專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，特別是涉及考慮了負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置。
例如，記載于日本特開平5-18285號(hào)公報(bào)的逆變式發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)逆變裝置的輸出電流檢測(cè)負(fù)荷，根據(jù)該檢測(cè)出的負(fù)荷的大小進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門控制。通過該控制，不論負(fù)荷如何變動(dòng)，都可將輸出電壓維持為一定。
在節(jié)氣門控制中，將現(xiàn)在轉(zhuǎn)速(實(shí)際轉(zhuǎn)速)相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差信號(hào)和轉(zhuǎn)速的變化速度信號(hào)輸入到中央運(yùn)算處理裝置(CPU)計(jì)算出控制量，根據(jù)該控制量使節(jié)氣門開度變化，調(diào)節(jié)燃料供給量。本發(fā)明人提出在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置中將構(gòu)成用于對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出交流進(jìn)行整流的變流器的半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通角維持為預(yù)定值地對(duì)節(jié)氣門開度進(jìn)行控制即使其變化的方案(日本特開平11-308896號(hào)公報(bào))。
在上述現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置中，為了計(jì)算控制量，預(yù)先準(zhǔn)備存儲(chǔ)計(jì)算所需的參數(shù)的表。使用上述差信號(hào)和轉(zhuǎn)速的變化速度信號(hào)等，檢索該表，求出控制量。
在對(duì)表進(jìn)行檢索求出控制量的方法中，為了進(jìn)行與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的控制，需要進(jìn)行包含節(jié)氣門開度的各種參數(shù)的處理等及很多的信息處理。使用表進(jìn)行這樣的很多參數(shù)的處理的場(chǎng)合，表大而且復(fù)雜。結(jié)果，CPU的負(fù)擔(dān)變大(控制任務(wù)變重)，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性而考慮了負(fù)荷的控制相反可能使穩(wěn)定性受到破壞。另外，由于當(dāng)在CPU的負(fù)擔(dān)變大時(shí)對(duì)其它控制也產(chǎn)生影響，所以，為了避免該影響，必須使用處理能力高的高速CPU。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置，該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置具有消除實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差地調(diào)節(jié)燃料供給量的燃料供給量調(diào)節(jié)裝置；其第1特征在于作為上述燃料供給量調(diào)節(jié)裝置，具有由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門和計(jì)算上述步進(jìn)馬達(dá)的控制量的中央運(yùn)算處理裝置，在上述中央運(yùn)算處理裝置中，根據(jù)基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速與上次轉(zhuǎn)速的差和上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速的差的修正值修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速相對(duì)上述目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差，根據(jù)該修正后的值計(jì)算出上述控制量。
按照第1特征，在中央運(yùn)算處理裝置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速、實(shí)際轉(zhuǎn)速、及過去的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出控制量。這樣，根據(jù)各參數(shù)按使用數(shù)學(xué)式子的運(yùn)算處理計(jì)算出控制量。
另外，本發(fā)明的第2特征在于，在上述中央運(yùn)算處理裝置中，進(jìn)行由從預(yù)定的增量值減去節(jié)氣門開度值的函數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的函數(shù)中的至少一方獲得的值除上述控制量的修正運(yùn)算。按照第2特征，可相應(yīng)于節(jié)氣門開度值和目標(biāo)轉(zhuǎn)速為代表的負(fù)荷狀態(tài)修正控制量。
圖2為使用了本發(fā)明一實(shí)施形式的控制裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的框圖。
圖3為本發(fā)明一實(shí)施形式的燃料量控制部的框圖。
在發(fā)動(dòng)機(jī)2的節(jié)氣門6連接步進(jìn)馬達(dá)7，該節(jié)氣門6的開度相應(yīng)于從燃料量控制部10供給到步進(jìn)馬達(dá)7的脈沖信號(hào)進(jìn)行控制。根據(jù)與節(jié)氣門開度對(duì)應(yīng)的燃料供給量決定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
電壓檢測(cè)部8檢測(cè)變流器3的直流輸出電壓?？煽毓栩?qū)動(dòng)電路9比較預(yù)先施加的目標(biāo)電壓(例如170V)與上述輸出電壓，使測(cè)量的變流器3的實(shí)際輸出電壓與目標(biāo)電壓相等地按公知的適當(dāng)手法控制構(gòu)成變流器3的可控硅的導(dǎo)通。由該構(gòu)成在與上述可控硅的導(dǎo)通角控制范圍相應(yīng)的輸出電流范圍將變流器3的輸出電壓保持為目標(biāo)電壓。
圖3為示出燃料量控制部10的功能的框圖。燃料量控制部10的各種運(yùn)算功能由中央運(yùn)算處理裝置即CPU實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)通角檢測(cè)部101根據(jù)從可控硅驅(qū)動(dòng)電路9輸出到變流器3的控制信號(hào)檢測(cè)可控硅的導(dǎo)通角。導(dǎo)通角按預(yù)定周期連續(xù)地檢測(cè)，并計(jì)算出其平均導(dǎo)通角。平均導(dǎo)通角最好例如按移動(dòng)平均計(jì)算出預(yù)定次數(shù)(例如10次)的連續(xù)數(shù)據(jù)。
由導(dǎo)通角檢測(cè)部101計(jì)算出的平均導(dǎo)通角輸入到偏差檢測(cè)部102，檢測(cè)出相對(duì)目標(biāo)導(dǎo)通角的偏差。即，根據(jù)該偏差，判斷發(fā)電機(jī)1是否在輸出有富余的狀態(tài)下運(yùn)行。目標(biāo)導(dǎo)通角例如設(shè)定為80％。目標(biāo)導(dǎo)通角可與一般的控制目標(biāo)相同地具有一定的滯后。目標(biāo)導(dǎo)通角也可相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度變化。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低時(shí)減小目標(biāo)導(dǎo)通角。這樣，使由偏差檢測(cè)部102檢測(cè)出的偏差為“0”地將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制為目標(biāo)轉(zhuǎn)速，維持在發(fā)電機(jī)1具有余量的狀態(tài)。
目標(biāo)轉(zhuǎn)速更新部103相應(yīng)于從偏差檢測(cè)部102輸入的偏差輸出轉(zhuǎn)速調(diào)整量。目標(biāo)轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)部104將從目標(biāo)轉(zhuǎn)速更新部103輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)整量加到已存放的目標(biāo)轉(zhuǎn)速而獲得新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。目標(biāo)轉(zhuǎn)速不超過設(shè)定于最高·高低轉(zhuǎn)速設(shè)定部105的最高轉(zhuǎn)速或最低轉(zhuǎn)速地更新。加上上述目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)整量后，當(dāng)上述目標(biāo)轉(zhuǎn)速?gòu)纳鲜龇秶撾x時(shí)，上述最高轉(zhuǎn)速或上述最低轉(zhuǎn)速成為新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。限定最低轉(zhuǎn)速是因?yàn)?，低轉(zhuǎn)速時(shí)可控硅導(dǎo)通角對(duì)很小量的轉(zhuǎn)速變化作出反應(yīng)，所以，通過防止這一點(diǎn)，可良好地維持無負(fù)荷-輕負(fù)荷的穩(wěn)定性。
轉(zhuǎn)速檢測(cè)部106檢測(cè)發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速?？刂屏坑?jì)算部107根據(jù)從轉(zhuǎn)速檢測(cè)部106輸入的實(shí)際轉(zhuǎn)速和從目標(biāo)轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)部104讀入的目標(biāo)轉(zhuǎn)速由比例、微分運(yùn)算運(yùn)算用于使實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差為0的控制量。對(duì)于控制量計(jì)算部107的運(yùn)算，將在后面說明。節(jié)氣門控制部108相應(yīng)于控制量運(yùn)算部的運(yùn)算結(jié)果，輸出用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)7的脈沖數(shù)。步進(jìn)馬達(dá)7相應(yīng)于其回轉(zhuǎn)，使節(jié)氣門開度變化。
下面，說明在控制量計(jì)算部107中用于運(yùn)算的計(jì)算式的一例的說明。作為步進(jìn)馬達(dá)的控制量的節(jié)氣門開閉值PθTH使用式(1)計(jì)算。
PθTH＝D/E……(式1)(式1)中的偏差D和修正值E使用式(2)、(3)計(jì)算。
D＝目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)-現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)-A+B-C……(式2)E＝b-(開度θTH(0)/c)-(目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)/d)……(式3)上述偏差D為由修正值A(chǔ)、B、C修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差后獲得的值。修正值A(chǔ)、B、C根據(jù)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速和過去的轉(zhuǎn)速計(jì)算出。修正值A(chǔ)為現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)的差的函數(shù)，修正值B為上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)的差的函數(shù)，都表示轉(zhuǎn)速的變化，考慮了收斂程度。另外，修正值C為現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與幾次前的轉(zhuǎn)速Ne(-a)和Ne(-2a)的差的函數(shù)，表示長(zhǎng)時(shí)間的起伏。在該修正值C中考慮了幾次前的運(yùn)算時(shí)的轉(zhuǎn)速Ne(-a)和Ne(-2a)。修正值A(chǔ)、B、C使用式(4)、(5)、(6)計(jì)算。
A＝Ne(0)-Ne(-1))……(式4)B＝β(Ne(-1)-Ne(-2))……(式5)C＝γ(Ne(0)-2Ne(-a)+Ne(-2a))/64……(式6)根據(jù)計(jì)算出修正值E的(式3)，節(jié)氣門開度θTH(0)越大，目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)越高，則修正值E越小。當(dāng)修正值E減小時(shí)，如根據(jù)(式1)可理解的那樣，節(jié)氣門開閉值PθTH增大。
換言之，在節(jié)氣門開度θTH大(負(fù)荷重)或目標(biāo)轉(zhuǎn)速高的場(chǎng)合，節(jié)氣門開閉值PθTH進(jìn)行增大修正，節(jié)氣門6的回轉(zhuǎn)量增大(增量大)。另外，節(jié)氣門角度θTH小(負(fù)荷輕)或目標(biāo)轉(zhuǎn)速低的場(chǎng)合，節(jié)氣門開閉值PθTH進(jìn)行減少修正，節(jié)氣門6的回轉(zhuǎn)量減小(增量小)。
在使用上述運(yùn)算式的運(yùn)算中，(式2)的運(yùn)算與比例運(yùn)算相當(dāng)，由式(4)-(式6)進(jìn)行的運(yùn)算與微分運(yùn)算相當(dāng)。由使用這些運(yùn)算結(jié)果的步進(jìn)馬達(dá)7進(jìn)行的節(jié)氣門6的動(dòng)作與積分動(dòng)作相當(dāng)，所以，作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制整體，可由比例、積分、微分運(yùn)算進(jìn)行PID控制。
用于上述各計(jì)算式的系數(shù)α、β、γ為根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型和用途決定的值，預(yù)先根據(jù)實(shí)驗(yàn)等設(shè)定。另外，變量a、b、c、d也使用同樣地預(yù)先決定的值。
在不使用全部修正值A(chǔ)、B、C例如不考慮長(zhǎng)時(shí)間的起伏的場(chǎng)合，設(shè)系數(shù)γ為“0”，可不采用修正值C地變形。


圖1為示出控制量計(jì)算部107的要部功能的框圖。如該圖所示，在第1計(jì)算部107A使用(式2)計(jì)算出根據(jù)修正值A(chǔ)、B考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化的現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差D。在這里，不考慮修正值C。如該圖所示，在減法運(yùn)算部11計(jì)算現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的差DV1(第1偏差)。在減法運(yùn)算部12，計(jì)算上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)的差DV2(第2偏差)。在減法運(yùn)算部13，計(jì)算上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)的差DV3(第3偏差)。在乘法運(yùn)算部14，將系數(shù)α與第2偏差DV2相乘，在乘法運(yùn)算部15將系數(shù)β與第3偏差DV3相乘。
在第2計(jì)算部107B，使用(式3)計(jì)算作為現(xiàn)在節(jié)氣門開度θTH(0)和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的函數(shù)的修正值E。在第3計(jì)算部107C使用(式1)根據(jù)由第1計(jì)算部107A計(jì)算出的偏差D和由第2計(jì)算部107B計(jì)算出的修正值E計(jì)算節(jié)氣門開閉值PθTH。該節(jié)氣門開閉值PθTH作為決定步進(jìn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)角的控制量的脈沖數(shù)供給到步進(jìn)馬達(dá)7。
下面說明使用上述計(jì)算式的具體的節(jié)氣門開閉值PθTH的例子。目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)＝3500rpm，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)＝2500rpm，上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)＝2400rpm，再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)＝2400rpm。系數(shù)α＝20，β＝5，變量b＝155，變量d＝64。當(dāng)處于這樣的狀態(tài)時(shí)，使用(式2)，計(jì)算“3500-2400-20×(2500-2400)+5×(2400-2400)”，求出偏差D“800”。
另一方面，使用(式3)計(jì)算“155-(3500/64)”，求出修正值E“95”。在修正值E的計(jì)算中，示出了僅考慮目標(biāo)轉(zhuǎn)速的例子。
最后，通過由修正值E除偏差D(式1)計(jì)算出“800/95”，“8.0”作為控制步進(jìn)馬達(dá)的脈沖數(shù)即節(jié)氣門開閉值PθTH求出。由(式1)產(chǎn)生的尾數(shù)部分的舍去等處理可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)等決定。
這樣，在本實(shí)施形式中，當(dāng)進(jìn)行步進(jìn)馬達(dá)7的控制量運(yùn)算時(shí)，不使用表，通過對(duì)使用了數(shù)值的計(jì)算式加以應(yīng)用，可減輕CPU的負(fù)擔(dān)。另外，通過使用了修正值的增量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化和負(fù)荷狀態(tài)也不考慮進(jìn)去了的控制。
如可從以上的說明看出的那樣，按照第1、2項(xiàng)發(fā)明，當(dāng)使用中央運(yùn)算處理裝置時(shí)，不使用計(jì)算表，通過利用數(shù)值的計(jì)算，可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門開度。因此，中央運(yùn)算處理裝置的負(fù)擔(dān)大幅度減輕。另外，通過計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差的比例運(yùn)算、由過去的轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速變化的微分運(yùn)算、及基于控制量的節(jié)氣門的開閉動(dòng)作進(jìn)行的積分動(dòng)作，整體上進(jìn)行PID控制，所以，可確保發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和相對(duì)負(fù)荷的急劇變化的良好的跟蹤性。
按照第2項(xiàng)發(fā)明，根據(jù)節(jié)氣門開放目標(biāo)轉(zhuǎn)速非常細(xì)致地監(jiān)視負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)其進(jìn)行確實(shí)的增量調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置，具有使實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差為零地調(diào)節(jié)燃料供給量的燃料供給量調(diào)節(jié)裝置；其特征在于上述燃料供給量調(diào)節(jié)裝置具有由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門和計(jì)算上述步進(jìn)馬達(dá)的控制量的中央運(yùn)算處理裝置；上述中央運(yùn)算處理裝置具有用基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速與上次轉(zhuǎn)速的差以及上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速的差的修正值，來修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速相對(duì)上述目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差的裝置、以及根據(jù)該修正后的值計(jì)算出上述控制量的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于上述中央運(yùn)算處理裝置包含修正運(yùn)算裝置，該修正運(yùn)算裝置用從預(yù)定的增量值減去節(jié)氣門開度值的函數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速的函數(shù)的至少一方而獲得的值來除上述控制量。
全文摘要
在使用中央處理裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的電子調(diào)速控制中，通過不使用計(jì)算表，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。使實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的偏差為零地計(jì)算用于調(diào)節(jié)燃料供給量的節(jié)氣門的控制量?？刂屏客ㄟ^由CPU構(gòu)成的控制量計(jì)算部(107)計(jì)算出。第1計(jì)算部(107A)計(jì)算出現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速相對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差D。偏差D由基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與上次轉(zhuǎn)速Ne(－1)的差的修正值A(chǔ)和基于上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速Ne(－2)的差的修正值B修正。第2計(jì)算部(107B)計(jì)算出考慮了由節(jié)氣門開度θTH(0)和目標(biāo)轉(zhuǎn)速Ne(tgt)形成的負(fù)荷的修正值E。第3計(jì)算部(107C)計(jì)算出D/E，輸出節(jié)氣門開閉值PθTH。
文檔編號(hào)F02D31/00GK1407223SQ02141580
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者清水元壽, 中村政史 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社