プラントの制御装置
【課題】複数の制御入力と複数の制御量との間に存在する相互干渉を解消しながら、複数の制御量を制御する場合において、制御性および制御精度を向上させることができるプラントの制御装置を提供する。
【解決手段】制御入力としてのＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としてのＰＢ，Ｇｃｙｌとの間に相互干渉が存在するプラント９０の制御装置１は、プラント９０を離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル（式（２０））に基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズム（式（２）〜（８））と所定の非干渉制御アルゴリズム式（９）とを組み合わせた所定の制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、ＰＢ，Ｇｃｙｌを目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような２つの非干渉化入力として算出する。
【解決手段】制御入力としてのＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としてのＰＢ，Ｇｃｙｌとの間に相互干渉が存在するプラント９０の制御装置１は、プラント９０を離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル（式（２０））に基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズム（式（２）〜（８））と所定の非干渉制御アルゴリズム式（９）とを組み合わせた所定の制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、ＰＢ，Ｇｃｙｌを目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような２つの非干渉化入力として算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、研磨用ロボットを制御する制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、スライディングモード制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせたスライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、以下のように研磨用ロボットが制御される。
【０００３】
まず、研磨用ロボットを含む研磨装置を、研磨用ロボットのｘ方向およびｙ方向への駆動力ｆｍｘ，ｆｍｙを２つの制御入力とし、ワークのｘ方向およびｙ方向の位置Ｐｘ，Ｐｙを２つの制御量とするとともに、これらの２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に相互干渉が存在するプラントとして見なす。次いで、プラントモデルとして、制御入力ｆｍｘと制御量Ｐｘとの関係を表す連続時間系モデルと、制御入力ｆｍｙと制御量Ｐｙとの関係を表す連続時間系モデルとを用いる。
【０００４】
そして、制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙは、スライディングモード制御アルゴリズムにより、制御量Ｐｘ，Ｐｙが２つの目標値にそれぞれ収束するように決定されると同時に、非干渉制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に存在する相互干渉を解消するように決定される。すなわち、スライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に存在する相互干渉を解消しながら、制御量Ｐｘ，Ｐｙが２つの目標値にそれぞれ収束するように、制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙが決定され、それにより、研磨用ロボットが制御される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０１６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の制御装置では、プラントモデルとして連続時間系モデルを用いているので、そのプラントモデルのモデルパラメータを、プラントの実験データから直接同定することは困難である。そのため、具体的な同定手法としては、連続時間系モデルを離散時間系モデルに近似変換し、それに基づいてモデルパラメータを同定しなければならないので、そのような近似変換により、モデルパラメータの同定精度が低下してしまう。さらに、離散時間系モデルを連続時間系モデルに再度、近似変換しなければならないので、そのような２回の近似変換の使用により、プラントモデルのモデル化誤差も増大してしまう。その結果、制御の安定余裕を確保するために、コントローラゲインを低く抑える必要が生じ、制御性および制御精度の低下を招くという問題がある。
【０００７】
これに加えて、連続時間系モデルを用いた場合、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いることになるので、制御周期が短くなると、そのような微分値は制御量の変化速度を示すことがなくなり、ノイズ成分に近い状態となってしまう。その結果、スライディングモード制御の特長であるロバスト性が失われてしまい、制御性および制御精度がさらに低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御入力と複数の制御量との間に存在する相互干渉を解消しながら、複数の制御量を制御する場合において、制御性および制御精度を向上させることができるプラントの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１，１Ａ〜１Ｃであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標値算出部１００，４００）と、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム［式（２）〜（９），（４１）〜（５０），（６４），（６６）〜（７４）］により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、応答指定型コントローラ１０１、２自由度応答指定型コントローラ２０１，３０１，４０１、非干渉化コントローラ１０２，２０２，３０２，４０２）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このプラントの制御装置によれば、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出されるので、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、複数の非干渉化入力の算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、スライディングモード制御などの応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１Ａ〜１Ｃであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標値算出部１００，４００）と、プラントをモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム［式（４１）〜（５０），（６４），（６６）〜（７５）］により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ２０１，３０１，４０１、非干渉化コントローラ２０２，３０２，４０２）と、を備え、所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズム［式（４８）〜（４９），（７３）〜（７４）］と所定のフィードバック制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７），（６６）〜（７２）］とを組み合わせたアルゴリズムであることを特徴とする。
【００１２】
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。この所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであるので、複数の非干渉化入力を、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、所定の目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値に対する応答性が緩やかになる値として算出することができる。これにより、複数の非干渉化入力を、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出でき、その結果、非干渉制御アルゴリズムの誤差に起因して、制御量と目標値との偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができ、制御性および制御精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のプラントの制御装置１Ａ〜１Ｃにおいて、所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする。
【００１４】
このプラントの制御装置によれば、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた２自由度制御アルゴリズムにより、複数の入力値が算出されるので、一般的なフィードバック制御アルゴリズムと目標値フィルタアルゴリズムとを組み合わせた２自由度制御アルゴリズムを用いた場合と比べて、制御量と目標値との偏差の挙動を指数関数的なより穏やかなものにすることができるとともに、外乱抑制能力をより高めることができる。それにより、制御量と目標値との偏差を抑制する能力をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のプラントの制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、プラントモデル［式（１９），（１００）］は、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆ，Ｒｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数（エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、バルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴ、排気管内圧Ｐｅｘ）の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
このプラントの制御装置によれば、プラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力が、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１Ｂ，１Ｃであって、プラントをモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の非干渉制御アルゴリズム［式（６４），（７５）］を含む所定の制御アルゴリズム［式（４１）〜（４９）,（６４），式（６６）〜（７５）］により、複数の制御入力を、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ３０１，４０１、非干渉化コントローラ３０２，４０２）を備え、プラントモデルは、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆ，Ｒｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数（エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、バルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴ、排気管内圧Ｐｅｘ）の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。このプラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出され、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのようなモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載のプラントの制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）は、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ，Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅを算出し、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値（修正項ｄＦｔｈ＿ｈａｔ,ｄＦｌｆ＿ｈａｔ,ｄＲｃｐ＿ｈａｔ,ｄＳｃｐ＿ｈａｔ,ｄＨｅｇ＿ｈａｔ）を算出するとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする。
【００２０】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントでは、複数の制御入力および複数の制御量は、複雑な相互干渉関係となっているのが一般的であり、そのため、請求項４または５の制御装置のように、非干渉化パラメータを逐次同定する場合、同定の開始直後で、モデル化誤差が大きい状態にあるときには、そのような傾向が顕著になることで、非干渉化パラメータが誤同定されるおそれがある。これに対して、このプラントの制御装置によれば、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値が算出され、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値が算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータが同定される。そのため、同定の開始直後、複数の非干渉化パラメータがその基準値に近い値として同定されることにより、誤同定を回避することができ、同定精度を向上させることができる。また、例えば、所定の忘却効果を補正項に付加した場合、複数の非干渉化パラメータが基準値近傍に拘束されるような状態で同定されるので、複数の非干渉化パラメータが誤った組み合わせの値として同定されるのを防止でき（すなわち、非干渉化パラメータのドリフトを防止でき）、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のプラント９０の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、複数の制御量は、内燃機関３の吸気通路内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）および吸入空気量Ｇｃｙｌであり、複数の制御入力は、内燃機関３のスロットル弁開度ＴＨを制御するための値（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄ）、および内燃機関３の吸気弁４のリフトＬｉｆｔｉｎを制御するための値（目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。
【００２２】
このプラントの制御装置によれば、吸気弁のリフトを制御するための値およびスロットル弁開度を制御するための値が、これらと内燃機関の吸気管内圧および吸入空気量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、吸気管内圧および吸入空気量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、通常は、吸気管内圧の負圧化度合いを抑制することにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることができるとともに、ブレーキ圧制御および蒸発燃料制御（パージ制御）などで要求される吸気管内の負圧を、必要に応じて適切に確保することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置１Ｃにおいて、複数の制御量は、内燃機関３の吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒであり、複数の制御入力は、内燃機関３の過給圧ＰＢを制御するための値（目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄ）、および内燃機関３のＥＧＲ量を制御するための値（目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。
【００２４】
このプラントの制御装置によれば、過給圧を制御するための値およびＥＧＲ量を制御するための値が、これらと内燃機関の過給圧およびＥＧＲ量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、過給圧およびＥＧＲ量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、ＥＧＲ制御により、燃費および排ガス特性をいずれも良好な状態に保持できると同時に、過給圧制御により、要求駆動力を発生するための吸入空気量を自在かつ高い応答性で確保することができる。その結果、良好な燃費および排ガス特性と、良好な運転性とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、可変機構制御処理などの制御処理を実行する。
【００２６】
図１および図３に示すように、エンジン３は、４組のシリンダ３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。エンジン３は、シリンダ３ａごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁４および排気弁７と、吸気弁４駆動用の吸気カムシャフト５および吸気カム６と、吸気弁４を開閉駆動する可変式吸気動弁機構４０と、排気弁７駆動用の排気カムシャフト８および排気カム９と、排気弁７を開閉駆動する排気動弁機構７０などを備えている。
【００２７】
吸気弁４は、そのステム４ａがガイド４ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド４ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、吸気弁４は、図４に示すように、上下のスプリングシート４ｃ，４ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング４ｅとを備えており、このバルブスプリング４ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００２８】
また、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト５は、その一端部に吸気スプロケット（図示せず）が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト（図示せず）を介して、クランクシャフト３ｄに連結されている。これにより、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。
【００２９】
さらに、可変式吸気動弁機構４０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って、各シリンダ３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁４のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁４の最大揚程を表すものとする。
【００３０】
一方、排気弁７は、そのステム７ａがガイド７ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド７ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、排気弁７は、上下のスプリングシート７ｃ，７ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング７ｅとを備えており、このバルブスプリング７ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００３１】
また、排気カムシャフト８は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結されており、それにより、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。
【００３２】
さらに、排気動弁機構７０は、ロッカアーム７１を備えており、このロッカアーム７１が排気カム９の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング７ｅの付勢力に抗しながら、排気弁７を開閉駆動する。
【００３３】
また、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。
【００３４】
一方、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック３ｅに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック３ｅ内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３５】
また、エンジン３の吸気管１０には、上流側から順に、エアフローセンサ２２、スロットル弁機構１１、スロットル弁開度センサ２３、吸気管内圧センサ２４および燃料噴射弁１２などが設けられている。このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気管１０内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｑｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この空気流量Ｑｉｎに基づき、後述するように、シリンダ３ａ内に実際に吸入されると推定される吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。
【００３６】
スロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気管１０の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸入空気量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの開度制御入力Ｕｔｈによって駆動されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。
【００３７】
また、スロットル弁１１ａには、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられている。これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁１１ａは、後述するように、開度制御入力Ｕｔｈが値０に設定されているときや、開度制御入力ＵｔｈがＴＨアクチュエータ１１ｂに入力されていないときには、所定の初期開度に保持される。この初期開度は、全閉状態に近い値であって、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量を確保できる値（例えば６゜）に設定されている。
【００３８】
さらに、吸気管１０のスロットル弁１１ａの近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２３が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、スロットル弁１１ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００３９】
一方、吸気管１０のスロットル弁１１ａよりも下流側の部分は、サージタンク１０ａになっており、このサージタンク１０ａに、吸気管内圧センサ２４および吸気温センサ２５が設けられている。
【００４０】
吸気管内圧センサ２４は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管１０内の圧力（以下「吸気管内圧」という）ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、吸気管内圧ＰＢ（吸気通路内の圧力）は絶対圧として検出される。また、吸気温センサ２５は、吸気管１０内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４１】
さらに、燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ２からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管１０内に噴射する。
【００４２】
一方、エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、点火プラグ１３（図２参照）が取り付けられている。この点火プラグ１３は、図示しない点火コイルを介してＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号（電圧信号）が、点火時期に応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
【００４３】
また、エンジン３には、蒸発燃料処理装置１８が設けられている。この蒸発燃料処理装置１８は、燃料タンク１８ｃで発生した蒸発燃料が大気側に放出されるのを防止するためのものであり、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着するキャニスタ１８ａと、このキャニスタ１８ａと吸気管１０との間を接続する負圧導入管１８ｂなどを備えている。この蒸発燃料処理装置１８では、蒸発燃料中の燃料成分は、キャニスタ１８ａに一時的に吸着された後、吸気管１０内の負圧により、キャニスタ１８ａから脱離し、導入管１８ｂを介して吸気管１０内に導入され、空気とともに燃焼室内に吸入される。
【００４４】
さらに、エンジン３には、マスターバック１９が設けられており、このマスターバック１９は、負圧導入管１９ｂを介して吸気管１０に接続されている。マスターバック１９内の負圧室（図示せず）には、吸気管１０内の負圧が導入管１９ｂを介して導入され、蓄えられている。ブレーキペダル１９ａが踏み込まれた際、マスターバック１９は、負圧室内に蓄えた負圧をパワーソースとして、制動力をアシストするためのアシスト力を発生する。このアシスト力は、負圧室内に蓄えられた負圧が大きいほど、すなわち負圧室内の圧力が低いほど、より大きい値となるように構成されている。
【００４５】
次に、前述した可変式吸気動弁機構４０について説明する。この可変式吸気動弁機構４０は、図４に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６および可変バルブリフト機構５０などで構成されている。
【００４６】
この可変バルブリフト機構５０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って吸気弁４を開閉駆動するとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを所定の最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと所定の最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構５１と、これらのロッカアーム機構５１を同時に駆動するリフトアクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。
【００４７】
各ロッカアーム機構５１は、ロッカアーム５２および上下のリンク５３，５４などで構成されている。この上リンク５３の一端部は、上ピン５５を介して、ロッカアーム５２の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト５６に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト５６は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。
【００４８】
また、ロッカアーム５２の上ピン５５上には、ローラ５７が回動自在に設けられている。このローラ５７は、吸気カム６のカム面に当接しており、吸気カム６が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム６上を転動する。これにより、ロッカアーム５２は上下方向に駆動されるとともに、上リンク５３が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。
【００４９】
さらに、ロッカアーム５２の吸気弁４側の端部には、アジャストボルト５２ａが取り付けられている。このアジャストボルト５２ａは、吸気カム６の回転に伴ってロッカアーム５２が上下方向に移動すると、バルブスプリング４ｅの付勢力に抗しながら、ステム４ａを上下方向に駆動し、吸気弁４を開閉する。
【００５０】
また、下リンク５４の一端部は、下ピン５８を介して、ロッカアーム５２の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク５４の他端部には、連結軸５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結軸５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。
【００５１】
一方、リフトアクチュエータ６０は、ＥＣＵ２により駆動されるものであり、図５に示すように、電気モータ６１、ナット６２、リンク６３、長アーム６４および短アーム６５などを備えている。この電気モータ６１は、ＥＣＵ２に接続され、エンジン３のヘッドカバー３ｆの外側に配置されている。電気モータ６１の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸６１ａになっており、このねじ軸６１ａに、ナット６２が螺合している。このナット６２は、リンク６３を介して、長アーム６４に連結されている。このリンク６３の一端部は、ピン６３ａを介して、ナット６２に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン６３ｂを介して、長アーム６４の一端部に回動自在に取り付けられている。
【００５２】
また、長アーム６４の他端部は、回動軸６６を介して短アーム６５の一端部に取り付けられている。この回動軸６６は、断面円形に形成され、エンジン３のヘッドカバー３ｆを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸６６の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。
【００５３】
さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結軸５９が取り付けられており、これにより、短アーム６５は、連結軸５９を介して、下リンク５４に連結されている。また、短アーム６５の付近には、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、短アーム６５は、その回動範囲が後述するように規制される。
【００５４】
次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構５０の動作について説明する。この可変バルブリフト機構５０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されると、ねじ軸６１ａが回転し、それに伴うナット６２の移動により、長アーム６４および短アーム６５が回動軸６６を中心として回動するとともに、この短アーム６５の回動に伴って、ロッカアーム機構５１の下リンク５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、短アーム６５が図中の反時計回りに回動すると、短アーム６５は、最大リフトストッパ６７ｂに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に実線で示す最大リフト位置に係止される。一方、図５（ｂ）に示すように、短アーム６５が図中の時計回りに回動すると、短アーム６５は、最小リフトストッパ６７ａに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置に係止される。
【００５６】
以上のように、短アーム６５の回動範囲は、２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、図５（ａ）に示す最大リフト位置と図５（ｂ）に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク５４の回動範囲も、図４に実線で示す最大リフト位置と、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。
【００５７】
下リンク５４が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト５６、上下のピン５５，５８および連結軸５９によって構成される四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図６（ａ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が大きくなる。
【００５８】
一方、下リンク５４が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図６（ｂ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が小さくなる。
【００５９】
以上の理由により、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトＬｉｆｔｉｎで開弁する。具体的には、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、図７の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈを示す。一方、下リンク５４が最小リフト位置にあるときには、図７の２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌを示す。
【００６０】
以上のように、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ６０を介して、下リンク５４を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更することができる。
【００６１】
なお、この可変バルブリフト機構５０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、後述するように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが値０に設定されているときや、断線などによりＥＣＵ２からのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されないときには、可変バルブリフト機構５０の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構５０によるバルブリフトＬｉｆｔｉｎの変更が禁止され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌは、吸入空気量として所定の故障時用値が確保されるような値に設定されており、この所定の故障時用値は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量の値に設定されている。
【００６２】
また、エンジン３には、回動角センサ２６が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２６は、短アーム６５の回動角を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この短アーム６５の回動角に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。
【００６３】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２７、アクセル開度センサ２８、車速センサ２９、イグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）３０およびブレーキ・スイッチ３１がそれぞれ接続されている。
【００６４】
大気圧センサ２７は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。アクセル開度センサ２８は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００６５】
また、車速センサ２９は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速ＶＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＩＧ・ＳＷ３０は、イグニッションキー（図示せず）操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。また、ブレーキ・スイッチ３１は、ブレーキペダル１９ａ付近に設けられ、ブレーキペダル１９ａが所定量以上、踏み込まれたときにＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、それ以外はＯＦＦ信号を出力する。
【００６６】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２９の検出信号および各種のスイッチ３０，３１のＯＮ／ＯＦＦ信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、可変機構制御処理を実行する。この可変機構制御処理では、後述するように、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０を介して、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがそれぞれ制御され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌがそれぞれ制御される。
【００６７】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標値設定手段、非干渉化入力算出手段および同定手段に相当する。
【００６８】
次に、本実施形態の制御装置１について説明する。図８に示すように、この制御装置１は、プラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、応答指定型コントローラ１０１および非干渉化コントローラ１０２を備えている。なお、これらの算出部１００およびコントローラ１０１，１０２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。
【００６９】
このプラント９０は、図９に示すように、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、弁開度コントローラ９１、バルブリフトコントローラ９２およびエンジン３などで構成されている。なお、両コントローラ９１，９２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。
【００７０】
これらの目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびスロットル弁開度ＴＨの目標値であり、後述するように算出される。
【００７１】
また、弁開度コントローラ９１では、開度制御入力Ｕｔｈが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（２９）〜（３２）］により算出され、この開度制御入力Ｕｔｈがスロットル弁機構１１に入力されることによって、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【００７２】
さらに、バルブリフトコントローラ９２では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（３３）〜（３６）］により算出され、このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが可変バルブリフト機構５０に入力されることによって、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【００７３】
以上のようなプラント９０では、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。さらに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。すなわち、このプラント９０は、制御入力としての目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
【００７４】
したがって、本実施形態の制御装置１では、このような干渉系のプラント９０において、上記相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【００７５】
具体的には、まず、目標値算出部１００（目標値設定手段）において、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの目標値として、後述するように、テーブル検索およびマップ検索のいずれかにより、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。
【００７６】
次いで、応答指定型コントローラ１０１（非干渉化入力算出手段）では、下式（１）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが算出される。
【００７７】
【数１】
【００７８】
この式（１）において、ＴＨ’＿ｃｍｄは、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。また、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）に同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。
【００７９】
この追従入力ベクトルＷは、具体的には、式（２）〜（８）に示す応答指定型制御アルゴリズムにより算出される。
【００８０】
【数２】
【００８１】
【数３】
【００８２】
上記式（２）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出され、この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（３）により算出される。同式（３）において、Ｓｐ，Ｓｇはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｐ＜０，−１＜Ｓｇ＜０が成立するように設定される。
【００８３】
また、式（２）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（４）により算出され、同式（４）において、Ｋｒｃｈ＿ｐ，Ｋｒｃｈ＿ｇは、所定の到達則ゲインである。また、式（４）のσｐ，σｇは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、上記式（６）により算出される。同式（６）において、Ｓは、上記式（７）のように定義される行列であり、Ｅ’は、上記式（８）のように定義される偏差ベクトルである。
【００８４】
さらに、式（２）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（５）により算出され、同式（５）において、Ｋａｄｐ＿ｐ，Ｋａｄｐ＿ｇは、所定の適応則ゲインである。
【００８５】
さらに、非干渉化コントローラ１０２（非干渉化入力算出手段）では、応答指定型コントローラ１０１で算出された追従入力ベクトルＷ、すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄを用い、下式（９）に示す非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（１０）のように定義される。
【００８６】
【数４】
【００８７】
上記式（９）において、Ｆｔｈは、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよび大気圧ＰＡに応じて算出される非線形な関数値である。また、Ｆｌｆも、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて算出される非線形な関数値である。さらに、Ｒｔは、後述するように定義される係数である。なお、本実施形態では、大気圧ＰＡおよびエンジン回転数ＮＥがプラントの内部変数に相当する。
【００８８】
以上のように、この制御装置１では、前述した式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズム、すなわち応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち非干渉化入力目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出される。これらの式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。
【００８９】
まず、エンジン３における吸入空気量Ｇｃｙｌの算出式は、以下の式（１１）〜（１３）のように定義される。
【００９０】
【数５】
【００９１】
式（１１）のＧｔｈは、スロットル弁１１ａを通過すると推定されるＴＨ通過吸入空気量であり、式（１２）により算出される。また、式（１１）のＲｔ’は、式（１３）により算出される係数である。同式（１３）において、Ｖｂは吸気管内体積を、Ｒは所定の気体定数をそれぞれ表している。
【００９２】
上記式（１１）を離散時間「１」分、未来側にシフトさせ、変形すると、下式（１４）が得られる。なお、式（１４）のＲｔは、下式（１５）のように定義される係数である。
【００９３】
【数６】
【００９４】
一方、ＧｔｈとＴＨ＿ｃｍｄとの間、およびＧｃｙｌとＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間にはそれぞれ、下式（１６），（１７）のような関係が成立する。
【００９５】
【数７】
【００９６】
以上の式（１６），（１７）の右辺を、式（１４）のＧｔｈ，Ｇｃｙｌに代入すると、下式（１８）が得られる。
【００９７】
【数８】
【００９８】
以上の式（１７），（１８）を１つの式にまとめて表現すると、下式（１９）が得られる。
【００９９】
【数９】
【０１００】
この式（１９）は、ＰＢ，Ｇｃｙｌを制御量とし、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とするプラント９０のモデルと見なせるとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆは、このモデルのモデルパラメータと見なすことができる。この式（１９）は、下式（２０）〜（２４）のように表現することができる。なお、以下の説明では、式（２１）で表されるＸを制御量ベクトルという。
【０１０１】
【数１０】
【０１０２】
上記式（２０）のように表現される干渉系のプラント９０を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（２５）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（２５）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。
【０１０３】
【数１１】
【０１０４】
この式（２５）のＸ，Ａ，Ｂ，Ｗに、上記式（２１），（２３），（２４）の右辺および前述した式（１）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（２６）が得られる。
【０１０５】
【数１２】
【０１０６】
さらに、この式（２６）のＧｃｙｌに、前述した式（１７）の右辺を代入すると、下式（２７）すなわち前述した式（９）が得られる。
【０１０７】
【数１３】
【０１０８】
さらに、上記式（２７）の右辺を、前述した式（２０）に代入し、整理すると、下式（２８）が得られる。
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
この式（２８）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント９０と非干渉化コントローラ１０２とを組み合わせたものに相当する。このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、応答指定型制御則を適用すると、前述した式（２）〜（８）が得られる。
【０１１１】
以上のように、非干渉化コントローラ１０２とプラント９０とを組み合わせた系は、相互干渉のない線形な仮想プラントとなるので、そのような仮想プラントに対して、式（２）〜（８）の応答指定型制御アルゴリズムにより算出された追従入力ベクトルＷを入力することにより、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御することができる。すなわち、追従入力ベクトルＷが非干渉化コントローラ１０２に入力されると、前述した式（９）の非干渉制御アルゴリズムにより算出された非干渉化入力ベクトルＵが、プラント９０に入力され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御できる。より具体的には、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄにより、吸入空気量Ｇｃｙｌに影響を及ぼすことなく、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御できるとともに、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄにより、吸気管内圧ＰＢに影響を及ぼすことなく、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従するように制御することができる。
【０１１２】
以下、図１０を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される可変機構制御処理について説明する。本処理は、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０をそれぞれ制御するための２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴ（１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１１３】
この処理では、まず、ステップ１で、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ３０のＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１１４】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ２に進み、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋを、エンジン水温ＴＷに応じて、図１１に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１１５】
このテーブルでは、始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ１よりも高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ１の範囲では、所定値Ｇｃｙｌｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、可変バルブリフト機構５０のフリクションが増大するので、それを補償するためである。
【０１１６】
次いで、ステップ３で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋに設定する。
【０１１７】
次に、ステップ４に進み、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出する。この目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄは、具体的には、図１２に示すように算出される。
【０１１８】
すなわち、まず、ステップ２０で、ブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮが「１」であるか否かを判別する。このブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮは、ブレーキ・スイッチ３１からＯＮ信号が出力されているときには「１」に、ＯＦＦ信号が出力されているときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１１９】
ステップ２０の判別結果がＮＯで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれていないときには、ステップ２１に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよび吸気温ＴＡに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇを算出する。この始動後タイマは、エンジン始動制御終了後の経過時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。
【０１２０】
同図１３において、ＰＢ１〜ＰＢ４は、ＰＢ１＜ＰＢ２＜ＰＢ３＜ＰＢ４の関係が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値であり、ＰＢ４＝１ａｔｍに設定されている。この点は、後述する図１４においても同様である。また、Ｔａｓｔ１，Ｔａｓｔ２は、Ｔａｓｔ１＜Ｔａｓｔ２の関係が成立する所定値であり、ＴＡ１〜ＴＡ３は、ＴＡ１＜ＴＡ２＜ＴＡ３の関係が成立する吸気温ＴＡの所定値である。同図に示すように、このマップでは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇは、吸気温ＴＡが低いほど、より高い値に設定され、Ｔａｓｔ１≦Ｔａｓｔ≦Ｔａｓｔ２の範囲では、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さいほど、より低い値に設定されているとともに、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔ１の範囲では、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い一定値（ＰＢ１またはＰＢ２）に設定されている。
【０１２１】
これは、エンジン３の始動直後は、吸気管内圧ＰＢをより負圧側に制御することで、エンジン停止中にキャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。また、低温時は、燃料タンク１８ｃ内で発生する蒸発燃料の量が少ないので、スロットル弁開度ＴＨを大きな値に制御し、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、燃費を向上させるためである。さらに、高温時は、キャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料量が多いことに加えて、走行中に発生する蒸発燃料量も多くなるので、吸気管内圧ＰＢを低温〜中温時よりも負圧側に制御することで、そのような多量の蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。
【０１２２】
次いで、ステップ２２で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇに設定した後、本処理を終了する。
【０１２３】
一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれているときには、ステップ２３に進み、車速ＶＰに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒを算出する。同図１４において、ＶＰ１，ＶＰ２は、ＶＰ１＜ＶＰ２の関係が成立する車速ＶＰの所定値である。
【０１２４】
このテーブルでは、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ＶＰ１≦ＶＰ≦ＶＰ２の範囲では、車速ＶＰが高いほど、より低い値に設定されているとともに、ＶＰ＜ＶＰ１の範囲では、ＶＰ２＜ＶＰの範囲における設定値ＰＢ１よりも高い値ＰＢ２に設定されている。これは、高車速時は、低車速時よりも大きな制動力すなわちより大きなアシスト力が要求されるため、マスターバック１９の負圧室内の負圧消費度合いが大きくなり、負圧室内の圧力が上昇しやすくなるので、吸気管内圧ＰＢをより負圧側の値に制御し、負圧室内に十分な負圧を蓄えることで、必要なアシスト力を確保するためである。これとは逆に、低車速時は、要求される制動力が小さいので、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させるためである。
【０１２５】
また、図１４と前述した図１３とを比較すると明らかなように、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇのＴａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い値ＰＢ２に設定されている。これは、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの場合、すなわちエンジン３の始動直後における蒸発燃料の吸気管１０内への導入処理が終了し、通常の運転状態になった場合、ブレーキペダル１９ａが踏まれていないときには、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図る一方、ブレーキペダル１９ａが踏まれたときには、必要なアシスト力を適切に確保するためである。
【０１２６】
次いで、ステップ２４で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒに設定した後、本処理を終了する。
【０１２７】
図１０に戻り、ステップ４で以上のように目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出した後、ステップ５に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出する。これらの値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、具体的には、図１５に示すように算出される。
【０１２８】
まず、ステップ３０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図１６に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータＦｔｈを算出する。
【０１２９】
このテーブルでは、非干渉化パラメータＦｔｈは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、すなわち吸気管内圧ＰＢが大気圧ＰＡに近い値であるほど、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに対して、ＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈがより大きな値を示すことによる。
【０１３０】
次いで、ステップ３１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図１７に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータＦｌｆを算出する。同図において、ＰＢ５〜ＰＢ７は、ＰＢ５＜ＰＢ６＜ＰＢ７が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値である。
【０１３１】
このマップでは、非干渉化パラメータＦｌｆは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。また、非干渉化パラメータＦｌｆは、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢがそのような範囲にあるときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。
【０１３２】
また、以上のように、非干渉化パラメータＦｌｆをエンジン回転数ＮＥに応じて算出する理由は、以下による。すなわち、本実施形態のエンジン３のような干渉系の場合、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌと制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉の関係が、エンジン回転数ＮＥに応じて変化するとともに、エンジン回転数ＮＥは、運転中の変動幅が大きいものであるので、そのように変動するエンジン回転数ＮＥに応じて非干渉化パラメータＦｌｆを算出することにより、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥの変動に伴う相互干渉の関係の変動を適切に補償できる値として算出するためである。
【０１３３】
次いで、ステップ３２に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、前述した式（２）〜（９）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。
【０１３４】
図１０に戻り、以上のように、ステップ５で目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出した後、ステップ６に進み、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。これらの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎは、具体的には、図１８に示すように算出される。
【０１３５】
まず、ステップ４０で、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧおよびリフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧがいずれも「０」であるか否かを判別する。このスロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧは、図示しない故障判定処理において、スロットル弁機構１１が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。また、リフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧも、図示しない故障判定処理において、可変バルブリフト機構５０が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１３６】
ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０がいずれも正常であるときには、ステップ４１に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（２９）〜（３２）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１３７】
【数１５】
【０１３８】
上記式（２９）において、Ｋｒｃｈ＿ｔｈは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｔｈは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｔｈは、式（３０）のように定義される切換関数である。同式（３０）において、Ｅ＿ｔｈは、式（３１）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｔｈは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３１）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標スロットル弁開度のフィルタ値であり、式（３２）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３２）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。
【０１３９】
次いで、ステップ４２に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、下式（３３）〜（３６）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１４０】
【数１６】
【０１４１】
上記式（３３）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｌｆは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｌｆは、式（３４）のように定義される切換関数である。同式（３４）において、Ｅ＿ｌｆは、式（３５）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｌｆは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３５）において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標バルブリフトのフィルタ値であり、式（３６）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３６）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。
【０１４２】
以上のように、ステップ４２で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。
【０１４３】
一方、ステップ４０の判別結果がＮＯで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０の少なくとも一方が故障しているときには、ステップ４３に進み、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧが「１」であるか否かを判別する。
【０１４４】
この判別結果がＮＯで、可変バルブリフト機構５０のみが故障し、スロットル弁機構１１が正常であるときには、ステップ４４に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図１９に示すマップを検索することにより、目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓを算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立するアクセル開度ＡＰの所定値であり、この点は、後述する図２１においても同様である。
【０１４５】
このマップでは、故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１４６】
次いで、ステップ４５に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（３７）〜（４０）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１４７】
【数１７】
【０１４８】
上記式（３９）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓ＿ｆは、故障時用値のフィルタ値であり、式（４０）により算出される。
【０１４９】
次に、ステップ４６に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。
【０１５０】
一方、ステップ４３の判別結果がＹＥＳで、少なくともスロットル弁機構１１が故障しているときには、ステップ４７，４８で、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎをそれぞれ値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに、スロットル弁開度ＴＨが所定の初期開度にそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量Ｇｃｙｌが確保される。
【０１５１】
図１０に戻り、ステップ６で、以上のように開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。
【０１５２】
一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ７に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ８に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが所定値Ｔａｓｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。
【０１５３】
この判別結果がＹＥＳで、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ９に進み、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔを、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２０に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＴＷ１〜ＴＷ３は、ＴＷ１＜ＴＷ２＜ＴＷ３の関係が成立するエンジン水温ＴＷの所定値を示している。
【０１５４】
このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さい間は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より大きな値に設定され、計時値Ｔａｓｔがある程度大きくなった後は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、触媒暖機制御の実行時間が経過するのに伴い、エンジン３の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数ＮＥを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。
【０１５５】
次に、ステップ１０に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。
【０１５６】
一方、ステップ７または８の判別結果がＮＯのとき、すなわちアクセルペダルが踏まれているとき、またはＴａｓｔ≧Ｔａｓｔｌｍｔであるときには、ステップ１１に進み、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図２１に示すマップを検索することにより算出する。
【０１５７】
このマップでは、通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１５８】
次いで、ステップ１２に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。
【０１５９】
以上のように、この可変機構制御処理では、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、２つの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるとともに、実際の値ＴＨ，Ｌｉｆｔｉｎがこれらの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように、２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎがそれぞれ算出される。それにより、制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従するように制御される。
【０１６０】
次に、本実施形態の制御装置１による可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図２２，２３は、第１実施形態の制御装置１による制御結果を示しており、特に、図２２は、前述した式（１９）においてモデル化誤差がない場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がない場合の制御結果を示し、図２３は、モデル化誤差がある場合の制御結果を示している。
【０１６１】
また、図２４は、比較のために、可変機構制御処理において、非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、応答指定型制御アルゴリズムのみにより、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるように制御するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように制御した場合の制御シミュレーション結果、すなわち干渉系の制御結果を示している。
【０１６２】
まず、図２４を参照すると明らかなように、この干渉系の制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２１）、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがいずれも増大側に制御され、その影響により、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してより低い側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。
【０１６３】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２２）、スロットル弁開度ＴＨが一時的に急減するように制御されるとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが増大側に制御され、その影響により、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してより小さい値側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。
【０１６４】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更すると（時刻ｔ２３）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じ、両者の間に大きな偏差が発生するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間にも、偏差が発生してしまう。
【０１６５】
これに対して、図２２に示すように、モデル化誤差がない場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。
【０１６６】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ２）にも、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。
【０１６７】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３）も、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してそれぞれ適切に追従していることが判る。
【０１６８】
また、図２３に示すように、モデル化誤差がある場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１１）、前述した図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干の偏差を生じるものの、その偏差の度合いは、前述した図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１６９】
さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１２）、吸入空気量Ｇｃｙｌが、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して図２２のモデル化誤差がない場合と同等の偏差を生じ、その偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１７０】
これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ１３）、図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、若干のオーバーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して若干のアンダーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じている。しかし、それらの偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１７１】
以上のように、第１実施形態の制御装置１によれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１９）］に基づく、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、非干渉化入力ベクトルＵの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインＫｒｃｈ＿ｐ，Ｋｒｃｈ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｐ，Ｋａｄｐ＿ｇをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がなことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【０１７２】
なお、第１実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（９）により算出したが、これに代えて、非干渉化入力ベクトルＵを式（２６）により算出するように構成してもよい。
【０１７３】
また、第１実施形態は、式（２）〜（９）に示すように、２つの非干渉化入力のうちの１つＴＨ＿ｃｍｄを、２つの非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆおよび制御量ＰＢに応じて算出し、残りの非干渉化入力Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、非干渉化パラメータＦｌｆおよび制御量Ｇｃｙｌに応じて算出した例であるが、非干渉化入力の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化パラメータおよび複数の非干渉化入力の少なくとも一方に応じて、非干渉化入力を算出するものであればよい。
【０１７４】
さらに、第１実施形態は、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、２つの非干渉化入力を算出した例であるが、複数の非干渉化入力の算出に用いる制御アルゴリズムはこれに限らず、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む制御アルゴリズムであればよい。
【０１７５】
次に、図２５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。同図に示すように、この制御装置１Ａは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ２０１および非干渉化コントローラ２０２を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ２０１，２０２が非干渉化入力算出手段に相当する。
【０１７６】
この２自由度応答指定型コントローラ２０１では、下式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。
【０１７７】
【数１８】
【０１７８】
【数１９】
【０１７９】
【数２０】
【０１８０】
上記式（４２）において、ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸気管内圧および目標吸入空気量のフィルタ値であり、式（４８）および式（４９）により算出される。これらの式（４８），（４９）のＲｐ，Ｒｇは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｐ＜０，−１＜Ｒｇ＜０が成立する値に設定される。また、式（４５）のＥは、式（４７）のように定義される偏差ベクトルである。
【０１８１】
以上の式（４１）〜（４９）は、前述した式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムを適用することにより、導出される。
【０１８２】
また、非干渉化コントローラ２０２では、前述した非干渉化コントローラ１０２と同様に、下式（５０）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。
【０１８３】
【数２１】
【０１８４】
以上の制御装置１Ａにより実行される可変機構制御処理では、前述した図１５のステップ３２において、上述した式（４１）〜（５０）により、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出され、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行される。
【０１８５】
次に、第２実施形態の制御装置１Ａによる可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図２６は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がある場合の制御結果を示している。
【０１８６】
図２６を参照すると明らかなように、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３１）、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に発生する偏差の度合いが、前述した第１実施形態の図２３のモデル化誤差がある場合の制御結果よりも小さくなっているとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。
【０１８７】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３２）には、第１実施形態の図２３の制御結果と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して偏差を生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の制御結果（図２３）よりもかなり小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
【０１８８】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３３）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干のオーバーシュートを生じているものの、その度合いが第１実施形態の図２３の制御結果よりもかなり小さいとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の図２３の制御結果と比べて極めて小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
【０１８９】
以上のように構成された第２実施形態の制御装置１Ａによれば、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（５０）］により、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出されるので、前述した第１実施形態の制御装置１と同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０１９０】
さらに、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄ）が、式（４１）〜（４９）の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、非干渉化入力ベクトルＵ、すなわち目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出できる。
【０１９１】
その結果、モデル化誤差すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差に起因して、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間、および吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、制御性および制御精度をさらに向上させることができる。
【０１９２】
なお、第２実施形態は、２自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタアルゴリズムと応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いた例であるが、２自由度制御アルゴリズムはこれに限らず、目標値フィルタアルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであればよい。例えば、目標値フィルタアルゴリズムと、ＰＩＤ制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いてもよい。
【０１９３】
次に、本発明の第３実施形態に係る制御装置１Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。
【０１９４】
図２７に示すように、この制御装置１Ｂは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ３０１、非干渉化コントローラ３０２およびオンボード同定器３０３を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ３０１，３０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器３０３が同定手段に相当する。
【０１９５】
このオンボード同定器３０３では、下式（５１）〜（６１）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが算出される。
【０１９６】
【数２２】
【０１９７】
【数２３】
【０１９８】
上記式（５１）において、θは、その転置行列が式（５７）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値のベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（５９）のように定義される基準値のベクトルである。同式（５９）のＦｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ,Ｆｌｆの基準値であり、後述するようにテーブル検索およびマップ検索により算出される。
【０１９９】
また、上記式（５１）のｄθは、式（６０）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（６０）のｄＦｔｈ＿ｈａｔ，ｄＦｌｆ＿ｈａｔは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（５２）により算出され、この式（５２）において、δは式（６１）のように定義される忘却ベクトルである。同式（６１）のδ１，δ２は、忘却係数であり、０＜δ１≦１，０＜δ２≦１が成立するように設定される。
【０２００】
さらに、式（５２）のｅ＿ｉｄは、式（５３）により算出される偏差である。同式（５３）のωは、後述する仮想出力であり、式（５４）により算出される。また、式（５３）のω＿ｈａｔは、仮想出力の推定値であり、式（５５）により算出される。同式（５５）のξは、その転置行列が式（５８）のように定義されるベクトルである。
【０２０１】
また、式（５２）のＰは、式（５６）に示すように定義される２次の正方行列である。同式（５６）のＩは、２次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。
【０２０２】
以上のような同定アルゴリズムでは、式（５６）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、以下の４つの同定アルゴリズムのうちの１つが選択される。
すなわち、
λ１＝１，λ２＝０ ；固定ゲインアルゴリズム
λ１＝１，λ２＝１ ；最小２乗法アルゴリズム
λ１＝１，λ２＝λ ；漸減ゲインアルゴリズム
λ１＝λ，λ２＝１ ；重み付き最小２乗法アルゴリズム
ただし、λは、０＜λ＜１に設定される所定値。
なお、本実施形態のオンボード同定器３０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。
【０２０３】
以上の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（１８）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆをその同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えると、下式（６２）が得られる。
【０２０４】
【数２４】
【０２０５】
この式（６２）の右辺のＰＢ（ｋ−１）を左辺に移項すると、下式（６３）が得られる。
【０２０６】
【数２５】
【０２０７】
この式（６３）において、左辺をωと定義し、右辺をω＿ｈａｔと定義すると、前述した式（５４），（５５）が得られる。ここで、ωを仮想的なプラントの仮想出力と考え、ω＿ｈａｔを、そのような仮想出力の推定値と考えると、式（６３）は、そのような仮想的なプラントのモデルと考えることができる。したがって、仮想出力ωと仮想出力の推定値ω＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（５１）〜（６１）が導出される。
【０２０８】
また、２自由度応答指定型コントローラ３０１では、前述した２自由度応答指定型コントローラ２０１と同じ制御アルゴリズム、すなわち前述した式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。
【０２０９】
さらに、非干渉化コントローラ３０２では、下式（６４）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この式（６４）は、前述した式（５０）において、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆを同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えたものに相当する。
【０２１０】
【数２６】
【０２１１】
以上の制御装置１Ｂにより実行される可変機構制御処理では、第１実施形態の可変機構制御処理と比べて、前述した図１０のステップ５の処理のみが異なっており、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行されるので、以下、異なる点についてのみ説明する。
【０２１２】
すなわち、本実施形態の可変機構制御処理では、図１０のステップ５において、図２８に示すように、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【０２１３】
まず、ステップ６０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図２９に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅを算出する。このテーブルでは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、図１６の説明で述べたのと同じ理由による。
【０２１４】
次いで、ステップ６１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３０に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅを算出する。このマップでは、基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されているとともに、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、図１７の説明で述べたのと同じ理由による。
【０２１５】
次いで、ステップ６２に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、前述した式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。
【０２１６】
次に、第３実施形態の制御装置１Ｂによる可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図３１は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に対して制御開始時にずれていた場合の制御結果を示している。
【０２１７】
図３１を参照すると明らかなように、この制御結果では、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に極めて近い値に算出されているものの、実際値に収束することなく、若干の誤差を生じている。この誤差は、図３１が可変機構制御のシミュレーション結果であるため、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの変化挙動が、上記誤差が発生しない条件である自己励起条件を満たすようなものとなっていないことに起因するものである。これに対して、実際の制御では、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが、様々な周波数成分を含んだ変化挙動を示すため、上記自己励起条件が満たされることで、可変機構制御の進行に伴い、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に収束する値として算出される。
【０２１８】
また、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４１）、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じていないとともに、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に、偏差が発生しておらず、前述した第２実施形態の制御結果（図２６）と比較すると、制御精度が向上していることが判る。
【０２１９】
さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４２）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度が確保されていることが判る。一方、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間には、極めて小さい偏差が生じているものの、この偏差は、前述した同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔの算出誤差に起因するものであり、そのような算出誤差は、前述したように、実際の制御では生じないので、ＧｃｙｌとＧｃｙｌ＿ｃｍｄとの間に偏差が生じることはなく、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度を確保できる。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。
【０２２０】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ４３）には、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないととも、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、若干のオーバーシュートを生じる第２実施形態の制御結果と比べて、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。
【０２２１】
以上のように構成された第３実施形態の制御装置１Ｂによれば、逐次型同定アルゴリズムと、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）］により、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出されるので、前述した第１および第２実施形態の制御装置１，１Ａと同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０２２２】
また、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ）が、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、前述した第２実施形態の制御装置１Ａと同様に、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。
【０２２３】
さらに、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（５１）〜（６１）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとＰＢ，Ｇｃｙｌとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント９０において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【０２２４】
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、その基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、その絶対値が増大し、誤ったパラメータ同定値となる現象、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆのドリフト現象を回避でき、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を、第２実施形態の制御装置１Ａよりもさらに向上させることができる。
【０２２５】
なお、第３実施形態は、逐次型同定アルゴリズムとして、δ修正法を適用した同定アルゴリズム（重み付き逐次型最小２乗法アルゴリズム）を用いた例であるが、逐次型同定アルゴリズムはこれに限らず、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを逐次同定できるものであればよい。例えば、前述した固定ゲインアルゴリズムおよび通常の最小２乗法アルゴリズムなどを用いてもよい。
【０２２６】
また、第３実施形態は、式（５１）〜（６１）により、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを、制御入力としての非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としての吸気管内圧ＰＢと、プラントの内部変数としてのエンジン回転数ＮＥおよび大気圧ＰＡとに応じて算出した例であるが、非干渉化パラメータの同定値の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する手法であればよい。
【０２２７】
次に、図３２，３３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る制御装置１Ｃについて説明する。なお、以下の説明においては、前述した第１実施形態と同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。この制御装置１Ｃは、エンジン３ＡのＥＧＲ制御および過給圧制御を行うものであり、このエンジン３Ａは、スロットル弁機構を有しないディーゼルエンジンで構成され、ターボチャージャ装置１５およびＥＧＲ制御弁１６を備えている。
【０２２８】
ターボチャージャ装置１５は、吸気管１０の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード１５ａと、排気管１４の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード１５ｂと、２つのブレード１５ａ，１５ｂを一体に連結する軸１５ｃと、ウエストゲート弁１５ｄなどを備えている。
【０２２９】
このターボチャージャ装置１５では、排気管１４内の排気ガスによってタービンブレード１５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１５ａも同時に回転することにより、吸気管１０内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【０２３０】
一方、上記ウエストゲート弁１５ｄは、排気管１４のタービンブレード１５ｂをバイパスするバイパス排気通路１４ａを開閉するものであり、ＥＣＵ２に接続された電磁制御弁で構成されている。このウエストゲート弁１５ｄは、後述する過給圧制御入力ＵｐｂがＥＣＵ２から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路１４ａを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード１５ｂを駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。
【０２３１】
また、図３２に示すように、本実施形態の吸気管内圧センサ２４は、吸気管１０のコンプレッサブレード１５ａよりも下流側に設けられているので、過給圧制御が実行されている場合、吸気管内圧センサ２４により検出された吸気管内圧ＰＢは、過給圧に等しいものとなる。したがって、以下の説明では、吸気管内圧ＰＢを「過給圧ＰＢ」という。
【０２３２】
一方、ＥＧＲ制御弁１６は、吸気管１０および排気管１４の間に延びるＥＧＲ通路１７を開閉することにより、排気ガスを排気管１４から吸気管１０側に還流するＥＧＲ動作を実行するものである。ＥＧＲ制御弁１６は、ＥＣＵ２に接続されたリニア電磁弁で構成されており、後述するＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＣＵ２から入力されると、そのリフトがリニアに変化する。これにより、還流ガス量すなわちＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。
【０２３３】
また、このＥＧＲ制御弁１６には、ＥＧＲリフトセンサ３２が取り付けられている。このＥＧＲリフトセンサ３２は、ＥＧＲ制御弁１６のリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）Ｌｅｇｒを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【０２３４】
一方、排気管１４のタービンブレード１５ｂよりも上流側には、排気管内圧センサ３３が設けられており、この排気管内圧センサ３３は、排気管１４内の圧力（以下「排気管内圧」という）排気管内圧Ｐｅｘを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、排気管内圧Ｐｅｘがプラントの内部変数に相当する。
【０２３５】
また、エンジン３Ａには、バルブタイミング切換機構８０が設けられており、図示しないが、エンジン３Ａの吸気カムの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムノーズを有する高速カムとで構成されている。バルブタイミング切換機構８０は、吸気弁を開閉駆動する吸気カムを低速カムと高速カムの間で切り換えることにより、吸気弁のバルブタイミングを、低速バルブタイミングＬＯ．ＶＴと高速バルブタイミングＨＩ．ＶＴとの間で切り換える。バルブタイミング切換機構８０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており（図３３参照）、ＥＣＵ２により上記切換動作が制御される。なお、本実施形態では、２つのバルブタイミングＬＯ．ＶＴ，ＨＩ．ＶＴがプラントの内部変数に相当する。
【０２３６】
さらに、ＥＣＵ２では、エアフローセンサ２２の検出信号に基づいて、エアフローセンサ２２付近を通過した吸気量（以下「検出吸気量」という）Ｇｉｎが、前述した式（１２）の左辺のＧｔｈをＧｉｎに置き換えた式により算出される。
【０２３７】
また、ＥＣＵ２では、後述するように、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒがそれぞれ制御され、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌ（新気量）およびＥＧＲ量Ｇｅｇｒがそれぞれ制御される。
【０２３８】
次に、本実施形態の制御装置１Ｃについて説明する。図３４に示すように、この制御装置１Ｃは、プラント４０４を制御するものであり、目標値算出部４００、２自由度応答指定型コントローラ４０１、非干渉化コントローラ４０２およびオンボード同定器４０３を備えている。なお、本実施形態では、目標値算出部４００が目標値設定手段に相当し、２つのコントローラ４０１，４０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器４０３が同定手段に相当する。
【０２３９】
このプラント４０４は、図３５に示すように、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、過給圧コントローラ４０５、ＥＧＲコントローラ４０６およびエンジン３Ａなどで構成されている。
【０２４０】
これらの目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄはそれぞれ、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒの目標値であり、後述するように算出される。
【０２４１】
また、過給圧コントローラ４０５では、その具体的な算出式は省略するが、過給圧制御入力Ｕｐｂが、前述した式（２９）〜（３２）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、この過給圧制御入力Ｕｐｂがウエストゲート弁１５ｄに入力されることによって、吸入空気量Ｇｃｙｌが制御される。
【０２４２】
さらに、ＥＧＲコントローラ４０６では、その具体的な算出式は省略するが、ＥＧＲ制御入力Ｕｅｇｒが、前述した式（３３）〜（３６）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、ＥＧＲリフトＬｅｇｒを目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、このＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＧＲ制御弁１６に入力されることによって、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。
【０２４３】
以上のようなプラント４０４では、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。さらに、ＥＧＲリフトＬｅｇｒが目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。すなわち、このプラント４０４は、制御入力としての目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄと、制御量としての吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
【０２４４】
したがって、第４実施形態の制御装置１Ｃでは、このような干渉系のプラント４０４において、上記相互干渉を回避しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄが以下のように算出される。なお、以下の説明では、数式中の各種のベクトル（Ｗ，Ｕ，Ｘ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓ，σ，θ）および行列などは、それらを構成する要素が前述した第１〜第３実施形態の数式のものと異なるものの、入力、係数または関数としての機能および性質が同様のものであるので、便宜上、同じ表記および名称を用いる。
【０２４５】
具体的には、まず、目標値算出部４００において、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。この場合、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３６に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、吸入空気量Ｇｃｙｌを、運転者の駆動力の増大要求に応じて、より大きな値に制御するためである。
【０２４６】
また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３７に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、アクセル開度ＡＰが大きいほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより増大側に制御されるので、それに応じてＥＧＲ量Ｇｅｇｒも増大させるためである。また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが中回転域にあるときに、最も大きな値になるように設定されている。これは、中回転域では、エンジン３Ａが良好な燃焼状態となるので、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを増大することで、排ガス特性を向上させるためである。
【０２４７】
次いで、２自由度応答指定型コントローラ４０１において、下式（６５）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが、下式（６６）〜（７４）に示す目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型アルゴリズムにより算出される。
【０２４８】
【数２７】
【０２４９】
【数２８】
【０２５０】
【数２９】
【０２５１】
【数３０】
【０２５２】
上記式（６５）において、ＰＢ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｅｇｒ’＿ｃｍｄは、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。上記式（６６）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出される。
【０２５３】
この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（６７）により算出される。同式（６７）において、Ｓｇ，Ｓｅはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｇ＜０，−１＜Ｓｅ＜０が成立するように設定される。また、同式（６７）のＨｅｇ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＨｅｇの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。さらに、式（６７）のＧｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量のフィルタ値であり、式（７３）および式（７４）により算出される。これらの式（７３），（７４）のＲｇ，Ｒｅは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｇ＜０，−１＜Ｒｅ＜０が成立する値に設定される。
【０２５４】
また、式（６６）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（６８）により算出される。同式（６８）において、Ｋｒｃｈ＿ｇ，Ｋｒｃｈ＿ｅは、所定の到達則ゲインである。また、式（６８）のσｇ，σｅは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、式（７０）により算出される。同式（７０）において、Ｓは、上記式（７１）のように定義される行列であり、Ｅは、上記式（７２）のように定義される偏差ベクトルである。
【０２５５】
さらに、式（６６）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（６９）により算出され、同式（６９）において、Ｋａｄｐ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｅは、所定の適応則ゲインである。
【０２５６】
さらに、非干渉化コントローラ４０２では、下式（７５）に示す適応非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（７６）のように定義される。
【０２５７】
【数３１】
【０２５８】
上記式（７５）において、Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。
【０２５９】
一方、オンボード同定器４０３では、下式（７７）〜（８６）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが算出される。
【０２６０】
【数３２】
【０２６１】
【数３３】
【０２６２】
上記式（７７）において、θは、その転置行列が式（８２）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値ベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（８４）のように定義される基準値のベクトルである。同式（８４）のＲｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータの基準値であり、後述するように算出される。
【０２６３】
また、上記式（７７）のｄθは、式（８５）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（８５）のｄＲｃｐ＿ｈａｔ，ｄＳｃｐ＿ｈａｔ，ｄＨｅｇ＿ｈａｔはそれぞれ、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（７８）により算出され、この式（７８）において、δは式（８６）のように定義される忘却ベクトルである。同式（８６）のδ１〜δ３はいずれも、忘却係数であり、値０より大きくかつ値１以下の範囲内の値に設定される。
【０２６４】
さらに、式（７８）のｅ＿ｉｄは、式（７９）により算出される偏差である。同式（７９）のＧｃｙｌ＿ｈａｔは、吸入空気量の推定値であり、式（８０）により算出される。同式（８０）のξは、その転置行列が式（８３）のように定義されるベクトルである。
【０２６５】
また、式（７８）のＰは、式（８１）に示すように定義される３次の正方行列である。同式（８１）のＩは、３次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。前述したように、以上のような同定アルゴリズムでは、式（８１）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、同定アルゴリズムの特性を設定変更可能であり、本実施形態のオンボード同定器４０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。
【０２６６】
以下に、前述した非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出手法について説明する。まず、非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥに応じて、図３８に示すテーブルを検索することにより、算出される。同図に示すように、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルは、ＨＩ．ＶＴ用およびＬＯ．ＶＴ用の２種類のものが準備されており、バルブタイミング切換機構８０によるバルブタイミングの切換状態に応じたものが選択される。また、このテーブルでは、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴うエンジン３Ａの充填効率の変化に対応するような値に設定されており、例えば、充填効率が高い領域では、より大きな値に設定されている。
【０２６７】
また、Ｓｃｐ＿ｂａｓｅは、下式（８７）により算出される。なお、下式（８７）のＫｔｂは、後述するモデルのモデルパラメータであり、０＜Ｋｔｂ＜１が成立する値に設定される。
【０２６８】
【数３４】
【０２６９】
さらに、非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、排気管内圧Ｐｅｘと過給圧ＰＢとの差圧Ｐｅｘ−ＰＢに応じて、図３９に示すテーブルを検索することにより算出される。このテーブルでは、基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが増大することによる。
【０２７０】
以上のように、この制御装置１Ｃでは、前述した式（７７）〜（８６）に示す逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値ベクトルθが算出され、これを用いて、前述した式（６６）〜（７５）に示す制御アルゴリズム、すなわち目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型制御アルゴリズムと適応非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。以上の式（６６）〜（７５），（７７）〜（８６）は、以下に述べるように導出される。
【０２７１】
まず、エンジン３Ａが定常運転状態にある場合、吸入空気が吸気管１０を介してシリンダ３ａに到達するまでのむだ時間を考慮すると、吸入空気量Ｇｃｙｌ（ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを含まない新気量）と検出吸気量Ｇｉｎとの間では、下式（８８）が成立し、さらに、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐと、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間では、下式（８９）が成立する。
【０２７２】
【数３５】
【０２７３】
ここで、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐは、シリンダ３ａに吸入されたガス量であるので、過給圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよびバルブタイミングで決定される充填効率をＫｉとすると、下式（９０）のように定義できる。
【０２７４】
【数３６】
【０２７５】
一方、過給圧ＰＢは、ターボチャージャ装置１５を介して制御されており、その制御アルゴリズムとして、応答指定型制御アルゴリズムまたは目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムなどを用いた場合、過給圧ＰＢは目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して下式（９１）のようにモデル化することができる。
【０２７６】
【数３７】
【０２７７】
この式（９１）の右辺を、式（９０）のＰＢに代入すると、下式（９２）〜（９４）が得られる。
【０２７８】
【数３８】
【０２７９】
さらに、上記式（８９）を変形すると、下式（９５）が得られ、この式（９５）のＧｃｐに、上記式（９２）の右辺を代入すると、下式（９６）が得られる。
【０２８０】
【数３９】
【０２８１】
さらに、この式（９６）と前述した式（８８）とにより、下式（９７）が得られる。
【０２８２】
【数４０】
【０２８３】
一方、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒは、排気管内圧Ｐｅｘと目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを用い、下式（９８）のように表現することができ、さらに、この式（９８）を離散時間「１」分、未来側にシフトすると、下式（９９）が得られる。
【０２８４】
【数４１】
【０２８５】
以上の式（９７），（９９）をまとめて表現すると、下式（１００）のようになる。
【０２８６】
【数４２】
【０２８７】
この式（１００）は、Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒを制御量とし、ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とする干渉系のプラント４０４のモデルと見なせるとともに、下式（１０１）〜（１０７）のように表現することができる。
【０２８８】
【数４３】
【０２８９】
上記式（１０１）のように表現される干渉系のプラント４０４を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（１０８）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（１０８）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。
【０２９０】
【数４４】
【０２９１】
この式（１０８）のＢ，Ａ，Ｘ，Ｃ，Ｄ，Ｗに、上記式（１０６），（１０５），（１０２），（１０７），（１０４）の右辺および前述した式（６５）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（１０９）が得られる。
【０２９２】
【数４５】
【０２９３】
さらに、この式（１０９）のＧｅｇｒに、前述した式（９９）の右辺を代入すると、下式（１１０）が得られる。
【０２９４】
【数４６】
【０２９５】
この式（１１０）において、左辺をＵに置き換えるとともに、運転状態の変化や経年変化に伴う非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇの変化を補償するために、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（７５）の制御アルゴリズム、すなわち非干渉化コントローラ４０２の制御アルゴリズムが得られる。
【０２９６】
さらに、上記式（１１０）の右辺を、前述した式（１０１）のＵに代入し、整理すると、下式（１１１）が得られる。
【０２９７】
【数４７】
【０２９８】
この式（１１１）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント４０４０と非干渉化コントローラ４０２とを組み合わせたものに相当する。前述したように、このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（１１１）で表される仮想プラントに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるとともに、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御則を適用すると、下式（１１２）〜（１２０）が得られる。
【０２９９】
【数４８】
【０３００】
【数４９】
【０３０１】
【数５０】
【０３０２】
以上の式（１１２）〜（１２０）において、前述した理由により、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（６６）〜（７４）の制御アルゴリズム、すなわち２自由度応答指定型コントローラ４０１の制御アルゴリズムが得られる。
【０３０３】
一方、前述した式（７７）〜（８６）の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（９７）のＧｅｇｒに式（９８）の右辺を代入すると、下式（１２１）が得られる。
【０３０４】
【数５１】
【０３０５】
この式（１２１）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌをその推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔに置き換え、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇをそれぞれ同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えると、下式（１２２）が得られる。
【０３０６】
【数５２】
【０３０７】
この式（１２２）は、仮想的なプラントのモデルと考えることができ、前述したように、Ｇｃｙｌ（ｋ＋１）＝Ｇｉｎ（ｋ）であるので、検出吸気量Ｇｉｎと吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（７７）〜（８６）が導出される。
【０３０８】
以上のように構成された第４実施形態の制御装置１Ｃによれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１００）］に基づく、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた所定の制御アルゴリズム［式（６６）〜（７５）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０３０９】
さらに、非干渉化入力ベクトルＵの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインＫｒｃｈ＿ｇ，Ｋｒｃｈ＿ｅ，Ｋａｄｐ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｅをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。
【０３１０】
また、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ’＿ｃｍｄ）が、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム［式（６６）〜（７２）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（７３），（７４）］により、２つの目標値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに対する実測値Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ’＿ｃｍｄを算出することができる。
【０３１１】
さらに、オンボード同定器４０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（７７）〜（８６）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄと制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント４０４において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【０３１２】
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、その基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【０３１３】
なお、第４実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（７５）により算出したが、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを直接的に検出する検出手段がエンジン３Ａに設けられている場合には、前述した式（１０９）において、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えた式により、非干渉化入力ベクトルＵを算出してもよい。
【０３１４】
さらに、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、２つの制御入力と２つの制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、３つ以上の制御入力と３つ以上の制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに対しても、適用可能である。
【０３１５】
また、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、干渉系のプラントとしての、内燃機関の吸気系の駆動機構の制御に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、他の産業機器などの干渉系のプラントの制御に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０３１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。
【図４】可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）リフトアクチュエータの短アームが最大リフトストッパに当接している状態と（ｂ）最小リフトストッパに当接している状態を示す図である。
【図６】（ａ）可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。
【図７】可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。
【図８】制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図９】プラントを説明するためのブロック図である。
【図１０】可変機構制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】エンジン始動中、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１２】目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図１３】目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１４】目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１５】目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図１６】非干渉化パラメータＦｔｈの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１７】非干渉化パラメータＦｌｆの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１８】開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの算出処理を示すフローチャートである。
【図１９】目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２０】触媒暖機制御中、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２１】通常運転中、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２２】第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がない場合）を示すタイミングチャートである。
【図２３】第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図２４】非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御した場合のミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図２５】第２実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２６】第２実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図２７】第３実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２８】第３実施形態の制御装置による目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図２９】非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３０】非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３１】第３実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図３２】本発明の第４実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図３３】第４実施形態の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３４】第４実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３５】第４実施形態のプラントを説明するためのブロック図である。
【図３６】目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３７】目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３８】非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３９】非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０３１７】
１ 制御装置
１Ａ〜１Ｃ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標値設定手段、非干渉化入力算出手段、同定手段）
３ 内燃機関
４ 吸気弁
９０ プラント
１００ 目標値算出部（目標値設定手段）
１０１ 応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
１０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０３ オンボード同定器（同定手段）
４００ 目標値算出部（目標値設定手段）
４０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０３ オンボード同定器（同定手段）
４０４ プラント
ＴＨ スロットル弁の開度
ＴＨ＿ｃｍｄ 目標スロットル弁開度（制御入力、非干渉化入力）
Ｌｉｆｔｉｎ 吸気弁のリフト
Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ 目標バルブリフト（制御入力、非干渉化入力）
ＰＢ 吸気管内の圧力（吸気通路内の圧力、制御量）
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標吸気管内圧（目標値）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｆｔｈ 非干渉化パラメータ
Ｆｔｈ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｔｈ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｆｌｆ 非干渉化パラメータ
Ｆｌｆ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｌｆ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＮＥ エンジン回転数（プラントの内部変数）
ＰＡ 大気圧（プラントの内部変数）
ＰＢ 過給圧
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標過給圧（制御入力、非干渉化入力）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲリフト（制御入力、非干渉化入力）
Ｇｅｇｒ ＥＧＲ量（制御量）
Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲ量（目標値）
Ｒｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｒｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＲｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｓｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｓｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＳｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｈｅｇ 非干渉化パラメータ
Ｈｅｇ＿ｈａｔ 同定値
Ｈｅｇ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＨｅｇ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＨＩ．ＶＴ 高速バルブタイミング（プラントの内部変数）
ＬＯ．ＶＴ 低速バルブタイミング（プラントの内部変数）
Ｐｅｘ 排気管内圧（プラントの内部変数）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、研磨用ロボットを制御する制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、スライディングモード制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせたスライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、以下のように研磨用ロボットが制御される。
【０００３】
まず、研磨用ロボットを含む研磨装置を、研磨用ロボットのｘ方向およびｙ方向への駆動力ｆｍｘ，ｆｍｙを２つの制御入力とし、ワークのｘ方向およびｙ方向の位置Ｐｘ，Ｐｙを２つの制御量とするとともに、これらの２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に相互干渉が存在するプラントとして見なす。次いで、プラントモデルとして、制御入力ｆｍｘと制御量Ｐｘとの関係を表す連続時間系モデルと、制御入力ｆｍｙと制御量Ｐｙとの関係を表す連続時間系モデルとを用いる。
【０００４】
そして、制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙは、スライディングモード制御アルゴリズムにより、制御量Ｐｘ，Ｐｙが２つの目標値にそれぞれ収束するように決定されると同時に、非干渉制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に存在する相互干渉を解消するように決定される。すなわち、スライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、２つの制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙと２つの制御量Ｐｘ，Ｐｙとの間に存在する相互干渉を解消しながら、制御量Ｐｘ，Ｐｙが２つの目標値にそれぞれ収束するように、制御入力ｆｍｘ，ｆｍｙが決定され、それにより、研磨用ロボットが制御される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０１６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の制御装置では、プラントモデルとして連続時間系モデルを用いているので、そのプラントモデルのモデルパラメータを、プラントの実験データから直接同定することは困難である。そのため、具体的な同定手法としては、連続時間系モデルを離散時間系モデルに近似変換し、それに基づいてモデルパラメータを同定しなければならないので、そのような近似変換により、モデルパラメータの同定精度が低下してしまう。さらに、離散時間系モデルを連続時間系モデルに再度、近似変換しなければならないので、そのような２回の近似変換の使用により、プラントモデルのモデル化誤差も増大してしまう。その結果、制御の安定余裕を確保するために、コントローラゲインを低く抑える必要が生じ、制御性および制御精度の低下を招くという問題がある。
【０００７】
これに加えて、連続時間系モデルを用いた場合、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いることになるので、制御周期が短くなると、そのような微分値は制御量の変化速度を示すことがなくなり、ノイズ成分に近い状態となってしまう。その結果、スライディングモード制御の特長であるロバスト性が失われてしまい、制御性および制御精度がさらに低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御入力と複数の制御量との間に存在する相互干渉を解消しながら、複数の制御量を制御する場合において、制御性および制御精度を向上させることができるプラントの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１，１Ａ〜１Ｃであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標値算出部１００，４００）と、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム［式（２）〜（９），（４１）〜（５０），（６４），（６６）〜（７４）］により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、応答指定型コントローラ１０１、２自由度応答指定型コントローラ２０１，３０１，４０１、非干渉化コントローラ１０２，２０２，３０２，４０２）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このプラントの制御装置によれば、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出されるので、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、複数の非干渉化入力の算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、スライディングモード制御などの応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１Ａ〜１Ｃであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標値算出部１００，４００）と、プラントをモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム［式（４１）〜（５０），（６４），（６６）〜（７５）］により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ２０１，３０１，４０１、非干渉化コントローラ２０２，３０２，４０２）と、を備え、所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズム［式（４８）〜（４９），（７３）〜（７４）］と所定のフィードバック制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７），（６６）〜（７２）］とを組み合わせたアルゴリズムであることを特徴とする。
【００１２】
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。この所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであるので、複数の非干渉化入力を、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、所定の目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値に対する応答性が緩やかになる値として算出することができる。これにより、複数の非干渉化入力を、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出でき、その結果、非干渉制御アルゴリズムの誤差に起因して、制御量と目標値との偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができ、制御性および制御精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のプラントの制御装置１Ａ〜１Ｃにおいて、所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする。
【００１４】
このプラントの制御装置によれば、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた２自由度制御アルゴリズムにより、複数の入力値が算出されるので、一般的なフィードバック制御アルゴリズムと目標値フィルタアルゴリズムとを組み合わせた２自由度制御アルゴリズムを用いた場合と比べて、制御量と目標値との偏差の挙動を指数関数的なより穏やかなものにすることができるとともに、外乱抑制能力をより高めることができる。それにより、制御量と目標値との偏差を抑制する能力をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のプラントの制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、プラントモデル［式（１９），（１００）］は、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆ，Ｒｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数（エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、バルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴ、排気管内圧Ｐｅｘ）の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
このプラントの制御装置によれば、プラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力が、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）と複数の制御量（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）との間に相互干渉が存在するプラント９０，４０４の制御装置１Ｂ，１Ｃであって、プラントをモデル化したプラントモデル［式（１９），（１００）］に基づく、所定の非干渉制御アルゴリズム［式（６４），（７５）］を含む所定の制御アルゴリズム［式（４１）〜（４９）,（６４），式（６６）〜（７５）］により、複数の制御入力を、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ３０１，４０１、非干渉化コントローラ３０２，４０２）を備え、プラントモデルは、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆ，Ｒｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数（エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、バルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴ、排気管内圧Ｐｅｘ）の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。このプラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも１つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出され、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのようなモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載のプラントの制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）は、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ，Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅを算出し、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値（修正項ｄＦｔｈ＿ｈａｔ,ｄＦｌｆ＿ｈａｔ,ｄＲｃｐ＿ｈａｔ,ｄＳｃｐ＿ｈａｔ,ｄＨｅｇ＿ｈａｔ）を算出するとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする。
【００２０】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントでは、複数の制御入力および複数の制御量は、複雑な相互干渉関係となっているのが一般的であり、そのため、請求項４または５の制御装置のように、非干渉化パラメータを逐次同定する場合、同定の開始直後で、モデル化誤差が大きい状態にあるときには、そのような傾向が顕著になることで、非干渉化パラメータが誤同定されるおそれがある。これに対して、このプラントの制御装置によれば、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値が算出され、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値が算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータが同定される。そのため、同定の開始直後、複数の非干渉化パラメータがその基準値に近い値として同定されることにより、誤同定を回避することができ、同定精度を向上させることができる。また、例えば、所定の忘却効果を補正項に付加した場合、複数の非干渉化パラメータが基準値近傍に拘束されるような状態で同定されるので、複数の非干渉化パラメータが誤った組み合わせの値として同定されるのを防止でき（すなわち、非干渉化パラメータのドリフトを防止でき）、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のプラント９０の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、複数の制御量は、内燃機関３の吸気通路内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）および吸入空気量Ｇｃｙｌであり、複数の制御入力は、内燃機関３のスロットル弁開度ＴＨを制御するための値（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄ）、および内燃機関３の吸気弁４のリフトＬｉｆｔｉｎを制御するための値（目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。
【００２２】
このプラントの制御装置によれば、吸気弁のリフトを制御するための値およびスロットル弁開度を制御するための値が、これらと内燃機関の吸気管内圧および吸入空気量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、吸気管内圧および吸入空気量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、通常は、吸気管内圧の負圧化度合いを抑制することにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることができるとともに、ブレーキ圧制御および蒸発燃料制御（パージ制御）などで要求される吸気管内の負圧を、必要に応じて適切に確保することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置１Ｃにおいて、複数の制御量は、内燃機関３の吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒであり、複数の制御入力は、内燃機関３の過給圧ＰＢを制御するための値（目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄ）、および内燃機関３のＥＧＲ量を制御するための値（目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。
【００２４】
このプラントの制御装置によれば、過給圧を制御するための値およびＥＧＲ量を制御するための値が、これらと内燃機関の過給圧およびＥＧＲ量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、過給圧およびＥＧＲ量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、ＥＧＲ制御により、燃費および排ガス特性をいずれも良好な状態に保持できると同時に、過給圧制御により、要求駆動力を発生するための吸入空気量を自在かつ高い応答性で確保することができる。その結果、良好な燃費および排ガス特性と、良好な運転性とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、可変機構制御処理などの制御処理を実行する。
【００２６】
図１および図３に示すように、エンジン３は、４組のシリンダ３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。エンジン３は、シリンダ３ａごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁４および排気弁７と、吸気弁４駆動用の吸気カムシャフト５および吸気カム６と、吸気弁４を開閉駆動する可変式吸気動弁機構４０と、排気弁７駆動用の排気カムシャフト８および排気カム９と、排気弁７を開閉駆動する排気動弁機構７０などを備えている。
【００２７】
吸気弁４は、そのステム４ａがガイド４ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド４ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、吸気弁４は、図４に示すように、上下のスプリングシート４ｃ，４ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング４ｅとを備えており、このバルブスプリング４ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００２８】
また、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト５は、その一端部に吸気スプロケット（図示せず）が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト（図示せず）を介して、クランクシャフト３ｄに連結されている。これにより、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。
【００２９】
さらに、可変式吸気動弁機構４０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って、各シリンダ３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁４のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁４の最大揚程を表すものとする。
【００３０】
一方、排気弁７は、そのステム７ａがガイド７ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド７ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、排気弁７は、上下のスプリングシート７ｃ，７ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング７ｅとを備えており、このバルブスプリング７ｅにより、閉弁方向に付勢されている。
【００３１】
また、排気カムシャフト８は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結されており、それにより、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。
【００３２】
さらに、排気動弁機構７０は、ロッカアーム７１を備えており、このロッカアーム７１が排気カム９の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング７ｅの付勢力に抗しながら、排気弁７を開閉駆動する。
【００３３】
また、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。
【００３４】
一方、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック３ｅに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック３ｅ内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３５】
また、エンジン３の吸気管１０には、上流側から順に、エアフローセンサ２２、スロットル弁機構１１、スロットル弁開度センサ２３、吸気管内圧センサ２４および燃料噴射弁１２などが設けられている。このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気管１０内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｑｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この空気流量Ｑｉｎに基づき、後述するように、シリンダ３ａ内に実際に吸入されると推定される吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。
【００３６】
スロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気管１０の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸入空気量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの開度制御入力Ｕｔｈによって駆動されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。
【００３７】
また、スロットル弁１１ａには、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられている。これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁１１ａは、後述するように、開度制御入力Ｕｔｈが値０に設定されているときや、開度制御入力ＵｔｈがＴＨアクチュエータ１１ｂに入力されていないときには、所定の初期開度に保持される。この初期開度は、全閉状態に近い値であって、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量を確保できる値（例えば６゜）に設定されている。
【００３８】
さらに、吸気管１０のスロットル弁１１ａの近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２３が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、スロットル弁１１ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００３９】
一方、吸気管１０のスロットル弁１１ａよりも下流側の部分は、サージタンク１０ａになっており、このサージタンク１０ａに、吸気管内圧センサ２４および吸気温センサ２５が設けられている。
【００４０】
吸気管内圧センサ２４は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管１０内の圧力（以下「吸気管内圧」という）ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、吸気管内圧ＰＢ（吸気通路内の圧力）は絶対圧として検出される。また、吸気温センサ２５は、吸気管１０内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４１】
さらに、燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ２からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管１０内に噴射する。
【００４２】
一方、エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、点火プラグ１３（図２参照）が取り付けられている。この点火プラグ１３は、図示しない点火コイルを介してＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号（電圧信号）が、点火時期に応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
【００４３】
また、エンジン３には、蒸発燃料処理装置１８が設けられている。この蒸発燃料処理装置１８は、燃料タンク１８ｃで発生した蒸発燃料が大気側に放出されるのを防止するためのものであり、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着するキャニスタ１８ａと、このキャニスタ１８ａと吸気管１０との間を接続する負圧導入管１８ｂなどを備えている。この蒸発燃料処理装置１８では、蒸発燃料中の燃料成分は、キャニスタ１８ａに一時的に吸着された後、吸気管１０内の負圧により、キャニスタ１８ａから脱離し、導入管１８ｂを介して吸気管１０内に導入され、空気とともに燃焼室内に吸入される。
【００４４】
さらに、エンジン３には、マスターバック１９が設けられており、このマスターバック１９は、負圧導入管１９ｂを介して吸気管１０に接続されている。マスターバック１９内の負圧室（図示せず）には、吸気管１０内の負圧が導入管１９ｂを介して導入され、蓄えられている。ブレーキペダル１９ａが踏み込まれた際、マスターバック１９は、負圧室内に蓄えた負圧をパワーソースとして、制動力をアシストするためのアシスト力を発生する。このアシスト力は、負圧室内に蓄えられた負圧が大きいほど、すなわち負圧室内の圧力が低いほど、より大きい値となるように構成されている。
【００４５】
次に、前述した可変式吸気動弁機構４０について説明する。この可変式吸気動弁機構４０は、図４に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６および可変バルブリフト機構５０などで構成されている。
【００４６】
この可変バルブリフト機構５０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って吸気弁４を開閉駆動するとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを所定の最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと所定の最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構５１と、これらのロッカアーム機構５１を同時に駆動するリフトアクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。
【００４７】
各ロッカアーム機構５１は、ロッカアーム５２および上下のリンク５３，５４などで構成されている。この上リンク５３の一端部は、上ピン５５を介して、ロッカアーム５２の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト５６に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト５６は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。
【００４８】
また、ロッカアーム５２の上ピン５５上には、ローラ５７が回動自在に設けられている。このローラ５７は、吸気カム６のカム面に当接しており、吸気カム６が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム６上を転動する。これにより、ロッカアーム５２は上下方向に駆動されるとともに、上リンク５３が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。
【００４９】
さらに、ロッカアーム５２の吸気弁４側の端部には、アジャストボルト５２ａが取り付けられている。このアジャストボルト５２ａは、吸気カム６の回転に伴ってロッカアーム５２が上下方向に移動すると、バルブスプリング４ｅの付勢力に抗しながら、ステム４ａを上下方向に駆動し、吸気弁４を開閉する。
【００５０】
また、下リンク５４の一端部は、下ピン５８を介して、ロッカアーム５２の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク５４の他端部には、連結軸５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結軸５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。
【００５１】
一方、リフトアクチュエータ６０は、ＥＣＵ２により駆動されるものであり、図５に示すように、電気モータ６１、ナット６２、リンク６３、長アーム６４および短アーム６５などを備えている。この電気モータ６１は、ＥＣＵ２に接続され、エンジン３のヘッドカバー３ｆの外側に配置されている。電気モータ６１の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸６１ａになっており、このねじ軸６１ａに、ナット６２が螺合している。このナット６２は、リンク６３を介して、長アーム６４に連結されている。このリンク６３の一端部は、ピン６３ａを介して、ナット６２に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン６３ｂを介して、長アーム６４の一端部に回動自在に取り付けられている。
【００５２】
また、長アーム６４の他端部は、回動軸６６を介して短アーム６５の一端部に取り付けられている。この回動軸６６は、断面円形に形成され、エンジン３のヘッドカバー３ｆを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸６６の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。
【００５３】
さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結軸５９が取り付けられており、これにより、短アーム６５は、連結軸５９を介して、下リンク５４に連結されている。また、短アーム６５の付近には、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、短アーム６５は、その回動範囲が後述するように規制される。
【００５４】
次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構５０の動作について説明する。この可変バルブリフト機構５０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されると、ねじ軸６１ａが回転し、それに伴うナット６２の移動により、長アーム６４および短アーム６５が回動軸６６を中心として回動するとともに、この短アーム６５の回動に伴って、ロッカアーム機構５１の下リンク５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、短アーム６５が図中の反時計回りに回動すると、短アーム６５は、最大リフトストッパ６７ｂに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に実線で示す最大リフト位置に係止される。一方、図５（ｂ）に示すように、短アーム６５が図中の時計回りに回動すると、短アーム６５は、最小リフトストッパ６７ａに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置に係止される。
【００５６】
以上のように、短アーム６５の回動範囲は、２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、図５（ａ）に示す最大リフト位置と図５（ｂ）に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク５４の回動範囲も、図４に実線で示す最大リフト位置と、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。
【００５７】
下リンク５４が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト５６、上下のピン５５，５８および連結軸５９によって構成される四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図６（ａ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が大きくなる。
【００５８】
一方、下リンク５４が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図６（ｂ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が小さくなる。
【００５９】
以上の理由により、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトＬｉｆｔｉｎで開弁する。具体的には、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、図７の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈを示す。一方、下リンク５４が最小リフト位置にあるときには、図７の２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌを示す。
【００６０】
以上のように、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ６０を介して、下リンク５４を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更することができる。
【００６１】
なお、この可変バルブリフト機構５０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、後述するように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが値０に設定されているときや、断線などによりＥＣＵ２からのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されないときには、可変バルブリフト機構５０の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構５０によるバルブリフトＬｉｆｔｉｎの変更が禁止され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌは、吸入空気量として所定の故障時用値が確保されるような値に設定されており、この所定の故障時用値は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量の値に設定されている。
【００６２】
また、エンジン３には、回動角センサ２６が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２６は、短アーム６５の回動角を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この短アーム６５の回動角に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。
【００６３】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２７、アクセル開度センサ２８、車速センサ２９、イグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）３０およびブレーキ・スイッチ３１がそれぞれ接続されている。
【００６４】
大気圧センサ２７は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。アクセル開度センサ２８は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００６５】
また、車速センサ２９は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速ＶＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＩＧ・ＳＷ３０は、イグニッションキー（図示せず）操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。また、ブレーキ・スイッチ３１は、ブレーキペダル１９ａ付近に設けられ、ブレーキペダル１９ａが所定量以上、踏み込まれたときにＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、それ以外はＯＦＦ信号を出力する。
【００６６】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２９の検出信号および各種のスイッチ３０，３１のＯＮ／ＯＦＦ信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、可変機構制御処理を実行する。この可変機構制御処理では、後述するように、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０を介して、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがそれぞれ制御され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌがそれぞれ制御される。
【００６７】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標値設定手段、非干渉化入力算出手段および同定手段に相当する。
【００６８】
次に、本実施形態の制御装置１について説明する。図８に示すように、この制御装置１は、プラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、応答指定型コントローラ１０１および非干渉化コントローラ１０２を備えている。なお、これらの算出部１００およびコントローラ１０１，１０２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。
【００６９】
このプラント９０は、図９に示すように、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、弁開度コントローラ９１、バルブリフトコントローラ９２およびエンジン３などで構成されている。なお、両コントローラ９１，９２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。
【００７０】
これらの目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびスロットル弁開度ＴＨの目標値であり、後述するように算出される。
【００７１】
また、弁開度コントローラ９１では、開度制御入力Ｕｔｈが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（２９）〜（３２）］により算出され、この開度制御入力Ｕｔｈがスロットル弁機構１１に入力されることによって、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【００７２】
さらに、バルブリフトコントローラ９２では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（３３）〜（３６）］により算出され、このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが可変バルブリフト機構５０に入力されることによって、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【００７３】
以上のようなプラント９０では、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。さらに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。すなわち、このプラント９０は、制御入力としての目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
【００７４】
したがって、本実施形態の制御装置１では、このような干渉系のプラント９０において、上記相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【００７５】
具体的には、まず、目標値算出部１００（目標値設定手段）において、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの目標値として、後述するように、テーブル検索およびマップ検索のいずれかにより、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。
【００７６】
次いで、応答指定型コントローラ１０１（非干渉化入力算出手段）では、下式（１）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが算出される。
【００７７】
【数１】
【００７８】
この式（１）において、ＴＨ’＿ｃｍｄは、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。また、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）に同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。
【００７９】
この追従入力ベクトルＷは、具体的には、式（２）〜（８）に示す応答指定型制御アルゴリズムにより算出される。
【００８０】
【数２】
【００８１】
【数３】
【００８２】
上記式（２）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出され、この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（３）により算出される。同式（３）において、Ｓｐ，Ｓｇはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｐ＜０，−１＜Ｓｇ＜０が成立するように設定される。
【００８３】
また、式（２）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（４）により算出され、同式（４）において、Ｋｒｃｈ＿ｐ，Ｋｒｃｈ＿ｇは、所定の到達則ゲインである。また、式（４）のσｐ，σｇは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、上記式（６）により算出される。同式（６）において、Ｓは、上記式（７）のように定義される行列であり、Ｅ’は、上記式（８）のように定義される偏差ベクトルである。
【００８４】
さらに、式（２）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（５）により算出され、同式（５）において、Ｋａｄｐ＿ｐ，Ｋａｄｐ＿ｇは、所定の適応則ゲインである。
【００８５】
さらに、非干渉化コントローラ１０２（非干渉化入力算出手段）では、応答指定型コントローラ１０１で算出された追従入力ベクトルＷ、すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄを用い、下式（９）に示す非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（１０）のように定義される。
【００８６】
【数４】
【００８７】
上記式（９）において、Ｆｔｈは、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよび大気圧ＰＡに応じて算出される非線形な関数値である。また、Ｆｌｆも、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて算出される非線形な関数値である。さらに、Ｒｔは、後述するように定義される係数である。なお、本実施形態では、大気圧ＰＡおよびエンジン回転数ＮＥがプラントの内部変数に相当する。
【００８８】
以上のように、この制御装置１では、前述した式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズム、すなわち応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち非干渉化入力目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出される。これらの式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。
【００８９】
まず、エンジン３における吸入空気量Ｇｃｙｌの算出式は、以下の式（１１）〜（１３）のように定義される。
【００９０】
【数５】
【００９１】
式（１１）のＧｔｈは、スロットル弁１１ａを通過すると推定されるＴＨ通過吸入空気量であり、式（１２）により算出される。また、式（１１）のＲｔ’は、式（１３）により算出される係数である。同式（１３）において、Ｖｂは吸気管内体積を、Ｒは所定の気体定数をそれぞれ表している。
【００９２】
上記式（１１）を離散時間「１」分、未来側にシフトさせ、変形すると、下式（１４）が得られる。なお、式（１４）のＲｔは、下式（１５）のように定義される係数である。
【００９３】
【数６】
【００９４】
一方、ＧｔｈとＴＨ＿ｃｍｄとの間、およびＧｃｙｌとＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間にはそれぞれ、下式（１６），（１７）のような関係が成立する。
【００９５】
【数７】
【００９６】
以上の式（１６），（１７）の右辺を、式（１４）のＧｔｈ，Ｇｃｙｌに代入すると、下式（１８）が得られる。
【００９７】
【数８】
【００９８】
以上の式（１７），（１８）を１つの式にまとめて表現すると、下式（１９）が得られる。
【００９９】
【数９】
【０１００】
この式（１９）は、ＰＢ，Ｇｃｙｌを制御量とし、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とするプラント９０のモデルと見なせるとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆは、このモデルのモデルパラメータと見なすことができる。この式（１９）は、下式（２０）〜（２４）のように表現することができる。なお、以下の説明では、式（２１）で表されるＸを制御量ベクトルという。
【０１０１】
【数１０】
【０１０２】
上記式（２０）のように表現される干渉系のプラント９０を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（２５）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（２５）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。
【０１０３】
【数１１】
【０１０４】
この式（２５）のＸ，Ａ，Ｂ，Ｗに、上記式（２１），（２３），（２４）の右辺および前述した式（１）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（２６）が得られる。
【０１０５】
【数１２】
【０１０６】
さらに、この式（２６）のＧｃｙｌに、前述した式（１７）の右辺を代入すると、下式（２７）すなわち前述した式（９）が得られる。
【０１０７】
【数１３】
【０１０８】
さらに、上記式（２７）の右辺を、前述した式（２０）に代入し、整理すると、下式（２８）が得られる。
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
この式（２８）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント９０と非干渉化コントローラ１０２とを組み合わせたものに相当する。このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、応答指定型制御則を適用すると、前述した式（２）〜（８）が得られる。
【０１１１】
以上のように、非干渉化コントローラ１０２とプラント９０とを組み合わせた系は、相互干渉のない線形な仮想プラントとなるので、そのような仮想プラントに対して、式（２）〜（８）の応答指定型制御アルゴリズムにより算出された追従入力ベクトルＷを入力することにより、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御することができる。すなわち、追従入力ベクトルＷが非干渉化コントローラ１０２に入力されると、前述した式（９）の非干渉制御アルゴリズムにより算出された非干渉化入力ベクトルＵが、プラント９０に入力され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御できる。より具体的には、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄにより、吸入空気量Ｇｃｙｌに影響を及ぼすことなく、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御できるとともに、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄにより、吸気管内圧ＰＢに影響を及ぼすことなく、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従するように制御することができる。
【０１１２】
以下、図１０を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される可変機構制御処理について説明する。本処理は、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０をそれぞれ制御するための２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴ（１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１１３】
この処理では、まず、ステップ１で、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ３０のＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１１４】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ２に進み、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋを、エンジン水温ＴＷに応じて、図１１に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１１５】
このテーブルでは、始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ１よりも高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ１の範囲では、所定値Ｇｃｙｌｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、可変バルブリフト機構５０のフリクションが増大するので、それを補償するためである。
【０１１６】
次いで、ステップ３で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋに設定する。
【０１１７】
次に、ステップ４に進み、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出する。この目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄは、具体的には、図１２に示すように算出される。
【０１１８】
すなわち、まず、ステップ２０で、ブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮが「１」であるか否かを判別する。このブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮは、ブレーキ・スイッチ３１からＯＮ信号が出力されているときには「１」に、ＯＦＦ信号が出力されているときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１１９】
ステップ２０の判別結果がＮＯで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれていないときには、ステップ２１に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよび吸気温ＴＡに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇを算出する。この始動後タイマは、エンジン始動制御終了後の経過時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。
【０１２０】
同図１３において、ＰＢ１〜ＰＢ４は、ＰＢ１＜ＰＢ２＜ＰＢ３＜ＰＢ４の関係が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値であり、ＰＢ４＝１ａｔｍに設定されている。この点は、後述する図１４においても同様である。また、Ｔａｓｔ１，Ｔａｓｔ２は、Ｔａｓｔ１＜Ｔａｓｔ２の関係が成立する所定値であり、ＴＡ１〜ＴＡ３は、ＴＡ１＜ＴＡ２＜ＴＡ３の関係が成立する吸気温ＴＡの所定値である。同図に示すように、このマップでは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇは、吸気温ＴＡが低いほど、より高い値に設定され、Ｔａｓｔ１≦Ｔａｓｔ≦Ｔａｓｔ２の範囲では、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さいほど、より低い値に設定されているとともに、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔ１の範囲では、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い一定値（ＰＢ１またはＰＢ２）に設定されている。
【０１２１】
これは、エンジン３の始動直後は、吸気管内圧ＰＢをより負圧側に制御することで、エンジン停止中にキャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。また、低温時は、燃料タンク１８ｃ内で発生する蒸発燃料の量が少ないので、スロットル弁開度ＴＨを大きな値に制御し、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、燃費を向上させるためである。さらに、高温時は、キャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料量が多いことに加えて、走行中に発生する蒸発燃料量も多くなるので、吸気管内圧ＰＢを低温〜中温時よりも負圧側に制御することで、そのような多量の蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。
【０１２２】
次いで、ステップ２２で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇに設定した後、本処理を終了する。
【０１２３】
一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれているときには、ステップ２３に進み、車速ＶＰに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒを算出する。同図１４において、ＶＰ１，ＶＰ２は、ＶＰ１＜ＶＰ２の関係が成立する車速ＶＰの所定値である。
【０１２４】
このテーブルでは、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ＶＰ１≦ＶＰ≦ＶＰ２の範囲では、車速ＶＰが高いほど、より低い値に設定されているとともに、ＶＰ＜ＶＰ１の範囲では、ＶＰ２＜ＶＰの範囲における設定値ＰＢ１よりも高い値ＰＢ２に設定されている。これは、高車速時は、低車速時よりも大きな制動力すなわちより大きなアシスト力が要求されるため、マスターバック１９の負圧室内の負圧消費度合いが大きくなり、負圧室内の圧力が上昇しやすくなるので、吸気管内圧ＰＢをより負圧側の値に制御し、負圧室内に十分な負圧を蓄えることで、必要なアシスト力を確保するためである。これとは逆に、低車速時は、要求される制動力が小さいので、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させるためである。
【０１２５】
また、図１４と前述した図１３とを比較すると明らかなように、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇのＴａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い値ＰＢ２に設定されている。これは、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの場合、すなわちエンジン３の始動直後における蒸発燃料の吸気管１０内への導入処理が終了し、通常の運転状態になった場合、ブレーキペダル１９ａが踏まれていないときには、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図る一方、ブレーキペダル１９ａが踏まれたときには、必要なアシスト力を適切に確保するためである。
【０１２６】
次いで、ステップ２４で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒに設定した後、本処理を終了する。
【０１２７】
図１０に戻り、ステップ４で以上のように目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出した後、ステップ５に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出する。これらの値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、具体的には、図１５に示すように算出される。
【０１２８】
まず、ステップ３０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図１６に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータＦｔｈを算出する。
【０１２９】
このテーブルでは、非干渉化パラメータＦｔｈは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、すなわち吸気管内圧ＰＢが大気圧ＰＡに近い値であるほど、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに対して、ＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈがより大きな値を示すことによる。
【０１３０】
次いで、ステップ３１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図１７に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータＦｌｆを算出する。同図において、ＰＢ５〜ＰＢ７は、ＰＢ５＜ＰＢ６＜ＰＢ７が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値である。
【０１３１】
このマップでは、非干渉化パラメータＦｌｆは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。また、非干渉化パラメータＦｌｆは、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢがそのような範囲にあるときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。
【０１３２】
また、以上のように、非干渉化パラメータＦｌｆをエンジン回転数ＮＥに応じて算出する理由は、以下による。すなわち、本実施形態のエンジン３のような干渉系の場合、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌと制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉の関係が、エンジン回転数ＮＥに応じて変化するとともに、エンジン回転数ＮＥは、運転中の変動幅が大きいものであるので、そのように変動するエンジン回転数ＮＥに応じて非干渉化パラメータＦｌｆを算出することにより、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥの変動に伴う相互干渉の関係の変動を適切に補償できる値として算出するためである。
【０１３３】
次いで、ステップ３２に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、前述した式（２）〜（９）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。
【０１３４】
図１０に戻り、以上のように、ステップ５で目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出した後、ステップ６に進み、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。これらの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎは、具体的には、図１８に示すように算出される。
【０１３５】
まず、ステップ４０で、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧおよびリフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧがいずれも「０」であるか否かを判別する。このスロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧは、図示しない故障判定処理において、スロットル弁機構１１が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。また、リフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧも、図示しない故障判定処理において、可変バルブリフト機構５０が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１３６】
ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０がいずれも正常であるときには、ステップ４１に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（２９）〜（３２）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１３７】
【数１５】
【０１３８】
上記式（２９）において、Ｋｒｃｈ＿ｔｈは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｔｈは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｔｈは、式（３０）のように定義される切換関数である。同式（３０）において、Ｅ＿ｔｈは、式（３１）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｔｈは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３１）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標スロットル弁開度のフィルタ値であり、式（３２）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３２）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。
【０１３９】
次いで、ステップ４２に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、下式（３３）〜（３６）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１４０】
【数１６】
【０１４１】
上記式（３３）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｌｆは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｌｆは、式（３４）のように定義される切換関数である。同式（３４）において、Ｅ＿ｌｆは、式（３５）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｌｆは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３５）において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標バルブリフトのフィルタ値であり、式（３６）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３６）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。
【０１４２】
以上のように、ステップ４２で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。
【０１４３】
一方、ステップ４０の判別結果がＮＯで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０の少なくとも一方が故障しているときには、ステップ４３に進み、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧが「１」であるか否かを判別する。
【０１４４】
この判別結果がＮＯで、可変バルブリフト機構５０のみが故障し、スロットル弁機構１１が正常であるときには、ステップ４４に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図１９に示すマップを検索することにより、目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓを算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立するアクセル開度ＡＰの所定値であり、この点は、後述する図２１においても同様である。
【０１４５】
このマップでは、故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１４６】
次いで、ステップ４５に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（３７）〜（４０）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。
【０１４７】
【数１７】
【０１４８】
上記式（３９）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓ＿ｆは、故障時用値のフィルタ値であり、式（４０）により算出される。
【０１４９】
次に、ステップ４６に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。
【０１５０】
一方、ステップ４３の判別結果がＹＥＳで、少なくともスロットル弁機構１１が故障しているときには、ステップ４７，４８で、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎをそれぞれ値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに、スロットル弁開度ＴＨが所定の初期開度にそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量Ｇｃｙｌが確保される。
【０１５１】
図１０に戻り、ステップ６で、以上のように開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。
【０１５２】
一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ７に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ８に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが所定値Ｔａｓｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。
【０１５３】
この判別結果がＹＥＳで、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ９に進み、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔを、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２０に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＴＷ１〜ＴＷ３は、ＴＷ１＜ＴＷ２＜ＴＷ３の関係が成立するエンジン水温ＴＷの所定値を示している。
【０１５４】
このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さい間は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より大きな値に設定され、計時値Ｔａｓｔがある程度大きくなった後は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、触媒暖機制御の実行時間が経過するのに伴い、エンジン３の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数ＮＥを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。
【０１５５】
次に、ステップ１０に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。
【０１５６】
一方、ステップ７または８の判別結果がＮＯのとき、すなわちアクセルペダルが踏まれているとき、またはＴａｓｔ≧Ｔａｓｔｌｍｔであるときには、ステップ１１に進み、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図２１に示すマップを検索することにより算出する。
【０１５７】
このマップでは、通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１５８】
次いで、ステップ１２に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。
【０１５９】
以上のように、この可変機構制御処理では、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、２つの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるとともに、実際の値ＴＨ，Ｌｉｆｔｉｎがこれらの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように、２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎがそれぞれ算出される。それにより、制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従するように制御される。
【０１６０】
次に、本実施形態の制御装置１による可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図２２，２３は、第１実施形態の制御装置１による制御結果を示しており、特に、図２２は、前述した式（１９）においてモデル化誤差がない場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がない場合の制御結果を示し、図２３は、モデル化誤差がある場合の制御結果を示している。
【０１６１】
また、図２４は、比較のために、可変機構制御処理において、非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、応答指定型制御アルゴリズムのみにより、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるように制御するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように制御した場合の制御シミュレーション結果、すなわち干渉系の制御結果を示している。
【０１６２】
まず、図２４を参照すると明らかなように、この干渉系の制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２１）、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがいずれも増大側に制御され、その影響により、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してより低い側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。
【０１６３】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２２）、スロットル弁開度ＴＨが一時的に急減するように制御されるとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが増大側に制御され、その影響により、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してより小さい値側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。
【０１６４】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更すると（時刻ｔ２３）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じ、両者の間に大きな偏差が発生するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間にも、偏差が発生してしまう。
【０１６５】
これに対して、図２２に示すように、モデル化誤差がない場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。
【０１６６】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ２）にも、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。
【０１６７】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３）も、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してそれぞれ適切に追従していることが判る。
【０１６８】
また、図２３に示すように、モデル化誤差がある場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１１）、前述した図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干の偏差を生じるものの、その偏差の度合いは、前述した図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１６９】
さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１２）、吸入空気量Ｇｃｙｌが、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して図２２のモデル化誤差がない場合と同等の偏差を生じ、その偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１７０】
これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ１３）、図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、若干のオーバーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して若干のアンダーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じている。しかし、それらの偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。
【０１７１】
以上のように、第１実施形態の制御装置１によれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１９）］に基づく、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、非干渉化入力ベクトルＵの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインＫｒｃｈ＿ｐ，Ｋｒｃｈ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｐ，Ｋａｄｐ＿ｇをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がなことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【０１７２】
なお、第１実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（９）により算出したが、これに代えて、非干渉化入力ベクトルＵを式（２６）により算出するように構成してもよい。
【０１７３】
また、第１実施形態は、式（２）〜（９）に示すように、２つの非干渉化入力のうちの１つＴＨ＿ｃｍｄを、２つの非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆおよび制御量ＰＢに応じて算出し、残りの非干渉化入力Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、非干渉化パラメータＦｌｆおよび制御量Ｇｃｙｌに応じて算出した例であるが、非干渉化入力の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化パラメータおよび複数の非干渉化入力の少なくとも一方に応じて、非干渉化入力を算出するものであればよい。
【０１７４】
さらに、第１実施形態は、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、２つの非干渉化入力を算出した例であるが、複数の非干渉化入力の算出に用いる制御アルゴリズムはこれに限らず、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む制御アルゴリズムであればよい。
【０１７５】
次に、図２５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。同図に示すように、この制御装置１Ａは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ２０１および非干渉化コントローラ２０２を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ２０１，２０２が非干渉化入力算出手段に相当する。
【０１７６】
この２自由度応答指定型コントローラ２０１では、下式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。
【０１７７】
【数１８】
【０１７８】
【数１９】
【０１７９】
【数２０】
【０１８０】
上記式（４２）において、ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸気管内圧および目標吸入空気量のフィルタ値であり、式（４８）および式（４９）により算出される。これらの式（４８），（４９）のＲｐ，Ｒｇは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｐ＜０，−１＜Ｒｇ＜０が成立する値に設定される。また、式（４５）のＥは、式（４７）のように定義される偏差ベクトルである。
【０１８１】
以上の式（４１）〜（４９）は、前述した式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムを適用することにより、導出される。
【０１８２】
また、非干渉化コントローラ２０２では、前述した非干渉化コントローラ１０２と同様に、下式（５０）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。
【０１８３】
【数２１】
【０１８４】
以上の制御装置１Ａにより実行される可変機構制御処理では、前述した図１５のステップ３２において、上述した式（４１）〜（５０）により、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出され、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行される。
【０１８５】
次に、第２実施形態の制御装置１Ａによる可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図２６は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がある場合の制御結果を示している。
【０１８６】
図２６を参照すると明らかなように、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３１）、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に発生する偏差の度合いが、前述した第１実施形態の図２３のモデル化誤差がある場合の制御結果よりも小さくなっているとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。
【０１８７】
また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３２）には、第１実施形態の図２３の制御結果と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して偏差を生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の制御結果（図２３）よりもかなり小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
【０１８８】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３３）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干のオーバーシュートを生じているものの、その度合いが第１実施形態の図２３の制御結果よりもかなり小さいとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の図２３の制御結果と比べて極めて小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
【０１８９】
以上のように構成された第２実施形態の制御装置１Ａによれば、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（５０）］により、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出されるので、前述した第１実施形態の制御装置１と同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０１９０】
さらに、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄ）が、式（４１）〜（４９）の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、非干渉化入力ベクトルＵ、すなわち目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出できる。
【０１９１】
その結果、モデル化誤差すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差に起因して、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間、および吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、制御性および制御精度をさらに向上させることができる。
【０１９２】
なお、第２実施形態は、２自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタアルゴリズムと応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いた例であるが、２自由度制御アルゴリズムはこれに限らず、目標値フィルタアルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであればよい。例えば、目標値フィルタアルゴリズムと、ＰＩＤ制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いてもよい。
【０１９３】
次に、本発明の第３実施形態に係る制御装置１Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。
【０１９４】
図２７に示すように、この制御装置１Ｂは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ３０１、非干渉化コントローラ３０２およびオンボード同定器３０３を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ３０１，３０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器３０３が同定手段に相当する。
【０１９５】
このオンボード同定器３０３では、下式（５１）〜（６１）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが算出される。
【０１９６】
【数２２】
【０１９７】
【数２３】
【０１９８】
上記式（５１）において、θは、その転置行列が式（５７）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値のベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（５９）のように定義される基準値のベクトルである。同式（５９）のＦｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ,Ｆｌｆの基準値であり、後述するようにテーブル検索およびマップ検索により算出される。
【０１９９】
また、上記式（５１）のｄθは、式（６０）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（６０）のｄＦｔｈ＿ｈａｔ，ｄＦｌｆ＿ｈａｔは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（５２）により算出され、この式（５２）において、δは式（６１）のように定義される忘却ベクトルである。同式（６１）のδ１，δ２は、忘却係数であり、０＜δ１≦１，０＜δ２≦１が成立するように設定される。
【０２００】
さらに、式（５２）のｅ＿ｉｄは、式（５３）により算出される偏差である。同式（５３）のωは、後述する仮想出力であり、式（５４）により算出される。また、式（５３）のω＿ｈａｔは、仮想出力の推定値であり、式（５５）により算出される。同式（５５）のξは、その転置行列が式（５８）のように定義されるベクトルである。
【０２０１】
また、式（５２）のＰは、式（５６）に示すように定義される２次の正方行列である。同式（５６）のＩは、２次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。
【０２０２】
以上のような同定アルゴリズムでは、式（５６）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、以下の４つの同定アルゴリズムのうちの１つが選択される。
すなわち、
λ１＝１，λ２＝０ ；固定ゲインアルゴリズム
λ１＝１，λ２＝１ ；最小２乗法アルゴリズム
λ１＝１，λ２＝λ ；漸減ゲインアルゴリズム
λ１＝λ，λ２＝１ ；重み付き最小２乗法アルゴリズム
ただし、λは、０＜λ＜１に設定される所定値。
なお、本実施形態のオンボード同定器３０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。
【０２０３】
以上の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（１８）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆをその同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えると、下式（６２）が得られる。
【０２０４】
【数２４】
【０２０５】
この式（６２）の右辺のＰＢ（ｋ−１）を左辺に移項すると、下式（６３）が得られる。
【０２０６】
【数２５】
【０２０７】
この式（６３）において、左辺をωと定義し、右辺をω＿ｈａｔと定義すると、前述した式（５４），（５５）が得られる。ここで、ωを仮想的なプラントの仮想出力と考え、ω＿ｈａｔを、そのような仮想出力の推定値と考えると、式（６３）は、そのような仮想的なプラントのモデルと考えることができる。したがって、仮想出力ωと仮想出力の推定値ω＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（５１）〜（６１）が導出される。
【０２０８】
また、２自由度応答指定型コントローラ３０１では、前述した２自由度応答指定型コントローラ２０１と同じ制御アルゴリズム、すなわち前述した式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。
【０２０９】
さらに、非干渉化コントローラ３０２では、下式（６４）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この式（６４）は、前述した式（５０）において、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆを同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えたものに相当する。
【０２１０】
【数２６】
【０２１１】
以上の制御装置１Ｂにより実行される可変機構制御処理では、第１実施形態の可変機構制御処理と比べて、前述した図１０のステップ５の処理のみが異なっており、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行されるので、以下、異なる点についてのみ説明する。
【０２１２】
すなわち、本実施形態の可変機構制御処理では、図１０のステップ５において、図２８に示すように、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【０２１３】
まず、ステップ６０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図２９に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅを算出する。このテーブルでは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、図１６の説明で述べたのと同じ理由による。
【０２１４】
次いで、ステップ６１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３０に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅを算出する。このマップでは、基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されているとともに、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、図１７の説明で述べたのと同じ理由による。
【０２１５】
次いで、ステップ６２に進み、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、前述した式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。
【０２１６】
次に、第３実施形態の制御装置１Ｂによる可変機構制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図３１は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に対して制御開始時にずれていた場合の制御結果を示している。
【０２１７】
図３１を参照すると明らかなように、この制御結果では、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に極めて近い値に算出されているものの、実際値に収束することなく、若干の誤差を生じている。この誤差は、図３１が可変機構制御のシミュレーション結果であるため、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの変化挙動が、上記誤差が発生しない条件である自己励起条件を満たすようなものとなっていないことに起因するものである。これに対して、実際の制御では、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが、様々な周波数成分を含んだ変化挙動を示すため、上記自己励起条件が満たされることで、可変機構制御の進行に伴い、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に収束する値として算出される。
【０２１８】
また、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４１）、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じていないとともに、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に、偏差が発生しておらず、前述した第２実施形態の制御結果（図２６）と比較すると、制御精度が向上していることが判る。
【０２１９】
さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４２）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度が確保されていることが判る。一方、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間には、極めて小さい偏差が生じているものの、この偏差は、前述した同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔの算出誤差に起因するものであり、そのような算出誤差は、前述したように、実際の制御では生じないので、ＧｃｙｌとＧｃｙｌ＿ｃｍｄとの間に偏差が生じることはなく、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度を確保できる。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。
【０２２０】
さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ４３）には、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないととも、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、若干のオーバーシュートを生じる第２実施形態の制御結果と比べて、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。
【０２２１】
以上のように構成された第３実施形態の制御装置１Ｂによれば、逐次型同定アルゴリズムと、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）］により、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出されるので、前述した第１および第２実施形態の制御装置１，１Ａと同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０２２２】
また、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ）が、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、前述した第２実施形態の制御装置１Ａと同様に、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。
【０２２３】
さらに、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（５１）〜（６１）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとＰＢ，Ｇｃｙｌとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント９０において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【０２２４】
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、その基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、その絶対値が増大し、誤ったパラメータ同定値となる現象、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆのドリフト現象を回避でき、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を、第２実施形態の制御装置１Ａよりもさらに向上させることができる。
【０２２５】
なお、第３実施形態は、逐次型同定アルゴリズムとして、δ修正法を適用した同定アルゴリズム（重み付き逐次型最小２乗法アルゴリズム）を用いた例であるが、逐次型同定アルゴリズムはこれに限らず、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを逐次同定できるものであればよい。例えば、前述した固定ゲインアルゴリズムおよび通常の最小２乗法アルゴリズムなどを用いてもよい。
【０２２６】
また、第３実施形態は、式（５１）〜（６１）により、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを、制御入力としての非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としての吸気管内圧ＰＢと、プラントの内部変数としてのエンジン回転数ＮＥおよび大気圧ＰＡとに応じて算出した例であるが、非干渉化パラメータの同定値の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する手法であればよい。
【０２２７】
次に、図３２，３３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る制御装置１Ｃについて説明する。なお、以下の説明においては、前述した第１実施形態と同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。この制御装置１Ｃは、エンジン３ＡのＥＧＲ制御および過給圧制御を行うものであり、このエンジン３Ａは、スロットル弁機構を有しないディーゼルエンジンで構成され、ターボチャージャ装置１５およびＥＧＲ制御弁１６を備えている。
【０２２８】
ターボチャージャ装置１５は、吸気管１０の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード１５ａと、排気管１４の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード１５ｂと、２つのブレード１５ａ，１５ｂを一体に連結する軸１５ｃと、ウエストゲート弁１５ｄなどを備えている。
【０２２９】
このターボチャージャ装置１５では、排気管１４内の排気ガスによってタービンブレード１５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１５ａも同時に回転することにより、吸気管１０内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【０２３０】
一方、上記ウエストゲート弁１５ｄは、排気管１４のタービンブレード１５ｂをバイパスするバイパス排気通路１４ａを開閉するものであり、ＥＣＵ２に接続された電磁制御弁で構成されている。このウエストゲート弁１５ｄは、後述する過給圧制御入力ＵｐｂがＥＣＵ２から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路１４ａを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード１５ｂを駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。
【０２３１】
また、図３２に示すように、本実施形態の吸気管内圧センサ２４は、吸気管１０のコンプレッサブレード１５ａよりも下流側に設けられているので、過給圧制御が実行されている場合、吸気管内圧センサ２４により検出された吸気管内圧ＰＢは、過給圧に等しいものとなる。したがって、以下の説明では、吸気管内圧ＰＢを「過給圧ＰＢ」という。
【０２３２】
一方、ＥＧＲ制御弁１６は、吸気管１０および排気管１４の間に延びるＥＧＲ通路１７を開閉することにより、排気ガスを排気管１４から吸気管１０側に還流するＥＧＲ動作を実行するものである。ＥＧＲ制御弁１６は、ＥＣＵ２に接続されたリニア電磁弁で構成されており、後述するＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＣＵ２から入力されると、そのリフトがリニアに変化する。これにより、還流ガス量すなわちＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。
【０２３３】
また、このＥＧＲ制御弁１６には、ＥＧＲリフトセンサ３２が取り付けられている。このＥＧＲリフトセンサ３２は、ＥＧＲ制御弁１６のリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）Ｌｅｇｒを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【０２３４】
一方、排気管１４のタービンブレード１５ｂよりも上流側には、排気管内圧センサ３３が設けられており、この排気管内圧センサ３３は、排気管１４内の圧力（以下「排気管内圧」という）排気管内圧Ｐｅｘを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、排気管内圧Ｐｅｘがプラントの内部変数に相当する。
【０２３５】
また、エンジン３Ａには、バルブタイミング切換機構８０が設けられており、図示しないが、エンジン３Ａの吸気カムの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムノーズを有する高速カムとで構成されている。バルブタイミング切換機構８０は、吸気弁を開閉駆動する吸気カムを低速カムと高速カムの間で切り換えることにより、吸気弁のバルブタイミングを、低速バルブタイミングＬＯ．ＶＴと高速バルブタイミングＨＩ．ＶＴとの間で切り換える。バルブタイミング切換機構８０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており（図３３参照）、ＥＣＵ２により上記切換動作が制御される。なお、本実施形態では、２つのバルブタイミングＬＯ．ＶＴ，ＨＩ．ＶＴがプラントの内部変数に相当する。
【０２３６】
さらに、ＥＣＵ２では、エアフローセンサ２２の検出信号に基づいて、エアフローセンサ２２付近を通過した吸気量（以下「検出吸気量」という）Ｇｉｎが、前述した式（１２）の左辺のＧｔｈをＧｉｎに置き換えた式により算出される。
【０２３７】
また、ＥＣＵ２では、後述するように、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒがそれぞれ制御され、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌ（新気量）およびＥＧＲ量Ｇｅｇｒがそれぞれ制御される。
【０２３８】
次に、本実施形態の制御装置１Ｃについて説明する。図３４に示すように、この制御装置１Ｃは、プラント４０４を制御するものであり、目標値算出部４００、２自由度応答指定型コントローラ４０１、非干渉化コントローラ４０２およびオンボード同定器４０３を備えている。なお、本実施形態では、目標値算出部４００が目標値設定手段に相当し、２つのコントローラ４０１，４０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器４０３が同定手段に相当する。
【０２３９】
このプラント４０４は、図３５に示すように、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、過給圧コントローラ４０５、ＥＧＲコントローラ４０６およびエンジン３Ａなどで構成されている。
【０２４０】
これらの目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄはそれぞれ、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒの目標値であり、後述するように算出される。
【０２４１】
また、過給圧コントローラ４０５では、その具体的な算出式は省略するが、過給圧制御入力Ｕｐｂが、前述した式（２９）〜（３２）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、この過給圧制御入力Ｕｐｂがウエストゲート弁１５ｄに入力されることによって、吸入空気量Ｇｃｙｌが制御される。
【０２４２】
さらに、ＥＧＲコントローラ４０６では、その具体的な算出式は省略するが、ＥＧＲ制御入力Ｕｅｇｒが、前述した式（３３）〜（３６）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、ＥＧＲリフトＬｅｇｒを目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、このＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＧＲ制御弁１６に入力されることによって、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。
【０２４３】
以上のようなプラント４０４では、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。さらに、ＥＧＲリフトＬｅｇｒが目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。すなわち、このプラント４０４は、制御入力としての目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄと、制御量としての吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
【０２４４】
したがって、第４実施形態の制御装置１Ｃでは、このような干渉系のプラント４０４において、上記相互干渉を回避しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄが以下のように算出される。なお、以下の説明では、数式中の各種のベクトル（Ｗ，Ｕ，Ｘ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓ，σ，θ）および行列などは、それらを構成する要素が前述した第１〜第３実施形態の数式のものと異なるものの、入力、係数または関数としての機能および性質が同様のものであるので、便宜上、同じ表記および名称を用いる。
【０２４５】
具体的には、まず、目標値算出部４００において、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。この場合、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３６に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、吸入空気量Ｇｃｙｌを、運転者の駆動力の増大要求に応じて、より大きな値に制御するためである。
【０２４６】
また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３７に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、アクセル開度ＡＰが大きいほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより増大側に制御されるので、それに応じてＥＧＲ量Ｇｅｇｒも増大させるためである。また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが中回転域にあるときに、最も大きな値になるように設定されている。これは、中回転域では、エンジン３Ａが良好な燃焼状態となるので、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを増大することで、排ガス特性を向上させるためである。
【０２４７】
次いで、２自由度応答指定型コントローラ４０１において、下式（６５）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが、下式（６６）〜（７４）に示す目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型アルゴリズムにより算出される。
【０２４８】
【数２７】
【０２４９】
【数２８】
【０２５０】
【数２９】
【０２５１】
【数３０】
【０２５２】
上記式（６５）において、ＰＢ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｅｇｒ’＿ｃｍｄは、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。上記式（６６）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出される。
【０２５３】
この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（６７）により算出される。同式（６７）において、Ｓｇ，Ｓｅはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｇ＜０，−１＜Ｓｅ＜０が成立するように設定される。また、同式（６７）のＨｅｇ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＨｅｇの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。さらに、式（６７）のＧｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量のフィルタ値であり、式（７３）および式（７４）により算出される。これらの式（７３），（７４）のＲｇ，Ｒｅは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｇ＜０，−１＜Ｒｅ＜０が成立する値に設定される。
【０２５４】
また、式（６６）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（６８）により算出される。同式（６８）において、Ｋｒｃｈ＿ｇ，Ｋｒｃｈ＿ｅは、所定の到達則ゲインである。また、式（６８）のσｇ，σｅは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、式（７０）により算出される。同式（７０）において、Ｓは、上記式（７１）のように定義される行列であり、Ｅは、上記式（７２）のように定義される偏差ベクトルである。
【０２５５】
さらに、式（６６）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（６９）により算出され、同式（６９）において、Ｋａｄｐ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｅは、所定の適応則ゲインである。
【０２５６】
さらに、非干渉化コントローラ４０２では、下式（７５）に示す適応非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（７６）のように定義される。
【０２５７】
【数３１】
【０２５８】
上記式（７５）において、Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。
【０２５９】
一方、オンボード同定器４０３では、下式（７７）〜（８６）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが算出される。
【０２６０】
【数３２】
【０２６１】
【数３３】
【０２６２】
上記式（７７）において、θは、その転置行列が式（８２）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値ベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（８４）のように定義される基準値のベクトルである。同式（８４）のＲｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータの基準値であり、後述するように算出される。
【０２６３】
また、上記式（７７）のｄθは、式（８５）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（８５）のｄＲｃｐ＿ｈａｔ，ｄＳｃｐ＿ｈａｔ，ｄＨｅｇ＿ｈａｔはそれぞれ、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（７８）により算出され、この式（７８）において、δは式（８６）のように定義される忘却ベクトルである。同式（８６）のδ１〜δ３はいずれも、忘却係数であり、値０より大きくかつ値１以下の範囲内の値に設定される。
【０２６４】
さらに、式（７８）のｅ＿ｉｄは、式（７９）により算出される偏差である。同式（７９）のＧｃｙｌ＿ｈａｔは、吸入空気量の推定値であり、式（８０）により算出される。同式（８０）のξは、その転置行列が式（８３）のように定義されるベクトルである。
【０２６５】
また、式（７８）のＰは、式（８１）に示すように定義される３次の正方行列である。同式（８１）のＩは、３次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。前述したように、以上のような同定アルゴリズムでは、式（８１）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、同定アルゴリズムの特性を設定変更可能であり、本実施形態のオンボード同定器４０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。
【０２６６】
以下に、前述した非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出手法について説明する。まず、非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥに応じて、図３８に示すテーブルを検索することにより、算出される。同図に示すように、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルは、ＨＩ．ＶＴ用およびＬＯ．ＶＴ用の２種類のものが準備されており、バルブタイミング切換機構８０によるバルブタイミングの切換状態に応じたものが選択される。また、このテーブルでは、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴うエンジン３Ａの充填効率の変化に対応するような値に設定されており、例えば、充填効率が高い領域では、より大きな値に設定されている。
【０２６７】
また、Ｓｃｐ＿ｂａｓｅは、下式（８７）により算出される。なお、下式（８７）のＫｔｂは、後述するモデルのモデルパラメータであり、０＜Ｋｔｂ＜１が成立する値に設定される。
【０２６８】
【数３４】
【０２６９】
さらに、非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、排気管内圧Ｐｅｘと過給圧ＰＢとの差圧Ｐｅｘ−ＰＢに応じて、図３９に示すテーブルを検索することにより算出される。このテーブルでは、基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが増大することによる。
【０２７０】
以上のように、この制御装置１Ｃでは、前述した式（７７）〜（８６）に示す逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値ベクトルθが算出され、これを用いて、前述した式（６６）〜（７５）に示す制御アルゴリズム、すなわち目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型制御アルゴリズムと適応非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。以上の式（６６）〜（７５），（７７）〜（８６）は、以下に述べるように導出される。
【０２７１】
まず、エンジン３Ａが定常運転状態にある場合、吸入空気が吸気管１０を介してシリンダ３ａに到達するまでのむだ時間を考慮すると、吸入空気量Ｇｃｙｌ（ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを含まない新気量）と検出吸気量Ｇｉｎとの間では、下式（８８）が成立し、さらに、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐと、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間では、下式（８９）が成立する。
【０２７２】
【数３５】
【０２７３】
ここで、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐは、シリンダ３ａに吸入されたガス量であるので、過給圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよびバルブタイミングで決定される充填効率をＫｉとすると、下式（９０）のように定義できる。
【０２７４】
【数３６】
【０２７５】
一方、過給圧ＰＢは、ターボチャージャ装置１５を介して制御されており、その制御アルゴリズムとして、応答指定型制御アルゴリズムまたは目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムなどを用いた場合、過給圧ＰＢは目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して下式（９１）のようにモデル化することができる。
【０２７６】
【数３７】
【０２７７】
この式（９１）の右辺を、式（９０）のＰＢに代入すると、下式（９２）〜（９４）が得られる。
【０２７８】
【数３８】
【０２７９】
さらに、上記式（８９）を変形すると、下式（９５）が得られ、この式（９５）のＧｃｐに、上記式（９２）の右辺を代入すると、下式（９６）が得られる。
【０２８０】
【数３９】
【０２８１】
さらに、この式（９６）と前述した式（８８）とにより、下式（９７）が得られる。
【０２８２】
【数４０】
【０２８３】
一方、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒは、排気管内圧Ｐｅｘと目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを用い、下式（９８）のように表現することができ、さらに、この式（９８）を離散時間「１」分、未来側にシフトすると、下式（９９）が得られる。
【０２８４】
【数４１】
【０２８５】
以上の式（９７），（９９）をまとめて表現すると、下式（１００）のようになる。
【０２８６】
【数４２】
【０２８７】
この式（１００）は、Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒを制御量とし、ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とする干渉系のプラント４０４のモデルと見なせるとともに、下式（１０１）〜（１０７）のように表現することができる。
【０２８８】
【数４３】
【０２８９】
上記式（１０１）のように表現される干渉系のプラント４０４を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（１０８）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（１０８）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。
【０２９０】
【数４４】
【０２９１】
この式（１０８）のＢ，Ａ，Ｘ，Ｃ，Ｄ，Ｗに、上記式（１０６），（１０５），（１０２），（１０７），（１０４）の右辺および前述した式（６５）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（１０９）が得られる。
【０２９２】
【数４５】
【０２９３】
さらに、この式（１０９）のＧｅｇｒに、前述した式（９９）の右辺を代入すると、下式（１１０）が得られる。
【０２９４】
【数４６】
【０２９５】
この式（１１０）において、左辺をＵに置き換えるとともに、運転状態の変化や経年変化に伴う非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇの変化を補償するために、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（７５）の制御アルゴリズム、すなわち非干渉化コントローラ４０２の制御アルゴリズムが得られる。
【０２９６】
さらに、上記式（１１０）の右辺を、前述した式（１０１）のＵに代入し、整理すると、下式（１１１）が得られる。
【０２９７】
【数４７】
【０２９８】
この式（１１１）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント４０４０と非干渉化コントローラ４０２とを組み合わせたものに相当する。前述したように、このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（１１１）で表される仮想プラントに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるとともに、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御則を適用すると、下式（１１２）〜（１２０）が得られる。
【０２９９】
【数４８】
【０３００】
【数４９】
【０３０１】
【数５０】
【０３０２】
以上の式（１１２）〜（１２０）において、前述した理由により、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（６６）〜（７４）の制御アルゴリズム、すなわち２自由度応答指定型コントローラ４０１の制御アルゴリズムが得られる。
【０３０３】
一方、前述した式（７７）〜（８６）の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（９７）のＧｅｇｒに式（９８）の右辺を代入すると、下式（１２１）が得られる。
【０３０４】
【数５１】
【０３０５】
この式（１２１）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌをその推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔに置き換え、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇをそれぞれ同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えると、下式（１２２）が得られる。
【０３０６】
【数５２】
【０３０７】
この式（１２２）は、仮想的なプラントのモデルと考えることができ、前述したように、Ｇｃｙｌ（ｋ＋１）＝Ｇｉｎ（ｋ）であるので、検出吸気量Ｇｉｎと吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（７７）〜（８６）が導出される。
【０３０８】
以上のように構成された第４実施形態の制御装置１Ｃによれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル［式（１００）］に基づく、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた所定の制御アルゴリズム［式（６６）〜（７５）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。
【０３０９】
さらに、非干渉化入力ベクトルＵの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインＫｒｃｈ＿ｇ，Ｋｒｃｈ＿ｅ，Ｋａｄｐ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｅをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。
【０３１０】
また、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ’＿ｃｍｄ）が、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム［式（６６）〜（７２）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（７３），（７４）］により、２つの目標値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに対する実測値Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ’＿ｃｍｄを算出することができる。
【０３１１】
さらに、オンボード同定器４０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（７７）〜（８６）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄと制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント４０４において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
【０３１２】
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、その基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
【０３１３】
なお、第４実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（７５）により算出したが、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを直接的に検出する検出手段がエンジン３Ａに設けられている場合には、前述した式（１０９）において、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えた式により、非干渉化入力ベクトルＵを算出してもよい。
【０３１４】
さらに、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、２つの制御入力と２つの制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、３つ以上の制御入力と３つ以上の制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに対しても、適用可能である。
【０３１５】
また、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、干渉系のプラントとしての、内燃機関の吸気系の駆動機構の制御に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、他の産業機器などの干渉系のプラントの制御に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０３１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。
【図４】可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）リフトアクチュエータの短アームが最大リフトストッパに当接している状態と（ｂ）最小リフトストッパに当接している状態を示す図である。
【図６】（ａ）可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。
【図７】可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。
【図８】制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図９】プラントを説明するためのブロック図である。
【図１０】可変機構制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】エンジン始動中、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１２】目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図１３】目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１４】目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１５】目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図１６】非干渉化パラメータＦｔｈの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１７】非干渉化パラメータＦｌｆの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１８】開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの算出処理を示すフローチャートである。
【図１９】目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２０】触媒暖機制御中、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２１】通常運転中、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２２】第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がない場合）を示すタイミングチャートである。
【図２３】第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図２４】非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御した場合のミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図２５】第２実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２６】第２実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図２７】第３実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２８】第３実施形態の制御装置による目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図２９】非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３０】非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３１】第３実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。
【図３２】本発明の第４実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図３３】第４実施形態の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３４】第４実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３５】第４実施形態のプラントを説明するためのブロック図である。
【図３６】目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３７】目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３８】非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３９】非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０３１７】
１ 制御装置
１Ａ〜１Ｃ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標値設定手段、非干渉化入力算出手段、同定手段）
３ 内燃機関
４ 吸気弁
９０ プラント
１００ 目標値算出部（目標値設定手段）
１０１ 応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
１０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０３ オンボード同定器（同定手段）
４００ 目標値算出部（目標値設定手段）
４０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０３ オンボード同定器（同定手段）
４０４ プラント
ＴＨ スロットル弁の開度
ＴＨ＿ｃｍｄ 目標スロットル弁開度（制御入力、非干渉化入力）
Ｌｉｆｔｉｎ 吸気弁のリフト
Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ 目標バルブリフト（制御入力、非干渉化入力）
ＰＢ 吸気管内の圧力（吸気通路内の圧力、制御量）
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標吸気管内圧（目標値）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｆｔｈ 非干渉化パラメータ
Ｆｔｈ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｔｈ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｆｌｆ 非干渉化パラメータ
Ｆｌｆ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｌｆ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＮＥ エンジン回転数（プラントの内部変数）
ＰＡ 大気圧（プラントの内部変数）
ＰＢ 過給圧
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標過給圧（制御入力、非干渉化入力）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲリフト（制御入力、非干渉化入力）
Ｇｅｇｒ ＥＧＲ量（制御量）
Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲ量（目標値）
Ｒｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｒｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＲｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｓｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｓｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＳｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｈｅｇ 非干渉化パラメータ
Ｈｅｇ＿ｈａｔ 同定値
Ｈｅｇ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＨｅｇ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＨＩ．ＶＴ 高速バルブタイミング（プラントの内部変数）
ＬＯ．ＶＴ 低速バルブタイミング（プラントの内部変数）
Ｐｅｘ 排気管内圧（プラントの内部変数）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備えることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備え、
前記所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたアルゴリズムであることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項３】
前記所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする請求項２に記載のプラントの制御装置。
【請求項４】
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも１つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項５】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
当該プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段を備え、
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも１つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備えることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項６】
前記同定手段は、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を算出し、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値を算出するとともに、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を当該複数の補正値でそれぞれ補正することにより、前記複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする請求項４または５に記載のプラントの制御装置。
【請求項７】
前記複数の制御量は、内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量であり、
前記複数の制御入力は、前記内燃機関のスロットル弁開度を制御するための値、および前記内燃機関の吸気弁のリフトを制御するための値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項８】
前記複数の制御量は、内燃機関の吸入空気量およびＥＧＲ量であり、
前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための値、および前記内燃機関のＥＧＲ量を制御するための値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項１】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備えることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備え、
前記所定の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたアルゴリズムであることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項３】
前記所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする請求項２に記載のプラントの制御装置。
【請求項４】
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも１つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項５】
複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置であって、
当該プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段を備え、
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも１つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備えることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項６】
前記同定手段は、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を算出し、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値を算出するとともに、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を当該複数の補正値でそれぞれ補正することにより、前記複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする請求項４または５に記載のプラントの制御装置。
【請求項７】
前記複数の制御量は、内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量であり、
前記複数の制御入力は、前記内燃機関のスロットル弁開度を制御するための値、および前記内燃機関の吸気弁のリフトを制御するための値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項８】
前記複数の制御量は、内燃機関の吸入空気量およびＥＧＲ量であり、
前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための値、および前記内燃機関のＥＧＲ量を制御するための値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【公開番号】特開２００６−１３２３５７（Ｐ２００６−１３２３５７Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１９９２４（Ｐ２００４−３１９９２４）
【出願日】平成１６年１１月２日（２００４．１１．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２日（２００４．１１．２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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