JPS6340264B2 - - Google Patents
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- JPS6340264B2 JPS6340264B2 JP58012689A JP1268983A JPS6340264B2 JP S6340264 B2 JPS6340264 B2 JP S6340264B2 JP 58012689 A JP58012689 A JP 58012689A JP 1268983 A JP1268983 A JP 1268983A JP S6340264 B2 JPS6340264 B2 JP S6340264B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
- F02D31/001—Electric control of rotation speed
- F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
- F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
この発明は、内燃機関の内部状態を考慮して機
関をダイナミツク(動的)なシステムとして捕
え、内部状態を規定する状態変数によつて機関の
動的な振舞いを推定しながら、機関の入力変数を
決定する状態変数制御の手法を用いて、アイドル
回転速度を制御する方法に関し、特に、コーステ
イング時並びに空吹かし時の過渡応答を改善する
制御方法に関する。Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention considers the internal state of an internal combustion engine, treats the engine as a dynamic system, and uses state variables that define the internal state to evaluate the dynamic state of the engine. This invention relates to a method of controlling idle rotation speed using a state variable control method that determines input variables of an engine while estimating its behavior, and in particular, relates to a control method that improves transient response during coasting and when idling. .
(従来技術)
従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
方法としては、例えば第1図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ1
は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ4のバイパス
5を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。(Prior Art) As a conventional method for controlling idle rotation speed in an internal combustion engine, there is a method as shown in FIG. 1, for example. AAC valve 1 for idle speed control
The lift amount changes by duty-controlling the driving pulse width P A of the control solenoid 3 of the VCM valve 2, and the amount of bypass air passing through the bypass 5 of the throttle valve 4 changes, thereby increasing the idle rotation speed. controlled.
コントロールユニツト6は、スロツトルバルブ
スイツチ7によるアイドル(IDLE)信号、ニユ
ートラルスイツチ8によるニユートラル
(NEUT)信号、車速センサ9による車速
(VSP)信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ10による冷
却水温度(Tw)に応じた1次元テーブルルツク
アツプによつて、アイドル回転速度の基本目標値
を算出する。そして、エアコンスイツチ11によ
るエアコン(A/C)信号、ニユートラル
(NEUT)信号、バツテリ電圧(VB)信号など
に応じた補正を行なつて最終的に算出されたアイ
ドル回転速度の目標値Nrに対し、機関の実際の
アイドル回転速度Nとその目標値Nrとの偏差SA
が小さくなるように制御ソレノイド3のパルス幅
PAを比例、積分(PI)のデユーテイ制御をして、
目標回転速度Nrにフイードバツク制御する。 The control unit 6 detects that the engine is in the idle state based on the idle (IDLE) signal from the throttle valve switch 7, the neutral (NEUT) signal from the neutral switch 8, the vehicle speed (VSP) signal from the vehicle speed sensor 9, etc. Then, a basic target value of the idle rotation speed is calculated by a one-dimensional table lookup according to the cooling water temperature (T w ) detected by the water temperature sensor 10. Then, correction is made according to the air conditioner (A/C) signal, neutral (NEUT) signal, battery voltage (VB) signal, etc. from the air conditioner switch 11, and the target value N r of the idle rotation speed is finally calculated. On the other hand, the deviation SA between the engine's actual idle speed N and its target value N r
The pulse width of control solenoid 3 is set so that
Perform proportional and integral (PI) duty control on P A ,
Perform feedback control to target rotational speed Nr .
以上の制御方法を流れ図で示したのが、第2図
である。 FIG. 2 shows a flowchart of the above control method.
しかしながら、このような従来の内燃機関のア
イドル回転速度制御方法にあつては、減速からア
イドル運転に入り、目標回転速度に制御する際の
制御追従性が悪く、目標回転速度に追従するまで
の制御過渡応答で目標回転速度を大きく割り、コ
ーステイングエンストしてしまうことが多く、さ
らにアイドル運転中に空吹かしをした際の過渡応
答性が悪いという問題点があつた。 However, in such a conventional method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine, control followability is poor when starting from deceleration to idle operation and controlling to the target rotation speed, and the control until the rotation speed follows the target rotation speed is poor. There were problems in that the transient response greatly reduced the target rotational speed, resulting in coasting and engine stalling, and poor transient response when revving during idling.
そして、特に従来の手法でアイドル回転速度制
御を開始する機関回転速度範囲を固定すると、目
標回転速度が高くなつた場合、制御を開始する機
関回転速度と、目標回転速度の差が小さくなり、
コーステイングやちよい踏み(アクセルを僅かに
踏んだ状態)等で制御に入つた場合、制御の応答
が間に合わず、目標回転速度に対してアンダーシ
ユートが生じ、とりわけ外乱が加わつた時の過渡
制御性が悪化するという問題点があつた。 In particular, if the engine rotation speed range in which idle rotation speed control is started is fixed using the conventional method, when the target rotation speed becomes higher, the difference between the engine rotation speed at which control is started and the target rotation speed becomes smaller.
If control is entered due to coasting or a slight step on the accelerator, the control response may not be in time, resulting in undershoot with respect to the target rotation speed, especially transient control when disturbances are added. There was a problem that sex deteriorated.
例えば、目標回転速度を650rpmとし、コース
テイング、ちよい踏み等でアンダーシユートが生
じないように制御開始範囲を1100rpm以下と固定
すると、エアコンコンプレツサー負荷が入り目標
回転速度が800rpmとなつた場合、制御開始と目
標回転速度との差が300rpmとなり、高回転から
のコーステイング時回転低下が急激で制御の応答
が間に合わず、目標回転速度に対して大きなアン
ダーシユートが生じるという問題があつた。 For example, if the target rotation speed is set to 650 rpm and the control start range is fixed at 1100 rpm or less to prevent undershoot due to coasting, short pedaling, etc., the target rotation speed becomes 800 rpm when the air conditioner compressor load is applied. In this case, the difference between the start of control and the target rotational speed is 300 rpm, and there is a problem that the rotational speed decreases rapidly during coasting from high rotational speeds, and the control response is not in time, resulting in a large undershoot with respect to the target rotational speed. Ta.
(発明の目的)
この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、コーステイング時および空吹
かし時の過渡応答を改善することを目的とする。
そして特に冷却水温度が低い場合や、エアコンコ
ンプレツサー負荷が加わり、目標回転速度が変化
した時にも、安定して制御することを目的とす
る。(Objective of the Invention) The present invention has been made in view of these conventional problems, and an object of the present invention is to improve the transient response during coasting and when racing.
The aim is to provide stable control, especially when the cooling water temperature is low or when the air conditioner compressor load is added and the target rotation speed changes.
(発明の構成および作用)
そこでこの発明は、制御入力(空気量、点火時
期、燃料供給量および排気還流量のうちから選択
されたいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合
せ)と制御出力(アイドル回転速度)間のダイナ
ミツクモデルに基づいて多変数制御を行なう方法
において、冷却水温度が低い場合や、エアコンコ
ンプレツサ負荷が加わつた場合等、目標回転速度
Nrが変化した時には、制御開始を判断する回転
速度範囲を、目標回転速度Nrに応じて変えるこ
とを特徴とするものである。(Structure and operation of the invention) Therefore, the present invention provides a control input (any one selected from air amount, ignition timing, fuel supply amount, and exhaust gas recirculation amount, or a combination of any two or more of them) and a control output. (idle rotation speed) In a method that performs multivariable control based on a dynamic model between (idle rotation speed), the target rotation speed
The present invention is characterized in that when Nr changes, the rotational speed range for determining whether to start control is changed in accordance with the target rotational speed Nr .
以下、この発明を図面に基づいて説明する。 The present invention will be explained below based on the drawings.
第3図は、この発明による内燃機関のアイドル
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。 FIG. 3 is a block diagram of an apparatus for realizing an embodiment of the method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine according to the present invention.
同図において、12は制御対象である内燃機関
で、アイドル回転速度制御の他、空燃比フイード
バツク制御を含む燃料噴射制御その他を行なつて
いる。制御対象12の制御出力をアイドル回転速
度とした場合、制御入力としては、空気量(また
は相当量)、点火時期、燃料供給量(または相当
量)および排気還流量(または相当量)のうちの
いずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せをと
り得る。本実施例では、2制御入力として、アイ
ドル時のバイパス空気量を調整するためのVCM
バルブ2の制御ソレノイド(第1図)を駆動する
パルス幅PA(すなわちバイパス空気量に相当する
量)と点火時期ITとをとる。制御出力はアイド
ル回転速度Nで、1出力である。 In the figure, reference numeral 12 denotes an internal combustion engine to be controlled, which performs not only idle speed control but also fuel injection control including air-fuel ratio feedback control. When the control output of the controlled object 12 is the idle rotation speed, the control input is the amount of air (or equivalent amount), ignition timing, fuel supply amount (or equivalent amount), and exhaust gas recirculation amount (or equivalent amount). Any one or a combination of two or more may be used. In this embodiment, the VCM for adjusting the amount of bypass air at idle is used as the two control inputs.
The pulse width P A (that is, the amount corresponding to the amount of bypass air) that drives the control solenoid of valve 2 (Fig. 1) and the ignition timing IT are determined. The control output is the idle rotation speed N, which is one output.
13は、制御対象である機関12のダイナミツ
クモデルを記憶していて、上記3つの制御入出力
情報PA,IT,Nから機関のダイナミツクな内部
状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であ
り、内部状態を代表する状態変数量x(例えば4
つの量x1、x2、x3、x4のベクトル表示)の推定値
x^を計算する。 Reference numeral 13 denotes a state observation device (observer) which stores a dynamic model of the engine 12 to be controlled and estimates the dynamic internal state of the engine from the above three control input/output information P A , IT, and N. , the state variable quantity x representing the internal state (for example, 4
estimated values of the three quantities x 1 , x 2 , x 3 , x 4 (vector representation)
Calculate x^.
状態観測器13は制御対象である機関をシミユ
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数x(n次のベクトルx1〜xo)で代表す
る。制御対象である機関の内部状態を表わす状態
変数は、具体的には例えばインテークマニホール
ド絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸入され
た空気量、燃焼の動的挙動、機関トルク等が挙げ
られる。これらの値をセンサにより検出できれ
ば、その検出値を用いることによつて、動的な振
舞いを把握し、制御に用いることによつて制御を
より精密に行なうことができる。しかしながら現
時点では、それらの値を検出できる実用的センサ
はあまり存在しない。そこで機関の内部状態を状
態変数xで代表させるが、但し状態変数xは実際
の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる必
要はなく、全体として機関をシミユレーシヨンさ
せるものである。状態変数xの次数nは、nが大
きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面計
算が複雑になる。そこでモデルとしては低次元化
近似されたものを使用し、近似誤差又は機関個体
差による誤差を積分動作で吸収する。この発明に
おける2入力1出力の場合には、n=4程度が適
当である。 The state observation device 13 simulates the engine to be controlled, and the dynamic internal state is represented by a state variable x (n-th order vector x 1 to x o ). Specific examples of state variables that represent the internal state of the engine to be controlled include intake manifold absolute pressure, suction negative pressure, amount of air actually taken into the cylinder, dynamic behavior of combustion, engine torque, etc. . If these values can be detected by a sensor, dynamic behavior can be grasped by using the detected values, and control can be performed more precisely by using the detected values for control. However, at present, there are not many practical sensors that can detect these values. Therefore, the internal state of the engine is represented by a state variable x, but the state variable x does not need to correspond to various physical quantities representing the actual internal state, and is used to simulate the engine as a whole. As for the degree n of the state variable x, the larger n is, the more accurate the simulation will be, but on the other hand, the calculation will be more complicated. Therefore, a reduced-dimensional approximation model is used, and approximation errors or errors due to individual engine differences are absorbed by integral operation. In the case of two inputs and one output in this invention, n=4 is appropriate.
第3図において、14は積分動作とゲインブロ
ツクで、機関回転速度の指定された目標値Nrと
実際値Nとの偏差SAを積分した量および状態観
測器13で計算された状態変数量xから、2つの
制御入力PAとITの値を計算する(第5図参照)。
そして、上記状態観測器13と積分動作とゲイン
ブロツク14とでコントローラを構成する。 In FIG. 3, 14 is an integral operation and a gain block, which is the integral of the deviation SA between the designated target value N r of the engine rotation speed and the actual value N, and the state variable quantity x calculated by the state observer 13. From this, calculate the values of the two control inputs P A and IT (see Figure 5).
The state observer 13, integral operation, and gain block 14 constitute a controller.
次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.
制御対象である機関12は2入力1出力システ
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列T(z)から、制御対象12のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その1つの手法として状態観測器13がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象12
の伝達関数行列T(z)が実験的に求まり、
T(z)=〔T1(z)T2(z)〕 (1)
となる。但し、zは入出力信号のサンプル値のz
−変換を示し、T1(z)とT2(z)は例えばzの
2次伝達関数である。 The engine 12 that is the controlled object is a two-input one-output system, and the controlled object 12 is It is possible to estimate the dynamic internal state of
One of the methods is the state observation device 13. Under operating conditions near the idle rotation speed, the controlled object 12
The transfer function matrix T(z) of T(z) is found experimentally, and becomes T(z)=[T 1 (z) T 2 (z)] (1). However, z is the sample value of the input/output signal.
- transformation, where T 1 (z) and T 2 (z) are, for example, quadratic transfer functions of z.
入力、出力および伝達関数T1(z)、T2(z)の
関係を示す制御対象(機関)12のモデル構造を
第4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA,δIT,δNを用いている。 FIG. 4 shows a model structure of the controlled object (engine) 12 showing the relationship between input, output, and transfer functions T 1 (z) and T 2 (z). However, input and output use deviations ΔP A , ΔIT, and ΔN from the reference setting values, respectively.
この伝達関数行列T(z)から、次の様に状態
観測器13を構成することができる。 From this transfer function matrix T(z), the state observer 13 can be configured as follows.
先ず、T(z)から機関の動的な振舞いを記述
する状態変数モデル
x(n)=Ax(n−1)+Bu(n−1) (2)
y(n−1)=Cx(n−1) (3)
を導く。ここで、各量のカツコ内の(n)は現時
点を、また(n−1)は1つ前のサンプル時点を
表わす。u(n−1)は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の摂動分を表わす、制御ソレノイド3のパルス幅
δPA(n−1)と点火時期δITを要素とする。すな
わち、
u(n−1)= δPA(n−1)
δIT(n−1) (4)
また、y(n−1)は制御出力で、制御入力ベク
トルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば
650rpm)からの摂動分を表わすδN(n−1)を
要素とする。すなわち、
y(n−1)=δN(n−1) (5)
X(・)は状態変数ベクトルであり、行列A、B、
Cは伝達関数行列T(z)の係数から決まる定数
行列である。 First, a state variable model that describes the dynamic behavior of the engine from T(z) x(n)=Ax(n-1)+Bu(n-1) (2) y(n-1)=Cx(n- 1) Derive (3). Here, (n) in each quantity box represents the current time, and (n-1) represents the previous sample time. u(n-1) is a control input vector, which includes the pulse width δP A (n-1) of the control solenoid 3 and the ignition timing δIT, which represent the perturbation within a range where linear approximation from a certain reference setting value holds. shall be. That is, u(n-1) = δP A (n-1) δIT(n-1) (4) Also, y(n-1) is the control output, and like the control input vector, a certain reference rotation speed N a (for example
The element is δN (n-1) representing the perturbation from 650 rpm). That is, y(n-1)=δN(n-1) (5) X(・) is the state variable vector, and the matrices A, B,
C is a constant matrix determined from the coefficients of the transfer function matrix T(z).
ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測
器を構成する。 Here, we construct a state observer with the following algorithm.
x^(n)=(A−GC)x^(n−1)
+Bu(n−1)+Gy(n−1) (6)
ここで、Gは任意に与えられる行列で、x^(・)
は機関12の内部状態変数x(・)の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、
〔x(n)−x^(n)〕=(A−GC)〔x(n−1)
−x^(n−1)〕 (7)
となり、行列(A−GC)の固有値が単位円内に
あるようにGを選べば、
n→大で x^(n)→x(n) (8)
となり、内部状態変数量x(n)を入力u(・)と
出力y(・)から推定することができる。また、
行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値
を全て零にすることも可能で、この時状態観測器
13は有限整定状態観測器となる。x^(n)=(A-GC)x^(n-1) +Bu(n-1)+Gy(n-1) (6) Here, G is an arbitrarily given matrix, and x^(・)
is the estimated value of the internal state variable x(·) of the engine 12. Transforming from equations (2)(3)(6), [x(n)−x^(n)]=(A−GC)[x(n−1) −x^(n−1)] (7 ), and if G is chosen so that the eigenvalues of the matrix (A-GC) are within the unit circle, then x^(n)→x(n) (8) for n→large, and the internal state variable quantity x(n ) can be estimated from the input u(·) and the output y(·). Also,
It is also possible to appropriately select the matrix G and make all the eigenvalues of the matrix (A-GC) zero, in which case the state observer 13 becomes a finitely stable state observer.
このようにして推定された状態変数x^(・)と、
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)
との偏差SA=(Nr−N(・))の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド3の駆動パルス幅
の基準設定値(PA)aからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA(・)と、点火時期の基準設
定値からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分
δIT(・)を決定し、機関のアイドル回転速度N
の最適レギユレータ制御を行なう。レギユレータ
制御とは、アイドル回転速度Nを一定値である目
標回転速度Nrに合致するように制御する定値制
御を意味する。 The state variable x^(・) estimated in this way is
Target rotation speed N r and current actual rotation speed N (・)
Using the information of the deviation SA = (N r − N (・)),
The increase amount δP A (・) within the range where a linear approximation from the reference setting value ( PA ) a of the driving pulse width of the control solenoid 3 which is the control input holds, and the linear approximation from the reference setting value of the ignition timing are Determine the amount of increase δIT (・) within the range that holds true, and determine the idle rotation speed N of the engine.
performs optimal regulator control. Regulator control means constant value control that controls the idle rotation speed N to match the target rotation speed Nr , which is a constant value.
なお本発明では、前述した様に実験的に求めた
モデルが低次元化された近似モデルであるため、
その均似誤差を吸収するためのI(積分)動作を
付加しているが、ここではI動作を含めての最適
レギユレータ制御を行う。 In addition, in the present invention, as mentioned above, since the experimentally obtained model is a reduced-dimensional approximate model,
An I (integral) operation is added to absorb the homogeneity error, but here optimal regulator control including the I operation is performed.
この発明の制御対象である機関は、前述したよ
うに2入力1出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
数変システムの最適レギユレータ制御アルゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」(昭和51年)昭晃堂その他に説明されている
ので、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみ
を記述すると、いま、
δu(n)=u(n)−u(n−1) (9)
δe(n)=Nr−N(n) (10)
とし、評価関数Jを、
J=∞
〓k=0
〔δe(k)2+δut(k)Rδu(k)〕 (11)
とする。ここでRは重みパラメータ行列、tは転
置を示す。kは制御開始時点を0とするサンプル
回数で、(11)式の右辺第2項は(9)式の2乗(Rを対
角行列とすると)を表わす。又(11)式の第2項を、
(9)式の様な制御入力の差分の2次形式としている
が、これは第5図の様にI(積分)動作を付加し
たためである。(11)式の評価関数Jを最小とする最
適制御入力u*(k)は、
となる。(12)式で
K=−(R+tP)-1 tP (13)
とおくと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式
において
= 1 −CA
0 A (14)
= −CB
B (15)
であり、Pは、
P=tP−tP(tP
+R)-1 tP+ 1 0
0 0 (16)
のリカツテイ(Riccati)方程式の解である。 As mentioned above, the engine to be controlled by this invention is a two-input one-output system, which is optimally controlled by a regulator.The optimal regulator control algorithm for a general multi-variable system is, for example, proposed by Katsuhisa Furuta. Since it is explained in the book "Linear System Control Theory" (1976) by Shokodo and others, a detailed explanation will be omitted here. Describing only the results, now δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=N r −N(n) (10) and the evaluation function J is J = ∞ 〓 k=0 [δe(k) 2 +δu t (k)Rδu(k)] (11). Here, R is a weight parameter matrix and t is a transposition. k is the number of samples with the control start time being 0, and the second term on the right side of equation (11) represents the square of equation (9) (assuming R is a diagonal matrix). Also, the second term of equation (11) is
The quadratic form of the control input difference as shown in equation (9) is used, but this is because an I (integral) operation is added as shown in FIG. The optimal control input u * (k) that minimizes the evaluation function J in equation (11) is becomes. If we set K=-(R+ tP ) -1tP (13) in equation (12), K is the optimal gain matrix. Also, in equation (12), = 1 -CA 0 A (14) = -CB B (15), and P is P= t P- t P( t P +R) -1 t P+ 1 0 0 0 (16 ) is the solution of the Riccati equation.
(11)式の評価関数Jの意味は、制御入力u(・)
の動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるア
イドル回転速度Nの目標値Nrからの偏差SA(回
転変動)を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Rで変える
ことができる。従つて、適当なRを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル(状態変数モ
デル)を用い、(16)式を解いたPを用いて計算
した(13)式の最適ゲイン行列Kをマイクロコン
ピユータに記憶し、アイドル回転速度の目標値
Nrと実際値Nの偏差SAの積分値および推定され
た状態変数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力
値u*(k)を簡単に決定することができる。また前
述したように、機関のダイナミツクな状態変数の
推定値x^(k)を求めるには、行列A、B、C、Gの
値をマイクロコンピユータに記憶しておき(6)式に
より計算すればよい。 The meaning of the evaluation function J in equation (11) is that the control input u(・)
The intention is to minimize the deviation SA (rotation fluctuation) of the idle rotation speed N, which is the control output y (・), from the target value N r while constraining the movement of It can be changed using matrix R. Therefore, by selecting an appropriate R, using a dynamic model (state variable model) of the engine at idle, and using P obtained by solving equation (16), the optimal gain matrix K in equation (13) is micro- The target value of idle rotation speed is stored in the computer.
From the integral value of the deviation SA between N r and the actual value N and the estimated state variable x^(k), the optimal control input value u * (k) can be easily determined by equation (12). Furthermore, as mentioned above, in order to obtain the estimated value x^(k) of the dynamic state variable of the engine, the values of matrices A, B, C, and G must be stored in a microcomputer and calculated using equation (6). Bye.
特に、機関の始動時や、エアコン負荷が加わり
目標回転速度Nrが高くなつた場合、制御を開始
すると判断する回転速度範囲の上限回転速度NL
とNrとの差が小さいため、コーステイング、ち
よい踏み等で制御を開始する場合、制御の応答が
間に合わず、目標回転速度に対してアンダーシユ
ートが生じ、とりわけ外乱が加わつた時の過渡制
御性が悪化するという問題がある。 In particular, when starting the engine or when the target rotation speed N r increases due to the air conditioner load, the upper limit rotation speed N L of the rotation speed range in which control is determined to start.
Since the difference between Nr and There is a problem that transient controllability deteriorates.
例えば、アイドル回転速度制御を開始する回転
速度を1100rpm以下とし、目標回転速度がエアコ
ン負荷が入り、650rpmから800rpmとなつたとす
る。この時高回転からコーステイングを行なう
と、回転の落ち込みがかなり早く、1100rpmから
800rpmまで落ちる時間内にうまく制御すること
は困難である。 For example, assume that the rotation speed at which idle rotation speed control is started is set to 1100 rpm or less, and the target rotation speed changes from 650 rpm to 800 rpm when an air conditioner load is applied. At this time, if you coast from high rpm, the rpm will drop quite quickly, starting from 1100 rpm.
It is difficult to control well within the time it drops to 800rpm.
従つて本発明では、目標回転速度Nrに応じて、
制御を開始するエンジン回転速度NLを可変とし
た。 Therefore, in the present invention, depending on the target rotational speed N r ,
The engine rotation speed N L at which control starts is made variable.
例えば、目標回転速度が650rpmの場合、コー
ステイング、ちよい踏み等で目標回転速度に対し
て大きくアンダーシユートが生じないような制御
開始回転速度を1100rpmと選んだとする。この
時、エアコン、コンプレツサ負荷が加わり目標回
転速度が800rpmとなれば、制御開始回転速度を
制御応答が間に合うように1250rpmとし、目標回
転速度に対してアンダーシユートが生じないよう
にする。 For example, when the target rotational speed is 650 rpm, assume that the control start rotational speed is selected to be 1100 rpm so that a large undershoot with respect to the target rotational speed does not occur due to coasting, short stepping, etc. At this time, if the air conditioner and compressor load is added and the target rotational speed becomes 800rpm, the control start rotational speed is set to 1250rpm so that the control response is in time to avoid undershooting the target rotational speed.
この目標回転速度に対する制御開始回転速度
は、例では目標回転速度に450rpm加算した値と
しているが、他に、目標回転速度に応じてテーブ
ルルツクアツプを行なうとか、実際の制御で目標
回転速度に対し、どの程度アンダーシユートが生
じたかにより前記テーブルを書き変えるという方
法も可能である。 In the example, the control start rotation speed for this target rotation speed is a value obtained by adding 450 rpm to the target rotation speed, but it is also possible to perform a table pull-up according to the target rotation speed, or to adjust the control start speed to the target rotation speed in actual control. It is also possible to rewrite the table depending on how much undershoot has occurred.
以上のアイドル回転速度制御の手順を示したの
が、第6図である。手順を説明すると、ステツプ
30では、エアコンのオン−オフ状態、冷却水温度
Twの値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを
決める。ステツプ31では、目標回転Nrに450rpm
加えた値を制御開始上限値NLとし、ステツプ32
では、実際の回転NとNLを比較し、N>NLなら
制御は行なわず、N≦NLなら制御を開始する。
ステツプ33では、アイドル回転速度の目標値Nr
と実際値Nの偏差SAを計算する。ステツプ34で
は、制御を始めてから前の周期までの回転速度の
偏差SAを加算していて、結果をDUNというレジ
スタに移す。ステツプ35では、回転速度の実際値
Nの基準設定値Na(例えば650rpm)からのズレ
δNを計算する。ステツプ36は機関のダイナミツ
クな内部状態を推定するアルゴリズムに従つて前
回の制御で推定した状態変数量x1 *〜x3 *(前回計
算値)と、計算された制御入力値δPAおよびδIT
と、さらに制御出力値であるδNとを重みづけ加
算して各状態変数量x1〜x4を計算する。但し、(6)
式の行列(A−GC)は、
A−GC= 0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0 (18)
の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。なお、(A、B、C)は可観測正準形を用い
ている。 FIG. 6 shows the procedure of the above idle rotation speed control. When explaining the procedure, the step
At 30, the air conditioner on/off status, cooling water temperature
Determine the target value Nr of the idle rotation speed based on the value of Tw , etc. In step 31, set the target rotation N r to 450 rpm.
The added value is set as the control start upper limit value N L , and step 32
Now, the actual rotation N and N L are compared, and if N>N L , no control is performed, and if N≦N L , control is started.
In step 33, the target value of idle rotation speed N r
and the deviation SA of the actual value N is calculated. In step 34, the rotational speed deviation SA from the start of control to the previous cycle is added, and the result is transferred to a register called DUN. In step 35, the deviation δN of the actual value N of the rotational speed from the reference set value N a (for example, 650 rpm) is calculated. Step 36 uses the state variables x 1 * to x 3 * (previously calculated values) estimated in the previous control according to the algorithm that estimates the dynamic internal state of the engine, and the calculated control input values δP A and δIT.
and ΔN, which is the control output value, are weighted and added to calculate each state variable quantity x 1 to x 4 . However, (6)
The matrix (A-GC) of the equation is an example of forming a finitely settled observer in the form A-GC=0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 (18). Note that (A, B, C) uses observable canonical forms.
ステツプ37では、推定された機関のダイナミツ
クな内部状態変数量x1〜x4とDUN=k
〓j=0
〔Nr−N
(j)〕に最適ゲインKの要素kijを乗じて加算し、
基準設定値(PA)aおよびITaに対し制御入力値を
どれだけ増量するかを計算する。 In step 37, the estimated dynamic internal state variables x 1 to x 4 of the engine and DUN= k 〓 j=0 [N r −N
(j)] is multiplied by the element k ij of the optimal gain K and added.
Calculate how much the control input value should be increased with respect to the reference setting value (P A ) a and IT a .
第6図の係数bij、gi、kij等は予め求めておい
て、マイクロコンピユータのROM(Read Only
Memory)等に記憶しておく。 The coefficients b ij , g i , k ij, etc. in Fig. 6 are determined in advance, and the microcomputer's ROM (Read Only)
Memory) etc.
以上の手順で、アイドル回転速度が一定の状態
における種々の外乱に対する過渡応答と、アイド
ル回転速度の目標値を変更した場合の過渡応答を
実験した結果を、従来のPI制御とこの発明によ
る多変数制御とで比較したのが第7図ないし第1
0図である。 Using the above procedure, we compared the results of experiments on transient responses to various disturbances when the idle rotation speed is constant, and transient responses when the target value of the idle rotation speed is changed, using the conventional PI control and the multivariable Figures 7 to 1 show the comparison with the control.
This is figure 0.
第7図はクラツチ接続時(t0点で半クラツチ接
続、但しブレーキを踏んでいる)のアイドル回転
速度Nの過渡応答を示し、Aは従来のPI制御、
Bはこの発明の多変数制御の場合である。第8図
はクラツチ遮断時(t0点で遮断)の過渡応答を示
し、Aは従来方法、Bはこの発明の方法の場合で
ある。第9図はエアコンをオンし、目標アイドル
回転速度を800rpmに移行した場合、およびエア
コンをオフし、目標アイドル回転速度を650rpm
に戻した場合の過渡応答を示し、Aは従来方法、
Bはこの発明の方法の場合である。第10図は無
負荷高回転状態から目標値650rpmにコーステイ
ングする場合の過渡応答を示し、Aは従来の方
法、Bはこの発明の方法の場合である。第7図な
いし第10図から明らかなように、いずれの場合
もこの発明による方法によつて、過渡制御性が大
幅に改善されていることが判る。なお第7図Aで
はアイドル回転速度が目標値に整定しない。 Figure 7 shows the transient response of the idle rotation speed N when the clutch is engaged (the clutch is half engaged at the t 0 point, but the brake is being pressed), and A is the conventional PI control;
B is a case of multivariable control according to the present invention. FIG. 8 shows the transient response when the clutch is disengaged (disengaged at point t0 ), where A is the conventional method and B is the method of the present invention. Figure 9 shows the case where the air conditioner is turned on and the target idle speed is set to 800 rpm, and when the air conditioner is turned off and the target idle speed is set to 650 rpm.
shows the transient response when returning to , A is the conventional method,
B is a case of the method of this invention. FIG. 10 shows the transient response when coasting from a no-load high speed state to a target value of 650 rpm, where A is the conventional method and B is the method of the present invention. As is clear from FIGS. 7 to 10, it can be seen that in each case, the method according to the present invention significantly improves transient controllability. Note that in FIG. 7A, the idle rotation speed does not settle to the target value.
第11図A,Bは、目標回転Nrが800rpmで、
制御開始回転速度NLを1100rpm、1250rpmとし
た場合の制御結果である。図から制御開始を目標
回転速度Nrに応じて変えた方が、良好な制御性
が得られることがわかる。 In Fig. 11 A and B, the target rotation N r is 800 rpm,
These are control results when the control start rotational speed N L is 1100 rpm and 1250 rpm. It can be seen from the figure that better controllability can be obtained by changing the control start depending on the target rotational speed Nr .
前述したように、この発明における内燃機関の
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量(または相当量)、点火時期、
燃料供給量(または相当量)および排気還流量
(または相当量)のいずれか1つまたは任意の2
つ以上の組合せを用いることができ、上述の実施
例では、バイパス空気量の相当量であるVCMバ
ルブの制御ソレノイドのパルス幅と点火時期とを
制御入力とする場合について説明した。 As mentioned above, when the control output of the internal combustion engine in this invention is the idle rotation speed, the control inputs include the air amount (or equivalent amount), ignition timing,
Either one or any two of fuel supply amount (or equivalent amount) and exhaust gas recirculation amount (or equivalent amount)
Combinations of three or more can be used, and in the above embodiment, a case has been described in which the control inputs are the pulse width of the control solenoid of the VCM valve and the ignition timing, which are equivalent to the amount of bypass air.
(発明の効果)
以上説明したように、この発明によれば、内燃
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転速度制御を行ない、
しかも内燃機関のダイナミツクな状態を推定する
手順を付加し、なおかつ、オブザーバ内のエンジ
ンモデルを低次元近似化したものを用いて計算時
間を短縮し、その近似誤差分は、積分動作で吸収
するようにしたため、アイドル状態で問題となる
失火外乱や負荷外乱などの外乱に対する制御過渡
応答を最適にでき、しかも制御自由度を上げ制御
性を高めるために多変数制御入力を加えて制御す
ることも容易であり、より安定なアイドル回転速
度制御が実現できるという効果が得られる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, idle rotation speed control is performed by applying a multivariable control method based on a dynamic model of an internal combustion engine,
Moreover, a procedure for estimating the dynamic state of the internal combustion engine is added, and calculation time is shortened by using a low-dimensional approximation of the engine model in the observer, and the approximation error is absorbed by the integral operation. This makes it possible to optimize the control transient response to external disturbances such as misfire disturbances and load disturbances that are problematic in idling conditions, and it is also easy to control by adding multivariable control inputs to increase the degree of control freedom and improve controllability. Therefore, it is possible to realize more stable idle rotation speed control.
そして特に、目標回転速度に応じて制御を開始
する回転速度を変える構成としたため、目標回転
速度が変化した場合においても、コーステイン
グ、ちよい踏み等で大きなアンダーシユートは生
じず、過渡の制御性が増しより安定なアイドル運
転を実現することができるという効果が得られ
る。 In particular, the configuration changes the rotational speed at which control starts depending on the target rotational speed, so even if the target rotational speed changes, large undershoots do not occur due to coasting, short pedaling, etc., and transient control is maintained. This has the effect of increasing performance and realizing more stable idling.
第1図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置の構成図、第2図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第3図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第4図は第3図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第5
図は積分動作とゲインブロツクの詳細を示す図、
第6図はこの発明による制御方法を説明するフロ
ーチヤート、第7図A,Bはクラツチ接続時の過
渡応答の実験結果を示す図、第8図A,Bはクラ
ツチ遮断時の過渡応答の実験結果を示す図、第9
図A,Bはエアコンのオンオフ時の過渡応答の実
験結果を示す図、第10図A,Bはコーステイン
グ時の過渡応答の実験結果を示す図、第11図
A,Bは目標回転速度により制御を開始する回転
速度を変えない場合と変えた場合の実験結果を示
す図である。
1……AACバルブ、2……VCMバルブ、3…
…制御ソレノイド、4……スロツトルバルブ、5
……バイパス、7……スロツトルバルブスイツ
チ、8……ニユートラルスイツチ、10……水温
センサ、11……エアコンスイツチ、12……内
燃機関(制御対象)、13……状態観測器、14
……積分動作とゲインブロツク、Nr……アイド
ル回転速度の目標値、N……アイドル回転速度の
実際値、Na……アイドル回転速度の基準設定値、
NL……アイドル回転速度制御開始を判断する回
転速度範囲の上限回転速度、SA……アイドル回
転速度の目標値と実際値の偏差、PA……バイパ
ス空気量を規定する制御ソレノイドの駆動パルス
幅、IT……点火時期、xi……状態変数量、x^i……
状態変数の推定量。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional idle rotation speed control device for an internal combustion engine, FIG. 2 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method, and FIG. 3 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method for an internal combustion engine according to the present invention. Fig. 4 is a block diagram showing the relationship between the control input/output and the engine in Fig. 3, and Fig. 5 is a block diagram of the control device realized.
The figure shows the details of the integral operation and gain block.
FIG. 6 is a flowchart explaining the control method according to the present invention, FIGS. 7A and B are diagrams showing experimental results of transient response when the clutch is engaged, and FIGS. 8A and B are experimental results of transient response when the clutch is disengaged. Figure showing the results, No. 9
Figures A and B are diagrams showing the experimental results of the transient response when the air conditioner is turned on and off, Figure 10 A and B are diagrams showing the experimental result of the transient response during coasting, and Figure 11 A and B are diagrams showing the experimental results of the transient response when the air conditioner is turned on and off. FIG. 6 is a diagram showing experimental results when the rotational speed at which control is started is not changed and when it is changed. 1...AAC valve, 2...VCM valve, 3...
...Control solenoid, 4...Throttle valve, 5
... Bypass, 7 ... Throttle valve switch, 8 ... Neutral switch, 10 ... Water temperature sensor, 11 ... Air conditioner switch, 12 ... Internal combustion engine (controlled object), 13 ... Condition observation device, 14
... Integral operation and gain block, N r ... Target value of idle rotation speed, N ... Actual value of idle rotation speed, N a ... Reference setting value of idle rotation speed,
N L ...Upper limit rotation speed of the rotation speed range that determines the start of idle rotation speed control, SA...Difference between the target value and actual value of idle rotation speed, P A ...Drive pulse of the control solenoid that defines the amount of bypass air Width, IT...Ignition timing, x i ...State variable quantity, x^ i ...
Estimator of state variables.
Claims (1)
ミツクモデルに基づき、前記内燃機関の制御入力
値である該内燃機関に供給される空気量もしくは
該空気量に相当する量および該内燃機関の点火時
期および該内燃機関への燃料供給量もしくは該燃
料供給量に相当する量および排気還流量もしくは
該排気還流量に相当する量から選択されるいずれ
か1つまたは任意の2つ以上の組合せと、該内燃
機関の制御出力値であるアイドル回転速度とか
ら、該内燃機関のダイナミツクな内部状態を代表
する適当な次数の状態変数量xi(i=1、2、…
…n)を推定し、該推定された状態変数量x^i(i
=1、2、……n)と所定の運転状態により決め
られるアイドル回転速度の目標値Nrと実際の回
転速度値Nの偏差SAを積分した量とから前記制
御入力値を決定して、前記内燃機関のアイドル回
転速度をフイードバツク制御する方法において、
スロツトルが全閉になつたことを検知し、かつ他
の機関の運転状態が所定の状態になり、機関回転
速度が前記アイドル回転速度の目標値Nrに基づ
いて決められる所定の範囲内にあることを検知し
た時、アイドル回転速度制御を始めると判断し、
該判断直後、機関のダイナミツクな状態を推定し
始める時に必要な状態変数量の初期値と、前記偏
差SAの積分量の初期値を、スロツトルが全閉に
なつた時の機関回転速度と、アイドル回転速度制
御を始めると判断した時の機関回転速度に応じて
設定することを特徴とするアイドル回転速度制御
方法。1 Based on the dynamic model of the internal combustion engine stored in the controller, the amount of air supplied to the internal combustion engine or the amount equivalent to the amount of air, the ignition timing of the internal combustion engine, and the Any one or a combination of two or more selected from the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or the amount equivalent to the amount of fuel supplied, and the amount of exhaust gas recirculation or the amount equivalent to the amount of exhaust gas recirculation, and the internal combustion engine. From the idle rotation speed which is the control output value of the internal combustion engine, a state variable quantity x i (i=1, 2,...
...n), and the estimated state variable quantity x^ i (i
= 1, 2, ... n) and an amount obtained by integrating the deviation SA between the target value N r of the idle rotation speed determined by a predetermined operating state and the actual rotation speed value N, In the method for feedback controlling the idle rotation speed of the internal combustion engine,
It is detected that the throttle is fully closed, the operating status of other engines is in a predetermined state, and the engine rotation speed is within a predetermined range determined based on the target value N r of the idle rotation speed. When this is detected, it is determined to start idle rotation speed control.
Immediately after this judgment, the initial values of the state variables necessary to start estimating the dynamic state of the engine and the initial value of the integral of the deviation SA are set to the engine rotational speed when the throttle is fully closed, and the idle An idle rotation speed control method characterized in that the idle rotation speed is set according to the engine rotation speed when it is determined to start rotation speed control.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58012689A JPS59138752A (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Control method of idling speed for internal-combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58012689A JPS59138752A (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Control method of idling speed for internal-combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59138752A JPS59138752A (en) | 1984-08-09 |
| JPS6340264B2 true JPS6340264B2 (en) | 1988-08-10 |
Family
ID=11812340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58012689A Granted JPS59138752A (en) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | Control method of idling speed for internal-combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59138752A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6245957A (en) * | 1985-08-21 | 1987-02-27 | Nippon Denso Co Ltd | Controller for internal combustion engine |
| JP3064346B2 (en) * | 1990-07-24 | 2000-07-12 | 株式会社デンソー | Engine speed control device |
| JP4573679B2 (en) * | 2005-03-28 | 2010-11-04 | ダイハツ工業株式会社 | Control device for internal combustion engine |
-
1983
- 1983-01-31 JP JP58012689A patent/JPS59138752A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59138752A (en) | 1984-08-09 |
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