Controller for regulating a system

专利摘要:
Die Erfindung betrifft einen Regler, um eine als Modell erstellte Anlage gegenüber Störungen robust zu regeln. Der Regler umfasst ein Schätzglied und eine Steuereinheit. Das Schätzglied schätzt eine auf die Anlage einwirkende Störung. Die Steuereinheit bestimmt eine Eingabe in die Anlage, sodass eine Ausgabe der Anlage auf einen Sollwert konvergiert. Die Eingabe in die Anlage wird so bestimmt, dass sie einen Wert enthält, der durch Multiplizieren der geschätzten Störung mit einem vorbestimmten Faktor erhalten wird. Da sich die geschätzte Störung in der Eingabe in die Anlage widerspiegelt, wird eine Regelung implementiert, die gegenüber Störungen robust ist. Der Regler kann einen Zustandsvorhersager aufweisen. Der Zustandsvorhersager sagt die Ausgabe der Anlage auf der Basis der geschätzten Störung und einer in der Anlage enthaltenen Totzeit voraus. Die Steuereinheit bestimmt die Eingabe in die Anlage so, dass die vorhergesagte Ausgabe auf einen Sollwert konvergiert. Da der Zustandsvorhersager die Totzeit berücksichtigt, wird die Genauigkeit der Regelung verbessert. Die geschätzte Störung spiegelt sich in der vorhergesagten Ausgabe wider, sodass ein Fehler zwischen der vorhergesagten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe der Anlage beseitigt wird.The invention relates to a controller to robustly control a system created as a model with respect to interference. The controller comprises an estimator and a control unit. The estimator estimates a disturbance affecting the system. The control unit determines an input into the system so that an output of the system converges to a setpoint. The input to the plant is determined to contain a value obtained by multiplying the estimated disturbance by a predetermined factor. Since the estimated disturbance is reflected in the input into the system, a regulation is implemented that is robust against disturbances. The controller can have a state predictor. The condition predictor predicts the plant output based on the estimated disturbance and dead time contained in the plant. The control unit determines the input into the system in such a way that the predicted output converges to a target value. Since the state predictor takes the dead time into account, the accuracy of the control is improved. The estimated disturbance is reflected in the predicted output, so that an error between the predicted output and the actual output of the system is eliminated.
公开号:DE102004012054A1
申请号:DE200410012054
申请日:2004-03-11
公开日:2004-09-23
发明作者:Eiji Wako Hashimoto；Yoshihisa Wako Iwaki；Kanako Wako Shimojo；Yuji Wako Yasui
申请人:Honda Motor Co Ltd；
IPC主号:F02D9-02

专利说明:
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung,um eine Anlage gegenüberStörungenrobust zu regeln.The invention relates to a deviceto face an investmentdisordersrobust to regulate.
[0002] Eine in einen Motor eingeführte Luftmengewird typischerweise so geregelt, um ein gewünschtes Motordrehmoment zuerhalten. Bei einem herkömmlichenVerfahren wird die in den Motor eingeführte Sollluftmenge in Bezugauf ein Kennfeld auf der Basis eines Betätigungswinkels eines Gaspedals,einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eines gewählten Getriebegangverhältnissesbestimmt und wird ein Öffnungswinkeleines Drosselventils entsprechend der in den Motor einzuführendenSollluftmenge geregelt.An amount of air introduced into an engineis typically controlled to achieve a desired engine torquereceive. With a conventional oneThe setpoint air quantity introduced into the engine is referencedon a map based on an actuation angle of an accelerator pedal,a vehicle speed and a selected gear ratioan opening angle is determineda throttle valve according to the one to be inserted into the engineSet air volume regulated.
[0003] Bei einem anderen Verfahren, dasin dem japanischen Patent Nr. 2780345 offenbart ist, wird ein Solldrehmomenteiner Motorausgangswelle entsprechend einem Betätigungswinkel eines Gaspedalsund einer Drehzahl der Ausgangswelle eines Drehmomentwandlers bestimmt.Ein Sollöffnungswinkeleines Drosselventils wird in Bezug auf eine vorbestimmte Tabelleauf der Basis einer Istdrehzahl und des Solldrehmoments der Motorausgangswellebestimmt. Luft wird in den Motor entsprechend dem gewünschtenDrosselöffnungswinkel eingeführt.Another method, thedisclosed in Japanese Patent No. 2780345, a target torquean engine output shaft corresponding to an operation angle of an accelerator pedaland a speed of the output shaft of a torque converter is determined.A target opening angleof a throttle valve is referenced to a predetermined tablebased on an actual speed and the target torque of the motor output shaftcertainly. Air is drawn into the engine according to the desiredThrottle opening angle introduced.
[0004] Diese herkömmliche Regelung berücksichtigtkeine in den Ansaugkrümmerhineinwirkende Störung undkeine Totzeit von dem Drosselventil bis zu dem Motor. Diese Faktorenreduzieren die Genauigkeit der Regelung der in den Motor einzuführendenLuft, was eine Vibration im Motordrehmoment hervorruft.This conventional regulation is taken into accountnone in the intake manifoldinterference andno dead time from the throttle valve to the engine. These factorsreduce the accuracy of the regulation of the engine to be introducedAir, which causes vibration in the engine torque.
[0005] Dieses Problem bezüglich derRobustheit gegenüberStörungengibt es auch in der Drehzahlregelung für den Motor.This problem regarding theRobustness towardsdisordersis also available in the engine speed control.
[0006] Wenn ein Motor leerläuft, wirdherkömmlicheine PID-Regelung durchgeführt,um eine Motordrehzahl zu regeln. Wenn bei dieser herkömmlichenDrehzahlregelung eine plötzliche Änderungin der Motorlast währenddes Leerlaufbetriebs auftritt, besteht die Tendenz, dass der Motorstehen bleibt, weil die Motordrehzahl nicht stabil sein kann. Wennz.B. ein Fahrzeug mit einem manuellen Schaltgetriebe anfährt undeine Kupplung plötzlicheingerücktwird, besteht die Tendenz, dass der Fahrzeugmotor stehen bleibt.When an engine idles, it willconventionalcarried out a PID control,to control an engine speed. If with this conventionalSpeed control a sudden changein engine load duringidling occurs, the engine tends tostops because the engine speed cannot be stable. Ife.g. starts a vehicle with a manual transmission anda clutch suddenlyindentedthe vehicle engine tends to stop.
[0007] Das japanische Patent Nr. 3203602offenbart ein Schema zum Reduzieren des Stoßes, der für die Fahrzeuginsassen unkomfortabelsein kann, wenn in einem automatischen Getriebe ein Gangwechselstattfindet. Bei diesem Schema wird ein Solldrehmoment einer Antriebswelleauf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Betätigungswinkelsdes Gaspedals bestimmt. Ein Sollmotordrehmoment und eine Sollmotordrehzahl,die fürdas gewünschteAntriebswellendrehmoment sorgen, werden bestimmt. Ein Öffnungswinkel desDrosselventils wird auf der Basis des Sollmotordrehmoments und derSollmotordrehzahl bestimmt. Das Drosselventil wird entsprechenddem bestimmten Öffnungswinkelgeregelt.Japanese Patent No. 3203602discloses a scheme for reducing the shock, which is uncomfortable for vehicle occupantscan be when shifting gears in an automatic transmissiontakes place. In this scheme, a target torque of a drive shaftbased on vehicle speed and an actuation anglethe accelerator pedal. A target engine torque and a target engine speed,the forthe wishedDrive shaft torque are determined. An opening angle of theThrottle valve is based on the target engine torque and theTarget engine speed determined. The throttle valve becomes correspondingthe certain opening angleregulated.
[0008] In einem herkömmlichen Fahrzeug, das einautomatisches manuelles Getriebe (automatisches MT) oder ein automatischesGetriebe (AT) aufweist, wird, wenn ein Gangwechsel stattfindet,keine Drehzahlsynchronisationregelung durchgeführt, die zum Erhalten einerschnellen Reaktion in der Lage ist. Somit kann die Drehzahl nichtgeeignet sein, ein gewähltesGangverhältnisschnell einzulegen.In a conventional vehicle, the oneautomatic manual transmission (automatic MT) or an automaticTransmission (AT), if a gear change takes place,no speed synchronization control performed to obtain aable to respond quickly. So the speed cannotbe able to choose onegear ratioquick to insert.
[0009] Daher besteht Bedarf nach einer Regelung,die eine hohe Robustheit gegenüberStörungenhat.Therefore there is a need for a regulationwhich is extremely robustdisordersHas.
[0010] Gemäß einem Aspekt der Erfindungwird ein Regler zum Regeln einer als Modell erstellten Anlage vorgesehen.Der Regler umfasst ein Schätzglied zumSchätzeneiner auf die Anlage einwirkenden Störung sowie eine Steuereinheitzum Bestimmen einer Eingabe in die Anlage, sodass eine Ausgabe vonder Anlage auf einen Sollwert konvergiert. Die Eingabe in die Anlagewird so bestimmt, dass sie einen Wert enthält, der durch Multiplizierender geschätztenStörungmit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten wird.According to one aspect of the inventiona controller for regulating a system created as a model is provided.The controller includes an estimator forEstimatea malfunction affecting the system and a control unitto determine an input into the system so that an output ofthe system converges to a setpoint. The entry in the systemis determined to contain a value that is obtained by multiplyingthe estimateddisorderwith a predetermined gainis obtained.
[0011] Ein Fehler zwischen der Ausgabe derAnlage und einem Sollwert fürdie Ausgabe der Anlage kann durch eine auf die Anlage einwirkendeStörunghervorgerufen werden. Erfindungsgemäß kann der Regler schnell bewirken,dass ein solcher Fehler auf null konvergiert, weil die Eingabe indie Anlage die geschätzte Störung beinhaltet.An error between the output of theSystem and a setpoint forThe system can be output by a system that acts on the systemdisorderare caused. According to the invention, the controller can quicklythat such an error converges to zero because the input inthe plant contains the estimated fault.
[0012] Gemäß einer Ausführung derErfindung verwendet die Steuereinheit eine vorausblickende Regelung, umdie Eingabe in die Anlage zu bestimmen. Die vorausblickende Regelungkann eine vernünftigeRegelung fürdie Anlage implementieren, wenn eine Totzeit in der Anlage enthaltenist.According to an execution of theInvention, the control unit uses predictive control toto determine the input into the system. The forward-looking regulationcan be a reasonable oneScheme forimplement the plant if there is any dead time in the plantis.
[0013] Gemäß einer Ausführung derErfindung wird die Eingabe in die Anlage so bestimmt, dass sie einen Wertenthält,der durch Multiplizieren eines Sollwerts für die Ausgabe der Anlage miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten wird. Somit wird die Fähigkeitverbessert, dass die Ausgabe der Anlage dem Sollwert folgt.According to an execution of theInvention, the input to the plant is determined to have a valuecontainsby multiplying a target value for the output of the system bya predetermined gainis obtained. Thus the abilityimproved that the system output follows the setpoint.
[0014] Gemäß einer anderen Ausführung derErfindung verwendet die Steuereinheit eine Reaktionszuweisungssteuerung,um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen. Die Reaktionszuweisungssteuerungermöglicht, dassein Fehler zwischen einer Ausgabe der Anlage und einem Sollwertfür dieAusgabe der Anlage auf null konvergiert, ohne ein Überschießen zu erzeugen.According to another embodiment of theInvention, the control unit uses response assignment control,to determine the input into the system. The response assignment controlallows thatan error between an output of the system and a setpointfor thePlant output converges to zero without producing an overshoot.
[0015] Gemäß einer Ausführung derErfindung ist das Schätzgliedein adaptiver Störungsbeobachter,der die Störungunter Verwendung eines rekursiven Identifikationsalgorithmus identifiziert.Ein solcher rekursiver Identifikationsalgorithmus kann die geschätzte Störung schnellund stabil identifizieren. Wenn in der Ausgabe der Anlage Rauschenenthalten ist, kann in der geschätztenStörungaufgrund dieses Rauschens eine Schwankung auftreten. Der Effekteines statistischen Prozesses des rekursiven Identifikationsalgorithmuskann diese Schwankung in der geschätzten Störung beseitigen.According to an embodiment of the invention, the estimator is an adaptive fault observer, which identifies the fault using a recursive identification algorithm. Such a recursive identification algorithm can identify the estimated disturbance quickly and stably. If there is noise in the system output, a swan may be in the estimated disturbance due to this noise occur. The effect of a statistical process of the recursive identification algorithm can eliminate this variation in the estimated disturbance.
[0016] Gemäß einem anderen Aspekt derErfindung umfasst der Regler ferner einen Zustandsvorhersager zumVorhersagen der Ausgabe der Anlage auf der Basis der geschätzten Störung undder in der Anlage enthaltenen Totzeit. Die Steuereinheit bestimmtdie Eingabe in die Anlage derart, dass die vorhergesagte Ausgabeauf einen Sollwert fürdie Ausgabe der Anlage konvergiert. Da die Totzeit durch den Zustandsvorhersager kompensiertwird, wird die Regleraktion verbessert. Da die vorhergesagte Ausgabeunter Berücksichtigungder geschätztenStörungbestimmt wird, wird ein Fehler zwischen der vorhergesagten Ausgabeund der tatsächlichenAusgabe der Anlage beseitigt.According to another aspect ofInvention, the controller further includes a state predictor forPredicting the output of the facility based on the estimated fault andthe dead time contained in the system. The control unit determinesthe input to the facility such that the predicted outputto a setpoint forthe output of the facility converges. Because the dead time is compensated by the state predictorthe controller action is improved. Because the predicted editionconsideringthe estimateddisorderis determined, there will be an error between the predicted outputand the actualFixed the issue of the system.
[0017] Eine herkömmliche generalisierte prädiktiveRegelung erfordert, dass ein Verstärkungsfaktor gesenkt wird,wenn eine Totzeit der Anlage berücksichtigtwird. Der Zustandsvorhersager beseitigt eine solche Verringerungdes Verstärkungsfaktors,da die Totzeit durch den Zustandsvorhersager kompensiert wird.A conventional generalized predictiveRegulation requires that a gain factor be loweredif a system dead time is taken into accountbecomes. The state predictor eliminates such a reductionthe gain factor,because the dead time is compensated by the state predictor.
[0018] Gemäß einer Ausführung derErfindung ist die Anlage ein mit einem Motor verbundener Ansaugkrümmer. Vondem Ansaugkrümmerwird ein Modell erstellt, sodass dessen Eingabe ein Sollwert für einen Öffnungswinkeleines Ventils ist, das eine in den Ansaugkrümmer einzuführende Luftmenge regelt, unddessen Ausgabe eine in den Motor eingeführte Luftmenge ist. Somit konvergiertdie in den Motor eingeführteLuftmenge mit hoher Genauigkeit auf einen Sollwert, um hierdurchein Motordrehmoment akkurat zu regeln. Die Eingabe in die Anlagekann ein Sollwert füreinen Öffnungswinkeleines Drosselventils sein, das in dem Ansaugkrümmer vorgesehen ist.According to an execution of theInvention is the system an intake manifold connected to an engine. Ofthe intake manifolda model is created so that its input is a setpoint for an opening anglea valve that regulates an amount of air to be introduced into the intake manifold, andthe output of which is an amount of air introduced into the engine. Thus convergesthe one inserted into the engineAir volume with high accuracy to a set point to therebyto accurately regulate an engine torque. The entry in the systemcan be a setpoint foran opening angleof a throttle valve provided in the intake manifold.
[0019] Gemäß einer Ausführung wirdein Modellparameter fürdie als Modell erstellte Anlage auf der Basis einer Istmotordrehzahlund eines Istöffnungswinkelsdes Drosselventils bestimmt. Der so bestimmte Modellparameter sorgtfür eineakkurate Regelung des Motordrehmoments unter verschiedenen Motorbetriebszuständen.According to one executiona model parameter forthe system created as a model based on an actual engine speedand an actual opening angleof the throttle valve. The model parameter determined in this way ensuresfor oneaccurate control of engine torque under various engine operating conditions.
[0020] Gemäß einer Ausführung derErfindung ist die Anlage ein Verbrennungsmotor. Von dem Verbrennungsmotorwird ein Modell erstellt, sodass dessen Eingabe ein Sollwert für eine inden Motor eingeführteLuftmenge ist und seine Ausgabe eine Drehzahl des Motors ist. Somitwird ein Abwürgendes Motors verhindert, das beim Start des Motors oder eines zugeordnetenFahrzeugs auftreten könnte.Es wird eine Reaktion der Motordrehzahlregelung verbessert, wennein Getriebegangwechsel stattfindet.According to an execution of theInvention, the system is an internal combustion engine. From the internal combustion enginea model is created so that its input is a setpoint for an inintroduced the engineAmount of air and its output is an engine speed. Consequentlybecomes a stallof the engine prevents that when starting the engine or an associated oneVehicle could occur.An engine speed control response is improved ifa gear change takes place.
[0021] Gemäß einer anderen Ausführung derErfindung bestimmt der Regler einen Modellparameter für die alsModell erstellte Anlage auf der Basis einer erfassten Drehzahl.Die Eingabe in die Anlage wird unter Verwendung des Modellparametersbestimmt. Der so bestimmte Modellparameter erreicht eine akkurateRegelung fürdie Drehzahl unter verschiedenen Motorbetriebszuständen.According to another embodiment of theInvention, the controller determines a model parameter for the asModel created system based on a recorded speed.The input into the system is made using the model parametercertainly. The model parameter determined in this way achieves an accurateScheme forthe speed under different engine operating conditions.
[0022] Gemäß einer anderen Ausführung derErfindung enthältdie Eingabe in die Anlage einen Wert, der erhalten ist, indem einvorbestimmter Verstärkungsfaktormit einem Schätzwertfür einzum Fahren des Fahrzeugs erforderliches Drehmoment multipliziertwird. Gemäß eineranderen Ausführungder Erfindung enthält dieEingabe in die Anlage einen Wert, der erhalten wird, indem ein vorbestimmterVerstärkungsfaktormit einem geschätztenWert fürein Drehmoment, das zum Antrieb von an dem Fahrzeug angebrachtenAusrüstungen erforderlichist, multipliziert wird. Somit kann ein Fehler zwischen der Ausgabeder Anlage und deren Sollwert, der durch das Fahrzeugantriebsdrehmomentund das Ausrüstungsantriebsdrehmomenthervorgerufen wird, konvergiert werden.According to another embodiment of theInvention containsthe input into the plant a value that is obtained by apredetermined gain factorwith an estimatefor amultiplied the torque required to drive the vehiclebecomes. According to oneother executionthe invention contains theInput into the plant a value that is obtained by a predetermined onegainwith an estimatedValue fora torque that is applied to drive the vehicleEquipment requiredis multiplied. Thus there may be an error between the outputthe system and its setpoint, which is determined by the vehicle drive torqueand the equipment drive torqueis caused to be converged.
[0023] Gemäß einer Ausführung derErfindung bestimmt der Zustandsvorhersager ferner die vorhergesagte Ausgabeauf der Basis des geschätztenWerts fürdas Fahrzeugantriebsdrehmoment. Gemäß einer anderen Ausführung derErfindung bestimmt der Zustandsvorhersager die vorhergesagte Ausgabeauf der Basis des Schätzwertsfür dasAusrüstungsantriebsdrehmoment.Somit kann ein Fehler zwischen der vorhergesagten Ausgabe und einemSollwert fürdie Ausgabe der Anlage, der durch das Fahrzeugantriebsdrehmomentund das Ausrüstungsantriebsdrehmomenthervorgerufen wird, konvergiert werden.According to an execution of theInvention, the state predictor further determines the predicted outputbased on the estimatedWorth forthe vehicle drive torque. According to another embodiment of theInvention, the state predictor determines the predicted outputbased on the estimatefor theEquipment drive torque.Thus, an error can occur between the predicted output and aSetpoint forthe output of the system by the vehicle drive torqueand the equipment drive torqueis caused to be converged.
[0024] Die Erfindung wird nun anhand vonAusführungsbeispielenunter Hinweis auf die beigefügtenZeichnungen erläutert.The invention is now based onembodimentsreferring to the attachedDrawings explained.
[0025] 1 istein Blockdiagramm eines Verbrennungsmotors und dessen Steuereinheitgemäß einerAusführung; 1 12 is a block diagram of an internal combustion engine and its control unit according to an embodiment;
[0026] 2 istein Blockdiagramm einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung; 2 10 is a block diagram of a control unit according to an embodiment;
[0027] 3 zeigteine Struktur eines Ansaugluftmengenregelung gemäß einer Ausführung; 3 shows a structure of an intake air amount control according to an embodiment;
[0028] 4 zeigtein virtuelles geregeltes Objekt in einer Simulation für eine Ansaugluftrückkopplungsregelunggemäß einerAusführung; 4 shows a virtual controlled object in a simulation for an intake air feedback control according to an embodiment;
[0029] 5 zeigtein Ergebnis eines Falls G-1 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 5 12 shows a result of a case G-1 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0030] 6 zeigtein Ergebnis eines Falls G-2 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 6 12 shows a result of a case G-2 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0031] 7 zeigtein Ergebnis eines Falls G-3 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 7 12 shows a result of a case G-3 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0032] 8 zeigtein Ergebnis eines Falls G-4 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 8th 12 shows a result of a case G-4 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0033] 9 zeigtein Ergebnis eines Falls G-5 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 9 12 shows a result of a case G-5 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0034] 10 zeigtein Ergebnis eines Falls G-6 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 10 12 shows a result of a case G-6 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0035] 11 zeigtein Ergebnis eines Falls G-7 füreine Ansaugluftmengenregelsimulation gemäß einer Ausführung; 11 12 shows a result of a case G-7 for an intake air amount control simulation according to an embodiment;
[0036] 12 zeigteinen Vergleich zwischen dem Fall G-8 und dem Fall G-7 für die Ansaugluftmengenregelsimulationgemäß einerAusführung; 12 shows a comparison between the case G-8 and the case G-7 for the intake air quantity control simulation according to an embodiment;
[0037] 13 zeigteine Struktur einer Drehzahlregelung gemäß einer Ausführung; 13 shows a structure of a speed control according to an embodiment;
[0038] 14 zeigteine Schaltlinie einer Reaktionszuweisungssteuerung gemäß einerAusführung; 14 FIG. 12 shows a shift line of a response assignment controller according to an embodiment;
[0039] 15 zeigteine Beziehung zwischen einer Konversionsgeschwindigkeit und demWert eines Stellparameters einer Schaltfunktion für eine Reaktionszuweisungssteuerunggemäß einerAusführung; 15 shows a relationship between a conversion speed and the value of a control parameter of a switching function for a reaction assignment control according to an embodiment;
[0040] 16 zeigtein virtuelles geregeltes Objekt in einer Simulation für eine Drehzahlregelunggemäß einerAusführung; 16 shows a virtual controlled object in a simulation for a speed control according to an embodiment;
[0041] 17 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-1 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 17 shows the result of a case N-1 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0042] 18 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-2 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 18 shows the result of a case N-2 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0043] 19 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-3 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 19 shows the result of a case N-3 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0044] 20 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-4 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 20 shows the result of a case N-4 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0045] 21 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-5 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 21 shows the result of a case N-5 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0046] 22 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-6 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 22 shows the result of a case N-6 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0047] 23 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-7 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 23 shows the result of a case N-7 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0048] 24 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-8 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 24 shows the result of a case N-8 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0049] 25 zeigtdas Ergebnis eines Falls N-9 füreine Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung; 25 shows the result of a case N-9 for a speed control simulation according to an embodiment;
[0050] 26 zeigteinen Vergleich zwischen dem Fall N-8 und dem Fall N-9 für die Drehzahlregelsimulation gemäß einerAusführung;und 26 shows a comparison between the case N-8 and the case N-9 for the speed control simulation according to an embodiment; and
[0051] 27 zeigtein Flussdiagramm einer Drehzahlregelung und einer Ansaugluftregelunggemäß einer Ausführung. 27 shows a flowchart of a speed control and an intake air control according to an embodiment.
[0052] In Bezug auf die Zeichnungen werdenbestimmte Ausführungender Erfindung beschrieben. 1 ist einBlockdiagramm, das einen Verbrennungsmotor (nachfolgend als Motorbezeichnet) und dessen Steuereinheit gemäß einer Ausführung derErfindung zeigt.Certain embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. 1 FIG. 12 is a block diagram showing an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) and its control unit according to an embodiment of the invention.
[0053] Eine elektronische Steuereinheit(nachfolgend als ECU bezeichnet) 1 umfasst eine Eingabeschnittstelle 1a zurAufnahme von Daten, die von jedem Teil des Fahrzeugs übermitteltwerden, eine CPU 1b zur Ausführung von Operationen zum Steuern/Regelnjedes Teils des Fahrzeugs, einen Speicher 1c einschließlich einesFestwertspeichers (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) sowieeine Ausgabeschnittstelle 1d zum Schicken von Steuersignalenzu jedem Teil des Fahrzeugs. Programme und verschiedene Daten zum Steuern/Regelnjedes Teils des Fahrzeugs sind in dem ROM gespeichert. Das ROM kannein überschreibbaresROM sein, wie etwa ein EEPROM. Das RAM bietet Arbeitsflächen für Operationendurch die CPU 1b, worin Daten, die von jedem Teil des Fahrzeugsgeschickt werden, sowie auch Steuersignale, die zu jedem Teil des Fahrzeugszu schicken sind, vorübergehendgespeichert werden.An electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 1 includes an input interface 1a a CPU to hold data transmitted from each part of the vehicle 1b to perform operations to control / regulate each part of the vehicle, a memory 1c including a read-only memory (ROM) and a random access memory (RAM) as well as an output interface 1d for sending control signals to any part of the vehicle. Programs and various data for controlling each part of the vehicle are stored in the ROM. The ROM can be a rewritable ROM, such as an EEPROM. The RAM provides work surfaces for operations by the CPU 1b which temporarily stores data sent from each part of the vehicle and control signals to be sent to each part of the vehicle.
[0054] Der Motor 2 ist z.B. einVierzylindermotor. Jeder Zylinder umfasst ein Einlassventil 5 zurVerbindung einer Brennkammer 7 mit einem Ansaugkrümmer 3 sowieein Auslassventil 6 zum Verbinden der Brennkammer 7 miteinem Auslasskrümmer 4.The motor 2 is, for example, a four-cylinder engine. Each cylinder includes an intake valve 5 for connecting a combustion chamber 7 with an intake manifold 3 as well as an exhaust valve 6 to connect the combustion chamber 7 with an exhaust manifold 4 ,
[0055] Ein Drosselventil 8 iststromauf des Ansaugkrümmers 3 angeordnet.Das Drosselventil 8 ist ein elektronisches Drosselventil.Ein Öffnungswinkeldes Drosselventils 8 wird durch ein Steuersignal von derECU 1 gesteuert. Ein Drosselventilöffnungs (θTH)-Sensor 9, dermit dem Drosselventil 8 verbunden ist, gibt ein elektrischesSignal entsprechend einem Öffnungswinkeldes Drosselventils 8 aus und schickt das elektrische Signalzu der ECU 1.A throttle valve 8th is upstream of the intake manifold 3 arranged. The throttle valve 8th is an electronic throttle valve. An opening angle of the throttle valve 8th is controlled by a control signal from the ECU 1 controlled. A throttle valve opening (θTH) sensor 9 that with the throttle valve 8th is connected, gives an electrical signal corresponding to an opening angle of the throttle valve 8th and sends the electrical signal to the ECU 1 ,
[0056] Ein Luftströmungsmesser (AFM) 10 iststromauf des Drosselventils 8 vorgesehen. Der Luftströmungsmesser 10 erfasstdie Luftmenge Gth, die durch das Drosselventil 8 hindurchtritt,und schickt sie zu der ECU 1. Der Luftströmungsmesser 10 kannein Luftströmungsmesservom Flügeltypsein, ein Luftströmungsmesser vomKarman-Wirbeltyp, ein Luftströmungsmesservom Heißdrahttypoder dgl.An air flow meter (AFM) 10 is upstream of the throttle valve 8th intended. The air flow meter 10 detects the amount of air Gth through the throttle valve 8th passes through and sends them to the ECU 1 , The air flow meter 10 may be a wing type air flow meter, a Karman vortex type air flow meter, a hot wire type air flow meter, or the like.
[0057] Ein Ansaugkrümmerdruck (Pb)-Sensor 11 istin dem Ansaugkrümmer 3 stromabdes Drosselventils 8 vorgesehen. Ein von dem Pb-Sensor 11 erfassterAnsaugkrümmerdruckPb wird zu der ECU 1 geschickt.An intake manifold pressure (Pb) sensor 11 is in the intake manifold 3 downstream of the throttle valve 8th intended. One from the Pb sensor 11 sensed intake manifold pressure Pb becomes the ECU 1 cleverly.
[0058] Ein Kraftstoffeinspritzventil 12 istfür jedenZylinder in dem Ansaugkrümmer 3 stromaufdes Einlassventils 5 installiert. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 wirdmit Kraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) versorgtund wird entsprechend einem Steuersignal von der ECU 1 angetrieben.A fuel injector 12 is for each cylinder in the intake manifold 3 upstream of the intake valve 5 Installed. The fuel injector 12 is fueled from a fuel tank (not shown) supplied and is in accordance with a control signal from the ECU 1 driven.
[0059] Ein Drehzahl (Ne)-Sensor 13 istam Umfang der Nockenwelle oder dem Umfang der Kurbelwelle (nicht gezeigt)des Motors 2 angebracht und gibt ein CRK-Signal mit einemvorbestimmten Kurbelwinkelzyklus aus (z.B. einem Zyklus von 30 Grad).Die Zykluslängedes CRK-Signals ist kürzerals die Zykluslängeeines OT-Signals, das bei einem Kurbelwinkelzyklus ausgegeben wird,der einer OT-Stellung des Kolbens zugeordnet ist. Impulse des CRK-Signalswerden von ECU 1 gezählt,um die Drehzahl Ne des Motors zu bestimmen.A speed (Ne) sensor 13 is on the circumference of the camshaft or the circumference of the crankshaft (not shown) of the engine 2 attached and outputs a CRK signal with a predetermined crank angle cycle (e.g. a cycle of 30 degrees). The cycle length of the CRK signal is shorter than the cycle length of an TDC signal that is output during a crank angle cycle that is assigned to an TDC position of the piston. The CRK signal is generated by the ECU 1 counted to determine the engine speed Ne.
[0060] Zu der ECU geschickte Signale werdenzu der Eingangsschnittstelle 1a geleitet. Die Eingangsschnittstelle 1a wandeltanaloge Signalwerte in digitale Signalwerte um. Die CPU 1b verarbeitetdie resultierenden digitalen Signale, führt Operationen entsprechendden in dem ROM 1c gespeicherten Programmen durch und erzeugtSteuersignale. Die Ausgangsschnittstelle 1d schickt dieseSteuersignale zu Aktuatoren fürdas Kraftstoffeinspritzventil 12 und andere Aktuatoren.Signals sent to the ECU become the input interface 1a directed. The input interface 1a converts analog signal values into digital signal values. The CPU 1b processes the resulting digital signals, performs operations corresponding to those in the ROM 1c stored programs and generates control signals. The output interface 1d sends these control signals to actuators for the fuel injector 12 and other actuators.
[0061] Luft, die durch das Drosselventil 8 inden Ansaugkrümmer 3 eingeführt wird,strömtin eine Kammer 14. Wenn das Einlassventil 5 geöffnet wird,wird die Luft in der Kammer 14 der Brennkammer 7 desMotors 2 zugeführt.Kraftstoff wird von dem Kraftstoffeinspritzventil 12 derBrennkammer 7 zugeführt.Das Luft-Kraftstoff Gemisch wird durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) inder Brennkammer 7 gezündet.Air flowing through the throttle valve 8th in the intake manifold 3 is poured into a chamber 14 , If the intake valve 5 is opened, the air in the chamber 14 the combustion chamber 7 of the motor 2 fed. Fuel is from the fuel injector 12 the combustion chamber 7 fed. The air-fuel mixture is through a spark plug (not shown) in the combustion chamber 7 ignited.
[0062] 2 zeigtein Blockdiagramm der Steuereinheit gemäß einer Ausführung. EineMotordrehmomentsetzeinheit 20, ein Drehzahlrückkopplungs(FB)-Regler 21,ein Schalter 22 und ein Ansaugluftmengenrückkopplungs(FB)-Regler 23 sindtypischerweise durch Computerprogramme implementiert, die in demSpeicher 1c gespeichert sind (1). Alternativ können die Funktionen der Blöcke durchSoftware, Firmware, Hardware oder Kombinationen davon implementiertwerden. 2 shows a block diagram of the control unit according to an embodiment. An engine torque setting unit 20 , a speed feedback (FB) controller 21 , a switch 22 and an intake air quantity feedback (FB) controller 23 are typically implemented by computer programs that are in memory 1c are saved ( 1 ). Alternatively, the functions of the blocks can be implemented by software, firmware, hardware, or combinations thereof.
[0063] Die Drehmomentsetzeinheit 20 beziehtsich auf ein Kennfeld, das in dem Speicher 1c auf der Basis einesBetätigungswinkelsdes Gaspedals, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Getriebegangverhältnisses oderdgl. vorgespeichert ist, um ein gewünschtes Motordrehmoment zubestimmen. Die Drehmomentsetzeinheit 20 bestimmt die für das gewünschte Motordrehmomenterforderliche Ansaugluftmenge als eine Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd.The torque setting unit 20 refers to a map that is in memory 1c is pre-stored based on an accelerator pedal operating angle, a vehicle speed, a gear ratio, or the like to determine a desired engine torque. The torque setting unit 20 determines the intake air amount required for the desired engine torque as a target intake air amount Gcyl_cmd.
[0064] Der Drehzahlregler 21 führt einerückkoppelndeRegelung fürdie Motordrehzahl NE durch. Der Motor 2 ist ein Objekt(nachfolgend als "Anlage" bezeichnet), dasdurch die Drehzahlregelung zu regeln ist. In der Regelung ist eineRegeleingabe eine Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd, und eine Regelausgabeist die Motordrehzahl NE. Der Drehzahlregler 21 bestimmtdie Sollansaugluftmenge Gcyl-cmd, sodass die Drehzahl NE auf einenSollwert konvergiert.The speed controller 21 performs a feedback control for the engine speed NE. The motor 2 is an object (hereinafter referred to as "plant") that is to be controlled by the speed control. In the control, a control input is a target intake air amount Gcyl_cmd, and a control output is the engine speed NE. The speed controller 21 determines the target intake air quantity Gcyl-cmd so that the speed NE converges to a target value.
[0065] Wenn sich das Fahrzeug in einem normalenFahrzustand befindet, ist ein Ansaugluftmengenregler 23 mitder Drehmomentsetzeinheit 20 durch einen Schalter 22 verbunden.Der Ansaugluftmengenregler 23 verwendet die SollansaugluftmengeGcyl_cmd, die durch die Drehmomentsetzeinheit 20 bestimmtist. Wenn der Motor leerläuftoder wenn in dem Getriebe ein Gangwechsel ausgeführt wird, wird der Ansaugluftmengenregler 23 mitdem Drehzahlregler 21 verbunden. Der Ansaugluftmengenregler 23 verwendetdie Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd, die durch den Drehzahlregler 21 bestimmtist.When the vehicle is in a normal driving condition, there is an intake air amount regulator 23 with the torque setting unit 20 through a switch 22 connected. The intake air volume controller 23 uses the target intake air amount Gcyl_cmd by the torque setting unit 20 is determined. If the engine idles or if a gear change is carried out in the transmission, the intake air quantity controller 23 with the speed controller 21 connected. The intake air volume controller 23 uses the target intake air volume Gcyl_cmd by the speed controller 21 is determined.
[0066] Der Ansaugluftmengenregler 23 führt einerückkoppelndeRegelung fürdie Ansaugluftmenge Gcyl durch, die in die Zylinder des Motors eingeführt wird.Die Anlage der Regelung ist der Ansaugkrümmer 3 In der Regelungist eine Regeleingabe ein Sollwert THcmd für den Öffnungswinkel des Drosselventils,sodass die Ansaugluftmenge Gcyl auf den Sollwert Gcyl_cmd konvergiert.Das Drosselventil 8 wird durch die ECU 1 entsprechenddem SolldrosselöffnungswinkelTHcmd geregelt.The intake air volume controller 23 performs a feedback control for the intake air quantity Gcyl that is introduced into the cylinders of the engine. The system is the intake manifold 3 In the control, a control input is a setpoint THcmd for the opening angle of the throttle valve, so that the intake air quantity Gcyl converges to the setpoint Gcyl_cmd. The throttle valve 8th is through the ECU 1 regulated according to the target throttle opening angle THcmd.
[0067] Wenn somit der Motor leerläuft, oderwenn in dem Getriebe ein Gangwechsel erfolgt, wird die Ansaugluftmenge,um die Drehzahl NE auf einen Sollwer zu konvergieren, als Sollansaugluftmengeetabliert. Dementsprechend kann ein Abwürgen des Motors verhindertwerden, wenn der Motor leerläuft.Die Drehzahl beim Gangwechsel in dem Getriebe kann stabil und schnellzu einem Sollwert konvergieren.If the engine is idling, orif there is a gear change in the transmission, the intake air quantity,to converge the speed NE to a target value as the target intake air quantityestablished. Accordingly, the engine may stallwhen the engine is idling.The speed when changing gear in the transmission can be stable and fastconverge to a setpoint.
[0068] In dieser Beschreibung wird zuerstdie Ansaugluftmengenregelung beschrieben und dann wird die Drehzahlregelungbeschrieben.In this description, firstthe intake air volume control is described and then the speed controldescribed.
[0069] Es wird ein Verfahren zur Modellbildungdes dynamischen Verhaltens der Ansaugluft beschrieben. Der Ansaugkrümmer 3 wirddurch ein Modell repräsentiert,in dem die Eingabe THcmd ist und die Ausgabe Gcyl ist.A method for modeling the dynamic behavior of the intake air is described. The intake manifold 3 is represented by a model in which the input is THcmd and the output is Gcyl.
[0070] Die in jeden Zylinder in jedem ZykluseingeführteAnsaugluftmenge Gcyl' kanndurch Gleichung (1) auf der Basis der bekannten idealen Gaszustandsgleichungausgedrücktwerden. In der Gleichung (1) bezeichnet Kηc' einen Ladegrad (%) des Ansaugkrümmers, Pbbezeichnet einen Druck (Pa) des Ansaugkrümmers, Vcyl bezeichnet einVolumen (m³) des Zylinders, Tcyl bezeichneteine Temperatur (K) innerhalb des Zylinders, R bezeichnet die Gaskonstante(m³·Pa/g·K) und "n" bezeichnet einen Identifizierer zumIdentifizieren jedes Abtastzyklus.The amount of intake air Gcyl 'introduced into each cylinder in each cycle can be expressed by equation (1) based on the known ideal gas state equation. In the equation (1), Kηc 'denotes an intake manifold degree of charge (%), Pb denotes an intake manifold pressure (Pa), Vcyl denotes a volume (m ³ ) of the cylinder, Tcyl denotes a temperature (K) inside the cylinder, R denotes the gas constant (m ³ · Pa / g · K) and "n" denotes an identifier for identifying each sampling cycle.
[0071] Im Falle eines Vierzylinderreihenmotorswird bei jeder Umdrehung des Motors zwei Mal Luft angesaugt. Diein den Zylinder pro Zeiteinheit eingeführte Luftmenge Gcyl ist inGleichung (2) angegeben. Hier beizeichnet NE eine Motordrehzahl(Upm) und k bezeichnet einen Identifizierer zum Identifizieren jedesAbtastzyklus. Fcyl ist eine Funktion der Drehzahl NE.In the case of a four-cylinder in-line engineair is sucked in twice with each revolution of the engine. TheAir quantity Gcyl introduced into the cylinder per unit time is inEquation (2) given. Here NE indicates an engine speed(Rpm) and k denotes an identifier for identifying eachSampling. Fcyl is a function of the speed NE.
[0072] Andererseits ist die Ansaugluftmenge ΔGb, die indie Kammer 14 zu füllenist, mit der Gleichung (3) angegeben. ΔGb(k)= Gth(k) – Gcyl(k) (3) On the other hand, the amount of intake air is ΔGb that enters the chamber 14 is to be filled with equation (3). ΔGb (k) = Gth (k) - Gcyl (k) (3)
[0073] Was die Kammer 14 betrifft,wird die Gleichung (5) aus der idealen Gaszustandsgleichung (4)abgeleitet. Pb, Vb und Tb bezeichnen einen Druck (Pa), ein Volumen(m³) bzw. eine Temperatur (K) des Ansaugkrümmers. Rbezeichnet die Gaskonstante, wie oben beschrieben.As for the chamber 14 , equation (5) is derived from the ideal gas state equation (4). Pb, Vb and Tb denote a pressure (Pa), a volume (m ³ ) and a temperature (K) of the intake manifold, respectively. R denotes the gas constant as described above.
[0074] Die Gleichung (6) erhält man,indem man die Gleichung (5) in die Gleichung (3) einsetzt. Die AnsaugluftmengeGcyl wird ausgedrücktals Funktion des AnsaugkrümmerdrucksPb, wie in der Gleichung (6) gezeigt. T bezeichnet die Länge desAbtastzyklus.Equation (6) is obtainedby substituting equation (5) into equation (3). The amount of intake airGcyl is expressedas a function of intake manifold pressurePb as shown in equation (6). T denotes the length of theSampling.
[0075] Um Gcyl zur Angabe von Pb der Gleichung(6) zu verwenden, wird die Gleichung (7) abgeleitet, indem man dieGleichung (2) in die Gleichung (6) einsetzt. Die Gleichung (7) repräsentiertein Modell des dynamischen Verhaltens der Ansaugluft, worin dieModelleingabe Gth ist.To Gcyl to give Pb of the equation(6), equation (7) is derived by taking theEquation (2) in equation (6). Equation (7) representsa model of the dynamic behavior of the intake air, in which theModel input is Gth.
[0076] Andererseits wird die Beziehung zwischender Ansaugluftmenge Gth, die durch das Drosselventil hindurchtritt,und dem ÖffnungswinkelTh des Drosselventils durch die Gleichung (8) ausgedrückt. Hierbezeichnet Pc einen Druck stromauf des Drosselventils. Fth bezeichneteine Strömungsratepro wirksamem Öffnungswinkeldes Drosselventils (g/deg), die entsprechend dem Druck Pb stromabdes Drosselventils bestimmt ist (d.h. den Ansaugkrümmerdruck)und dem Druck Pc stromauf des Drosselventils. Die Gleichung (9)erhältman, indem man die Gleichung (8) in die Gleichung (7) einsetzt.Die Gleichung (9) repräsentiertein Modell des dynamischen Verhaltens der Ansaugluft, worin dessenEingabe der ÖffnungswinkelTh des Drosselventils ist. Gth(k) = Fth·TH(k) (8)
[0077] Eine Beziehung zwischen einem SolldrosselöffnungswinkelTHcmd und dem Istdrosselöffnungswinkel THdes elektronischen Drosselventils wird durch die Gleichung (10)angegeben. Die Gleichung (10) ist ein Verzögerungssystem erster Ordnungmit einer Totzeit "dth". Die Totzeit dthwird hauptsächlichdurch elektronische Kommunikation hervorgerufen, die für den Betriebdes Drosselventils erforderlich ist. Die Gleichung (11) erhält man,indem man die Gleichung (10) in die Gleichung (9) einsetzt. TH(k) = Ath·TH(k – 1) + (1 – Ath)·THcmd(k – dth) (10)
[0078] Aus der Gleichung (9) ist ersichtlich,dass TH(k – 1)durch Verwendung von Gcyl(k – 1)und Gcyl(k – 2)ausgedrücktwerden kann. Die Gleichung (12) erhält man, indem man das TH(k – 1) indie Gleichung (11) einsetzt. Die Gleichung (12) ist eine Modellgleichungdes dynamischen Verhaltens der Ansaugluft, worin deren Eingabe derSolldrosselöffnungswinkelTHcmd ist und deren Ausgabe die Ansaugluftmenge Gcyl ist.From equation (9) it can be seenthat TH (k - 1)by using Gcyl (k - 1)and Gcyl (k - 2)expressedcan be. Equation (12) is obtained by taking the TH (k - 1) inuses equation (11). Equation (12) is a model equationthe dynamic behavior of the intake air, in which the input of theTarget throttle opening angleTHcmd and the output of which is the intake air quantity Gcyl.
[0079] Die Modellparameter Aair1, Aair2und Bair1 enthalten Fcyl und Fth, die mit der Drehzahl NE, dem AnsaugkrümmerdruckPb und dem Druck Pc stromauf des Drosselventils variieren. Die Modellparameterentsprechend der Drehzahl NE und dem Öffnungswinkel TH können indem Speicher 1c als Kennfeld vorgespeichert sein. Alternativkann der Regler einen Identifizierer zum Identifizieren dieser Modellparameteraufweisen.The model parameters Aair1, Aair2 and Bair1 contain Fcyl and Fth, which with the speed NE, the An Intake manifold pressure Pb and the pressure Pc upstream of the throttle valve vary. The model parameters corresponding to the speed NE and the opening angle TH can be stored in the memory 1c be stored as a map. Alternatively, the controller can have an identifier for identifying these model parameters.
[0080] Erfindungsgemäß wird die Regelung für die Ansaugluftmengedurch einen vorausblickenden Regelalgorithmus implementiert. Alsder vorausblickenden Regelung ähnlichesSchema ist eine generalisierte prädiktive Regelung (nachfolgendals GPC bezeichnet) bekannt (in einigen Fällen ist die GPC in der Kategorieder vorausblickenden Regelung enthalten). Jedoch ist es unmöglich, einenplausiblen Ansaugluftmengenregler 23 aufzubauen, indemman nur diese herkömmlicheGPC verwendet. Der Grund hierfürist folgender.According to the invention, the regulation for the intake air quantity is implemented by a forward-looking control algorithm. A generalized predictive control (hereinafter referred to as GPC) is known as a scheme similar to the predictive control (in some cases, the GPC is included in the category of the predictive control). However, it is impossible to have a plausible intake air flow regulator 23 to build using only this conventional GPC. The reason for this is as follows.
[0081] Das in Gleichung (12) gezeigte Modellfür dasdynamische Verhalten der Ansaugluft kann auch durch die Gleichung(13) ausgedrücktwerden. Hier sei angenommen, dass ein Wert der Totzeit dth "2" ist.The model shown in equation (12)for theDynamic behavior of the intake air can also be determined by the equation(13) expressedbecome. Here, assume that a value of the dead time dth is "2".
[0082] Wenn die Gleichung (13) durch eineZustandsraumgleichung ausgedrücktwird, erhältman Gleichung (14).If equation (13) is replaced by aState space equation expressedwill receiveone equation (14).
[0083] Ein Differenzoperator Δ, der als Δ = 1 – Z^–1 definiertist, wird eingeführt,um ein vergrößerndesSystem zu definieren, wie es in der Gleichung (15) gezeigt ist.In dem vergrößerndenSystem wird eine zusätzlicheReihe eingeführt,um einen integralen Term zum Unterdrücken eines Dauerzustandsfehlersabzuleiten.A difference operator Δ, defined as Δ = 1 - Z ^-1 , is introduced to define an enlarging system as shown in equation (15). An additional series is introduced in the magnifying system to derive an integral term for suppressing a steady state error.
[0084] Die GPC ist eine Technik, um dieRegelgröße Gcylauf den Sollwert Gcyl_cmd in einer Zeitperiode M von einer Zeit(k) bis zu einer Zeit (k + M) zu konvergieren. Gemäß Gleichung(16) wird eine Kostenfunktion J_G definiert,wobei H ein Wichtungsparameter (> 0)ist.The GPC is a technique for converging the controlled variable Gcyl to the setpoint Gcyl_cmd in a time period M from a time (k) to a time (k + M). According to equation (16), a cost function J _{G is} defined, where H is a weighting parameter (> 0).
[0085] Eine Regeleingabe ΔThcmd, diedie Kostenfunktion J_G minimiert, kann mittelsdes Optimalitätsprinzips bestimmtwerden. Die Regeleingabe ΔThcmdwird gemäß Gleichung(17) ausgedrückt,indem die LösungP der Riccati-Gleichung (18) verwendet wird.A control input ΔThcmd that minimizes the cost function J _G can be determined using the principle of optimality. The control input ΔThcmd is expressed according to equation (17) by using the solution P of the Riccati equation (18).
[0086] Indem man die Anfangsbedingungenso definiert, wie in Gleichung (19) gezeigt, werden P und D rekursiverhalten. P(0) = C^TCD(1) = [H + G^TP(0)G]^–1 (19) By defining the initial conditions as shown in equation (19), P and D re Get italic. P (0) = C ^T C D (1) = [H + G ^T P (0) G] ^-1 (19)
[0087] Im Falle von M = 1 (wenn ein einSchritt vorausgehender Sollwert zur Verfügung steht) wird Gleichung (16)gemäß Gleichung(20) ausgedrücktund Gleichung (17) gemäß Gleichung(21) ausgedrückt. J_G ={Gcyl_cmd(k + 1) – Gcyl(k+ 1)}² + HΔTHcmd(k)² (20)ΔTHcmd(k) = –D(1)G^TP(0)ΦX'(k) + D(1)G^TC^TGcyl_cmd(k + 1)= –[H+ G^TP(0)G]^–1G^TP(0)ΦX'(k) + [H + G^TP(0)G]^–1G^TC^TGcyl_cmd(k + 1) (21) In the case of M = 1 (if a set point preceding a step is available), equation (16) is expressed in accordance with equation (20) and equation (17) in accordance with equation (21). J _G = {Gcyl_cmd (k + 1) - Gcyl (k + 1)} ² + HΔTHcmd (k) ² (20) ΔTHcmd (k) = -D (1) G ^T P (0) ΦX '(k) + D (1) G ^T C ^T Gcyl_cmd (k + 1) = - [H + G ^T P (0) G] ^-1 G ^T P (0) ΦX '(k) + [H + G ^T P (0) G] ^-1 G ^T C ^T Gcyl_cmd (k + 1) (21)
[0088] Die Rückkopplungskoeffizienten für X'(k) und Gcyl_cmd(k+ 1) in der Gleichung (21) werden berechnet.The feedback coefficients for X '(k) and Gcyl_cmd (k+ 1) in equation (21) are calculated.
[0089] Wenn somit Elemente in der erstenReihe der G- und G'-Vektorenaufgrund der Totzeit null sind, ergibt die Durchführung dieserherkömmlichenGPC keinen vernünftigenAnsaugluftmengenregler 23.Thus, if elements in the first row of G and G 'vectors are zero due to dead time, performing this conventional GPC will not result in a reasonable intake air flow regulator 23 ,
[0090] 3 zeigteine Struktur des Ansaugluftmengenreglers 23 gemäß einerAusführungder Erfindung. Erfindungsgemäß wird einvernünftigerAnsaugluftmengenregler unter Verwendung einer vorausblickenden Steuerungdurch Aufbau des in 3 gezeigtenAnsaugluftmengenreglers 23 implementiert. 3 shows a structure of the intake air amount regulator 23 according to an embodiment of the invention. According to the present invention, a sensible intake air amount regulator is made using a foresighted control by constructing the in 3 shown intake air volume controller 23 implemented.
[0091] Der Ansaugluftmengenregler 23 umfassteinen adaptiven Störungsbeobachter 31,einen Zustandsvorhersager 32 und eine Steuereinheit 33.Der adaptive Störungsbeobachter 31 identifizierteinen Schätzwert γ1 für die Störung, dieauf den Ansaugkrümmereinwirkt. Der Zustandsvorhersager 32 berechnet einen vorhergesagtenWert Pre_Gcyl fürdie Ausgabe des Ansaugkrümmers 3,der eine Anlage ist, unter Verwendung der geschätzten Störung γ1. Durch einen vorausblickendenSteueralgorithmus unter Verwendung des vorhergesagten Werts Pre-Gcylberechnet die Steuereinheit 33 einen SolldrosselöffnungswinkelTHcmd, der eine Regeleingabe in die Anlage ist. Die RegeleingabeTHcmd berechnet einen Wert, der durch Multiplizieren der geschätzten Störung γ1 mit einemvorbestimmten Faktor erhalten wird. Die Ausgabe Gcyl der Anlagekann auf einen Sollwert konvergieren, indem der vorhergesagte WertPre-Gcyl auf einen Sollwert konvergieren gelassen wird.The intake air volume controller 23 includes an adaptive fault observer 31 , a state predictor 32 and a control unit 33 , The adaptive fault monitor 31 identifies an estimate γ1 for the perturbation acting on the intake manifold. The state predictor 32 computes a predicted value Pre_Gcyl for the output of the intake manifold 3 which is a plant using the estimated disturbance γ1. The control unit calculates through a predictive control algorithm using the predicted value Pre-Gcyl 33 a target throttle opening angle THcmd, which is a control input into the system. The control input THcmd calculates a value obtained by multiplying the estimated disturbance γ1 by a predetermined factor. The system output Gcyl can converge to a target value by having the predicted value Pre-Gcyl converge to a target value.
[0092] Das obige Problem, dass die Elementeder ersten Reihe der G- und G'-Vektorennull werden, wird durch das Einführendes Zustandsvorhersagers 32 verhindert. Der Zustandsvorhersager 32 wirdnachfolgend beschrieben.The above problem that the elements of the first row of G and G 'vectors become zero is due to the introduction of the state predictor 32 prevented. The state predictor 32 is described below.
[0093] Da ein Wert, der zum Kompensierender durch das elektronisch gesteuerte Drosselventil verursachten Totzeitdth erforderlich ist, Gcyl(k + dth – 1) ist, wird die Modellgleichung(13) fürdas dynamische Verhalten der Ansaugluft um (dth – 1) Schritte in die Zukunftverschoben. Gcyl(k+ dth – 1)= Aair1·Gcyl(k+ dth – 2)+ Aair2·Gcyl(k+ dth – 3)+ Bair1·THcmd(k – 1) (23) Since a value required to compensate for the dead time dth caused by the electronically controlled throttle valve is Gcyl (k + dth - 1), the model equation (13) for the dynamic behavior of the intake air is (dth - 1) steps into the Future postponed. Gcyl (k + dth - 1) = Aair1Gcyl (k + dth - 2) + Aair2Gcyl (k + dth - 3) + Bair1THCHd (k - 1) (23)
[0094] Die Gleichung (23) enthält künftige WerteGcyl(k + dth – 2)und Gcyl(k + dth – 3),die nicht beobachtet werden können.Daher werden diese künftigenWerte gelöscht.Dieses Löschenkann durch rekursive Berechnung erreicht werden wie folgt. Die Gleichung(24) repräsentierteine Vorhersagegleichung fürdie Ansaugluftmenge Gcyl.Equation (23) contains future valuesGcyl (k + dth - 2)and Gcyl (k + dth - 3),that cannot be observed.Therefore, these will be futureValues deleted.This deletioncan be achieved by recursive calculation as follows. the equation(24) representsa prediction equation forthe intake air amount Gcyl.
[0095] Obwohl die GPC eine Regeltheorieunter Verwendung des Optimalitätsprinzipisist, hat die GPC keine ausreichende Robustheit gegenüber Modellbildungsfehlernund Vorhersagefehlern, weil die GPC nicht ausgestaltet ist, um dieseFehler zu berücksichtigen.Gemäß einerAusführungder Erfindung ist die geschätzteStörung γ1 in derVorhersagegleichung (24) enthalten, um Modellbildungsfehler undVorhersagefehler zu kompensieren. Der Zustandsvorhersager 32 berechnetdie Gleichung (25) zur Bestimmung des vorhergesagten Werts Pre_Gcyl. Pre_Gcyl(k) = αair1·Gcyl(k)+ αair2·Gcyl(k – 1) + βair1·THcmd(k – 1) + βair2·THcmd(k – 2) + ,...,+ βairdth – 1·THcmd(k – dth +1) + γ1(k) ≅ Gcyl(k+ dth – 1) (25) Although the GPC is a rule theory using the principle of optimality, the GPC is not sufficiently robust against modeling errors and prediction errors because the GPC is not designed to take these errors into account. According to one embodiment of the invention, the estimated disturbance γ1 is included in the prediction equation (24) to compensate for modeling errors and prediction errors. The state predictor 32 computes equation (25) to determine the predicted value Pre_Gcyl. Pre_Gcyl (k) = αair1Gcyl (k) + αair2Gcyl (k - 1) + βair1THCHd (k - 1) + βair2THcmd (k - 2) +, ..., + βairdth - 1 · THcmd (k - dth + 1) + γ1 (k) ≅ Gcyl (k + dth - 1) (25)
[0096] Die Berechnung des vorhergesagtenWerts durch den Zustandsvorhersager 32 erlaubt, dass dieTotzeit kompensiert wird, um hierdurch eine schnelle Reaktion derAnsaugluftmengenregelung zu verbessern. Da die geschätzte Störung γ1 in demvorhergesagten Wert enthalten ist, kann der Dauerzustandsfehlerzwischen der Ausgabe Gcyl des Ansaugkrümmers (der ein zu regelndesObjekt ist) und dem vorhergesagten Wert Pre_Gcyl eliminiert werden.The state predictor calculates the predicted value 32 allows the dead time to be compensated in order to thereby improve a quick response of the intake air quantity control. Since the estimated disturbance γ1 is included in the predicted value, the steady-state error between the intake manifold output Gcyl (which is an object to be controlled) and the predicted value Pre_Gcyl can be eliminated.
[0097] Die geschätzte Störung γ1 wird durch den adaptiven Störungsbeobachter 31 identifiziert.Der adaptive Störungsbeobachter 31 berechnetdie Gleichung (26) zur Bestimmung der geschätzten Störung γ1.The estimated disturbance γ1 is determined by the adaptive disturbance observer 31 identified. The adaptive fault monitor 31 calculates equation (26) to determine the estimated disturbance γ1.
[0098] Wie aus der Gleichung (26) ersichtlich,berechnet der adaptive Störungsbeobachter 31 einenvorhergesagten Wert Gcyl-hat(k) für einen gegenwärtigen Zyklusin ähnlicherWeise wie die Vorhersagegleichung (25). Der adaptive Störungsbeobachter 31 berechneteinen Fehler e_dov zwischen dem vorhergesagten Wert Gcyl_hat(k)und dem momentan erfassten Wert Gcyl(k). Ein rekursiver Identifikationsalgorithmuswird benutzt, um die geschätzteStörung γ1 zu berechnen,sodass der Fehler e_dov auf null hin konvergiert. Durch Verwendungdes rekursiven Identifikationsalgorithmus kann die geschätzte Störung schnellund dauerhaft identifiziert werden. Auch wenn in der Ausgabe desAnsaugkrümmers 3 alsgeregeltes Objekt Rauschen enthalten ist, können durch dieses Rauschenverursachte Veränderungenin der geschätztenStörungdurch den Effekt des statistischen Prozesses durch den rekursivenIdentifikationsalgorithmus unterdrückt werden.As can be seen from equation (26), the adaptive observer calculates 31 a predicted value Gcyl-hat (k) for a current cycle in a manner similar to the prediction equation ( 25 ). The adaptive fault monitor 31 calculates an error e_dov between the predicted value Gcyl_hat (k) and the currently detected value Gcyl (k). A recursive identification algorithm is used to calculate the estimated disturbance γ1 so that the error e_dov converges to zero. By using the recursive identification algorithm, the estimated disturbance can be identified quickly and permanently. Even if in the output of the intake manifold 3 as noise is contained as a controlled object, changes in the estimated disturbance caused by this noise can be suppressed by the effect of the statistical process by the recursive identification algorithm.
[0099] λ1und λ2 sindWichtungsparameter. Der rekursive Identifikationsalgorithmus istim Falle von λ1= 1 und λ2= 1 die Methode des kleinsten Quadrats, ist im Falle von λ1 < 1 und λ2 = 1 dieMethode des gewichteten kleinsten Quadrats, ist im Falle von λ1 = 1 und λ2 = 0 dieMethode mit festem Verstärkungsfaktor,und ist im Falle von λ =1 und λ2 < 1 die Methode mitallmählichabnehmendem Verstärkungsfaktor.λ1and λ2Weighting parameters. The recursive identification algorithm isin the case of λ1= 1 and λ2= 1 is the least square method, in the case of λ1 <1 and λ2 = 1 it isWeighted Least Square method is the case of λ1 = 1 and λ2 = 0Fixed gain method,and in the case of λ =1 and λ2 <1 the method withgraduallydecreasing gain factor.
[0100] Als Nächstes wird die Steuereinheit 33 beschrieben.Die Gleichung (27) erhältman, indem man die Vorhersagegleichung (25) um einen Schritt indie Zukunft verschiebt und sie dann so umwandelt, dass sie künftige Werteenthält.Diese Umwandlung zur Aufnahme der künftigen Werte kann man erreichen,indem man den Umwandlungsprozess von der Gleichung (23) zur Gleichung(24) umkehrt.Next is the control unit 33 described. Equation (27) is obtained by shifting the prediction equation (25) one step into the future and then converting it so that it contains future values. This conversion to include future values can be accomplished by reversing the conversion process from equation (23) to equation (24).
[0101] Ein Differenzoperator Δ, der definiertist als Δ =1 – Z^–1,wird eingeführt,um ein vergrößerndesSystem zu definieren, wie in Gleichung (28) gezeigt. Egc ist einFehler zwischen der Istansaugluftmenge Gcyl und einem Sollwert Gcyl_cmdfür dieAnsaugluftmenge. In dem vergrößerndenSystem ist eine zusätzlicheReihe spezifiziert, um ein Integralterm abzuleiten, der einen Dauerzustandsfehlerunterdrückt.Es sei angenommen, dass eine Veränderungin der Störungkonstant ist (d.h. Δγ1(k) = Δγ1(k + 1))A difference operator Δ, defined as Δ = 1 - Z ^-1 , is introduced to define a magnifying system, as shown in equation (28). Egc is an error between the actual intake air quantity Gcyl and a setpoint Gcyl_cmd for the intake air quantity. An additional series is specified in the magnifying system to derive an integral term that suppresses a steady-state error. Assume that a change in the perturbation is constant (ie, Δγ1 (k) = Δγ1 (k + 1))
[0102] Es wird eine Kostenfunktion J_SG definiert. Man nehme an, dass die Anzahlder gewünschtenvorausblickenden Stufen durch Nr angegeben wird, und die Anzahlder Störvorausblickstufenmit Nd angegeben wird, und eine Kostenfunktion J_SG unterVerwendung von N = Max(Nr, Nd) definiert ist. Die Anzahl der gewünschten vorausblickendenStufen Nr ist äquivalentder oben beschriebenen Zeitperiode M, und spezifiziert eine Zeitperiodewährendder künftigeWerte fürden Sollwert Gcyl_cmd zu verwenden sind. Die Anzahl der StörvorausblickstufenNd spezifiziert eine Zeitperiode, während der künftige Werte der geschätzten Störung γ1, die durch denadaptiven Störungsbeobachter 31 berechnetwird, zu verwenden sind. In der vorliegenden Ausführung ist Ndgleich null und Nr ist eins.A cost function J _{SG is} defined. Assume that the number of desired look-ahead levels is given by Nr, the number of glitch look-ahead levels is given by Nd, and a cost function J _SG is defined using N = Max (Nr, Nd). The number of desired look-ahead stages Nr is equivalent to the time period M described above, and specifies a time period during which future values are to be used for the setpoint Gcyl_cmd. The number of disturbance look-ahead levels Nd specifies a time period during which future values of the estimated disturbance γ1 by the adaptive disturbance observer 31 is to be used. In the present embodiment, Nd is zero and Nr is one.
[0103] Dementsprechend ist N = 1. Die KostenfunktionJ_SG wird durch die Gleichung (29) ausgedrückt.Accordingly, N = 1. The cost function J _SG is expressed by equation (29).
[0104] Eine Regeleingabe ΔTHcmd, diedie Kostenfunktion J_SG minimiert, erhält man unterVerwendung des Optimalitätsprinzipis.Wenn die Lösung Π der in Gleichung(31) gezeigten Riccati-Gleichung verwendet wird, wird die Regeleingabe ΔTHcmd soausgedrückt,wie in der Gleichung (30) gezeigt.A control input ΔTHcmd that minimizes the cost function J _SG is obtained using the principle of optimality. When using the solution Π of the Riccati equation shown in equation (31), the control input ΔTHcmd is expressed as shown in equation (30).
[0105] Die Gleichung (30) wird auf der Basisder Anfangsbedingungen der Gleichung (32) aufgelöst. Die Gleichung (33) wirdim Falle von N = 1 abgeleitet (d.h. Nr = 1 und Nd = 0). Π(0)= QΛ(1) = [R+ Γ^TΠ(0)Γ]^–1 (32)ΔTHcmd(k) = Fx·X(k) +Fr(1)ΔGcyl_cmd(k+ dth) + Fd(0)Δγ1(k) (33)wobei Fx = –Λ(1)Γ^TΠ(0)ΨFr(1) = –Λ(1)Γ^TΠ(0)Θ Fd(0) = –Λ(1)Γ^TΠ(0)Ω Equation (30) is solved based on the initial conditions of equation (32). Equation (33) is derived in the case of N = 1 (ie Nr = 1 and Nd = 0). Π (0) = Q Λ (1) = [R + Γ ^T Π (0) Γ] ^-1 (32) ΔTHcmd (k) = FxX (k) + Fr (1) ΔGcyl_cmd (k + dth) + Fd (0) Δγ1 (k) (33) in which Fx = –Λ (1) Γ ^T Π (0) Ψ Fr (1) = –Λ (1) Γ ^T Π (0) Θ Fd (0) = –Λ (1) Γ ^T Π (0) Ω
[0106] RückkopplungskoeffizientenFx, Fd und ein vorwärtskoppelnderKoeffizient Fr in der Gleichung (33) werden wie folgt berechnet.Feedback coefficientsFx, Fd and a feedforwardCoefficients Fr in equation (33) are calculated as follows.
[0107] Die Regeleingabe ΔTHcmd im Falle von N = 1 wirdauf der Basis der Gleichungen (33) und (34) berechnet.The control input ΔTHcmd in the case of N = 1 becomescalculated based on equations (33) and (34).
[0108] Die Gleichung (35) ist eine Gleichungzur Berechnung der Differenz ΔTHcmd.Die Regeleingabe THcmd wird durch Integration der Gleichung (35)berechnet.Equation (35) is an equationto calculate the difference ΔTHcmd.The rule input THcmd is obtained by integrating equation (35)calculated.
[0109] Unter der Annahme, dass die Anfangswertevon Gcyl(0 + dth – 1)bis Gcyl(0), Gcyl_cmd(0 + dth) bis Gcyl_cmd(0), γ1(0) und THcmd(0) null sind,wird die Gleichung (36) so ausgedrückt, wie mit der Gleichung(37) gezeigt.Assuming that the initial valuesby Gcyl (0 + dth - 1)to Gcyl (0), Gcyl_cmd (0 + dth) to Gcyl_cmd (0), γ1 (0) and THcmd (0) are zero,the equation (36) is expressed as with the equation(37) shown.
[0110] Die Gleichung (37) enthält künftige WerteGcyl(k + dth – 1)und Gcyl(k + dth – 2),die zum gegenwärtigenZeitpunkt "k" nicht beobachtetwerden können.Anstelle dieser Werte werden vorhergesagte Werte Pre_Gcyl(k) undPre_Gcyl(k – 1)verwendet, die durch den Zustandsvorhersager 32 berechnetwerden. Die Gleichung (38) wird von der Steuereinheit (33)ausgeführt.Somit wird die Regeleingabe THcmd(k) von der Steuereinheit 33 erzeugt.Equation (37) contains future values Gcyl (k + dth - 1) and Gcyl (k + dth - 2) that cannot be observed at the current time "k". Instead of these values, predicted values Pre_Gcyl (k) and Pre_Gcyl (k - 1) are used by the state predictor 32 be calculated. Equation (38) is used by the control unit ( 33 ) executed. Thus, the control input THcmd (k) from the control unit 33 generated.
[0111] Da ein Rückkopplungsterm des geschätzten Störungswerts γ1 in derRegeleingabe THcmd enthalten ist, kann ein Fehler zwischen der AnsaugluftmengeGcyl und dem Sollwert Gcyl_cmd, der durch das Einwirken einer Störung hervorgerufenwerden kann, schnell konvergiert werden. Da der vorwärtskoppelndeTerm Gcyl_cmd(k + dth) fürden Sollwert in der Regeleingabe THcmd enthalten ist, wird die Fähigkeitverbessert, dass die Ansaugluftmenge Gcyl dem Sollwert Gcyl-cmdfolgt.Since a feedback term of the estimated disturbance value γ1 in theControl input THcmd is included, there may be an error between the intake air volumeGcyl and the setpoint Gcyl_cmd caused by the action of a faultcan be converged quickly. Because the feedforwardTerm Gcyl_cmd (k + dth) forthe setpoint is contained in the control input THcmd, the abilityimproves that the intake air amount Gcyl the setpoint Gcyl-cmdfollows.
[0112] 4 zeigtein Modell fürein virtuelles geregeltes Objekt, das in der Simulation der Ansaugluftmengenregelunggemäß einerAusführungder Erfindung verwendet wird. Das virtuelle geregelte Objekt hateine derartige Struktur, dass sie auf der Modellgleichung (13) beruht.Eine Regeleingabe ist ein Solldrosselöffnungswinkel THcmd(k – dth),der um eine Zeit "dth" verzögert ist.Eine Regeleingabe ist eine Ansaugluftmenge Gcyl(k). Die Ansaugluftmengeeines Zyklus zuvor Gcyl(k – 1)und die Ansaugluftmenge zwei Zyklen zuvor Gcyl(k – 2) werdenrückgekoppelt. 4 shows a model for a virtual controlled object, which is used in the simulation of the intake air quantity control according to an embodiment of the invention. The virtual controlled object has a structure such that it is based on the model equation (13). A control input is a target throttle opening angle THcmd (k - dth) which is delayed by a time "dth". A control input is an intake air quantity Gcyl (k). The intake air amount one cycle before Gcyl (k - 1) and the intake air amount two cycles before Gcyl (k - 2) are fed back.
[0113] Die Simulation ist strukturiert,um drei Störungenzu dem virtuellen geregelten Objekt zu addieren. Eine Eingabestörung d1,eine Zustandsgrößenstörung d2und eine Ausgabestörungd3 sind in 4 gezeigt.Die Eingabestörungd1 enthältz.B. eine Veränderungim Verhalten des Drosselventils. Die Zustandsgrößenstörung d2 enthält z.B.einen Modellbildungsfehler. Die Ausgangsstörung d3 enthlt z.B. Rauschenvon Sensoren.The simulation is structured to add three disturbances to the virtual controlled object. An input disturbance d1, a state variable disturbance d2 and an output disturbance d3 are shown in FIG 4 shown. The input error d1 contains, for example, a change in the behavior of the throttle valve. The state variable disturbance d2 contains, for example, a modeling error. The output disturbance d3 contains, for example, noise from sensors.
[0114] Tabelle 1 zeigt die Bedingungen,die in der Simulation von Fall G-1 bis Fall G-5 angewendet werden.Table 1 shows the conditionswhich are used in the simulation from case G-1 to case G-5.
[0115] Im Falle von G-1 wird keine Störung addiert.In dem Zustandsvorhersager 32 und der Steuereinheit 33 werdender vorhergesagte Wert Pre-Gcyl und der SolldrosselöffnungswinkelTHcmd unter Venwrendung des geschätzten Störungswerts γ1 berechnet. 5 zeigt ein Ergebnis des SimulationsfallsG-1. Da keine Störung existiert,ist kein Fehler zwischen dem vorhergesagten Wert Pre-Gcyl und dertatsächlichenAnsaugluftmenge Gcyl vorhanden. Die Steuereinheit 33 kannbewirken, dass die Ansaugluftmenge Gcyl dem Sollwert Gcyl_cmd folgt,ohne irgend welches Überschießen hervorzurufen.In the case of G-1, no disturbance is added. In the state predictor 32 and the control unit 33 the predicted value Pre-Gcyl and the target throttle opening angle THcmd are calculated using the estimated disturbance value γ1. 5 shows a result of the simulation case G-1. Since there is no disturbance, there is no error between the predicted value Pre-Gcyl and the actual intake air amount Gcyl. The control unit 33 can cause the intake air quantity Gcyl to follow the setpoint Gcyl_cmd without causing any overshoot.
[0116] Im Falle von G-2 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und der geschätzteStörungswert γ1 wird wederin dem Zustandsvorhersager 32 noch der Steuereinheit 33 angewendet. 6 zeigt ein Ergebnis des SimulationsfallsG-2. Es wird ein Dauerzustandsfehler zwischen dem vorhergesagtenWert Pre-Gcyl und der Istansaugluftmenge Gcyl aufgrund der Störung erzeugt.Da die Steuereingabe THcmd auf der Basis des vorhergesagten WertsPre-Gcyl berechnet wird, kann die Steuereinheit 33 nichtbewirken, dass die Ansaugluftmenge Gcyl auf den Sollwert Gcyl_cmdkonvergiert.In the case of G-2, the disturbances d1 to d3 are added, and the estimated disturbance value γ1 is neither in the state predictor 32 nor the control unit 33 applied. 6 shows a result of the simulation case G-2. A steady state error is generated between the predicted value Pre-Gcyl and the actual intake air amount Gcyl due to the disturbance. Since the control input THcmd is calculated based on the predicted value Pre-Gcyl, the control unit can 33 do not cause the intake air quantity Gcyl to converge to the setpoint Gcyl_cmd.
[0117] Im Falle von G-3 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und der geschätzteStörungswert γ1 wird in demVorhersager 32 angewendet.In the case of G-3, the disturbances d1 to d3 are added, and the estimated disturbance value γ1 becomes in the predictor 32 applied.
[0118] Jedoch wird der geschätzte Störungswert γ1 nicht inder Steuereinheit 33 angewendet. 7 zeigt ein Ergebnis des SimulationsfallsG-3. Ein Dauerzustandsfehler zwischen Pre-Gcyl und Gcyl, der durchdie Störungenhervorgerufen wird, wird durch den Vorhersager 32 beseitigt.Dementsprechend kann die Steuereinheit 33 bewirken, dassdie Ansaugluftmenge Gcyl auf den Sollwert Gcyl_cmd konvergiert.Jedoch ist die Konvergenzgeschwindigkeit relativ langsam, da einRückkopplungstermauf der Basis des geschätztenStörungswerts γ1 in derRegeleingabe THcmd nicht enthalten ist.However, the estimated disturbance value γ1 is not in the control unit 33 applied. 7 shows a result of the simulation case G-3. A permanent state error between Pre-Gcyl and Gcyl caused by the disturbances is caused by the predictor 32 eliminated. Accordingly, the control unit 33 cause the intake air quantity Gcyl to converge to the setpoint Gcyl_cmd. However, the rate of convergence is relatively slow because a feedback term based on the estimated disturbance value γ1 is not included in the control input THcmd.
[0119] Im Falle von G-4 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und der geschätzteStörungswert γ1 wird sowohlin dem Vorhersager 32 als auch der Steuereinheit 33 angewendet.Der Fall G-4 entspricht einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die obenin Bezug auf 3 beschriebenwurde. 8 zeigt ein Ergebnis desSimulationsfalls G-4. Wie aus dem Vergleich mit 7 ersichtlich, senkt der Fall G-4 signifikantdie Zeit, die erforderlich ist, um den Fehler zwischen der AnsaugluftmengeGcyl und dem Sollwert Gcyl_cmd zu konvergieren.In the case of G-4, the disturbances d1 to d3 are added, and the estimated disturbance value γ1 becomes both in the predictor 32 as well as the control unit 33 applied. Case G-4 corresponds to a preferred embodiment of the invention described above in relation to 3 has been described. 8th shows a result of the simulation case G-4. As from the comparison with 7 As can be seen, the case G-4 significantly reduces the time required to converge the error between the intake air amount Gcyl and the target value Gcyl_cmd.
[0120] Im Falle von G-5 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und der geschätzteStörungswert γ1 wird sowohlauf den Vorhersager 32 als auch die Steuereinheit 33 angewendet.Jedoch ist der vorwärtskoppelnde TermGcyl_cmd(k + dth) des Sollwerts in der Regeleingabe THcmd nichtenthalten. 9 zeigt einErgebnis des Simulationsfalls G-5. Wie aus dem Vergleich mit 8 ersichtlich, verlangsamtsich eine Geschwindigkeit, mit der die Ansaugluftmenge Gcyl demSollwert Gcyl_cmd folgt. Es ist nämlich nur ein Integralterm(d.h. Pre_Egc-Term) vorhanden, den die Regeleingabe THcmd für den Fehlerzwischen Gcyl und Gcyl_cmd enthält. Daherkann die Fähigkeit,dass die Ansaugluftmenge Gcyl dem Sollwert Gcyl_cmd folgt, verbessertwerden, indem ein vorwärtskoppelnderTerm fürden Sollwert in der Regeleingabe eingebaut wird.In the case of G-5, the disturbances d1 to d3 are added, and the estimated disturbance value γ1 is applied to both the predictor 32 as well as the control unit 33 applied. However, the forward coupling term Gcyl_cmd (k + dth) of the setpoint is not included in the control input THcmd. 9 shows a result of the simulation case G-5. As from the comparison with 8th can be seen, a speed slows down with which the intake air quantity Gcyl follows the setpoint Gcyl_cmd. This is because there is only one integral term (ie Pre_Egc term) that the rule input THcmd contains for the error between Gcyl and Gcyl_cmd. Therefore, the ability that the intake air amount Gcyl follows the target value Gcyl_cmd can be improved by incorporating a feed-forward term for the target value in the control input.
[0121] Hier wird ein Fall untersucht, indem das Regelmodell keine Totzeit hat. In diesem Fall kann der Zustandsvorhersager 32 weggelassenwerden. Das Modell fürdas dynamische Verhalten der Ansaugluft zum Regeln der AnsaugluftmengeGcyl kann so ausgedrückt,wie mit der Gleichung (39) gezeigt. Gcyl(k + 1) = Aair1·Gcyl(k) + Aair2·Gcyl(k – 1) + Bair1·THcmd(k) (34) Here, a case is examined in which the control model has no dead time. In this case, the state predictor can 32 be omitted. The model for the dynamic behavior of the intake air for regulating the intake air quantity Gcyl can be expressed as shown by equation (39). Gcyl (k + 1) = Aair1Gcyl (k) + Aair2Gcyl (k - 1) + Bair1THcmd (k) (34)
[0122] Da keine Totzeit existiert, wirddie von dem adaptiven Störungsbeobachter 31 durchgeführte Gleichung(26) durch die Gleichung (40) ausgedrückt.Since there is no dead time, this is done by the adaptive observer 31 performed glide (26) expressed by equation (40).
[0123] Da keine Totzeit existiert, wirddie von der Steuereinheit 33 durchgeführte Gleichung (38) durch die Gleichung(41) ausgedrückt.Since there is no dead time, the control unit 33 performed equation (38) expressed by equation (41).
[0124] Füreinen Fall, der keine Totzeit enthält, ist eine in Tabelle 2 gezeigteSimulation durchgeführtworden.Fora case that contains no dead time is one shown in Table 2Simulation performedService.
[0125] Im Falle von G-6 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und die Steuereinheit 33 berechnet denSolldrosselöffnungswinkelTHcmd unter Verwendung des geschätztenStörungswerts γ1. Die RegeleingabeTHcmd enthältden vorwärtskoppelndenTerm Gcyl_cmd(k + dth) des Sollwerts. 10 zeigtein Ergebnis des Simulationsfalls G-6.In the case of G-6, faults d1 to d3 are added, and the control unit 33 calculates the target throttle opening angle THcmd using the estimated disturbance value γ1. The control input THcmd contains the forward coupling term Gcyl_cmd (k + dth) of the setpoint. 10 shows a result of the simulation case G-6.
[0126] Im Falle von G-7 werden die Störungen d1bis d3 addiert, und die Steuereinheit 33 berechnet denSolldrosselöffnungswinkelTHcmd, ohne den geschätztenStörungswert γ1 anzuwenden.Die Regeleingabe THcmd enthältden vorwärtskoppelndenTerm Gcyl_cmd(k + dth) des Sollwerts. 11 zeigtein Ergebnis des Simulationsfalls G-7.In the case of G-7, faults d1 to d3 are added, and the control unit 33 calculates the target throttle opening angle THcmd without using the estimated disturbance value γ1. The control input THcmd contains the forward coupling term Gcyl_cmd (k + dth) of the setpoint. 11 shows a result of the simulation case G-7.
[0127] 12 zeigtden Vergleich zwischen dem in 10 (FallG-6) gezeigten Verhalten von Gcyl und dem in 11 (Fall G-7) gezeigten Verhalten vonGcyl. Zu sehen ist, dass, vom Blickpunkt der Konvergenzcharakteristiken,das Erstere besser ist als das Letztere. Somit können die Konvergenzcharakteristikender Regelgröße Gcylrelativ zu dem Sollwert Gcyl_cmd verbessert werden, indem man dieRegeleingabe Thcmd durch die Verwendung des geschätzten Störungswerts γ1 in derSteuereinheit 33 berechnet. 12 shows the comparison between the in 10 (Case G-6) behavior of Gcyl and the behavior shown in 11 (Case G-7) behavior shown by Gcyl. It can be seen that, from the point of view of convergence characteristics, the former is better than the latter. Thus, the convergence characteristics of the control variable Gcyl relative to the target value Gcyl_cmd can be improved by changing the control input Thcmd by using the estimated disturbance value γ1 in the control unit 33 calculated.
[0128] In den oben beschriebenen Ausführungenwird der adaptive Störungsbeobachterunter Verwendung des rekursiven Identifikationsalgorithmus angewendet,um die Störungzu schätzen.Alternativ kann auch ein anderes geeignetes Schätzglied verwendet werden, dasdie Störungin Bezug auf ein vorbestimmtes Kennfeld oder dgl. schätzen kann.Ferner wird in den oben beschriebenen Ausführungen das Drosselventil alsVentil zum Regeln der Ansaugluftmenge verwendet. Alternativ kannauch ein anderes Ventil verwendet werden, das in der Lage ist, dieAnsaugluftmenge zu regeln, z.B. ein Bypass-Ventil.In the versions described abovebecomes the adaptive observerapplied using the recursive identification algorithm,about the disturbanceappreciate.Alternatively, another suitable estimator can be used, thethe disturbancecan estimate in relation to a predetermined map or the like.Furthermore, in the embodiments described above, the throttle valve asValve used to regulate the amount of intake air. Alternatively, you cananother valve can be used that is able toRegulate intake air volume, e.g. a bypass valve.
[0129] Es wird ein Modellschema des Motors 2 beschrieben.Der Motor 2 wird durch ein Modell repräsentiert, worin dessen Eingabedie Ansaugluftmenge Gcyl ist und dessen Ausgabe die Drehzahl NEist.It becomes a model scheme of the engine 2 described. The motor 2 is represented by a model in which the input is the intake air amount Gcyl and the output is the speed NE.
[0130] Die Bewegungsgleichung eines Trägheitssystemsdes Motors wird durch Gleichung (42) ausgedrückt. Hier bezeichnet Ieng einTrägheitsmoment(kgm²) des Motors, Kne bezeichnet einenReibungskoeffizienten des Motors, und NE bezeichnet eine Motordrehzahl(rad/sek). Teng bezeichnet ein Drehmoment (Nm) des Motors, Tloadbezeichnet ein Ausrüstungsantriebsdrehmoment(Nm) zum Antrieb elektrischer Komponenten, wie etwa Klimaanlage,Stromgenerator und dgl., die an dem Fahrzeug angebracht sind. Tdrvbezeichnet ein Fahrzeugantriebsdrehmoment (Nm) zum Antrieb des Fahrzeugs,das auf ein Antriebssystem des Fahrzeugs verteilt wird. "t" bezeichnet die Zeit. Ieng·N E(t) = –Kne·NE(t) + Teng(t) – Tload(t) – Tdrv(t) (42) The equation of motion of an inertial system of the motor is expressed by equation (42). Here, Ieng denotes an inertia (kgm ² ) of the motor, Kne denotes a coefficient of friction of the motor, and NE denotes an engine speed (rad / sec). Teng denotes a torque (Nm) of the engine, Tload denotes an equipment drive torque (Nm) for driving electrical components such as an air conditioner, power generator, and the like, which are attached to the vehicle. Tdrv denotes a vehicle drive torque (Nm) for driving the vehicle, which is distributed to a drive system of the vehicle. "t" denotes time. Ieng · NE (t) = –Kne · NE (t) + Teng (t) - Tload (t) - Tdrv (t) (42)
[0131] Das Motordrehmoment Teng wird soausgedrückt,wie mit der Gleichung (43) gezeigt. Ktrq bezeichnet einen Drehmomentkoeffizienten,der entsprechend der Motordrehzahl NE, eines Zündzeitpunkts IG des Motors undeines Äquivalenzverhältnisses λ (Kehrwertdes Luft-Kraftstoff-Verhältnisses)bestimmt wird. Gcyl bezeichnet die Luftmenge (g), die in den Motorangesaugt wird. Teng(t)= Ktrq·Gcyl(t) (43) The engine torque Teng is expressed as shown by the equation (43). Ktrq denotes a torque coefficient which is determined in accordance with the engine speed NE, an ignition timing IG of the engine and an equivalence ratio λ (reciprocal of the air-fuel ratio). Gcyl is the amount of air (g) drawn into the engine. Teng (t) = KtrqGcyl (t) (43)
[0132] Die Gleichung (44) erhält man,indem man die Gleichung (43) in die Gleichung (42) einsetzt. DieGleichung (44) repräsentiertein Verzögerungssystemerster Ordnung fürdie Drehzahl NE, worin dessen Eingabe die Ansaugluftmenge Gcyl ist. "–(Tload + Tdrv)/Ieng" wird als Störungstermaddiert.Equation (44) is obtainedby substituting equation (43) into equation (42). TheEquation (44) representsa delay systemfirst order forthe speed NE, the input of which is the intake air quantity Gcyl. "- (Tload + Tdrv) / Ieng" is used as the fault termadded.
[0133] Die Gleichung (44) wird ein zeitdiskretesSystem umgewandelt, um die Gleichung (45) zu erhalten. "T" bezeichnet die Länge des Abtastzyklus. JederZyklus wird mit "k" identifiziert. DieGleichung (45) ist eine Modellgleichung für das Trägheitssystem des Motors. NE(k + 1) = Ane·NE(k)+ Bne·Gcyl(k)+ Cne·(Tload(k)+ Tdrv(k)) (45)
[0134] Die Modellparameter Ane, Bne undCne variieren entsprechend der Drehzahl NE und dem DrosselöffnungswinkelTH. Die Modellparameter, beruhend auf der Drehzahl NE und dem DrosselöffnungswinkelTH, könnenin dem Speicher 1c als Kennfeld vorgespeichert sein. Alternativkann ein Identifizierer in der Steuereinheit vorgesehen sein, umdiese Modellparameter zu identifizieren.The model parameters Ane, Bne and Cne vary according to the speed NE and the throttle opening angle TH. The model parameters, based on the speed NE and the throttle opening angle TH, can be stored in the memory 1c be stored as a map. Alternatively, an identifier can be provided in the control unit in order to identify these model parameters.
[0135] 13 zeigtein Blockdiagramm des Drehzahlreglers 21 gemäß einerAusführungder Erfindung. Der Drehzahlregler 21 umfasst einen adaptivenStörungsbeobachter 41,einen Zustandsvorhersager 42 und eine Steuereinheit 43.Der adaptive Störungsbeobachter 41 undder Zustandsvorhersager 42 haben eine ähnliche Struktur wie jene in 3 für den Ansaugluftmengenregler 21. 13 shows a block diagram of the speed controller 21 according to an embodiment of the invention. The speed controller 21 includes an adaptive fault observer 41 , a state predictor 42 and a control unit 43 , The adaptive fault monitor 41 and the state predictor 42 have a structure similar to that in 3 for the intake air volume controller 21 ,
[0136] Der adaptive Störungsbeobachter 41 identifizierteinen geschätztenWert δnefür dieStörung,die auf den Motor 2 einwirkt. Der Zustandsvorhersager 42 berechneteinen vorhergesagten Wert Pre_NE für die Ausgabe (d.h. eine Motordrehzahl)des Motors, der eine Anlage ist, auf der Basis der geschätzten Störung δne. Durcheine Reaktionszuweisungssteuerung unter Verwendung des vorhergesagtenWerts Pre_NE berechnet die Steuereinheit 43 eine SollansaugluftmengeGcyl_cmd, die eine Regeleingabe in die Anlage ist. Die RegeleingabeGcyl_cmd enthälteinen Wert, der durch Multiplizieren der geschätzten Störung δne mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten ist. Die Ausgabe NE der Anlage kann auf einen Sollwertkonvergieren, indem der vorhergesagte Wert Pre_NE auf einen Sollwertkonvergiert wird.The adaptive fault monitor 41 identifies an estimated value δne for the fault on the engine 2 acts. The state predictor 42 calculates a predicted value Pre_NE for the output (ie, an engine speed) of the engine that is an installation based on the estimated disturbance δne. Calculated by response assignment control using the predicted value Pre_NE the control unit 43 a target intake air quantity Gcyl_cmd, which is a control input into the system. The control input Gcyl_cmd contains a value obtained by multiplying the estimated disturbance δne by a predetermined gain. The system output NE can converge to a target value by converging the predicted value Pre_NE to a target value.
[0137] Nun wird der Zustandsvorhersager 42 beschrieben.Wie oben in Bezug auf 2 beschrieben,ist der Drehzahlregler 21 stromauf des Ansaugluftmengenreglers 23 angeordnet.In dem dynamischen Verhalten der Ansaugluft des Ansaugkrümmers 3 isteine Totzeit enthalten. Wenn diese Totzeit durch sowohl die Drehzahlregelungals auch die Ansaugluftmengenregelung kompensiert wird, könnte einegewisse gegenseitige Störungauftreten. Daher wird die in dem Ansaugkrümmer 3 enthalteneTotzeit durch den Ansaugluftmengenregler 23 kompensiert.Der Ansaugkrümmer 3 wirdals Totzeitelement von dem Drehzahlregler 21 betrachtet.Im Ergebnis sieht der Drehzahlregler 21 Gcyl_cmd(k – dth) =Gcyl (k). In anderen Worten, die Drehzahlsteuereinheit 21 sieht,dass die Ansaugluftmenge Gcyl in den Motor eingeführt wird,wenn eine Totzeit dth nach der Berechnung Gcyl_cmd abgelaufen ist.Dementsprechend kann die Modellgleichung (45) des Motorträgheitssystems soausgedrücktwerden, wie in Gleichung (46) gezeigt. Hier bezeichnet eine Störung Tdeine Summe von Tload und Tdrv. NE(k + 1) = Ane·Ne(k) + Bne·Gcyl_cmd(k – dth) +Cne·Td(k) (46) Now the state predictor 42 described. As above regarding 2 is the speed controller 21 upstream of the intake air volume controller 23 arranged. In the dynamic behavior of the intake manifold's intake air 3 a dead time is included. If this dead time is compensated for by both the speed control and the intake air quantity control, a certain mutual interference could occur. Therefore, that in the intake manifold 3 Dead time contained by the intake air volume controller 23 compensated. The intake manifold 3 is used as a dead time element by the speed controller 21 considered. The speed controller sees the result 21 Gcyl_cmd (k - dth) = Gcyl (k). In other words, the speed control unit 21 sees that the intake air amount Gcyl is introduced into the engine when a dead time dth according to the calculation Gcyl_cmd has expired. Accordingly, the model equation (45) of the motor inertia system can be expressed as shown in equation (46). Here, a disturbance Td denotes a sum of Tload and Tdrv. NE (k + 1) = AneNe (k) + BneGcyl_cmd (k - dth) + CneTd (k) (46)
[0138] Um die Totzeit dth zu kompensieren,muss eine Regelausgabe NE(k + dth) vorhergesagt werden. Die Gleichung(46) wird um (dth – 1)Schritte in die Zukunft verschoben. NE(k + dth)= Ane·Ne(k+ dth – 1)+ Bne·Gcyl_cmd(k – 1) + Cne·Td(k +dth – 1)(47) In order to compensate for the dead time dth, a control output NE (k + dth) must be predicted. Equation (46) is shifted (dth - 1) steps into the future. NE (k + dth) = AneNe (k + dth - 1) + BneGcyl_cmd (k - 1) + CneTd (k + dth - 1) (47)
[0139] Da die Gleichung (47) künftige WerteNE(k + dth – 1)und Td(k + dth – 1)enthält,die nicht beobachtet werden können,werden diese künftigenWerte gelöscht.Dieses Löschenkann so ähnlichausgeführtwerden wie das Löschender künftigenWerte aus der oben beschriebenen Gleichung (23).As the equation (47) future valuesNE (k + dth - 1)and Td (k + dth - 1)containsthat cannot be observedwill these be futureValues deleted.This deletioncan be something like thataccomplishedbecome like erasingthe futureValues from equation (23) described above.
[0140] Es ist schwierig, Td(k + dth – 1) durchTd(k) in Gleichung (48) vorherzusagen, da sie sich mit der Bedienungdurch den Fahrer und/oder durch die Fahrbedingungen verändern. Daherwird angenommen, dass die StörungTd konstant ist, wie mit der Gleichung (49) gezeigt. Gemäß dieserAnnahme wird die Gleichung (48) durch die Gleichung (50) ausgedrückt. Td(k + dth – 1) = Td(k+ dth – 2)= ... = Td(k + 1) = Td(k) (49)
[0141] Ein geschätzter Störungswert δne wird in die Gleichung (50)eingeführt.Der geschätzteStörungswert δne enthält nichtnur einen Schätzfehlerder StörungTd, sondern auch andere auf die Anlage einwirkende Störungen.Die Gleichung (51) wird durch das Zustandsschätzglied 42 ausgeführt, umeinen vorhergesagten Wert Pre_NE der Drehzahl zu berechnen.An estimated disturbance value δne is introduced into equation (50). The estimated disturbance value δne contains not only an estimation error of the disturbance Td, but also other disturbances affecting the system. Equation (51) is given by the state estimator 42 executed to calculate a predicted value Pre_NE of the speed.
[0142] Durch Bestimmung des vorhergesagtenWerts durch den Zustandsvorhersager 42 wird die Totzeit kompensiert,und daher kann eine schnelle Reaktion der Drehzahlregelung verbessertwerden. Da der vorhergesagte Wert Pre_NE auf der Basis der geschätzten Störung δne berechnetwird, wird ein Dauerzustandsfehler zwischen der Ausgabe NE des Motors(der ein geregeltes Objekt ist) und des vorhergesagten Werts Pre_NEeliminiert.By determining the predicted value by the state predictor 42 the dead time is compensated, and therefore a quick response of the speed control can be improved. Since the predicted value Pre_NE is calculated based on the estimated disturbance δne, a steady state error between the output NE of the engine (which is a controlled object) and the predicted value Pre_NE is eliminated.
[0143] Die geschätzte Störung δne wird durch den adaptivenStörungsbeobachter 41 identifizeirt.Der adaptive Störungsbeobachter 41 führt dieGleichung (52) aus, um die geschätzteStörung δne zu bestimmen.The estimated disturbance δne is determined by the adaptive disturbance observer 41 identifizeirt. The adaptive fault monitor 41 performs equation (52) to determine the estimated disturbance δne.
[0144] Wie aus der Gleichung (52) ersichtlich,berechnet der adaptive Störungsbeobachter 41 einenvorhergesagten Wert NE_hat(k) fürden gegenwärtigenZyklus (dieser wird berechnet, indem die Gleichung (51) um "dth" Schritte in dieVergangenheit verschoben wird). Hier sei angenommen, dass die geschätzte Störung δne konstantist; d.h. δne(k – dth) = δne(k – 1). Deradaptive Störungsbeobachter 41 berechnetferner einen Fehler e_dne zwischen dem vorhergesagten Wert NE_hat(k)und dem momentan erfassten Wert NE(k). Danach wird ein rekursiverIdentifikationsalgorithmus angewendet, um den geschätzten Störungswert δne zu berechnen, sodassder Fehler e_dne auf null konvergiert.As can be seen from equation (52), the adaptive observer calculates 41 a predicted value NE_hat (k) for the current cycle (this is calculated by shifting equation (51) by "dth" steps in the past). Here it is assumed that the estimated disturbance δne is constant; ie δne (k - dth) = δne (k - 1). The adaptive fault monitor 41 further calculates an error e_dne between the predicted value NE_hat (k) and the currently detected value NE (k). A recursive identification algorithm is then used to calculate the estimated disturbance value δne so that the error e_dne converges to zero.
[0145] Durch Verwendung des rekursiven Identifikationsalgorithmuskann die geschätzteStörung δne schnell undstabil geschätztwerden. Wie oben beschrieben, sind λ1 und λ2 Wichtungsparameter, die gemäß dem Typ desrekursiven Identifikationsalgorithmus bestimmt werden.By using the recursive identification algorithmcan the estimatedΔne fault quickly andestimated stablebecome. As described above, λ1 and λ2 are weighting parameters that are determined according to the type ofrecursive identification algorithm can be determined.
[0146] Als Nächstes wird die Steuereinheit 43 beschrieben.Die Gleichung (53) erhältman, indem man den Vorhersageausdruck (51) um einen Schrittin die Zukunft verschiebt und ihn dann so umwandelt, dass er künftige Werteenthält.Diese Umwandlung zur Aufnahme der künftigen Werte kann erreichtwerden, indem der Umwandlungsprozess von der Gleichung (47) zurGleichung (48) umgekehrt wird. Hier sei angenommen, dass Veränderungenin den künftigenWerten der StörungTd und der geschätzteStörungswert δne konstantsind, d.h. Td(k + dth) = Td(k) und δne(k + dth) = δne(k).Next is the control unit 43 described. Equation (53) is obtained by taking the prediction expression ( 51 ) moves one step into the future and then transforms it so that it contains future values. This conversion to include future values can be accomplished by reversing the conversion process from equation (47) to equation (48). Here it is assumed that changes in the future values of the disturbance Td and the estimated disturbance value δne are constant, ie Td (k + dth) = Td (k) and δne (k + dth) = δne (k).
[0147] Eine Schaltfunktion σne ist sodefiniert, dass sie eine Reaktionszuweisungssteuerung ausführt. Die Schaltfunktion σne erlaubt,dass das Konvergenzverhalten der Istdrehzahl NE auf einen SollertNE_cmd für dieDrehzahl spezifiziert wird. E_ne bezeichnet einen Fehler zwischender Istdrehzahl NE und dem Sollwert NE_cmd. σne(k) = E_ne(k) + S_ne·E_ne(k – 1) (54)wobei E_ne(k)= NE(k) – NE_cmd(k)Eine Regeleingabe wird so bestimmt, dass die Schaltfunktion σne null wird.A switching function σne is defined to perform a reaction assignment control. The switching function σne allows the convergence behavior of the actual speed NE to be specified to a target value NE_cmd for the speed. E_ne denotes an error between the actual speed NE and the setpoint NE_cmd. σne (k) = E_ne (k) + S_neE_ne (k - 1) (54) where E_ne (k) = NE (k) - NE_cmd (k) A rule input is determined so that the switching function σne becomes zero.
[0148] Die Gleichung (55) repräsentiertein Verzögerungssystemerster Ordnung ohne Eingabe. In anderen Worten, die Steuereinheit 43 begrenztdie Regelgröße E_neauf ein Verzögerungssystemerster Ordnung, wie in Gleichung (55) gezeigt.Equation (55) represents a first order delay system with no input. In other words, the control unit 43 limits the controlled variable E_ne to a first-order delay system, as shown in equation (55).
[0149] 14 zeigteine Phasenebene, worin E_ne(k) die vertikale Achse ist und E_ne(k – 1) diehorizontale Achse ist. Eine durch die Gleichung (55) ausgedrückte Schaltlinie 61 istin der Phasenebene gezeigt. Wenn man annimmt, dass ein Punkt 62 einAnfangswert einer Zustandsgröße (E_ne(k – 1), E_ne(k))ist, setzt die Steuereinheit 43 die Zustandsgröße auf dieSchaltlinie 61 und begrenzt sie dann auf die Schaltlinie 61.Da die Zustandsgröße auf dasVerzögerungssystemerster Ordnung ohne Eingabe beschränkt ist, kann die Zustandsgröße automatischauf den Ursprung (d.h. E_ne(k), E_ne(k – 1) = 0) der Phasenebene mitder Zeit konvergieren. Indem die Zustandsgröße auf die Schaltlinie 61 beschränkt wird,kann die Zustandsgröße auf denUrsprung konvergieren, ohne dass sie durch Störungen beeinflusst wird. 14 shows a phase plane, where E_ne (k) is the vertical axis and E_ne (k - 1) is the horizontal axis. A shift line expressed by equation (55) 61 is shown in the phase plane. If you assume that a point 62 the control unit sets an initial value of a state variable (E_ne (k-1), E_ne (k)) 43 the state variable on the switching line 61 and then limits it to the shift line 61 , Since the state quantity is limited to the first-order delay system without input, the state quantity can automatically converge over time to the origin (ie E_ne (k), E_ne (k - 1) = 0) of the phase plane. By placing the state variable on the switching line 61 is limited, the state variable can converge to the origin without being influenced by disturbances.
[0150] Ein Stellparameter S_ne der Gleichung(55) ist so eingerichtet, dass er –1 < S_ne < 1 genügt. Bevorzugt genügt der Setzparameter –1 < SW_ne < 0. Der Grund hierfür ist, dassdas Verzögerungssystemerster Ordnung der Gleichung (55) ein schwingungsstabiles Systemwerden kann, wenn S_ne einen positiven Wert hat.A control parameter S_ne of the equation(55) is set up so that it satisfies –1 <S_ne <1. The setting parameter −1 <SW_ne <0 is preferably sufficient. The reason for this is thatthe delay systemfirst order of the equation (55) a vibration-stable systemcan be if S_ne has a positive value.
[0151] Der Stellparameter S_ne ist ein Parameterzum Spezifizieren einer Konvergenzgeschwindigkeit des Fehlers E_ne.In Bezug auf 15 zeigendie Graphen 63, 64 und 65 eine Konvergenzgeschwindigkeitin den Fällenvon S_ne = –1, –0,8 bzw. –0,5. Wennder Absolutwert des Stellparameters S_ne kleiner wird, wird die Konvergenzgeschwindigkeitdes Fehlers E-ne schneller.The control parameter S_ne is a parameter for specifying a convergence speed of the error E_ne. In relation to 15 show the graphs 63 . 64 and 65 a rate of convergence in the cases of S_ne = -1, -0.8 and -0.5, respectively. If the absolute value of the control parameter S_ne becomes smaller, the convergence speed of the error E-ne becomes faster.
[0152] Die Steuereinheit 43 berechneteine Regeleingabe Upas gemäß Gleichung(56). Eine äquivalenteRegeleingabe Ueq ist eine Eingabe zum Begrenzen der Zustandsgröße auf dieSchaltlinie. Eine Reaching- bzw. Annäherungsvorschrift-Eingabe Urchist eine Eingabe zum Setzen der Zustandsgröße auf die Schaltlinie. Gcyl_cmd(k) = Upas(k) = Ueq(k)+ Urch(k) (56) The control unit 43 computes a control input Upas according to equation (56). An equivalent control input Ueq is an input for limiting the state variable to the switching line. A reaching or Approach entry Urch is an entry for setting the state variable on the switching line. Gcyl_cmd (k) = Upas (k) = Ueq (k) + Urch (k) (56)
[0153] Nachfolgend wird ein Verfahren zumBestimmen der äquivalentenRegeleingabe Ueq beschrieben. Die äquivalente Regeleingabe Ueqhat die Funktion, die Zustandsgröße auf einergegebenen Position in der Phasenebene zu halten. Daher muss dieGleichung (57) erfülltsein. σne(k + dth+ 1) = σne(k+ dth) (57) A method for determining the equivalent control input Ueq is described below. The equivalent control input Ueq has the function of keeping the state variable at a given position in the phase plane. Therefore, equation (57) must be satisfied. σne (k + dth + 1) = σne (k + dth) (57)
[0154] Auf der Basis der Gleichung (54)wird die Gleichung (57) durch die Gleichung (58) ausgedrückt.Based on equation (54)equation (57) is expressed by equation (58).
[0155] Die Gleichung (59) kann erhaltenwerden, indem man die Gleichung (53) in die Gleichung (58) einsetzt. Ane·NE(k + dth) + Bne·Gcyl_cmd(k)+ Cne·Td(k)+ Cne·δne(k) – NE_cmd(k+ dth + 1) + S_ne·NE(k+ dth) – S_ne·NE_cmd(k+ dth) = NE(k + dth) – NE_cmd(k+ dth) + S_ne·NE(k+ dth – 1) – S_ne·NE_cmd(k+ dth – 1) (59) Equation (59) can be obtained by substituting equation (53) into equation (58). AneNE (k + dth) + BneGcyl_cmd (k) + CneTd (k) + Cneδne (k) - NE_cmd (k + dth + 1) + S_neNE (k + dth) - S_ne NE_cmd (k + dth) = NE (k + dth) - NE_cmd (k + dth) + S_neNE (k + dth - 1) - S_neNE_cmd (k + dth - 1) (59)
[0156] Die Regeleingabe Ueq(k) wird durchdie Gleichung (60) berechnet. Ueq(k) = 1/Bne{(1 – Ane – S_ne)NE(k + dth) + S_ne·NE(k +dth – 1)+ NE_cmd(k + dth + 1) + (S_ne – 1)·NE_cmd(k+ dth) – S_ne·NE_cmd(k+ dth – 1) – Cne·Td(k) – Cne·δne(k)} (60) The control input Ueq (k) is calculated by equation (60). Ueq (k) = 1 / Bne {(1 - Ane - S_ne) NE (k + dth) + S_ne · NE (k + dth - 1) + NE_cmd (k + dth + 1) + (S_ne - 1) · NE_cmd (k + dth) - S_ne · NE_cmd (k + dth - 1) - Cne · Td (k) - Cne · δne (k)} (60)
[0157] Die Gleichung (60) enthält künftige WerteNE(k + dth) und NE(k + dth – 1),die zum gegenwärtigen Zeitpunkt "k" nicht beobachtet werden können. Anstattdieser Werte werden vorhergesagte Werte Pre_NE(k) und Pre_NE(k – 1), diedurch den Zustandsvorhersager 42 berechnet sind, angewendet.Die Steuereinheit 43 führtdie Gleichung (61) aus, um die äquivalenteRegeleingabe Ueq(k) zu bestimmen. Ueq(k) = 1/Bne{(1 – Ane – S_ne)Pre_NE(k) + S_ne·Pre_NE(k – 1) + NE_cmd(k+ dth + 1) + (S_ne – 1)·NE_cmd(k+ dth) – S_ne·NE_cmd(k+ dth – 1) – Cne·Td(k) – Cne·δne(k)} (61) Equation (60) contains future values NE (k + dth) and NE (k + dth - 1) that cannot be observed at the current time "k". Instead of these values, predicted values Pre_NE (k) and Pre_NE (k - 1) are used by the state predictor 42 are calculated, applied. The control unit 43 executes equation (61) to determine the equivalent control input Ueq (k). Ueq (k) = 1 / Bne {(1 - Ane - S_ne) Pre_NE (k) + S_nePre_NE (k - 1) + NE_cmd (k + dth + 1) + (S_ne - 1) · NE_cmd (k + dth ) - S_ne · NE_cmd (k + dth - 1) - Cne · Td (k) - Cne · δne (k)} (61)
[0158] Somit enthält die äquivalente Regeleingabe Ueqeinen Störungsrückkopplungsterm δne und einen StörungsvorwärtskopplungstermTd. Dementsprechend kann der Fehler zwischen der Drehzahl NE unddem Sollwert NE_cmd, der durch das Einwirken von Störungen aufden Motor 2 oder das geregelte Objekt hervorgerufen werdenkann, schnell konvergiert werden.Thus, the equivalent control input Ueq contains a disturbance feedback term δne and a disturbance feed forward term Td. Accordingly, the error between the speed NE and the target value NE_cmd can be caused by the interference of the motor 2 or the regulated object can be caused to converge quickly.
[0159] Die Steuereinheit 43 führt fernerdie Gleichung (62) aus, um die Annäherungsvorschrfiteingabe Urch zubestimmen. F bezeichnet einen Annäherungsvorschrfit-Verstärkungsfaktor.The control unit 43 also performs equation (62) to determine the approximation input Urch. F denotes an approximation prescription gain.
[0160] 16 zeigtein Modell eines virtuellen geregelten Objekts, das bei einer Simulationder Drehzahlregelung gemäß einerAusführungder Erfindung angewendet wird. Das virtuelle geregelte Objekt hateine solche Struktur, die auf der Basis der Modellgleichung (46)des Motors beruht. Eine Regeleingabe ist eine SollansaugluftmengeGcyl_cmd, die durch eine Zeit "dth" verzögert ist.Eine Regelausgabe ist eine Drehzahl NE. Ein Antriebsdrehmoment Tdwird auf das geregelte Objekt als Störung ausgeübt. Die Drehzahl NE eines Zykluszuvor wird rückgekoppelt. 16 shows a model of a virtual controlled object, which is used in a simulation of the speed control according to an embodiment of the invention. The virtual controlled object has such a structure that is based on the model equation (46) of the engine. A control input is a target intake air quantity Gcyl_cmd which is delayed by a time "dth". A control output is a speed NE. A drive torque Td is applied to the controlled object as a disturbance. The speed NE of a cycle before is fed back.
[0161] Die Simulation ist so strukturiert,dass drei Störungenzu dem virtuellen geregelten Objekt addiert werden. Es sind dreiPositionen gezeigt, an denen eine Eingabestörung L1, eine Zustandsgrößenstörung L2und eine AusgabestörungL3 einwirken. Die EingabestörungL1 enthältz.B. einen Schätzfehlerfür dasAntriebsdrehmoment Td. Die Zustandsgrößenstörung L2 enthält z.B.einen Modellbildungsfehler. Die Ausgabestörung L3 enthält z.B.Rauschen von Sensoren. Tabelle 3 zeigt Bedingungen für die Fälle N-1bis N-5, die bei der Simulation ausgeführt werden.The simulation is structured in such a way that three disturbances are added to the virtual controlled object. Three positions are shown, at which an input error L1, a status variable error L2 and affect an output fault L3. The input fault L1 contains, for example, an estimation error for the drive torque Td. The state variable disturbance L2 contains, for example, a modeling error. The output fault L3 contains, for example, noise from sensors. Table 3 shows conditions for cases N-1 to N-5 that are carried out in the simulation.
[0162] Im Falle von N-1 werden die Störungen L1bis L3 addiert. Der geschätzteStörungswert δne und das AntriebsdrehmomentTd werden sowohl in dem Zustandsvorhersager 42 als auchder Steuereinheit 43 angewendet. Der Fall N-1 ist ein bevorzugterFall auf der Basis der Drehzahlregelung in 13 gemäß einer Ausführung derErfindung. 17 zeigtdas Ergebnis des Simulationsfalls N-1. In dem Zustand, in dem Störungen einwirken,kann die Drehzahl NE auf den Sollwert NE_cmd ohne jeden Dauerzustandsfehlerkonvergieren. Die Fähigkeit,dass die Drehzahl NE dem Sollwert NE_cmd folgt, wenn sich der SollwertNE_cmd ändert,ist gut.In the case of N-1, the faults L1 to L3 are added. The estimated disturbance value δne and the drive torque Td are both in the state predictor 42 as well as the control unit 43 applied. The case N-1 is a preferred case based on the speed control in 13 according to an embodiment of the invention. 17 shows the result of the simulation case N-1. In the state in which faults act, the speed NE can converge on the target value NE_cmd without any permanent state error. The ability that the speed NE follows the target value NE_cmd when the target value NE_cmd changes is good.
[0163] Im Falle von N-2 werden der geschätzte Ströungswert δne und dasAntriebsdrehmoment Td weder in dem Vorhersager 42 nochder Steuereinheit 43 angewendet. 18 zeigt das Ergebnis des Simulationsfalls N-2.Aufgrund der Störungentritt ein Dauerzustandsfehler zwischen der Istdrehzahl NE und demvorhergesagten Wert Pre_NE auf. Da die Steuereinheit 43 dieReaktionszuweisungssteuerung auf der Basis des vorhergesagten WertsPre_NE durchführt,kann die Steuereinheit 43 die Istdrehzahl NE nicht aufden Sollwert NE_cmd konvergieren lassen.In the case of N-2, the estimated flow value δne and the driving torque Td are neither in the predictor 42 nor the control unit 43 applied. 18 shows the result of the simulation case N-2. Due to the disturbances, a permanent state error occurs between the actual speed NE and the predicted value Pre_NE. Because the control unit 43 performs the reaction assignment control based on the predicted value Pre_NE, the control unit can 43 do not let the actual speed NE converge to the target value NE_cmd.
[0164] Im Falle von N-3 verwenden der Vorhersager 42 unddie Steuereinheit 43 das Antriebsdrehmoment Td. Der geschätzte Störungswert δne wird wederin dem Vorhresager 42 noch der Steuereinheit 43 angewendet. 13 zeigt das Ergebnis desSimulationsfalls N-3. Zur Zeit t1 wird ein Schätzfehler Td_error für das AntriebsdrehmomentTd als Stufeneingabe angewendet. In Antwort darauf nimmt der geschätzte Störungswert δne zu. Dader vorwärtskoppelndeTerm fürdas Antriebsdrehmoment Td verwendet wird, bleibt der Fehler zwischender Istdrehzahl NE und dem vorhergesagten Pre_NE unverändert.In the case of N-3 use the predictor 42 and the control unit 43 the drive torque Td. The estimated disturbance value δne is neither in the pre-reager 42 nor the control unit 43 applied. 13 shows the result of the simulation case N-3. At time t1, an estimation error Td_error for the drive torque Td is applied as a step input. In response to this, the estimated disturbance value δne increases. Since the feed-forward term is used for the drive torque Td, the error between the actual speed NE and the predicted Pre_NE remains unchanged.
[0165] Zur Zeit t2 ändert sich das AntriebsdrehmomentTd. Die anderen StörungenL2 und L3 wirken immer noch auf die Anlage. Der Fehler zwischender Istdrehzahl NE und dem vorhergesagten Wert Pre_NE ändert sichdank des vorwärtskoppelndenTerms fürdas Antriebsdrehmoment Td nicht. Da jedoch der geschätzte Störungswert δne nichtangewendet wird, kann ein Dauerzustandsfehler zwischen der IstdrehzahlNE und dem vorhergesagten Wert Pre-NE nicht eliminiert werden, unddaher kann die Drehzahl NE nicht auf den Sollwert NE_cmd konvergieren.The drive torque changes at time t2Td. The other disordersL2 and L3 still affect the system. The mistake betweenthe actual speed NE and the predicted value Pre_NE changesthanks to the feedforwardTerms forthe drive torque Td not. However, since the estimated disturbance value δne is notapplied, a permanent condition error between the actual speedNE and the predicted value Pre-NE cannot be eliminated, andtherefore the speed NE cannot converge to the target value NE_cmd.
[0166] Im Falle von N-4 werden der geschätzte Störungswert δne und dasAntriebsdrehmoment Td weder in dem Vorhersager 42 nochder Steuereinheit 43 angewendet. Eine adaptive VorschrifteingabeUadp wird zu der Regeleingabe in der Steuereinheit 43 addiert.Die adaptive Vorschrifteingabe Uadp wird durch Gleichung (63) ausgedrückt: "G" bezeichnet einen Verstärkungsfaktorder adaptiven Vorschrifteingabe.In the case of N-4, the estimated disturbance value δne and the driving torque Td are neither in the predictor 42 nor the control unit 43 applied. An adaptive regulation entry Uadp becomes the rule entry in the control unit 43 added. The adaptive regulation input Uadp is expressed by equation (63): "G" denotes a gain factor of the adaptive regulation input.
[0167] 20 zeigtein Ergebnis des Simulationsfalls N-4. Der vorhergesagte Wert Pre_NEkonvergiert auf den Sollwert NE_cmd durch die Steuereinheit 43.Da jedoch der vorhergesagte Wert Pre_NE auf der Basis des geschätzten Störungswerts δne nichtberechnet wird, kann ein Dauerzustandsfehler zwischen der IstdrehzahlNE und dem vorhergesagten Wert Pre_NE nicht eliminiert werden, unddaher kann die Drehzahl NE nicht auf den Sollwert NE_cmd konvergieren. 20 shows a result of the simulation case N-4. The predicted value Pre_NE converges to the target value NE_cmd by the control unit 43 , However, since the predicted value Pre_NE is not calculated based on the estimated disturbance value δne, a steady state error between the actual speed NE and the predicted value Pre_NE cannot be eliminated, and therefore the speed NE cannot converge to the target value NE_cmd.
[0168] Im Falle von N-5 werden das AntriebsdrehmomentTd und der geschätzteStörungswert δne in dem Vorhersager 42 angewendet.In der Steuereinheit 43 wird das Antriebsdrehmoment Tdverwendet. Die Steuereinheit 43 verwendet den geschätzten Störungswert δne nicht.Stattdessen wird in der Steuereinheit 43 die adaptive VorschrifteingabeUadp zu der Regeleingabe addiert.In the case of N-5, the drive torque Td and the estimated disturbance value δne in the predictor 42 applied. In the control unit 43 the drive torque Td is used. The control unit 43 does not use the estimated disturbance value δne. Instead, in the control unit 43 the adaptive regulation input Uadp is added to the rule input.
[0169] 21 zeigtdas Ergebnis des Simulationsfalls N-5. Die Konversionszeit der DrehzahlNE kann verkürztwerden, indem man den VerstärkungsfaktorG der adaptiven Vorschrifteingabe Uadp vergrößert. Jedoch tritt, wie ausdem Vergleich mit 17 ersichtlich,ein integrales Überschießen auf,wenn die VerstärkungG zunimmt. 21 shows the result of the simulation case N-5. The conversion time of the speed NE can be shortened by increasing the gain factor G of the adaptive regulation input Uadp. However, as from the comparison with 17 seen an integral overshoot as the gain G increases.
[0170] Nun wird ein Fall untersucht, derkeine Totzeit hat. In diesem Fall kann der Zustandsvorhersager weggelassenwerden. Ein Modell fürein Trägheitssystemdes Motors zum regeln der Drehzahl NE kann so ausgedrückt werden,wie mit der Gleichung (64) gezeigt. NE(k + 1) = Ane·NE(k) + Bne·Gcyl_cmd(k)+ Cne·Td(k) (64) Now a case is investigated that has no dead time. In this case, the state predictor can be omitted. A model for an inertia system of the motor for controlling the speed NE can be expressed as shown by the equation (64). NE (k + 1) = Ane · NE (k) + Bne · Gcyl_cmd (k) + Cne · Td (k) (64)
[0171] Da keine Totzeit existiert, wirddie Gleichung (52), die durch den adaptiven Störungsbeobachter 51 ausgeführt wird,durch die Gleichung (65) ausgedrückt.Since there is no dead time, equation (52) is used by the adaptive observer 51 is expressed by the equation (65).
[0172] Da keine Totzeit existiert, werdendie Gleichungen (61) und (62) , die von der Steuereinheit 43 ausgeführt werden,jeweils durch die Gleichungen (66) bzw. (67) ausgedrückt. Ueq(k) = 1/Bne{(1 – Ane – S_ne)NE(k)+ S_ne·NE(k – 1) + NE_cmd(k+ 1) + (S_ne – 1)·NE_cmd(k)- S_ne·NE_cmd(k – 1) – Cne·Td(k) – Cne·δne(k)} (66)
[0173] Fürdie FälleN-6 bis N-9, die keine Totzeit haben, sind Simulationen ausgeführt worden,wie sie in Tabelle 4 gezeigt sind.Forthe casesN-6 to N-9, which have no dead time, simulations have been carried out,as shown in Table 4.
[0174] Im Falle von N-6 werden die Störungen L1bis L3 addiert. Der geschätzteStörungswert δne und das AntriebsdrehmomentTd werden in der Steuereinheit 43 angewendet. Der FallN-6 ist ein bevorzugter Fall auf der Basis der Drehzahlregelunggemäß einerAusführungder Erfindung, wie oben beschrieben. 22 zeigt dasErgebnis des Simulationsfalls N-6. Unter der Bedingung, dass dieStörungeneinwirken, kann die Drehzahl NE auf den Sollwert NE_cmd konvergieren,ohne irgend einen Dauerzustandsfehler zu erzeugen. Die Fähigkeit,dass die Drehzahl NE dem Sollwert NE_cmd folgt, wenn sich der SollwertNE_cmd ändert,ist gut.In the case of N-6, faults L1 to L3 are added. The estimated disturbance value δne and the drive torque Td are in the control unit 43 applied. Case N-6 is a preferred case based on speed control according to an embodiment of the invention as described above. 22 shows the result of the simulation case N-6. Under the condition that the disturbances act, the speed NE converge to the NE_cmd setpoint without generating any permanent error. The ability that the speed NE follows the target value NE_cmd when the target value NE_cmd changes is good.
[0175] Im Falle von N-7 wird das AntriebsdrehmomentTd in der Steuereinheit 43 angewendet. Die Steuereinheit 43 verwendetden geschätztenStörungswert δne nicht. 23 zeigt ein Ergebnis desSimulationsfalls N-7. Ersichtlich ist, dass der Fehler zwischender Istdrehzahl NE und dem Sollwert NE_cmd jedes Mal dann zunimmt,wenn die Störungeinwirkt. Die Istdrehzahl NE kann nicht auf den Sollwert NE_cmdkonvergieren, da der geschätzteStörungswert δne nichtangewendet wird.In the case of N-7, the drive torque Td in the control unit 43 applied. The control unit 43 does not use the estimated disturbance value δne. 23 shows a result of the simulation case N-7. It can be seen that the error between the actual speed NE and the target value NE_cmd increases each time the fault acts. The actual speed NE cannot converge to the target value NE_cmd since the estimated fault value δne is not used.
[0176] Im Falle von N-8 wird der geschätzte Störungswert δne in derStörungseinheit 43 nichtangewendet. Die adaptive Vorschrifteingabe Uadp wird zu der Regeleingabeaddiert und im Fall von N-8 wird eine Verstärkung G mit einem relativ kleinenWert verwendet. 24 zeigtein Ergebnis des Simulationsfalls N-8. Im Fall von N-9 wird eineVerstärkungG mit einem relativ großenWert in der Steuereinheit 43 angewendet. 25 zeigt ein Ergebnis des SimulationsfallsN-9. 26 zeigt einenVergleich zwischen dem in 25 gezeigten Verhaltender Drehzahl NE (Fall N-9) und dem in 24 gezeigtenVerhalten der Drehzahl NE (Fall N-8). Durch Vergrößern derVerstärkungG der adaptiven Vorschrifteingabe Uadp wird die Konvergenzzeit derDrehzahl NE verkürzt.Jedoch tritt ein integrales Überschießen auf,wenn die VerstärkungG zunimmt. Im Gegensatz hierzu kann durch Verwendung des geschätzten Störungswerts δne entsprechenddem Fall N-6 die Drehzahl NE auf den Sollwert NE_cmd konvergieren,ohne ein integrales Überschießen hervorzurufen.In the case of N-8, the estimated disturbance value δne in the disturbance unit 43 not applied. The adaptive regulation input Uadp is added to the rule input and in the case of N-8 a gain G with a relatively small value is used. 24 shows a result of the simulation case N-8. In the case of N-9, a gain G with a relatively large value is in the control unit 43 applied. 25 shows a result of the simulation case N-9. 26 shows a comparison between that in 25 behavior shown of the speed NE (case N-9) and the in 24 shown behavior of the speed NE (case N-8). The convergence time of the speed NE is shortened by increasing the gain G of the adaptive regulation input Uadp. However, integral overshoot occurs as the gain G increases. In contrast to this, by using the estimated disturbance value δne corresponding to the case N-6, the speed NE can converge to the target value NE_cmd without causing an integral overshoot.
[0177] In den oben beschriebenen Ausführungenwird der adaptive Störungsbeobachterunter Verwendung des rekursiven Identifikationsalgorithmus angewendet,um eine Störungzu schätzen.Alternativ kann zur Bestimmung einer Störung jedes andere geeigneteSchätzgliedangewendet werden, das sich auf ein vorbestimmtes Kennfeld oderdgl. bezieht.In the versions described abovebecomes the adaptive observerapplied using the recursive identification algorithm,about a disturbanceappreciate.Alternatively, any other suitable one can be used to determine a faultestimatorbe applied, which is based on a predetermined map orLike.
[0178] 27 zeigtein Flussdiagramm der Drehzahlregelung und der Ansaugluftmengenregelunggemäß einerAusführungder Erfindung, wie in 2 gezeigt.Dieses Flussdiagramm ist auf ein Fahrzeug anwendbar, das ein manuellesGetriebe (MT), ein automatisches manuelles Getriebe (Automatik MT)und ein Automatikgetriebe (AT) hat. 27 shows a flowchart of the speed control and the intake air quantity control according to an embodiment of the invention, as in 2 shown. This flowchart is applicable to a vehicle that has a manual transmission (MT), an automatic manual transmission (automatic MT), and an automatic transmission (AT).
[0179] In Schritt S1 wird bestimmt, ob derMotor leerläuftoder in dem Getriebe ein Gangwechsel durchgeführt wird. Wenn die Antwortauf Schritt S1 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S2 weiter, umdie oben beschriebene Drehzahlregelung durchzuführen.In step S1, it is determined whether theEngine idlesor a gear change is carried out in the transmission. If the answerif YES in step S1, the process proceeds to step S2 toperform the speed control described above.
[0180] In Schritt S2 wird eine SollmotordrehzahlNE_cmd bestimmt. Wenn z.B. der Motor leerläuft, wird der Sollwert NE_cmdauf einen Wert gesetzt, der den Fahrzuständen, dem Aufwärmzustandusw. entspricht. Wenn ein Gangwechsel ausgeführt wird, wird der SollwertNE_cmd auf einen Wert gesetzt, der einer Fahrzeuggeschwindigkeitund einem gewähltenGangverhältnisentspricht.In step S2, a target engine speedNE_cmd determined. If e.g. the engine idles, the setpoint NE_cmdset to a value that corresponds to the driving conditions, the warm-up conditionetc. corresponds. When a gear change is carried out, the setpointNE_cmd set to a value corresponding to a vehicle speedand a chosen onegear ratioequivalent.
[0181] In Schritt S3 wird auf ein im Speicher 1c derECU 1 gespeichertes Kennfeld auf der Basis der erfassten IstdrehzahlNE Bezug genommen, um die Modellparameter Ane, Bne und Cne zu extrahieren.In Schritt S4 werden das Ausrüstungs-AntriebsdrehmomentTload und das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tdrv bestimmt. Das AusrüstungsantriebsdrehmomentTload kann z.B. entsprechend einem EIN/AUS-Zustand elektrischer Komponenten,die an dem Fahrzeug angebracht sind, berechnet werden. Das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tdrvkann gemäß dem Fahrwiderstand,den Kupplungszuständenusw. berechnet werden. Tload und Tdrv werden addiert, um ein AntriebsdrehmomentTd als Störungzu bestimmen. In Schritt S5 wird die oben beschriebene Drehzahlregelungausgeführt,um die Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd zu berechnen.In step S3, an on in memory 1c the ECU 1 stored map based on the detected actual speed NE referred to extract the model parameters Ane, Bne and Cne. In step S4, the equipment drive torque Tload and the vehicle drive torque Tdrv are determined. The equipment drive torque Tload can be calculated, for example, according to an ON / OFF state of electrical components attached to the vehicle. The vehicle drive torque Tdrv can be calculated according to the running resistance, the clutch conditions, etc. Tload and Tdrv are added to determine a drive torque Td as a disturbance. In step S5, the speed control described above is carried out to calculate the target intake air amount Gcyl_cmd.
[0182] Wenn andererseits das Fahrzeug ineinem normalen Fahrzustand ist, geht der Prozess zu Schritt S6 weiter,worin ein Sollmotordrehmoment bestimmt wird. Das Solldrehmomentkann entsprechend einem Betätigungswinkeldes Gaspedals, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem gewählten Gangverhältnis, derFahrumgebung usw. berechnet werden. In Schritt S7 wird die AnsaugluftmengeGcyl-cmd, die zum Implementieren des Sollmotordrehmoments erforderlichist, berechnet. Z.B. kann die Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd in Bezugauf ein vorbestimmtes Kennfeld auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnissesund des Zündzeitpunktsbestimmt werden.On the other hand, if the vehicle is inis a normal driving state, the process proceeds to step S6,wherein a target engine torque is determined. The target torquecan correspond to an actuation anglethe accelerator pedal, the vehicle speed, the selected gear ratio, theDriving environment, etc. can be calculated. In step S7, the intake air amountGcyl-cmd required to implement the target engine torqueis calculated. For example, can reference the target intake air quantity Gcyl_cmdto a predetermined map based on the air-fuel ratioand the ignition timingbe determined.
[0183] In Schritt S8 wird die AnsaugluftmengeGcyl geschätzt.Die Ansaugluftmenge Gcyl kann auf der Basis der Ausgabe des Luftströmungsmessers 10 unddes Pb-Sensors 11 geschätztwerden. In Schritt S9 wird auf ein vorbestimmtes Kennfeld auf derBasis der Drehzahl NE und dem Drosselöffnungswinkel TH Bezug genommen,um die Modellparameter Aair1, Aair2 und Bair1 zu extrahieren. Anstatteines Öffnungswinkelsdes Drosselventils kann auch die Luftmenge Gth, die durch das Drosselventilhindurchtritt, oder die in Schritt S8 berechnete AnsaugluftmengeGcyl angewendet werden.In step S8, the intake air amount Gcyl is estimated. The intake air amount Gcyl can be based on the output of the air flow meter 10 and the Pb sensor 11 to be appreciated. In step S9, a predetermined map is referred to on the basis of the speed NE and the throttle opening angle TH in order to extract the model parameters Aair1, Aair2 and Bair1. Instead of an opening angle of the throttle valve, the amount of air Gth that passes through the throttle valve or the amount of intake air Gcyl calculated in step S8 can be used.
[0184] In Schritt S10 wird die oben beschriebeneAnsaugluftmengenregelung ausgeführt,um den SolldrosselöffnungswinkelTHcmd zu berechnen.In step S10, the above is describedIntake air volume control carried out,around the target throttle opening angleTo calculate THcmd.
[0185] Anzumerken ist, dass das Regelschemadieser Erfindung auf verschiedene Objekte angewendet werden kann.Eine vorausblickende Regelung der Erfindung kann auf verschiedeneObjekte angewendet werden. Eine Reaktionszuweisungssteuerung derErfindung kann ebenfalls auf verschiedene Objekte angewendet werden.It should be noted that the control scheme of this invention can be applied to various objects. Forward-looking control of the invention can be applied to various objects. Reaction assignment control of the invention can also be applied to various objects.
[0186] Die Erfindung ist bei einem Motoranwendbar, der in einer Schiffsantriebsmaschine, wie etwa einem Außenbordmotor,zu verwenden ist, worin die Kurbelwelle in der senkrechten Richtungangeordnet ist.The invention is in an engineapplicable in a marine propulsion machine such as an outboard motorto be used where the crankshaft is in the vertical directionis arranged.
[0187] Die Erfindung betrifft einen Regler,um eine als Modell erstellte Anlage gegenüber Störungen robust zu regeln. DerRegler umfasst ein Schätzgliedund eine Steuereinheit. Das Schätzgliedschätzteine auf die Anlage einwirkende Störung. Die Steuereinheit bestimmteine Eingabe in die Anlage, sodass eine Ausgabe der Anlage auf einenSollwert konvergiert. Die Eingabe in die Anlage wird so bestimmt,dass sie einen Wert enthält,der durch Multiplizieren der geschätzten Störung mit einem vorbestimmtenFaktor erhalten wird. Da sich die geschätzte Störung in der Eingabe in dieAnlage wiederspiegelt, wird eine Regelung implementiert, die gegenüber Störungen robustist. Der Regler kann einen Zustandsvorhersager aufweisen. Der Zustandsvorhersagersagt die Ausgabe der Anlage auf der Basis der geschätzten Störung undeiner in der Anlage enthaltenen Totzeit voraus. Die Steuereinheitbestimmt die Eingabe in die Anlage so, dass die vorhergesagte Ausgabeauf einen Sollwert konvergiert. Da der Zustandsvorhersager die Totzeitberücksichtigt,wird die Genauigkeit der Regelung verbessert. Die geschätzte Störung spiegeltsich in der vorhergesagten Ausgabe wieder, sodass ein Fehler zwischender vorhergesagten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe der Anlagebeseitigt wird.The invention relates to a controller,to robustly control a system created as a model against faults. TheRegulator includes an estimatorand a control unit. The estimatorestimatesa malfunction affecting the system. The control unit determinesan entry in the system, so that an output of the system on oneSetpoint converges. The input into the system is determined in such a waythat it contains a valueby multiplying the estimated disturbance by a predetermined oneFactor is obtained. Since the estimated disturbance in the input into theSystem reflects, a control system is implemented, which is robust against disturbancesis. The controller can have a state predictor. The state predictorsays the output of the system based on the estimated fault andahead of a dead time contained in the system. The control unitdetermines the input to the system so that the predicted outputconverges to a setpoint. Because the state predictor the dead timeconsidered,the accuracy of the control is improved. The estimated disturbance reflectsitself in the predicted issue again, causing an error betweenthe predicted output and the actual output of the systemis eliminated.

权利要求:
Claims (47)
[1]
Regler zum Regeln einer als Modell erstelltenAnlage, umfassend: (a) ein Mittel (31) zum Schätzen einerauf die Anlage (2, 3) einwirkenden Störung (γ1); und (b)ein Mittel (33) zum Bestimmen einer Eingabe (THcmd, Gcyl,Gcyl_cmd) in die Anlage (2, 3), sodass eine Ausgabe(Gcyl, NE) der Anlage auf einen Sollwert (Gcyl_cmd) konvergiert,wobei die Eingabe so bestimmt wird, dass sie einen Wert enthält, derdurch Multiplizieren der geschätztenStörung(γ1) miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktor(G) erhalten ist.Controller for controlling a system created as a model, comprising: (a) a means ( 31 ) to estimate one on the plant ( 2 . 3 ) acting disturbance (γ1); and (b) an agent ( 33 ) to determine an entry (THcmd, Gcyl, Gcyl_cmd) in the system ( 2 . 3 ) so that an output (Gcyl, NE) of the system converges to a target value (Gcyl_cmd), the input being determined to contain a value obtained by multiplying the estimated disturbance (γ1) by a predetermined gain (G) is.
[2]
Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Mittel (b) ferner ein Mittel zum Anwenden eines vorausblickendenRegelalgorithmus aufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.Controller according to claim 1, characterized in thatmeans (b) further means for applying a forward-lookingControl algorithm has to determine the input into the system.
[3]
Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Mittel (b) ferner ein Mittel zum Anwenden eines Reaktionszuweisungsregelalgorithmusaufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.Controller according to claim 1, characterized in thatmeans (b) further means for applying a response assignment control algorithmhas to determine the input into the system.
[4]
Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Mittel (a) ferner ein Mittel zum Anwenden eines rekursiven Identifikationsalgorithmusaufweist, um die geschätzteStörungzu identifizieren.Controller according to claim 1, characterized in thatmeans (a) further means for applying a recursive identification algorithmhas to the estimateddisorderto identify.
[5]
Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassdas Mittel (b) ferner ein Mittel umfasst, um die Eingabe in dieAnlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, der durch Multipliziereneines Sollwerts fürdie Ausgabe der Anlage mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten ist.Regulator according to claim 2, characterized in thatthe means (b) further comprises means for inputting into theDetermine the system so that it contains a value obtained by multiplyinga setpoint forthe output of the system with a predetermined gain factoris preserved.
[6]
Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Anlage ein mit einem Motor (2) verbundener Ansaugkrümmer (3)ist, wobei der Ansaugkrümmer(3) als Modell so erstellt ist, dass eine Eingabe (THcmd) derAnlage ein Sollwert füreinen Öffnungswinkel(θTH) einesVentils (8) ist, das eine Ansaugluftmenge in den Ansaugkrümmer (3)regelt, und eine Ausgabe der Anlage eine Ansaugluftmenge (Gcyl)in den Motor ist.Controller according to claim 2, characterized in that the system with a motor ( 2 ) connected intake manifold ( 3 ), with the intake manifold ( 3 ) is created as a model so that an input (THcmd) of the system is a setpoint for a valve opening angle (θTH) ( 8th ) that is an amount of intake air in the intake manifold ( 3 ) regulates, and an output of the system is an intake air quantity (Gcyl) in the engine.
[7]
Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassdas Ventil (8), das eine Ansaugluftmenge in den Ansaugkrümmer regelt,ein in dem Ansaugkrümmer(3) vorgesehenes Drosselventil (8) ist.Controller according to claim 6, characterized in that the valve ( 8th ) that regulates an amount of intake air in the intake manifold, one in the intake manifold ( 3 ) provided throttle valve ( 8th ) is.
[8]
Regler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eineSpeichervorrichtung (1c) zum Speichern von Modellparameternfür dieals Modell erstellte Anlage, worin das Mittel (b) ferner umfasst: einMittel zum Extrahieren eines Modellparameters auf der Basis einererfassten Motordrehzahl (NE) und eines erfassten Öffnungswinkels(θTH) desDrosselventils (8); und ein Mittel zum Bestimmen einerEingabe in die Anlage auf der Basis des extrahierten Modellparameters.Controller according to claim 6, characterized by a storage device ( 1c ) for storing model parameters for the system created as a model, wherein the means (b) further comprises: means for extracting a model parameter based on a detected engine speed (NE) and a detected opening angle (θTH) of the throttle valve ( 8th ); and means for determining an input to the facility based on the extracted model parameter.
[9]
Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassder Sollwert fürdie Ausgabe der Anlage eine Sollansaugluftmenge (Gcyl_cmd) ist,worin der Regler ferner umfasst: ein Mittel, um in die Sollansaugluftmenge(Gcyl_cmd) eine Ansaugluftmenge zu setzen, die zum Implementiereneiner Sollmotordrehzahl (NE_cmd) erforderlich ist, wenn der Motorleerläuftoder wenn ein Gangwechsel ausgeführtwird, und ein Mittel, um in die Sollansaugluftmenge (Gcyl_cmd)eine Ansaugluftmenge zu setzen, die zum Implementieren eines Sollmotordrehmoments(Td_cmd) erforderlich ist, wenn der Motor in einem normalen Fahrzustand ist.A regulator according to claim 6, characterized in that the target value for the output of the system is a target intake air amount (Gcyl_cmd), wherein the controller further comprises: means for setting an intake air amount in the target intake air amount (Gcyl_cmd) which is used to implement a target engine speed ( NE_cmd) is required when the engine is idling or when changing gear, and means for putting in the target intake air amount (Gcyl_cmd) an intake air amount required to implement a target engine torque (Td_cmd) when the engine is in a normal driving condition.
[10]
Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Anlage ein Motor (2) ist, worin der Motor (2)als Modell so erstellt ist, dass eine Eingabe der Anlage ein Sollwert(Gcyl_cmd) füreine Ansaugluftmenge in den Motor (2) und eine Ausgabeder Anlage eine Drehzahl (NE) des Motors (2) ist.Controller according to claim 3, characterized in that the system is a motor ( 2 ) is where the engine ( 2 ) is created as a model so that an input of the system a setpoint (Gcyl_cmd) for an intake air quantity in the engine ( 2 ) and an output of the system a speed (NE) of the motor ( 2 ) is.
[11]
Regler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eineSpeichervorrichtung (1c) zum Speichern von Modellparameternfür dieals Modell erstellte Anlage, wobei das Mittel (b) ferner umfasst: einMittel zum Extrahieren eines Modellparameters auf der Basis einererfassten Motordrehzahl (NE); und ein Mittel zum Bestimmender Eingabe in die Anlage auf der Basis des extrahierten Modellparameters.Controller according to claim 10, characterized by a storage device ( 1c ) for storing model parameters for the system created as a model, the means (b) further comprising: a means for extracting a model parameter based on a detected engine speed (NE); and means for determining the input to the plant based on the extracted model parameter.
[12]
Regler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (b) ferner ein Mittel umfasst, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb eines Fahrzeugs, an dem der Motor angebracht ist,erforderlich ist, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.Controller according to claim 10, characterized inthat means (b) further comprises means for inputting intoto determine the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,to drive a vehicle to which the engine is attached,is required with a predetermined gain.
[13]
Regler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (b) ferner ein Mittel umfasst, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb einer Ausstattung an einem Fahrzeug, an dem derMotor angebracht ist, erforderlich ist, mit einem vorbestimmtenVerstärkungsfaktor.Controller according to claim 10, characterized inthat means (b) further comprises means for inputting intoto determine the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,that to drive equipment on a vehicle on which theMotor is attached, is required with a predeterminedGain.
[14]
Regler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einMittel zur Durchführungeines Reaktionszuweisungsregelalgorithmus, wenn der Motor (2)leerläuftoder wenn ein Gangwechsel ausgeführtwird.A controller according to claim 10, characterized by means for performing a response assignment control algorithm when the motor ( 2 ) runs idle or when a gear change is in progress.
[15]
Regler zum Regeln einer als Modell erstellten Anlage,wobei der Regler umfasst: (a) ein Mittel (31) zumSchätzeneiner auf die Anlage (2, 3) einwirkenden Störung (γ1); (b)ein Mittel (32) zum Vorhersagen einer Ausgabe (Gcyl, NE)der Anlage auf der Basis der geschätzten Störung (γ1) und einer in der Anlage enthaltenenTotzeit (Gth); und (c) ein Mittel (33) zur Bestimmungeiner Eingabe (TH_cmd, Gcyl_cmd) in die Anlage, sodass die vorhergesagte Ausgabeauf einen Sollwert fürdie Ausgabe der Anlage konvergiert.Controller for controlling a system created as a model, the controller comprising: (a) a means ( 31 ) to estimate one on the plant ( 2 . 3 ) acting disturbance (γ1); (b) an agent ( 32 ) to predict an output (Gcyl, NE) of the system based on the estimated disturbance (γ1) and a dead time (Gth) contained in the system; and (c) an agent ( 33 ) to determine an input (TH_cmd, Gcyl_cmd) into the system so that the predicted output converges to a target value for the system output.
[16]
Regler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel zur Anwendung eines vorausblickendenRegelalgorithmus aufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.Controller according to claim 15, characterized inthat means (c) is also a means of applying forward-lookingControl algorithm has to determine the input into the system.
[17]
Regler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel zur Anwendung eines Reaktionszuweisungsregelalgorithmusaufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.Controller according to claim 15, characterized inthat means (c) further means for applying a response assignment control algorithmhas to determine the input into the system.
[18]
Regler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel aufweist, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, derdurch Multiplizieren der geschätztenStörung(γ1) miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktor(G) erhalten wird.Controller according to claim 15, characterized inthat means (c) further comprises means for inputting intoto determine the system so that it contains a value thatby multiplying the estimateddisorder(γ1) witha predetermined gain(G) is obtained.
[19]
Regler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (a) ferner ein Mittel zum Anwenden eines rekursiven Identifikationsalgorithmusaufweist, um die geschätzteStörungzu identifizieren.Controller according to claim 15, characterized inthat means (a) further includes means for applying a recursive identification algorithmhas to the estimateddisorderto identify.
[20]
Regler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel aufweist, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert erhält, derdurch Multiplizieren eines Sollwerts für die Ausgabe der Anlage miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktor(G) erhalten wird.Controller according to claim 16, characterized inthat means (c) further comprises means for inputting intoto determine the system in such a way that it receives a value whichby multiplying a target value for the output of the system bya predetermined gain(G) is obtained.
[21]
Regler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass die Anlage ein mit einem Motor (2) verbundener Ansaugkrümmer (3)ist, wobei der Ansaugkrümmer(3) als Modell so erstellt ist, dass eine Eingabe der Anlageein Sollwert füreinen Öffnungswinkel(θTH) einesVentils (8) ist, das eine Ansaugluftmenge in den Ansaugkrümmer (3)regelt, und eine Ausgabe der Anlage eine Ansaugluftmenge (Gcyl)in den Motor ist.Controller according to claim 16, characterized in that the system with a motor ( 2 ) connected intake manifold ( 3 ), with the intake manifold ( 3 ) is created as a model so that an input of the system is a setpoint for an opening angle (θTH) of a valve ( 8th ) that is an amount of intake air in the intake manifold ( 3 ) regulates, and an output of the system is an intake air quantity (Gcyl) in the engine.
[22]
Regler nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eineSpeichervorrichtung (1c) zum Speichern von Modellparameternfür dieals Modell erstellte Anlage, worin das Mittel (c) ferner umfasst: einMittel zum Extrahieren eines Modellparameters auf der Basis einererfassten Motordrehzahl (NE) und eines erfassten Öffnungswinkels(θTH) desDrosselventils (8); und ein Mittel zum Bestimmen einerEingabe in die Anlage auf der Basis des extrahierten Modellparameters.Controller according to claim 21, characterized by a storage device ( 1c ) for storing model parameters for the system created as a model, wherein the means (c) further comprises: means for extracting a model parameter based on a detected engine speed (NE) and one detected opening angle (θTH) of the throttle valve ( 8th ); and means for determining an input to the facility based on the extracted model parameter.
[23]
Regler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass die Anlage ein Motor (2) ist, worin der Motor (2)als Modell so aufgebaut ist, dass eine Eingabe der Anlage ein Sollwert(Gcyl_cmd) füreine Ansaugluftmenge in den Motor (2) und eine Ausgabeder Anlage eine Drehzahl (NE) des Motors (2) ist.Controller according to claim 17, characterized in that the system is a motor ( 2 ) is where the engine ( 2 ) is constructed as a model so that an input of the system a setpoint (Gcyl_cmd) for an intake air quantity in the engine ( 2 ) and an output of the system a speed (NE) of the motor ( 2 ) is.
[24]
Regler nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eineSpeichervorrichtung (1c) zum Speichern von Modellparameternfür dieals Modell erstellte Anlage, wobei das Mittel (c) ferner umfasst: einMittel zum Extrahieren eines Modellparameters auf der Basis einererfassten Motordrehzahl (NE); und ein Mittel zum Bestimmender Eingabe in die Anlage auf der Basis des extrahierten Modellparameters.Controller according to claim 23, characterized by a storage device ( 1c ) for storing model parameters for the system created as a model, the means (c) further comprising: means for extracting a model parameter based on a detected engine speed (NE); and means for determining the input to the plant based on the extracted model parameter.
[25]
Regler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel umfasst, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb eines Fahrzeugs, an dem der Motor angebracht ist,erforderlich ist, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.Controller according to claim 23, characterized inthat means (c) further comprises means for inputting intoto determine the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,to drive a vehicle to which the engine is attached,is required with a predetermined gain.
[26]
Regler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (c) ferner ein Mittel umfasst, um die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb einer Ausstattung an einem Fahrzeug, an dem derMotor angebracht ist, erforderlich ist, mit einem vorbestimmtenVerstärkungsfaktor.Controller according to claim 23, characterized inthat means (c) further comprises means for inputting intoto determine the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,that to drive equipment on a vehicle on which theMotor is attached, is required with a predeterminedGain.
[27]
Regler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (b) ein Mittel aufweist, um die Ausgabe der Anlageauf der Basis eines geschätztenWerts fürein Drehmoment vorherzusagen, das zum Antrieb eines Fahrzeugs erforderlichist, an dem der Motor angebracht ist.Controller according to claim 23, characterized inthat the means (b) has a means to output the plantbased on an estimatedWorth forpredict a torque required to drive a vehicleto which the motor is attached.
[28]
Regler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (b) ferner ein Mittel aufweist, um die Ausgabe derAnlage auf der Basis eines geschätztenWerts fürein Drehmoment vorherzusagen, das zum Antrieb einer Ausrüstung aneinem Fahrzeug erforderlich ist, an dem der Motor angebracht ist.Controller according to claim 23, characterized inthat means (b) further comprises means for outputting thePlant based on an estimatedWorth forpredict a torque that will drive equipmenta vehicle to which the engine is attached is required.
[29]
Verfahren zum Regeln einer als Modell erstelltenAnlage, welches die Schritte umfasst: (a) Schätzen einerauf die Anlage (2, 3) einwirkenden Störung; und (b)Bestimmen einer Eingabe (THcmd, Gcyl_cmd) in die Anlage (2, 3),sodass eine Ausgabe (Gcyl, NE) der Anlage auf einen Sollwert konvergiert,wobei die Eingabe so bestimmt wird, dass sie einen Wert enthält, der durchMultiplizieren der geschätztenStörung(γ1) miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktor(G) erhalten ist.A method for regulating a system created as a model, which comprises the steps: (a) estimating one for the system ( 2 . 3 ) disturbance; and (b) determining an input (THcmd, Gcyl_cmd) into the system ( 2 . 3 ) so that an output (Gcyl, NE) of the system converges to a target value, the input being determined to contain a value obtained by multiplying the estimated disturbance (γ1) by a predetermined gain (G).
[30]
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (b) ferner einen Schritt zum Anwenden eines vorausblickendenRegelalgorithmus aufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.A method according to claim 29, characterized inthat step (b) further includes a step of applying a look aheadControl algorithm has to determine the input into the system.
[31]
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass Schritt (b) ferner einen Schritt zum Anwenden eines Reaktionszuweisungsregelalgorithmusaufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.A method according to claim 29, characterized inthat step (b) further includes a step of applying a response assignment control algorithmhas to determine the input into the system.
[32]
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass Schritt (a) ferner einen Schritt zum Anwenden eines rekursivenIdentifikationsalgorithmus aufweist, um die geschätzte Störung zuidentifizieren.A method according to claim 29, characterized inthat step (a) further includes a step of applying a recursiveIdentification algorithm has to the estimated disturbanceidentify.
[33]
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,dass Schritt (b) ferner einen Schritt enthält, um die Eingabe in die Anlageso zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, der durch Multipliziereneines Sollwerts fürdie Ausgabe der Anlage mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten ist.A method according to claim 30, characterized inthat step (b) further includes a step to input into the plantto determine that it contains a value by multiplyinga setpoint forthe output of the system with a predetermined gain factoris preserved.
[34]
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,dass die Anlage ein mit einem Motor (2) verbundener Ansaugkrümmer (3)ist, wobei der Ansaugkrümmer(3) als Modell so erstellt ist, dass eine Eingabe (TH_cmd)der Anlage ein Sollwert füreinen Öffnungswinkel(θTH) einesVentils (8) ist, das eine Ansaugluftmenge in den Ansaugkrümmer (3)regelt, und eine Ausgabe der Anlage eine Ansaugluftmenge (Gcyl)in den Motor ist.A method according to claim 30, characterized in that the system with a motor ( 2 ) connected intake manifold ( 3 ), with the intake manifold ( 3 ) is created as a model so that an input (TH_cmd) of the system is a setpoint for an opening angle (θTH) of a valve ( 8th ) that is an amount of intake air in the intake manifold ( 3 ) regulates, and an output of the system is an intake air quantity (Gcyl) in the engine.
[35]
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (b) ferner die Schritte umfasst: Bestimmeneines Modellparameters auf der Basis einer erfassten Motordrehzahl(NE) und eines erfassten Öffnungswinkels(θTH) einesDrosselventils (8); und Bestimmen der Eingabe in dieAnlage auf der Basis des extrahierten Modellparameters.The method according to claim 34, characterized in that step (b) further comprises the steps of: determining a model parameter based on a detected engine speed (NE) and a detected opening angle (θTH) of a throttle valve ( 8th ); and determining the input to the facility based on the extracted model parameter.
[36]
Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durchdie Schritte: Setzen einer Ansaugluftmenge, die zum Implementiereneiner Sollmotordrehzahl (NE_cmd) erforderlich ist, wenn der Motorleerläuftoder wenn ein Gangwechsel ausgeführtwird, in den Sollwert (Gcyl_cmd) für die Ausgabe der Anlage, und Setzeneiner Ansaugluftmenge, die zum Implementieren eines Sollmotordrehmoments(Td_cmd) erforderlich ist, wenn der Motor in einem normalen Fahrzustandist, in den Sollwert (Gcyl_cmd) für die Ausgabe der Anlage.A method according to claim 34, characterized bythe steps:Set an amount of intake air to implementa target engine speed (NE_cmd) is required when the engineidlesor when changing gearis in the setpoint (Gcyl_cmd) for the output of the system, andPutan intake air amount required to implement a target engine torque(Td_cmd) is required when the engine is in a normal driving conditionis in the setpoint (Gcyl_cmd) for the output of the system.
[37]
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,dass die Anlage ein Motor (2) ist, worin der Motor (2)als Modell so erstellt ist, dass eine Eingabe der Anlage ein Sollwert(Gcyl_cmd) füreine Ansaugluftmenge in den Motor (2) und eine Ausgabeder Anlage eine Drehzahl (NE) des Motors (2) ist.A method according to claim 31, characterized in that the system is a motor ( 2 ) is where the engine ( 2 ) is created as a model so that an input of the system a setpoint (Gcyl_cmd) for an intake air quantity in the engine ( 2 ) and an output of the system a speed (NE) of the motor ( 2 ) is.
[38]
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (b) die Schritte umfasst: Bestimmen einesModellparameters auf der Basis einer erfassten Motordrehzahl (NE);und Bestimmen der Eingabe in die Anlage auf der Basis des extrahiertenModellparameters.A method according to claim 37, characterized inthat step (b) comprises the steps:Determine oneModel parameters based on a detected engine speed (NE);andDetermine the input to the plant based on the extractedModel parameter.
[39]
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (b) ferner den Schritt umfasst: Bestimmender Eingabe in die Anlage, sodass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb eines Fahrzeugs, an dem der Motor angebracht ist,erforderlich ist, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.A method according to claim 37, characterized inthat step (b) further comprises the step:Determinethe entry in the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,to drive a vehicle to which the engine is attached,is required with a predetermined gain.
[40]
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (b) ferner den Schritt umfasst: Bestimmender Eingabe in die Anlage, sodass sie einen Wert enthält, dererhalten wird durch Multiplizieren eines geschätzten Werts für ein Drehmoment,das zum Antrieb einer Ausstattung an einem Fahrzeug, an dem derMotor angebracht ist, erforderlich ist, mit einem vorbestimmtenVerstärkungsfaktor.A method according to claim 37, characterized inthat step (b) further comprises the step:Determinethe entry in the system so that it contains a value thatis obtained by multiplying an estimated value for a torque,that to drive equipment on a vehicle on which theMotor is attached, is required with a predeterminedGain.
[41]
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,dass der Reaktionszuweisungsregelalgorithmus ausgeführt wird,wenn der Motor (2) leerläuft oder wenn ein Gangwechselausgeführtwird.The method of claim 37, characterized in that the response allocation control algorithm is executed when the engine ( 2 ) runs idle or when a gear change is in progress.
[42]
Verfahren zum Regeln einer als Modell erstelltenAnlage, welches die Schritte umfasst: (a) Schätzen einerauf die Anlage (2, 3) einwirkenden Störung (γ1); (b)Vorhersagen einer Ausgabe (Gcyl, NE) der Anlage auf der Basis dergeschätztenStörung(γ1) undeiner in der Anlage enthaltenen Totzeit (Gth); und (c) Bestimmeneiner Eingabe (THcmd, Gcyl_cmd) in die Anlage, sodass die vorhergesagteAusgabe auf einen Sollwert fürdie Ausgabe der Anlage konvergiert.A method for regulating a system created as a model, which comprises the steps: (a) estimating one for the system ( 2 . 3 ) acting disturbance (γ1); (b) predicting an output (Gcyl, NE) of the plant based on the estimated disturbance (γ1) and a dead time (Gth) contained in the plant; and (c) determining an input (THcmd, Gcyl_cmd) into the system so that the predicted output converges to a target value for the system output.
[43]
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (c) ferner den Schritt der Anwendung eines vorausblickendenRegelalgorithmus aufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.A method according to claim 42, characterized inthat step (c) further includes the step of applying a forward-lookingControl algorithm has to determine the input into the system.
[44]
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (c) ferner den Schritt der Anwendung eines Reaktionszuweisungsregelalgorithmusaufweist, um die Eingabe in die Anlage zu bestimmen.A method according to claim 42, characterized inthat step (c) further includes the step of applying a response assignment control algorithmhas to determine the input into the system.
[45]
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (c) ferner den Schritt umfasst, die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert enthält, derdurch Multiplizieren der geschätztenStörungmit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor(G) erhalten wird.A method according to claim 42, characterized inthat step (c) further comprises the step of entering intoto determine the system so that it contains a value thatby multiplying the estimateddisorderwith a predetermined gain(G) is obtained.
[46]
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (a) ferner den Schritt umfasst, einen rekursivenIdentifikationsalgorithmus anzuwenden, um die geschätzte Störung zuidentifizieren.A method according to claim 42, characterized inthat step (a) further comprises the step of a recursiveIdentification algorithm to apply to the estimated disturbanceidentify.
[47]
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet,dass der Schritt (c) ferner den Schritt umfasst, die Eingabe indie Anlage so zu bestimmen, dass sie einen Wert erhält, derdurch Multiplizieren eines Sollwerts für die Ausgabe der Anlage miteinem vorbestimmten Verstärkungsfaktorerhalten wird.A method according to claim 43, characterized inthat step (c) further comprises the step of entering intoto determine the system in such a way that it receives a value whichby multiplying a target value for the output of the system bya predetermined gainis obtained.

类似技术:

---

公开号 | 公开日 | 专利标题

---

Di Cairano et al.2011|Model predictive idle speed control: Design, analysis, and experimental evaluation

---

DE102008054062B4|2017-01-19|Solution for inverse torque model and restriction

---

EP1570165B1|2006-07-26|Verfahren zum anpassen der charakteristik eines einspritzventils

---

Powell et al.1998|Observer-based air fuel ratio control

---

DE69333608T2|2005-09-15|Transmission control for a vehicle

---

DE102008000519B4|2012-05-24|System and method for selecting data content of an ionization signal

---

US5531208A|1996-07-02|Air-fuel ratio feedback control system for internal combustion engine

---

DE10230899B4|2007-11-22|Method for diagnosing a faulty valve lift position of an internal combustion engine

---

EP2527934B1|2013-12-25|Steuervorrichtung

---

DE102008032506B4|2012-07-05|Vehicle speed control device

---

DE112005003378B4|2010-04-29|Single cylinder controller for four-cylinder engine

---

JP4364777B2|2009-11-18|内燃機関の空燃比制御装置

---

US6047681A|2000-04-11|Process and apparatus for adjusting the torque of an interal-combustion engine

---

Chang et al.1995|Air-fuel ratio control in spark-ignition engines using estimation theory

---

EP1474306B1|2006-09-27|Verfahren zum verhindern des abwürgens eines motors eines kraftfahrzeuges

---

DE10025586C2|2003-02-13|Drive train for a motor vehicle

---

EP1831045B1|2016-01-13|Verfahren zum betreiben eines hybridfahrzeugs

---

DE112005000681B4|2020-09-03|Engine control device

---

DE102015120096A1|2016-05-25|Method for the pilot control of turbochargers for boosted engines with a multi-route EGR

---

DE10262181B4|2012-04-05|Method for estimating the deterioration level of an emission control device

---

EP0525419B1|1996-02-21|Einrichtung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs

---

DE69635429T2|2006-08-03|Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem

---

US5462037A|1995-10-31|A/F ratio estimator for multicylinder internal combustion engine

---

US5623913A|1997-04-29|Fuel injection control apparatus

---

KR100348337B1|2003-01-24|자동차프로세스의개방루프/폐쇄루프제어방법

同族专利:

---

公开号 | 公开日

---

DE102004064145B4|2014-09-04|

---

DE102004012054B4|2014-05-28|

---

US7200484B2|2007-04-03|

---

JP2004270656A|2004-09-30|

---

US20070100535A1|2007-05-03|

---

DE102004064144B4|2014-09-04|

---

US20040236492A1|2004-11-25|

---

US7305297B2|2007-12-04|

---

JP4242182B2|2009-03-18|

引用文献:

---

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

---

法律状态:
2005-02-03| 8110| Request for examination paragraph 44|

---

2009-04-23| Q171| Divided out to:|Ref document number: 102004064144 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P Ref document number: 102004064145 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |

---

2009-04-23| 8172| Supplementary division/partition in:|Ref document number: 102004064145 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P Ref document number: 102004064144 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |

---

2013-07-17| R016| Response to examination communication|

---

2014-02-11| R018| Grant decision by examination section/examining division|

---

2015-03-03| R020| Patent grant now final|

---

2015-05-28| R020| Patent grant now final|Effective date: 20150303 |

---

2020-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|

优先权:

---

申请号 | 申请日 | 专利标题

---