專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)控制輸入進(jìn)行控制而使控制對(duì)象的控制量收斂于目標(biāo)值的控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為這種控制裝置提出了本申請(qǐng)人(美國(guó)申請(qǐng)受讓人)在日本特開(kāi)2005-23922號(hào)公報(bào)中記載的裝置。該控制裝置通過(guò)對(duì)作為控制對(duì)象的離合機(jī)構(gòu)輸入控制輸入，來(lái)控制作為控制量的被驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，該控制裝置具有計(jì)算控制輸入的控制器。該控制器根據(jù)定義了控制輸入和控制量之間關(guān)系的控制對(duì)象模型，按照目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴▉?lái)計(jì)算控制輸入。然后，通過(guò)將該控制輸入向離合機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器進(jìn)行輸入，控制成使控制量收斂于目標(biāo)值。
在上述的控制裝置中，按照目標(biāo)值濾波型2自由度滑?？刂扑惴▉?lái)計(jì)算控制輸入，因此能夠分別對(duì)控制量向目標(biāo)值的收斂速度和控制量向目標(biāo)值的收斂特性進(jìn)行可變調(diào)整，由此確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度這兩者。
在將上述現(xiàn)有控制裝置應(yīng)用于后述的具有極值特性的控制對(duì)象或多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象(即具有多個(gè)控制輸入和多個(gè)控制量的控制對(duì)象)時(shí)，由于以下所述原因而可能導(dǎo)致控制的穩(wěn)定性和控制精度降低。
首先，在將上述現(xiàn)有控制裝置應(yīng)用于具有控制量相對(duì)于控制輸入的變化表現(xiàn)出極值(極大值或者極小值)的特性的控制對(duì)象(以下稱為“具有極值特性的控制對(duì)象”)的情況下，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為比控制量的極大值大的值時(shí)或者被設(shè)定為比極小值小的值時(shí)，由于控制量無(wú)法達(dá)到目標(biāo)值，因此控制輸入被計(jì)算為變化到該最大值或最小值，其結(jié)果，導(dǎo)致在顯著偏離目標(biāo)值的方向上對(duì)控制量進(jìn)行控制。即，導(dǎo)致控制系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)且控制精度大幅降低。這樣的狀態(tài)在多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象的情況下，較之于單輸入單輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象發(fā)生的可能性更高。
另外，通常，在多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象中，大多存在多個(gè)控制輸入相互干涉的關(guān)系。對(duì)此，在上述以往的控制裝置中，由于構(gòu)成為以一個(gè)控制輸入控制一個(gè)控制量，因此其它控制輸入對(duì)一個(gè)控制輸入產(chǎn)生干涉，從而可能導(dǎo)致控制量向目標(biāo)值的收斂特性變得不穩(wěn)定或者收斂速度降低。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，在多輸入多輸出系統(tǒng)中，在實(shí)施大量條件判定處理或參數(shù)匹配等的情況下，控制程序或匹配數(shù)據(jù)成為龐大的數(shù)量，因此為了存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)需要大容量ROM，從而導(dǎo)致制造成本增大，并且增大了運(yùn)算時(shí)的控制程序執(zhí)行量和數(shù)據(jù)處理量，導(dǎo)致運(yùn)算負(fù)荷增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供在對(duì)具有極值特性的控制對(duì)象或多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，可同時(shí)確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度，并可降低制造成本和運(yùn)算負(fù)荷的控制裝置。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明第一方面的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元，其根據(jù)定義了控制對(duì)象的控制輸入和控制量之間關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算表示該控制輸入和該控制量之間的相關(guān)性的相關(guān)性參數(shù)；目標(biāo)值設(shè)定單元，其設(shè)定成為所述控制量的目標(biāo)的目標(biāo)值；以及控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)預(yù)定的控制算法，計(jì)算所述控制輸入，使所述控制量收斂于所述目標(biāo)值，并且根據(jù)所述相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定所述控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的控制裝置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)定義了控制對(duì)象的控制輸入和控制量之間關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算表示控制輸入和控制量之間的相關(guān)性的相關(guān)性參數(shù)，通過(guò)預(yù)定的控制算法計(jì)算控制輸入，使控制量收斂于目標(biāo)值，并且根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。首先，在根據(jù)相關(guān)性參數(shù)確定控制輸入的增減程度時(shí)，即使在控制量對(duì)于控制輸入的靈敏度即相關(guān)性對(duì)應(yīng)于控制輸入的值而變化時(shí)，也能夠?qū)?yīng)于該相關(guān)性的變化來(lái)確定控制輸入的增減程度，由此，可以將控制量控制成收斂于目標(biāo)值，而不產(chǎn)生振蕩狀態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài)。即，能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性。
另外，在根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向時(shí)，例如在對(duì)控制量相對(duì)于控制輸入的變化而表現(xiàn)出極大值的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為極大值以下的值時(shí)，能夠高精度地使控制量收斂于目標(biāo)值。另一方面，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為超過(guò)極大值的值時(shí)，當(dāng)控制量隨著控制輸入的變化而按照通過(guò)該極大值的方式變化時(shí)，控制輸入和控制量之間的相關(guān)性則變高后轉(zhuǎn)低，相關(guān)性參數(shù)表示該情況。因此，根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O大值附近。
與上述相反地，在對(duì)控制量相對(duì)于控制輸入的變化表現(xiàn)出極小值的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為極小值以上的值時(shí)，能夠高精度地使控制量收斂于目標(biāo)值。另一方面，即使當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為小于極小值的值時(shí)，隨著控制輸入的變化，控制量按照通過(guò)該極小值的方式變化時(shí)，控制輸入和控制量之間的相關(guān)性在一度升高后再次降低，同時(shí)從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方變?yōu)榱硪环?，相關(guān)性參數(shù)示出該相關(guān)性變化。因此，根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O小值附近，由此能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度的雙方。如上所述，在對(duì)具有極值特性的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O值附近，由此可以確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度雙方。
此外，在根據(jù)相關(guān)性參數(shù)確定控制輸入的增減程度和增減方向雙方時(shí)，能夠獲得全部的以上這樣的作用效果(另外，在本說(shuō)明書(shū)中，“相關(guān)性參數(shù)計(jì)算”、“控制輸入的計(jì)算或確定”和“目標(biāo)值設(shè)定”等的“計(jì)算”、“確定”和“設(shè)定”，并不限于通過(guò)程序進(jìn)行運(yùn)算、確定和設(shè)定，也包括通過(guò)電路生成表示這些量的電信號(hào))。
優(yōu)選所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元具有虛擬控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)對(duì)所述控制輸入加上具有預(yù)定的周期性的周期信號(hào)值，從而按預(yù)定周期計(jì)算虛擬控制輸入作為時(shí)序數(shù)據(jù)；虛擬控制量計(jì)算單元，其根據(jù)所述控制對(duì)象模型，按所述預(yù)定周期計(jì)算虛擬控制量作為時(shí)序數(shù)據(jù)，其中，所述虛擬控制量相當(dāng)于將所述虛擬控制輸入作為所述控制對(duì)象模型的所述控制輸入時(shí)的所述控制量；以及參數(shù)計(jì)算單元，其通過(guò)使所述周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘，來(lái)計(jì)算多個(gè)乘積，并根據(jù)該多個(gè)乘積之和，按所述預(yù)定周期計(jì)算所述相關(guān)性參數(shù)。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，通過(guò)將周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘，來(lái)計(jì)算多個(gè)乘積，并根據(jù)該多個(gè)乘積之和來(lái)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)，因此相關(guān)性參數(shù)作為與相互相關(guān)函數(shù)接近的值，即表示周期信號(hào)值與虛擬控制量之間相關(guān)性的值而算出。其結(jié)果，周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)性越高，相關(guān)性參數(shù)的絕對(duì)值越大，而相關(guān)性越低則絕對(duì)值越接近值0，并且當(dāng)周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方向另一方變化時(shí)，相關(guān)性參數(shù)的符號(hào)正負(fù)反轉(zhuǎn)。因此，如上所述，根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O值附近。在該情況下，由于根據(jù)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制輸入的增減方向，因此當(dāng)相關(guān)性參數(shù)計(jì)算未完成時(shí)無(wú)法適當(dāng)?shù)赜?jì)算控制輸入，所以需要將控制輸入的計(jì)算周期設(shè)定為比周期信號(hào)值的周期長(zhǎng)，其結(jié)果，控制輸入作為在比周期信號(hào)值低的頻帶中變化的值而算出。即，當(dāng)對(duì)周期信號(hào)值和控制輸入進(jìn)行比較時(shí)，關(guān)于反映到虛擬控制輸入和虛擬控制量雙方中的程度，周期信號(hào)值與控制輸入相比非常高，因此表現(xiàn)周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)性的值成為從結(jié)果上來(lái)看表現(xiàn)虛擬控制輸入與虛擬控制量之間的相關(guān)性的值，其結(jié)果，可以作為高精度地表現(xiàn)控制輸入與控制量之間的相關(guān)性的值來(lái)算出相關(guān)性參數(shù)。
優(yōu)選所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元還具有濾波單元，該濾波單元對(duì)所述周期信號(hào)值和所述虛擬控制量實(shí)施預(yù)定的濾波處理，所述參數(shù)計(jì)算單元通過(guò)將實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，從而計(jì)算所述多個(gè)乘積。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)將實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘后的多個(gè)乘積之和，來(lái)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)。通過(guò)對(duì)控制輸入加上周期信號(hào)值來(lái)計(jì)算虛擬控制輸入，并且作為把虛擬控制輸入作為控制對(duì)象模型中的控制輸入時(shí)的控制量來(lái)計(jì)算虛擬控制量，因此如果虛擬控制量與周期信號(hào)值之間的相關(guān)性高，則所含周期信號(hào)值的頻率成分比例較高。因此在計(jì)算相關(guān)性參數(shù)時(shí)，周期信號(hào)值頻率成分以外的穩(wěn)態(tài)成分等具有成為計(jì)算誤差的可能性，因此優(yōu)選除去這些穩(wěn)態(tài)成分。另一方面，如上所述，控制輸入是作為在比周期信號(hào)值低的頻帶中變化的值而算出的，因此成為虛擬控制量中的穩(wěn)態(tài)成分，可能成為導(dǎo)致計(jì)算誤差的原因。與此相對(duì)，在本控制裝置中，使用實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的周期信號(hào)值和虛擬控制量的時(shí)序數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)，因此通過(guò)適當(dāng)設(shè)定該預(yù)定的濾波處理特性，能夠除去虛擬控制量中所含的穩(wěn)態(tài)成分并使周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相位特性等一致，可高精度地計(jì)算相關(guān)性參數(shù)。由此，即使例如在控制輸入隨著目標(biāo)值大幅變化而顯著變化時(shí)，也能夠避免其影響而高精度地計(jì)算相關(guān)性參數(shù)。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高控制的穩(wěn)定性和控制精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第二方式中，提供一種控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元，其根據(jù)定義了控制對(duì)象的多個(gè)控制輸入和控制量之間的關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算分別表示該多個(gè)控制輸入和該控制量之間的相關(guān)性的多個(gè)相關(guān)性參數(shù)；目標(biāo)值設(shè)定單元，其設(shè)定成為所述控制量的目標(biāo)的目標(biāo)值；控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)預(yù)定的控制算法，分別計(jì)算所述多個(gè)控制輸入，使所述控制量收斂于所述目標(biāo)值，并且分別根據(jù)所述多個(gè)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定該各控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的控制裝置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)定義了控制對(duì)象的多個(gè)控制輸入和控制量之間的關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算分別表示多個(gè)控制輸入和控制量之間的相關(guān)性的多個(gè)相關(guān)性參數(shù)，通過(guò)預(yù)定的控制算法，分別計(jì)算多個(gè)控制輸入，使控制量收斂于目標(biāo)值，并且分別根據(jù)多個(gè)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定各控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。
首先，在根據(jù)各個(gè)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定各控制輸入的增減程度時(shí)，把相關(guān)性較強(qiáng)一方的控制輸入的增減程度設(shè)定得大，而同時(shí)把相關(guān)性較弱一方的控制輸入的增減程度設(shè)定得小，從而能夠抑制多個(gè)控制輸入之間的相互干涉，并使這些控制輸入彼此協(xié)調(diào)，使控制量高精度地收斂于目標(biāo)值。
另外，在根據(jù)各相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定各控制輸入的增減方向時(shí)，如下所述，即使在對(duì)控制量相應(yīng)于多個(gè)控制輸入中任一個(gè)的變化表現(xiàn)出極值(極大值或極小值)的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度雙方。以下，將控制量相對(duì)于控制輸入的變化而表現(xiàn)出極值(極大值或極小值)的控制輸入稱為“極值化控制輸入”。例如，在對(duì)控制量相應(yīng)于極值化控制輸入的變化而表現(xiàn)出極大值的控制對(duì)象進(jìn)行控制的情況下，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為極大值以下的值時(shí)，能夠高精度地使控制量收斂于目標(biāo)值。另一方面，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為超過(guò)最大值的值時(shí)，當(dāng)控制量隨著極值化控制輸入的變化而按照通過(guò)該極大值的方式變化時(shí)，極值化控制輸入和控制量之間的相關(guān)性則一度升高之后再次轉(zhuǎn)低，同時(shí)從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方向另一方變化，這樣的相關(guān)性的變化表現(xiàn)為與極值化控制輸入相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性參數(shù)。因此，根據(jù)與極值化控制輸入相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定控制極值化控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３衷谄錁O大值附近，由此，可以確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度雙方。
并且，與上述相反地，在對(duì)控制量相應(yīng)于極值化控制輸入的變化而表現(xiàn)出極小值的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為極小值以上的值時(shí)，能夠高精度地使控制量收斂于目標(biāo)值。另一方面，當(dāng)目標(biāo)值被設(shè)定為小于極小值時(shí)，當(dāng)控制量隨著極值化控制輸入的變化而按照通過(guò)該極小值的方式變化時(shí)，極值化控制輸入和控制量之間的相關(guān)性在一度升高后再次降低，同時(shí)從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方變?yōu)榱硪环?，與極值化控制輸入相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性參數(shù)表現(xiàn)出這樣的相關(guān)性變化。因此，根據(jù)與極值化控制輸入相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定極值化控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O小值附近，由此，能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度雙方。如上所述，在對(duì)控制量相應(yīng)于控制輸入的變化而表現(xiàn)出極大值或極小值的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度雙方。
此外，在根據(jù)各相關(guān)性參數(shù)確定各控制輸入的增減程度和增減方向的雙方時(shí)，能夠獲得全部以上的作用效果。
優(yōu)選所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元具有虛擬控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)分別對(duì)所述多個(gè)控制輸入加上具有預(yù)定的周期性的多個(gè)周期信號(hào)值，從而按預(yù)定的第1周期計(jì)算多個(gè)虛擬控制輸入作為時(shí)序數(shù)據(jù)；虛擬控制量計(jì)算單元，其根據(jù)所述控制對(duì)象模型，按所述第1周期計(jì)算虛擬控制量作為時(shí)序數(shù)據(jù)，其中，所述虛擬控制量相當(dāng)于將所述多個(gè)虛擬控制輸入分別作為所述控制對(duì)象模型中的所述多個(gè)控制輸入時(shí)的所述控制量；以及參數(shù)計(jì)算單元，其通過(guò)將所述多個(gè)周期信號(hào)值各自的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘，來(lái)計(jì)算多個(gè)乘積，并根據(jù)該多個(gè)乘積之和，按所述第1周期計(jì)算所述各相關(guān)性參數(shù)。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)把多個(gè)周期信號(hào)值各自的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘得到的多個(gè)乘積之和，來(lái)分別計(jì)算各相關(guān)性參數(shù)，因此各相關(guān)性參數(shù)作為與相互相關(guān)函數(shù)接近的值，即表示周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)性的值而算出。其結(jié)果，各周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)性越高，各相關(guān)性參數(shù)的絕對(duì)值越大，而相關(guān)性越低則絕對(duì)值越接近值0，同時(shí)當(dāng)各周期信號(hào)值與虛擬控制量之間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方朝另一方變化時(shí)，相關(guān)性參數(shù)的符號(hào)正負(fù)反轉(zhuǎn)。因此，如上所述，根據(jù)與極值化控制輸入相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定極值化控制輸入的增減方向，從而能夠?qū)⒖刂屏勘３钟谠摌O值附近。
在該情況下，由于根據(jù)各相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定各控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方，因此當(dāng)各相關(guān)性參數(shù)計(jì)算未完成時(shí)無(wú)法適當(dāng)?shù)赜?jì)算各控制輸入，所以需要將各控制輸入的計(jì)算周期設(shè)定為比周期信號(hào)值的周期長(zhǎng)，其結(jié)果，各控制輸入作為在比周期信號(hào)值低的頻帶中變化的值而算出。即，各周期信號(hào)值反映到各虛擬控制輸入和虛擬控制量雙方中的程度與各控制輸入相比非常高，因此表現(xiàn)各周期信號(hào)值與虛擬控制量之間相關(guān)性的值從結(jié)果上來(lái)看成為表現(xiàn)各虛擬控制輸入與虛擬控制量之間的相關(guān)性的值，其結(jié)果，能夠作為高精度地表現(xiàn)各控制輸入與控制量之間的相關(guān)性的值而算出各相關(guān)性參數(shù)。此外，使用離散時(shí)間系統(tǒng)模型，按預(yù)定的第1周期計(jì)算多個(gè)虛擬控制輸入、虛擬控制量和多個(gè)相關(guān)性參數(shù)(即在線而實(shí)時(shí)地計(jì)算)，因此在使用多個(gè)控制輸入來(lái)控制多輸入多輸出系統(tǒng)中的控制量時(shí)，與在運(yùn)算時(shí)進(jìn)行大量條件判定處理或映射后的大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理的控制裝置相比，能夠降低制造成本和運(yùn)算負(fù)荷。
更加優(yōu)選，所述多個(gè)周期信號(hào)值具有互不相同的預(yù)定的多個(gè)第2周期，該多個(gè)第2周期比所述第1周期長(zhǎng)，設(shè)定為該第1周期的整數(shù)倍的值，所述控制輸入計(jì)算單元的所述各控制輸入的計(jì)算周期設(shè)定為所述多個(gè)第2周期的最小公倍數(shù)的整數(shù)倍。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，多個(gè)周期信號(hào)值具有互不相同的預(yù)定的多個(gè)第2周期，因此分別反映在虛擬控制量上的多個(gè)周期信號(hào)值的頻率彼此不同，從而能夠作為高精度表現(xiàn)各周期信號(hào)值和虛擬控制量之間的相關(guān)性，即各控制輸入與控制量之間的相關(guān)性的值來(lái)算出各相關(guān)性參數(shù)。另外，多個(gè)第2周期比第1周期長(zhǎng)，設(shè)定為第1周期的整數(shù)倍的值，并且控制輸入計(jì)算單元的各控制輸入的計(jì)算周期被設(shè)定為多個(gè)第2周期的最小公倍數(shù)的整數(shù)倍，因此能夠與可靠地計(jì)算出各相關(guān)性參數(shù)的定時(shí)同步，恰當(dāng)?shù)赜?jì)算各控制輸入。由此，在控制中，例如多個(gè)控制輸入隨著目標(biāo)值的變化而以相同定時(shí)分別大幅變化的情況下，也能夠高精度地計(jì)算多個(gè)相關(guān)性參數(shù)，從而避免多個(gè)控制輸入之間的干涉，并使控制量高精度地收斂于目標(biāo)值。此外，即使在控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，也能夠避免各控制輸入的增減程度和/或增減方向受各周期信號(hào)值的影響而振蕩，從而確保較高的控制穩(wěn)定性。
優(yōu)選所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元還具有濾波單元，該濾波單元對(duì)所述各周期信號(hào)值和所述虛擬控制量進(jìn)行預(yù)定的濾波處理，所述參數(shù)計(jì)算單元通過(guò)將實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述各周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，從而計(jì)算所述多個(gè)乘積。
根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)將實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的各周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘得到的乘積之和，來(lái)分別計(jì)算多個(gè)相關(guān)性參數(shù)。通過(guò)對(duì)各控制輸入加上各周期信號(hào)值來(lái)計(jì)算各虛擬控制輸入，并且作為把各虛擬控制輸入作為控制對(duì)象模型中的各控制輸入時(shí)的控制量而算出虛擬控制量，因此虛擬控制量與各周期信號(hào)值的相關(guān)性越高，虛擬控制量中所包含的各周期信號(hào)值的頻率成分比例越高。因此，當(dāng)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)時(shí)，存在各周期信號(hào)值的頻率成分以外的穩(wěn)態(tài)成分等成為計(jì)算誤差的可能性，因而希望去除這些穩(wěn)態(tài)成分。另一方面，如上所述，各控制輸入作為在比各周期信號(hào)值低的頻帶中變化的值而算出，因此成為虛擬控制量中的穩(wěn)態(tài)成分而可能成為導(dǎo)致計(jì)算誤差的原因。對(duì)此，在該控制裝置中，使用實(shí)施了預(yù)定的濾波處理的各周期信號(hào)值和虛擬控制量的時(shí)序數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)，因此可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)定該預(yù)定的濾波處理的特性，來(lái)去除虛擬控制量中所包含的穩(wěn)態(tài)成分，并使各周期信號(hào)值和虛擬控制量間的相位特性等一致，恰當(dāng)?shù)赜?jì)算相關(guān)性參數(shù)。由此，即使例如在控制輸入隨著目標(biāo)值的大幅變化而顯著變化時(shí)，也能夠在避免其影響的同時(shí)計(jì)算相關(guān)性參數(shù)。其結(jié)果，可進(jìn)一步提高控制穩(wěn)定性和控制精度。
優(yōu)選所述控制對(duì)象為內(nèi)燃機(jī)。
通常，內(nèi)燃機(jī)為多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象，因此根據(jù)該優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)，在控制這種多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象時(shí)，能夠獲得前述的作用效果。
本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)以下根據(jù)附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明而更加明了。


圖1是示出作為應(yīng)用了本發(fā)明的控制裝置的控制對(duì)象的內(nèi)燃機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是示出控制裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是用于說(shuō)明進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟動(dòng)作的氣門(mén)升程曲線。
圖4是用于說(shuō)明排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)開(kāi)啟動(dòng)作的氣門(mén)升程曲線。
圖5是示出將內(nèi)燃機(jī)看作多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象時(shí)的控制輸入和控制量的圖。
圖6是示出將內(nèi)燃機(jī)視為以圖示平均有效壓力Pmi為控制量、以進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl為控制輸入的控制對(duì)象而進(jìn)行建模時(shí)的控制對(duì)象模型的圖。
圖7是表示控制裝置的概略結(jié)構(gòu)的功能框圖。
圖8是表示在線模型分析器的概略結(jié)構(gòu)的功能框圖。
圖9示出用于第1和第2周期信號(hào)值的基本值S1’、S2’的計(jì)算的映射圖的一例。
圖10是示出協(xié)調(diào)控制器的概略結(jié)構(gòu)的功能框圖。
圖11是表示第1和第2響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2的計(jì)算處理的流程圖。
圖12是表示可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制處理的流程圖。
圖13是示出發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制時(shí)用于計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin的映射圖的一例的圖。
圖14是表示發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制時(shí)在排氣再開(kāi)角θrbl的計(jì)算中使用的映射圖的一例的圖。
圖15是表示催化劑暖機(jī)控制時(shí)在進(jìn)氣開(kāi)角θlin的計(jì)算中使用的映射圖的一例的圖。
圖16是表示催化劑暖機(jī)控制時(shí)在排氣再開(kāi)角θrbl的計(jì)算中使用的映射圖的一例的圖。
圖17是表示通?？刂茣r(shí)在圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd的計(jì)算中使用的映射圖的一例的圖。
圖18是表示控制裝置的圖示平均有效壓力Pmi的控制的仿真結(jié)果的一例的時(shí)序圖。
圖19是示出為了進(jìn)行比較，將排氣再開(kāi)角θrbl保持為值0，而僅以進(jìn)氣開(kāi)角θlin控制圖示平均有效壓力Pmi時(shí)的仿真結(jié)果的一例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制裝置進(jìn)行說(shuō)明。本控制裝置以圖1所示內(nèi)燃機(jī)(以下稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)”)3為控制對(duì)象，且如圖2所示具有ECU 2。該ECU 2如后所述根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，執(zhí)行圖示平均有效壓力Pmi(即發(fā)生扭矩)的控制處理等各種控制處理。
如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)3為具有四組氣缸3a和活塞3b(僅示出一組)的直列四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝于未圖示的車輛中。該發(fā)動(dòng)機(jī)3可進(jìn)行HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition，均質(zhì)充量壓縮著火)運(yùn)轉(zhuǎn)即壓縮著火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)，在預(yù)定的壓縮著火運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，通過(guò)壓縮著火燃燒來(lái)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，并在此外的火花點(diǎn)火運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，通過(guò)火花點(diǎn)火燃燒來(lái)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)3上對(duì)每個(gè)氣缸3a設(shè)置有進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4、排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5、燃料噴射閥6和火花塞7(圖2中僅示出一個(gè))。該進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4為通過(guò)電磁力對(duì)進(jìn)氣門(mén)4a進(jìn)行開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)的電磁式機(jī)構(gòu)，具有在關(guān)閉方向上對(duì)進(jìn)氣門(mén)4a施力的螺旋彈簧，以及與ECU2電連接的進(jìn)氣電磁元件4b(圖2中僅示出一個(gè))等。
在該進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4中，當(dāng)進(jìn)氣電磁元件4b為非勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)4a通過(guò)螺旋彈簧的彈力而保持于關(guān)閉位置。另外，當(dāng)進(jìn)氣電磁元件4b被ECU 2勵(lì)磁時(shí)，進(jìn)氣門(mén)4a通過(guò)該電磁力，克服螺旋彈簧的彈力，向開(kāi)啟方向驅(qū)動(dòng)，而保持于開(kāi)啟狀態(tài)，且當(dāng)進(jìn)氣電磁元件4b恢復(fù)非勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，通過(guò)螺旋彈簧的彈力而返回關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，如圖3所示，進(jìn)氣門(mén)4a通過(guò)進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4可自由變更開(kāi)啟定時(shí)和關(guān)閉定時(shí)，并使其氣門(mén)升程曲線構(gòu)成為大致梯形形狀。在本實(shí)施方式中，通過(guò)ECU 2控制進(jìn)氣門(mén)4a，使其開(kāi)啟定時(shí)保持為固定，并且其關(guān)閉定時(shí)處于圖3中通過(guò)實(shí)線所示的遲閉定時(shí)和該圖中通過(guò)雙點(diǎn)劃線所示的早閉定時(shí)之間。另外，在以下說(shuō)明中，將進(jìn)氣門(mén)4a開(kāi)啟過(guò)程中保持為最大升程的曲軸角的期間稱為“進(jìn)氣開(kāi)角θlin”(參照?qǐng)D3)。
另一方面，排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5與進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4同樣，為通過(guò)電磁力對(duì)排氣門(mén)5a進(jìn)行開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)的電磁式機(jī)構(gòu)，其具有在關(guān)閉方向上對(duì)排氣門(mén)5a施力的螺旋彈簧，以及與ECU 2電連接的排氣電磁元件5b(圖2中僅示出一個(gè))等。
在該排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中，當(dāng)排氣電磁元件5b為非勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，排氣門(mén)5a通過(guò)螺旋彈簧的彈力而保持于關(guān)閉位置。另外，當(dāng)排氣電磁元件5b被ECU 2勵(lì)磁時(shí)，排氣門(mén)5a通過(guò)其電磁力，克服螺旋彈簧的彈力，向開(kāi)啟方向驅(qū)動(dòng)，保持于開(kāi)啟狀態(tài)，并且當(dāng)排氣電磁元件5b恢復(fù)到非勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，通過(guò)螺旋彈簧的彈力，返回關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，如圖4所示，排氣門(mén)5a通過(guò)排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5可自由變更開(kāi)啟定時(shí)和關(guān)閉定時(shí)，并使其氣門(mén)升程曲線構(gòu)成為大致梯形形狀。在本實(shí)施方式中如該圖所示，通過(guò)ECU 2控制排氣門(mén)5a而在一個(gè)燃燒周期中在通常的排氣行程中開(kāi)啟，且特別地在進(jìn)氣行程中再次開(kāi)啟。
此時(shí)，排氣門(mén)5a在排氣行程中的氣門(mén)定時(shí)保持固定。另一方面，在進(jìn)氣行程時(shí)的再開(kāi)啟動(dòng)作中，控制排氣門(mén)5a，使得其開(kāi)啟定時(shí)保持固定，并且關(guān)閉定時(shí)處于該圖中以實(shí)線所示的遲閉定時(shí)和以雙點(diǎn)劃線所示的早閉定時(shí)之間。執(zhí)行該排氣門(mén)5a的再開(kāi)啟動(dòng)作，以通過(guò)將從鄰接于相關(guān)氣缸3a的氣缸3a排出的廢氣吸入相關(guān)氣缸3a，使燃燒室內(nèi)的混合氣溫度上升到可壓縮著火燃燒的溫度。另外在以下說(shuō)明中，將排氣門(mén)5a的再開(kāi)啟動(dòng)作中保持為最大升程的曲軸角的期間稱為“排氣再開(kāi)角θrbl”(參照?qǐng)D4)。
另一方面，燃料噴射閥6安裝于氣缸蓋3c上，能夠向燃燒室內(nèi)直接噴射燃料。即，發(fā)動(dòng)機(jī)3構(gòu)成為直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。并且，燃料噴射閥6與ECU2電連接，通過(guò)ECU 2控制開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)啟定時(shí)。即，執(zhí)行燃料噴射控制。
此外，火花塞7也與ECU 2電連接，通過(guò)ECU 2，在發(fā)動(dòng)機(jī)3處于前述火花點(diǎn)火運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)控制放電狀態(tài)，按照與點(diǎn)火正時(shí)相對(duì)應(yīng)的定時(shí)來(lái)使燃燒室內(nèi)的混合氣體燃燒。即，執(zhí)行點(diǎn)火正時(shí)控制。
而且，在發(fā)動(dòng)機(jī)3中還設(shè)有可變壓縮比機(jī)構(gòu)8、曲軸角傳感器20和水溫傳感器21。該可變壓縮比機(jī)構(gòu)8構(gòu)成為與本申請(qǐng)人(美國(guó)申請(qǐng)受讓人)在此通過(guò)引用而并入的日本特開(kāi)2005-273634號(hào)公報(bào)中提出的機(jī)構(gòu)相同，因此省略其具體說(shuō)明，是通過(guò)改變活塞3b的上死點(diǎn)位置即活塞3b的行程，而在預(yù)定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)地改變壓縮比Cr的機(jī)構(gòu)。該可變壓縮比機(jī)構(gòu)8具有與ECU 2電連接的壓縮比致動(dòng)器8a(參照?qǐng)D2)，ECU 2通過(guò)該壓縮比致動(dòng)器8a來(lái)驅(qū)動(dòng)可變壓縮比機(jī)構(gòu)8，從而將壓縮比Cr控制為目標(biāo)壓縮比Cr_cmd。
曲軸角傳感器20由磁性轉(zhuǎn)子和MRE拾取器構(gòu)成，伴隨曲軸3d的旋轉(zhuǎn)，向ECU 2輸出均為脈沖信號(hào)的CRK信號(hào)和TDC信號(hào)。
該CRK信號(hào)每曲軸角1度輸出1個(gè)脈沖，ECU 2根據(jù)該CRK信號(hào)，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速(以下稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速”)NE。此外，TDC信號(hào)是表示各氣缸3a的活塞3b處于比進(jìn)氣行程的TDC位置略靠前的預(yù)定的曲軸角位置的信號(hào)，在本實(shí)施方式的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)3中，每180度曲軸角輸出1個(gè)脈沖。
水溫傳感器21用于檢測(cè)在發(fā)動(dòng)機(jī)3的缸體內(nèi)循環(huán)的冷卻水的溫度，即發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW，并向ECU 2輸出表示水溫的信號(hào)。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)3的進(jìn)氣通路9中，從上游側(cè)開(kāi)始依次設(shè)有空氣流量傳感器22、進(jìn)氣加熱器10和渦輪增壓器11。該空氣流量傳感器22由熱線式空氣流量計(jì)構(gòu)成，檢測(cè)流經(jīng)進(jìn)氣通路9的空氣流量，并向ECU2輸出表示該空氣流量的信號(hào)。ECU 2根據(jù)空氣流量傳感器22的檢測(cè)信號(hào)，來(lái)計(jì)算吸入到氣缸3a中的空氣量。
此外，進(jìn)氣加熱器10與ECU 2電連接，在被ECU 2開(kāi)啟時(shí)，對(duì)流過(guò)進(jìn)氣通路9內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，使其溫度上升。
渦輪增壓器11具有在進(jìn)氣通路9內(nèi)空氣流量傳感器22的下游側(cè)設(shè)置的壓縮機(jī)葉片11a；設(shè)置于排氣通路12途中，與壓縮機(jī)葉片11a一體旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片11b；多個(gè)可變?nèi)~片11c(圖中僅示出兩個(gè))；以及驅(qū)動(dòng)可變?nèi)~片11c的葉片致動(dòng)器11d等。
在該渦輪增壓器11中，當(dāng)通過(guò)排氣通路12內(nèi)的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪葉片11b旋轉(zhuǎn)時(shí)，與其一體的壓縮機(jī)葉片11a也同時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而使進(jìn)氣通路9內(nèi)的空氣加壓。即，執(zhí)行增壓動(dòng)作。
此外，可變?nèi)~片11c用于使渦輪增壓器11產(chǎn)生的增壓壓力變化，可自由旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體的收容渦輪葉片11b的部分的壁上。ECU 2通過(guò)葉片致動(dòng)器11d使可變?nèi)~片11c的開(kāi)度變化，改變吹到渦輪葉片11b上的廢氣量，從而使渦輪葉片11b的轉(zhuǎn)速即壓縮機(jī)葉片11a的轉(zhuǎn)速變化。由此，能夠?qū)⒃鰤簤毫c控制為目標(biāo)過(guò)給壓Pc_cmd。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)3的排氣通路12的渦輪葉片11b下游側(cè)分別設(shè)置有LAF傳感器23。LAF傳感器23由氧化鋯和鉑電極等構(gòu)成，在比理論空燃比濃的濃區(qū)域到極稀區(qū)域的寬范圍的空燃比區(qū)域內(nèi)，線性地檢測(cè)流過(guò)排氣通路12內(nèi)部的廢氣中的氧濃度，并向ECU 2輸出表示該濃度的檢測(cè)信號(hào)。ECU 2根據(jù)該LAF傳感器23的檢測(cè)信號(hào)值，來(lái)計(jì)算表示廢氣中的空燃比的檢測(cè)空燃比AF，并將該檢測(cè)空燃比AF控制成為目標(biāo)空燃比AF_cmd。
而且，如圖2所示，在ECU 2上連接有缸內(nèi)壓力傳感器24、油門(mén)開(kāi)度傳感器25和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)(以下稱為“IG·SW”)26。該缸內(nèi)壓力傳感器24是與火花塞7一體式的壓電元件型，設(shè)在每個(gè)氣缸3a上(圖中僅示出一個(gè))。缸內(nèi)壓力傳感器24隨著各氣缸3a內(nèi)的壓力即缸內(nèi)壓力Pcyl的變化而彎曲，從而向ECU 2輸出表示缸內(nèi)壓力Pcyl的檢測(cè)信號(hào)。ECU 2根據(jù)該缸內(nèi)壓力傳感器24的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算圖示平均有效壓力Pmi(即發(fā)生扭矩)。
此外，油門(mén)開(kāi)度傳感器25向ECU 2輸出表示車輛的未圖示的油門(mén)踏板的踩下量(以下稱為“油門(mén)開(kāi)度”)AP的檢測(cè)信號(hào)。IG·SW 26通過(guò)點(diǎn)火鑰匙(未圖示)操作而接通/斷開(kāi)，并向ECU 2輸出表示該接通/斷開(kāi)狀態(tài)的信號(hào)。
ECU 2由微電腦構(gòu)成，該微電腦由CPU、RAM、ROM和I/O接口(均未圖示)等構(gòu)成，ECU 2根據(jù)上述各種傳感器20～25的檢測(cè)信號(hào)和IG·SW 26的接通/斷開(kāi)信號(hào)等來(lái)判別發(fā)動(dòng)機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并進(jìn)行各種控制。具體而言，ECU 2如后所述根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)控制圖示平均有效壓力Pmi等。
另外，在本實(shí)施方式中，ECU 2相當(dāng)于相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元、目標(biāo)值設(shè)定單元、控制輸入計(jì)算單元、虛擬控制輸入計(jì)算單元、虛擬控制量計(jì)算單元、參數(shù)計(jì)算單元和濾波單元。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的控制裝置1進(jìn)行說(shuō)明。該控制裝置1基于下述理由而把發(fā)動(dòng)機(jī)3視為以進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl為控制輸入，以圖示平均有效壓力Pmi為控制量的控制對(duì)象，通過(guò)進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，控制圖示平均有效壓力Pmi。
首先，以本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)3為控制對(duì)象進(jìn)行研究，如圖5所示，當(dāng)5個(gè)參數(shù)θlin，θrbl，Cr_cmd，Pc_cmd，AF_cmd變化時(shí)，Pmi和NE這2個(gè)參數(shù)分別變化，通過(guò)5個(gè)控制輸入來(lái)控制2個(gè)控制量，可視為所謂多輸入多輸出系統(tǒng)。另外，在本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)3的情況下，進(jìn)氣加熱器10由于過(guò)渡時(shí)的響應(yīng)性較低，而控制為固定發(fā)熱量，因此在圖5的控制系統(tǒng)中，不考慮進(jìn)氣加熱器10的工作狀態(tài)。
這里，關(guān)注作為控制量的圖示平均有效壓力Pmi，在本實(shí)施方式這樣通過(guò)壓縮著火燃燒而運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)3中，在壓縮著火燃燒時(shí)，燃燒室內(nèi)的混合氣的溫度控制成為最重要的要素，因此作為控制輸入，進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl成為最重要且影響較大的要素?；谝陨侠碛?，在該控制裝置1中，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、增壓壓力Pc和檢測(cè)空燃比AF恒定，將發(fā)動(dòng)機(jī)3視為以進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl為控制輸入，圖示平均有效壓力Pmi為控制量的控制對(duì)象，建立圖6所示的響應(yīng)曲面模型，用作控制對(duì)象模型。
圖6中設(shè)定θrbl1～3為排氣再開(kāi)角θrbl的預(yù)定值，且θrbl1＜θrbl2＜θrbl3的關(guān)系成立。在該響應(yīng)曲面模型中，設(shè)定為進(jìn)氣開(kāi)角θlin越大，圖示平均有效壓力Pmi表現(xiàn)出越大的值。其原因在于，進(jìn)氣開(kāi)角θlin越大，則吸入空氣量增大。此外，設(shè)定為在進(jìn)氣開(kāi)角θlin較大的區(qū)域內(nèi)，圖示平均有效壓力Pmi相對(duì)于排氣再開(kāi)角θrbl的增大方向或減小方向表現(xiàn)出極大值。這是因?yàn)椋谶M(jìn)氣開(kāi)角θlin較大的區(qū)域內(nèi)，由進(jìn)氣開(kāi)角θlin所引起的溫度上升程度較大，因而即使增大或減小排氣再開(kāi)角θrbl，對(duì)該溫度上升的影響程度也很小，因此不會(huì)增大圖示平均有效壓力Pmi，另外當(dāng)排氣再開(kāi)角θrbl增大到一定程度以上時(shí)，成為著火正時(shí)(自著火正時(shí))過(guò)早的狀態(tài)(上死點(diǎn)前)，從而抑制了壓縮行程中的最高缸內(nèi)壓力。
另外，在后述的虛擬控制量Ym的計(jì)算中，使用以下的控制對(duì)象模型即如圖6中括號(hào)所示，將進(jìn)氣開(kāi)角θlin置換為第一虛擬控制輸入V1，將排氣再開(kāi)角θrbl的三個(gè)預(yù)定值θrbl1～3分別置換為第二虛擬控制輸入V2的三個(gè)預(yù)定值V2_1～V2_3，其中V2_1＜V2_2＜V2_3。
下面，對(duì)控制裝置1的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如圖7所示，控制裝置1具有目標(biāo)值計(jì)算部29、協(xié)調(diào)控制器30和在線模型分析器40，它們均由ECU 2構(gòu)成。
首先，在目標(biāo)值計(jì)算部29中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和油門(mén)開(kāi)度AP，檢索后述圖17的映射圖，從而計(jì)算圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd。此外，在本實(shí)施方式中，目標(biāo)值計(jì)算部29相當(dāng)于目標(biāo)值設(shè)定單元。
另外，在協(xié)調(diào)控制器30中，如后所述，使用在線模型分析器40計(jì)算出的兩個(gè)響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2，計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，以使圖示平均有效壓力Pmi收斂于其目標(biāo)值Pmi_cmd。并且，在本實(shí)施方式中，協(xié)調(diào)控制器30相當(dāng)于控制輸入計(jì)算單元。
另一方面，如下所述，在在線模型分析器40中使用由協(xié)調(diào)控制器30計(jì)算出的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，來(lái)計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2。此外，在本實(shí)施方式中，在線模型分析器40相當(dāng)于相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元、虛擬控制輸入計(jì)算單元、虛擬控制量計(jì)算單元、參數(shù)計(jì)算單元和濾波單元，而第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2相當(dāng)于相關(guān)性參數(shù)。
如圖8所示，在線模型分析器40具有第1周期信號(hào)值計(jì)算部41；第2周期信號(hào)值計(jì)算部42；兩個(gè)過(guò)采樣器43、44；兩個(gè)加法器45、46；虛擬控制量計(jì)算部47；三個(gè)高通濾波器48～50；兩個(gè)乘法器51、52；第一響應(yīng)指標(biāo)計(jì)算部53和第二響應(yīng)指標(biāo)計(jì)算部54。
另外，在以下所述的式(1)～(9)中，帶有記號(hào)(n)的各離散數(shù)據(jù)表示按預(yù)定的控制周期ΔTn(CRK信號(hào)每連續(xù)發(fā)生5次的周期，即曲軸角每5°的周期)進(jìn)行采樣或計(jì)算出的數(shù)據(jù)，記號(hào)n表示各離散數(shù)據(jù)的采樣或計(jì)算周期的序號(hào)。例如，記號(hào)n表示在本次控制定時(shí)采樣或計(jì)算出的值，則記號(hào)n-1表示在上一次控制定時(shí)采樣或計(jì)算的值。這一點(diǎn)對(duì)于下面的離散數(shù)據(jù)也是同樣的。此外，在以下的說(shuō)明中適當(dāng)?shù)厥÷愿麟x散數(shù)據(jù)的記號(hào)(n)等。此外，在本實(shí)施方式中，預(yù)定的控制周期ΔTn相當(dāng)于預(yù)定周期和預(yù)定的第1周期。
在該在線模型分析器40中，首先，由第1和第2周期信號(hào)值計(jì)算部41、42按照下式(1)、(2)分別計(jì)算第1和第2周期信號(hào)值S1、S2。
S1(n)＝A1·S1’(n)·····(1)S2(n)＝A2·S2’(n)·····(2)上式(1)的A1代表預(yù)定的第一振幅增益。此外，上式(1)的S1’為第1周期信號(hào)值的基本值，對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)值Crs，通過(guò)檢索圖9所示的映射圖進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)數(shù)值Crs如后所述從0值到最大值Crs_max，每一上述控制周期ΔTn增加值1，當(dāng)達(dá)到最大值Crs_max時(shí)，重置為值0。另外，第1周期信號(hào)值的基本值S1’的周期即第1周期信號(hào)值S1的周期ΔT1設(shè)定為，Crs_max為值8以上的4的倍數(shù)，N1為值4以上的4的倍數(shù)，使ΔT1＝ΔTn·(Crs_max/N1)成立，在本實(shí)施方式的情況下設(shè)定為，Crs_max＝36、N1＝4，周期ΔT1(第2周期)為曲軸角45°。
另外，上式(2)的A2代表預(yù)定的第二振幅增益。另外，上式(2)的S2’為第2周期信號(hào)值的基本值，對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)值Crs，通過(guò)檢索圖9所示的映射圖進(jìn)行計(jì)算。另外，第2周期信號(hào)值的基本值S2’的周期即第2周期信號(hào)值S2的周期ΔT2設(shè)定為，Crs_max為值8以上的4的倍數(shù)，N2為使N2＜N1成立的2的倍數(shù)，使ΔT2＝ΔTn·(Crs_max/N2)成立，在本實(shí)施方式的情況下設(shè)定為，Crs_max＝36、N2＝2，周期ΔT2(第2周期)為曲軸角90°。
另一方面，在過(guò)采樣器43、44中，以上述的控制周期ΔTn對(duì)進(jìn)氣開(kāi)角θlin(k)和排氣再開(kāi)角θrbl(k)進(jìn)行過(guò)采樣，從而分別計(jì)算出進(jìn)氣開(kāi)角和排氣再開(kāi)角的過(guò)采樣值θlin(n)、θrbl(n)。該進(jìn)氣開(kāi)角θlin(k)和排氣再開(kāi)角θrbl(k)在協(xié)調(diào)控制器30中，如后所述按比控制周期Tn長(zhǎng)的預(yù)定的控制周期ΔTk(控制輸入的計(jì)算周期)進(jìn)行計(jì)算。
接著，在加法器45、46中，按照下式(3)、(4)分別計(jì)算第一和第二虛擬控制輸入V1、V2。
V1(n)＝S1(n)+θlin(n) ·····(3)V2(n)＝S2(n)+θrbl(n) ·····(4)進(jìn)而，在虛擬控制量計(jì)算部47中計(jì)算虛擬控制量Ym。具體而言，在上述的圖6的控制對(duì)象模型中，使用將進(jìn)氣開(kāi)角θlin置換為第一虛擬控制輸入V1，將排氣再開(kāi)角θrbl的三個(gè)預(yù)定值θrbl1～3分別置換為第二虛擬控制輸入V2的三個(gè)預(yù)定值V2_1～V2_3的控制對(duì)象模型，對(duì)其應(yīng)用上述這樣計(jì)算出的第一和第二虛擬控制輸入V1、V2，從而計(jì)算出虛擬控制量Ym。
接著，在高通濾波器48中，通過(guò)下式(5)所示的高通濾波處理，來(lái)計(jì)算虛擬控制量的濾波值Ymf。
Ymf(n)＝b0·Ym(n)+b1·Ym(n-1)+····+bm*·Ym(n-m*)+a1·Ymf(n-1)+a2·Ymf(n-2)+····+ak*·Ymf(n-k*)·····(5)在上式(5)中，b0～bm*和a0～ak*是預(yù)定的濾波器系數(shù)，m*和k*為預(yù)定的整數(shù)。
另一方面，在高通濾波器49、50中，通過(guò)下式(6)、(7)所示的高通濾波處理，分別計(jì)算第1和第2周期信號(hào)值的濾波值Sf1和Sf2。
Sf1(n)＝b0·S1(n)+b1·S1(n-1)+····+bm*·S1(n-m*)+a1·Sf1(n-1)+a2·Sf1(n-2)+····+ak*·Sf1(n-k*)·····(6)Sf2(n)＝b0·S2(n)+b1·S2(n-1)+····+bm*·S2(n-m*)+a1·Sf2(n-1)+a2·Sf2(n-2)+····+ak*·Sf2(n-k*)·····(7)
接著，在乘法器51、51中，對(duì)第1和第2周期信號(hào)值的濾波值Sf1、Sf2和虛擬控制量的濾波值Ymf進(jìn)行相乘，從而分別計(jì)算乘積Ymf·Sf1和Ymf·Sf2。然后，在第一和第二響應(yīng)指標(biāo)計(jì)算部53、54中，根據(jù)上述乘積Ymf·Sf1和Ymf·Sf2的h+1(h＝Crs_max)個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)，通過(guò)下式(8)和(9)分別計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2。
RI1(n)=Kr1·Σj=n-hnYmf(j)Sf1(j).....(8)]]>RI2(n)=Kr2·Σj=n-hnYmf(j)Sf2(j).....(9)]]>其中，上式(8)和(9)的Kr1和Kr2都是響應(yīng)增益修正系數(shù)，用于對(duì)高通濾波器49、50引起的增益衰減特性的影響進(jìn)行修正，使兩個(gè)乘積Ymf·Sf1和Ymf·Sf2間的增益一致。
如上所述，在該在線模型分析器40中，通過(guò)對(duì)第1和第2周期信號(hào)值的濾波值與虛擬控制量的濾波值的乘積Ymf·Sf1和Ymf·Sf2的時(shí)序數(shù)據(jù)的和分別乘以響應(yīng)增益修正系數(shù)Kr1和Kr2，來(lái)計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2，因此這些值RI1和RI2分別作為與第1周期信號(hào)值S1和虛擬控制量Ym的互相關(guān)函數(shù)以及第2周期信號(hào)值S2和虛擬控制量Ym的互相關(guān)函數(shù)接近的值而計(jì)算出。即，作為表現(xiàn)第1周期信號(hào)值S1和虛擬控制量Ym間的相關(guān)性的指標(biāo)而計(jì)算出第一響應(yīng)指標(biāo)RI1，作為表現(xiàn)第2周期信號(hào)值S2和虛擬控制量Ym間的相關(guān)性的指標(biāo)而計(jì)算出第二響應(yīng)指標(biāo)RI2。
在此，第一虛擬控制輸入V1中包含的進(jìn)氣開(kāi)角θlin如后所述，其計(jì)算周期ΔTk與第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的計(jì)算周期ΔTn相比相當(dāng)長(zhǎng)，因此第一響應(yīng)指標(biāo)RI1極大程度地反映到虛擬控制量Ym中，進(jìn)氣開(kāi)角θlin為穩(wěn)態(tài)成分，基本不反映在虛擬控制量Ym中。因此，第一響應(yīng)指標(biāo)RI1作為表現(xiàn)進(jìn)氣開(kāi)角θlin和圖示平均有效壓力Pmi間的相關(guān)性的指標(biāo)而算出。更具體地說(shuō)，兩者間的相關(guān)性越高，第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的絕對(duì)值越大，而相關(guān)性越低則越接近0值，當(dāng)從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方變?yōu)榱硪环綍r(shí)，兩者間的相關(guān)關(guān)系發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)。
此外，虛擬控制輸入V2中包含的排氣再開(kāi)角θrbl也如后所述，其計(jì)算周期ΔTk與第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的計(jì)算周期ΔTn相比相當(dāng)長(zhǎng)，因此基于與上述同樣的理由，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2作為表現(xiàn)排氣再開(kāi)角θrbl和圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性的指標(biāo)而算出。更具體地說(shuō)，兩者間的相關(guān)性越高，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2的絕對(duì)值越大，而相關(guān)性越低則越接近0值，當(dāng)從正相關(guān)和逆相關(guān)中一方變?yōu)榱硪环綍r(shí)，兩者間的相關(guān)關(guān)系發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)。
而且，使用第1和第2周期信號(hào)值的濾波值Sf1和Sf2以及虛擬控制量的濾波值Ymf的理由如下。即，如上所述，第一虛擬控制輸入V1中所包含的進(jìn)氣開(kāi)角θlin的計(jì)算周期ΔTk與第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的計(jì)算周期ΔTn相比相當(dāng)長(zhǎng)而成為穩(wěn)態(tài)成分，從而存在成為第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的計(jì)算誤差的可能性。因此為了從虛擬控制量Ym中去除作為穩(wěn)態(tài)成分的進(jìn)氣開(kāi)角θlin，使用對(duì)虛擬控制量Ym實(shí)施了高通濾波處理后的值Ymf，并且為了使其相位一致，使用對(duì)第1周期信號(hào)值S1實(shí)施了相同的高通濾波處理的值Sf1。與此同樣地，為了從虛擬控制量Ym中去除作為穩(wěn)態(tài)成分的排氣再開(kāi)角θrbl，使用對(duì)虛擬控制量Ym實(shí)施了高通濾波處理的值Ymf，并且為了使其相位一致，使用對(duì)第2周期信號(hào)值S2實(shí)施了相同的高通濾波處理的值Sf2。并且，為了使第一響應(yīng)指標(biāo)RI1和第二響應(yīng)指標(biāo)RI2之間增益匹配，使用響應(yīng)增益修正系數(shù)Kr1和Kr2。
接著，對(duì)前述的協(xié)調(diào)控制器30進(jìn)行說(shuō)明。如圖10所示，該協(xié)調(diào)控制器30具有減法器31、誤差分配器32、兩個(gè)下采樣器33、34和兩個(gè)響應(yīng)指定型控制器36、36。
另外，在以下所述的式(10)～(18)中，帶有記號(hào)(k)的各離散數(shù)據(jù)表示按預(yù)定的控制周期ΔTk(與TDC信號(hào)的發(fā)生同步的周期，即每曲軸角180的周期)進(jìn)行采樣或計(jì)算出的數(shù)據(jù)，記號(hào)k表示各離散數(shù)據(jù)的采樣或計(jì)算周期的序號(hào)。此外，在以下的說(shuō)明中適當(dāng)?shù)厥÷愿麟x散數(shù)據(jù)中的記號(hào)(k)等。
在該協(xié)調(diào)控制器30中，由減法器31通過(guò)下式(10)計(jì)算跟蹤誤差E。
E(k)＝Pmi(k)-Pmi_cmd(k) ·····(10)
另一方面，在下采樣器33、34中，對(duì)由在線模型分析器40按上述控制周期ΔTn計(jì)算出的第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1(n)和RI2(n)按控制周期ΔTk進(jìn)行下采樣，從而分別計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)的下采樣值RI1(k)和RI2(k)。
接著，在誤差分配器32中，通過(guò)下式(11)、(12)，分別計(jì)算第一和第二分配誤差Ed1和Ed2。
Ed1(k)=|RI1(k)||RI1(k)|+|RI2(k)|·E(k).....(11)]]>Ed2(k)=|RI2(k)||RI1(k)|+|RI2(k)|·E(k).....(12)]]>如上式(11)、(12)所示，作為按照第一響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI1|和第二響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI2|之比分別分配跟隨誤差E的值而算出第一和第二分配誤差Ed1和Ed2。此外，在后述的控制處理中，為了避免在RI1＝0時(shí)Ed1＝0，進(jìn)行使|RI1|的值最小為接近0值的預(yù)定值(例如0.1)的下限處理。與此同樣地，為了避免在RI2＝0時(shí)Ed2＝0，也進(jìn)行使|RI2|的值最小為接近0值的預(yù)定值(例如0.1)的下限處理。
而且，在響應(yīng)指定型控制器35中，基于第一分配誤差Ed1和第一響應(yīng)指標(biāo)RI1，通過(guò)下式(13)～(17)中所示的響應(yīng)指定型控制算法，來(lái)計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin。即，作為使第一分配誤差Ed1收斂于值0的值而算出進(jìn)氣開(kāi)角θlin。
θlin(k)＝U1(k)＝Urch1(k)+Uadp1(k)·····(13)Urch1(k)＝-Krch1·σ1(k) ·····(14)Uadp1(k)=-Kadp1·Σj=0kσ1(j).....(15)]]>σ1(k)＝Em1(k)+S·Em1(k-1)·····(16)Em1(k)=RI1(k)RI1_max·Ed1(k).....(17)]]>上式(13)的Urch1為趨近律輸入，通過(guò)式(14)進(jìn)行計(jì)算。該式(14)的Krch1為預(yù)定的趨近律增益，σ1為通過(guò)式(16)算出的切換函數(shù)。該式(16)的S是設(shè)定為-1＜S＜0成立的切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)，Em1為由式(17)計(jì)算出的第一跟隨誤差。該式(17)的RI1_max表示第一響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI1|在控制中可以取的最大值，使用脫機(jī)預(yù)先設(shè)定的值。而且，上式(13)的Uadp1為自適應(yīng)律輸入，由式(15)算出。該式(15)的Kadp1為預(yù)定的自適應(yīng)律增益。
另一方面，在響應(yīng)指定型控制器36中，根據(jù)第二分配誤差Ed2和第二響應(yīng)指標(biāo)RI2，通過(guò)下式(18)～(22)所示的響應(yīng)指定型控制算法，計(jì)算排氣再開(kāi)角θrbl。即，作為使第二分配誤差Ed2收斂于值0的值而算出排氣再開(kāi)角θrbl。
θrbl(k)＝U2(k)＝Urch2(k)+Uadp2(k)·····(18)Urch2(k)＝-Krch2·σ2(k) ·····(19)Uadp2(k)=-Kadp2·Σj=0kσ2(j).....(20)]]>σ2(k)＝Em2(k)+S·Em2(k-1)·····(21)Em2(k)=RI2(k)RI2_max·Ed2(k).....(22)]]>上式(18)的Urch2為趨近律輸入，通過(guò)式(19)進(jìn)行計(jì)算。該式(19)的Krch2為預(yù)定的趨近律增益，σ2為通過(guò)式(21)計(jì)算出的切換函數(shù)。該式(21)的Em2是由式(22)計(jì)算出的第二跟隨誤差。該式(22)的RI2 max表示第二響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI2|在控制中可以取的最大值，使用脫機(jī)預(yù)先設(shè)定的值。而且，上式(18)的Uadp2為自適應(yīng)律輸入，由式(20)計(jì)算出。該式(20)的Kadp2為預(yù)定的自適應(yīng)律增益。
如上所述，在該協(xié)調(diào)控制器30中，使用響應(yīng)指定型控制算法，計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin，使第一分配誤差Ed1收斂于值0，計(jì)算排氣再開(kāi)角θrbl，使第二分配誤差Ed2收斂于值0。其結(jié)果，將進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl計(jì)算為使跟隨誤差E收斂于值0，換言之，計(jì)算為使圖示平均有效壓力Pmi收斂于其目標(biāo)值Pmi_cmd。
此時(shí)，在響應(yīng)指定型控制算法中使用的第一和第二跟隨誤差Em1和Em2如式(17)和(22)所示，分別通過(guò)對(duì)第一和第二分配誤差Ed1和Ed2乘以值RI1/RI1_max和RI2/RI2_max來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因此第一響應(yīng)指標(biāo)RI1越接近于其最大值RI1_max，即進(jìn)氣開(kāi)角θlin與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性越高，則作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin的增減程度就越大。與此同樣地，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2越接近于其最大值RI2_max，即排氣再開(kāi)角θrbl與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性越高，則作為控制輸入的排氣再開(kāi)角θrbl的增減程度就越大。如上所述，即使在作為控制量的圖示平均有效壓力Pmi對(duì)于作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin與排氣再開(kāi)角θrbl的靈敏度即相關(guān)性根據(jù)控制輸入θlin與θrbl的值而變化的情況下，也能夠根據(jù)該相關(guān)性的變化來(lái)確定控制輸入θlin與θrbl的增減程度，從而能夠?qū)刂屏縋mi進(jìn)行控制使其收斂于目標(biāo)值Pmi_cmd，而不會(huì)產(chǎn)生振蕩狀態(tài)或不穩(wěn)定特性。即，能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性。
此外，由于第一和第二跟隨誤差Em1和Em2分別通過(guò)上述式(17)和(22)計(jì)算，因此當(dāng)?shù)谝缓偷诙憫?yīng)指標(biāo)RI1和RI2的符號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)，跟隨誤差Em1和Em2的符號(hào)也反轉(zhuǎn)，從而使作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin與排氣再開(kāi)角θrbl的增減方向反轉(zhuǎn)。即，從增大方向朝減小方向反轉(zhuǎn)或者從減小方向朝增大方向反轉(zhuǎn)。
在該情況下，如上所述，第一響應(yīng)指標(biāo)RI1表現(xiàn)進(jìn)氣開(kāi)角θlin與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性，并且當(dāng)兩者間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中一方朝另一方變化時(shí)發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)，因此對(duì)應(yīng)于這樣的相關(guān)關(guān)系變化，使進(jìn)氣開(kāi)角θlin的增減方向反轉(zhuǎn)，從而即使在例如相對(duì)于進(jìn)氣開(kāi)角θlin的變化圖示平均有效壓力Pmi表現(xiàn)出極大值，且圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd被設(shè)定為比該極大值大時(shí)，也能夠使圖示平均有效壓力Pmi保持于該極大值附近。
與此同樣地，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2表現(xiàn)排氣再開(kāi)角θrbl與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性，并且當(dāng)兩者間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中一方朝另一方變化時(shí)發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)，因此對(duì)應(yīng)于這樣的相關(guān)關(guān)系變化而使排氣再開(kāi)角θrbl的增減方向反轉(zhuǎn)，從而如前所述，在相對(duì)于排氣再開(kāi)角θrbl的變化圖示平均有效壓力Pmi表現(xiàn)出極大值的范圍時(shí)，即使把圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd設(shè)定成比該極大值更大的值，此時(shí)也能夠使圖示平均有效壓力Pmi保持于該極大值附近。
另外，作為根據(jù)第一響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI1|和第二響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI2|之比分別分配跟隨誤差E的值而計(jì)算出第一和第二分配誤差Ed1和Ed2，并且把進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl計(jì)算為使該第一和第二分配誤差Ed1和Ed2分別收斂于值0，因此對(duì)于上述絕對(duì)值之比大的一方、即與圖示平均有效壓力Pmi的相關(guān)性較高的一方，把進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的增減程度設(shè)定得較大。這樣，對(duì)于進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl中的與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性較高的一方，設(shè)定為較大的增減程度，并且對(duì)于與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性較低的一方，設(shè)定為較小的增減程度，因此能夠避免進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl之間的相互干涉，且使圖示平均有效壓力Pmi高精度地收斂于其目標(biāo)值Pmi_cmd。
接著，參照?qǐng)D11對(duì)由ECU 2執(zhí)行的第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2的計(jì)算處理進(jìn)行說(shuō)明。該處理相當(dāng)于前述的在線模型分析器40的計(jì)算處理，并按前述的控制周期ΔTn來(lái)執(zhí)行。
在該處理中，首先在步驟1(圖中略作“S1”，下同)中，將計(jì)數(shù)值Crs設(shè)定為對(duì)其前次值Crsz加1后的值(Crsz+1)。即，對(duì)計(jì)數(shù)值Crs加1。
接著，進(jìn)入步驟2，判別在步驟1中計(jì)算出的計(jì)數(shù)值Crs是否為最大值Crs_max以上。當(dāng)該判別結(jié)果為“否”時(shí)直接進(jìn)入步驟4。另一方面，當(dāng)該判別結(jié)果為“是”時(shí)，在步驟3中將計(jì)數(shù)值Crs重置為0后，進(jìn)入步驟4。
在步驟2或3之后的步驟4中，讀取存儲(chǔ)于RAM內(nèi)的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的值。此時(shí)，與按前述的控制周期ΔTk計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl相對(duì)，按照比控制周期ΔTk短的控制周期ΔTn執(zhí)行該步驟4。因此，步驟4的處理相當(dāng)于計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的過(guò)采樣值θlin(n)和θrbl(n)。
接著，進(jìn)入步驟5，按照計(jì)數(shù)值Crs來(lái)檢索前述圖9的映射圖，從而分別計(jì)算第1和第2周期信號(hào)值的基本值S1’和S2’。
然后，在步驟6中，使用前述的式(1)和(2)分別計(jì)算第1和第2周期信號(hào)值S1和S2，接著，在步驟7中，通過(guò)前述式(3)和(4)，分別計(jì)算第一和第二虛擬控制輸入V1和V2。
接著，進(jìn)入步驟8，計(jì)算虛擬控制量Ym。具體而言，如前所述，在圖6的控制對(duì)象模型中，使用將進(jìn)氣開(kāi)角θlin置換為第一虛擬控制輸入V1、將排氣再開(kāi)角θrbl的三個(gè)預(yù)定值θrbl1～3分別置換為第二虛擬控制輸入V2的三個(gè)預(yù)定值V2_1～V2_3的控制對(duì)象模型，并在其中應(yīng)用在步驟7中計(jì)算出的第一和第二虛擬控制輸入V1和V2，從而計(jì)算虛擬控制量Ym。
接著，在步驟9中，通過(guò)前述的式(5)來(lái)計(jì)算虛擬控制量的濾波值Ymf，然后，在步驟10中，通過(guò)前述式(6)和(7)，分別計(jì)算第1和第2周期信號(hào)值的濾波值Sf1和Sf2。
接著，進(jìn)入步驟11，對(duì)在上述步驟9中計(jì)算出的虛擬控制量的濾波值Ymf分別乘以在上述步驟10中計(jì)算出的第1和第2周期信號(hào)值的濾波值Sf1和Sf2，從而計(jì)算出兩個(gè)乘積Ymf·Sf1和Ymf·Sf2。
然后，在步驟12中，使用在上述步驟11中計(jì)算出的乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2，以及在上次以前的循環(huán)中計(jì)算出且存儲(chǔ)于RAM內(nèi)的h個(gè)乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2的時(shí)序數(shù)據(jù)，通過(guò)前述式(8)和(9)，分別計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2。
接著，進(jìn)入步驟13，更新存儲(chǔ)于RAM內(nèi)的h個(gè)乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2的時(shí)序數(shù)據(jù)。具體而言，把RAM內(nèi)的乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2的各個(gè)值設(shè)定為一個(gè)控制周期前的值(例如，分別將當(dāng)前值Ymf·Sf1(n)設(shè)為前次值Ymf·Sf1(n-1)，而將前次值Ymf·Sf1(n-1)設(shè)為再前次值Ymf·Sf1(n-2))。然后，結(jié)束本處理。
以下，參照?qǐng)D12對(duì)由ECU 2按前述的控制周期ΔTk執(zhí)行的可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制處理進(jìn)行說(shuō)明。該處理對(duì)進(jìn)氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和排氣可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5分別進(jìn)行控制，包含相當(dāng)于前述協(xié)調(diào)控制器30的計(jì)算處理的內(nèi)容。
在該處理中，首先，在步驟20中，判別可變機(jī)構(gòu)故障標(biāo)志F_VDNG是否為“1”。該可變機(jī)構(gòu)故障標(biāo)志F_VDNG具體而言分別設(shè)定為當(dāng)兩個(gè)可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和5中至少一方被判定為故障時(shí)為“1”，而判定為均為正常時(shí)為“0”。當(dāng)該判別結(jié)果為“否”且兩個(gè)可變機(jī)構(gòu)均為正常時(shí)，進(jìn)入步驟21，判別發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)標(biāo)志F_ENGSTART是否為“1”。
在未圖示的判定處理中，通過(guò)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和IG·SW 26的接通/斷開(kāi)信號(hào)來(lái)判定是否處于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制中、即反沖起動(dòng)中，來(lái)設(shè)定該發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)標(biāo)志F_ENGSTART，具體而言設(shè)定為當(dāng)處于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制中時(shí)為“1”，而除此以外為“0”。
當(dāng)步驟21的判別結(jié)果為“是”，處于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制中時(shí)，進(jìn)入步驟22，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW，檢索圖13所示的映射圖，從而計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin。
在該映射圖中，在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW比預(yù)定值TW1高的范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低則進(jìn)氣開(kāi)角θlin越設(shè)定為較大的值，而在TW≤TW1的范圍內(nèi)，設(shè)定為預(yù)定值θlin1。這是由于在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW較低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)3的摩擦增大，因此需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
接著，進(jìn)入步驟23，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW，檢索圖14所示的映射圖，從而計(jì)算排氣再開(kāi)角θrbl。在該圖中，TW2、TW3示出了TW2＜TW3的關(guān)系成立的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW的預(yù)定值。
在該映射圖中，在TW＜TW2的范圍中，排氣再開(kāi)角θrbl設(shè)定為值0，而在TW2≤TW≤TW3的范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低，則越設(shè)定為較大的值，并且在TW3＜TW的范圍內(nèi)，設(shè)定為預(yù)定值θrbl1。這是由于在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW較高的狀態(tài)下的再起動(dòng)時(shí)，以提高排氣特性為目的，而使排氣門(mén)5a在進(jìn)氣行程中再開(kāi)啟以使發(fā)動(dòng)機(jī)3通過(guò)壓縮著火燃燒來(lái)起動(dòng)。
接著，進(jìn)入步驟24，根據(jù)在步驟22中計(jì)算出的進(jìn)氣開(kāi)角θlin，計(jì)算對(duì)進(jìn)氣電磁元件4b的控制輸入U(xiǎn)_lin，并且根據(jù)在步驟23中計(jì)算出的排氣再開(kāi)角θrbl，計(jì)算對(duì)排氣電磁元件5b的控制輸入U(xiǎn)_rbl。由此，能夠控制進(jìn)氣門(mén)4a以進(jìn)氣開(kāi)角θlin開(kāi)啟，并且控制排氣門(mén)5a在進(jìn)氣行程中也以排氣再開(kāi)角θrbl再開(kāi)啟。之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當(dāng)步驟21的判別結(jié)果為“否”，不在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制中時(shí)，進(jìn)入步驟25，判別油門(mén)開(kāi)度AP是否比預(yù)定值A(chǔ)PREF小。該預(yù)定值A(chǔ)PREF用于判別未踩下油門(mén)踏板的情況，被設(shè)定為能夠判斷出未踩下油門(mén)踏板的值(例如1°)。
當(dāng)該判別結(jié)果為“是”且油門(mén)踏板未踩下時(shí)，進(jìn)入步驟26，判別起動(dòng)后計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值Tast是否比預(yù)定值Tastlmt小。該起動(dòng)后計(jì)時(shí)器用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制結(jié)束后的經(jīng)過(guò)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，由向上計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)器構(gòu)成。
當(dāng)該判別結(jié)果為“是”且Tast＜Tastlmt時(shí)，認(rèn)為應(yīng)該進(jìn)行催化劑暖機(jī)控制，進(jìn)入步驟27，根據(jù)起動(dòng)后計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值Tast和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW，檢索圖15所示的映射圖來(lái)計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin。在該圖中，TW4～TW6表示TW4＜TW5＜TW6的關(guān)系成立的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW的預(yù)定值。
在該映射圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低則進(jìn)氣開(kāi)角θlin越設(shè)定為較大的值。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低則催化劑活化所需的時(shí)間越長(zhǎng)，因而需要通過(guò)增大排氣量來(lái)縮短催化劑活化所需的時(shí)間。
接著，在步驟28中，根據(jù)起動(dòng)后計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值Tast和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW，檢索圖16所示的映射圖來(lái)計(jì)算排氣再開(kāi)角θrbl。在該圖中，TW7～TW9表示TW7＜TW8＜TW9的關(guān)系成立的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW的預(yù)定值，而Tast1～Tast4表示Tast1＜Tast2＜Tast3＜Tast4的關(guān)系成立的計(jì)時(shí)值Tast的預(yù)定值。
在該映射圖中，當(dāng)起動(dòng)后計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值Tast處于預(yù)定的范圍(Tast1～Tast2、Tast1～Tast3以及Tast1～Tast4)內(nèi)時(shí)，排氣再開(kāi)角θrbl被設(shè)定為值0，而當(dāng)計(jì)時(shí)值Tast為超過(guò)該范圍的值時(shí)，設(shè)定為計(jì)時(shí)值Tast越大則排氣再開(kāi)角θrbl越大。這是基于如下理由。即，在壓縮著火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)中，與火花點(diǎn)火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)中相比，燃燒效率高而廢氣的熱能降低。因此，當(dāng)催化劑暖機(jī)控制開(kāi)始時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)3進(jìn)行火花點(diǎn)火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)，因此隨著中止進(jìn)氣行程中的排氣門(mén)5a的再開(kāi)啟動(dòng)作并進(jìn)行催化劑暖機(jī)控制，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)3從火花點(diǎn)火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)恢復(fù)到壓縮著火燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)，再次進(jìn)行進(jìn)氣行程中的排氣門(mén)5a的再開(kāi)啟動(dòng)作。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低，則排氣再開(kāi)角θrbl設(shè)定為值0的范圍設(shè)定得越大。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)水溫TW越低則排氣溫度越低，因此使用于加熱催化劑所需的時(shí)間變長(zhǎng)。
接著，在如上所述執(zhí)行了步驟24之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當(dāng)步驟25或26的判別結(jié)果為“否”時(shí)，即踩下了油門(mén)踏板時(shí)，或者Tast≥Tastlmt時(shí)，進(jìn)入步驟29，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和油門(mén)開(kāi)度AP檢索圖17所示的映射圖來(lái)計(jì)算圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd。在該圖中，AP1～AP3表示AP1＜AP2＜AP3的關(guān)系成立的油門(mén)開(kāi)度AP的預(yù)定值。
在該圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，或者油門(mén)開(kāi)度AP越大，則圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd的值設(shè)定得越大。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE越高，或者油門(mén)開(kāi)度AP越大，發(fā)動(dòng)機(jī)3的要求扭矩越大。
接著，進(jìn)入步驟30，讀取存儲(chǔ)于RAM內(nèi)的第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2的值。在該情況下，如上所述，按比本處理的控制周期ΔTk短的控制周期ΔTn計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2，因此該步驟30的處理相當(dāng)于計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2的下采樣值RI1(k)和RI2(k)。
在步驟30之后的步驟31中，通過(guò)前述式(10)、(11)、(13)～(17)，計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin，并通過(guò)前述式(10)、(12)、(18)～(22)計(jì)算排氣再開(kāi)角θrbl。此時(shí)，為了避免RI1＝0時(shí)Ed1＝0，進(jìn)行使式(11)的|RI1|的值最小為接近0值的預(yù)定值(例如0.1)的下限處理。與此同樣地，為了避免在RI2＝0時(shí)Ed2＝0，進(jìn)行使式(12)的|RI2|的值最小為接近0值的預(yù)定值(例如0.1)的下限處理。接著，在如前所述執(zhí)行步驟24后，結(jié)束本處理。
另一方面，當(dāng)步驟20的判別結(jié)果為“是”、兩個(gè)可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4、5中至少一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)入步驟32，將進(jìn)氣電磁元件4b和排氣電磁元件5b的控制輸入U(xiǎn)_lin、U_rbl分別設(shè)定為預(yù)定的故障時(shí)用值U_lin_fs、U_rbl_fs，然后結(jié)束本處理。由此，能夠在停車中適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)或進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，同時(shí)在行駛中維持低速行駛狀態(tài)。
接著，對(duì)如上構(gòu)成的本實(shí)施方式的控制裝置1的圖示平均有效壓力Pmi控制的仿真結(jié)果(以下稱為“控制結(jié)果”)進(jìn)行說(shuō)明。圖18表示在控制中有意地施加了干擾d1、d2時(shí)的控制裝置1的控制結(jié)果例。另外，為了進(jìn)行比較，圖19表示將排氣再開(kāi)角θrbl保持為值0，僅以進(jìn)氣開(kāi)角θlin對(duì)圖示平均有效壓力Pmi進(jìn)行控制，并且在該控制中有意地施加了干擾d1、d2時(shí)的控制結(jié)果例。
首先，在圖18的控制結(jié)果例中，在時(shí)刻t1，當(dāng)圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd呈階梯狀變化時(shí)，此后跟隨誤差E立即一時(shí)地急劇增大，從而使第一和第二分配誤差Ed1、Ed2分別一時(shí)地增大。但可以明了，伴隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，控制為跟隨誤差E收斂于值0。即，可以高水平地確保對(duì)圖示平均有效壓力Pmi的目標(biāo)值Pmi_cmd的跟隨性。
另外，在時(shí)刻t2施加了干擾d1時(shí)，緊接著，跟隨誤差E一時(shí)地增大，從而第一和第二分配誤差Ed1、Ed2分別一時(shí)地增大，但可以明了，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，控制為跟隨誤差E收斂于值0。與此相同，在時(shí)刻t3施加了干擾d2時(shí)，跟隨誤差E一時(shí)地增大，從而第一和第二分配誤差Ed1、Ed2分別一時(shí)地增大，但可以明了，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，控制為跟隨誤差E收斂于值0。即，可以確保高水平的魯棒性。
與此相對(duì)，在圖19的比較例的控制結(jié)果中，在時(shí)刻t11，圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd呈階梯狀變化，緊接著，跟隨誤差E一時(shí)地急劇增大，第一和第二分配誤差Ed1、Ed2分別一時(shí)地增大。然后，可以明了隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，跟隨誤差E也不會(huì)收斂于值0。即，可知圖示平均有效壓力Pmi未達(dá)到目標(biāo)值Pmi_cmd。這是由于在將排氣再開(kāi)角θrbl保持為值0，僅以進(jìn)氣開(kāi)角θlin控制圖示平均有效壓力Pmi時(shí)，可達(dá)到的圖示平均有效壓力Pmi的值存在極限，在圖19的例子中，圖示平均有效壓力Pmi控制于其極限值范圍內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的控制裝置1，使用在線模型分析器40計(jì)算第一響應(yīng)指標(biāo)RI1，作為表示進(jìn)氣開(kāi)角θlin和圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性的值，更具體地說(shuō)，兩者之間的相關(guān)性越高，第一響應(yīng)指標(biāo)RI1的絕對(duì)值越表現(xiàn)出更大的值，且兩者間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方向另一方變化時(shí)，發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)。與此同樣地，作為表示排氣再開(kāi)角θrbl和圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性的指標(biāo)而計(jì)算出第二響應(yīng)指標(biāo)RI1，更具體地說(shuō)，兩者之間的相關(guān)性越高，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2的絕對(duì)值表現(xiàn)出越大的值，且兩者間的相關(guān)關(guān)系從正相關(guān)和逆相關(guān)中的一方向另一方變化時(shí)，發(fā)生符號(hào)反轉(zhuǎn)。
另一方面，在協(xié)調(diào)控制器30中，通過(guò)響應(yīng)指定型控制算法，分別計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，使圖示平均有效壓力Pmi收斂于其目標(biāo)值Pmi_cmd。此時(shí)，在響應(yīng)指定型控制算法中使用的第一和第二跟隨誤差Em1、Em2分別通過(guò)將第一和第二分配誤差Ed1、Ed2與RI1/RI1_max、RI2/RI2_max相乘來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因此第一響應(yīng)指標(biāo)RI1越接近其最大值RI1_max，即進(jìn)氣開(kāi)角θlin與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性越高，則作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin的增減程度越大。與此同樣地，第二響應(yīng)指標(biāo)RI2越接近其最大值RI2_max，即排氣再開(kāi)角θrbl與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性越高，則作為控制輸入的排氣再開(kāi)角θrbl的增減程度越大。如上所述，即使在作為控制量的圖示平均有效壓力Pmi對(duì)于作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的靈敏度即相關(guān)性根據(jù)控制輸入θlin、θrbl的值而變化時(shí)，也能夠根據(jù)其相關(guān)性的變化來(lái)確定控制輸入θlin、θrbl的增減程度，由此能夠?qū)刂屏縋mi進(jìn)行控制而使其收斂于目標(biāo)值Pmi_cmd，而不產(chǎn)生振蕩的狀態(tài)和不穩(wěn)定狀態(tài)。即，能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性。
另外，第一和第二跟隨誤差Em1、Em2通過(guò)前述式(17)、(22)進(jìn)行計(jì)算，因此當(dāng)?shù)谝缓偷诙憫?yīng)指標(biāo)RI1、RI2的符號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)，跟隨誤差Em1、Em2的符號(hào)也反轉(zhuǎn)，從而使作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的增減方向反轉(zhuǎn)。即，從增大方向朝減小方向反轉(zhuǎn)，或者從減小方向朝增大方向反轉(zhuǎn)。
因此，如圖6所示，在圖示平均有效壓力Pmi相對(duì)于排氣再開(kāi)角θrbl的變化處于表現(xiàn)出極大值的范圍的情況下，在圖示平均有效壓力的目標(biāo)值Pmi_cmd被設(shè)定為比該極大值大時(shí)，也能夠?qū)D示平均有效壓力Pmi保持于其極大值附近。即，即使在對(duì)具有極值特性的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠高水平地確?？刂品€(wěn)定性和控制精度的雙方。
另外，使用圖6的控制對(duì)象模型，按預(yù)定的控制周期ΔTn計(jì)算虛擬控制量Ym、兩個(gè)虛擬控制輸入V1、V2和兩個(gè)響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2，因此在使用多個(gè)控制輸入控制多輸入多輸出系統(tǒng)中的控制量時(shí)，與在運(yùn)算時(shí)執(zhí)行大量條件判定處理或映射后的大量數(shù)據(jù)處理的控制裝置相比，能夠降低制造成本和運(yùn)算負(fù)荷。即，在對(duì)多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠降低制造成本和運(yùn)算負(fù)荷。
而且，作為與第一響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI1|和第二響應(yīng)指標(biāo)的絕對(duì)值|RI2|之比對(duì)應(yīng)地分別分配跟隨誤差E的值來(lái)計(jì)算第一和第二分配誤差Ed1、Ed2，并且計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，使該第一和第二分配誤差Ed1、Ed2的值分別收斂于值0，因此，上述絕對(duì)值比較大的一方，即與圖示平均有效壓力Pmi的相關(guān)性較高的一方，進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的增減程度設(shè)定為較大程度。這樣，進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl中的與圖示平均有效壓力Pmi相關(guān)性較高的一方設(shè)定為較大增減程度，與圖示平均有效壓力Pmi相關(guān)性較低的一方設(shè)定為較小增減程度，因此能夠避免作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl間的相互干涉，而使這兩個(gè)控制輸入彼此協(xié)調(diào)，且能夠使圖示平均有效壓力Pmi高精度地收斂于其目標(biāo)值Pmi_cmd。即，在對(duì)多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也能夠確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度。
此外，使用對(duì)虛擬控制量Ym實(shí)施了高通濾波處理后的值Ymf和對(duì)第1和第2周期信號(hào)值S1、S2實(shí)施了相同高通濾波處理后的值Sf1、Sf2，將它們的乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2的時(shí)序數(shù)據(jù)的和分別乘以響應(yīng)增益修正系數(shù)Kr1、Kr2，從而計(jì)算出第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2，因此可以作為除去了虛擬控制量Ym中包含的作為穩(wěn)態(tài)成分的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl，且使周期信號(hào)值的濾波值Sf1、Sf2與虛擬控制量的濾波值Ymf之間的相位特性和增益特性一致的值而適當(dāng)?shù)赜?jì)算出第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2。由此，即使在例如隨著目標(biāo)值Pmi_cmd的大幅變化，進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl分別大幅變化的情況下，也能夠避免其影響，計(jì)算相關(guān)性參數(shù)。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高控制穩(wěn)定性和控制精度。
而且，第1和第2周期信號(hào)值S1、S2具有彼此不同的預(yù)定周期(曲軸角45°、90°)，因此分別反映到虛擬控制量Ym中的周期信號(hào)值S1、S2的頻率彼此不同，從而能夠分別作為高精度地表現(xiàn)第1和第2周期信號(hào)值S1、S2與虛擬控制量Ym之間的相關(guān)性、即進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl與圖示平均有效壓力Pmi之間的相關(guān)性的值而算出第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2。
另外，第1和第2周期信號(hào)值S1、S2的周期(曲軸角45°、90°)比在線模型分析器40的計(jì)算周期ΔTn(曲軸角5°)長(zhǎng)，設(shè)定為其整數(shù)倍(9倍、18倍)的值，并且協(xié)調(diào)控制器30的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的計(jì)算周期ΔTk設(shè)定為兩個(gè)周期信號(hào)值S1、S2的周期的最小公倍數(shù)(ΔT2)的整數(shù)倍(2·ΔT2)，因此能夠與可靠地計(jì)算出第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2的定時(shí)同步地適當(dāng)計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl。由此，在控制中即使在例如隨著目標(biāo)值Pmi_cmd的變化，進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl分別按相同的定時(shí)大幅變化的情況下，也能夠高精度地計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1和RI2，由此，能夠避免作為控制輸入的進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl之間的干涉，使其協(xié)調(diào)并使圖示平均有效壓力Pmi高精度地收斂于目標(biāo)值Pmi_cmd。此外，在控制系統(tǒng)為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，也能夠避免進(jìn)氣開(kāi)角θlin和排氣再開(kāi)角θrbl的增減程度和增減方向受到兩個(gè)周期信號(hào)值S1、S2的影響而振蕩，可確保控制的高穩(wěn)定性。
另外，實(shí)施方式為利用本發(fā)明的控制裝置在多輸入多輸出系統(tǒng)中通過(guò)兩個(gè)控制輸入來(lái)控制一個(gè)控制量的例子，但是也可以利用本發(fā)明的控制裝置在多輸入多輸出系統(tǒng)中使用一個(gè)控制輸入來(lái)控制一個(gè)控制量，或者在多輸入多輸出系統(tǒng)中使用三個(gè)以上的控制輸入來(lái)控制一個(gè)控制量。這樣，當(dāng)通過(guò)i(i＝1或i≥3)個(gè)控制輸入U(xiǎn)i對(duì)控制量Pmi進(jìn)行控制時(shí)，可以基于對(duì)定義了該i個(gè)控制輸入U(xiǎn)i和控制量Pmi之間的關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算虛擬控制量Ym，并通過(guò)下式(23)～(34)的控制算法，計(jì)算控制輸入U(xiǎn)i。
Si(n)＝Ai·Si’(n) ·····(23)Vi(n)＝Si(n)+Ui(n) ·····(24)Ymf(n)＝b0·Ym(n)+b1·Ym(n-1)+····+bm*·Ym(n-m*)+a1·Ymf(n-1)+a2·Ymf(n-2)+····+ak*·Ymf(n-k*)·····(25)Sfi(n)＝b0·Si(n)+b1·Si(n-1)+····+bm*·Si(n-m*)+a1·Sfi(n-1)+a2·Sfi(n-2)+····+ak*·Sfi(n-k*)·····(26)RIi(n)=Kri·Σj=n-hnYmf(j)Sfi(j).....(27)]]>Ui(k)＝Urchi(k)+Uadpi(k)·····(28)Ufchi(k)＝-Krchi·σi(k)·····(29)Uadpi(k)=-Kadpi·Σj=0kσi(j).....(30)]]>σi(k)＝Emi(k)+S·Emi(k-1) ·····(31)Emi(k)=RIi(k)RIi_max·Edi(k).....(32)]]>Edi(k)=|RIi(k)|Σj=1m|RIj(k)|·E(k).....(33)]]>E(k)＝Pmi(k)-Pmi_cmd(k) ·····(34)另外，實(shí)施方式為作為用于使控制量收斂于目標(biāo)值的控制算法采用了響應(yīng)指定型控制算法的例子，但是本發(fā)明的控制算法不限于此，只要是能夠使控制量收斂于目標(biāo)值的通常的反饋控制算法等即可。例如，可以取代上式(28)～(31)的響應(yīng)指定型控制算法，而使用下式(35)～(38)所示的PID控制算法。
Ui(k)＝UPi(k)+UIi(k)+UDi(k) ·····(35)UPi(k)＝KP·Emi(k) ·····(36)UIi(k)＝UIi(k-1)+KI·Emi(k) ·····(37)UDi(k)＝KD·[Emi(k)-Emi(k-1)] ·····(38)另外，實(shí)施方式是作為濾波單元使用進(jìn)行高通濾波處理的高通濾波器48～50的例子，但是本發(fā)明的濾波單元不限于此，可以是對(duì)多個(gè)周期信號(hào)值和虛擬控制量進(jìn)行濾波，以截止控制輸入的頻率成分并適當(dāng)?shù)厥苟鄠€(gè)周期信號(hào)值的頻率成分通過(guò)的單元。例如，作為濾波單元可以使用帶通濾波器。另外，在不需要截止控制輸入的頻率成分時(shí)，可以不使用高通濾波器，而直接使用第一和第二周期信號(hào)值S1、S2和虛擬控制量Ym，根據(jù)它們的乘積S1·Ym、S2·Ym來(lái)計(jì)算第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2。
另外，實(shí)施方式為作為第1和第2周期信號(hào)值S1、S2使用正弦波形的值的例子，但是本發(fā)明的周期信號(hào)值不限于此，只要是余弦波形值或者鋸齒波形值等的具有預(yù)定周期性的值即可。
另外，實(shí)施方式為作為相關(guān)性參數(shù)使用第一和第二響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2的例子，但是相關(guān)性參數(shù)不限于此，只要是表示控制對(duì)象模型中的控制輸入和控制量之間的相關(guān)性的參數(shù)即可。例如，可以通過(guò)使兩個(gè)周期信號(hào)值的濾波值Sf1、Sf2與虛擬控制量的濾波值Ymf相乘，從而計(jì)算h+1個(gè)乘積Ymf·Sf1、Ymf·Sf2的時(shí)序數(shù)據(jù)，把這些時(shí)序數(shù)據(jù)的移動(dòng)平均值分別乘以響應(yīng)增益修正系數(shù)Kr1、Kr2，從而計(jì)算作為相關(guān)性參數(shù)的響應(yīng)指標(biāo)RI1、RI2。
此外，實(shí)施方式為分別通過(guò)把第一和第二分配誤差Ed1、Ed2與值RI1/RI1_max、RI2/RI2_max相乘來(lái)計(jì)算第一和第二跟隨誤差Em1、Em2的例子，但是也可以把第一和第二響應(yīng)指標(biāo)的符號(hào)函數(shù)sgn(RI1)、sgn(RI2)分別與第一和第二分配誤差Ed1、Ed2相乘，來(lái)計(jì)算第一和第二跟隨誤差Em1、Em2。
另外，實(shí)施方式為把本發(fā)明的控制裝置1應(yīng)用于作為控制對(duì)象的內(nèi)燃機(jī)3的例子，但是本發(fā)明的控制裝置不限于此，當(dāng)然可以在各種工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用于具有極值特性的控制對(duì)象或多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象。
以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元，其根據(jù)定義了控制對(duì)象的控制輸入和控制量之間關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算表示該控制輸入和該控制量之間的相關(guān)性的相關(guān)性參數(shù)；目標(biāo)值設(shè)定單元，其設(shè)定成為所述控制量的目標(biāo)的目標(biāo)值；以及控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)預(yù)定的控制算法，計(jì)算所述控制輸入，使所述控制量收斂于所述目標(biāo)值，并且根據(jù)所述相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定所述控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元具有虛擬控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)對(duì)所述控制輸入加上具有預(yù)定的周期性的周期信號(hào)值，從而按預(yù)定周期計(jì)算虛擬控制輸入作為時(shí)序數(shù)據(jù)；虛擬控制量計(jì)算單元，其根據(jù)所述控制對(duì)象模型，按所述預(yù)定周期計(jì)算虛擬控制量作為時(shí)序數(shù)據(jù)，其中，所述虛擬控制量相當(dāng)于將所述虛擬控制輸入作為所述控制對(duì)象模型的所述控制輸入時(shí)的所述控制量；以及參數(shù)計(jì)算單元，其通過(guò)使所述周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘，來(lái)計(jì)算多個(gè)乘積，并根據(jù)該多個(gè)乘積之和，按所述預(yù)定周期計(jì)算所述相關(guān)性參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元還具有濾波單元，該濾波單元對(duì)所述周期信號(hào)值和所述虛擬控制量實(shí)施預(yù)定的濾波處理，所述參數(shù)計(jì)算單元通過(guò)將實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，從而計(jì)算所述多個(gè)乘積。
4.一種控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元，其根據(jù)定義了控制對(duì)象的多個(gè)控制輸入和控制量之間關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算分別表示該多個(gè)控制輸入和該控制量之間的相關(guān)性的多個(gè)相關(guān)性參數(shù)；目標(biāo)值設(shè)定單元，其設(shè)定成為所述控制量的目標(biāo)的目標(biāo)值；以及控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)預(yù)定的控制算法，分別計(jì)算所述多個(gè)控制輸入，使所述控制量收斂于所述目標(biāo)值，并且分別根據(jù)所述多個(gè)相關(guān)性參數(shù)來(lái)確定該各控制輸入的增減程度和增減方向中的至少一方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元具有虛擬控制輸入計(jì)算單元，其通過(guò)分別對(duì)所述多個(gè)控制輸入加上具有預(yù)定的周期性的多個(gè)周期信號(hào)值，從而按預(yù)定的第1周期計(jì)算多個(gè)虛擬控制輸入作為時(shí)序數(shù)據(jù)；虛擬控制量計(jì)算單元，其根據(jù)所述控制對(duì)象模型，按所述第1周期計(jì)算虛擬控制量作為時(shí)序數(shù)據(jù)，其中，所述虛擬控制量相當(dāng)于將所述多個(gè)虛擬控制輸入分別作為所述控制對(duì)象模型中的所述多個(gè)控制輸入時(shí)的所述控制量；以及參數(shù)計(jì)算單元，其通過(guò)將所述多個(gè)周期信號(hào)值各自的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)相乘，來(lái)計(jì)算多個(gè)乘積，并根據(jù)該多個(gè)乘積之和，按所述第1周期計(jì)算所述各相關(guān)性參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述多個(gè)周期信號(hào)值具有互不相同的預(yù)定的多個(gè)第2周期，該多個(gè)第2周期比所述第1周期長(zhǎng)，設(shè)定為該第1周期的整數(shù)倍的值，所述控制輸入計(jì)算單元的所述各控制輸入的計(jì)算周期設(shè)定為所述多個(gè)第2周期的最小公倍數(shù)的整數(shù)倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述相關(guān)性參數(shù)計(jì)算單元還具有濾波單元，該濾波單元對(duì)所述各周期信號(hào)值和所述虛擬控制量進(jìn)行預(yù)定的濾波處理，所述參數(shù)計(jì)算單元通過(guò)將實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述各周期信號(hào)值的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)分別與實(shí)施了所述預(yù)定的濾波處理的所述虛擬控制量的多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，從而計(jì)算所述多個(gè)乘積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對(duì)象為內(nèi)燃機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，所述控制對(duì)象為內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制裝置，在對(duì)具有極值特性的控制對(duì)象或多輸入多輸出系統(tǒng)的控制對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，也可同時(shí)確保高水平的控制穩(wěn)定性和控制精度，并降低制造成本和運(yùn)算負(fù)荷。該控制裝置具有在線模型分析器和協(xié)調(diào)控制器。在線模型分析器基于定義了進(jìn)氣開(kāi)角和排氣再開(kāi)角與圖示平均有效壓力壓之間的關(guān)系的控制對(duì)象模型，計(jì)算表示其相關(guān)性的第一和第二響應(yīng)指標(biāo)。協(xié)調(diào)控制器按照預(yù)定的控制算法計(jì)算進(jìn)氣開(kāi)角和排氣再開(kāi)角，使圖示平均有效壓力收斂于目標(biāo)值，并根據(jù)第一和第二響應(yīng)指標(biāo)確定所述進(jìn)氣開(kāi)角和排氣再開(kāi)角的增減程度和增減方向。
文檔編號(hào)F16D48/06GK1987689SQ200610168760
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者安井裕司, 川澄郁繪 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社