專利名稱：使用δσ調(diào)制算法來控制設(shè)備的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用Δ∑調(diào)制算法來對設(shè)備進(jìn)行精確控制的控制裝置。
背景技術(shù)：
使用Δ∑調(diào)制算法(或∑Δ調(diào)制算法或Δ調(diào)制算法)來對設(shè)備(控制對象)進(jìn)行控制的方法是已公知的(參見專利文獻(xiàn)1)。只要該設(shè)備裝置能夠響應(yīng)于具有開/閉切換特性的控制輸入而生成合適的控制輸出，就能夠通過Δ∑調(diào)制算法來對該設(shè)備進(jìn)行精確的控制。
圖15是表示使用Δ∑調(diào)制算法的控制方案的示例的方框圖?？刂破?01計算用于使設(shè)備的控制量收斂于目標(biāo)值的操作量。調(diào)制器102使用Δ∑調(diào)制算法來對該操作量進(jìn)行調(diào)制。將調(diào)制后的操作量輸入給設(shè)備103。將作為控制量的設(shè)備103的輸出反饋給控制器101。
專利文獻(xiàn)1特開平2003-195908號公報圖16示出了根據(jù)使用常規(guī)Δ∑調(diào)制算法的控制方案，各種信號的行為示例。Rcain表示控制器101計算出的操作量。Vcain表示作為調(diào)制器102輸出的調(diào)制信號的調(diào)制后操作量。CAIN表示設(shè)備103的輸出，即控制量。CAIN_cmd表示該控制量的目標(biāo)值。調(diào)制信號Vcain被生成為相對于預(yù)定的中心值在+d和-d之間切換。調(diào)制信號Vcain的幅度振幅是2d。當(dāng)操作量Rcain的大小處于調(diào)制信號的振幅2d的范圍之內(nèi)時，Δ∑調(diào)制算法能夠?qū)⒉僮髁縍cain再現(xiàn)為調(diào)制信號Vcain。在從t0至t1的時間內(nèi)，因為操作量Rcain的大小小于該調(diào)制信號的振幅2d，所以生成了合適的調(diào)制信號Vcain。因而，通過向設(shè)備施加調(diào)制信號Vcain，能夠?qū)刂屏緾AIN進(jìn)行合適地控制，以跟從目標(biāo)值CAIN_cmd。
然而，如時間t1以后所示的，當(dāng)操作量Rcain的大小超過調(diào)制信號的振幅2d時，因為調(diào)制信號的振幅被限制為2d，所以不能正確地對該增大后的操作量Rcain進(jìn)行調(diào)制。操作量超過振幅2d的部分并未反映在調(diào)制信號Vcain中，實際上，操作量Rcain被限制為如虛線105所示。因為在操作量Rcain的一部分丟失的情況下生成調(diào)制信號，所以在控制量CAIN和目標(biāo)值CAIN_cmd之間出現(xiàn)了偏差。因而，從時間t1開始，不能對設(shè)備進(jìn)行合適的控制。
例如在車輛內(nèi)燃機的凸輪軸相位控制中，可能會出現(xiàn)這種情況。當(dāng)通過致動器來控制凸輪軸的相位時，將該致動器視為設(shè)備。如果致動器生成的轉(zhuǎn)矩因致動器產(chǎn)生的熱而降低，或者如果由于致動器的變動和老化而導(dǎo)致致動器的摩擦特性變化，則可能會出現(xiàn)這種情況。
為了處理這種情況，考慮了預(yù)先計算操作量的最大值和最小值的方法。設(shè)定調(diào)制信號的振幅2d以包含該最大值和最小值。然而，根據(jù)這一方法，調(diào)制信號的振幅可能增大。這種振幅的增大會使設(shè)備的控制輸出不穩(wěn)定。
另外，可以將電磁鐵用作致動器。電磁鐵的電流隨著電磁鐵電阻的增大而減小。這種電流的減小降低了由致動器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。為了避免這種轉(zhuǎn)矩的降低，考慮了如下一種方法對電磁鐵電流進(jìn)行反饋控制并生成與通過反饋控制而確定的操作量相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該方法，即使由于電流導(dǎo)致在轉(zhuǎn)矩內(nèi)出現(xiàn)某些變化時，控制量也能夠收斂于目標(biāo)值。然而，這種電流控制不能處理摩擦特性的變動。
因而，需要一種進(jìn)行Δ∑調(diào)制的裝置，其能夠生成適應(yīng)于操作量的變動的調(diào)制信號。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種控制裝置包括控制器，用于確定用于操作控制對象的操作量，以使控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值；調(diào)制器，用于通過使用Δ∑調(diào)制算法、∑Δ調(diào)制算法和Δ調(diào)制算法中的一種來對該操作量進(jìn)行調(diào)制，以生成施加給控制對象的調(diào)制信號。調(diào)制器生成調(diào)制信號，以使調(diào)制信號的振幅的中心值跟隨操作量的變化。
根據(jù)本發(fā)明，由于調(diào)制信號的振幅的中心值根據(jù)操作量的變化而變動，所以操作量不會由于調(diào)制信號的振幅而受到破壞。由于將在未受到破壞的情況下生成的調(diào)制信號施加給控制對象，因此，控制對象的輸出能夠精確地收斂于目標(biāo)值。
因為調(diào)制信號的振幅的中心值根據(jù)操作量的變化而變動，所以不需要提高調(diào)制信號的振幅以包含操作量的最大值和最小值。因為可以將調(diào)制信號的振幅保持較小，所以能夠抑制由于調(diào)制信號的切換特性而導(dǎo)致控制對象的輸出發(fā)生振蕩。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，調(diào)制器還包括自適應(yīng)偏移發(fā)生器，用于根據(jù)操作量生成自適應(yīng)偏移值。調(diào)制器生成調(diào)制信號，以使得自適應(yīng)偏移值是調(diào)制信號的振幅的中心值。因此，由于通過自適應(yīng)偏移發(fā)生器基于操作量生成自適應(yīng)偏移值，所以能夠適當(dāng)?shù)厣烧{(diào)制信號以適應(yīng)操作量的變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，自適應(yīng)偏移發(fā)生器還包括濾波器，用于對操作量進(jìn)行濾波，以抑制自適應(yīng)偏移值的急劇變化。自適應(yīng)偏移發(fā)生器根據(jù)濾波器的輸出來生成自適應(yīng)偏移值。
如果作為自適應(yīng)偏移值的調(diào)制信號的振幅的中心值急劇變化，則使控制對象的輸出穩(wěn)定于目標(biāo)值的精確度(換句話說，控制對象的輸出對于目標(biāo)值的收斂程度)可能降低。具體而言，當(dāng)控制對象的輸出的目標(biāo)值變得恒定時，在控制對象的輸出中可能出現(xiàn)“波動”?？梢酝ㄟ^對操作量進(jìn)行濾波來抑制這種波動。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，自適應(yīng)偏移發(fā)生器還包括用于將操作量限制在預(yù)定范圍內(nèi)的單元和用于對經(jīng)限制的操作量進(jìn)行濾波的濾波器。根據(jù)自適應(yīng)偏移值的過去值來確定該預(yù)定范圍。
即使當(dāng)由于干擾和噪聲導(dǎo)致在操作量中出現(xiàn)脈沖變化時，這種限制處理也可以防止調(diào)制信號的振幅的中心值發(fā)生急劇的變化。
可以將本發(fā)明應(yīng)用于各種控制對象。在一個實施例中，控制對象是用于改變內(nèi)燃機凸輪相位的相位機構(gòu)。該相位機構(gòu)根據(jù)調(diào)制信號來變動凸輪的相位。
在用于改變內(nèi)燃機凸輪相位的相位機構(gòu)中，用于驅(qū)動凸輪的轉(zhuǎn)矩可能會由于在相位機構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的熱而降低。另外，相位機構(gòu)的摩擦特性可能由于變化和/或老化而變動。通過將根據(jù)本發(fā)明的控制方案應(yīng)用于該相位機構(gòu)，根據(jù)操作量的變化來變動調(diào)制信號的振幅的中心值。因此，即使當(dāng)轉(zhuǎn)矩降低或摩擦特性變化時，相位也可以在不產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)偏差的情況下收斂于目標(biāo)值。由于調(diào)制信號的振幅可以保持為較小，所以能夠改善相位的穩(wěn)定性。降低了由相位變化所導(dǎo)致的內(nèi)燃機的喘振，并改善了操縱性能。
在另一實施例中，控制對象是用于改變內(nèi)燃機閥門提升量的提升機構(gòu)。該提升機構(gòu)根據(jù)調(diào)制信號來變動提升量。在這種情況中也可以實現(xiàn)與相位機構(gòu)同樣的效果。
在又一實施例中，控制對象是從用于控制內(nèi)燃機的空燃比的控制機構(gòu)延伸到設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣管中的廢氣傳感器的系統(tǒng)。該控制機構(gòu)根據(jù)調(diào)制信號來改變空燃比。
在這樣一種系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)最佳空燃比所需要的操作量可能由于燃油特性、催化劑的劣化條件和內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)等的不同而變化。根據(jù)本發(fā)明的控制方案，由于調(diào)制信號的振幅的中心值根據(jù)操作量的變化而變動，所廢氣傳感器的輸出可以在不生成穩(wěn)態(tài)偏差的情況下收斂于目標(biāo)值。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳空燃比。由于調(diào)制信號的振幅可以保持較小，因此空燃比變化的范圍可以保持較小。這使得轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，減少了內(nèi)燃機的喘振，并改善了操縱性能。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)動機及其控制裝置的簡圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的連續(xù)可變相位裝置的框圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制裝置的功能框圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的響應(yīng)指定型控制的切換函數(shù)。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的響應(yīng)指定型控制的響應(yīng)指定參數(shù)。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的Δ∑調(diào)制器的框圖。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例通過將偏移值應(yīng)用于Δ∑調(diào)制器的參考信號而實現(xiàn)的效果。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例通過計算自適應(yīng)偏移值而實現(xiàn)的效果。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)偏移發(fā)生器的框圖。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)偏移發(fā)生器的各種參數(shù)的行態(tài)和通過引入非線性函數(shù)而實現(xiàn)的效果。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的∑Δ調(diào)制器的框圖。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的Δ調(diào)制器的框圖。
圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制流程。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于計算凸輪相位目標(biāo)值的映射圖。
圖15是表示根據(jù)常規(guī)技術(shù)的使用Δ∑調(diào)制算法來對設(shè)備進(jìn)行控制的控制裝置的框圖。
圖16示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)當(dāng)使通過Δ∑調(diào)制算法生成的調(diào)制信號振幅的中心值固定時可能出現(xiàn)的不可控制狀態(tài)。
具體實施例方式
將參照附圖來描述本發(fā)明的具體實施例。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的內(nèi)燃機(在下文中稱作發(fā)動機)和該發(fā)動機的控制裝置的框圖。
電子控制單元(在下文中稱作ECU)1包括輸入接口1a，用于接收從車輛的各個部件發(fā)送來的數(shù)據(jù)；CPU 1b，用于執(zhí)行控制車輛的各個部件的操作；存儲器1c，包括只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)；以及，輸出接口1d，用于將控制信號發(fā)送給車輛的各個部件。在存儲器1c的ROM中存儲了用于控制車輛的各個部件的程序和各種數(shù)據(jù)。用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的控制的程序存儲在該ROM中。ROM可以是諸如EPROM的可重寫ROM。RAM提供用于由CPU 1b進(jìn)行運算的工作區(qū)域。從車輛的各個部件發(fā)送來的數(shù)據(jù)和發(fā)送給車輛的各個部件的控制信號臨時地存儲在RAM中。
發(fā)動機2例如是四沖程DOHC型汽油發(fā)動機。該發(fā)動機2包括進(jìn)氣凸輪軸5和廢氣凸輪軸6。進(jìn)氣凸輪軸5包括用于驅(qū)動進(jìn)氣閥3開啟和關(guān)閉的進(jìn)氣凸輪5a。廢氣凸輪軸6包括用于驅(qū)動廢氣閥4開啟和關(guān)閉的廢氣凸輪6a。這些進(jìn)氣和廢氣凸輪軸5和6通過定時帶(未圖示)連接到曲軸7。曲軸7每旋轉(zhuǎn)兩周這些凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周。
連續(xù)可變相位裝置10具有連續(xù)可變相位機構(gòu)11和油壓驅(qū)動部12。油壓驅(qū)動部12根據(jù)由ECU 1提供的指令值、利用油壓來驅(qū)動連續(xù)可變相位機構(gòu)11。由此，進(jìn)氣凸輪5a的實際相位CAIN可相對于曲軸7連續(xù)地超前或滯后。下面將參考圖2詳細(xì)地描述連續(xù)可變相位裝置10。
在進(jìn)氣凸輪軸5的端部設(shè)置有凸輪角度傳感器20。當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸5旋轉(zhuǎn)時，凸輪角度傳感器20每隔預(yù)定的凸輪角度(例如每隔1度)向ECU1輸出作為脈沖信號的CAM信號。
在發(fā)動機2的進(jìn)氣管15上設(shè)置有節(jié)氣門16。通過來自ECU 1的控制信號來控制節(jié)氣門16的開度。連接到節(jié)氣門16的節(jié)氣門開度傳感器(θTH)17向ECU 1提供與節(jié)氣門16的開度相對應(yīng)的電信號。
進(jìn)氣管壓力(Pb)傳感器18設(shè)置在節(jié)氣門16的下游。將Pb傳感器18檢測到的進(jìn)氣管壓力Pb發(fā)送給ECU 1。
還在進(jìn)氣管15內(nèi)為每個汽缸提供了燃油噴射閥19。從燃油箱(未示出)向燃油噴射閥19提供燃油，以根據(jù)來自ECU 1的控制信號來噴射燃油。
在發(fā)動機2內(nèi)設(shè)置有曲柄角度傳感器21。曲柄角度傳感器21根據(jù)曲軸7的旋轉(zhuǎn)向ECU 1輸出CRK信號和TDC信號。
CRK信號是每隔預(yù)定曲柄角度(例如30度)輸出的脈沖信號。ECU1根據(jù)CRK信號計算發(fā)動機2的轉(zhuǎn)速NE。ECU 1還根據(jù)CRK信號和CAM信號計算相位CAIN。TDC信號也是按照與活塞9的TDC位置相關(guān)聯(lián)的曲柄角度輸出的脈沖信號。
排氣管22連接在發(fā)動機2的下游側(cè)。發(fā)動機2通過排氣管22排出廢氣。設(shè)置在排氣管22中的催化劑裝置23對廢氣內(nèi)含有的有害成分(例如HC、CO、Nox)進(jìn)行凈化。
廣域空燃比(LAF)傳感器24設(shè)置在催化劑裝置23的上游。LAF傳感器24檢測從濃到稀的寬范圍的空燃比。將所檢測的空燃比發(fā)送給ECU 1。
O2(廢氣)傳感器25設(shè)置在催化劑裝置23的下游。O2傳感器25是二值型廢氣濃度傳感器。O2傳感器在空燃比高于理論空燃比時輸出高電平信號，并在空燃比低于理論空燃比時輸出低電平信號。將所輸出的電信號發(fā)送給ECU 1。
將發(fā)送給ECU 1的信號傳送到輸入接口1a。輸入接口1a將模擬信號值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號值。CPU 1b根據(jù)存儲器1c內(nèi)存儲的程序?qū)D(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理，并生成待傳送給車輛的致動器的控制信號。輸出接口1d將這些控制信號發(fā)送給節(jié)氣門16、油壓驅(qū)動部12、燃油噴射閥19和其他機械組件的致動器。
下面以連續(xù)可變相位裝置作為控制對象對根據(jù)本發(fā)明的控制方案進(jìn)行說明。
圖2示出了圖1所示的連續(xù)可變相位裝置10的示例。連續(xù)可變相位裝置10具有如上所述的連續(xù)可變相位機構(gòu)11和油壓驅(qū)動部12。
將來自ECU 1的指令值Vcain提供給螺線管31。根據(jù)指令值Vcain使螺線管31通電，隨后通過螺線管1驅(qū)動油壓滑閥32。油壓滑閥32通過泵34抽取油箱33中的工作油。
油壓滑閥32通過超前油路36a和滯后油路36b連接到連續(xù)可變相位機構(gòu)11。根據(jù)指令值Vcain，通過油壓滑閥32對提供給超前油路36a的工作油的油壓OP1和提供給滯后油路36b的工作油的油壓OP2進(jìn)行控制。
連續(xù)可變相位機構(gòu)11包括殼體41和葉片42。殼體41通過鏈輪和定時帶(均未圖示)連接到曲軸7。殼體41沿與曲軸7的旋轉(zhuǎn)相同的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
葉片42自插入到殼體41內(nèi)的進(jìn)氣凸輪軸5放射狀地延伸。葉片42容納在殼體41內(nèi)，使其可以在預(yù)定范圍內(nèi)相對于殼體41進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過葉片42將殼體41內(nèi)形成的扇狀空間劃分成三個超前室43a、43b和43c和三個滯后室44a、44b和44c。超前油路36a連接到三個超前室43a至43c。將油壓為OP1的工作油通過超前油路36a提供給超前室43a至43c。滯后油路36b連接到三個滯后室44a至44c。將油壓為OP2的工作油通過滯后油路36b提供給滯后室44a至44c。
當(dāng)油壓OP1和油壓OP2之差為零時，葉片42相對于殼體41不旋轉(zhuǎn)，從而維持相位值CAIN。當(dāng)根據(jù)來自ECU 1的指令值Vcain，油壓OP1大于油壓OP2時，葉片42相對于殼體41向超前側(cè)旋轉(zhuǎn)，從而使相位CAIN超前。當(dāng)根據(jù)來自ECU 1的指令值Vcain、油壓OP2大于油壓OP1時，葉片42相對于殼體41向滯后側(cè)旋轉(zhuǎn)，從而使相位CAIN滯后。
在這樣一種連續(xù)可變相位裝置中，在從泵出去的油壓中可能會出現(xiàn)變化，工作油的粘度可能會變化。葉片和殼體之間的間隙可能隨著時間而變化。出現(xiàn)這些狀況時，連續(xù)可變相位裝置的動作特性會發(fā)生變化。最好對相位CAIN進(jìn)行控制，使得相位CAIN針對連續(xù)可變相位裝置的特性變化穩(wěn)固地收斂于目標(biāo)值。
另外，相位CAIN相對于油壓的變動非線性地變化。使用Δ∑調(diào)制算法的控制對于具有這種非線性特性的系統(tǒng)來說是有效的。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于控制連續(xù)可變相位裝置10的控制裝置的框圖。該控制裝置包括控制器51和調(diào)制器52?？刂破?1和調(diào)制器52的功能可以在ECU 1內(nèi)實現(xiàn)。在一個實施例中，典型地，通過存儲在ECU 1的存儲器1c中的計算機程序來實現(xiàn)這些功能。另選地，也可以通過軟件、硬件、固件或其他任意組合來實現(xiàn)這些功能。
如上面所述，作為設(shè)備(控制對象)的連續(xù)可變相位裝置10的控制輸入Vcain是用于驅(qū)動螺線管31的指令值?？刂戚敵鯟AIN是進(jìn)氣凸輪5a相對于曲軸7的實際相位。
控制器51計算操作量Rcain，以使連續(xù)可變相位裝置10的輸出CAIN收斂于目標(biāo)值CAIN_cmd(更準(zhǔn)確地說，后述的修正后的目標(biāo)值CAIN_cmd_f)。優(yōu)選地，根據(jù)駕駛員要求的驅(qū)動力(典型地，由油門踏板的開度表示)和/或發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來設(shè)置目標(biāo)值CAIN_cmd。
在這一實施例中，控制器51通過執(zhí)行2自由度滑動模式控制來計算操作量Rcain。另選地，也可以使用其他控制方案來計算操作量Rcain。下面將描述2自由度滑動模式控制。
Δ∑調(diào)制器52接收操作量Rcain作為參考輸入。Δ∑調(diào)制器52使用ΔΣ調(diào)制算法來對參考輸入Rcain進(jìn)行調(diào)制。通過Δ∑調(diào)制算法，將參考輸入Rcain調(diào)制成具有切換特性的調(diào)制信號Vcain。調(diào)制信號Vcain是將施加給連續(xù)可變相位裝置10的控制輸入。根據(jù)調(diào)制信號Vcain的切換特性，精確地控制連續(xù)可變相位裝置10，使得控制量CAIN收斂于目標(biāo)值CAIN_cmd。
現(xiàn)在，將描述2自由度滑動模式控制?；瑒幽Ｊ娇刂剖悄軌蛑付刂屏渴諗克俣鹊捻憫?yīng)指定型控制。2自由度滑動模式控制是滑動模式控制的擴展。根據(jù)2自由度滑動模式控制，能夠分別指定當(dāng)施加干擾時控制量跟隨目標(biāo)值的速度和控制量收斂的速度。
如式(1)所示，2自由度滑動模式控制器51使用目標(biāo)值響應(yīng)指定參數(shù)POLE_f，將一階延遲濾波器(低通濾波器)應(yīng)用于目標(biāo)值CAIN_cmd。目標(biāo)值響應(yīng)指定參數(shù)POLE_f指定控制量跟隨目標(biāo)值的速度。優(yōu)選地，將其設(shè)置為滿足-1＜POLE_f＜0。k表示循環(huán)次數(shù)。
CAIN_cmd_f(k)＝-POLE_f·CAIN_cmd_f(k-1)+(1+POLE_f)·CAIN_cmd(k)(1)如式(1)所示，通過目標(biāo)值響應(yīng)指定參數(shù)POLE_f來確定目標(biāo)值CAIN_cmd_f的軌跡?？筛鶕?jù)為目標(biāo)值設(shè)置何種軌跡來指定控制量跟隨目標(biāo)值的速度?？刂破?1計算操作量Rcain，使得控制量CAIN收斂于如此通過響應(yīng)指定參數(shù)POLE_f修正后的目標(biāo)值CAIN_cmd_f。
控制器51定義如式(2)所示的切換函數(shù)σs。Ecain是實際相位CAIN和目標(biāo)值CAIN_cmd_f之間的偏差。切換函數(shù)σs規(guī)定偏差Ecain的收斂行為。POLE是用于指定施加干擾時可能出現(xiàn)的偏差Ecain的收斂速度的干擾抑制響應(yīng)指定參數(shù)。優(yōu)選地，將響應(yīng)指定參數(shù)POLE設(shè)置為滿足-1＜POLE＜0。
σs(k)＝Ecain(k)+POLE·Ecain(k-1) (2)其中，Ecain(k)＝CAIN(k)-CAIN_cmd_f(k-1)
如式(3)所示，控制器51確定控制信號，使得切換函數(shù)σs達(dá)到0。
σs(k)＝0 Ecain(k)＝-POLE·Ecain(k-1) (3)式(3)表示無輸入的一階延遲系統(tǒng)?；瑒幽Ｊ娇刂茖ζ頔cain，以便將該偏差限定在式(3)所示的一階延遲系統(tǒng)內(nèi)。
圖4示出了縱軸為Ecain(k)和橫軸為Ecain(k-1)的相位平面。在相位平面內(nèi)示出了由式(3)表達(dá)的切換線61。假設(shè)點62是狀態(tài)量(Ecain(k-1)，Ecain(k))的初始值，控制器51將該狀態(tài)值放在切換線61上，隨后將其約束在切換線61上。因而，由于該狀態(tài)量被約束在無輸入的一階延遲系統(tǒng)內(nèi)，所以狀態(tài)量隨著時間自動地收斂到相位平面的原點(即Ecain(k)＝0，Ecain(k-1)＝0)。通過將狀態(tài)量約束在切換線61上，狀態(tài)量可以在不受干擾影響的情況下收斂于原點。
參照圖5，標(biāo)號63、64和65表示當(dāng)干擾抑制響應(yīng)指定參數(shù)POLE分別取值為-1、-0.8或-0.5時偏差Ecain的收斂速度。隨著響應(yīng)指定參數(shù)POLE的絕對值減小，偏差Ecain的收斂速度加快。
控制器51計算簡易型等價控制輸入Rff、到達(dá)規(guī)則輸入Rrch、自適應(yīng)規(guī)則輸入Radp和阻尼器輸入Rdump，以確定操作量Rcain。
可根據(jù)等價控制輸入來計算簡易型等價控制輸入Rff。下面將簡要地描述等價控制輸入的計算。由于等價控制輸入是用于將狀態(tài)量約束在切換線上的輸入，所以等價控制輸入需要滿足式(4)。假設(shè)可以按式(5)對設(shè)備建模(其中a1、a2和b1是模型參數(shù))，則可以通過將式(5)代入式(4)推導(dǎo)出式(6)。
σs(k+1)＝σs(k) (4)CAIN(k+1)＝a1·CAIN(k)+a2·CAIN(k-1)+b1·Vcain(k) (5)Vcain(k)=1bI{(1-a1-POLE)CAIN(k)+(POLE-a2)CAIN(k-1)]]>←————————————————————————→(I)+CAIN_cmd_f(k)+(POLE-1)CAIN_cmd_f(k-1)-POLE·CAIN_cmd_f(k-2)}]]>←————————————————————————————————→(II)(6)由式(6)計算出的Vcain(k)是等價控制輸入。等價控制輸入具有用項(I)和項(II)表示的兩個函數(shù)。項(I)表示當(dāng)目標(biāo)值恒定時使?fàn)顟B(tài)量(CAIN(k)，CAIN(k-1))穩(wěn)定為目標(biāo)值的輸入。項(II)是當(dāng)目標(biāo)值變動時用于改善狀態(tài)量跟隨目標(biāo)值的性能的前饋輸入。將項(II)稱作簡易型等價控制輸入。在這個實施例中，實際上，并未使用如式(5)所示的模型表達(dá)式。在不使用模型表達(dá)式的情況下，僅可以使用項(II)的簡易型等價控制輸入來提高對目標(biāo)值的跟隨性能。式(7)表示簡易型等價控制輸入的計算表達(dá)式。
Rff(k)＝CAIN_cmd_f(k)+(POLE-1)·CAIN_cmd_f(k-1)-POLE·CAIN_cmd_f(k-2)(7)控制器51還根據(jù)式(8)計算到達(dá)規(guī)則輸入Rrch，根據(jù)式(9)計算自適應(yīng)規(guī)則輸入Radp，并根據(jù)式(10)計算阻尼器輸入Rdump。到達(dá)規(guī)則輸入Rrch是用于將狀態(tài)量置于切換線上的輸入，作為切換函數(shù)σs的比例項而計算。自適應(yīng)規(guī)則輸入Radp是用于在抑制穩(wěn)態(tài)偏差時將狀態(tài)量置于切換線上的輸入，作為切換函數(shù)σs的積分項而計算。阻尼器輸入Rdump是用于當(dāng)實際相位CAIN過度加速時使實際相位CAIN減速的輸入。Krch、Kadp和Kdump是通過模擬等預(yù)先確定的反饋增益。
Rrch(k)＝-Krch·σs(k) (8)Radp(k)=-Kadp·Σi=0kσs(k)---(9)]]>Rdump(k)＝-Kdump·(CAIN(k)-CAIN(k-1)) (10)如式(11)所示，控制器51計算簡易型等價控制輸入Rff、到達(dá)規(guī)則輸入Rrch、自適應(yīng)規(guī)則輸入Radp和阻尼器輸入Rdump之和以確定操作量Rcain。將該操作量Rcain作為參考信號輸入到Δ∑調(diào)制器52內(nèi)。
Rcain(k)＝Rff(k)+Rrch(k)+Radp(k)+Rdump(k) (11)圖6示出了Δ∑調(diào)制器52的詳細(xì)功能框圖。如式(12)所示，由限幅器71對從控制器51接收到的參考信號Rcain進(jìn)行限幅處理。通過函數(shù)Lim()將參考信號Rcain限制在下限值(例如2V)和上限值(例如+7V)的范圍內(nèi)。
r1(k)＝Lim(Rcain(k)) (12)如果不提供限幅器71，則相位CAIN可能顯示出在控制器的控制周期內(nèi)不能觀察到的急劇變化。為了防止這樣一種不可控制的狀況，提供限幅器71。
如式(13)所示，從限幅器71的輸出信號r1中減去從自適應(yīng)偏移發(fā)生器80接收到的自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。
r2(k)＝r1(k)-Vcain_oft_adp(k) (13)減法器73計算通過偏移處理獲得的信號r2(k)和由延遲單元75延遲的調(diào)制信號u”(k-1)之間的偏差δ(k)，如式(14)所示。積分器74將該偏差信號δ(k)和由延遲單元76延遲的偏差δ的積分值σ(k-1)進(jìn)行相加，以確定偏差積分值σ(k)，如式(15)所示。
δ(k)＝r2(k)-u″(k-1)(14)σ(k)＝σ(k-1)+δ(k) (15)非線性函數(shù)部77對該偏差積分值σ(k)進(jìn)行編碼，以輸出調(diào)制信號u”(k)，如式(16)所示。通過將非線性函數(shù)fnl()應(yīng)用于偏差積分值σ(k)來執(zhí)行編碼，如式(17)所示。當(dāng)積分值σ(k)等于或大于零時，非線性函數(shù)部77輸出值為+R的信號。當(dāng)偏差積分值σ(k)小于零時，非線性函數(shù)部77輸出值為-R的信號。設(shè)置R使其值大于參考信號r2可以取得的最大絕對值。另選地，當(dāng)偏差積分值σ等于零時，非線性函數(shù)部77可以輸出值為零的信號。
u″(k)＝fbl(σ(k)) (16)fnl():σ≥0→fnl(σ)=Rσ<0→fnl(σ)=-R---(17)]]>其中R＞|r2|的最大值。
在典型的Δ∑調(diào)制器中，使用輸出±1的編碼函數(shù)來替換非線性函數(shù)fnl()。當(dāng)在|r2|≥1的情況下使用這樣一種編碼函數(shù)時，可以生成保持為最大值或最小值的調(diào)制信號u”。如果調(diào)制信號保持為最大值或最小值的頻率很高，則控制精確度可能惡化。當(dāng)信號r2超過反饋回減法器73的調(diào)制信號u”的絕對值(即值1)時，出現(xiàn)這樣一種保持狀態(tài)。在本實施例中，引入非線性函數(shù)fnl()，以便調(diào)制信號u”的絕對值并不為1，而具有一大于信號r2可以取得的最大值的值R。因而，即使當(dāng)信號r2的絕對值等于或大于1時，也能夠避免調(diào)制信號u”的保持狀態(tài)。
放大器78如式(18)所示對調(diào)制信號u”(k)進(jìn)行放大，以生成經(jīng)放大的調(diào)制信號u(k)。F是用于調(diào)整調(diào)制信號Vcain的振幅的增益(例如1)。
u(k)＝F·u″(k)(18)如式(19)所示，將從自適應(yīng)偏移發(fā)生器80接收到的自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp與經(jīng)放大的調(diào)制信號u(k)相加，以確定將施加給設(shè)備的調(diào)制信號Vcain。
Vcain(k)＝u(k)+Vcain_oft_adp(k) (19)將描述引入自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adt的減法和加法處理(圖6中的標(biāo)號72和79)的原因。為了改善相位CAIN的控制精度，優(yōu)選地，將控制輸入Vcain生成為取得最大值的頻度和將控制輸入Vcain生成為采取最小值的頻度幾乎是相同的(即分別為50％)。然而，實際上，因為控制輸入Vcain具有正值，所以由控制器51計算的參考信號Rcain具有正值。因此，如圖7(a)所示，將調(diào)制信號u”輸出為取得最大值的頻度較高。
在本實施例中，如式(13)所示，加法器72從參考信號Rcain(更準(zhǔn)確地說，在限幅處理之后獲得的信號r1)中減去自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。通過這一偏移處理，將調(diào)制信號u”生成為采取最大值的頻度和將調(diào)制信號u”生成為采取最小值的頻度幾乎相同，如圖7(b)所示。如式(19)所示，當(dāng)對將輸入給設(shè)備的控制輸入Vcain進(jìn)行計算時，通過加法器79來相加自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。
以前，由加法器72和79使用的偏移值是固定值。相反地，根據(jù)本發(fā)明，使偏移值適應(yīng)于參考信號Rcain。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖6所示，提供自適應(yīng)偏移發(fā)生器80以計算適應(yīng)于參考信號Rcain的偏移值Vcain_oft_adp。
對自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp進(jìn)行計算，以跟隨參考信號Rcain。通過在加法器72中從參考信號Rcain(k)中減去自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp(k)，將調(diào)制信號u(k)生成為使最大值的頻度和最小值的頻度相等的切換信號(參見圖7)。
通過在加法器79中將自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp(k)和調(diào)制信號u(k)進(jìn)行相加，調(diào)制信號u(k)的振幅中心值變成等于Vcain_oft_adp(k)。因而，調(diào)制信號Vcain在相對于中心值Vcain_off_adp的正值和負(fù)值之間切換。通過非線性函數(shù)fnl中R的值和放大器78的增益F確定調(diào)制信號Vcain的振幅。
因此，由于將自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp生成為跟隨參考信號Rcain，所以還生成調(diào)制信號Vcain以跟隨參考信號Rcain。
將參考圖8描述使用自適應(yīng)偏移值實現(xiàn)的效果。在時刻t1，在參考信號Rcain中出現(xiàn)臺階狀的變化。計算自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp以具有某個響應(yīng)延時地跟隨參考信號Rcain。調(diào)制信號Vcain是具有相對于自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp從-R×F延伸到+R×F的振幅D的切換信號(如上面所描述的，R表示非線性函數(shù)77的參數(shù)，F(xiàn)表示放大器78的增益)。
由于對作為自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp的調(diào)制信號Vcain的中心值進(jìn)行了計算，以跟隨參考信號Rcain的變動，所以參考信號Rcain并不偏離調(diào)制信號Vcain的振幅D。因此，能夠適當(dāng)?shù)乜刂葡辔籆AIN以跟隨目標(biāo)值CAIN_cmd(在圖中，由于相位CAIN和目標(biāo)值CAIN_cmd相互重疊，所以將它們表示為一條線)。
根據(jù)參考信號Rcain的變動自動地調(diào)整自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。因此，即使當(dāng)由于發(fā)熱而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩特性變化和/或由于連續(xù)可變相位裝置10的變動和老化而導(dǎo)致的摩擦特性變化使參考信號Rcain變動時，相位CAIN也能夠精確地收斂于目標(biāo)值CAIN_cmd。
由于對偏移值Vcain_oft_adp進(jìn)行了計算，以適應(yīng)于參考信號Rcain，因此不需要放大調(diào)制信號的振幅D以包含參考信號Rcain的最大值和最小值。由于不需要放大施加給設(shè)備的調(diào)制信號Vcain的振幅，所以能夠避免使設(shè)備的控制輸出或相位CAIN不穩(wěn)定。
圖9是自適應(yīng)偏移發(fā)生器80的框圖。從限幅器71(圖6)的輸出信號r1中減去預(yù)定基準(zhǔn)偏移值Vcain_oft以生成信號r3。非線性函數(shù)部82將非線性函數(shù)Tnl應(yīng)用于信號r3，如式(20)所示。
r_tnl(k)=Vcain_oft_adp′(k-1)+Eps(r3(k)>Vcain_oft_adp′(k-1)+Eps)r3(Vcain_oft_adp′(k-1)-Eps≤r3(k)≤Vcain_oft_adp′(k-1)+Eps)Vcain_oft_adp′(k-1)-Eps(r3(k)<Vcain_oft_adp′(k-1)-Eps)---(20)]]>
當(dāng)信號r3處于(Vcain_oft_adp’(k-1)-Eps(k))到(Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps(k))的范圍內(nèi)時，函數(shù)Tnl輸出信號r3。當(dāng)信號r3超過該范圍的上限值(Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps(k))時，輸出該上限值。當(dāng)信號r3低于下限值(Vcain_oft_adp’(k-1)-Eps(k))時，輸出該下限值。因而，將信號r3控制為保持在預(yù)定的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，前一偏移值Vcain_oft_adp(k-1)(更準(zhǔn)確地說，從前一自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp(k-1)中減去基準(zhǔn)偏移值Vcain_oft而獲得的Vcain_oft_adp’)定位在該范圍的中心。
如果在信號r3內(nèi)出現(xiàn)可能偏離上述范圍的脈沖行為，則自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp也可以顯示脈沖行為?？梢酝ㄟ^施加函數(shù)Tnl來避免在自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp中出現(xiàn)這樣的脈沖狀態(tài)。
通過放大器83、加法器84、延遲單元85和放大器86構(gòu)成非線性濾波器。該非線性濾波器對由非線性函數(shù)部82生成的信號r_tnl進(jìn)行濾波，以輸出偏移修正量Vcain_oft_adp”，如式(21)所示。G表示濾波器系數(shù)，并將其設(shè)置為滿足0＜G＜1。
Vcain_oft_adp″(k)＝(1-G)·Vcain_oft_adp′(k-1)+G·r_tnl(k) (21)當(dāng)控制輸出CAIN的目標(biāo)值變得恒定時，在控制輸出中可能出現(xiàn)“波動”。當(dāng)由于噪聲和/或突發(fā)干擾在參考信號Rcain內(nèi)發(fā)生瞬間變動時，由于調(diào)制信號中心值的大變化導(dǎo)致這種“波動”。式(21)所示的濾波處理能夠抑制由于這種條件在控制輸出內(nèi)出現(xiàn)的“波動”。
限幅器87根據(jù)式(22)限制偏移修正量Vcain_oft_adp”。通過函數(shù)Lim’()將偏移修正量Vcain_oft_adp”限制在下限值(例如-0.5V)和上限值(例如+3V)之間的范圍內(nèi)。設(shè)置限幅器87的原因與上述限幅器71的相同。
Vcain_oft_adp′(k)＝Lim′(Vcain_oft_adp″(k)) (22)加法器88將基準(zhǔn)偏移值Vcain_oft與經(jīng)限幅的偏移修正量Vcain_oft_adp’進(jìn)行相加，以計算自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp，如式(23)所示。
Vcain_oft_adp(k)＝Vcain_oft_adp′(k)+Vcain_oft (23)
因而，計算了與參考信號Rcain和基準(zhǔn)偏移值Vcain_off之間差值相對應(yīng)的自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。通過這種計算，自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp跟隨參考信號Rcain的變化。
參照圖10，將描述與自適應(yīng)偏移發(fā)生器相關(guān)的各種參數(shù)的狀態(tài)和通過引入非線性函數(shù)Tnl實現(xiàn)的效果。
圖10(a)圖示通過限幅器71進(jìn)行限幅處理后的信號r1。在信號r1中出現(xiàn)了急劇變化(如由標(biāo)號91和92所表示的)。這意味著這樣的急劇變化包含在參考信號Rcain內(nèi)。
如果未引入非線性函數(shù)Tnl，則由于將自適應(yīng)偏移值計算為跟隨信號r1，所以信號r1內(nèi)的這種急劇變化可能將反映在自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp內(nèi)。自適應(yīng)偏移值中的這種急劇變化可能導(dǎo)致調(diào)制信號Vcain中的急劇變化，這最終會導(dǎo)致控制輸出CAIN的不穩(wěn)定性。通過引入非線性函數(shù)Tnl，能夠計算自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp，以使得自適應(yīng)偏移值不會跟隨信號r1中的這種急劇變化(如由標(biāo)號91和92所表示的)。
圖10(b)示出了通過從信號r1中減去基準(zhǔn)偏移值Vcain_off而獲得的信號r3。如用線r_tnl所表示的，通過非線性函數(shù)Tnl將信號r3限制在預(yù)定范圍內(nèi)(從Vcain_oft_adp’(k-1)-Eps到Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps)，其中Vcain_off_adp’(k-1)定位在該范圍的中心位置上。如時刻t1所示，當(dāng)信號r3顯示脈沖狀態(tài)，并由此超出該預(yù)定范圍時，將信號r3限制到該預(yù)定范圍的上限值(Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps)。如時刻t2所示，當(dāng)信號r3急劇變化，并由此超出該預(yù)定范圍時，將信號r3限制到該預(yù)定范圍的上限值(Vcain_oft_adp’(k-1)+Eps)。
由于將非線性函數(shù)部82的輸出信號r_tnl確定為限制在預(yù)定范圍內(nèi)，所以根據(jù)輸出信號r_nl計算出的值Vcain_oft_adp’平滑地變動，如圖10(b)所示。通過將基準(zhǔn)偏移值Vcain_oft與值Vcain_oft_adp’相加，確定出自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp，如圖10(a)所示?？梢钥闯鲇嬎懔俗赃m應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp，使得自適應(yīng)偏移值并不跟隨信號r1中的急劇變化(如由標(biāo)號91和92所表示的)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制流程。以預(yù)定的時間間隔執(zhí)行該控制流程。該控制流程可以由ECU 1執(zhí)行。典型地，通過存儲在ECU 1的存儲器1c中的程序來執(zhí)行該控制流程。
在步驟S1，判斷連續(xù)可變相位裝置10是否正常?？梢酝ㄟ^使用任一種合適的技術(shù)來檢測連續(xù)可變相位裝置的異常(例如故障等)。如果在連續(xù)可變相位裝置10中檢測到異常，則在步驟S2將控制輸入Vcain設(shè)置為0。在該實施例中，將連續(xù)可變相位裝置10配置為，使得當(dāng)控制輸入Vcain為0時進(jìn)氣凸輪軸的實際相位CAIN是最滯后的。
如果在步驟S1判定連續(xù)可變相位裝置10正常，則判斷發(fā)動機是否處于啟動中(S3)。如果發(fā)動機處于啟動中，則在步驟S4中，在目標(biāo)值CAIN_cmd中設(shè)置預(yù)定值CAIN_cmd_st。將預(yù)定值CAIN_cmd_st設(shè)置得略微超前(例如當(dāng)假設(shè)最滯后的相位是0度時為大約10度)，從而提高了缸內(nèi)流動。
如果發(fā)動機不處于啟動中，則在步驟S5中根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE來參考一個映射圖，以確定目標(biāo)值CAIN_cmd。在圖12中示出了映射表的一個示例。當(dāng)轉(zhuǎn)速NE越高時，將目標(biāo)值CAIN_cmd設(shè)置得越滯后。此外，當(dāng)要求驅(qū)動力(典型地用油門踏板的開度表示)增大時，將目標(biāo)值CAIN_cmd設(shè)置得越滯后。在該實施例中，當(dāng)發(fā)動機負(fù)載較低時，通過使殘留在發(fā)動機汽缸內(nèi)的氣體燃燒來降低發(fā)動機的驅(qū)動力。因此，當(dāng)發(fā)動機負(fù)載較低時，將相位CAIN設(shè)置得超前。隨著將相位設(shè)置得越超前，廢氣和進(jìn)氣閥都開啟的重疊時間越長，從而增加了用于燃燒的殘留汽油。
在步驟S6中，通過使用上述Δ∑調(diào)制算法來計算控制輸入Vcain。
在一另選實施例中，可以使用∑Δ調(diào)制算法或Δ調(diào)制算法來替代Δ∑調(diào)制算法。在圖13中示出了使用∑Δ調(diào)制算法的調(diào)制器的功能框圖。在式(24)至(31)中示出了由∑Δ調(diào)制算法執(zhí)行的計算。根據(jù)如上文參照圖9描述的方法計算自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。
r1(k)＝Lim(Rcain(k)) (24)r2(k)＝r1(k)-Vcain_oft_adp(k)(25)σr(k)＝σr(k-1)-r2(k) (26)σu(k)＝σu(k-1)-u″(k-1)(27)δ(k)＝σr(k)-σu(k) (28)u″(k)＝fnl(δ(k)) (29)u(k)＝F·u″(k) (30)Vcain(k)＝u(k)+Vcain_oft_adp(k) (31)在圖14中示出了使用Δ調(diào)制算法的調(diào)制器的功能框圖。在式(32)至(38)中示出了通過Δ調(diào)制算法執(zhí)行的計算。根據(jù)以上參考圖9描述的方法計算自適應(yīng)偏移值Vcain_oft_adp。
r1(k)＝Lim(Rcain(k)) (32)r2(k)＝r1(k)-Vcain_oft_adp(k) (33)σu(k)＝σu(k-1)+u″(k-1) (34)δ(k)＝r2(k)-σu(k)(35)u″(k)＝fnl(δ(k)) (36)u(k)＝F·u″(k)(37)Vcain(k)＝u(k)+Vcain_oft_adp(k)(38)上面已經(jīng)對優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明。應(yīng)當(dāng)指出可以通過與上述控制進(jìn)氣凸輪軸的相位類似的方式來控制廢氣凸輪軸的相位。
另外，可以使用不同于2自由度滑動模式的其它響應(yīng)指定型控制(例如后步進(jìn)(back-stepping)控制)?？梢允褂弥T如H∞控制或最優(yōu)控制等其他控制方案來計算操作量Rcain。
根據(jù)本發(fā)明的控制方案可以應(yīng)用于各種控制對象。應(yīng)當(dāng)指出根據(jù)本發(fā)明的控制方案并不限制于車輛的內(nèi)燃機。
在一個實施例中，控制對象是從用于控制發(fā)動機的空燃比的控制機構(gòu)延伸到設(shè)置在排氣管中的廢氣傳感器(例如圖1中所示的O2傳感器)的系統(tǒng)。在這種情況下，控制器對用于控制發(fā)動機的空燃比以使廢氣傳感器的輸出收斂于目標(biāo)值的操作量進(jìn)行計算。該操作量例如是提供給內(nèi)燃機的燃油量。控制機構(gòu)驅(qū)動燃油噴射閥19(圖1)，從而將由此計算出的燃油量提供給發(fā)動機。因而，適當(dāng)?shù)乜刂屏藘?nèi)燃機的空燃比。
在另一實施例中，控制對象是用于可變地控制發(fā)動機的進(jìn)氣閥和/或廢氣閥的提升量的致動器。控制器計算操作量，以使得該閥的提升量收斂于目標(biāo)值。致動器根據(jù)操作量改變閥的提升量。由此，能夠適當(dāng)?shù)乜刂七M(jìn)入發(fā)動機的空氣量。
本發(fā)明可以應(yīng)用于通用內(nèi)燃機(例如船外機等)。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，包括控制器，用于計算用于操作控制對象的操作量，以使該控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值；和調(diào)制器，用于使用Δ∑調(diào)制算法、∑Δ調(diào)制算法和Δ調(diào)制算法中的一種對所述操作量進(jìn)行調(diào)制，以生成施加給所述控制對象的調(diào)制信號，所述調(diào)制器進(jìn)一步將所述調(diào)制信號生成為，使得所述調(diào)制信號的振幅的中心值跟隨所述操作量的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述調(diào)制器還包括自適應(yīng)偏移發(fā)生器，用于根據(jù)所述操作量來生成自適應(yīng)偏移值；并且所述調(diào)制器將所述調(diào)制信號生成為，使得所述自適應(yīng)偏移值成為所述調(diào)制信號的振幅的中心值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中所述自適應(yīng)偏移發(fā)生器還包括濾波器，用于對所述操作量進(jìn)行濾波，以抑制所述自適應(yīng)偏移值的急劇變化；并且所述自適應(yīng)偏移發(fā)生器根據(jù)所述濾波器的輸出來生成所述自適應(yīng)偏移值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其中所述自適應(yīng)偏移發(fā)生器還包括用于將所述操作量限制在預(yù)定范圍內(nèi)的單元；所述濾波器對經(jīng)限制的操作量進(jìn)行濾波；并且所述預(yù)定范圍是根據(jù)所述自適應(yīng)偏移值的過去值而確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述控制對象是用于改變內(nèi)燃機凸輪相位的相位機構(gòu)；所述控制對象的輸出是所檢測的所述凸輪的相位；并且所述相位機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動所述凸輪的相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述控制對象是用于改變內(nèi)燃機閥門的提升量的提升機構(gòu)；所述控制對象的輸出是所檢測的所述閥門的提升量；并且所述提升機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動所述閥門的提升量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述控制對象是從用于控制內(nèi)燃機的空燃比的控制機構(gòu)延伸到設(shè)置在該內(nèi)燃機的排氣管內(nèi)的廢氣傳感器的系統(tǒng)；所述控制對象的輸出是所述廢氣傳感器的輸出；并且所述控制機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動該內(nèi)燃機的空燃比。
8.一種對控制對象進(jìn)行控制的方法，所述方法包括以下步驟計算用于操作控制對象的操作量，以使該控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值；使用Δ∑調(diào)制算法、∑Δ調(diào)制算法和Δ調(diào)制算法中的一種來對所述操作量進(jìn)行調(diào)制；以及通過對所述操作量進(jìn)行的調(diào)制，生成施加給所述控制對象的調(diào)制信號，以使所述調(diào)制信號的振幅的中心值跟隨所述操作量的變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括根據(jù)所述操作量來生成自適應(yīng)偏移值的步驟，其中所述生成調(diào)制信號的步驟包括將所述調(diào)制信號生成為使得所述自適應(yīng)偏移值成為所述調(diào)制信號的振幅的中心值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括對所述操作量進(jìn)行濾波以抑制所述自適應(yīng)偏移值的急劇變化的步驟，其中所述生成自適應(yīng)偏移值的步驟包括根據(jù)所述濾波的輸出來生成所述自適應(yīng)偏移值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括將所述操作量限制在預(yù)定范圍內(nèi)的步驟，其中所述濾波步驟包括對所述經(jīng)限制的操作量進(jìn)行濾波；并且所述預(yù)定范圍是根據(jù)所述自適應(yīng)偏移值的過去值來確定的。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述控制對象是用于改變內(nèi)燃機凸輪相位的相位機構(gòu)；所述控制對象的輸出是所檢測的所述凸輪的相位；并且所述方法還包括由所述相位機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動所述凸輪相位的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述控制對象是用于改變內(nèi)燃機閥門的提升量的提升機構(gòu)；所述控制對象的輸出是所檢測的所述閥門的提升量；和所述方法還包括由所述提升機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動所述閥門的提升量的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述控制對象是從用于控制內(nèi)燃機的空燃比的控制機構(gòu)延伸到設(shè)置在該內(nèi)燃機的排氣管內(nèi)的廢氣傳感器的系統(tǒng)；所述控制對象的輸出是所述廢氣傳感器的輸出；并且所述方法還包括由所述控制機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)制信號來變動該內(nèi)燃機的空燃比的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使用Δ∑調(diào)制算法來控制設(shè)備的控制裝置。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是使得在施加給控制對象的操作量發(fā)生了變動時，也可以對該操作量進(jìn)行適當(dāng)?shù)摩ぁ普{(diào)制，以將該調(diào)制后的操作量施加給控制對象。本發(fā)明的控制裝置包括控制器，用于計算用于操作控制對象的操作量，以使該控制對象的輸出收斂于目標(biāo)值；和調(diào)制器，用于使用Δ∑調(diào)制算法、∑Δ調(diào)制算法和Δ調(diào)制算法中的一種對所述操作量進(jìn)行調(diào)制，以生成施加給所述控制對象的調(diào)制信號。所述調(diào)制器進(jìn)一步將所述調(diào)制信號生成為，使得所述調(diào)制信號的振幅的中心值跟隨操作量的變化。因而，即使當(dāng)操作量變動時也能夠生成無任何損失地反映所述操作量的調(diào)制信號。
文檔編號F02D35/00GK1667530SQ20051005370
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者安井裕司 申請人:本田技研工業(yè)株式會社