專利名稱：用于穩(wěn)定控制器的方法和相應(yīng)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定控制器的方法和這種方法的應(yīng)用，用于穩(wěn)定內(nèi)燃機(jī)中的 控制器整體，以及用于執(zhí)行該方法的控制裝置。
背景技術(shù)：
已知標(biāo)準(zhǔn)控制回路，用于自動(dòng)地控制機(jī)器和通常不同形式的受控對(duì)象，這些控制 回路通過(guò)不同的策略對(duì)受控變量的變化做出反應(yīng)。為此已知，使用控制器，它們與受控變量 相對(duì)于控制值的變化成比例地改變控制值，用于借助于控制值補(bǔ)償外部的干擾變量。在此 涉及所謂的P項(xiàng)。此外還已知與實(shí)際變量成比例地持續(xù)提高其控制值(I項(xiàng))的控制器，以 及與受控變量的時(shí)間變化成比例地改變控制變量(D項(xiàng))的控制器。組合所有三個(gè)策略的 控制器稱為PID控制器，其特征在于特別快速地控制受控變量，而不會(huì)出現(xiàn)控制振蕩。如果 為了控制機(jī)器使用不同的控制器，可能會(huì)使用相互影響的不同受控變量，因此可能使控制 器整體陷入控制振蕩。同樣可能的是，機(jī)器在使用過(guò)程中變化或者磨損并由此引起控制振 蕩或不穩(wěn)定。在機(jī)器中經(jīng)常同時(shí)控制多個(gè)受控變量，如在現(xiàn)代的內(nèi)燃機(jī)里面。在此無(wú)法保證， 通過(guò)不同的控制變量的變化可以相互獨(dú)立地控制各個(gè)受控變量，于是由此可能產(chǎn)生控制振 蕩，因?yàn)橛袝r(shí)多于兩個(gè)控制器相反工作。因此在實(shí)際使用中對(duì)于內(nèi)燃機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)怠速穩(wěn)定 問題，其中這種不穩(wěn)定可能導(dǎo)致噪聲增大和汽車震動(dòng)，這通過(guò)司機(jī)聽到或者也感覺到。但 是，原因不一定源于控制回路相互間不足夠的協(xié)調(diào)，而是也可能由于機(jī)器本身的老化引起 的變化而引起，例如由于損壞和/或磨損引起的汽車傳動(dòng)系中的變化或者由于不同發(fā)動(dòng)機(jī) 部件的不利組合，這些發(fā)動(dòng)機(jī)部件在其功能上以接近可接受的公差范圍的極限運(yùn)行。由于 各種可能的原因且主要是各種原因組合，在汽車的發(fā)展中幾乎根本不能使位于汽車中的內(nèi) 燃機(jī)的控制回路足夠地避免可能的不穩(wěn)定狀態(tài)。在內(nèi)燃機(jī)中不穩(wěn)定的控制狀態(tài)可能引起發(fā) 動(dòng)機(jī)運(yùn)行的不均勻直到不可接受的失調(diào)，而且在這種背景下也經(jīng)常出現(xiàn)，汽車使用者將這 種不穩(wěn)定視為故障并因此對(duì)整個(gè)汽車不滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控制回路，其具有至少一個(gè)用于檢測(cè)控制器不穩(wěn)定的步驟、至少 一個(gè)用于改變控制器的特性的步驟和至少一個(gè)用于檢測(cè)控制器的控制行為的變化的步驟， 以及用于執(zhí)行本方法的控制裝置。按照本發(fā)明建議，對(duì)已知的用于控制受控變量的方法添加另一方法，用于保證控 制器的控制行為的持續(xù)穩(wěn)定性。在此規(guī)定，在至少第一步驟中確定控制器的不穩(wěn)定性。例 如可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析控制行為可以預(yù)測(cè)控制器的不穩(wěn)定性。在最好的情況下已經(jīng)證實(shí)有利 的是，使所述第一步驟由計(jì)算控制器輸出變量的標(biāo)準(zhǔn)差組成。在此將確定的標(biāo)準(zhǔn)差與給定 的最大標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較，并且在超過(guò)最大標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)確定不穩(wěn)定性。在第二步驟中改變控制 器的特性。以最簡(jiǎn)單的方式由此改變特性，即改變控制器的輸出值，例如乘以乘數(shù)或者除以除數(shù)。由此相對(duì)于干擾變量加強(qiáng)或削弱控制變量，這導(dǎo)致控制器的特性的改變。按照本發(fā) 明，接著特性的改變繼續(xù)進(jìn)行控制器行為的變化的檢測(cè)。這種檢測(cè)在最簡(jiǎn)單的情況下可以 通過(guò)重新統(tǒng)計(jì)分析控制行為實(shí)現(xiàn)。如果例如重新確定控制器的輸出變量的標(biāo)準(zhǔn)差，則控制 回路可以重新在第一步驟開始并重新確認(rèn)，控制器的特性、在這里控制器的輸出變量的標(biāo) 準(zhǔn)差現(xiàn)在是否位于給定的標(biāo)準(zhǔn)差區(qū)間里面。但是控制器的特性的一次性改變也可能導(dǎo)致控 制器的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，由此例如使標(biāo)準(zhǔn)差變大。在這種情況下，代替乘以乘數(shù)，可以通過(guò)除 以一個(gè)值替代控制器輸出變量的變化，并由此減小控制器輸出變量的有效振幅。但是在統(tǒng) 計(jì)分析時(shí)，使用控制器的實(shí)際輸出值，并且不使用通過(guò)乘數(shù)或除數(shù)變化的值，用于避免由于 相乘或相除帶來(lái)的誤差。在內(nèi)燃機(jī)中使用時(shí)這種形式的控制器穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)是，例如怠速變得穩(wěn)定，并且 有規(guī)律地或周期地圍繞一個(gè)值波動(dòng)。通過(guò)改善怠速特性(它由于按照本發(fā)明的方法穩(wěn)定 控制器而引起)，可以在加工車間質(zhì)量控制時(shí)節(jié)省顯著的成本，因?yàn)榭梢允∪タ刂破鞣€(wěn)定性 方面的質(zhì)量控制，其中還使汽車的排放和車廂噪聲最小化并且也可以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的行駛特 性。為了避免無(wú)終止地匹配控制器的特性(其同樣表現(xiàn)為控制振蕩)，規(guī)定要限制控 制循環(huán)的次數(shù)。如果例如通過(guò)按照本發(fā)明的方法不能達(dá)到穩(wěn)定性，或者盡管采取穩(wěn)定措施， 控制行為也發(fā)生振蕩，則通常由此得出，發(fā)動(dòng)機(jī)部件不正常地運(yùn)行或者磨損。在這種情況下 需要診斷發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定的原因，并且必要時(shí)更換失效的部件。因?yàn)榻?jīng)常必須在不同的外部條件下執(zhí)行穩(wěn)定，其中外部條件的參數(shù)不能控制，已 經(jīng)證實(shí)有利的是，根據(jù)外部條件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。為此可以引入外部參數(shù)大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度 和燃料溫度，其中穩(wěn)定參數(shù)分別附屬于上述外部條件的組合。在此已經(jīng)證實(shí)有利的是，所有 上述外部參數(shù)位于預(yù)選的控制值以上，同時(shí)怠速持續(xù)預(yù)選的時(shí)間，然后執(zhí)行穩(wěn)定控制器的 功能。由此避免過(guò)補(bǔ)償，它們除了避免持續(xù)地改變控制器參數(shù)以外也避免出現(xiàn)控制振蕩，它 們由于太頻繁的控制產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償而引起。按照本發(fā)明規(guī)定，當(dāng)大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和燃料 溫度和怠速持續(xù)時(shí)間參數(shù)超過(guò)預(yù)選值時(shí)，則中斷控制器穩(wěn)定的功能。為了不必同時(shí)使具有不可預(yù)見的受控變量關(guān)系的不同控制器進(jìn)行穩(wěn)定，已經(jīng)證實(shí) 有利的是，如果要使內(nèi)燃機(jī)中的一個(gè)以上的控制器同時(shí)穩(wěn)定時(shí)，要預(yù)定用于使內(nèi)燃機(jī)各個(gè) 控制器穩(wěn)定的順序。在這種形式的內(nèi)燃機(jī)控制器穩(wěn)定中規(guī)定，提供用于使不同的控制器同 時(shí)穩(wěn)定的三個(gè)標(biāo)志變量。第一標(biāo)志變量檢測(cè)要穩(wěn)定的控制器的順序，第二標(biāo)志變量檢測(cè)控 制器整體的穩(wěn)定狀態(tài)，第三標(biāo)志變量檢測(cè)最終穩(wěn)定的控制器包括有效的穩(wěn)定措施，即例如 控制器輸出信號(hào)的相乘或相除，由此中央單元可以使控制器整體上穩(wěn)定。如果第一控制器的第一穩(wěn)定已經(jīng)首先使第一控制器穩(wěn)定，在檢測(cè)到另一控制器不 穩(wěn)定的另一情況下，可以按照本發(fā)明使該控制器以穩(wěn)定順序穩(wěn)定。各個(gè)要穩(wěn)定的控制器通 過(guò)上面示例地首先確定描述的標(biāo)志變量。如果多于一個(gè)控制器具有不穩(wěn)定的控制行為時(shí)， 當(dāng)然只能遵循穩(wěn)定順序。同樣通過(guò)標(biāo)志變量確定控制器整體的穩(wěn)定狀態(tài)，其中整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)量是二次 冪，其中每個(gè)控制器通過(guò)兩個(gè)狀態(tài)、即“穩(wěn)定”和“不穩(wěn)定”影響整個(gè)系統(tǒng)。最后的控制回路在第三標(biāo)志變量中確定。借助于所述信息可以確定用于使最后的 控制器穩(wěn)定的最后措施，并且必要時(shí)相同地或改變地重復(fù)。


借助于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖中圖1示出按照本發(fā)明的用于穩(wěn)定控制器的步驟順序的流程圖，圖2示出按照本發(fā)明的控制裝置的方框圖，圖3示出用于多于一個(gè)控制器的穩(wěn)定裝置的方框圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出按照本發(fā)明的用于穩(wěn)定控制器的方法的流程圖。在開始1中為了執(zhí) 行本發(fā)明，對(duì)電子裝置或微處理器進(jìn)行初始化，接著開始1，檢測(cè)2檢測(cè)控制器行為的標(biāo)準(zhǔn) 差^。這一點(diǎn)在最簡(jiǎn)單的情況下由此實(shí)現(xiàn)，及通過(guò)相應(yīng)的輸入元件檢測(cè)控制器輸出變量， 如電壓、最大電流或轉(zhuǎn)換成控制變量前的數(shù)字值，并且轉(zhuǎn)換成可以數(shù)字檢測(cè)的值。通過(guò)對(duì)于 固定的時(shí)間或者也在控制器輸出變量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)多次檢測(cè)控制器輸出變量，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差o i 的檢測(cè)2，由此獲得控制器輸出變量的相應(yīng)的最大值。在控制器輸入/輸出時(shí)，相應(yīng)地檢測(cè) 脈沖占空比。在已經(jīng)檢測(cè)到對(duì)于統(tǒng)計(jì)分析足夠多的數(shù)值量以后，按照公知的計(jì)算方法確定 標(biāo)準(zhǔn)差％并且將其內(nèi)部存儲(chǔ)，以繼續(xù)在按照本發(fā)明的方法中使用。接著標(biāo)準(zhǔn)差％的檢 測(cè)2繼續(xù)與預(yù)選最大標(biāo)準(zhǔn)差的比較3。如果檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)差0l低于給定的值，即 位于可接受的范圍內(nèi)，則本方法繼續(xù)路徑3ab并且重新確定控制器的標(biāo)準(zhǔn)差0l。重復(fù)這種 在步驟2至3之間的封閉循環(huán)，直到控制器輸出變量的標(biāo)準(zhǔn)差0工超過(guò)預(yù)選的值0 max，由此 指示要被穩(wěn)定的控制器的不可接受的狀態(tài)。然后，按照本發(fā)明的方法繼續(xù)下一步驟。在位 置4首先增大計(jì)數(shù)器n，它表示，執(zhí)行控制器的穩(wěn)定嘗試的頻率。如果在比較步驟5a中確定 所述計(jì)數(shù)器n超過(guò)預(yù)選的值n_，則執(zhí)行穩(wěn)定控制器的嘗試，因?yàn)樵诔^(guò)最大計(jì)數(shù)器時(shí) 推斷出，整個(gè)系統(tǒng)的一部分、在這里是內(nèi)燃機(jī)是有缺陷的或者磨損，因此必需更換。然后，按 照本發(fā)明的方法繼續(xù)步驟5ab并且在步驟5b中停止。但是如果計(jì)數(shù)器n的值小于最大值 nmax，則本方法通過(guò)路徑5aa繼續(xù)到步驟6，在步驟6中本方法確定改變控制器行為。所述選 擇通過(guò)標(biāo)志變量、英文“Flag”提供，它或者表示與大于1的值相乘，或者除以大于1的值。 對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)志變量“Flag”，使要被穩(wěn)定的控制器的輸出與大于1的值相乘或者除以大于 1的值。在已經(jīng)確定控制器行為變化以后，重新在步驟8中確定控制器行為，并且為了繼續(xù) 使用，中間存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)差o 2的值。在步驟9中將標(biāo)準(zhǔn)差o 2與開頭已經(jīng)確定的標(biāo)準(zhǔn)差0 i進(jìn) 行比較。如果新的標(biāo)準(zhǔn)差02低于第一標(biāo)準(zhǔn)差0l，則本方法繼續(xù)路徑9aa。然后將標(biāo)準(zhǔn)差 o 2作為標(biāo)準(zhǔn)差o i在步驟10中存儲(chǔ)并通過(guò)跳躍10-3到步驟3繼續(xù)本方法，在該步驟中本 方法重新跳到步驟2至3之間的封閉循環(huán)。但是，如果新的標(biāo)準(zhǔn)差o2值大于開頭確定的 標(biāo)準(zhǔn)差o ”則改變標(biāo)志變量，它顯示用于改變控制器行為的方式，在步驟10中存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)差 o 2作為標(biāo)準(zhǔn)差0工，然后使本方法再繼續(xù)跳躍10-3。一旦控制器整體要被穩(wěn)定，則確定一個(gè)順序，以該順序使各個(gè)控制器穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn) 是，所有控制器不是同時(shí)穩(wěn)定，由此必要時(shí)代替加大明顯減小整個(gè)系統(tǒng)的控制振蕩。在第一 控制器穩(wěn)定以后，第二控制器對(duì)應(yīng)于順序按照在圖1中所示的流程圖穩(wěn)定，并且本方法連 續(xù)用于其它控制器，直到所有控制器都變得穩(wěn)定。用于穩(wěn)定的順序可以在下面的表格中定義的穩(wěn)定狀況確定，或者也以其它的順序
5實(shí)現(xiàn)。表格1 由用于怠速轉(zhuǎn)數(shù)、軌壓和廢氣回輸?shù)目刂破魉M成的控制器整體的穩(wěn)定 狀況 在利用上面的穩(wěn)定狀況表格作為用于控制器穩(wěn)定的順序的情況下，在檢測(cè)不穩(wěn)定 的怠速控制器時(shí)，首先使該控制器穩(wěn)定(順序b)。如果在更新的階段中確認(rèn)兩個(gè)控制器不 穩(wěn)定，例如穩(wěn)定狀況4、5或6，則繼續(xù)對(duì)于所述穩(wěn)定狀況預(yù)選的順序c、f 或g，用于使各個(gè)控 制器穩(wěn)定，以該順序使各個(gè)控制器穩(wěn)定，用于避免控制器整體的控制器不穩(wěn)定振動(dòng)。在本發(fā)明的改進(jìn)方案中規(guī)定，對(duì)于外部的環(huán)境參數(shù)如大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料溫 度，分別為各個(gè)控制器輸出變量提供自身的乘數(shù)或除數(shù)的參數(shù)組，以進(jìn)行穩(wěn)定。同樣能夠?qū)?于大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料溫度的每個(gè)組合預(yù)選穩(wěn)定嘗試的最大計(jì)數(shù)器n_。此外也可以將乘數(shù)/除數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系存儲(chǔ)在表格里面作為特征曲線。由此實(shí)現(xiàn)乘 數(shù)，對(duì)于每個(gè)記錄，通過(guò)多次的乘法和/或除法的數(shù)值，對(duì)于相關(guān)控制器在出現(xiàn)當(dāng)前的運(yùn)行 參數(shù)組合時(shí)在所述表格中存在數(shù)值。一旦檢測(cè)這些外部的運(yùn)行參數(shù)，則使乘數(shù)/除數(shù)配屬 于各個(gè)控制器，并且使控制器輸出變量與這些乘數(shù)/除數(shù)相結(jié)合，由此避免穩(wěn)定循環(huán)，因?yàn)?立刻出現(xiàn)正確的值用于穩(wěn)定。最后可以將控制器乘數(shù)/除數(shù)的廣泛范圍表格作為完整的數(shù)據(jù)量進(jìn)行存儲(chǔ)，其提 供作為用于設(shè)定控制器行為和最多可接受的穩(wěn)定嘗試次數(shù)的參數(shù)組。然后在實(shí)際使用中， 對(duì)于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)根據(jù)外部條件設(shè)定并穩(wěn)定控制器。一旦表格足夠大，各個(gè)溫度和壓力 的間隔足夠精細(xì)，則可以調(diào)整許多不同的控制參數(shù)，由此使要被控制的內(nèi)燃機(jī)可以在大的 壓力和溫度范圍上穩(wěn)定地控制，其中控制參數(shù)匹配于環(huán)境參數(shù)。在圖2中示出按照本發(fā)明的控制裝置的方框圖，它具有用于控制受控變量400的單元100、用于檢測(cè)控制裝置不穩(wěn)定性的單元200和用于改變控制裝置特性的單元300。按 照本發(fā)明的控制裝置按照在圖1中所示的方法運(yùn)行。一旦用于控制的單元100是穩(wěn)定的， 則單元300不改變控制器的特性。但是一旦通過(guò)單元200確認(rèn)不穩(wěn)定，則單元300對(duì)此發(fā) 出命令，按照本發(fā)明改變控制器100的特性。 在圖3中示出控制器組的方框圖，它們共同地通過(guò)用于檢測(cè)控制器的不穩(wěn)定和穩(wěn) 定的單元201按照本發(fā)明進(jìn)行穩(wěn)定。在所述方框圖中示出兩個(gè)分別用于控制一個(gè)受控變量 401和402的簡(jiǎn)化的單元101和102，其中單元201使兩個(gè)單元101和102按照本發(fā)明的方 法穩(wěn)定，在該方法中用于改變控制器特性的單元301和302通過(guò)控制器輸出值的乘法或除 法來(lái)改變控制器101和102的特性。
權(quán)利要求
一種利用控制回路穩(wěn)定控制器的方法，具有至少一個(gè)用于檢測(cè)控制器不穩(wěn)定性的步驟(2)、至少一個(gè)用于改變控制器的特性的步驟(7)和至少一個(gè)用于檢測(cè)控制行為的變化的步驟(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中為了檢測(cè)不穩(wěn)定性，檢測(cè)在給定的時(shí)間段上控制器 輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差(ο D，并且將所述標(biāo)準(zhǔn)差(σ D與事先選擇的值(ο max)進(jìn)行比較(3)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中為了改變控制器的特性，使控制器輸出信號(hào)與可 變化的值相乘(7a)，或者除以(7b)可變化的值。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中檢測(cè)在控制器的特性變化(7a，7b) 以后在給定的時(shí)間段上控制器輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差(ο 2)，并且接著與在控制器的特性變化 (7a, 7b)以前控制器輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差(O1)進(jìn)行比較(9a)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)之前執(zhí)行的使控制器特性變化(7a， 7b)的措施造成不穩(wěn)定性減小(9aa)時(shí)，相同地重復(fù)(10_3)用于使所述控制器特性變化 (7a, 7b)的措施，并且當(dāng)之前執(zhí)行的使控制器特性變化(7a，7b)的措施造成不穩(wěn)定性增大 Oab)時(shí)，改變地重復(fù)(10-3)用于使所述控制器特性變化(7a，7b)的措施。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)所述重復(fù)(10-3)控制回路執(zhí)行設(shè)有 給定的和最大的次數(shù)(nmax)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法的應(yīng)用，用于穩(wěn)定內(nèi)燃機(jī)的怠速。
8.使用如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其中使用于怠速轉(zhuǎn)數(shù)、軌壓和輸入的空氣質(zhì)量的控 制器的控制器特性同時(shí)穩(wěn)定。
9.使用如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其中設(shè)有穩(wěn)定控制器的預(yù)選的順序。
10.使用如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用，其中對(duì)于給定的大氣壓力和/或燃料 溫度和/或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度分別設(shè)有控制回路執(zhí)行的最大次數(shù)(nmax)。
11.控制裝置，用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述方法，其具有至少一個(gè)用于檢 測(cè)控制器穩(wěn)定性的單元(200)和至少一個(gè)用于改變控制(100)單元特性的單元(300)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定控制器的方法以及這種方法在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用，用于使控制器整體穩(wěn)定。本發(fā)明提供，首先確定或排除控制器的穩(wěn)定性，改變控制器的控制特性，并重新檢驗(yàn)穩(wěn)定性，并且在循環(huán)中重復(fù)所述步驟。為了在內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用，本發(fā)明提出，確定進(jìn)行穩(wěn)定的順序，并且有選擇地根據(jù)外界參數(shù)來(lái)執(zhí)行。
文檔編號(hào)F02D31/00GK101855436SQ200880115231
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者S·德特里考德, T·米勒 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司