているように、ＥＣＵ７は、線形入力項発生部７１と、非線形入力項発生部７２と、適応項発生部７３と、適応項学習部７４と、を備えている。
【００２２】
線形入力項発生部７１は、操作部に与えるべき制御入力Ｕのうちの「線形入力項（等価制御入力項あるいは線形項とも称され得る）Ｕeq」を発生するようになっている。また、非線形入力項発生部７２は、制御入力Ｕのうちの「非線形入力項（到達則入力項あるいは非線形項とも称され得る）Ｕnl」を発生するようになっている。また、適応項発生部７３は、制御入力Ｕのうちの「適応項（適応則入力項とも称され得る）Ｕmap」を発生するようになっている。適応項学習部７４は、非線形入力項Ｕnlの定常偏差を適応項Ｕmapに振り替えることで適応項Ｕmapの学習を行うようになっている。
【００２３】
［動作の概要］
以下、図１及び図２、並びに必要に応じて数式を用いつつ、本実施形態のＥＣＵ７の動作の概要について説明する。
【００２４】
まず、ＥＣＵ７は、上述のセンサ類を通じて取得した各種パラメータに基づいて、要求燃料噴射量を決定する。次に、ＥＣＵ７は、少なくとも「エンジン回転数及び要求燃料噴射量」に基づき、「目標ＥＧＲ率及び目標過給圧」を設定する。ＥＣＵ７の「ＲＯＭまたはフラッシュメモリ」には、予め、エンジン回転数及び要求燃料噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。そこで、ＥＣＵ７は、「エンジン回転数及び要求燃料噴射量」をキーとしてマップを検索し、「ＥＧＲ率及び過給圧」の目標値を取得する。
【００２５】
その後、ＥＣＵ７は、センサ３３、３４の出力する信号に基づいて、「ＥＧＲ率及び過給圧」の現在値を取得（検出）する。そして、ＥＣＵ７は、各制御量の現在値と目標値との偏差から、「ＥＧＲバルブ５２やノズルベーン６２やスロットルバルブ３１」の操作量（開度）を演算し、各々の操作量に対応する駆動信号をこれらの操作部に入力することで、「ＥＧＲ率及び過給圧」を制御する。
【００２６】
図３は、本実施形態の動作の概要を説明するためのタイムチャートである。図３中、横軸は時間（経過）を示す。また、図３の（１）の実線は制御対象量（過給圧等）の実際の変化の様子を示し、一点鎖線は目標値を示す。図３の（２）の実線は、適応スライディングモード制御における線形入力項Ｕeqの変化の様子を示し、（３）の実線は、非線形入力項Ｕnlの変化の様子を示し、（４）の実線は、適応項Ｕmapの変化の様子を示す。そして、図３の（ｉ）は適応項の学習前の様子を示し、（ii）は適応項の学習後の様子を示す。なお、適応スライディングモード制御の内容については本願の出願時においてすでに周知であるが（例えば上記の各文献参照）、念のため、その概略については後述する。
【００２７】
図３の（ｉ）に示したように、非線形入力項Ｕnlには、システム個体差等に起因して「定常偏差（図中「ΔＵnl_ss」参照）」が発生することがある。これは、以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、通常（従来）の適応スライディングモード制御においては、ノミナルモデルにおける制御対象量の収束値に基づいて適応項Ｕmapが設定される。このため、制御対象量の最終的な収束値の「システム個体差等に起因する」ズレが非線形入力項Ｕnlに吸収される。
【００２８】
このように、システム個体差等に起因して非線形入力項Ｕnlに定常偏差が生じると、制御対象量の超平面への拘束特性がシステム個体差等に応じて変化するとともに、非線形入力項Ｕnlが振動的に動作する。その結果、図３における（ｉ）に示されているように、制御対象量も振動的に変化することとなってしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssを適応項Ｕmapに振り替える（持ち替える或いは移し替える）ように、適応項Ｕmapを学習する（図中「ΔＵmap」参照）。すると、図３の（ii）に示されているように、非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssが解消されるとともに、非線形入力項Ｕnlの動作特性が安定する。これにより、制御対象量の目標値への安定した追随性能が得られる。
【００３０】
以下、ＥＧＲ率及び過給圧の適応スライディングモード制御に関して追記する（必要であれば、例えば、特開２０１０−２２９９６８号公報、特開２０１０−２２９９７４号公報、特開２０１１−１１１９６６号公報等参照。）。
【００３１】
本実施形態においては、「ＥＧＲ率ｙ1及び過給圧（吸気管内圧力）ｙ2」を制御出力変数（出力ベクトルＹ）とし、「ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ1、可変ターボのノズルベーン６２の開度ｕ2、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ3」を制御入力ベクトルＵとする「３入力−２出力のフィードバック制御」が行われるものとする。但し、下記の状態方程式（数１）に示すように、本実施形態においては、状態量ベクトルＸを、出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする（すなわちセンサ３３、３４等の各種センサ類を介して検出可能な量を直接の制御対象とする）。これにより、状態推定オブザーバが必要なくなり、これを用いた場合の推定誤差に伴う制御性能の低下が回避される。状態方程式及び出力方程式は、下記の式（数１）の通りである。
【数１】
2013021453.tif 000030
【００３２】
上記の式中、行列Ｃは既知である（本実施形態では単位行列とする）。プラントのモデル化（ノミナルモデル同定）は、以下のようにして行われる。「ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１」に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、「ＥＧＲ率及び過給圧」の値を観測する。このときの入出力データから、状態方程式（数１）における行列Ａ、Ｂを同定する。
【００３３】
ここで、「ノミナルモデル」とは、本実施形態に即していえば、「ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１」に関する状態方程式を利用してこれら「ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１」の動作状態を制御したときの「ＥＧＲ率及び過給圧（吸気管内圧力）」の挙動を現したモデルをいう。なお、「ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１」に入力するＭ系列信号を互いに無相関なものとすることで、各制御量の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００３４】
ＥＣＵ７におけるスライディングモードコントローラ（図２参照：以下単に「スライディングモードコントローラ」と称する。）の設計手順には、周知のとおり、「超平面の設計」と「状態量を超平面に拘束するための非線形切換入力の設計」とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸにベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下記の式（数２）に示す拡大系の状態方程式が得られる。ここで、ベクトルＺは、「目標値ベクトルＲ（ＥＧＲ率の目標値と過給圧の目標値とを要素とするベクトル）」と「出力ベクトルＹ」との偏差の積分値を要素とするベクトルである。「状態量Ｘe＝［ｘe1  ｘe2  ｘe3  ｘe4］T」は、その成分として、「制御出力Ｙと目標値Ｒとの偏差の時間積分ｘe1、ｘe2」と「制御出力Ｙ自体ｘe3、ｘe4」とを含んでいる。状態変数ｘe3はＥＧＲ率ｙ1そのものであり、状態変数ｘe4は過給圧ｙ2そのものである。
【数２】
2013021453.tif 000031
【００３５】
安定余裕を考慮し、超平面の設計には、システムの零点を用いた設計手法が用いられる。すなわち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように、超平面が設計される。切換関数σを下記の式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合に、「σ＝０」且つ「下記の式（数４）」が成立する。
【数３】
2013021453.tif 000032
【数４】
2013021453.tif 000033
【００３６】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力は、下式（数５）となる。
【数５】
2013021453.tif 000034
【００３７】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【数６】
2013021453.tif 000035
【００３８】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【数７】
2013021453.tif 000036
【００３９】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【数８】
2013021453.tif 000037
【００４０】
行列Ｐsは、下記のリカッチ方程式（数９）の正定解である。
【数９】
2013021453.tif 000038
【００４１】
リカッチ方程式（数９）において、「Ｑs」は制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。「ｑ1、ｑ2」は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定される。「ｑ3、ｑ4」は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定される。「Ｒs」は制御入力の重み行列であり、正定対称行列である。「ε」は安定余裕係数で、「ε≧０」となるように指定される。
【００４２】
なお、上記式（数８）、（数９）に代えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）が用いられてもよい。
【数１０】
2013021453.tif 000039
【数１１】
2013021453.tif 000040
【００４３】
状態量を超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法が用いられる。ここでは、制御入力Ｕを、「線形入力Ｕeq」と「新たな入力、すなわち、非線形入力Ｕnl」との和として、下式（数１２）で表す。
【数１２】
2013021453.tif 000041
【００４４】
切換関数σを安定させたいので、「σ」についてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると下記の式（数１４）となる。
【数１３】
2013021453.tif 000042
【数１４】
2013021453.tif 000043
【００４５】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【数１５】
2013021453.tif 000044
【００４６】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は下記の式（数１７）となる。
【数１６】
2013021453.tif 000045
【数１７】
2013021453.tif 000046
【００４７】
したがって、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードの安定性が保証される。
【００４８】
そして、式（数１６）における切換ゲインｋを下式（数１８）で置き換えると、非線形入力Ｕnlは下記の式（数１９）となる。
【数１８】
2013021453.tif 000047
【数１９】
2013021453.tif 000048
【００４９】
非線形ゲインＪは、下式（数２０）に示すように、ベクトル因数Ｊkにスカラ因数ｋを乗じたものである。
【数２０】
2013021453.tif 000049
【００５０】
式（数２０）における「ベクトルＪk＝［ｊk1，ｊk2，ｊk3］T」は、「ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ1、ノズルベーン６２の開度ｕ2、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ3の各々」と「ＥＧＲ率ｙ1及び過給圧ｙ2の各々」との間の入出力特性に基づいて決定される。「各制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3」に対する「各制御出力ｙ1、ｙ2」のステップ応答を観測すれば、「ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ1、ノズルベーン６２の開度ｕ2、及びスロットルバルブ３１の開度ｕ3」が単位量（典型的には、開度値１％）変化したときの「ＥＧＲ率ｙ1及び過給圧ｙ2」の変化量を知ることができる。
【００５１】
「Ｊk」は、ステップ応答における「ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１」の制御出力ｙ1、ｙ2に対する寄与度を均等化するように定めることが好ましい。すなわち、ＥＧＲバルブ５２の開度変化に対する制御出力ｙ1、ｙ2の感度は比較的低い（ＥＧＲバルブ５２を操作しても制御出力ｙ1、ｙ2はあまり変化しない）ので、ＥＧＲバルブ５２に係る非線形入力値ｕnl1を算出するために乗ずるべきゲインｊk1は比較的大きな値とする。逆に、ノズルベーン６２の開度変化に対する制御出力ｙ1、ｙ2の感度は比較的高い（ノズルベーン６２を操作することで制御出力ｙ1、ｙ2が少なからず変化する）ので、ノズルベーン６２に係る非線形入力値ｕnl2を算出するために乗ずるべきゲインｊk2は比較的小さな値とする。
【００５２】
ベクトルＪｋは、例えば、Ｊk＝［２．１８，０．６８，１］Tと決定する。この例示値Ｊkは、ステップ応答において、「ＥＧＲバルブ５２の開度ｕ1を２．１８％変化させた際に生ずる制御入力ｙ1、ｙ2の変化量」と、「ノズルベーン６２の開度ｕ2を０．６８％変化させた際に生ずる制御入力ｙ1、ｙ2の変化量」と、「スロットルバルブ３１の開度ｕ3を１％変化させたときに生ずる制御入力ｙ1、ｙ2の変化量」とが、概ね等しいと考えられることを意味している。
【００５３】
また、式（数２０）におけるスカラｋは適合係数であり、スライディングモードコントローラ設計時の適合を通じて適宜に決定される。
【００５４】
したがって、スライディングモードコントローラが算出する制御入力Ｕは、下式（数２１）となる。
【数２１】
2013021453.tif 000050
【００５５】
もっとも、本実施形態のような３入力−２出力のシステムにおいては、「ｄｅｔ（ＳＢe）＝０」が成立するので、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1は、一般化逆行列として算定される。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†が用いられる。
【００５６】
さらに、線形入力Ｕeqと非線形入力Ｕnlとの和である制御入力Ｕ（数２５）に対して、補正項Ｕmapが加味される。スライディングモードコントローラの設計においては、上述の通り、「特定の運転領域、すなわち、或る特定のエンジン回転数及び要求燃料噴射量の下」における内燃機関システム１のノミナルモデル（行列Ａ、Ｂ）を同定し、上記の状態方程式（数２）を得て、切換超平面Ｓが導出される。ここで、ノミナルモデルと実プラントとの間のモデル化誤差（摂動）は、ノミナルポイントから離れた領域（低回転低負荷域や高回転高負荷域等）では拡大する。補正項Ｕmapは、このモデル化誤差を縮小して非線形入力Ｕnlを速やかに「０」へと収束させるための「適応項（マップ項）」である。
【００５７】
補正項Ｕmapのマップの初期値（本発明の特徴である上述の学習が行われる前の値）は、以下のようにして作成される。まず、個々の運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）毎に、その運転領域に適した（又は代表的な）「ＥＧＲ率及び過給圧」の目標値を定め、この目標値を実機の内燃機関システム１で達成する「定常状態における各操作部（ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１）」の操作量Ｕbaseを計測する。これとともに、同一の目標をスライディングモードコントローラに与えて、偏差のない定常状態における線形入力Ｕeqを演算する。実機での各操作部の操作量（開度）の実測値Ｕbaseから、スライディングモードコントローラによる線形入力の算出値Ｕeqを減算すれば、個々の運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）に対応した「マップ項Ｕmap＝Ｕbase−Ｕeq」が得られる。
【００５８】
ＥＣＵ７のフラッシュメモリには、「エンジン回転数及び要求燃料噴射量」に応じて設定するべき適応項Ｕmapを示すマップデータが予め記憶されている。ＥＣＵ７は、「エンジン回転数及び要求燃料噴射量」をキーとしてマップを検索することで適応項Ｕmapを知得し、この値Ｕmapを「スライディングモードコントローラが算出した制御入力Ｕ（線形入力Ｕeq及び非線形入力Ｕnl）」に加算する。最終的に、各操作部（ＥＧＲバルブ５２、ノズルベーン６２、及びスロットルバルブ３１）に与えられる制御入力Ｕは、式（数２１）に適応項Ｕmapを追加した下式（数２２）となる。
【数２２】
2013021453.tif 000051
【００５９】
［動作の具体例］
図４は、図１及び図２に示されている制御ユニット７によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、本実施形態における適応項Ｕmapの学習処理の一つの具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、図４のフローチャートにおいて、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている（後述する変形例における図５においても同様である）。
【００６０】
ＥＣＵ７に備えられたＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称する。）は、図４に示されている適応項学習処理ルーチン４００を所定時間経過毎に繰り返し起動する。かかるルーチン４００が起動されると、まず、ＣＰＵは、ステップ４１０にて、現在の運転状態が定常状態であるか否かを「上記の各種パラメータ、各操作部における操作量の変化量、及び状態量の目標値に対する収束度」に基づいて判定する。現在の運転状態が定常状態ではない場合（ステップ４１０＝Ｎｏ）、ステップ４２０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。よって、以下の説明においては、現在の運転状態が定常状態である（ステップ４１０＝Ｙｅｓ）ものとする。
【００６１】
次に、処理がステップ４２０に進行し、ＣＰＵは、非線形入力項Ｕnlの値が安定しているか（すなわち変動幅が所定範囲内であるか）否かを判定する。非線形入力項Ｕnlの値が安定している場合（ステップ４２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４３０以降に進行する一方、非線形入力項Ｕnlの値が安定していない場合（ステップ４２０＝Ｎｏ）、ステップ４３０以降の処理がスキップされ（すなわち適応項Ｕmapの学習が今回はスキップされ）、本ルーチンが一旦終了する。
【００６２】
処理がステップ４３０に進行すると、ＣＰＵは、非線形入力項Ｕnlに定常偏差（図３の「ΔＵnl_ss」参照）が生じているか否かを判定する。非線形入力項Ｕnlに定常偏差が生じている場合（ステップ４３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４４０及び４５０に進行して、運転領域に対応した適応項Ｕmapの学習が行われた後、本ルーチンが一旦終了する。この学習の際、ステップ４４０にて、ＣＰＵは、現在の運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）を判定する。そして、ステップ４５０にて、ＣＰＵは、適応項Ｕmapのマップにおける「現在の運転領域に対応した値」を更新する。一方、非線形入力項Ｕnlに定常偏差が生じていない場合（ステップ４３０＝Ｎｏ）、ステップ４４０及び４５０の処理がスキップされ（すなわち適応項Ｕmapのマップにおける「現在の運転領域に対応した値」の更新が今回は行われず）、本ルーチンが一旦終了する。
【００６３】
［変形例の例示列挙］
なお、上述の実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００６４】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００６５】
本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的あるいは機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００６６】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。すなわち、本発明の適用対象は、内燃機関システムに限定されない。具体的には、例えば、本発明が車両に適用される場合、内燃機関を備えない車両（燃料電池車や電気自動車等）における制動制御等に対して、本発明は良好に適用可能である。
【００６７】
また、本発明が内燃機関システム（内燃機関の他にモータ等の駆動源を備えた、いわゆる「ハイブリッド車両」を含む。）に適用される場合においても、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関を備えたものに、本発明は良好に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料供給方式、着火方式、過給方式も、特に限定はない。
【００６８】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、上述の具体例において、運転領域を規定する機関負荷として、要求燃料噴射量に代えて、アクセル操作量や吸入空気流量等が用いられてもよい。
【００６９】
非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssを適応項Ｕmapに振り替える方法としては、発生した定常偏差ΔＵnl_ssを一度に適応項Ｕmapに振り替える方法の他に、一次なましを用いる方法等、任意の方法が可能である。
【００７０】
また、現実の内燃機関システム１の制御においては、運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）が同一であったとしても、達成するべき目標値（目標ＥＧＲ率や目標過給圧）が相異するケースが発生し得る。このため、現実の制御における目標値がマップの作成の際に定めた目標値と異なる場合、最適な適応項Ｕmapも変わってくるものと考えられる。したがって、マップを参照して取得した適応項Ｕmapに、さらに環境補正を加えるようにすることが、より好ましい。環境補正は、目標値の基本値を補正するパラメータ（冷却水温、吸気温、外気温、大気圧等）に応じて、適応項Ｕmapを補正するものである。
【００７１】
具体的には、例えば、所定の標準的な環境状態（以下、「基準状態」と称する。）に基づいて作成されたマップから読み出された適応項Ｕmapに対して、上述のパラメータによる補正係数（例えば目標ＥＧＲ率補正係数）を乗算した値が、補正された適応項Ｕmapとして用いられ得る。このとき、上述の補正係数は、そのすべてが乗算に用いられてもよいし、代表値（最大値あるいは最小値）のみが用いられてもよい。
【００７２】
また、これらのパラメータ毎に適応項Ｕmapのマップが用意されていて、非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssをそれぞれのマップに振り替える程度が、補正係数の比に応じて適宜調整（振り替える量が補正係数の比に応じて配分）されてもよい。この場合、具体的には、例えば、目標ＥＧＲ率に対する冷却水温補正値が０．４、外気温補正値が０．８、外気圧補正値が０．９である場合、基準状態（１．０）との差分同士の比である「（１−０．４）：（１−０．８）：（１−０．９）＝６：２：１の割合」で、非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssが「ベース冷却水温用適応項学習マップ」と「ベース外気温用適応項学習マップ」と「ベース外気圧用適応項学習マップ」とに振り替えられる。これにより、状態量の目標値への良好な追随性能が得られる。
【００７３】
図５は、かかる変形例に対応するフローチャートである。本変形例のルーチン５００におけるステップ５１０〜５３０は、上述の具体例のルーチン４００におけるステップ４１０〜４４０と同様である。すなわち、現在の運転状態が定常状態であり（ステップ５１０＝Ｙｅｓ）、非線形入力項Ｕnlの値が安定しており（ステップ５２０＝Ｙｅｓ）、且つ、非線形入力項Ｕnlに定常偏差が生じている場合（ステップ５３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４０以降に進行し、「冷却水温（Ｔw）、外気温（Ｔair）、及び外気圧（Ｐa）」に対応して設けられた「適応項マップＵmap_Tw、Ｕmap_Tair、及びＵmap_Pa」の学習が、それぞれ、運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）に対応して行われる。
【００７４】
具体的には、まず、ＣＰＵは、ステップ５４０において、現在の運転領域（エンジン回転数及び要求燃料噴射量）を判定する。次に、ＣＰＵは、ステップ５４５において、基準状態におけるすべての運転領域にて適応項マップが学習済みであるか否かを判定する。学習未完了の場合（ステップ５４５＝Ｎｏ）、これ以降の処理はスキップされ（すなわち今回は学習がスキップされ）、本ルーチンが一旦終了する。一方、基準状態におけるすべての運転領域にて適応項マップが学習済みである場合（ステップ５４５＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４７に進行する。
【００７５】
ステップ５４７においては、非線形入力項Ｕnlの定常偏差ΔＵnl_ssを「適応項マップＵmap_Tw、Ｕmap_Tair、及びＵmap_Pa」に振り替えるための「学習値ΔＵmap_Tw、ΔＵmap_Tair、及びΔＵmap_Pa」が、「目標ＥＧＲ率の補正係数ＫTw、ＫTair、及びＫPa」に応じて配分される。すなわち、例えば、目標ＥＧＲ率に対する「冷却水温補正係数ＫTwが０．４、外気温補正係数ＫTairが０．８、外気圧補正係数ＫPaが０．９」である場合、「ΔＵmap_Tw：ΔＵmap_Tiir：ΔＵmap_Pa＝（１−０．４）：（１−０．８）：（１−０．９）＝６：２：１」となるように、「学習値ΔＵmap_Tw、ΔＵmap_Tair、及びΔＵmap_Pa」が設定される。その後、ステップ５４７にて、「適応項マップＵmap_Tw、Ｕmap_Tair、及びＵmap_Pa」における学習値が「ΔＵmap_Tw、ΔＵmap_Tair、及びΔＵmap_Pa」によって更新され、本ルーチンが一旦終了する。
【００７６】
なお、上記の変形例において、ステップ５４５は省略可能である。また、補正値としては、ＥＧＲ補正値の他に、過給圧補正値（特開２００５−２４８９１０号公報等参照）も用いられ得る。
【００７７】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。
【００７８】
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用的あるいは機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用あるいは機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて公報番号や文献名を引用した各文献については、技術的に矛盾しない範囲内において、その記載内容（明細書及び図面を含む）が、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
【国際調査報告】
2013021453.tif 000052
2013021453.tif 000053