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JPS6340263B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6340263B2
JPS6340263B2 JP57227549A JP22754982A JPS6340263B2 JP S6340263 B2 JPS6340263 B2 JP S6340263B2 JP 57227549 A JP57227549 A JP 57227549A JP 22754982 A JP22754982 A JP 22754982A JP S6340263 B2 JPS6340263 B2 JP S6340263B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
amount
rotation speed
internal combustion
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57227549A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59120753A (en
Inventor
Tooru Takahashi
Takashi Ueno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP57227549A priority Critical patent/JPS59120753A/en
Publication of JPS59120753A publication Critical patent/JPS59120753A/en
Publication of JPS6340263B2 publication Critical patent/JPS6340263B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/155Analogue data processing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度
の制御方法に関し、より詳細には、従来一般的な
PID(比例積分微分)制御とは異なり、内燃機関
の内部状態を考慮して機関をダイナミツク(動
的)なシステムとして捕え、内部状態を規定する
状態変数によつて機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の
手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a method for controlling the rotation speed of an internal combustion engine during idling, and more specifically,
Unlike PID (proportional-integral-derivative) control, it considers the internal state of the internal combustion engine, treats the engine as a dynamic system, and estimates the dynamic behavior of the engine using state variables that define the internal state. However, the present invention relates to a method of controlling idle rotation speed using a state variable control technique that determines engine input variables.

(従来技術) 従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
方法としては、例えば第1図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ1
は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ4のバイパス
5を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。
(Prior Art) As a conventional method for controlling idle rotation speed in an internal combustion engine, there is a method as shown in FIG. 1, for example. AAC valve 1 for idle speed control
The lift amount changes by duty-controlling the driving pulse width P A of the control solenoid 3 of the VCM valve 2, and the amount of bypass air passing through the bypass 5 of the throttle valve 4 changes, thereby increasing the idle rotation speed. controlled.

コントロールユニツト6は、スロツトルバルブ
スイツチ7によるアイドル(IDLE)信号、ニユ
ートラルスイツチ8によるニユートラル
(NEUT)信号、車速センサ9による車速
(VSP)信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ10による冷
却水温度TWに応じた1次元テーブルルツクアツ
プによつて、アイドル回転速度の基本目標値を算
出する。そして、エアコンスイツチ11によるエ
アコン(A/C)信号、ニユートラル(NEUT)
信号、バツテリ電圧VB信号などに応じた補正を
行なつて最終的に算出されたアイドル回転速度の
目標値Nrに対し、機関の実際のアイドル回転速
度Nとその目標値Nrとの偏差SAが小さくなるよ
うに制御ソレノイド3のパルス幅PAを比例、積
分(PI)のデユーテイ制御をして、目標回転速
度Nrにフイードバツク制御する。
The control unit 6 detects that the engine is in the idle state based on the idle (IDLE) signal from the throttle valve switch 7, the neutral (NEUT) signal from the neutral switch 8, the vehicle speed (VSP) signal from the vehicle speed sensor 9, etc. Then, a basic target value of the idle rotation speed is calculated by a one-dimensional table lookup according to the cooling water temperature T W by the water temperature sensor 10. Then, the air conditioner (A/C) signal from the air conditioner switch 11, neutral (NEUT)
The deviation between the engine's actual idle rotation speed N and its target value N r , which is the final idle rotation speed target value N r calculated by making corrections according to signals, battery voltage V B signals, etc. Proportional and integral (PI) duty control is performed on the pulse width P A of the control solenoid 3 so that SA becomes small, and feedback control is performed to the target rotational speed N r .

以上の制御方法を流れ図で示したので、第2図
である。
The above control method is shown in the form of a flowchart, which is shown in FIG.

しかしながら、このような従来の内燃機関のア
イドル回転速度制御方法にあつては、機関、アク
チユエータおよびセンサの動特性を効果的に用い
たPI制御を行なつている訳ではなく、さらには、
制御手法としてのPI制御は多入出力システムに
対する制御には不向きなものとなつていたため、
機関が他の運転状態からアイドル状態に入る時、
またはアイドル状態から出る時、さらには種々の
負荷外乱が加わつた直後等に、機関がダイナミツ
クな振舞いを呈する時には、制御追従性すなわち
過渡応答が悪いという問題があつた。また、他の
制御入力を加えて制御の自由度を上げ、制御性を
高めようとする時には、PI制御の手法では適用
が難しいという問題があつた。
However, such conventional idle speed control methods for internal combustion engines do not perform PI control that effectively utilizes the dynamic characteristics of the engine, actuator, and sensor, and furthermore,
PI control as a control method has become unsuitable for controlling multi-input/output systems.
When the engine enters the idle state from other operating states,
Alternatively, when the engine exhibits dynamic behavior such as when coming out of an idle state or immediately after various load disturbances are applied, there is a problem of poor control followability, that is, poor transient response. In addition, when trying to increase the degree of freedom of control by adding other control inputs to improve controllability, there was a problem in that it was difficult to apply the PI control method.

そして特に、予期できる外乱、例えばエアコン
負荷外乱等が加わる場合には、予めエアコンスイ
ツチ11のオンによるフイードフオワード情報が
入り、それに伴つて、フイードバツク制御にフイ
ードフオワード制御を付加してアイドル回転速度
低下を阻止しようとする訳であるが、しかしなが
ら、制御入力である空気量、燃料供給量あるいは
排気還流量を供給するためのアクチユエータの応
答は遅く、またインテークマニホールド通過の遅
れ時間もあり、どうしても負荷外乱投入直後の回
転速度の低下を抑えられない。加えて、回転速度
が低下した時にさらに他の外乱(例えば電気負荷
やクラツチ接続)が加わるとエンスト(機関が停
止)するという問題点があつた。
In particular, when a predictable disturbance such as an air conditioner load disturbance is added, feedforward information is input in advance by turning on the air conditioner switch 11, and accordingly, feedforward control is added to the feedback control to control the idle speed. This is intended to prevent the rotational speed from decreasing, but the response of the actuator for supplying the control inputs such as air volume, fuel supply volume, or exhaust gas recirculation volume is slow, and there is also a delay time in passing through the intake manifold. It is impossible to prevent the rotation speed from decreasing immediately after the load disturbance is applied. In addition, there was a problem in that when the rotational speed decreased, if other disturbances (for example, electrical load or clutch connection) were added, the engine would stall (the engine would stop).

(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、機関が他の運転状態からアイ
ドル状態へ入る時、またはアイドル状態から出る
時、さらに大きな負荷外乱が加わつた直後等の、
機関がダイナミツクな振舞いを呈する時の制御追
従性すなわち過渡応答を最適にし、さらに、多数
の制御入力変数を加えて制御自由度を上げ、制御
性を高めることを容易にし、もつてより安定なア
イドル回転速度制御を行なうことを目的とする。
そして特に、予測できる負荷外乱が投入された時
の制御性を良好にすることを目的とする。
(Purpose of the Invention) This invention was made by focusing on the conventional problem described above. When the engine enters the idle state from another operating state or exits the idle state, a larger load disturbance is generated. Immediately after joining, etc.
It optimizes control followability, that is, transient response when the engine exhibits dynamic behavior, and also increases the degree of control freedom by adding a large number of control input variables, making it easier to improve controllability and achieve a more stable idle. The purpose is to control rotational speed.
In particular, it is an object of the present invention to improve controllability when a predictable load disturbance is introduced.

(発明の構成および作用) そこでこの発明は、内燃機関、アクチユエータ
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量(もしくは相当量)、燃料供給
量(もしくは相当量)および排気還流(EGR)
量(もしくは相当量)から選択されたいずれか1
つまたは任意の2つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定し、内燃機関のアイドル回転速度を目標値に
フイードバツク制御することを特徴とする。この
制御手法は、従来一般的なPID制御に代わり多数
の入出力変数を総合的に制御する多変数制御の手
法を用いるものである。そして特に、予測できる
負荷外乱が投入された時には、制御応答性の良い
点火時期を変えることを特徴とするものである。
(Structure and operation of the invention) Therefore, the present invention stores models of the dynamic characteristics of the internal combustion engine, actuator, and sensors in a controller consisting of a microcomputer, etc. (or equivalent) and exhaust gas recirculation (EGR)
Any one selected from the amount (or equivalent amount)
or any combination of two or more as the control input, and the idle rotation speed as the control output, and from the control input and control output, estimate the state variable amount representing the internal state of an internal combustion engine, etc., which is a dynamic model. The control input value is determined using the estimated value and the integral value of the deviation between the target value and the actual value of the idle rotation speed, and the idle rotation speed of the internal combustion engine is feedback-controlled to the target value. This control method uses a multivariable control method that comprehensively controls a large number of input and output variables instead of the conventional general PID control. In particular, when a predictable load disturbance is introduced, the ignition timing is changed with good control response.

以下、この発明を図面に基づいて説明する。 The present invention will be explained below based on the drawings.

第3図は、この発明による内燃機関のアイドル
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
FIG. 3 is a block diagram of an apparatus for implementing an embodiment of the method for controlling the idle rotation speed of an internal combustion engine according to the present invention.

同図において、12は制御対象である内燃機関
で、制御対象12の制御出力をアイドル回転速度
とした場合、制御入力としては、空気量(もしく
は相当量)、点火時期、燃料供給量(もしくは相
当量)および排気還流量(もしくは相当量)から
選択されたいずれか1つまたは任意の2つ以上の
組合せを採り得る。しかしながら点火時期を制御
入力として用いると、他の制御入力に比べて応答
性は良いものの、外乱が加入した時の過渡時のオ
ーバシユートとアンダシユートが大きく出て、ア
イドル回転速度の安定性の点からは点火時期を制
御入力として用いるのは好ましくなく、他の制御
入力で制御範囲を越えた場合とか、特に応答性を
要求される場合に点火時期を効果的に用いるのが
好ましい。
In the figure, reference numeral 12 denotes an internal combustion engine that is a controlled object. If the control output of the controlled object 12 is the idle rotation speed, the control inputs include air volume (or equivalent amount), ignition timing, fuel supply amount (or equivalent Any one or a combination of two or more selected from the following: (amount) and an exhaust recirculation amount (or equivalent amount) may be adopted. However, when ignition timing is used as a control input, although the response is good compared to other control inputs, there is a large amount of overshoot and undershoot during transients when disturbances are added, making it difficult to stabilize the idle rotation speed. It is not preferable to use ignition timing as a control input, but it is preferable to use ignition timing effectively when the control range is exceeded by other control inputs, or when particularly responsiveness is required.

本実施例では、2制御入力として、アイドル時
のバイパス空気量を調整するためのVCMバルブ
2の制御ソレノイド(第1図)を駆動するパルス
幅PA(すなわちバイパス空気量に相当する量)
と、燃料を副射する電磁弁を駆動するパルス幅
PF(すなわち燃料供給量に相当する量)とを採
る。制御出力はアイドル回転速度Nで、1出力で
ある。
In this embodiment, the second control input is the pulse width P A (that is, the amount corresponding to the bypass air amount) that drives the control solenoid (Fig. 1) of the VCM valve 2 for adjusting the amount of bypass air at idle.
and the pulse width that drives the solenoid valve that sub-injects fuel.
P F (that is, the amount equivalent to the fuel supply amount) is taken. The control output is the idle rotation speed N, which is one output.

13は、制御対象である機関12のダイナミツ
クモデルを記憶していて、上記3つの制御入出力
情報PA,PF,Nから機関のダイナミツクが内部
状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であ
り、内部状態を代表する状態変数量x(例えば4
つの量x1,x2,x3,x4のベクトル表示)の推定値
x^を計算する。
Reference numeral 13 is a state observer that stores a dynamic model of the engine 12, which is the controlled object, and estimates the internal state of the engine dynamics from the above three control input/output information P A , P F , and N. Yes, state variable quantity x (for example, 4
estimated values of the three quantities x 1 , x 2 , x 3 , x 4 (vector representation)
Calculate x^.

状態観測器13は制御対象である機関をシユミ
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数x(n次のベクトルx1〜xo)で代表す
る。制御対象である機関12の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動作挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて、動的
な振舞いを把握し、制御に用いることによつて制
御をより精密に行なうことができる。しかしなが
ら現時点ではそれらの値を検出できる実用的セン
サはあまり存在しない。そこで機関の内部状態を
状態変数xで代表させるが、但し状態変数xは実
際の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる
必要はなく、全体として機関をシミユレーシヨン
させるものである。状態変数xの次数nは、nが
大きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面
計算が複雑になる。この発明における2入力1出
力の場合には、n=4程度が適当である。
The state observation device 13 simulates the engine to be controlled, and the dynamic internal state is represented by a state variable x (n-th order vector x 1 to x o ). Specifically, the state variables representing the internal state of the engine 12 that is the object of control include, for example, the absolute pressure of the intake manifold, the suction negative pressure, the amount of air actually taken into the cylinder, the operational behavior of combustion, the engine torque, etc. It will be done. If these values can be detected by a sensor, dynamic behavior can be grasped by using the detected values, and control can be performed more precisely by using the detected values for control. However, at present, there are not many practical sensors that can detect these values. Therefore, the internal state of the engine is represented by a state variable x, but the state variable x does not need to correspond to various physical quantities representing the actual internal state, and is used to simulate the engine as a whole. As for the degree n of the state variable x, the larger n is, the more accurate the simulation will be, but on the other hand, the calculation will be more complicated. In the case of two inputs and one output in this invention, n=4 is appropriate.

また、このようにモデルの低次元近似化を行う
と、その誤差の影響が出てしまうが、この点は後
述するようにI(積分)動作の付加により吸収で
きる。
Further, when the model is approximated in a low dimension in this way, the influence of the error appears, but this point can be absorbed by adding an I (integral) operation, as will be described later.

第3図において、14は積分(I)動作とゲイ
ンブロツクで、機関回転速度の指定された目標値
Nrと実際値Nとの偏差SAを積分した量および状
態観測器13で計算された状態変数量xから、2
つの制御入力PAとPFの値を計算する(第5図参
照)。そして上記の状態観測器13と積分動作と
ゲインブロツク14とでコントローラを構成す
る。
In Fig. 3, 14 is an integral (I) operation and a gain block, which is used to control the specified target value of the engine rotation speed.
From the integral of the deviation SA between N r and the actual value N and the state variable quantity x calculated by the state observer 13, 2
Calculate the values of the two control inputs P A and P F (see Figure 5). The above-described state observer 13, integral operation, and gain block 14 constitute a controller.

次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.

制御対象である機関12は2入力1出力システ
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列T(z)から、制御対象12のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その1つの手法として状態観測器13がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象12
の伝達関数行列T(z)が実験的に求まり、 T(z)=〔T1(z) T2(z)〕 (1) となる。但し、zは入出力信号のサンプル値のz
−変換を示し、T1(z)とT2(z)は例えばzの
2次伝達関数である。
The engine 12 that is the controlled object is a two-input one-output system, and the controlled object 12 is It is possible to estimate the dynamic internal state of
One of the methods is the state observation device 13. Under operating conditions near the idle rotation speed, the controlled object 12
The transfer function matrix T(z) of is found experimentally, and becomes T(z)=[T 1 (z) T 2 (z)] (1). However, z is the sample value of the input/output signal.
- transformation, where T 1 (z) and T 2 (z) are, for example, quadratic transfer functions of z.

入力、出力および伝達関数T1(z)、T2(z)の
関係を示す制御対象(機関)12のモデル構造を
第4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA、δPF、δNを用いている。
FIG. 4 shows a model structure of the controlled object (engine) 12 showing the relationship between input, output, and transfer functions T 1 (z) and T 2 (z). However, input and output use deviations ΔP A , ΔP F , and ΔN from the reference setting values, respectively.

この伝達関数行列T(z)から、次の様に状態
観測器13を構成することができる。
From this transfer function matrix T(z), the state observer 13 can be configured as follows.

先ず、T(z)から機関の動的な振舞いを記述
する状態変数モデル x(n)=Ax(n−1)+Bu(n−1) (2) y(n−1)=Cx(n−1) (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の(n)は現時
点を、また(n−1)は1つ前のサンプル時点を
表わす。u(n−1)は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の振動分を表わす、制御ソレノイド3のパルス幅
δPA(n−1)と燃料噴射パルス幅δPF(n−1)
を要素とする。すなわち、 u(n−1)= δPA(n−1) δPF(n−1) (4) また、y(n−1)は制御出力で、制御入力ベ
クトルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば
650rpm)からの摂動分を表わすδN(n−1)を
要素とする。すなわち、 y(n−1)=δN(n−1) (5) x(・)は状態変数ベクトルであり、行列A、
B、Cは伝達関数行列T(z)の係数から決まる
定数行列である。
First, a state variable model that describes the dynamic behavior of the engine from T(z) x(n)=Ax(n-1)+Bu(n-1) (2) y(n-1)=Cx(n- 1) Derive (3). Here, (n) in each quantity box represents the current time, and (n-1) represents the previous sample time. u(n-1) is a control input vector, which represents the vibration component within a range where linear approximation from a certain reference setting value holds, and the pulse width δP of the control solenoid 3 (n-1) and the fuel injection pulse width δP F (n-1)
is an element. In other words, u(n-1) = δP A (n-1) δP F (n-1) (4) Also, y(n-1) is the control output, and like the control input vector, a certain reference rotation speed N a (for example
The element is δN (n-1) representing the perturbation from 650 rpm). That is, y(n-1)=δN(n-1) (5) x(・) is the state variable vector, and the matrix A,
B and C are constant matrices determined from the coefficients of the transfer function matrix T(z).

ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測
器を構成する。
Here, we construct a state observer with the following algorithm.

x^(n)=(A−GC)x^(n−1)+
Bu(n−1)+Gy(n−1)(6) ここに、Gは任意に与えられる行列で、x^(・)
は機関12の内部状態変数x(・)の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔x(n)−x^(n)〕=(A−GC)
〔x(n−1)−x^(n−1)〕(7) となり、行列(A−GC)の固有値が単位円内に
あるようにGを選べば、 n→大で x^(n)→x(n) (8) となり、内部状態変数量x(n)を入力u(・)と
出力y(・)から推定することができる。また、
行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値
を全て零にすることも可能で、この時、状態観測
器13は有限整定状態観測器となる。
x^(n)=(A-GC)x^(n-1)+
Bu(n-1)+Gy(n-1)(6) Here, G is an arbitrarily given matrix and x^(・)
is the estimated value of the internal state variable x(·) of the engine 12. Transforming from equations (2)(3)(6), [x(n)−x^(n)]=(A−GC)
[x(n-1)-x^(n-1)](7), and if G is chosen so that the eigenvalues of the matrix (A-GC) are within the unit circle, x^(n )→x(n) (8) The internal state variable quantity x(n) can be estimated from the input u(·) and the output y(·). Also,
It is also possible to appropriately select the matrix G and make all the eigenvalues of the matrix (A-GC) zero, in which case the state observer 13 becomes a finitely stable state observer.

このようにして推定された状態変数x^(・)と、
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)
との偏差SA=(Nr−N(・))の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド3の駆動パルス幅
の基準設定値(PAaからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA(・)と、燃料噴射パルス幅
の基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の増量分δPF(・)を決定し、機関のアイドル回
転速度Nの最適レギユレータ制御を行なう。レギ
ユレータ制御とは、アイドル回転速度Nを一定値
である目標回転速度Nrに合致するように制御す
る定値制御を意味する。
The state variable x^(・) estimated in this way is
Target rotation speed N r and current actual rotation speed N (・)
Using the information of the deviation SA = (N r − N (・)),
The increase amount δP A (・) within the range where a linear approximation from the reference setting value (P A ) of the drive pulse width of the control solenoid 3, which is the control input, holds, and the linearity of the fuel injection pulse width from the reference setting value The amount of increase δP F (·) within the range where the approximation holds is determined, and optimal regulator control of the idle rotational speed N of the engine is performed. Regulator control means constant value control that controls the idle rotation speed N to match the target rotation speed Nr , which is a constant value.

なおこの発明では、前述したように実験的に求
めたモデルが低次元化された近似モデルであるた
め、その近似誤差を吸収するためのI(積分)動
作を付加しているが、ここではI動作を含めての
最適レギユレータ制御を行なう。
In this invention, since the experimentally obtained model is a reduced-dimensional approximate model as described above, an I (integral) operation is added to absorb the approximation error. Performs optimal regulator control including operation.

この発明の制御対象である機関は、前述したよ
うに2入力1出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アリゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」(昭51年)昭晃堂その他に説明されているの
で、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみを
記述すると、いま、 δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=Nr−N(n) (10) とし、評価関数Jを、 J=k=0 〔δe(k)2+δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここで、Rは重みパラメータ行列、tは
転置を示す。kは制御開始時点を0とするサンプ
ル回数で、(11)式の右辺第2項は(Rを対角行列と
すると)(9)式の2乗を表わす。また、(11)式の第2
項を(9)式のような制御入力の差分2次形式として
いるが、これは第5図のようにI動作付加による
ものである。
As mentioned above, the engine to be controlled by this invention is a two-input one-output system, which is optimally controlled by the regulator. It is explained in the book "Linear System Control Theory" (1971) by Shokodo and others, so a detailed explanation will be omitted here. Describing only the results, now δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=N r −N(n) (10) and the evaluation function J is J = k=0 [δe(k) 2 +δu t (k)Rδu(k)] (11). Here, R is a weight parameter matrix and t is a transposition. k is the number of samples with the control start time being 0, and the second term on the right side of equation (11) represents the square of equation (9) (assuming R is a diagonal matrix). Also, the second of equation (11)
The terms are in the differential quadratic form of the control input as shown in equation (9), but this is due to the addition of the I operation as shown in FIG.

(11)式の評価関数Jを最小とする最適制御入力
u*(k)は、 となる。(12)式で K=−(R+tP)-1 tP (13) とおくと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式
において = 1 −CA O A (14) = −CB B (15) であり、Pは、 P=tP−tP(tP+R
-1 tP+ 1 O O O (16) のリカツテイ(Riccati)方程式の解である。
Optimal control input that minimizes the evaluation function J of equation (11)
u * (k) is becomes. If we set K=-(R+ tP ) -1tP (13) in equation (12), K is the optimal gain matrix. In addition, in equation (12), = 1 -CA OA (14) = -CB B (15), and P is P= t P- t P( t P+R
) -1 t P+ 1 O O O (16) This is the solution to the Riccati equation.

(11)式の評価関数Jの意味は、制御入力u(・)
の動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるア
イドル回転速度Nの目標値Nrからの偏差SA(回
転変動)を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Rで変える
ことができる。従つて、適当なRを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル(状態変数モ
デル)を用い、(16)式を解いたPを用いて計算した
(13)式の最適ゲイン行列Kをマイクロコンピユータ
に記憶し、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Nの偏差SAの積分値および推定された状態変
数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力値u*(k)を
簡単に決定することができる。また前述したよう
に、機関のダイナミツクな状態変数の推定値x^(k)
を求めるには、行列A、B、C、Gの値をマイク
ロコンピユータに記憶しておき、(6)式により計算
すればよい。
The meaning of the evaluation function J in equation (11) is that the control input u(・)
The intention is to minimize the deviation SA (rotation fluctuation) of the idle rotation speed N, which is the control output y (・), from the target value N r while constraining the movement of It can be changed using matrix R. Therefore, we selected an appropriate R, used a dynamic model (state variable model) of the engine at idle, and calculated using P obtained by solving equation (16).
The optimal gain matrix K in equation (13) is stored in a microcomputer, and from the integral value of the deviation SA between the target value N r and the actual value N of the idle rotation speed and the estimated state variable x^(k), (12) The optimal control input value u * (k) can be easily determined by the formula. Also, as mentioned above, the estimated value of the dynamic state variable of the engine x^(k)
To obtain , the values of matrices A, B, C, and G may be stored in a microcomputer and calculated using equation (6).

さて、予測外乱(すなわち投入されることが予
め判かる外乱)、例えばエアコン負荷外乱等は、
エアコンスイツチ11のオン信号で、外乱投入が
フイードフオワード情報として使え、通常のフイ
ードバツク制御に加えて、空気量や燃料供給量の
フイードフオワード制御を付加することができ
る。しかしながら、空気量や燃料供給量を駆動調
整しアイドル回転速度の応答を得るまでには時間
が掛かり、第6図A,Bに示すように、エアコン
投入直後のアイドル回転速度の低下は避けられな
い(第6図Bの実線)。さらにこの間に、他の負
荷外乱、例えばパワステ、電気、クラツチ接続等
の負荷が加わると、さらに回転速度が低下し、エ
ンストする場合もある。
Now, predicted disturbances (that is, disturbances that are known in advance to be introduced), such as air conditioner load disturbances, are
With the ON signal of the air conditioner switch 11, disturbance input can be used as feed-forward information, and in addition to normal feedback control, feed-forward control of the amount of air and fuel supply can be added. However, it takes time to adjust the amount of air and fuel supply and obtain a response to the idle speed, and as shown in Figure 6 A and B, a drop in the idle speed immediately after the air conditioner is turned on is unavoidable. (solid line in Figure 6B). Furthermore, if other load disturbances such as power steering, electricity, clutch connection, etc. are added during this period, the rotational speed will further decrease and the engine may stall.

そこで、エアコン等の予測できる負荷外乱が加
わつた時には、応答性の良い点火時期ITをフイ
ードフオワード制御として加え(第6図E)アイ
ドル回転速度の低下を抑えることができる(第6
図Bの一点鎖線)。
Therefore, when predictable load disturbances such as air conditioners are added, responsive ignition timing IT can be added as feed forward control (Fig. 6 E) to suppress the drop in idle rotation speed (Fig. 6 E).
(Dotted-dotted line in Figure B).

なお、点火時期の変え方には種々考えられる
が、第6図Eでは一律にある値(例えば8゜)だけ
進角させる例である。また第6図Bではアイドル
回転速度の目標値Nrは650rpmであり、エアコン
スイツチ11投入と同時に目標値Nrを800rpmに
し、エアコンスイツチ11のオフと同時に
650rpmに戻した例である。
Although there are various ways to change the ignition timing, FIG. 6E shows an example in which the ignition timing is uniformly advanced by a certain value (for example, 8 degrees). In addition, in FIG. 6B, the target value N r of the idle rotation speed is 650 rpm, the target value N r is set to 800 rpm at the same time as the air conditioner switch 11 is turned on, and the target value N r is set to 800 rpm at the same time as the air conditioner switch 11 is turned off.
This is an example of returning the speed to 650 rpm.

以上のアイドル回転速度制御の手順を示したの
が、第7図である。手順を説明すると、ステツプ
30では、エアコンのオン−オフ状態、水温TW
値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを決め
る。ステツプ31では、予測外乱(例えばエアコ
ン)投入時に点火時期ITを進角させる。ステツ
プ32では、アイドル回転速度の目標値Nrと実際
値Nの偏差SAを計算する。ステツプ33では、制
御を始めてから前の周期までの回転速度の偏差
SAを加算していて、結果をDUNというレジスタ
に移す。ステツプ34では、回転速度の実際値Nの
基準設定値Na(例えば650rpm)からのズレδNを
計算する。ステツプ35では、前の制御周期で推定
された機関のダイナミツクな内部状態を表わす状
態変数量x* 1〜x* 3(前回計算値)と、計算された
制御入力値δPAおよびδPFと、さらに制御出力値
であるδNとを重みづけ加算して各状態変数量x1
〜x4を計算する。但し(6)式の行列(A−GC)は、 A−GC= 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 (18) の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。なお、(A、B、C)は、可視測正準形を用
いている。
FIG. 7 shows the procedure of the above idle rotation speed control. When explaining the procedure, the step
30, the target value N r of the idle rotation speed is determined based on the on/off state of the air conditioner, the value of the water temperature T W , etc. In step 31, the ignition timing IT is advanced when a predicted disturbance (for example, an air conditioner) is input. In step 32, the deviation SA between the target value Nr and the actual value N of the idle rotational speed is calculated. In step 33, the rotation speed deviation from the start of control to the previous cycle is calculated.
Adding SA and moving the result to a register called DUN. In step 34, the deviation δN of the actual value N of the rotational speed from the reference set value N a (for example, 650 rpm) is calculated. In step 35, the state variable quantities x * 1 to x * 3 (previously calculated values) representing the dynamic internal state of the engine estimated in the previous control cycle, the calculated control input values δP A and δP F , Furthermore, the control output value δN is weighted and added to each state variable quantity x 1
~calculate x 4 . However, the matrix (A-GC) in equation (6) is of the form A-GC = 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 (18), which is an example of forming a finitely stable observer. . Note that (A, B, C) use visible measurement canonical form.

ステツプ36では、推定された機関のダイナミツ
クな内部状態変数量x1〜x4とDUNに最適ゲイン
Kの要素kjiを乗じて加算し、基準設定値(PAa
および(PFaに対し、制御入力値をどれだけ増量
するかを計算する。
In step 36, the estimated dynamic internal state variables x 1 to x 4 of the engine and DUN are multiplied by the element k ji of the optimal gain K and added, and the standard setting value (P A ) a is calculated.
and (P F ) Calculate how much to increase the control input value for a .

第7図の係数bij、gi、kij等は、予め求めておい
てマイクロコンピユータ等に記憶しておく。
The coefficients b ij , g i , k ij, etc. in FIG. 7 are determined in advance and stored in a microcomputer or the like.

前述したように、この発明における内燃機関の
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量(または相当量)、燃料供給
量(または相当量)および排気還流量(または相
当量)のいずれか1つまたは任意の2つ以上の組
合せを用いることができ、上述の実施例では、バ
イパス空気量の相当量である。VCMバルブの制
御ソレノイドのパルス幅δPAと、燃料供給量の相
当量である燃料噴射パルス幅δPFとを制御入力と
する場合について説明した。
As mentioned above, when the control output of the internal combustion engine in this invention is the idle rotation speed, the control inputs include the air amount (or equivalent amount), the fuel supply amount (or equivalent amount), and the exhaust gas recirculation amount (or equivalent amount). ) or a combination of any two or more of them, which in the embodiments described above is the equivalent amount of bypass air. A case has been described in which the pulse width ΔP A of the control solenoid of the VCM valve and the fuel injection pulse width ΔP F , which is equivalent to the amount of fuel supplied, are used as control inputs.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、内燃
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転速度制御を行ない、
しかも内燃機関のダイナミツクな状態を推定する
手順を付加し、なおかつ、状態観測器内の機関モ
デルを低次元化したものを用いて計算時間を短縮
し、その近似誤差分は積分動作で吸収するように
したため、アイドル状態で問題となる失火外乱や
負荷外乱などの外乱に対する制御過渡応答を最適
にでき、しかも制御自由度を上げ制御性を高める
ために多変数制御入力を加えて制御することも容
易であり、より安定なアイドル回転速度制御が実
現できるという効果が得られる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, idle rotation speed control is performed by applying a multivariable control method based on a dynamic model of an internal combustion engine,
Moreover, a procedure for estimating the dynamic state of the internal combustion engine is added, and calculation time is shortened by using a low-dimensional version of the engine model in the state observation device, and the approximation error is absorbed by the integral operation. This makes it possible to optimize the control transient response to external disturbances such as misfire disturbances and load disturbances that are problematic in idling conditions, and it is also easy to control by adding multivariable control inputs to increase the degree of control freedom and improve controllability. Therefore, it is possible to realize more stable idle rotation speed control.

そして特に、予測できる負荷外乱が加わる時に
は、点火時期をフイードフオワード制御として効
果的に変えることで、回転速度の低下を抑えるこ
とができ、より安定なアイドル運転を実現するこ
とができるという効果が得られる。
In particular, when predictable load disturbances occur, by effectively changing the ignition timing using feedforward control, it is possible to suppress the drop in rotational speed and achieve more stable idling operation. is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置の構成図、第2図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第3図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第4図は第3図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第5
図は第3図の積分動作とゲインブロツクの詳細な
構成図、第6図A,B,C,D,Eはこの発明に
よる方法の実験結果を示す図、第7図はこの発明
による方法を説明するフローチヤートである。 1……AACバルブ、2……VCMバルブ、3…
…制御ソレノイド、4……スロツトルバルブ、5
……バイパス、7……スロツトルバルブスイツ
チ、8……ニユートラルスイツチ、10……水温
センサ、11……エアコンスイツチ、12……内
燃機関(制御対象)、13……状態観測器、14
……積分動作とゲインブロツク、Nr……アイド
ル回転速度の目標値、N……アイドル回転速度の
実際値、Na……アイドル回転速度の基準設定値、
SA……アイドル回転速度の目標値と実際値の偏
差、PA……バイパス空気量を規定する制御ソレ
ノイドの駆動パルス幅、PF……燃料供給量を規
定する噴射電磁弁の駆動パルス幅、IT……点火
時期、xi(=x)……状態変数量、x^i(=x^)……
状態変数の推定量。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional idle rotation speed control device for an internal combustion engine, FIG. 2 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method, and FIG. 3 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method for an internal combustion engine according to the present invention. Fig. 4 is a block diagram showing the relationship between the control input/output and the engine in Fig. 3, and Fig. 5 is a block diagram of the control device realized.
The figure shows a detailed configuration diagram of the integral operation and gain block in Figure 3, Figures 6A, B, C, D, and E are diagrams showing experimental results of the method according to the present invention, and Figure 7 shows the method according to the present invention. This is a flowchart to explain. 1...AAC valve, 2...VCM valve, 3...
...Control solenoid, 4...Throttle valve, 5
... Bypass, 7 ... Throttle valve switch, 8 ... Neutral switch, 10 ... Water temperature sensor, 11 ... Air conditioner switch, 12 ... Internal combustion engine (controlled object), 13 ... Condition observation device, 14
... Integral operation and gain block, N r ... Target value of idle rotation speed, N ... Actual value of idle rotation speed, N a ... Reference setting value of idle rotation speed,
SA... Deviation between the target value and actual value of idle rotation speed, P A ... Driving pulse width of the control solenoid that regulates the amount of bypass air, P F ... Drive pulse width of the injection solenoid valve that regulates the amount of fuel supply, IT...Ignition timing, x i (=x)...State variable quantity, x^ i (=x^)...
Estimator of state variables.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度
の目標値Nrと実際値Nの偏差SAに基づいて、ア
イドル回転速度をフイードバツク制御する方法に
おいて、コントローラに記憶された前記内燃機関
のダイナミツクモデルに基づき、前記内燃機関の
制御入力値である該内燃機関に供給される空気量
もしくは相当する量および該内燃機関への燃料供
給量もしくは相当する量および排気還流量もしく
は相当する量から選択される1つまたは任意の2
つ以上の組合せと、該内燃機関の制御出力値であ
るアイドル回転速度とから、該内燃機関のダイナ
ミツクな内部状態を代表する適当な次数の状態変
数量xi(i=1、2、………n)を推定し、該推
定された状態変数量xi^(i=1、2、………n)
と前記回転速度の偏差SAの積分量とから、前記
制御入力値を決定し、さらに、予測できる持続外
乱が加わつた時に点火時期を変えることを特徴と
する内燃機関のアイドル回転速度制御方法。
1. A method for feedback controlling the idle rotation speed based on the deviation SA between the target value N r and the actual value N of the idle rotation speed when the internal combustion engine is idling, based on the dynamic model of the internal combustion engine stored in the controller. , one selected from the amount of air supplied to the internal combustion engine or an equivalent amount, which is a control input value for the internal combustion engine, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or an equivalent amount, and the amount of exhaust gas recirculation or an equivalent amount. or any 2
A state variable quantity x i (i=1, 2,... ...n), and the estimated state variable quantity x i ^ (i=1, 2, ......n)
and an integral amount of the rotational speed deviation SA, the control input value is determined, and the ignition timing is changed when a predictable continuous disturbance is added.
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