(57)【要約】  【課題】制御入力の飽和を回避して制御状態を良好に維持する。  【解決手段】制御量を目標値に到達させるために必要となる操作量ｕが操作部に与えることのできる操作量の限度である飽和値を超えてしまう場合に、その操作量の飽和値に対する超越量Δｕを目標値ｒと制御量ｙとの偏差ｅを積分する積分要素以降の箇所に負帰還させることにより、実際に操作部に与える操作量ｕを飽和値以内に収める。  【選択図】図４
2008248863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部を操作して制御量を目標値に制御するものにおいて、
制御量を目標値に到達させるために必要となる操作量が操作部に与えることのできる操作量の限度である飽和値を超えてしまうときに、その操作量の飽和値に対する超越量を目標値と制御量との偏差を積分する積分要素以降の箇所に負帰還させることにより、実際に操作部に与える操作量を飽和値以内に収めることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の制御方法を実施するために用いられるものであって、
制御量を目標値に到達させるために必要となる操作量が操作部に与えることのできる操作量の限度である飽和値を超えてしまうときに、その操作量の飽和値に対する超越量に基づいて補正量を算定する補正部と、
算定した補正量を目標値と制御量との偏差を積分する積分要素以降の箇所に負帰還させた結果の操作量を用いて操作部を操作する制御部と
を具備する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車等の内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）と空燃比フィードバック制御とを組み合わせて、燃焼時に発生する有害物質量を抑制し排気ガスの浄化性能の向上を図ることが知られている。下記特許文献に開示されているＥＧＲ制御では、吸入空気量とＥＧＲ量とを合算した全ガス量（気筒内に導入されるガスの総量）を算出し、その全ガス量に基づいて空燃比フィードバックの補正を行っている。より具体的には、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧に目標値を設定し、それら目標値を達成する制御入力、即ちスロットルバルブ開度、外部ＥＧＲバルブ開度、可変容量ターボのタービン出力（または、ウェイストゲートバルブ開度）を決定することにより、所要のＥＧＲ量を実現している。
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
制御系では、与えられた目標値を理論上達成可能であっても実際には制御できないことがある。例えば上記のＥＧＲ制御において、既にバルブを一杯近くまで開いているような状況下で吸入空気量の要求が引き上げられた場合、その要求を達成するバルブ開度は現実のバルブの機械的な限界を超えた値となり、結局は実現することができない。
【０００４】
本発明は、制御入力の飽和を回避して制御状態を良好に維持することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するべく、本発明に係る制御方法では、操作部を操作して制御量を目標値に制御するものにおいて、制御量を目標値に到達させるために必要となる操作量が操作部に与えることのできる操作量の限度である飽和値を超えてしまうときに、その操作量の飽和値に対する超越量を目標値と制御量との偏差を積分する積分要素以降の箇所に負帰還させることにより、実際に操作部に与える操作量を飽和値以内に収めるようにした。このようなものであれば、制御状態を良好に維持できる。加えて、超越量の積分を行わないことにより、制御のオーバーシュート（に伴うハンチング）を抑制できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、制御入力の飽和を回避して制御状態を良好に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明に係る制御方法の適用対象であるＥＧＲ制御装置である。この制御装置は、吸排気系３、４における複数の流量または流体圧に関するパラメータを計測する計測器１１、１２、１３と、少なくともエンジン回転数に基づき複数のパラメータの目標値を設定する目標値設定部１４と、複数のパラメータを目標値に向かわせるべく複数の操作部３４、４１、４５に与える操作量を算定する操作量算定部１５と、算定した操作量が実際の操作部３４、４１、４５に入力することのできる操作量の飽和値（閾値、拘束条件）を超えているときにその操作量に補正を加える補正部１６と、操作量を用いて操作部３４、４１、４５を操作する制御部１７とを具備する。
【０００８】
ハードウェア構成の概要を、図２に示す。本実施形態において、内燃機関２は２サイクルディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、掃気ブロアとしてスーパーチャージャ３１、可変容量ターボシステムのコンプレッサ３２を配設するとともに、その下流に掃気を冷却するインタークーラ３３を設ける。そして、過給機より上流側に、吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３４を設けている。加えて、吸入空気量を検出する流量計１１、過給機前圧を検出する圧力計１２、掃気圧を検出する圧力計１３を設置してある。
【０００９】
他方、排気系４には、コンプレッサ３２を駆動するＶＮＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｎｉｂｅ）４１を配設し、ＶＮＴ４１に流入する排気ガス量を可変ベーン（図示せず）やウェイストゲートバルブ４２を介して調節できるようにしている。加えて、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させる排気ガス再循環通路４３を設けてある。排気ガス再循環通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３４と過給機３１、３２との中間部に接続する。排気ガス再循環通路４３には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１０】
ＥＧＲには、排気ガス再循環通路４３を介して吸気系３に排気ガスを還流する外部ＥＧＲと、燃焼室内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲとがある。図示例の如き過給機付き２サイクルエンジンでは、吸入空気量及び過給機前圧を制御することで外部ＥＧＲを、掃気圧を制御することで内部ＥＧＲを、それぞれ制御し得る。故に、本実施形態では、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）を決定する複数のパラメータ、即ち吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧の各々に目標値を設定し、これらパラメータを一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちスロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１の可変ベーン（または、ウェイストゲートバルブ４２）を制御することにより、ＥＧＲ量の制御を実現する。
【００１１】
スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１といった操作部は、それぞれ電子制御装置５により制御されてその開度をリニアに変化させる。バルブ３４、４５、４２は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１２】
電子制御装置５は、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換器やＩ／Ｏインタフェース等を包有するマイクロコンピュータである。電子制御装置５は、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧を検出する計測器１１、１２、１３の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温、気圧等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各パラメータを知得することができる。並びに、電子制御装置５は、スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１、ウェイストゲートバルブ４２や燃料噴射ポンプ２１等と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００１３】
電子制御装置５で実行するべきプログラムは予めＲＯＭまたはフラッシュメモリに格納されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。電子制御装置５は、プログラムに従い内燃機関２の制御を実行する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号を燃料噴射ポンプ２１に入力して燃料噴射を制御する。その上で、電子制御装置５は、プログラムに従い制御装置の要素である目標値設定部１４、操作量算定部１５、補正部１６、制御部１７としての機能を発揮する。
【００１４】
ＥＧＲ制御を実現するべく電子制御装置５が実行する処理の手順を、図３のフローチャートに示す。電子制御装置５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し（ステップＳ１）、要求噴射量を決定する（ステップＳ２）。
【００１５】
次いで、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧にそれぞれ目標値を設定する。本実施形態では、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標吸入空気量、目標過給機前圧、目標掃気圧を設定する。電子制御装置５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには、エンジン回転数及び要求噴射量に対応して設定すべき各目標値を示すマップデータが予め格納されている。このマップに記述される各目標値は、エンジン回転数、要求噴射量等に応じた適切なＥＧＲ量を実現する値であって、ベンチ試験によって適合したものである。電子制御装置５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとして上記のマップを検索し（ステップＳ３）、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して（ステップＳ４）最終的な目標値とする。
【００１６】
そして、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧をそれぞれの目標値に向かわせるべく、スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５及びＶＮＴ４１を操作するフィードバック制御を行う。電子制御装置５は、計測器１１、１２、１３が出力する信号を受け取って吸入空気量、過給機前圧、掃気圧を知得し（ステップＳ５）、上記パラメータの現在値と目標値との偏差から操作すべきスロットルバルブ３４の開度、外部ＥＧＲバルブ４５の開度、ＶＮＴ４１の可変ベーンの開度を算出して（ステップＳ６）、各々の操作量に対応する駆動信号をそれらバルブ３４、４５及びＶＮＴ４１に入力し操作する（ステップＳ７）。
【００１７】
但し、ステップＳ６で算出した操作量が、実際の操作部３５、４５、４１に入力することのできる操作量の飽和値を超えているときには（ステップＳ８）、操作量を飽和値以内に収めるために必要な補正量を算出し（ステップＳ９）操作量の補正を行う。
【００１８】
しかして、電子制御装置５は、図３に示している処理手順を反復的に実行し、ＥＧＲ制御を継続する。
【００１９】
ステップＳ９での補正量の算定に関して詳述する。入力ｕ、出力ｙ、状態ｘの制御系の数学モデルは、状態方程式及び出力方程式（数１）の形で表現される。
【００２０】
【数１】
2008248863.tif 000003
【００２１】
上記の数学モデルは、同定によって求める。同定実験は、様々な周波数成分を含む２値信号（Ｍ系列）からなるデューティ信号を入力して操作したときの出力を観測し、両者の関係から行列Ａ、Ｂ、Ｃを得るものである。
【００２２】
制御系は、ＬＱＩ制御系とする。ＬＱＩ制御系を含む本実施形態の制御装置のブロック線図を、図４に示す。オブザーバは、入出力信号を参照して状態量の推定を行うもので、同定のモデル化誤差やプラントのパラメータ変動等を制御系の一部として推定し、これを制御的に相殺、吸収する。制御量とその目標値との偏差をｅ、偏差を積分要素を介して積分したものをｗ、オブザーバにおける推定状態量をｘとおくと、補正を行わない場合の操作部３４、４１、４５に対する制御入力ｕは（数２）で表される。
【００２３】
【数２】
2008248863.tif 000004
【００２４】
補正を行わない場合に操作量がちょうど飽和値ｕmaxとなる積分値をｗ’とおくと、（数３）が成立する。
【００２５】
【数３】
2008248863.tif 000005
【００２６】
（数２）から（数３）を減算すると、（数４）となる。
【００２７】
【数４】
2008248863.tif 000006
【００２８】
（数４）を整理すると、（数５）となる。
【００２９】
【数５】
2008248863.tif 000007
【００３０】
操作量が飽和した暁には、その操作量ｕがｕmaxとなるように、積分値ｗをｗ’に変えてやればよい。換言すれば、積分値ｗがｗ’となるように、Δｕをフィードバックすればよいことになる。
【００３１】
ステップＳ９では、ステップＳ６にて算定した操作量ｕが飽和値ｕmaxを超えているときに、その算定操作量ｕと飽和値ｕmaxとの差即ち超越量Δｕからｗの補正量を算出する。図４に示しているように、超越量Δｕに基づく補正量を積分要素の直後に負帰還させるのであれば、補正量は上式（数５）の右辺の第二項Δｕ／Ｆ2となる。つまり、アンチワインドアップ制御部分のゲインＪは１／Ｆ2である。
【００３２】
本実施形態によれば、制御量を目標値に到達させるために必要となる操作量が操作部３４、４１、４５に与えることのできる操作量の限度である飽和値を超えてしまうときに、その操作量の飽和値に対する超越量を目標値と制御量との偏差を積分する積分要素以降の箇所に負帰還させることにより、実際に操作部３４、４１、４５に与える操作量を飽和値以内に収めるようにしたため、制御状態を良好に維持できる。本実施形態は、積分要素を経由する偏差入力以外からもたらされる成分、例えばオブザーバを経由するＦ1項の成分を加えた結果の操作量が飽和値を超えてしまうような状況にも適切に対処できる。また、超越量の積分を行わないことにより、制御のオーバーシュートを抑制できる。
【００３３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、制御の方式はＬＱＩ制御には限定されない。
【００３４】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の構成説明図。
【図２】本発明の一実施形態におけるプラントを示す概略図。
【図３】制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】ＬＱＩ制御系のブロック線図。
【符号の説明】
【００３６】
１１、１２、１３…計測器
１４…目標値設定部
１５…操作量算定部
１６…補正部
１７…制御部
２…内燃機関
３、４…吸排気系
３４、４５、４１…操作部（Ｄスロットルバルブ、外部ＥＧＲバルブ、ＶＮＴ）
【図１】
2008248863.tif 000008
【図２】
2008248863.tif 000009
【図３】
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【図４】
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