專利名稱:通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
通用發(fā)動(dòng)機(jī)是公知的至多具有兩缸的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),它將通過(guò)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的一定數(shù)量進(jìn)氣在汽化器內(nèi)產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸、點(diǎn)火、燃燒。通用發(fā)動(dòng)機(jī)用作便攜式發(fā)電機(jī)、農(nóng)用機(jī)械、土木工程機(jī)械以及其它各種機(jī)械的動(dòng)力源。
由于要求這種類型的通用發(fā)動(dòng)機(jī)堅(jiān)固、價(jià)廉,所以它們采用汽化器型供油系統(tǒng)并利用反沖起動(dòng)器手動(dòng)發(fā)動(dòng)。由于希望在固定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍使用它們,所以通常利用包括負(fù)載和彈簧的機(jī)械調(diào)節(jié)器控制其速度。
另外,即使在這種類型的通用發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi),最近的發(fā)展趨勢(shì)是引入采用線性螺線管、步進(jìn)電機(jī)或與節(jié)流閥和用于產(chǎn)生致動(dòng)器命令值的基于微型計(jì)算機(jī)的電子控制單元(ECU)相連的其它致動(dòng)器的節(jié)流閥PID控制。
此外,盡管不是關(guān)于通用發(fā)動(dòng)機(jī),而是關(guān)于汽車(chē)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的,例如,第10(1999)-103131號(hào)日本未決專利申請(qǐng)披露了一種利用自適應(yīng)控制器控制空氣燃油比的技術(shù)。
盡管因?yàn)椴恍枰娫?,所以機(jī)械調(diào)節(jié)器廉價(jià),但是它難以對(duì)不同負(fù)荷保持恒定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并且需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型和/或使用期間的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍設(shè)置彈簧特性。此外,在致動(dòng)器與節(jié)流閥相連而且利用PID控制原理確定致動(dòng)器命令值時(shí),必須根據(jù)諸如發(fā)電機(jī)的負(fù)荷以及某些類似參量設(shè)置PID控制增益。然后,在改變使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍時(shí),要重新設(shè)置該增益。換句話說(shuō),在利用PID控制原理進(jìn)行控制時(shí),如果控制對(duì)象(設(shè)備)的特性發(fā)生變化,則不能確保最佳穩(wěn)定性和跟蹤特性。
相反,在利用自適應(yīng)控制原理設(shè)置致動(dòng)器命令值時(shí),會(huì)增加計(jì)算量,但是因?yàn)榭梢圆恍枰紤]負(fù)荷設(shè)置增益,所以可以根據(jù)控制對(duì)象(設(shè)備)特性的變化實(shí)現(xiàn)魯棒控制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以自由設(shè)置使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。
因此,長(zhǎng)期以來(lái),要求將自適應(yīng)控制過(guò)程應(yīng)用于這種通用發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外,在將這種自適應(yīng)控制過(guò)程應(yīng)用于實(shí)際通用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),因?yàn)橛捎诠?jié)流門(mén)開(kāi)度極限限制了輸入值而不可能對(duì)要求值的突然階梯式變化做出響應(yīng),并且還因?yàn)橛捎诠┯拖到y(tǒng)汽化器的操作延遲而降低燃油控制響應(yīng)度或響應(yīng),所以容易出現(xiàn)要求值過(guò)調(diào)或控制擺動(dòng)。
此外,在將這種自適應(yīng)控制過(guò)程應(yīng)用于實(shí)際通用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),由于實(shí)際發(fā)電機(jī)的節(jié)流閥具有物理上限和下限,所以在所計(jì)算的命令值超出此限時(shí),就不能進(jìn)行控制了。
此外,在將這種自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際通用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),由于這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸,所以因?yàn)樵谟蛇M(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程以及排氣沖程構(gòu)成的燃燒周期發(fā)生波動(dòng)情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速容易出現(xiàn)明顯波動(dòng),而難以建立穩(wěn)定控制系統(tǒng)。
此外,在將這種自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際通用發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),如果增益(確定自適應(yīng)控制器的收斂速度或識(shí)別速度)被設(shè)置得高,則在受到擾動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)在接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)變得不穩(wěn)定。相反,在如果增益被設(shè)置得低,則在因?yàn)樨?fù)荷或某些類似因素發(fā)生變化而引起設(shè)備(發(fā)動(dòng)機(jī))特性發(fā)生波動(dòng)時(shí),會(huì)降低控制響應(yīng)度。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過(guò)對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種控制系統(tǒng)來(lái)克服上述問(wèn)題,該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,它采用自適應(yīng)控制器計(jì)算致動(dòng)器的命令值以開(kāi)啟或關(guān)閉節(jié)流閥。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種控制系統(tǒng),該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,它采用自適應(yīng)控制器計(jì)算致動(dòng)器的命令值,然而即使輸入值受限,仍可以防止要求值過(guò)調(diào)和/或控制擺動(dòng)。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是對(duì)本發(fā)明的第二個(gè)目的是對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種控制系統(tǒng),該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,它采用自適應(yīng)控制器計(jì)算致動(dòng)器的命令值,同時(shí)能夠確定根據(jù)計(jì)算值獲得的輸出命令值在節(jié)流閥的物理上限和下限范圍內(nèi),從而確保實(shí)現(xiàn)魯棒控制過(guò)程。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種控制系統(tǒng),該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,它采用自適應(yīng)控制器計(jì)算致動(dòng)器的命令值,而不會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)器波動(dòng)的影響,從而確保實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制過(guò)程。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種控制系統(tǒng),該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,它采用自適應(yīng)控制器計(jì)算致動(dòng)器的命令值,同時(shí)確定用于正確確定自適應(yīng)控制器的收斂速度的增益,使得控制過(guò)程的收斂和響應(yīng)度達(dá)到最佳平滑。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的,本發(fā)明提供了一種對(duì)具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥相連用于開(kāi)啟或關(guān)閉該節(jié)流閥的致動(dòng)器的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng),該通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸待點(diǎn)火,該控制系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置,用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置,用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的要求轉(zhuǎn)速;自適應(yīng)控制器,具有參量識(shí)別機(jī)構(gòu),將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入接收,并利用參量識(shí)別機(jī)構(gòu)識(shí)別的自適應(yīng)參量計(jì)算待送到致動(dòng)器的命令值,使得檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求轉(zhuǎn)速;以及命令值確定裝置,用于根據(jù)自適應(yīng)控制器計(jì)算的命令值確定輸出命令值,并將輸出命令值送到致動(dòng)器。
在此系統(tǒng)中,要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置確定要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使得單位時(shí)間內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)規(guī)定值。
在該系統(tǒng)中,命令值確定裝置包括第一比較裝置,用于將命令值與第一預(yù)定值進(jìn)行比較,并且在命令值大于第一預(yù)定值時(shí),利用第一規(guī)定值代替該命令值;第二比較裝置,用于將命令值與第二預(yù)定值進(jìn)行比較,并且在命令值小于第二預(yù)定值時(shí),利用第二預(yù)定值代替命令值;命令值確定裝置至少將代替值和計(jì)算命令值之一確定為輸出命令值。
該系統(tǒng)包括曲柄轉(zhuǎn)角傳感器,設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上,以預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角間隔輸出信號(hào);以及平滑值計(jì)算裝置,對(duì)于預(yù)定數(shù)量的輸出,計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)角傳感器各輸出的平滑值;根據(jù)該平滑值,該系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
該系統(tǒng)進(jìn)一步包括增益確定裝置,用于確定增益,該增益用于根據(jù)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的偏差確定自適應(yīng)參量的識(shí)別速度。
通過(guò)參考如下說(shuō)明和附圖,本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯,附圖包括圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的總體原理圖;圖2是示出圖1所示系統(tǒng)的ECU的運(yùn)行過(guò)程的原理方框圖;
圖3是示出被簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單模型的圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的方框圖;圖4是示出用于圖1所示系統(tǒng)的STR(自調(diào)式調(diào)節(jié)器)的結(jié)構(gòu)方框圖;圖5是示出圖1所示系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程的流程圖;圖6是示出在圖5所示流程圖內(nèi)檢測(cè)或確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)程的子程序流程圖;圖7是說(shuō)明在圖6所示流程圖內(nèi)累加的歷時(shí)的示意圖;圖8是示出在圖5所示流程圖內(nèi)確定要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)程的子程序流程圖;圖9是用于說(shuō)明圖9所示流程圖的處理過(guò)程的時(shí)序圖;圖10是示出在圖5所示流程圖內(nèi)確定控制周期過(guò)程的子程序流程圖;圖11是示出在圖5所示流程圖內(nèi)確定自適應(yīng)控制收斂增益γ過(guò)程的子程序流程圖;圖12是示出在圖5所示流程圖內(nèi)確定節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值過(guò)程的子程序流程圖;以及圖13是示出留待圖1所示系統(tǒng)的ECU執(zhí)行的點(diǎn)火控制過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在,將參考
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
圖1是示出通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的總體原理圖;在圖1中,參考編號(hào)10表示通用發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“發(fā)動(dòng)機(jī)”)。發(fā)動(dòng)機(jī)10是排氣量為196cc的水冷、4缸OHV型。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有一個(gè)容納活塞14的汽缸12,活塞14在汽缸12內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)?;钊?4與曲軸16相連,曲軸16通過(guò)齒輪(未示出)與凸輪軸18相連。
在活塞14的頭部與汽缸壁之間形成燃燒室20。將進(jìn)氣閥24和排氣閥26安裝在缸壁上用于使燃燒室20與進(jìn)氣管28和排氣管30接通和斷開(kāi)。飛輪32安裝在曲軸16上,反沖起動(dòng)器(recoil starter)34安裝在飛輪32的外側(cè),以便操作員發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10時(shí)使用。發(fā)電機(jī)線圈(交流發(fā)電機(jī))36安裝在飛輪32的內(nèi)側(cè),用于產(chǎn)生交流電。利用整流電路(未示出)將產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電,并送到火花塞(未示出)等。
汽化器38安裝在進(jìn)氣管28的進(jìn)氣端,節(jié)流閥40與汽化器38集成成型在一起。(在圖1中,利用節(jié)流閥的軸示出節(jié)流閥40,在其軸上固定節(jié)流板)。通過(guò)油管(未示出),汽化器38連接到油箱(未示出)。將油箱內(nèi)存儲(chǔ)的油送到汽化器,然后,通過(guò)利用噴嘴(未示出)將汽油燃料注入吸入空氣,汽化器產(chǎn)生空氣燃油混合物。這樣產(chǎn)生的空氣燃油混合物在進(jìn)氣管28的下行方向流動(dòng),并通過(guò)進(jìn)氣閥24被吸入汽缸12的燃燒室20。
節(jié)流閥40連接到步進(jìn)電機(jī)(致動(dòng)器)46,對(duì)步進(jìn)電機(jī)46提供命令值(斜階梯(angular step))以根據(jù)該命令值運(yùn)行從而打開(kāi)/閉合節(jié)流閥40。在圖1中,利用虛線表示步進(jìn)電機(jī)46,因?yàn)樗挥谄?8之后。
由電磁傳感器構(gòu)成的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器)48設(shè)置在飛輪32的附近,它以12度曲柄轉(zhuǎn)角間隔輸出脈沖(即產(chǎn)生輸出)。因此,曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(每360度曲柄轉(zhuǎn)角),曲柄轉(zhuǎn)角傳感器48就產(chǎn)生30個(gè)脈沖,或者凸輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈(每720度曲柄轉(zhuǎn)角),產(chǎn)生60個(gè)脈沖。
將有外殼的ECU(電子控制單元)50安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)10上的適當(dāng)位置。將曲柄轉(zhuǎn)角傳感器48的輸出送到ECU50。將ECU50構(gòu)造為裝備了CPU、ROM、RAM以及計(jì)數(shù)器的微型計(jì)算機(jī)。曲柄轉(zhuǎn)角傳感器48的輸出脈沖輸入到ECU50的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)并用于檢測(cè)或確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE。
根據(jù)檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等,ECU50進(jìn)行自適應(yīng)控制計(jì)算(利用包括自適應(yīng)控制器和參量識(shí)別機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)控制原理進(jìn)行計(jì)算,稍后進(jìn)行說(shuō)明)、確定或計(jì)算步進(jìn)電機(jī)(致動(dòng)器)46的命令值以使檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,然后通過(guò)在此情況下通過(guò)與ECU50相鄰安裝的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器54將命令值送到ECU50運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)46。將發(fā)動(dòng)機(jī)10連接到作為負(fù)荷的便攜式發(fā)電機(jī)(未示出)。圖1內(nèi)的參考編號(hào)58和60表示冷卻風(fēng)扇和頂蓋。
圖2是示出ECU50的運(yùn)行過(guò)程的原理方框圖。
如圖2所示,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置)100檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、從要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速輸入單元102輸入的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM等,ECU50在自適應(yīng)控制計(jì)算單元104內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)控制計(jì)算,從而計(jì)算命令值(節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值)。ECU50通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器54運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)46以打開(kāi)/閉合節(jié)流閥40。
將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)器100的輸出送到進(jìn)行點(diǎn)火處理和過(guò)速檢測(cè)的點(diǎn)火處理/過(guò)速檢測(cè)單元106。利用主SW(開(kāi)關(guān))開(kāi)進(jìn)行的點(diǎn)火處理過(guò)程包括將整流電路的輸出送到初級(jí)點(diǎn)火線圈(未示出)以啟動(dòng)電流以規(guī)定的曲柄轉(zhuǎn)角流動(dòng)、切斷以規(guī)定曲柄轉(zhuǎn)角流動(dòng)的電流(例如BTDC 10度)從而在次級(jí)線圈產(chǎn)生高壓,以及利用火花塞對(duì)汽缸12的燃燒室20內(nèi)的空氣燃油混合物進(jìn)行點(diǎn)火。主SW是將工作電能送到ECU的開(kāi)關(guān)。在附圖中未示出。
因此,以固定點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行點(diǎn)火,并且發(fā)動(dòng)機(jī)10不裝備電池。點(diǎn)火處理/過(guò)速檢測(cè)單元106將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE與上限值進(jìn)行比較,并且在檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)上限值時(shí),確定轉(zhuǎn)速升高到過(guò)速狀態(tài)并切斷(斷開(kāi))點(diǎn)火過(guò)程以停止發(fā)動(dòng)機(jī)10。
盡管將單缸發(fā)動(dòng)機(jī)示為在圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)10,但是本實(shí)施例的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還適合應(yīng)用于雙缸通用發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說(shuō),前提是本實(shí)施例的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還可以應(yīng)用于不多于兩個(gè)缸的通用發(fā)動(dòng)機(jī)。
現(xiàn)在,將說(shuō)明自適應(yīng)控制計(jì)算單元104執(zhí)行的自適應(yīng)控制計(jì)算過(guò)程。
圖3示出輸入為節(jié)流門(mén)開(kāi)度(throttle opening)TH的發(fā)動(dòng)機(jī)10的簡(jiǎn)化模型。在自適應(yīng)控制過(guò)程中,可以將虛線包圍的部分看作發(fā)動(dòng)機(jī)模型,并將它作為一個(gè)功能塊處理。在圖3中,Ga表示空氣質(zhì)量流(mass flow),Gf表示燃油質(zhì)量流,Pmi表示包括活塞14內(nèi)產(chǎn)生的質(zhì)量m與慣性I的乘積的輸出。
控制目標(biāo)是計(jì)算并調(diào)節(jié)構(gòu)成輸入的節(jié)流門(mén)開(kāi)度TH,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE,即設(shè)備(發(fā)動(dòng)機(jī)模型)的輸出達(dá)到或者變得等于要求值(要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM)。由于負(fù)荷變化基本上是個(gè)未知參數(shù),所以需要連續(xù)對(duì)包括負(fù)荷(例如便攜式發(fā)電機(jī))在內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒模型參量進(jìn)行計(jì)算。
具體地說(shuō),具有如圖4所示配置的STR(自調(diào)式調(diào)節(jié)器)用于構(gòu)造其設(shè)備是圖3所示虛線包圍的發(fā)動(dòng)機(jī)模型的控制模型。在圖4中,參量識(shí)別機(jī)構(gòu)110將輸入到該設(shè)備的節(jié)流門(mén)開(kāi)度TH用作操縱變量并且將其輸出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速NE用作控制變量,并識(shí)別或估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)模型參量(自適應(yīng)參量)( ),使得甚至可以對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行補(bǔ)償?!?”表示估計(jì)值。
接著,控制器(自適應(yīng)控制器)112以這樣的方式利用識(shí)別參量校正節(jié)流門(mén)開(kāi)度TH,即要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE之間的差值變成0。通過(guò)連續(xù)重復(fù)上述過(guò)程,可以調(diào)節(jié)節(jié)流門(mén)開(kāi)度TH從而使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE達(dá)到要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM。
現(xiàn)在,將參考圖4具體解釋根據(jù)本實(shí)施例的自適應(yīng)控制過(guò)程。自適應(yīng)控制過(guò)程本身被眾所周知。
通常,將所示的設(shè)備(發(fā)動(dòng)機(jī)模型)表示為利用等式1示出的一個(gè)輸入、一個(gè)輸出的線性離散時(shí)間系統(tǒng)。
A(q)y(k)=B(q)u(k)+w(k)等式1在等式1中,A、B表示設(shè)備傳遞函數(shù)的系數(shù)矩陣;y(k)時(shí)間k時(shí)的設(shè)備輸出(受控變量,即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速);u(k)設(shè)備輸入(操縱變量,即節(jié)流門(mén)開(kāi)度TH),更具體地說(shuō),時(shí)間k時(shí)的步進(jìn)電機(jī)命令值(斜階梯);w(k)時(shí)間k時(shí)的白噪聲。
可以以這樣的方式確定或計(jì)算為了獲得要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需要將節(jié)流門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)到的值。然而,實(shí)際上,負(fù)荷的波動(dòng)非常大,而且不同發(fā)動(dòng)機(jī)的特性不同。因此,必須對(duì)特性變化進(jìn)行估計(jì)。
鑒于此原因,設(shè)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為NEM ym(k),已知參量(自適應(yīng)參量)為θ,已知信號(hào)為ζ(k),并且假定設(shè)備參量未知,利用可觀測(cè)參量 代替θ,利用等式2確定或計(jì)算設(shè)備輸入u(k),即控制器輸出。符號(hào)T表示轉(zhuǎn)置矩陣。u(k)=1b^0(k){ym(k+1)-θ‾^T(k)ζ‾(k)}]]>等式2在等式2中,b0是確定標(biāo)量的增益。利用等式3定義θ和ζ(k)。θT=[b0,θ‾T]]]>ξT(k)=[u(k),ξ‾(k)]]]>等式3利用此等式,即使在發(fā)動(dòng)機(jī)10的負(fù)荷波動(dòng)時(shí),或者在發(fā)動(dòng)機(jī)本身不同時(shí),仍可以檢測(cè)或估計(jì)特性變化。在所示的配置中,等式4或5說(shuō)明了參量調(diào)節(jié)原理。θ^(k)=θ^(k-1)-γζ(k-1)ϵ(k-1)ζT(k-1)ζ(k-1)(2>γ>0)]]>等式4θ^(k)=θ^(k-1)-Π(k-1)ζ(k-1)ϵ(k)]]>Π(k)=1λ1(k)[Π(k-1)-λ2(k)Π(k-1)ζ(k-1)ζT(k-1)Π(k-1)λ1(k)+λ2(k)ζT(k-1)Π(k-1)ζ(k-1)]]]>等式5在采用等式5表示的參量調(diào)節(jié)原理時(shí),通過(guò)選擇可變?cè)鲆姒?(k)和λ2(k),可以從4種算法固定增益算法、遞降增益算法、最小二乘方法算法以及固定跟蹤算法中選擇一種算法。
在此實(shí)施例中,選擇等式4表示的參量調(diào)節(jié)原理,并且如下所述,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差,可變?cè)O(shè)置確定自適應(yīng)參量θ識(shí)別速度(收斂速度或適應(yīng)速度)的收斂增益γ的值。等式4中的符號(hào)ε是表示識(shí)別誤差的信號(hào)。
現(xiàn)在,在上述前提下,參考圖5說(shuō)明此實(shí)施例通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。
在操作員利用反沖起動(dòng)器34手動(dòng)發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10時(shí),ECU50執(zhí)行所示的程序,并在此后每10毫秒重復(fù)執(zhí)行一次。
首先,在S10,校驗(yàn)發(fā)電機(jī)線圈(交流發(fā)電機(jī))36的輸出電壓是否升高到對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)10的滿啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓值,即發(fā)動(dòng)機(jī)10是否被發(fā)動(dòng)。應(yīng)該注意,以比對(duì)應(yīng)于滿啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓低的電壓激活ECU50,ECU50每10毫秒執(zhí)行一次所示程序。
如果S10的結(jié)果為否,則跳過(guò)該程序的其余步驟。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入步驟S12,在S12對(duì)節(jié)流門(mén)位置(節(jié)流門(mén)開(kāi)度)進(jìn)行初始化處理。具體地說(shuō),將命令值(斜階梯)輸出到步進(jìn)電機(jī)46以將節(jié)流閥40驅(qū)動(dòng)到全閉等效位置,更具體地說(shuō),是驅(qū)動(dòng)到考慮到節(jié)流閥40可能阻塞的接近2度開(kāi)位置的全閉等效位置,其全開(kāi)位置被定義為0度,其全閉位置被定義為90度。
接著,在S14,檢測(cè)或確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速NE。
圖6是示出此計(jì)算過(guò)程的子程序流程圖。
首先,在S100,測(cè)量并逐漸累加曲柄轉(zhuǎn)角傳感器48的輸出脈沖歷時(shí)。如圖7所示,歷時(shí)是從一個(gè)脈沖的上沿到下一個(gè)脈沖的上沿的時(shí)間。接著,在102,校驗(yàn)是否對(duì)規(guī)定數(shù)量(60)脈沖完成累加歷時(shí)。如果結(jié)果是是,則程序進(jìn)入S104,在S104,對(duì)輸出脈沖歷時(shí)進(jìn)行平滑。
具體地說(shuō),通過(guò)將歷時(shí)總值除以規(guī)定數(shù)量(60)獲得脈沖間隔移動(dòng)平均值(平滑值),檢測(cè)或確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE。以下將對(duì)這樣做的原因進(jìn)行說(shuō)明。由于發(fā)動(dòng)機(jī)10只有一個(gè)缸,所以在采用諸如上述說(shuō)明的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制過(guò)程的自適應(yīng)控制原理進(jìn)行控制時(shí),就難以構(gòu)造穩(wěn)定控制系統(tǒng),因?yàn)樵谟蛇M(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程以及排氣沖程構(gòu)成的燃燒周期發(fā)生波動(dòng)情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(這是待觀測(cè)的參量)容易出現(xiàn)明顯波動(dòng)。
因此,通過(guò)以對(duì)應(yīng)于兩個(gè)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)(720度曲柄轉(zhuǎn)角)的時(shí)間周期,即對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)10的多個(gè)完整燃燒周期(在此為一個(gè)燃燒周期),計(jì)算輸出脈沖間隔(上沿到上沿時(shí)間間隔)的移動(dòng)平均值,平滑發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)器(或檢測(cè)單元)100包括曲柄轉(zhuǎn)角傳感器48,設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)10上,以預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角間隔輸出信號(hào);以及平滑裝置,對(duì)于預(yù)定數(shù)量的輸出,平滑曲柄轉(zhuǎn)角傳感器的各輸出,并根據(jù)平滑值檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE。
在這種情況下,因?yàn)榭梢韵驗(yàn)檫M(jìn)氣、壓縮、膨脹以及排氣沖程引起的波動(dòng),所以與利用瞬時(shí)值檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況相比,可以建立更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。盡管在示例情況下多個(gè)完整燃燒周期為一次,但是也可以是n次(n≥2)。
在圖6所示的流程圖中,如果S102的結(jié)果為否,則跳過(guò)S104,而采用前面周期內(nèi)的平均值。
接著,在圖5所示流程圖的S16內(nèi),校驗(yàn)是否應(yīng)該對(duì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM進(jìn)行采樣。因?yàn)槊?0毫秒執(zhí)行一次該程序,所以要進(jìn)行此校驗(yàn)過(guò)程,每100毫秒讀取(采樣)一次要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,即每執(zhí)行10次該程序讀取一次要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,并且在要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),相應(yīng)確定(校正)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM。因此,在S16進(jìn)行校驗(yàn)以確定當(dāng)前執(zhí)行過(guò)程是否是應(yīng)該進(jìn)行采樣的執(zhí)行過(guò)程。
如果S16的結(jié)果為是,則程序進(jìn)行S18,在S18,確定或計(jì)算要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM。如果S16的結(jié)果為否,則跳過(guò)S18。
圖8是示出S18計(jì)算過(guò)程的子程序流程圖。
首先,在S200,輸入要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。規(guī)定輸入要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM為NEM(k)。要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM是圖2所示要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速輸入單元102輸入的數(shù)值。通過(guò)讀取操作員利用體開(kāi)關(guān)(volumeswitch)(圖1中未示出)輸入的需要值,來(lái)輸入要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM??梢赃x擇性地將要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM存儲(chǔ)到ECU50的ROM內(nèi)并在此步驟進(jìn)行讀取。
接著,在步驟S202,輸入要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k)減去前面周期內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k-1)(在執(zhí)行圖5所示流程圖的先前一個(gè)周期內(nèi)輸入的數(shù)值)以計(jì)算差值ΔNEM。接著,在S204,校驗(yàn)計(jì)算差值ΔNEM是否等于或大于規(guī)定值NE1(300rpm;正值)。換句話說(shuō),校驗(yàn)增量是否等于或大于需要或請(qǐng)求的規(guī)定值NE1。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S206,在S206,將通過(guò)將規(guī)定值NE1與前面周期內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k-1)相加獲得的和定義為當(dāng)前周期內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k)。
如果S204的結(jié)果為否,則程序進(jìn)入S208,在S208,校驗(yàn)計(jì)算差值ΔNEM是否等于或大于第二規(guī)定值NE2(-100rpm;負(fù)值)。換句話說(shuō),校驗(yàn)是否需要超過(guò)第二規(guī)定值NE2的減量(負(fù)值)。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S210,在S210,將通過(guò)進(jìn)行累加,更確切地說(shuō),是通過(guò)將前面周期內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k-1)減去第二規(guī)定值NE2獲得的差值定義為當(dāng)前周期的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(K)。
這樣,為了不大于規(guī)定值,每單位時(shí)間要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化被確定。具體地說(shuō),根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量要求確定的每100毫秒的增量不大于最大值300rpm,并且根據(jù)減量要求確定的每100毫秒的減量不大于最大值100rpm。
設(shè)置增量方向值NE1大于(絕對(duì)值)減量方向值NE2的原因在于,在所示通用發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi),將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高給定值所需時(shí)間比將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低同樣值所需時(shí)間長(zhǎng)。因此,還將減量方向的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化量設(shè)置得較大。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)或負(fù)荷類型,利用經(jīng)驗(yàn)結(jié)果,確定NE1和NE2。
根據(jù)上述事實(shí)執(zhí)行圖8所示過(guò)程,如上所述,在將上述自適應(yīng)控制過(guò)程應(yīng)用于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)10)時(shí),因?yàn)橛捎诠?jié)流門(mén)開(kāi)度極限限制了輸入值而不可能對(duì)要求值的突然階梯式變化做出響應(yīng),并且還因?yàn)橛捎谄?8的操作延遲而降低燃油控制響應(yīng)度,所以容易出現(xiàn)要求值過(guò)調(diào)或控制擺動(dòng)。
因此,單位時(shí)間(100毫秒)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化受到限制,并且是逐漸發(fā)生變化。即,如圖9所示,要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)出現(xiàn)諸如利用交替長(zhǎng)短點(diǎn)劃線表示的突然階梯式變化,而是出現(xiàn)諸如實(shí)線所示的逐漸變化。因此,盡管因?yàn)椴捎昧似?8導(dǎo)致燃油控制過(guò)程的響應(yīng)慢,但是不會(huì)出現(xiàn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化過(guò)調(diào)或控制擺動(dòng)。
此外,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向和減量方向,將規(guī)定值NE1和NE2設(shè)置為不同值,并將增量方向的規(guī)定值設(shè)置得更大。對(duì)于要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量需要和減量需要,可以獲得近似同樣的響應(yīng)度。規(guī)定值NE1和NE2以這樣的方式與發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)度匹配,可以提高控制精度。
接著,在圖5所示流程圖的S20,確定或計(jì)算控制周期。
圖10是示出S20確定過(guò)程的子程序流程圖。
在對(duì)此計(jì)算過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明之前,先對(duì)這樣做的原因進(jìn)行說(shuō)明。在將自適應(yīng)控制原理應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)10的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制過(guò)程時(shí),如果控制周期不恒定,則會(huì)出現(xiàn)控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定的情況。具體地說(shuō),如上所述,單缸通用發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)周期主要決定于由進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程以及排氣沖程構(gòu)成的燃燒周期。因此,最好在進(jìn)氣沖程之前,或者至少與燃燒周期同步,設(shè)置驅(qū)動(dòng)節(jié)流閥40的時(shí)間點(diǎn)。
因此,在此實(shí)施例中,事先利用經(jīng)驗(yàn)確定每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最佳控制周期,并根據(jù)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE改變此控制周期。
現(xiàn)在將說(shuō)明圖10所示的流程圖。在S300計(jì)算控制周期。60,000[毫秒]除以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE獲得的商就是控制周期。換句話說(shuō),1分鐘被發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速除就獲得控制周期。
接著,在S302,校驗(yàn)計(jì)算值是否大于規(guī)定值T1(60毫秒)。如果結(jié)果是是,則程序進(jìn)入S304,在S304,將控制周期確定或定義為規(guī)定值T1。如果S302的結(jié)果為否,則程序進(jìn)入S306,在S306,校驗(yàn)計(jì)算值是否小于第二規(guī)定值T2(10毫秒)。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S308,在S308,將控制周期確定或定義為第二規(guī)定值T2。如果S306的結(jié)果為否,則跳過(guò)S308。
由于控制周期根據(jù)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE發(fā)生變化,所以可以將控制周期設(shè)置為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最佳值,從而在所示通用發(fā)動(dòng)機(jī)10的最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。
接著,在圖5所示流程圖的S22,確定或計(jì)算自適應(yīng)控制過(guò)程的收斂增益。收斂增益是用等式4內(nèi)的γ表示的值。
圖11是示出S20確定過(guò)程的子程序流程圖。
在對(duì)此計(jì)算過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明之前,先對(duì)這樣做的原因進(jìn)行說(shuō)明。在對(duì)諸如所示通用發(fā)動(dòng)機(jī)的通用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自適應(yīng)控制,并且為了增強(qiáng)對(duì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的收斂將收斂增益設(shè)置為高時(shí),如果受到擾動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或變得不穩(wěn)定。
相反,在優(yōu)先考慮穩(wěn)定性而將收斂增益設(shè)置為低時(shí),如果因?yàn)樨?fù)荷變得等使設(shè)備特性發(fā)生顯著變化,則收斂會(huì)變差。因此,在此實(shí)施例中,收斂增益可變,并且在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差小時(shí),(通過(guò)進(jìn)行計(jì)算)可以設(shè)置為低,而在其它時(shí)間設(shè)置為高。
現(xiàn)在說(shuō)明圖11所示的流程圖。首先,在S400,要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(k)減去檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE(k)以獲得偏差ΔNE。接著,在S402,校驗(yàn)計(jì)算偏差ΔNE是否大于規(guī)定值(第一基準(zhǔn)值)NE3(300rpm;正值)。
如果S402的結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S404,在S404,改變收斂增益。具體地說(shuō),如果檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM(確定為或定義為穩(wěn)態(tài)),則將收斂增益設(shè)置為0.9。S402的結(jié)果為是意味著檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,而是比要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低許多。因此,將收斂增益設(shè)置為比正常狀態(tài)下的收斂增益高的值,即設(shè)置為1.5。
如果S402的結(jié)果為否,則程序進(jìn)入S406,在S406,校驗(yàn)計(jì)算偏差ΔNE是否大于第二規(guī)定值(第二基準(zhǔn)值)NE4(-300rpm;負(fù)值),即校驗(yàn)偏差ΔNE在負(fù)方向是否超過(guò)第二規(guī)定值NE4。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S408,在S408,改變收斂增益。具體地說(shuō),由于檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,而是比要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高許多,則將收斂增益設(shè)置為比穩(wěn)定下的收斂增益高的值,即設(shè)置為1.2。如果S406的結(jié)果為否,則程序進(jìn)入S410,在S410,將收斂增益重新恢復(fù)到或者確定為穩(wěn)態(tài)值0.9。
將S408的增益設(shè)置得比S404的增益小的原因在于,如上所述,降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所需時(shí)間短。因此,在此實(shí)施例中,收斂增益可變,并且在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差小時(shí),將所計(jì)算(所設(shè)置)的收斂增益低,反之,將收斂增益設(shè)置為高。因此,在通用發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制過(guò)程中,可以在收斂與穩(wěn)定之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。
此外,在檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于(不足)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),將收斂增益設(shè)置為高于檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)的收斂增益。因此,與檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)所需時(shí)間大致相同時(shí)間內(nèi),可實(shí)現(xiàn)要求值收斂。
接著,在圖5所示流程圖的S24,進(jìn)行自適應(yīng)控制計(jì)算。具體地說(shuō),這等于在利用等式2計(jì)算幾個(gè)斜階梯的控制器輸出(設(shè)備輸入)u(k)。
接著,在S26,執(zhí)行輸出節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令確定過(guò)程,即確定送到步進(jìn)電機(jī)46的輸出命令值,然后通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器54,將該命令值送到步進(jìn)電機(jī)46。
圖12是示出在S26執(zhí)行的處理過(guò)程的子程序流程圖。
首先,在S500,將計(jì)算開(kāi)度命令值(斜階梯)與節(jié)流閥40的物理上限值(第一預(yù)定值)(100斜階梯)進(jìn)行比較以確定計(jì)算開(kāi)度命令值是否大于物理上限值。如果結(jié)果是是,則程序進(jìn)入S502,在S502,利用物理上限值代替開(kāi)度命令值,并將代替的物理上限值確定為輸出節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值。
如果S500的結(jié)果是否,則程序進(jìn)入S504,在S504,將計(jì)算開(kāi)度命令值與與節(jié)流閥40的物理下限值(第二預(yù)定值)(0斜階梯)進(jìn)行比較以確定計(jì)算開(kāi)度命令值是否小于物理下限值。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S506,在S506,利用物理下限值代替開(kāi)度命令值,并將此代替開(kāi)度命令值確定為輸出節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值。
如果S504的結(jié)果為否,則將計(jì)算值立即確定為輸出節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值。換句話說(shuō),至少將代替值和計(jì)算節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值之一確定為輸出節(jié)流命令值。
以下將對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)際通用發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的節(jié)流閥40具有物理上限值和下限值。在計(jì)算開(kāi)度命令值超過(guò)這兩個(gè)極限值之一時(shí),控制系統(tǒng)不再有效。
如上所述,步進(jìn)電機(jī)46在表示全閉等效位置的0斜階梯與表示全開(kāi)等效位置的100斜階梯之間運(yùn)行。如上對(duì)節(jié)流位置(開(kāi)度)初始化處理過(guò)程說(shuō)明的那樣,為了防止阻塞,最好將在打開(kāi)方向被設(shè)置為規(guī)定值的,例如,約2度的值用作下限開(kāi)度。同樣,對(duì)于全開(kāi)等效位置,由于將節(jié)流閥40開(kāi)啟到超過(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)10的輸出達(dá)到最大并且飽和的開(kāi)度沒(méi)有意義,所以將使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出變得最大的開(kāi)度設(shè)置為上限開(kāi)度。
在大多數(shù)通用發(fā)動(dòng)機(jī)中,利用機(jī)械止動(dòng)器確定關(guān)于開(kāi)啟方向的遠(yuǎn)端的全閉等效位置,而不對(duì)全開(kāi)等效位置進(jìn)行調(diào)節(jié),保留它不動(dòng)。
由于對(duì)此實(shí)施例的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行配置以利用與其相連的步進(jìn)電機(jī)46對(duì)節(jié)流閥40的開(kāi)度進(jìn)行控制,通過(guò)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出變得最大的開(kāi)度并將此開(kāi)度斜階梯定義為100,來(lái)定義全開(kāi)等效位置,將定義為0的2度設(shè)置為全閉等效位置,并對(duì)計(jì)算開(kāi)度命令值是否在此范圍內(nèi)進(jìn)行校驗(yàn)。由于對(duì)此實(shí)施例進(jìn)行配置將自適應(yīng)控制計(jì)算過(guò)程確定送到步進(jìn)電機(jī)46的開(kāi)度命令值限制在此物理極限值范圍內(nèi),所以可以構(gòu)造對(duì)控制對(duì)象(設(shè)備)的特性變化魯棒的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
然后,通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器54,將這樣確定的節(jié)流門(mén)開(kāi)度命令值送到步進(jìn)電機(jī)(致動(dòng)器)46。
現(xiàn)在,對(duì)ECU50要執(zhí)行的剩余控制過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
圖13是示出ECU50執(zhí)行的點(diǎn)火控制過(guò)程的流程圖。與圖5所示的程序類似,也是每10毫秒執(zhí)行一次此程序。
首先,在S600,校驗(yàn)主SW(開(kāi)關(guān))是否為開(kāi)。如果結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S602,在S602,進(jìn)行點(diǎn)火過(guò)程。如上所述,在諸如BTDC10度的固定曲柄轉(zhuǎn)角進(jìn)行點(diǎn)火。
然后,程序進(jìn)入S604,在S604,校驗(yàn)是否出現(xiàn)了非正常狀態(tài)。這是根據(jù)上述點(diǎn)火/過(guò)速檢測(cè)單元106的輸出確定的。具體地說(shuō),ECU50將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE與另一個(gè)程序(未示出)的允許值進(jìn)行比較,并將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE超過(guò)允許值時(shí)檢測(cè)的過(guò)速輸出。根據(jù)此輸出進(jìn)行S604的校驗(yàn)過(guò)程。
如果S604的結(jié)果為是,則程序進(jìn)入S606,在S606,停止或切斷點(diǎn)火。為了防止過(guò)速,立即停止發(fā)動(dòng)機(jī)。如果S604的結(jié)果為否,則跳過(guò)剩余處理過(guò)程。
以這樣的方式配置本實(shí)施例形成一個(gè)系統(tǒng),該系統(tǒng)用于控制具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸(12)和與節(jié)流閥(40)相連用于開(kāi)啟或關(guān)閉此節(jié)流閥的致動(dòng)器(46)的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10),其將通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸進(jìn)行點(diǎn)火。該系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置(48、50、100、S14、S100至S104),用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE);要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置(50、102、S18、S200至S210),用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的要求轉(zhuǎn)速(NEM);自適應(yīng)控制器(50、112、104、S24),具有參量識(shí)別機(jī)構(gòu)(50、110),將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入接收,并利用參量識(shí)別機(jī)構(gòu)識(shí)別的自適應(yīng)參量( )計(jì)算送到致動(dòng)器的命令值,使得使檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求轉(zhuǎn)速;以及命令值確定裝置(50、S26、S500至S506),用于根據(jù)自適應(yīng)控制器計(jì)算的命令值確定輸出命令值,并將輸出命令值送到致動(dòng)器。利用此系統(tǒng),盡管因?yàn)椴豢紤]負(fù)荷設(shè)置增益增加了計(jì)算量,但是對(duì)于控制對(duì)象(設(shè)備)特性變化,可實(shí)現(xiàn)魯棒控制過(guò)程。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以自由設(shè)置使用的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
在此系統(tǒng)中,要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置以這樣的方式確定要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,即在單位時(shí)間內(nèi)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)規(guī)定值(NE1、NE2)。利用此系統(tǒng),將單位時(shí)間內(nèi)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化限制到不大于規(guī)定值。因此,可以避免要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生突然變化,并且盡管因?yàn)槭褂昧似鞫档土巳加涂刂七^(guò)程的響應(yīng)度,仍不會(huì)出現(xiàn)對(duì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)調(diào)或控制擺動(dòng)。
在此系統(tǒng)中,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減量方向,以這樣的方式將規(guī)定值(NE1、NE2)設(shè)置得不同,即將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向上的規(guī)定值設(shè)置得比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減量方向的規(guī)定值高。利用該系統(tǒng),在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向和減量方向設(shè)置不同的規(guī)定值,并將增量方向上的規(guī)定值設(shè)置得大于減量方向上的規(guī)定值。對(duì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量需要和減量需要,均可以實(shí)現(xiàn)近似同樣的響應(yīng)度。規(guī)定值與發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)度的這種匹配可以提高控制精度。
在此系統(tǒng)中,命令值確定裝置包括第一比較裝置(50、S500、S502),用于將命令值與第一預(yù)定值進(jìn)行比較,并且在命令值大于第一預(yù)定值時(shí),利用第一規(guī)定值代替該命令值;第二比較裝置,用于將命令值與第二預(yù)定值(50、S504、S506)進(jìn)行比較,并且在命令值小于第二預(yù)定值時(shí),利用第二預(yù)定值代替命令值;命令值確定裝置至少將代替值和計(jì)算命令值之一確定為輸出命令值。在此系統(tǒng)中,第二預(yù)定值是從節(jié)流閥(40)的全閉位置開(kāi)始的開(kāi)啟方向設(shè)置的規(guī)定數(shù)量的值。利用此系統(tǒng),可以在物理上限和物理下限范圍內(nèi)確定輸出命令值,從而實(shí)現(xiàn)魯棒控制過(guò)程。
在該系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置包括曲柄轉(zhuǎn)角傳感器(48),設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上,以預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角間隔產(chǎn)生輸出;以及平滑值計(jì)算裝置(50、S14、S100至S104),對(duì)于預(yù)定數(shù)量的輸出,計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)角傳感器各輸出的平滑值;根據(jù)該平滑值,檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)。預(yù)定數(shù)量是對(duì)應(yīng)于整數(shù)數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒周期的值。利用此系統(tǒng),可以不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的影響確定命令值,從而確保實(shí)現(xiàn)魯棒控制過(guò)程。
該系統(tǒng)進(jìn)一步包括增益確定裝置(50、S22、S400至S410),用于確定增益(γ),增益(γ)用于根據(jù)檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)與要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NEM)之間的偏差(ΔNE)確定自適應(yīng)參量的識(shí)別速度。增益確定裝置包括偏差計(jì)算裝置(50、S400),通過(guò)利用要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減去檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算偏差;第一比較裝置(50、S402),用于將計(jì)算偏差與正值第一基準(zhǔn)值(NE3)進(jìn)行比較;第一增益設(shè)置裝置(S404),在發(fā)現(xiàn)偏差大于第一基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第一值;第二比較裝置(S406),用于將計(jì)算偏差與負(fù)值第二基準(zhǔn)值(NE4)進(jìn)行比較;第二增益設(shè)置裝置(S408),在發(fā)現(xiàn)偏差小于第二基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第二值;以及第三增益設(shè)置裝置(S410),在發(fā)現(xiàn)偏差不大于第一基準(zhǔn)值并且不小于第二基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第三值。所設(shè)置的第一值大于第二值。在此系統(tǒng)中,第三值是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速情況下的值,并且所設(shè)置的第一值和第二值大于第三值。利用此系統(tǒng),可以以這樣的方式正確確定增益,即控制過(guò)程的收斂與響應(yīng)度達(dá)到最佳平衡。
該系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制周期確定裝置(50、S300至S308),根據(jù)利用1分鐘除以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得的值,確定自適應(yīng)控制器的控制周期;以及點(diǎn)火停止裝置(50、S600至S606),在檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)允許范圍時(shí),停止發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。
盡管上述以步進(jìn)電機(jī)作為典型致動(dòng)器進(jìn)行了說(shuō)明,但是致動(dòng)器并不局限于步進(jìn)電機(jī),并且還可以利用線性螺線管、直流電機(jī)等控制節(jié)流門(mén)開(kāi)度。
權(quán)利要求
1.一種用于控制通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的系統(tǒng),該發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)或兩個(gè)缸(12)和與節(jié)流閥(40)相連用于開(kāi)啟或關(guān)閉該節(jié)流閥的致動(dòng)器(46),其通過(guò)在汽化器內(nèi)混合汽油燃料與利用節(jié)流閥控制的進(jìn)氣產(chǎn)生的空氣燃油混合物引入汽缸進(jìn)行點(diǎn)火,其特征在于該系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置(48、50、100、S14、S100至S104),用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE);要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置(50、102、S18、S200至S210),用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的要求轉(zhuǎn)速(NEM);自適應(yīng)控制器(50、112、104、S24),具有參量識(shí)別機(jī)構(gòu)(50、110),將檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入接收,并利用參量識(shí)別機(jī)構(gòu)識(shí)別的自適應(yīng)參量( )計(jì)算送到致動(dòng)器的命令值,使得檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求轉(zhuǎn)速;以及命令值確定裝置(50、S26、S500至S506),用于根據(jù)自適應(yīng)控制器計(jì)算的命令值確定輸出命令值,并將輸出命令值送到致動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定裝置確定要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使得單位時(shí)間內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不大于規(guī)定值(NE1、NE2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向和減量方向,以這樣的方式將規(guī)定值(NE1、NE2)設(shè)置為不同值,即將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量方向的規(guī)定值設(shè)置得比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減量方向的規(guī)定值大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),命令值確定裝置包括第一比較裝置(50、S500、S502),用于將命令值與第一預(yù)定值進(jìn)行比較,并且在命令值大于第一預(yù)定值時(shí),利用第一規(guī)定值代替該命令值;第二比較裝置,用于將命令值與第二預(yù)定值(50、S504、S506)進(jìn)行比較,并且在命令值小于第二預(yù)定值時(shí),利用第二預(yù)定值代替命令值;并且命令值確定裝置至少將代替值和計(jì)算命令值之一確定為輸出命令值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述系統(tǒng),其中第一預(yù)定值是從節(jié)流閥(40)的全閉位置開(kāi)始的開(kāi)啟方向設(shè)置的規(guī)定數(shù)量的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置包括曲柄轉(zhuǎn)角傳感器(48),設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上,以預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角間隔產(chǎn)生輸出;以及平滑值計(jì)算裝置(50、S14、S100至S104),對(duì)于預(yù)定數(shù)量的各輸出,計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)角傳感器輸出的平滑值;根據(jù)該平滑值,檢測(cè)裝置檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng),其中預(yù)定數(shù)量是對(duì)應(yīng)于整數(shù)數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒周期的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng),該系統(tǒng)進(jìn)一步包括增益確定裝置(50、S22、S400至S410),用于確定增益(γ),增益(γ)用于根據(jù)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)與要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(NEM)之間的偏差(ΔNE)確定自適應(yīng)參量的識(shí)別速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述系統(tǒng),其中增益確定裝置包括偏差計(jì)算裝置(50、S400),通過(guò)利用要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減去檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算偏差;第一比較裝置(50、S402),用于將計(jì)算偏差與正值第一基準(zhǔn)值(NE3)進(jìn)行比較;第一增益設(shè)置裝置(S404),在發(fā)現(xiàn)偏差大于第一基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第一值;第二比較裝置(S406),用于將計(jì)算偏差與負(fù)值第二基準(zhǔn)值(NE4)進(jìn)行比較;第二增益設(shè)置裝置(S408),在發(fā)現(xiàn)偏差小于第二基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第二值;以及第三增益設(shè)置裝置(S410),在發(fā)現(xiàn)偏差不大于第一基準(zhǔn)值并且不小于第二基準(zhǔn)值時(shí),將增益設(shè)置為第三值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述系統(tǒng),其中所設(shè)置的第一值大于第二值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述系統(tǒng),其中第三值是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速情況下的值,并且第一值和第二值被設(shè)置為大于第三值。
12.根據(jù)權(quán)利要求2、4、6和8任一所述系統(tǒng),該系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制周期確定裝置(50、S300至S308),用于根據(jù)利用1分鐘除以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速獲得的值,確定自適應(yīng)控制器的控制周期。
13.根據(jù)權(quán)利要求2、4、6和8任一所述系統(tǒng),該系統(tǒng)進(jìn)一步包括點(diǎn)火停止裝置(50、S600至S606),用于在檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)允許范圍時(shí),停止發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于控制具有一個(gè)或兩個(gè)汽缸和與節(jié)流閥(40)相連的致動(dòng)器(46)的通用火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置有自適應(yīng)控制計(jì)算單元(包括具有參量識(shí)別機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)控制器)(104),其將檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NEM作為輸入接收,并利用參量識(shí)別機(jī)構(gòu)識(shí)別的自適應(yīng)參量計(jì)算送到致動(dòng)器的命令值,使得檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求轉(zhuǎn)速。在該系統(tǒng)中,確定要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使得單位時(shí)間內(nèi)的要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不大于規(guī)定值(NE1、NE2),并將命令值確定在節(jié)流閥的上限和下限范圍內(nèi)。此外,對(duì)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行平滑并適當(dāng)?shù)卮_定用于確定自適應(yīng)控制器的收斂速度的增益。利用此系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)魯棒、穩(wěn)定控制過(guò)程。
文檔編號(hào)F02D31/00GK1408997SQ02142539
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
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