(57)【要約】【課題】フィードフォワード制御により制御対象を制御する制御システムにおいて、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値の変化の程度によらず、目標値に基づくＦＦ操作量の生成を適切且つ低工数で実現できるようにすることを目的とする。【解決手段】所定の演算タイミング毎に、目標値なまし処理部６１が、その演算タイミングでの目標値ｒ（ｉ）を取得して、その取得した目標値ｒ（ｉ）に対してなまし処理を行うことにより、その目標値ｒ（ｉ）がなまされたなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を算出する。このなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）は、目標値微分演算部７１により微分演算される。そして、ＦＦ操作量算出処理部７２が、その微分演算値となまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）とを適宜加算することで、ＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出する。【選択図】図２
2013200779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法であって、
所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出し、
前記なまし処理により算出された前記なまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出し、
前記なまし目標値と前記目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出し、
その算出したフィードフォワード操作量を用いて前記制御対象を制御する
ことを特徴とするフィードフォワード制御方法。
【請求項２】
制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御装置であって、
所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出するなまし処理手段と、
前記なまし処理手段により算出された前記なまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出する微分手段と、
前記なまし目標値と前記目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する操作量算出手段と、
を備え、前記操作量算出手段により算出された前記フィードフォワード操作量を用いて前記制御対象を制御する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記操作量算出手段は、前記なまし目標値および前記目標値微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、前記フィードフォワード操作量を算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記なまし処理手段は、取得した前記目標値に対する前記なまし処理を複数回行うことによって前記なまし目標値を算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記なまし処理手段は、
前記演算タイミング毎に、第１なまし処理から第ｊ（ｊは２以上の自然数）なまし処理までｊ回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第ｎなまし値（ｎ＝１〜ｊ）を算出するよう構成されていて、
最初の前記第１なまし処理では、今回の前記演算タイミングで取得した前記目標値と前回の前記演算タイミングで当該第１なまし処理にて算出した第１なまし値とを重み付け加算することにより前記第１なまし値を算出し、
２回目以降の第ｎなまし処理では、それぞれ、ｎ−１回目のなまし処理である第ｎ−１なまし処理にて算出された第ｎ−１なまし値と前回の前記演算タイミングで当該第ｎなまし処理にて算出した第ｎなまし値とを重み付け加算することにより前記第ｎなまし値を算出し、
最後の前記第ｊなまし処理で算出した第ｊなまし値を、前記なまし目標値として算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
【請求項６】
請求項２〜請求項５の何れか１項に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記微分手段は、前記なまし目標値をｍ階微分（ｍは２以上の自然数）し、各階の微分値をそれぞれ前記目標値微分値として算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法およびフィードフォワード制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、制御システムとして、制御出力を用いることなく目標値から所定の演算方法にて操作量を算出し、その操作量にて制御対象を制御する、いわゆるフィードフォワード制御システムが知られている。また、フィードフォワード制御系とフィードバック制御系とを組み合わせてなる２自由度制御システムも知られている。
【０００３】
フィードフォワード制御系の具体例として、特許文献１には、制御対象の伝達関数Ｐに基づいて予め設定された演算式を用いて、目標値ｒからフィードフォワード操作量（以下「ＦＦ操作量」ともいう）ｕffを算出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のフィードフォワード制御系は、制御対象の伝達関数に基づくモデルベース設計を前提とするものである。そのため、制御対象がモデル化できていなければ設計することができず、制御設計に手間がかかる。
【０００６】
これに対し、できるだけ手間をかけずに（即ち、モデル化を行うことなく）ＦＦ操作量ｕffを算出する方法として、目標値ｒの変化のみを捉え、目標値の変化を微分することにより算出する方法が考えられる。しかし、そのように目標値を微分してＦＦ操作量ｕffを算出する方法は、目標値の変化が大きくなるとＦＦ操作量ｕffが過大になってしまって使えないという問題がある。特に、制御周期毎に目標値ｒがステップ的に変化するような制御システムにおいては上記問題が顕著となる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、フィードフォワード制御により制御対象を制御する制御システムにおいて、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値の変化の程度によらず、目標値に基づくＦＦ操作量の生成を適切且つ低工数で実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法であって、所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出し、その算出されたなまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出し、これら算出されたなまし目標値と目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する。そして、その算出したフィードフォワード操作量を用いて制御対象を制御する。
【０００９】
本発明では、取得した目標値をそのまま用いるのではなく、なまし処理後のなまし目標値を用いる。即ち、なまし処理されたなまし目標値をその演算タイミングでの実質的な目標値（フィードフォワード操作量の算出に用いる目標値。以下「実質目標値」ともいう。）とする。また、目標値の微分についても、取得した目標値を微分するのではなく、なまし処理後のなまし目標値を微分する。
【００１０】
なお、なまし処理とは、目標値の変化を制限すること、即ち、前回の演算タイミングでの実質目標値から今回の演算タイミングでの実質目標値への変化量が、実際の目標値の変化量よりも小さくなるように、その変化量に制限を設ける処理である。換言すれば、演算タイミング毎に取得される目標値の変化を平滑化してその平滑化された目標値を実質目標値（なまし目標値）とする処理であるとも言える。
【００１１】
このようなフィードフォワード制御方法によれば、目標値をなまし処理した上で微分を行い、なまし目標値と目標値微分値とを用いてフィードフォワード操作量を算出する。そのため、目標値の変化が大きくても（ステップ的に変化しても）目標値微分値が過大になるのが抑えられ、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値の変化の程度によらず、目標値に基づくフィードフォワード操作量の生成を適切且つ低工数で実現できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御装置であって、所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出するなまし処理手段と、そのなまし処理手段により算出されたなまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出する微分手段と、なまし処理手段により算出されたなまし目標値と微分手段により算出された目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する操作量算出手段と、を備える。そして、操作量算出手段により算出されたフィードフォワード操作量を用いて制御対象を制御する。
【００１３】
このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、上述した本発明のフィードフォワード制御方法が実現され、そのフィードフォワード制御方法によりフィードフォワード操作量が算出されるため、上記同様の作用効果が得られる。
【００１４】
操作量算出手段がフィードフォワード操作量を算出する際に用いる所定の演算方式としては、例えば請求項３に記載の演算方式を用いることができる。即ち、操作量算出手段は、なまし目標値および目標値微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、フィードフォワード操作量を算出する。
【００１５】
このような演算方式にてフィードフォワード操作量を演算することで、目標値およびその変化状態が考慮された適切なフィードフォワード操作量を容易に生成することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のフィードフォワード制御装置であって、なまし処理手段は、取得した目標値に対するなまし処理を複数回行うことによってなまし目標値を算出する。
【００１７】
このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、目標値を複数回なますことでなまし目標値が算出されるため、より大きななまし効果を得ることができる。また、なまし処理の回数を適宜設定することで所望のレベルのなまし効果を得ることができ、フィードフォワード制御の自由度が広がる。
【００１８】
なまし処理を複数回行う場合の具体的方法は適宜考えられるが、例えば請求項５に記載のように行うことができる。即ち、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のフィードフォワード制御装置であって、なまし処理手段は、演算タイミング毎に、第１なまし処理から第ｊ（ｊは２以上の自然数）なまし処理までｊ回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第ｎなまし値（ｎ＝１〜ｊ）を算出するよう構成されている。具体的には、最初（１回目）の第１なまし処理では、今回の演算タイミングで取得した目標値と前回の演算タイミングで当該第１なまし処理にて算出した第１なまし値とを重み付け加算することにより、今回の演算タイミングでの第１なまし値を算出する。２回目以降の第ｎなまし処理では、それぞれ、ｎ−１回目のなまし処理である第ｎ−１なまし処理にて算出された第ｎ−１なまし値と前回の演算タイミングで当該第ｎなまし処理にて算出した第ｎなまし値とを重み付け加算することにより、今回の演算タイミングでの第ｎなまし値を算出する。そして、最後（ｊ回目）の第ｊなまし処理で算出した第ｊなまし値を、なまし目標値として算出する。
【００１９】
このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、なまし処理を行う回数ｊと各回のなまし処理における重み付けとを適宜設定することで、所望のレベルのなまし効果をより確実に得ることができ、フィードフォワード制御の自由度がより広がる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載のフィードフォワード制御装置であって、微分手段は、なまし目標値をｍ階微分（ｍは２以上の自然数）し、各階の微分値をそれぞれ目標値微分値として算出する。
【００２１】
このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、各階の微分値がフィードフォワード操作量に反映されるため、目標値の変化状態がより反映されたより適切なフィードフォワード操作量を算出することができる。また、微分階数ｍを適宜設定することで、フィードフォワード制御の自由度を更に広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の車両制御システムの全体構成を表す説明図である。
【図２】実施形態の空燃比制御系の構成を表す機能ブロック図である。
【図３】実施形態の空燃比制御系におけるインジェクタ駆動制御処理を表すフローチャートである。
【図４】図３のインジェクタ駆動制御処理におけるＳ１５０のＦＢ操作量演算処理の詳細を表すフローチャートである。
【図５】目標値がステップ的に変化した場合の制御量及び操作量の変化を表すグラフであり、（ａ）は実施形態（本発明が適用されたＦＦ制御系及びＦＢ制御系の組み合わせ）の制御量の変化及び従来手法（ＦＢ制御系のみ）の制御量の変化を表し、（ｂ）は実施形態の操作量の変化及び従来手法の操作量の変化を表す。
【図６】実施形態における、目標値がステップ的に変化した場合のＦＦ操作量及びＦＢ操作量を表すグラフであり、（ａ）はＦＦ操作量を表し、（ｂ）はＦＢ操作量を表す。
【図７】ＦＢ制御の効果を説明するためのグラフであり、（ａ）は時刻１秒で外乱が生じたことを表し、（ｂ）はその外乱に対する制御量の変化についてＦＢ制御が有る場合と無い場合のそれぞれを表し、（ｃ）はその外乱に対する操作量についてＦＢ制御が有る場合と無い場合のそれぞれを表す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す本実施形態の車両制御システム１は、エンジン１０を制御するものである。この車両制御システム１において、内燃機関であるエンジン１０の制御は、当該システム１が備える電子制御装置（ＥＣＵ）５０が各種処理を実行することにより実現される。以下では、まず、車両制御システム１の全体構成について説明し、その後、ＥＣＵ５０で実行される処理の内容について具体的に説明する。
【００２４】
（１）車両制御システム１の全体構成
図１に示すように、本実施形態の車両制御システム１においては、エンジン１０の吸気管１３の最上流部に、エアクリーナ１５が設けられ、このエアクリーナ１５の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１７が設けられている。また、エアフローメータ１７の下流側には、モータ１９によって開度調整されるスロットルバルブ２０とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ２１とが設けられている。
【００２５】
スロットルバルブ２０の下流側には、サージタンク１３ａが設けられており、このサージタンク１３ａには、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ２３が設けられている。また、サージタンク１３ａには、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２５が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２５の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ２７が設けられている。
【００２６】
この他、エンジン１０のシリンダヘッドには、気筒毎に、点火プラグ２９が設けられ、気筒内の混合気は、点火プラグ２９の火花放電によって着火される。この他、エンジン１０が有する吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のそれぞれは、可変バルブタイミング調整機構３３，３４によって駆動されるように構成され、本実施形態の車両制御システム１では、エンジン運転状態に応じて、吸気／排気バルブタイミング（ＶＶＴ角度）が調整される。
【００２７】
また、エンジン１０の排気管３５には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒３７が設けられ、触媒３７の上流側には、排出ガスの空燃比λを検出する空燃比センサ３９が設けられている。この他、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ４１、及び、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ（クランク角センサ）４３が設けられている。
【００２８】
これら各種センサの出力は、ＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０は、これらのセンサ入力に基づき、各種処理を実行する。具体的に、ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、内蔵されたＲＯＭに記録された各種のエンジン制御用プログラムを実行することで、空燃比制御、可変バルブタイミング制御、スロットル開度制御、アイドル回転速度制御等の各種のエンジン制御を実現する。以下、本発明を空燃比制御に適用した例につい、より具体的に説明する。
【００２９】
（２）空燃比制御の概要
本実施形態の車両制御システム１では、空燃比λの目標値である目標空燃比λTの逆数１／λTを制御目標（目標値ｒ）として、運転状態に応じて目標値ｒを切り替え、目標値ｒと、空燃比センサ３９で検出された実際の空燃比（実空燃比）λｃとに基づき（詳しくは実空燃比λｃの逆数１／λｃを制御量ｙとしてその制御量ｙとに基づき）、インジェクタ２７の燃料噴射量を調整し、空燃比制御を実現する。具体的に、本実施形態では、フィードフォワード制御系にフィードバック制御系を組み合わせてなる２自由度系の空燃比制御システムにより、空燃比制御を実現する。
【００３０】
本実施形態の空燃比制御システムにおいて最も特徴的な構成は、フィードフォワード制御系の構成にある。即ち、本実施形態のフィードフォワード制御系は、制御対象の伝達関数モデルを用いることなく、目標値ｒの微分値に基づいて、制御則におけるフィードフォワード項であるフィードフォワード操作量（ＦＦ操作量）ｕffを演算することを第１の特徴的構成としている。また、目標値ｒの微分について、目標値ｒをそのまま微分するのではなく、目標値ｒをなまし処理してそのなまし処理により算出されたなまし目標値ｒｆｉｌｔを微分することを第２の特徴的構成としている。
【００３１】
本実施形態の空燃比制御システムでは、所定周期の演算タイミング毎に、目標値ｒを算出すると共に制御量ｙを取得し、それらをもとにＦＦ操作量ｕffおよびＦＢ操作量（フィードバック操作量）ｕfbを算出して、これらを用いて最終的にプラントへ入力する操作量ｕｆｉｎａｌを算出する。そして、その算出された操作量ｕｆｉｎａｌに応じた燃料噴射指令がインジェクタ２７に入力されることで、インジェクタ２７からはその操作量ｕｆｉｎａｌに応じた量の燃料が噴射される。
【００３２】
具体的に、本実施形態の空燃比制御システムは、図２に示すような機能ブロック図にて表すことができる。図２の機能ブロック図は、ＥＣＵ５０にて行われる（詳しくはＥＣＵ５０内のマイクロコンピュータがインジェクタ駆動処理（図３参照）を実行することにより実現される）空燃比制御システムとしての機能をブロック図で表現したものである。
【００３３】
即ち、本実施形態の空燃比制御システムは、図２に示すように、目標値ｒ（ｉ）をなまし処理することによりその目標値ｒ（ｉ）がなまされたなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を算出する目標値なまし処理部６１と、そのなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）に基づいてＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出するＦＦ操作量演算部６２と、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）に基づいてＦＢ操作量ｕfbを算出するＦＢ操作量演算部６３と、操作量補正値ｕｏｔｈｅｒを算出する他補正演算部６４と、ＦＦ操作量ｕff，ＦＢ操作量ｕfbおよび操作量補正値ｕｏｔｈｅｒの三者を加算することで操作量ｕｆｉｎａｌを算出する操作量演算部６５と、を備えた構成となっている。これにより、制御対象（プラント）６６においては、入力された操作量ｕｆｉｎａｌに応じた燃料噴射が実行され、その操作量ｕｆｉｎａｌに対して制御出力（制御量）ｙが出力される。
【００３４】
なお、実際に得られる制御出力は、空燃比センサ３９の計測値である空燃比λであるが、本実施形態の空燃比制御システムでは、その計測された空燃比λの逆数（燃料過剰率）を制御量ｙとしてフィードバック制御に用いている。また、「ｉ」は、離散的に発生する演算タイミングの、ある基準タイミング（例えば制御開始後の最初の演算タイミング）からの累積回数（演算回数）を示すものである。
【００３５】
目標値ｒ（ｉ）は、ＥＣＵ５０が有する目標値生成機能により生成されるものである。ＥＣＵ５０は、上記演算タイミング毎に、エンジン回転数やアクセル開度などの各種エンジン状態に応じてマップ等を用いて目標値ｒ（ｉ）を算出する。即ち、目標値ｒ（ｉ）は、ステップ的に算出されるものである。
【００３６】
目標値なまし処理部６１は、演算タイミング毎に、目標値ｒ（ｉ）に対してなまし処理を行い、その結果（即ち目標値ｒ（ｉ）がなまされた結果）としてのなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を出力する。なまし処理は、実際の目標値ｒ（ｉ）の変化を平滑化してその平滑化された値を操作量演算に用いる目標値（なまし目標値）とする処理である。本実施形態では、演算タイミング毎に、第１なまし処理から第ｊ（ｊは２以上の自然数）なまし処理までｊ回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第ｎなまし値ｒn（ｉ）（ｎ＝１〜ｊ）を算出する。
【００３７】
具体的には、まず、下記式（１）のように、今回の演算タイミングで算出された目標値ｒ（ｉ）をｒ0（１）とする。
【００３８】
【数１】
2013200779.tif 000003
【００３９】
そして、式（２）〜式（４）に至るｊ回の演算により順次なまし処理を実行していく。
【００４０】
【数２】
2013200779.tif 000004
【００４１】
即ち、上記式（２）による最初の第１なまし処理は、今回の演算タイミングで取得した目標値ｒ（ｉ）（＝ｒ0（ｉ））と前回の演算タイミングで当該第１なまし処理にて算出した第１なまし値ｒ1（ｉ−１）とを第１なまし係数α1にて重み付け加算することにより第１なまし値ｒ1（ｉ）を算出するものである。
【００４２】
第１なまし値ｒ1（ｉ）を算出すると、続いてその第１なまし値ｒ1（ｉ）を用いて上記式（３）による２回目の第２なまし処理を行い、第２なまし値ｒ2（ｉ）を算出する。この第２なまし処理は、式（２）で算出した第１なまし値ｒ1（ｉ）と前回の演算タイミングで当該第２なまし処理にて算出した第２なまし値ｒ2（ｉ−１）とを第２なまし係数α2にて重み付け加算するものである。同様にして、３回目からｊ回目まで、順次なまし処理を繰り返していく。
【００４３】
即ち、２回目以降のｎ回目の第ｎなまし処理では、ｎ−１回目のなまし処理である第ｎ−１なまし処理にて算出した第ｎ−１なまし値ｒn-1（ｉ）と前回の演算タイミングで当該第ｎなまし処理にて算出した第ｎなまし値ｒn（ｉ−１）とを第ｎなまし係数αnにて重み付け加算することにより第ｎなまし値ｒn（ｉ）を算出する。これにより、最終的に、式上記（４）にて、ｊ回目の第ｊなまし処理が行われ、第ｊなまし値ｒj（ｉ）が算出される。
【００４４】
このようにｊ回のなまし処理を行うことによって最終的に算出された第ｊなまし値ｒj（ｉ）を、下記式（５）のように、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）とする。
【００４５】
【数３】
2013200779.tif 000005
【００４６】
なお、なまし係数αnは、なましの強さ（重み）を決定するものであって、０≦αn＜１の範囲内で適宜決めることができる。このなまし係数αnを大きくすればするほどなましの効果が大きくなる。
【００４７】
そのため、なまし処理を行う回数ｊ、および各回のなまし処理における各なまし係数αnをそれぞれ適宜設定することで、なましの効果を細かく設定でき、所望のなまし効果を得ることができるようになる。
【００４８】
ＦＦ操作量演算部６２は、目標値なまし処理部６１で算出されたなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を用いてＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出する。
即ち、まず目標値微分演算部７１にて、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）の微分演算を行う。なお、本実施形態の空燃比制御システムは演算タイミング毎の離散的処理（デジタル処理）にて行われるため、本実施形態でいう微分とは、前回演算タイミングから今回演算タイミングまでの差分をその時間間隔Δｔで除算する処理を意味する。
【００４９】
本実施形態の微分演算では、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）をｍ階微分する。そこで目標値微分演算部７１では、下記式（６）〜（８）に示すように、各階の微分演算における差分値である微分演算用差分値ｄ1（ｉ）〜ｄm（ｉ）を算出する。なお、下記式（６）〜（８）において「ｄ」に添えられた数字は、微分の階数を示すものである。この微分階数ｍは適宜決めることができる。
【００５０】
【数４】
2013200779.tif 000006
【００５１】
そして、算出された各階の微分演算用差分値ｄ1（ｉ）〜ｄm（ｉ）、時間間隔Δｔ、及びなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を用いて、ＦＦ操作量算出処理部７２にて、下記式（９）によるＦＦ操作量ｕff（ｉ）の算出を行う。
【００５２】
【数５】
2013200779.tif 000007
【００５３】
なお、上記式（９）における右辺各項の各係数ｋ、ＦＦ1〜ＦＦmは、適宜決めることができる。
ＦＢ操作量演算部６３は、目標値なまし処理部６１で算出されたなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を用いてＦＢ操作量ｕfb（ｉ）を算出する。具体的には、演算タイミング毎に、目標遅延部７６がなまし目標値ｒ（ｉ）を遅延演算することによりｗ回前の演算タイミングにおけるなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ−ｗ）をフィードバック目標値ｙｒ（ｉ）として出力する。そして、偏差演算部７７が、そのフィードバック目標値ｙｒ（ｉ）と制御量ｙ（ｉ）との差分ｅ（ｉ）を演算し、ＦＢ操作量算出処理部７８が、その差分ｅ（ｉ）に基づくＰＩＤ制御演算を実行することにより、ＦＢ操作量ｕfb（ｉ）を算出する。このＦＢ操作量演算部６３のより詳細な演算処理等については、後で図４を用いて説明する。
【００５４】
なお、ｗはむだ時間を示すものである。即ち、本実施形態の空燃比制御システムでは、ある演算タイミングで算出されたなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）に基づく燃料噴射指令が出力されてからそれが反映された制御量ｙが観測されるまでにはある程度の時間差があるため、その時間差を考慮してむだ時間ｗを設定している。本実施形態のむだ時間ｗは、上記時間差が演算周期を基準に換算されて整数化（演算周期の整数倍を表す数値化）されたものである。
【００５５】
他補正演算部６４は、上記各操作量ｕff（ｉ）及びｕfb（ｉ）に対する各種の補正を行うものであり、例えばエンジンの冷却水温や車両の加速状態等に基づく所定の演算によって、操作量補正値ｕｏｔｈｅｒを所定のタイミング毎に算出する。
【００５６】
操作量演算部６５は、ＦＦ操作量演算部６２にて算出されたＦＦ操作量ｕff（ｉ）、ＦＢ操作量演算部６３にて算出されたＦＢ操作量ｕfb（ｉ）、および他補正演算部６４にて算出された操作量補正値ｕｏｔｈｅｒを加算して、操作量ｕｆｉｎａｌを算出する。
【００５７】
（３）インジェクタ駆動制御処理の説明
次に、上述した図２の空燃比制御システムの機能を実現すべくＥＣＵ５０が実行するインジェクタ駆動制御処理について、図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、説明の簡素化のために、ＦＦ操作量ｕff（ｉ）の生成において、なまし処理は２回行い（つまりｊ＝２）、微分演算は１階微分（つまりｍ＝１）とした場合を例に挙げて説明する。
【００５８】
ＥＣＵ５０のマイクロコンピュータは、演算タイミング毎にこのインジェクタ駆動制御処理を開始すると、まずＳ１１０にて、エンジン状態より目標値ｒ（ｉ）を算出する。なお、ここで算出する目標値ｒ（ｉ）は、目標空燃比λT（ｉ）の逆数である。
【００５９】
Ｓ１２０では、Ｓ１１０で算出した目標値ｒ（ｉ）をなまし処理することで、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を算出する。具体的には、下記式（１０）〜（１２）に示す手順で順次（本例では２回）なまし処理を行う。
【００６０】
【数６】
2013200779.tif 000008
【００６１】
そして、２回目のなまし処理（式（１２））で算出された第２なまし値ｒ2（ｉ）を、下記式（１３）に示すようになまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）として算出する。
【００６２】
【数７】
2013200779.tif 000009
【００６３】
Ｓ１３０では、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を微分するために、下記式（１４）にて微分演算用差分値ｄ1（ｉ）を算出する。
【００６４】
【数８】
2013200779.tif 000010
【００６５】
そして、Ｓ１４０で、下記式（１５）によりＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出する。
【００６６】
【数９】
2013200779.tif 000011
【００６７】
なお、Ｓ１３０にて上記式（１５）の右辺第２項の演算を完了させる（即ち微分演算を完了させる）ようにしてもよいこと、即ち図２の機能ブロック図でいえば、目標値微分演算部７１にて、各微分演算用差分値をそれぞれ時間間隔Δｔで除算することにより微分演算を完了させるようにしてもよいことは、いうまでもない。
【００６８】
このようにしてＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出したら、次にＳ１５０にて、ＦＢ操作量ｕfb（ｉ）の演算を行う。Ｓ１５０のＦＢ操作量演算処理の詳細は、図４に示す通りである。
【００６９】
即ち、まずＳ２１０にて、空燃比センサ３９の計測値である実空燃比λｃを読み出す。そしてＳ２２０にて、その読み出した実空燃比λｃの逆数を制御量ｙとする。Ｓ２３０では、Ｓ１２０で算出したなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を読み出す。
【００７０】
そして、これら読み出した制御量ｙおよびなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）に基づいて、Ｓ２４０にて制御量偏差を算出する。
具体的には、まず、下記式（１６）に示すように、むだ時間ｗを考慮して、ｗ回前の演算タイミングにおけるなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ−ｗ）をフィードバック目標値ｙｒ（ｉ）として算出する。
【００７１】
【数１０】
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【００７２】
そして、下記式（１７）により、そのフィードバック目標値ｙｒ（ｉ）と制御量ｙ（ｉ）との差である第１偏差ｅ（ｉ）を算出し、下記式（１８）により、その第１偏差ｅ（ｉ）の微分値である偏差１階微分値ｄｅ（ｉ）を算出し、更に下記式（１９）により、第１偏差ｅの２階微分値である偏差２回微分値ｄ2ｅ（ｉ）を算出する。なお、むだ時間ｗは例えば上記の通り７とすることができる。また、Δｔは上記時間間隔である。
【００７３】
【数１１】
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【００７４】
Ｓ２５０では、下記式（２０）により、ＦＢ操作量増分値Δｕfb（ｉ）を算出する。なお、式（２０）の右辺各項の各係数は適宜決めることができる。
【００７５】
【数１２】
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【００７６】
そして、Ｓ２６０にて、下記式（２１）により、前回の演算タイミングで算出したＦＢ操作量ｕfb（ｉ−１）にＳ２５０で算出したＦＢ操作量増分値Δｕfb（ｉ）を加算することで、今回のＦＢ操作量ｕfb（ｉ）を算出する。
【００７７】
【数１３】
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【００７８】
このようにしてＦＢ操作量ｕfb（ｉ）を算出すると、続くＳ１６０（図３）にて、操作量補正値ｕｏｔｈｅｒを算出する。
そして、Ｓ１７０にて、下記式（２２）により操作量ｕｆｉｎａｌを算出し、その算出した操作量ｕｆｉｎａｌ（ｉ）に基づく燃料噴射指令をインジェクタ２７に出力することで、インジェクタ２７を駆動する。
【００７９】
【数１４】
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【００８０】
（４）実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の車両制御システム１によれば、目標値ｒ（ｉ）をなまし処理した上で微分を行い、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）とその微分値とを用いてＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出する。具体的には、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）および微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、ＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出する。
【００８１】
そのため、目標値ｒ（ｉ）の変化が大きくても（ステップ的に変化しても）その微分値が過大になるのが抑えられ、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値ｒ（ｉ）の変化の程度によらず、目標値ｒ（ｉ）に基づくＦＦ操作量ｕff（ｉ）の生成を適切且つ低工数で容易に実現できる。
【００８２】
また、目標値ｒ（ｉ）のなまし処理については、目標値ｒ（ｉ）に対するなまし処理を複数回（上記例では２回）行うことによってなまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を算出するようにしている。このように目標値ｒ（ｉ）を複数回なますことにより、より大きななまし効果を得ることができる。また、なまし処理の回数ｊを適宜設定することで所望のレベルのなまし効果を得ることができ、フィードフォワード制御の自由度が広がる。
【００８３】
また、そのなまし処理の具体的方法として、本実施形態では、図３のＳ１２０で説明した方法（詳しくは上記式（１）〜（５）に示した方法）でなまし処理を複数回行うようにしている。即ち、まず目標値ｒ（ｉ）をなまし処理して第１なまし値ｒ1（ｉ）を求め、その第１なまし値ｒ1（ｉ）をさらになまし処理することで第２なまし値ｒ2（ｉ）を求める、といった手順でなまし処理を順次行っていくことで、最終的ななまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を得るようにしている。そのため、なまし処理の回数ｊや、各回のなまし処理における重み付け（なまし係数αn（ｎ＝１〜ｊ））を、それぞれ適宜設定することで、所望のレベルのなまし効果をより確実に得ることができ、フィードフォワード制御の自由度がより広がる。
【００８４】
また、なまし目標値ｒｆｉｌｔ（ｉ）を複数階微分し、各階の微分値をそれぞれ用いることで、目標値ｒ（ｉ）の変化状態がより反映されたより適切なＦＦ操作量ｕff（ｉ）を算出することができる。また、微分階数ｍを適宜設定することで、フィードフォワード制御の自由度を更に広げることができる。
【００８５】
ここで、ＦＦ制御系とＦＢ制御系を組み合わせることの効果について、図５〜図７のシミュレーション結果を用いて説明する。
まず図５は、ＦＢ制御系のみの従来の制御系と、本実施形態の構成（ＦＦ制御系とＦＢ制御系の組み合わせであって且つＦＦ制御系に本発明が適用されたもの）との比較結果を示すものである。時刻１秒で目標値ｒがステップ変化したとき、操作量ｕｆｉｎａｌは、図５（ｂ）に示すように、ＦＢ制御系のみの従来の手法の場合、目標値ｒの偏差の影響により過大な補正演算がなされ、操作量ｕｆｉｎａｌが大きく変化している。そのため、制御量ｙは、図５（ａ）に示すように、オーバーシュートが発生している。
【００８６】
これに対し、本発明が適用された実施形態の制御システムの場合は、目標値がステップ変化した場合、ＦＦ制御系及びＦＢ制御系にてそれぞれ適切なＦＦ操作量ｕffおよびＦＢ操作量ｕfbが演算される。
【００８７】
具体的には、ＦＦ操作量ｕffについては、図６（ａ）に示すように、目標値のステップ変化に対して過大な変化が抑えられながらも適切なＦＦ操作量ｕffが算出されている。これにより、図６（ｂ）に示すように、ＦＢ制御の寄与分が小さく抑えられている。
【００８８】
そのため、図５（ｂ）に示すように、適切な操作量ｕｆｉｎａｌが演算される。そして、その適切な操作量ｕｆｉｎａｌを用いて制御することで、図５（ａ）に示すように、制御量ｙは、オーバーシュートがなく目標値ｒに適切に追従している。
【００８９】
また、図７に示すように、ＦＦ制御にＦＢ制御を組み合わせることで、外乱に対する補償挙動の改善が可能となる。即ち、例えば図７（ａ）に示すように時刻1秒で０．１の外乱（例えばパージ）が入ったと仮定する。また、目標値は１であるとする。
【００９０】
この場合、操作量ｕｆｉｎａｌは、図７（ｃ）に示すように、ＦＢ制御が無い場合はＦＦ制御系からのＦＦ操作量のみとなり、これにより、制御量ｙは、図７（ｂ）に示すように、目標値１への追従しにくくなる。これに対し、ＦＢ制御を組み合わせると、図７（ｂ）に示すように、制御量ｙを目標値１へ迅速に追従させることができる。つまり、適切なフィードバックゲインにてＦＢ制御系を構築してＦＦ制御系と組み合わせることで、ＦＦ制御系のみの場合あるいはＦＢ制御系のみの場合よりも目標値への追従性をより高めることができる。
【００９１】
そして、本発明を空燃比制御システムに適用することで、目標空燃比が変動する場合でも、速やかに、制御量（空燃比）を目標値に追従させる事が可能となり、運転性能、排気ガス浄化性能が向上し、また、燃費改善にも効果がある。
【００９２】
なお、本実施形態において、目標値なまし処理部６１は本発明のなまし処理手段に相当し、目標値微分演算部７１及びＦＦ操作量算出処理部７２（時間間隔Δｔでの除算処理）は本発明の微分手段に相当し、ＦＦ操作量算出処理部７２は本発明の操作量算出手段に相当する。また、図３のインジェクタ駆動制御処理において、Ｓ１２０の処理は本発明のなまし処理手段が実行する処理に相当し、Ｓ１３０〜Ｓ１４０の処理（但しＳ１４０は右辺第２項の微分演算）は本発明の微分手段が実行する処理に相当し、Ｓ１４０の処理は本発明の操作量算出手段が実行する処理に相当する。
【００９３】
［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００９４】
例えば、上記実施形態では、目標値ｒ（ｉ）のなまし処理を、式（１）〜（５）に示した方法で行うようにしたが、このような演算方法はあくまでも一例であり、目標値ｒ（ｉ）を適切になますことができる限り、その具体的方法は種々考えられる。
【００９５】
また、上記実施形態では、本発明を空燃比制御システムに適用した例について説明したが、本発明の適用は空燃比制御システムに限定されるものではなく、ＦＦ制御系を備えた、又はＦＦ制御系を追加可能な、あらゆる制御システムに対して適用可能であり、特に目標値がステップ変化するようなＦＦ制御系に対して好適である。
【符号の説明】
【００９６】
１…車両制御システム、１０…エンジン、１３…吸気管、１５…エアクリーナ、１７…エアフローメータ、１９…モータ、２０…スロットルバルブ、２１…スロットル開度センサ、２３…吸気管圧力センサ、２５…吸気マニホールド、２７…インジェクタ、２９…点火プラグ、３１…吸気バルブ、３２…排気バルブ、３３，３４…可変バルブタイミング調整機構、３５…排気管、３７…触媒、３９…空燃比センサ、４１…水温センサ、４３…回転速度センサ、５０…ＥＣＵ、６１…目標なまし処理部、６２…ＦＦ操作量演算部、６３…ＦＢ操作量演算部、６４…他補正演算部、６５…操作量演算部、６６…制御対象（プラント）、７１…目標値微分演算部、７２…ＦＦ操作量算出処理部、７６…目標遅延部、７７…偏差演算部、７８…ＦＢ操作量算出処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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