プラントの制御装置
【課題】 フィードバック制御の制御偏差が小さいときに制御用アクチュエータの消費電力を低減するとともに、目標値が変化したときに良好な追従性能を得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】 プラントの制御量が目標値に一致するようにフィードバック制御を行う。プラントへの制御入力である出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定可能であるときは、出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定するとともに、制御偏差の積算値ＥＲＲＩを保持操作量ＵＨＯＬＤと比例項ＵＰとの差に積分項ゲインＫＩの逆数を乗算することにより算出し、積算値ＥＲＲＩに積分項ゲインＫＩを乗算して積分項ＵＩを算出する。
【解決手段】 プラントの制御量が目標値に一致するようにフィードバック制御を行う。プラントへの制御入力である出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定可能であるときは、出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定するとともに、制御偏差の積算値ＥＲＲＩを保持操作量ＵＨＯＬＤと比例項ＵＰとの差に積分項ゲインＫＩの逆数を乗算することにより算出し、積算値ＥＲＲＩに積分項ゲインＫＩを乗算して積分項ＵＩを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの制御装置に関し、特にプラントの制御量を目標値にフィードバック制御するとともに、制御偏差が小さいときに操作量の保持動作を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構の制御装置が示されている。この制御装置によれば、リフト量を変化させる制御軸の実作動角を目標作動角に一致させるフィードバック制御が行われ、実作動角と目標作動角の偏差（以下「制御偏差」という）の絶対値が所定値より大きいときは、通常のフィードバック（ＰＩＤ）制御によりフィードバック操作量が算出され、制御偏差の絶対値が所定値以下であるときは、フィードバック操作量の算出が禁止されるとともに、制御偏差の積分動作が停止される。
【０００３】
また特許文献１には、先行技術として制御偏差が「０」となった後も、積分操作量を出力し、アクチュエータに電力を供給する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された装置は、アクチュエータの出力軸から制御軸へのトルク伝達を許容する一方、制御軸からアクチュエータの出力軸へのトルク伝達を禁止するトルク伝達機構を設けることが前提とされているため、このようなトルク伝達機構を採用しない場合には、制御偏差を「０」に維持するためにアクチュエータに電力を供給する必要がある。
【０００５】
制御偏差を「０」に維持するためにアクチュエータに電力を供給するときに、制御対象の特性によっては、アクチュエータへの供給電力に許容幅がある場合がある。例えば、制御軸に接触する他の部材との摩擦が大きいために、制御軸が停止した状態から回転させるために必要な電流値に許容幅がある場合には、供給電流はできる限り小さな値とすることが望ましい。しかしそのように保持電流値を小さな値となるようにフィードバック制御装置の出力を変更してしまうと、目標作動角が変化したときに、実作動角が目標作動角に収束するまでの時間が長くなるという課題がある。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、フィードバック制御の制御偏差が小さいときに制御用アクチュエータの消費電力を低減するとともに、目標値が変化したときに良好な追従性能を得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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、プラントの制御量（ＣＳＡ）を目標値（ＣＳＡＣＭＤ）に一致させるようにフィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出するフィードバック制御手段を有するプラントの制御装置において、前記プラントの作動状態に応じて保持操作量（ＵＨＯＬＤ）を算出する保持操作量算出手段と、前記制御量と目標値との制御偏差（ＥＲＲ）が所定閾値（ＥＲＲＨＸ）より大きいときは、前記プラントに入力する制御入力（ＵＦＭ）を前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）に設定し、前記制御偏差（ＥＲＲ）が前記所定閾値（ＥＲＲＨＸ）以下であるときは前記制御入力（ＵＦＭ）を前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定する制御入力設定手段とを備え、前記フィードバック制御手段は、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に漸近または一致させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラントの制御装置において、前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差（ＥＲＲ）に応じた比例項（ＵＰ）及び積分項（ＵＩ）を用いて前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出し、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、該フィードバック操作量（ＵＦＭ）と前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）との差である操作量偏差（ＤＵＦＢ）を前記積分項（ＵＩ）にフィードバックすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプラントの制御装置において、前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差（ＥＲＲ）に応じた比例項（ＵＰ）及び積分項（ＵＩ）を用いて前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出し、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、前記比例項（ＵＰ）と前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）との差に比例するように前記積分項（ＵＩ）を設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載のプラントの制御装置において、前記保持操作量算出手段は、前記プラントの制御量を示すパラメータ（ＣＳＡ）に応じて前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載のプラントの制御装置において、前記プラントは内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構（４１）であり、該弁作動特性可変機構（４１）は前記リフト量を変更するためのコントロール軸（５６）と、該コントロール軸（５６）を回動させるためのアクチュエータ（４３）とを有し、前記制御入力（ＵＦＭ）に応じて前記アクチュエータ（４３）に供給する電流値（ＩＤＭ）が算出され、前記制御量は前記コントロール軸の回転角度（ＣＳＡ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、プラントの作動状態に応じて保持操作量が算出され、制御量と目標値との制御偏差が所定閾値より大きいときは、プラントに入力する制御入力がフィードバック操作量に設定され、制御偏差が所定閾値以下であるときは制御入力が保持操作量に設定される。制御入力が保持操作量に設定されているときは、フィードバック操作量が保持操作量に漸近または一致するように設定される。保持操作量を例えば制御用アクチュエータへの電力供給量が小さくなるように設定することにより消費電力を低減することができる。さらに、制御入力が保持操作量に設定されているときに、フィードバック操作量を保持操作量に漸近または一致させることにより、目標値が変化したとき、すなわち制御入力が保持操作量からフィードバック操作量に切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いてフィードバック操作量が算出され、制御入力が保持操作量に設定されているときは、該フィードバック操作量と保持操作量との差である操作量偏差が積分項にフィードバックされる。これにより、フィードバック操作量を保持操作量に漸近させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いてフィードバック操作量が算出され、制御入力が保持操作量に設定されているときは、比例項と保持操作量との差に比例するように積分項が設定される。これにより、フィードバック操作量を保持操作量に直ちに一致させることが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、プラントの制御量を示すパラメータに応じて保持操作量が算出される。プラントの制御量または目標値に依存して、最適な保持操作量は変化するので、プラントの制御量または目標値に応じて保持操作量を算出することにより、消費電力の低減あるいはプラントの特性ばらつきの観点において最適な保持操作量を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構が制御対象とされる。機関の運転状態が同一であれば、吸気弁のリフト量が同一値に保持されるので、そのような作動状態において、弁作動特性可変機構のコントロール軸を回動させるアクチュエータに供給する電流値を低減することができるとともに、リフト量の目標値が変化したときに、実際のリフト量を迅速に追従させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁の弁リフト量及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。
【００１８】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００１９】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２０】
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２１】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。
【００２２】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２３】
弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁のリフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量ＬＦＴを連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。
【００２４】
第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。
【００２５】
サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。
【００２６】
コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２７】
したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）ＣＳＡを検出するコントロール軸回転角度センサ１４が設けられており、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。
【００２８】
なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、本出願人による特許出願（特願２００６−１９７２５４号）の明細書及び図面に示されている。
第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。
【００２９】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３０】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気流量）の制御を行う。
【００３１】
吸気弁のリフト量制御（ＣＳ角度制御）においては、エンジン運転状態に応じて吸気弁のリフト量指令値ＬＦＴＣＭＤが算出され、リフト量指令値ＬＦＴＣＭＤに応じてＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが算出され、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤと一致するように、モータ４３の駆動電流ＩＭＤのフィードバック制御が行われる。
【００３２】
図５は、ＣＳ角度ＣＳＡと、モータ４３の出力トルクＴＲＱＭ（駆動電流ＩＭＤに比例する）との関係を示す図であり、モータ出力トルクＴＲＱＭが、実線Ｌ１で示される上限トルクＴＲＱＭＨと、実線Ｌ２で示される下限トルクＴＲＱＭＬ（負値）との間にあるときは、その時点のＣＳ角度ＣＳＡが維持される。例えば、ＣＳ角度ＣＳＡが角度ＣＳＡ１であるとき、モータ出力トルクＴＲＱＭが上限トルクＴＲＱＭＨ１以下かつ下限トルクＴＲＱＭＬ１以上であるときは、角度ＣＳＡ１が維持される。換言すれば、モータ出力トルクＴＲＱＭが上限トルクＴＲＱＭＨ１を超えると、ＣＳ角度ＣＳＡが増加する一方、モータ出力トルクＴＲＱＭが下限トルクＴＲＱＭＬ１を下回ると、ＣＳ角度ＣＳＡが減少する。
【００３３】
したがって、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定であるときは、モータ出力トルクＴＲＱＭはできるだけ小さな値に設定することにより、消費電力を低減することができる。本実施形態では、上限トルクＴＲＱＭＨ及び下限トルクＴＲＱＭＬが、弁作動特性可変機構４１の特性ばらつきによって変化することを考慮し、上限トルクＴＲＱＭＨ及び下限トルクＴＲＱＭＬのほぼ平均値に相当する保持トルクが得られるようにモータ４３に供給する保持電流値ＩＤＭＨＬＤが設定されるようにしている。
【００３４】
図６は、モータ４３に供給する駆動電流ＩＭＤを決定する出力操作量ＵＦＭを算出する出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールを構成するブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵにおける演算処理により実現される。出力操作量ＵＦＭが制御対象への制御入力に相当する。
【００３５】
出力操作量算出モジュールは、フィードバック操作量算出部７１と、保持操作量算出部７２と、保持フラグ設定部７３と、切換部７４とを備えている。フィードバック操作量算出部７１は、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに一致するようにフィードバック操作量ＵＦＢを算出する。なお、本実施形態では、コントロール軸回転角度センサ１４の出力にローパスフィルタ処理またはイプシロンフィルタ処理を施して、ノイズ成分を除去した検出値を、ＣＳ角度ＣＳＡとして使用する。なおイプシロンフィルタ処理は、特にスパイク状のノイズを効果的に減衰させる公知のフィルタ処理である。
【００３６】
保持操作量算出部７２は、ＣＳ角度ＣＳＡ、エンジン回転数ＮＥ、及びエンジン冷却水温ＴＷに応じて、保持操作量ＵＨＯＬＤを算出する。保持操作量ＵＨＯＬＤは上述した保持電流ＩＤＭＨＬＤに対応する操作量である。
【００３７】
保持フラグ設定部７３は、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡに応じて、保持フラグＦＨＯＬＤの設定を行う。切換部７４は、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢを選択し、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定されると、保持操作量ＵＨＯＬＤを選択し、出力操作量ＵＦＭとして出力する。
【００３８】
図７は、図６のフィードバック操作量算出部７１及び切換部７４の機能を実現する操作量算出処理のフローチャートである。この処理は、所定時間ＴＣＡＬ（例えば２ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００３９】
ステップＳ１１では、下記式（１）により、制御偏差ＥＲＲ(k)を算出する。ｋは、本処理の実行周期ＴＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＥＲＲ(k)＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡ(k) （１）
ステップＳ１２では、下記式（２）に制御偏差ＥＲＲ(k)及び比例項ゲインＫＰを適用し、比例項ＵＰを算出する。
ＵＰ＝ＫＰ×ＥＲＲ(k) （２）
【００４０】
ステップＳ１３では、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるか否かを判別し、ＦＨＯＬＤ＝０であるときは、下記式（３）により偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を算出する。
ＥＲＲＩ(k)＝ＥＲＲ(k)＋ＥＲＲＩ(k-1) （３）
【００４１】
ステップＳ１３でＦＨＯＬＤ＝１であるときは、下記式（４）により、偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を設定する（ステップＳ１４）。式（４）のＫＩは積分項ゲインである。
ＥＲＲＩ(k)＝（ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ）／ＫＩ （４）
【００４２】
ステップＳ１６では、下記式（５）により、積分項ＵＩを算出する。
ＵＩ＝ＫＩ×ＥＲＲＩ(k) （５）
【００４３】
ステップＳ１７では、算出された比例項ＵＰと積分項ＵＩとを下記式（６）に適用し、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。そして出力操作量ＵＦＭをフィードバック操作量ＵＦＢに設定する（ステップＳ１８）
ＵＦＢ＝ＵＰ＋ＵＩ （６）
ステップＳ１９では、偏差積分値の前回値ＥＲＲＩ(k-1)を今回値ＥＲＲＩ(k)に設定する。
【００４４】
式（４）により算出される偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を式（５）に適用すると、積分項ＵＩは、下記式（７）で与えられる。したがって、これを式（６）に適用すると、フィードバック操作量ＵＦＢは、保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)に等しくなる。
ＵＩ＝ＫＩ×（ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ）／ＫＩ
＝ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ （７）
【００４５】
図７の処理によれば、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢが通常のＰＩ（比例積分）制御により設定され、出力操作量ＵＦＭも同様に設定される。一方保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)と一致し、出力操作量ＵＦＭも保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)と一致する。
【００４６】
図８は、図６の保持フラグ設定部７３の機能を実現する保持フラグ設定処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
【００４７】
ステップＳ２０では、図７のステップＳ１１と同様に制御偏差ＥＲＲ(k)を算出する。ステップＳ２１では、制御偏差ＥＲＲ(k)が所定閾値ＥＲＲＨＸ以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、カウンタＣＨＬＤを「０」に設定する（ステップＳ２５）とともに、保持フラグＦＨＯＬＤを「０」に設定する（ステップＳ２８）。
【００４８】
ステップＳ２１で、ＥＲＲ(k)≦ＥＲＲＨＸであるときは、下記式（８）によりＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤの変化量である指令値変化量ＤＣＳＡＣＭＤを算出する（ステップＳ２２）。
ＤＣＳＡＣＭＤ＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡＣＭＤ(k-1) （８）
【００４９】
ステップＳ２３では、指令値変化量ＤＣＳＡＣＭＤが「０」であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が所定保持制御範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ２４）。
【００５０】
ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化しているときは、駆動電流ＩＭＤを一定値に保持することはできないため、ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ２５に進む。また本実施形態では、コントロール軸５６にモータ４３以外から加わるトルクのために、駆動電流ＩＭＤを一定値に保持しても、ＣＳ角度ＣＳＡを一定に維持することが困難な角度範囲があるため、そのような角度範囲以外を所定保持制御範囲としている。したがって、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が所定保持制御範囲にないときは、前記ステップＳ２５に進む。
【００５１】
ステップＳ２４の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定でかつＣＳ角度ＣＳＡが所定保持制御範囲内にあるときは、カウンタＣＨＬＤを「１」だけインクリメントし（ステップＳ２６）、カウンタＣＨＬＤの値が所定値Ｎ０（例えば「５」）以上であるか否かを判別する（ステップＳ２７）。この答が否定（ＮＯ）である間は前記ステップＳ２８に進み、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ２９に進んで、保持フラグＦＨＯＬＤを「１」に設定する。
【００５２】
図９は、図６の保持操作量算出部７２の機能を実現する保持操作量算出処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
【００５３】
ステップＳ３１では、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)及びエンジン回転数ＮＥに応じてＵＨＯＬＤＭマップを検索し、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭを算出する。ＵＨＯＬＤＭマップは、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が増加するほど、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭが増加するように設定されている。またエンジン回転数ＮＥによって最適な保持操作量の値が変化するので、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭはエンジン回転数ＮＥに応じた最適な値となるように、予め実験を行って設定される。
【００５４】
ステップＳ３２では、エンジン冷却水温ＴＷに応じてＫＴＷテーブルを検索し、補正係数ＫＴＷを算出する。ＫＴＷテーブルは、エンジン冷却水温ＴＷが高くなるほど、補正係数ＫＴＷが増加するように設定されている。
【００５５】
ステップＳ３３では、下記式（９）に保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭ及び補正係数ＫＴＷを適用し、保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)を算出する。
ＵＨＯＬＤ(k)＝ＫＴＷ×ＵＨＯＬＤＭ （９）
【００５６】
以上詳述したように本実施形態では、制御出力（制御量）であるＣＳ角度ＣＳＡに応じて保持操作量ＵＨＯＬＤが算出され、制御偏差ＥＲＲが所定閾値ＥＲＲＨＸより大きいときは、制御入力である出力操作量ＵＦＭがフィードバック操作量ＵＦＢに設定され、制御偏差ＥＲＲが所定閾値ＥＲＲＨＸ以下であるときは出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定される。出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときは、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに一致するように設定される。本実施形態では、保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定するようにしたので、モータ４３への供給電力を低減することができる。さらに、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＬＤに一致させることにより、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化したとき、すなわち出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤからフィードバック操作量ＵＦＢに切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＵ５がフィードバック制御手段、保持操作量算出手段、及び制御入力設定手段を構成する。具体的には、図６のフィードバック操作量算出部７１がフィードバック制御手段に相当し、保持操作量算出部７２が保持操作量算出手段に相当し、保持フラグ設定部７３及び切換部７４が制御入力設定手段に相当する。すなわち、図７のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６及びＳ１７がフィードバック制御手段に相当し、図７のステップＳ１３〜Ｓ１５，Ｓ１８，及び図８の処理が制御入力設定手段に相当し、図９の処理が保持操作量算出手段に相当する。
【００５８】
［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。図１０に示す構成は、図６に示す構成のフィードバック操作量算出部７１を、フィードバック操作量算出部７１ａに変更し、出力操作量ＵＦＭをフィードバック操作量算出部７１ａにフィードバックするようにしたものである。
【００５９】
図１１は、図１０に示すフィードバック操作量算出部７１ａの構成を説明するためのブロック図である。フィードバック操作量算出部７１ａは、乗算部８１，８４，８８と、減算部８２，８７と、加算部８５と、積分部８３とを備えている。これは通常のＰＩ制御を実行するフィードバック操作量算出部７２を構成する乗算部８１，８４，積分部８３，及び加算部８５に、減算部８２，８７及び乗算部８８を追加したものである。
【００６０】
減算部８７は、フィードバック操作量ＵＦＢから出力操作量ＵＦＭを減算することにより、操作量偏差ＤＵＦＢを算出する。乗算部８８は、操作量偏差ＤＵＦＢに比例項ゲインＫＰの逆数（１／ＫＰ）を乗算する。減算部８２は、制御偏差ＥＲＲから（ＤＦＵＢ／ＫＰ）を減算し、修正制御偏差ＥＲＲＭを算出する。積分部８３は、修正制御偏差ＥＲＲＭを積分し、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩを算出する。乗算部８４は、修正制御偏差積分値ＥＲＲＭＩに積分項ゲインＫＩを乗算し、積分項ＵＩを算出する。乗算部８１は、制御偏差ＥＲＲに比例項ゲインＫＰを乗算することにより、比例項ＵＰを算出する。加算部８５は、比例項ＵＰと積分項ＵＩを加算し、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。
【００６１】
図１１に基づいて、連続時間系の伝達関数を用いてフィードバック操作量ＵＦＢを表すと、式（１０）及び（１１）が得られる。式（１０）の「ｓ」はラプラス演算子である。
ＵＦＢ＝ＫＰ×ＥＲＲ＋ＫＩ×ＥＲＲＭ／ｓ （１０）
ＥＲＲＭ＝ＥＲＲ−（ＵＦＢ−ＵＦＭ）／ＫＰ （１１）
【００６２】
式（１１）に式（１０）で示されるフィードバック操作量ＵＦＢを適用すると、下記式（１２）が得られる。
【数１】
【００６３】
式（１２）で示される出力操作量ＵＦＭから修正制御偏差ＥＲＲＭへの伝達関数はハイパスフィルタの伝達関数となり、定常ゲインは「０」となる。したがって、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されると、制御偏差ＥＲＲに拘わらず、修正制御偏差ＥＲＲＭは「０」に漸近していき、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近する。なお、ＵＦＭ＝ＵＦＢであるときは、修正制御偏差ＥＲＲＭは制御偏差ＥＲＲと等しくなり、通常のＰＩ制御動作が行われる。
【００６４】
図１１に示すように、フィードバック操作量ＵＦＢと出力操作量ＵＦＭとの偏差である操作量偏差ＤＵＦＢに応じて制御偏差ＥＲＲを修正して修正制御偏差ＥＲＲＭを算出し、修正制御偏差ＥＲＲＭを積分部８３に入力する構成を採用することにより、出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定しているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＤに漸近させることができる（積分項ＵＩを飽和させないようにすることができる）。その結果、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」から「０」に変化した直後、すなわち通常のフィードバック制御動作に復帰した直後において、ＣＳ角度ＣＳＡをＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに迅速に一致させることができる。
【００６５】
図１２は、図１１に示すブロック図の機能を実現する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
ステップＳ４１及びＳ４２は、図７のステップＳ１１及びＳ１２と同一の処理であり、制御偏差ＥＲＲ(k)及び比例項ＵＰを算出する。
【００６６】
ステップＳ４３では、下記式（１３）により、操作量偏差ＤＵＦＢ(k)を算出する。
ＤＵＦＢ(k)＝ＵＦＢ(k-1)−ＵＦＭ(k-1) （１３）
【００６７】
ステップＳ４４では、下記式（１４）により、修正制御偏差ＥＲＲＭ(k)を算出し、ステップＳ４５では、下記式（１５）により、修正制御偏差ＥＲＲＭ(k)を積算し、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩ(k)を算出する。
ＥＲＲＭ(k)＝ＥＲＲ(k)−ＤＵＦＢ(k)／ＫＰ （１４）
ＥＲＲＭＩ(k)＝ＥＲＲＭ(k)＋ＥＲＲＭＩ(k-1) （１５）
【００６８】
ステップＳ４６では、修正偏差積分値の前回値ＥＲＲＭＩ(k-1)を今回値ＥＲＲＭＩ(k)に設定する。ステップＳ４７では、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩ(k)に積分項ゲインＫＩを乗算することにより、積分項ＵＩを算出する。ステップＳ４８では、比例項ＵＰと積分項ＵＩとを加算してフィードバック操作量ＵＦＢ(k)を算出する。
【００６９】
ステップＳ４９では、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるか否かを判別し、ＦＨＯＬＤ＝０であるときは、出力操作量ＵＦＭ(k)をフィードバック操作量ＵＦＢ(k)に設定する（ステップＳ５０）。一方、保持フラグＦＨＯＬＤ＝１であるときは、出力操作量ＵＦＭ(k)を保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)に設定する（ステップＳ５１）。
【００７０】
以上のように本実施形態では、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときは、フィードバック操作量ＵＦＢと保持操作量ＵＨＯＬＤとの差である操作量偏差ＤＵＦＢが積分項ＵＩにフィードバックされ、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近するように制御される。したがって、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変更され、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」に変更された直後において、制御量であるＣＳ角度ＣＳＡをＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに迅速に収束させることができる。
【００７１】
次に図１３〜図１５を参照して、上述した制御動作の一例を説明する。これらの図には、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ、ＣＳ角度ＣＳＡ、保持フラグＦＨＯＬＤ、フィードバック操作量ＵＦＢ、及び出力操作量ＵＦＭの推移が示されている。図１３（ａ）では破線がＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤを示し、実線がＣＳ角度ＣＳＡを示す。図１４（ａ）及び図１５（ａ）においても同様である。
【００７２】
図１３はＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定の状態（時刻ｔ１より前）において、出力操作量ＵＦＭの保持動作を行わない例を示す。出力操作量ＵＦＭに対応してモータ駆動電流ＩＤＭが２０Ａ程度となり、消費電力が大きい。
【００７３】
図１４は、時刻ｔ０において保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定され、保持動作に入った例を示している。ただし、この例では、フィードバック操作量算出部が、保持動作中（ＦＨＯＬＤ＝１）も通常のＰＩ制御を継続してフィードバック操作量ＵＦＢを算出している。一方出力操作量ＵＦＭは保持操作量ＵＨＯＬＤに設定され（図１４（ｄ））、例えばモータ駆動電流ＩＤＭを５Ａ程度に抑制することができる。しかしながら、フィードバック操作量ＵＦＢは積分項ＵＩが飽和した状態となるため、出力操作量ＵＦＭ（＝保持操作量ＵＨＯＬＤ）とは異なる値をとる（図１４（ｃ））。その結果、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」から「０」に切り換えられる時刻ｔ１の直後において、制御遅れが発生している（図１４（ａ）のＡ部参照）。
【００７４】
図１５は本実施形態の制御が適用された例を示している。保持動作に移行した時刻ｔ０以後、フィードバック操作量ＵＦＢは出力操作量ＵＦＭ（＝保持操作量ＵＨＯＬＤ）に漸近していき、時刻ｔ１より前に出力操作量ＵＦＭと一致する。その結果、時刻ｔ１の直後において図１４に示すように制御遅れが発生せず、良好な追従特性を得ることができる。
【００７５】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部７１ａがフィードバック制御手段に相当する。
【００７６】
［第３の実施形態］
図１６は、本発明の第３の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。図１６に示す構成は、図６に示す構成のフィードバック操作量算出部７１を、フィードバック操作量算出部７１ｂに変更したものである。
【００７７】
フィードバック操作量算出部７１ｂは、図１７に示すように、スライディングモード制御器１０１と、微分部１０２と、減算部１０３と、周波数整形制御器１０４とから構成される。
【００７８】
微分部１０２は、ＣＳ角度ＣＳＡを微分し、ＣＳ角度ＣＳＡの変化速度（以下「ＣＳ角速度」という）ｄＣＳＡを算出する。スライディングモード制御器１０１は、スライディングモード制御により、ＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに一致するように、ＣＳ角速度ｄＣＳＡの目標値であるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤを算出する。減算部１０３は、ＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤからＣＳ角速度ｄＣＳＡを減算し、角速度偏差ＤｄＣＳＡを算出する。
【００７９】
周波数整形制御器１０４は、ＰＩ制御（比例積分制御）により、角速度偏差ＤｄＣＳＡが「０」となるように、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。
なお、実際にはフィードバック操作量ＵＦＢは切換部７４を介して制御対象であるモータ４３及び第１弁作動特性可変機構４１に出力されるが、図１７では、説明のためにフィードバック操作量ＵＦＢが直接、制御対象１００に入力される構成が示されている。
【００８０】
本実施形態では、微分部１０２、減算部１０３、周波数整形制御器１０４、及び制御対象１００からなるブロックを拡大制御対象１１０とし、拡大制御対象１１０の伝達関数ＦＸ(s)が所望の目標伝達関数Ｆ(s)となるように、周波数整形制御器１０４の伝達関数である周波数整形伝達関数Ｈ(s)を設定する。
【００８１】
拡大制御対象１１０の伝達関数ＦＸ(s)は、下記式（２１）で与えられる。Ｇ(s)は制御対象１００の伝達関数であり、ｓは微分部１０２の伝達関数である。
【数２】
【００８２】
ここで伝達関数ＦＸ(s)を目標伝達関数Ｆ(s)とする周波数整形伝達関数Ｈ(s)は、式（２１）のＦＸ(s)をＦ(s)としてＨ(s)について解くことにより、得られる（下記式（２２））。
【数３】
【００８３】
次に目標伝達関数Ｆ(s)をどのように設定するかを説明する。第１弁作動特性可変機構４１の伝達関数である（より正確には第１弁作動特性可変機構４１をモデル化した制御対象モデルの伝達関数である）対象伝達関数Ｇ(s)は、下記式（２３）で表すことができる。ここで、Ｊ及びＢは、モータ４３及び第１弁作動特性可変機構４１の特性、例えばモータトルク定数、ギヤ減速比、モータ４３の慣性モーメント、コントロール軸５６の慣性モーメントなどによって決定される定数である。
【数４】
【００８４】
そこで、制御対象の動特性変化や外乱が大きいといった誤差要因がある場合においても同様の伝達関数で表される拡大制御対象１１０を得るため、目標伝達関数Ｆ(s)を下記式（２４）で与えると、周波数整形伝達関数Ｈ(s)は下記式（２５）で与えられる。
【数５】
【００８５】
この伝達関数Ｈ(s)は、ＰＩ（比例積分）制御に相当するものであり、上述した第１の実施形態におけるフィードバック操作量算出部７１と同様の演算により、フィードバック操作量ＵＦＢを算出することができる。すなわち、本実施形態の角速度偏差ＤｄＣＳＡが、第１の実施形態における制御偏差ＥＲＲに相当し、図７においてステップＳ１１を削除し、ステップＳ１２及びＳ１５の制御偏差ＥＲＲを角速度偏差ＤｄＣＳＡに置換することにより、フィードバック操作量ＵＦＢを算出することができる。
【００８６】
次にスライディングモード制御器１０１におけるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤの算出手法を説明する。ＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤは、下記式（３１）で示されるように、等価制御入力ＵＥＱと到達則制御入力ＵＲＣＨの和として算出される。
ｄＣＳＡＣＭＤ(k)＝ＵＥＱ(k)＋ＵＲＣＨ(k) （３１）
【００８７】
また拡大制御対象１１０の伝達関数はＦ(s)であり、これを離散時間系の伝達関数に変換し、制御出力であるＣＳ角度ＣＳＡ(k)を、制御入力であるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡの過去値で表すと、制御対象モデルを定義する下記式（３２）が得られる。
ＣＳＡ(k)＝ａ11・ＣＳＡ(k-1)＋ａ12・ＣＳＡ(k-2)
＋ｂ11・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-1)
＋ｂ12・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-2) （３２）
ここで、ａ11,ａ12,ｂ11，及びｂ12は、伝達関数Ｆ(s)に含まれる定数τ及び制御周期ＴＣＡＬを用いて周知の手法により算出されるモデルパラメータである。
【００８８】
また切換関数値σ(k)は式（３３）により算出される制御偏差ＤＣＳＡを用いると、下記式（３４）で定義される。
ＤＣＳＡ(k)＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡ(k) （３３）
σ(k)＝ＤＣＳＡ(k)＋ＶＰＯＬＥ・ＤＣＳＡ(k-1) （３４）
ここで、ＶＰＯＬＥは制御偏差ＤＣＳＡの減衰特性を決める切換関数設定パラメータであり、−１より大きく０より小さい値に設定される。
【００８９】
等価制御入力ＵＥＱは、下記式（３５）を満たす操作量である。
σ(k)＝σ(k+1) （３５）
式（３５）の条件に式（３２）、（３３）及び（３４）を適用することにより、等価制御入力ＵＥＱは下記式（３６）により算出される。
ＵＥＱ(k)＝（１／ｂ11）｛（１−ａ11−ＶＰＯＬＥ）ＣＳＡ(k)
＋（ＶＰＯＬＥ−ａ12）ＣＳＡ(k-1)−ｂ12・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-1)
＋ＣＳＡＣＭＤ(k+1)＋（ＶＰＯＬＥ−１）ＣＳＡＣＭＤ(k)
−ＶＰＯＬＥ・ＣＳＡＣＭＤ(k-1)｝ （３６）
【００９０】
また到達則制御入力ＵＲＣＨは、下記式（３７）により算出される。
ＵＲＣＨ(k)＝（−Ｆ／ｂ11）σ(k) （３７）
ここでＦは、到達則制御ゲインである。
【００９１】
以上のように制御系を構成することにより、制御対象１００の動特性変化や外乱が大きいといった誤差要因がある場合においても、減算部１０３及び周波数整形制御器１０４によるフィードバック制御により、誤差要因、すなわち動特性変化、外乱、あるいは非線形要素の影響を除去し、スライディングモード制御器１０１により安定した制御を行うことができる。さらに、周波数整形制御器１０４における演算を、第１の実施形態におけるフィードバック操作量算出部７１と同様に行うことにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
すなわち、保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定することにより、モータ４３への供給電力を低減することができる。さらに、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＬＤに一致させることにより、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化したとき、すなわち出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤからフィードバック操作量ＵＦＢに切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００９３】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部７１ｂがフィードバック制御手段に相当する。すなわち、スライディングモード制御器１０１、減算部１０３、周波数整形制御器１０４、及び微分部１０２が、フィードバック制御手段に相当する。
【００９４】
（変形例）
なお、図１８に示すように、周波数整形制御器１０４を周波数整形制御器１０４ａに変更し、周波数整形制御器１０４ａを図１９に示すようにフィードバック操作量算出部７１ａと同様に構成するようにしてもよい。すなわち、制御偏差ＥＲＲを、角速度偏差ＤｄＣＳＡに置き換えて、乗算部８１及び減算部８２に入力することにより、保持動作中におけるフィードバック操作量ＵＦＢを、保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近させることができる。
【００９５】
［第４の実施形態］
図２０は、本発明の第４の実施形態にかかるスロットル弁駆動装置及びその制御装置の構成を示す図である。
【００９６】
エンジン１０１の吸気通路１０２には、スロットル弁１０３が設けられている。スロットル弁１０３には、該スロットル弁１０３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１０４と、該スロットル弁１０３を開弁方向に付勢する弾性部材１０５とが取り付けられている。またスロットル弁１０３は、モータ１０６によりギヤ（図示せず）を介して駆動できるように構成されている。スロットル弁１０３、リターンスプリング１０４、弾性部材１０５、モータ１０６、及び図示しないギヤによって、制御対象であるスロットル弁駆動装置１１０が構成される。
【００９７】
モータ１０６は、ＥＣＵ１０７に接続されており、その作動がＥＣＵ１０７により制御される。スロットル弁１０３には、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ１０８が設けられており、その検出信号は、ＥＣＵ１０７に供給される。
【００９８】
またＥＣＵ１０７には、エンジン１０１が搭載された車両の運転者の要求出力を示す、アクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣを検出するアクセルセンサ１０９が接続されており、その検出信号がＥＣＵ１０７に供給される。
【００９９】
ＥＣＵ１０７は、第１の実施形態におけるＥＣＵ５と同様に、入力回路、ＣＰＵ、メモリ回路、出力回路などにより構成される。ＥＣＵ１０７は、アクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣに応じてスロットル弁１０３の目標開度ＴＨＲを算出し、検出したスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＲと一致するようにモータ１０６の操作量ＵＦＭを算出し、操作量ＵＦＭに応じた電気信号、具体的には操作量ＵＦＭに比例するデューティ比のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号をモータ１０６に供給する。
【０１００】
スロットル弁１０３の開度ＴＨと、モータ１０６の出力トルクＴＲＱＭとは、図２１に示すような関係を有する。すなわち、スロットル弁開度ＴＨが開度ＴＨ１であるとき、出力トルクＴＲＱＭが実線Ｌ１１で示される上限トルクＴＲＱＭＨを超えると、スロットル弁開度ＴＨが増加し、実線Ｌ１２で示される下限トルクＴＲＱＭＬを下回ると、スロットル弁開度ＴＨが減少し、上限トルクＴＲＱＭＨと下限トルクＴＲＱＭＬの間にあるときは、開度ＴＨ１が維持される。したがって、第１の実施形態と同様に、目標開度ＴＨＲが一定であるときは、保持操作量ＵＨＯＬＤを適切に設定し、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくして消費電力を低減することができる。
【０１０１】
図２２は、本実施形態における出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールは、第１の実施形態と同様に構成され、フィードバック操作量算出部１２１と、保持操作量算出部１２２と、保持フラグ設定部１２３と、切換部１２４とを備えている。
【０１０２】
フィードバック操作量算出部１２１は、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＲに一致するように、比例積分（ＰＩ）制御により、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。具体的には、図７または図１２に示す処理において、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡを、それぞれ目標開度ＴＨＲ及びスロットル弁開度ＴＨに置換することにより得られる演算処理により、フィードバック操作量ＵＦＢが算出される。
【０１０３】
保持操作量算出部１２２は、スロットル弁開度ＴＨに応じて、保持操作量ＵＨＯＬＤを算出する。保持操作量ＵＨＯＬＤは、例えば第１の実施形態と同様に、上限トルクＴＲＱＭＨと下限トルクＴＲＱＭＬの平均値に対応する値に設定される。したがって、保持操作量ＵＨＯＬＤは、スロットル弁開度ＴＨが増加するほど増加するように設定される。
【０１０４】
保持フラグ設定部１２３は、目標開度ＴＨＲ及びスロットル弁開度ＴＨに応じて、図８に示す処理と同様に処理により、保持フラグＦＨＯＬＤの設定を行う。切換部１２４は、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢを選択し、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定されると、保持操作量ＵＨＯＬＤを選択し、出力操作量ＵＦＭとして出力する。
【０１０５】
以上のように出力操作量算出モジュールを構成することにより、第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部１２１がフィードバック制御手段に相当し、保持操作量算出部１２２が保持操作量算出手段に相当し、保持フラグ設定部１２３及び切換部１２４が制御入力設定手段に相当する。
【０１０７】
［他の実施形態］
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の制御、特に摩擦の大きい制御対象の位置決め制御に適用可能である。例えば、ボールねじを使用した位置決め装置（例えば加工用機械などで使用される）、電磁クラッチ式可変バルブタイミング装置、自動変速機のシフトフォーク位置決め装置などに適用可能である。
【０１０８】
また上述した第１〜第３の実施形態では、保持動作中に適用される保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定したが、下限電流値より大きく平均的な値より小さな値に設定するようにしてもよい。そのような設定により、さらにモータ４３の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。
【図４】吸気弁の弁作動特性を示す図である。
【図５】第１弁作動特性可変機構のコントロール軸の回転角度（ＣＳＡ）と、モータ出力トルク（ＴＲＱＭ）との関係を示す図である。
【図６】モータ駆動電流を決定する出力操作量（ＵＦＭ）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。
【図７】図６のフィードバック操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図８】図６の保持フラグ設定部における演算処理のフローチャートである。
【図９】図６の保持操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０のフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０のフィードバック操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図１３】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示すフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１６に示す構成の変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１８に示すフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態にかかる制御系の構成を示す図である。
【図２１】スロットル弁開度（ＴＨ）とスロットル弁を駆動するモータの出力トルク（ＴＲＱＭ）との関係を示す図である。
【図２２】第４の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 内燃機関
４１ 第１弁作動特性可変機構（プラント）
４３ モータ（プラント）
７１，７１ａ，７１ｂ フィードバック操作量算出部（フィードバック制御手段）
７２ 保持操作量算出部（保持操作量算出手段）
７３ 保持フラグ設定部（制御入力設定手段）
７４ 切換部（制御入力設定手段）
１００ 制御対象（プラント）
１１０ スロットル弁駆動装置（プラント）
１２１ フィードバック操作量算出部（フィードバック制御手段）
１２２ 保持操作量算出部（保持操作量算出手段）
１２３ 保持フラグ設定部（制御入力設定手段）
１２４ 切換部（制御入力設定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの制御装置に関し、特にプラントの制御量を目標値にフィードバック制御するとともに、制御偏差が小さいときに操作量の保持動作を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構の制御装置が示されている。この制御装置によれば、リフト量を変化させる制御軸の実作動角を目標作動角に一致させるフィードバック制御が行われ、実作動角と目標作動角の偏差（以下「制御偏差」という）の絶対値が所定値より大きいときは、通常のフィードバック（ＰＩＤ）制御によりフィードバック操作量が算出され、制御偏差の絶対値が所定値以下であるときは、フィードバック操作量の算出が禁止されるとともに、制御偏差の積分動作が停止される。
【０００３】
また特許文献１には、先行技術として制御偏差が「０」となった後も、積分操作量を出力し、アクチュエータに電力を供給する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された装置は、アクチュエータの出力軸から制御軸へのトルク伝達を許容する一方、制御軸からアクチュエータの出力軸へのトルク伝達を禁止するトルク伝達機構を設けることが前提とされているため、このようなトルク伝達機構を採用しない場合には、制御偏差を「０」に維持するためにアクチュエータに電力を供給する必要がある。
【０００５】
制御偏差を「０」に維持するためにアクチュエータに電力を供給するときに、制御対象の特性によっては、アクチュエータへの供給電力に許容幅がある場合がある。例えば、制御軸に接触する他の部材との摩擦が大きいために、制御軸が停止した状態から回転させるために必要な電流値に許容幅がある場合には、供給電流はできる限り小さな値とすることが望ましい。しかしそのように保持電流値を小さな値となるようにフィードバック制御装置の出力を変更してしまうと、目標作動角が変化したときに、実作動角が目標作動角に収束するまでの時間が長くなるという課題がある。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、フィードバック制御の制御偏差が小さいときに制御用アクチュエータの消費電力を低減するとともに、目標値が変化したときに良好な追従性能を得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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、プラントの制御量（ＣＳＡ）を目標値（ＣＳＡＣＭＤ）に一致させるようにフィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出するフィードバック制御手段を有するプラントの制御装置において、前記プラントの作動状態に応じて保持操作量（ＵＨＯＬＤ）を算出する保持操作量算出手段と、前記制御量と目標値との制御偏差（ＥＲＲ）が所定閾値（ＥＲＲＨＸ）より大きいときは、前記プラントに入力する制御入力（ＵＦＭ）を前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）に設定し、前記制御偏差（ＥＲＲ）が前記所定閾値（ＥＲＲＨＸ）以下であるときは前記制御入力（ＵＦＭ）を前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定する制御入力設定手段とを備え、前記フィードバック制御手段は、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に漸近または一致させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラントの制御装置において、前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差（ＥＲＲ）に応じた比例項（ＵＰ）及び積分項（ＵＩ）を用いて前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出し、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、該フィードバック操作量（ＵＦＭ）と前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）との差である操作量偏差（ＤＵＦＢ）を前記積分項（ＵＩ）にフィードバックすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプラントの制御装置において、前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差（ＥＲＲ）に応じた比例項（ＵＰ）及び積分項（ＵＩ）を用いて前記フィードバック操作量（ＵＦＢ）を算出し、前記制御入力（ＵＦＭ）が前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）に設定されているときは、前記比例項（ＵＰ）と前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）との差に比例するように前記積分項（ＵＩ）を設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載のプラントの制御装置において、前記保持操作量算出手段は、前記プラントの制御量を示すパラメータ（ＣＳＡ）に応じて前記保持操作量（ＵＨＯＬＤ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載のプラントの制御装置において、前記プラントは内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構（４１）であり、該弁作動特性可変機構（４１）は前記リフト量を変更するためのコントロール軸（５６）と、該コントロール軸（５６）を回動させるためのアクチュエータ（４３）とを有し、前記制御入力（ＵＦＭ）に応じて前記アクチュエータ（４３）に供給する電流値（ＩＤＭ）が算出され、前記制御量は前記コントロール軸の回転角度（ＣＳＡ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、プラントの作動状態に応じて保持操作量が算出され、制御量と目標値との制御偏差が所定閾値より大きいときは、プラントに入力する制御入力がフィードバック操作量に設定され、制御偏差が所定閾値以下であるときは制御入力が保持操作量に設定される。制御入力が保持操作量に設定されているときは、フィードバック操作量が保持操作量に漸近または一致するように設定される。保持操作量を例えば制御用アクチュエータへの電力供給量が小さくなるように設定することにより消費電力を低減することができる。さらに、制御入力が保持操作量に設定されているときに、フィードバック操作量を保持操作量に漸近または一致させることにより、目標値が変化したとき、すなわち制御入力が保持操作量からフィードバック操作量に切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いてフィードバック操作量が算出され、制御入力が保持操作量に設定されているときは、該フィードバック操作量と保持操作量との差である操作量偏差が積分項にフィードバックされる。これにより、フィードバック操作量を保持操作量に漸近させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いてフィードバック操作量が算出され、制御入力が保持操作量に設定されているときは、比例項と保持操作量との差に比例するように積分項が設定される。これにより、フィードバック操作量を保持操作量に直ちに一致させることが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、プラントの制御量を示すパラメータに応じて保持操作量が算出される。プラントの制御量または目標値に依存して、最適な保持操作量は変化するので、プラントの制御量または目標値に応じて保持操作量を算出することにより、消費電力の低減あるいはプラントの特性ばらつきの観点において最適な保持操作量を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構が制御対象とされる。機関の運転状態が同一であれば、吸気弁のリフト量が同一値に保持されるので、そのような作動状態において、弁作動特性可変機構のコントロール軸を回動させるアクチュエータに供給する電流値を低減することができるとともに、リフト量の目標値が変化したときに、実際のリフト量を迅速に追従させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁の弁リフト量及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。
【００１８】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００１９】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２０】
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２１】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。
【００２２】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２３】
弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁のリフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量ＬＦＴを連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。
【００２４】
第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。
【００２５】
サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。
【００２６】
コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２７】
したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）ＣＳＡを検出するコントロール軸回転角度センサ１４が設けられており、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。
【００２８】
なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、本出願人による特許出願（特願２００６−１９７２５４号）の明細書及び図面に示されている。
第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。
【００２９】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３０】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気流量）の制御を行う。
【００３１】
吸気弁のリフト量制御（ＣＳ角度制御）においては、エンジン運転状態に応じて吸気弁のリフト量指令値ＬＦＴＣＭＤが算出され、リフト量指令値ＬＦＴＣＭＤに応じてＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが算出され、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤと一致するように、モータ４３の駆動電流ＩＭＤのフィードバック制御が行われる。
【００３２】
図５は、ＣＳ角度ＣＳＡと、モータ４３の出力トルクＴＲＱＭ（駆動電流ＩＭＤに比例する）との関係を示す図であり、モータ出力トルクＴＲＱＭが、実線Ｌ１で示される上限トルクＴＲＱＭＨと、実線Ｌ２で示される下限トルクＴＲＱＭＬ（負値）との間にあるときは、その時点のＣＳ角度ＣＳＡが維持される。例えば、ＣＳ角度ＣＳＡが角度ＣＳＡ１であるとき、モータ出力トルクＴＲＱＭが上限トルクＴＲＱＭＨ１以下かつ下限トルクＴＲＱＭＬ１以上であるときは、角度ＣＳＡ１が維持される。換言すれば、モータ出力トルクＴＲＱＭが上限トルクＴＲＱＭＨ１を超えると、ＣＳ角度ＣＳＡが増加する一方、モータ出力トルクＴＲＱＭが下限トルクＴＲＱＭＬ１を下回ると、ＣＳ角度ＣＳＡが減少する。
【００３３】
したがって、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定であるときは、モータ出力トルクＴＲＱＭはできるだけ小さな値に設定することにより、消費電力を低減することができる。本実施形態では、上限トルクＴＲＱＭＨ及び下限トルクＴＲＱＭＬが、弁作動特性可変機構４１の特性ばらつきによって変化することを考慮し、上限トルクＴＲＱＭＨ及び下限トルクＴＲＱＭＬのほぼ平均値に相当する保持トルクが得られるようにモータ４３に供給する保持電流値ＩＤＭＨＬＤが設定されるようにしている。
【００３４】
図６は、モータ４３に供給する駆動電流ＩＭＤを決定する出力操作量ＵＦＭを算出する出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールを構成するブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵにおける演算処理により実現される。出力操作量ＵＦＭが制御対象への制御入力に相当する。
【００３５】
出力操作量算出モジュールは、フィードバック操作量算出部７１と、保持操作量算出部７２と、保持フラグ設定部７３と、切換部７４とを備えている。フィードバック操作量算出部７１は、検出されるＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに一致するようにフィードバック操作量ＵＦＢを算出する。なお、本実施形態では、コントロール軸回転角度センサ１４の出力にローパスフィルタ処理またはイプシロンフィルタ処理を施して、ノイズ成分を除去した検出値を、ＣＳ角度ＣＳＡとして使用する。なおイプシロンフィルタ処理は、特にスパイク状のノイズを効果的に減衰させる公知のフィルタ処理である。
【００３６】
保持操作量算出部７２は、ＣＳ角度ＣＳＡ、エンジン回転数ＮＥ、及びエンジン冷却水温ＴＷに応じて、保持操作量ＵＨＯＬＤを算出する。保持操作量ＵＨＯＬＤは上述した保持電流ＩＤＭＨＬＤに対応する操作量である。
【００３７】
保持フラグ設定部７３は、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡに応じて、保持フラグＦＨＯＬＤの設定を行う。切換部７４は、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢを選択し、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定されると、保持操作量ＵＨＯＬＤを選択し、出力操作量ＵＦＭとして出力する。
【００３８】
図７は、図６のフィードバック操作量算出部７１及び切換部７４の機能を実現する操作量算出処理のフローチャートである。この処理は、所定時間ＴＣＡＬ（例えば２ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【００３９】
ステップＳ１１では、下記式（１）により、制御偏差ＥＲＲ(k)を算出する。ｋは、本処理の実行周期ＴＣＡＬで離散化した離散化時刻である。
ＥＲＲ(k)＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡ(k) （１）
ステップＳ１２では、下記式（２）に制御偏差ＥＲＲ(k)及び比例項ゲインＫＰを適用し、比例項ＵＰを算出する。
ＵＰ＝ＫＰ×ＥＲＲ(k) （２）
【００４０】
ステップＳ１３では、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるか否かを判別し、ＦＨＯＬＤ＝０であるときは、下記式（３）により偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を算出する。
ＥＲＲＩ(k)＝ＥＲＲ(k)＋ＥＲＲＩ(k-1) （３）
【００４１】
ステップＳ１３でＦＨＯＬＤ＝１であるときは、下記式（４）により、偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を設定する（ステップＳ１４）。式（４）のＫＩは積分項ゲインである。
ＥＲＲＩ(k)＝（ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ）／ＫＩ （４）
【００４２】
ステップＳ１６では、下記式（５）により、積分項ＵＩを算出する。
ＵＩ＝ＫＩ×ＥＲＲＩ(k) （５）
【００４３】
ステップＳ１７では、算出された比例項ＵＰと積分項ＵＩとを下記式（６）に適用し、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。そして出力操作量ＵＦＭをフィードバック操作量ＵＦＢに設定する（ステップＳ１８）
ＵＦＢ＝ＵＰ＋ＵＩ （６）
ステップＳ１９では、偏差積分値の前回値ＥＲＲＩ(k-1)を今回値ＥＲＲＩ(k)に設定する。
【００４４】
式（４）により算出される偏差積分値ＥＲＲＩ(k)を式（５）に適用すると、積分項ＵＩは、下記式（７）で与えられる。したがって、これを式（６）に適用すると、フィードバック操作量ＵＦＢは、保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)に等しくなる。
ＵＩ＝ＫＩ×（ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ）／ＫＩ
＝ＵＨＯＬＤ(k)−ＵＰ （７）
【００４５】
図７の処理によれば、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢが通常のＰＩ（比例積分）制御により設定され、出力操作量ＵＦＭも同様に設定される。一方保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)と一致し、出力操作量ＵＦＭも保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)と一致する。
【００４６】
図８は、図６の保持フラグ設定部７３の機能を実現する保持フラグ設定処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
【００４７】
ステップＳ２０では、図７のステップＳ１１と同様に制御偏差ＥＲＲ(k)を算出する。ステップＳ２１では、制御偏差ＥＲＲ(k)が所定閾値ＥＲＲＨＸ以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、カウンタＣＨＬＤを「０」に設定する（ステップＳ２５）とともに、保持フラグＦＨＯＬＤを「０」に設定する（ステップＳ２８）。
【００４８】
ステップＳ２１で、ＥＲＲ(k)≦ＥＲＲＨＸであるときは、下記式（８）によりＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤの変化量である指令値変化量ＤＣＳＡＣＭＤを算出する（ステップＳ２２）。
ＤＣＳＡＣＭＤ＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡＣＭＤ(k-1) （８）
【００４９】
ステップＳ２３では、指令値変化量ＤＣＳＡＣＭＤが「０」であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が所定保持制御範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ２４）。
【００５０】
ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化しているときは、駆動電流ＩＭＤを一定値に保持することはできないため、ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ２５に進む。また本実施形態では、コントロール軸５６にモータ４３以外から加わるトルクのために、駆動電流ＩＭＤを一定値に保持しても、ＣＳ角度ＣＳＡを一定に維持することが困難な角度範囲があるため、そのような角度範囲以外を所定保持制御範囲としている。したがって、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が所定保持制御範囲にないときは、前記ステップＳ２５に進む。
【００５１】
ステップＳ２４の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定でかつＣＳ角度ＣＳＡが所定保持制御範囲内にあるときは、カウンタＣＨＬＤを「１」だけインクリメントし（ステップＳ２６）、カウンタＣＨＬＤの値が所定値Ｎ０（例えば「５」）以上であるか否かを判別する（ステップＳ２７）。この答が否定（ＮＯ）である間は前記ステップＳ２８に進み、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ２９に進んで、保持フラグＦＨＯＬＤを「１」に設定する。
【００５２】
図９は、図６の保持操作量算出部７２の機能を実現する保持操作量算出処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
【００５３】
ステップＳ３１では、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)及びエンジン回転数ＮＥに応じてＵＨＯＬＤＭマップを検索し、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭを算出する。ＵＨＯＬＤＭマップは、ＣＳ角度ＣＳＡ(k)が増加するほど、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭが増加するように設定されている。またエンジン回転数ＮＥによって最適な保持操作量の値が変化するので、保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭはエンジン回転数ＮＥに応じた最適な値となるように、予め実験を行って設定される。
【００５４】
ステップＳ３２では、エンジン冷却水温ＴＷに応じてＫＴＷテーブルを検索し、補正係数ＫＴＷを算出する。ＫＴＷテーブルは、エンジン冷却水温ＴＷが高くなるほど、補正係数ＫＴＷが増加するように設定されている。
【００５５】
ステップＳ３３では、下記式（９）に保持操作量マップ値ＵＨＯＬＤＭ及び補正係数ＫＴＷを適用し、保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)を算出する。
ＵＨＯＬＤ(k)＝ＫＴＷ×ＵＨＯＬＤＭ （９）
【００５６】
以上詳述したように本実施形態では、制御出力（制御量）であるＣＳ角度ＣＳＡに応じて保持操作量ＵＨＯＬＤが算出され、制御偏差ＥＲＲが所定閾値ＥＲＲＨＸより大きいときは、制御入力である出力操作量ＵＦＭがフィードバック操作量ＵＦＢに設定され、制御偏差ＥＲＲが所定閾値ＥＲＲＨＸ以下であるときは出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定される。出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときは、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに一致するように設定される。本実施形態では、保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定するようにしたので、モータ４３への供給電力を低減することができる。さらに、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＬＤに一致させることにより、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化したとき、すなわち出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤからフィードバック操作量ＵＦＢに切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＵ５がフィードバック制御手段、保持操作量算出手段、及び制御入力設定手段を構成する。具体的には、図６のフィードバック操作量算出部７１がフィードバック制御手段に相当し、保持操作量算出部７２が保持操作量算出手段に相当し、保持フラグ設定部７３及び切換部７４が制御入力設定手段に相当する。すなわち、図７のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６及びＳ１７がフィードバック制御手段に相当し、図７のステップＳ１３〜Ｓ１５，Ｓ１８，及び図８の処理が制御入力設定手段に相当し、図９の処理が保持操作量算出手段に相当する。
【００５８】
［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。図１０に示す構成は、図６に示す構成のフィードバック操作量算出部７１を、フィードバック操作量算出部７１ａに変更し、出力操作量ＵＦＭをフィードバック操作量算出部７１ａにフィードバックするようにしたものである。
【００５９】
図１１は、図１０に示すフィードバック操作量算出部７１ａの構成を説明するためのブロック図である。フィードバック操作量算出部７１ａは、乗算部８１，８４，８８と、減算部８２，８７と、加算部８５と、積分部８３とを備えている。これは通常のＰＩ制御を実行するフィードバック操作量算出部７２を構成する乗算部８１，８４，積分部８３，及び加算部８５に、減算部８２，８７及び乗算部８８を追加したものである。
【００６０】
減算部８７は、フィードバック操作量ＵＦＢから出力操作量ＵＦＭを減算することにより、操作量偏差ＤＵＦＢを算出する。乗算部８８は、操作量偏差ＤＵＦＢに比例項ゲインＫＰの逆数（１／ＫＰ）を乗算する。減算部８２は、制御偏差ＥＲＲから（ＤＦＵＢ／ＫＰ）を減算し、修正制御偏差ＥＲＲＭを算出する。積分部８３は、修正制御偏差ＥＲＲＭを積分し、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩを算出する。乗算部８４は、修正制御偏差積分値ＥＲＲＭＩに積分項ゲインＫＩを乗算し、積分項ＵＩを算出する。乗算部８１は、制御偏差ＥＲＲに比例項ゲインＫＰを乗算することにより、比例項ＵＰを算出する。加算部８５は、比例項ＵＰと積分項ＵＩを加算し、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。
【００６１】
図１１に基づいて、連続時間系の伝達関数を用いてフィードバック操作量ＵＦＢを表すと、式（１０）及び（１１）が得られる。式（１０）の「ｓ」はラプラス演算子である。
ＵＦＢ＝ＫＰ×ＥＲＲ＋ＫＩ×ＥＲＲＭ／ｓ （１０）
ＥＲＲＭ＝ＥＲＲ−（ＵＦＢ−ＵＦＭ）／ＫＰ （１１）
【００６２】
式（１１）に式（１０）で示されるフィードバック操作量ＵＦＢを適用すると、下記式（１２）が得られる。
【数１】
【００６３】
式（１２）で示される出力操作量ＵＦＭから修正制御偏差ＥＲＲＭへの伝達関数はハイパスフィルタの伝達関数となり、定常ゲインは「０」となる。したがって、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されると、制御偏差ＥＲＲに拘わらず、修正制御偏差ＥＲＲＭは「０」に漸近していき、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近する。なお、ＵＦＭ＝ＵＦＢであるときは、修正制御偏差ＥＲＲＭは制御偏差ＥＲＲと等しくなり、通常のＰＩ制御動作が行われる。
【００６４】
図１１に示すように、フィードバック操作量ＵＦＢと出力操作量ＵＦＭとの偏差である操作量偏差ＤＵＦＢに応じて制御偏差ＥＲＲを修正して修正制御偏差ＥＲＲＭを算出し、修正制御偏差ＥＲＲＭを積分部８３に入力する構成を採用することにより、出力操作量ＵＦＭを保持操作量ＵＨＯＬＤに設定しているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＤに漸近させることができる（積分項ＵＩを飽和させないようにすることができる）。その結果、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」から「０」に変化した直後、すなわち通常のフィードバック制御動作に復帰した直後において、ＣＳ角度ＣＳＡをＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに迅速に一致させることができる。
【００６５】
図１２は、図１１に示すブロック図の機能を実現する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間ＴＣＡＬ毎に実行される。
ステップＳ４１及びＳ４２は、図７のステップＳ１１及びＳ１２と同一の処理であり、制御偏差ＥＲＲ(k)及び比例項ＵＰを算出する。
【００６６】
ステップＳ４３では、下記式（１３）により、操作量偏差ＤＵＦＢ(k)を算出する。
ＤＵＦＢ(k)＝ＵＦＢ(k-1)−ＵＦＭ(k-1) （１３）
【００６７】
ステップＳ４４では、下記式（１４）により、修正制御偏差ＥＲＲＭ(k)を算出し、ステップＳ４５では、下記式（１５）により、修正制御偏差ＥＲＲＭ(k)を積算し、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩ(k)を算出する。
ＥＲＲＭ(k)＝ＥＲＲ(k)−ＤＵＦＢ(k)／ＫＰ （１４）
ＥＲＲＭＩ(k)＝ＥＲＲＭ(k)＋ＥＲＲＭＩ(k-1) （１５）
【００６８】
ステップＳ４６では、修正偏差積分値の前回値ＥＲＲＭＩ(k-1)を今回値ＥＲＲＭＩ(k)に設定する。ステップＳ４７では、修正偏差積分値ＥＲＲＭＩ(k)に積分項ゲインＫＩを乗算することにより、積分項ＵＩを算出する。ステップＳ４８では、比例項ＵＰと積分項ＵＩとを加算してフィードバック操作量ＵＦＢ(k)を算出する。
【００６９】
ステップＳ４９では、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」であるか否かを判別し、ＦＨＯＬＤ＝０であるときは、出力操作量ＵＦＭ(k)をフィードバック操作量ＵＦＢ(k)に設定する（ステップＳ５０）。一方、保持フラグＦＨＯＬＤ＝１であるときは、出力操作量ＵＦＭ(k)を保持操作量ＵＨＯＬＤ(k)に設定する（ステップＳ５１）。
【００７０】
以上のように本実施形態では、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときは、フィードバック操作量ＵＦＢと保持操作量ＵＨＯＬＤとの差である操作量偏差ＤＵＦＢが積分項ＵＩにフィードバックされ、フィードバック操作量ＵＦＢが保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近するように制御される。したがって、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変更され、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」に変更された直後において、制御量であるＣＳ角度ＣＳＡをＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに迅速に収束させることができる。
【００７１】
次に図１３〜図１５を参照して、上述した制御動作の一例を説明する。これらの図には、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ、ＣＳ角度ＣＳＡ、保持フラグＦＨＯＬＤ、フィードバック操作量ＵＦＢ、及び出力操作量ＵＦＭの推移が示されている。図１３（ａ）では破線がＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤを示し、実線がＣＳ角度ＣＳＡを示す。図１４（ａ）及び図１５（ａ）においても同様である。
【００７２】
図１３はＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが一定の状態（時刻ｔ１より前）において、出力操作量ＵＦＭの保持動作を行わない例を示す。出力操作量ＵＦＭに対応してモータ駆動電流ＩＤＭが２０Ａ程度となり、消費電力が大きい。
【００７３】
図１４は、時刻ｔ０において保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定され、保持動作に入った例を示している。ただし、この例では、フィードバック操作量算出部が、保持動作中（ＦＨＯＬＤ＝１）も通常のＰＩ制御を継続してフィードバック操作量ＵＦＢを算出している。一方出力操作量ＵＦＭは保持操作量ＵＨＯＬＤに設定され（図１４（ｄ））、例えばモータ駆動電流ＩＤＭを５Ａ程度に抑制することができる。しかしながら、フィードバック操作量ＵＦＢは積分項ＵＩが飽和した状態となるため、出力操作量ＵＦＭ（＝保持操作量ＵＨＯＬＤ）とは異なる値をとる（図１４（ｃ））。その結果、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」から「０」に切り換えられる時刻ｔ１の直後において、制御遅れが発生している（図１４（ａ）のＡ部参照）。
【００７４】
図１５は本実施形態の制御が適用された例を示している。保持動作に移行した時刻ｔ０以後、フィードバック操作量ＵＦＢは出力操作量ＵＦＭ（＝保持操作量ＵＨＯＬＤ）に漸近していき、時刻ｔ１より前に出力操作量ＵＦＭと一致する。その結果、時刻ｔ１の直後において図１４に示すように制御遅れが発生せず、良好な追従特性を得ることができる。
【００７５】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部７１ａがフィードバック制御手段に相当する。
【００７６】
［第３の実施形態］
図１６は、本発明の第３の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。図１６に示す構成は、図６に示す構成のフィードバック操作量算出部７１を、フィードバック操作量算出部７１ｂに変更したものである。
【００７７】
フィードバック操作量算出部７１ｂは、図１７に示すように、スライディングモード制御器１０１と、微分部１０２と、減算部１０３と、周波数整形制御器１０４とから構成される。
【００７８】
微分部１０２は、ＣＳ角度ＣＳＡを微分し、ＣＳ角度ＣＳＡの変化速度（以下「ＣＳ角速度」という）ｄＣＳＡを算出する。スライディングモード制御器１０１は、スライディングモード制御により、ＣＳ角度ＣＳＡがＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤに一致するように、ＣＳ角速度ｄＣＳＡの目標値であるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤを算出する。減算部１０３は、ＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤからＣＳ角速度ｄＣＳＡを減算し、角速度偏差ＤｄＣＳＡを算出する。
【００７９】
周波数整形制御器１０４は、ＰＩ制御（比例積分制御）により、角速度偏差ＤｄＣＳＡが「０」となるように、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。
なお、実際にはフィードバック操作量ＵＦＢは切換部７４を介して制御対象であるモータ４３及び第１弁作動特性可変機構４１に出力されるが、図１７では、説明のためにフィードバック操作量ＵＦＢが直接、制御対象１００に入力される構成が示されている。
【００８０】
本実施形態では、微分部１０２、減算部１０３、周波数整形制御器１０４、及び制御対象１００からなるブロックを拡大制御対象１１０とし、拡大制御対象１１０の伝達関数ＦＸ(s)が所望の目標伝達関数Ｆ(s)となるように、周波数整形制御器１０４の伝達関数である周波数整形伝達関数Ｈ(s)を設定する。
【００８１】
拡大制御対象１１０の伝達関数ＦＸ(s)は、下記式（２１）で与えられる。Ｇ(s)は制御対象１００の伝達関数であり、ｓは微分部１０２の伝達関数である。
【数２】
【００８２】
ここで伝達関数ＦＸ(s)を目標伝達関数Ｆ(s)とする周波数整形伝達関数Ｈ(s)は、式（２１）のＦＸ(s)をＦ(s)としてＨ(s)について解くことにより、得られる（下記式（２２））。
【数３】
【００８３】
次に目標伝達関数Ｆ(s)をどのように設定するかを説明する。第１弁作動特性可変機構４１の伝達関数である（より正確には第１弁作動特性可変機構４１をモデル化した制御対象モデルの伝達関数である）対象伝達関数Ｇ(s)は、下記式（２３）で表すことができる。ここで、Ｊ及びＢは、モータ４３及び第１弁作動特性可変機構４１の特性、例えばモータトルク定数、ギヤ減速比、モータ４３の慣性モーメント、コントロール軸５６の慣性モーメントなどによって決定される定数である。
【数４】
【００８４】
そこで、制御対象の動特性変化や外乱が大きいといった誤差要因がある場合においても同様の伝達関数で表される拡大制御対象１１０を得るため、目標伝達関数Ｆ(s)を下記式（２４）で与えると、周波数整形伝達関数Ｈ(s)は下記式（２５）で与えられる。
【数５】
【００８５】
この伝達関数Ｈ(s)は、ＰＩ（比例積分）制御に相当するものであり、上述した第１の実施形態におけるフィードバック操作量算出部７１と同様の演算により、フィードバック操作量ＵＦＢを算出することができる。すなわち、本実施形態の角速度偏差ＤｄＣＳＡが、第１の実施形態における制御偏差ＥＲＲに相当し、図７においてステップＳ１１を削除し、ステップＳ１２及びＳ１５の制御偏差ＥＲＲを角速度偏差ＤｄＣＳＡに置換することにより、フィードバック操作量ＵＦＢを算出することができる。
【００８６】
次にスライディングモード制御器１０１におけるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤの算出手法を説明する。ＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤは、下記式（３１）で示されるように、等価制御入力ＵＥＱと到達則制御入力ＵＲＣＨの和として算出される。
ｄＣＳＡＣＭＤ(k)＝ＵＥＱ(k)＋ＵＲＣＨ(k) （３１）
【００８７】
また拡大制御対象１１０の伝達関数はＦ(s)であり、これを離散時間系の伝達関数に変換し、制御出力であるＣＳ角度ＣＳＡ(k)を、制御入力であるＣＳ角速度指令値ｄＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡの過去値で表すと、制御対象モデルを定義する下記式（３２）が得られる。
ＣＳＡ(k)＝ａ11・ＣＳＡ(k-1)＋ａ12・ＣＳＡ(k-2)
＋ｂ11・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-1)
＋ｂ12・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-2) （３２）
ここで、ａ11,ａ12,ｂ11，及びｂ12は、伝達関数Ｆ(s)に含まれる定数τ及び制御周期ＴＣＡＬを用いて周知の手法により算出されるモデルパラメータである。
【００８８】
また切換関数値σ(k)は式（３３）により算出される制御偏差ＤＣＳＡを用いると、下記式（３４）で定義される。
ＤＣＳＡ(k)＝ＣＳＡＣＭＤ(k)−ＣＳＡ(k) （３３）
σ(k)＝ＤＣＳＡ(k)＋ＶＰＯＬＥ・ＤＣＳＡ(k-1) （３４）
ここで、ＶＰＯＬＥは制御偏差ＤＣＳＡの減衰特性を決める切換関数設定パラメータであり、−１より大きく０より小さい値に設定される。
【００８９】
等価制御入力ＵＥＱは、下記式（３５）を満たす操作量である。
σ(k)＝σ(k+1) （３５）
式（３５）の条件に式（３２）、（３３）及び（３４）を適用することにより、等価制御入力ＵＥＱは下記式（３６）により算出される。
ＵＥＱ(k)＝（１／ｂ11）｛（１−ａ11−ＶＰＯＬＥ）ＣＳＡ(k)
＋（ＶＰＯＬＥ−ａ12）ＣＳＡ(k-1)−ｂ12・ｄＣＳＡＣＭＤ(k-1)
＋ＣＳＡＣＭＤ(k+1)＋（ＶＰＯＬＥ−１）ＣＳＡＣＭＤ(k)
−ＶＰＯＬＥ・ＣＳＡＣＭＤ(k-1)｝ （３６）
【００９０】
また到達則制御入力ＵＲＣＨは、下記式（３７）により算出される。
ＵＲＣＨ(k)＝（−Ｆ／ｂ11）σ(k) （３７）
ここでＦは、到達則制御ゲインである。
【００９１】
以上のように制御系を構成することにより、制御対象１００の動特性変化や外乱が大きいといった誤差要因がある場合においても、減算部１０３及び周波数整形制御器１０４によるフィードバック制御により、誤差要因、すなわち動特性変化、外乱、あるいは非線形要素の影響を除去し、スライディングモード制御器１０１により安定した制御を行うことができる。さらに、周波数整形制御器１０４における演算を、第１の実施形態におけるフィードバック操作量算出部７１と同様に行うことにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
すなわち、保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定することにより、モータ４３への供給電力を低減することができる。さらに、出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤに設定されているときに、フィードバック操作量ＵＦＢを保持操作量ＵＨＯＬＤに一致させることにより、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤが変化したとき、すなわち出力操作量ＵＦＭが保持操作量ＵＨＯＬＤからフィードバック操作量ＵＦＢに切り換えられたときに、良好な追従性能を得ることができる。
【００９３】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部７１ｂがフィードバック制御手段に相当する。すなわち、スライディングモード制御器１０１、減算部１０３、周波数整形制御器１０４、及び微分部１０２が、フィードバック制御手段に相当する。
【００９４】
（変形例）
なお、図１８に示すように、周波数整形制御器１０４を周波数整形制御器１０４ａに変更し、周波数整形制御器１０４ａを図１９に示すようにフィードバック操作量算出部７１ａと同様に構成するようにしてもよい。すなわち、制御偏差ＥＲＲを、角速度偏差ＤｄＣＳＡに置き換えて、乗算部８１及び減算部８２に入力することにより、保持動作中におけるフィードバック操作量ＵＦＢを、保持操作量ＵＨＯＬＤに漸近させることができる。
【００９５】
［第４の実施形態］
図２０は、本発明の第４の実施形態にかかるスロットル弁駆動装置及びその制御装置の構成を示す図である。
【００９６】
エンジン１０１の吸気通路１０２には、スロットル弁１０３が設けられている。スロットル弁１０３には、該スロットル弁１０３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１０４と、該スロットル弁１０３を開弁方向に付勢する弾性部材１０５とが取り付けられている。またスロットル弁１０３は、モータ１０６によりギヤ（図示せず）を介して駆動できるように構成されている。スロットル弁１０３、リターンスプリング１０４、弾性部材１０５、モータ１０６、及び図示しないギヤによって、制御対象であるスロットル弁駆動装置１１０が構成される。
【００９７】
モータ１０６は、ＥＣＵ１０７に接続されており、その作動がＥＣＵ１０７により制御される。スロットル弁１０３には、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ１０８が設けられており、その検出信号は、ＥＣＵ１０７に供給される。
【００９８】
またＥＣＵ１０７には、エンジン１０１が搭載された車両の運転者の要求出力を示す、アクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣを検出するアクセルセンサ１０９が接続されており、その検出信号がＥＣＵ１０７に供給される。
【００９９】
ＥＣＵ１０７は、第１の実施形態におけるＥＣＵ５と同様に、入力回路、ＣＰＵ、メモリ回路、出力回路などにより構成される。ＥＣＵ１０７は、アクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣに応じてスロットル弁１０３の目標開度ＴＨＲを算出し、検出したスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＲと一致するようにモータ１０６の操作量ＵＦＭを算出し、操作量ＵＦＭに応じた電気信号、具体的には操作量ＵＦＭに比例するデューティ比のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号をモータ１０６に供給する。
【０１００】
スロットル弁１０３の開度ＴＨと、モータ１０６の出力トルクＴＲＱＭとは、図２１に示すような関係を有する。すなわち、スロットル弁開度ＴＨが開度ＴＨ１であるとき、出力トルクＴＲＱＭが実線Ｌ１１で示される上限トルクＴＲＱＭＨを超えると、スロットル弁開度ＴＨが増加し、実線Ｌ１２で示される下限トルクＴＲＱＭＬを下回ると、スロットル弁開度ＴＨが減少し、上限トルクＴＲＱＭＨと下限トルクＴＲＱＭＬの間にあるときは、開度ＴＨ１が維持される。したがって、第１の実施形態と同様に、目標開度ＴＨＲが一定であるときは、保持操作量ＵＨＯＬＤを適切に設定し、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくして消費電力を低減することができる。
【０１０１】
図２２は、本実施形態における出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールは、第１の実施形態と同様に構成され、フィードバック操作量算出部１２１と、保持操作量算出部１２２と、保持フラグ設定部１２３と、切換部１２４とを備えている。
【０１０２】
フィードバック操作量算出部１２１は、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＲに一致するように、比例積分（ＰＩ）制御により、フィードバック操作量ＵＦＢを算出する。具体的には、図７または図１２に示す処理において、ＣＳ角度指令値ＣＳＡＣＭＤ及びＣＳ角度ＣＳＡを、それぞれ目標開度ＴＨＲ及びスロットル弁開度ＴＨに置換することにより得られる演算処理により、フィードバック操作量ＵＦＢが算出される。
【０１０３】
保持操作量算出部１２２は、スロットル弁開度ＴＨに応じて、保持操作量ＵＨＯＬＤを算出する。保持操作量ＵＨＯＬＤは、例えば第１の実施形態と同様に、上限トルクＴＲＱＭＨと下限トルクＴＲＱＭＬの平均値に対応する値に設定される。したがって、保持操作量ＵＨＯＬＤは、スロットル弁開度ＴＨが増加するほど増加するように設定される。
【０１０４】
保持フラグ設定部１２３は、目標開度ＴＨＲ及びスロットル弁開度ＴＨに応じて、図８に示す処理と同様に処理により、保持フラグＦＨＯＬＤの設定を行う。切換部１２４は、保持フラグＦＨＯＬＤが「０」であるときは、フィードバック操作量ＵＦＢを選択し、保持フラグＦＨＯＬＤが「１」に設定されると、保持操作量ＵＨＯＬＤを選択し、出力操作量ＵＦＭとして出力する。
【０１０５】
以上のように出力操作量算出モジュールを構成することにより、第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
本実施形態では、フィードバック操作量算出部１２１がフィードバック制御手段に相当し、保持操作量算出部１２２が保持操作量算出手段に相当し、保持フラグ設定部１２３及び切換部１２４が制御入力設定手段に相当する。
【０１０７】
［他の実施形態］
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の制御、特に摩擦の大きい制御対象の位置決め制御に適用可能である。例えば、ボールねじを使用した位置決め装置（例えば加工用機械などで使用される）、電磁クラッチ式可変バルブタイミング装置、自動変速機のシフトフォーク位置決め装置などに適用可能である。
【０１０８】
また上述した第１〜第３の実施形態では、保持動作中に適用される保持操作量ＵＨＯＬＤを、モータ４３の駆動電流ＩＭＤが保持に必要な上下限電流値の平均的な値となるように設定したが、下限電流値より大きく平均的な値より小さな値に設定するようにしてもよい。そのような設定により、さらにモータ４３の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。
【図４】吸気弁の弁作動特性を示す図である。
【図５】第１弁作動特性可変機構のコントロール軸の回転角度（ＣＳＡ）と、モータ出力トルク（ＴＲＱＭ）との関係を示す図である。
【図６】モータ駆動電流を決定する出力操作量（ＵＦＭ）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。
【図７】図６のフィードバック操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図８】図６の保持フラグ設定部における演算処理のフローチャートである。
【図９】図６の保持操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０のフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０のフィードバック操作量算出部における演算処理のフローチャートである。
【図１３】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】制御動作例を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示すフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１６に示す構成の変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１８に示すフィードバック操作量算出部の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態にかかる制御系の構成を示す図である。
【図２１】スロットル弁開度（ＴＨ）とスロットル弁を駆動するモータの出力トルク（ＴＲＱＭ）との関係を示す図である。
【図２２】第４の実施形態にかかる出力操作量算出モジュールの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 内燃機関
４１ 第１弁作動特性可変機構（プラント）
４３ モータ（プラント）
７１，７１ａ，７１ｂ フィードバック操作量算出部（フィードバック制御手段）
７２ 保持操作量算出部（保持操作量算出手段）
７３ 保持フラグ設定部（制御入力設定手段）
７４ 切換部（制御入力設定手段）
１００ 制御対象（プラント）
１１０ スロットル弁駆動装置（プラント）
１２１ フィードバック操作量算出部（フィードバック制御手段）
１２２ 保持操作量算出部（保持操作量算出手段）
１２３ 保持フラグ設定部（制御入力設定手段）
１２４ 切換部（制御入力設定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの制御量を目標値に一致させるようにフィードバック操作量を算出するフィードバック制御手段を有するプラントの制御装置において、
前記プラントの作動状態に応じて保持操作量を算出する保持操作量算出手段と、
前記制御量と目標値との制御偏差が所定閾値より大きいときは、前記プラントに入力する制御入力を前記フィードバック操作量に設定し、前記制御偏差が前記所定閾値以下であるときは前記制御入力を前記保持操作量に設定する制御入力設定手段とを備え、
前記フィードバック制御手段は、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、前記フィードバック操作量を前記保持操作量に漸近または一致させることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いて前記フィードバック操作量を算出し、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、該フィードバック操作量と前記保持操作量との差である操作量偏差を前記積分項にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項３】
前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いて前記フィードバック操作量を算出し、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、前記比例項と前記保持操作量との差に比例するように前記積分項を設定することを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項４】
前記保持操作量算出手段は、前記プラントの制御量を示すパラメータに応じて前記保持操作量を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のプラントの制御装置。
【請求項５】
前記プラントは内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構であり、該弁作動特性可変機構は前記リフト量を変更するためのコントロール軸と、該コントロール軸を回動させるためのアクチュエータとを有し、前記制御入力に応じて前記アクチュエータに供給する電流値が算出され、前記制御量は前記コントロール軸の回転角度であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のプラントの制御装置。
【請求項１】
プラントの制御量を目標値に一致させるようにフィードバック操作量を算出するフィードバック制御手段を有するプラントの制御装置において、
前記プラントの作動状態に応じて保持操作量を算出する保持操作量算出手段と、
前記制御量と目標値との制御偏差が所定閾値より大きいときは、前記プラントに入力する制御入力を前記フィードバック操作量に設定し、前記制御偏差が前記所定閾値以下であるときは前記制御入力を前記保持操作量に設定する制御入力設定手段とを備え、
前記フィードバック制御手段は、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、前記フィードバック操作量を前記保持操作量に漸近または一致させることを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いて前記フィードバック操作量を算出し、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、該フィードバック操作量と前記保持操作量との差である操作量偏差を前記積分項にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項３】
前記フィードバック制御手段は、前記制御偏差に応じた比例項及び積分項を用いて前記フィードバック操作量を算出し、前記制御入力が前記保持操作量に設定されているときは、前記比例項と前記保持操作量との差に比例するように前記積分項を設定することを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項４】
前記保持操作量算出手段は、前記プラントの制御量を示すパラメータに応じて前記保持操作量を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のプラントの制御装置。
【請求項５】
前記プラントは内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構であり、該弁作動特性可変機構は前記リフト量を変更するためのコントロール軸と、該コントロール軸を回動させるためのアクチュエータとを有し、前記制御入力に応じて前記アクチュエータに供給する電流値が算出され、前記制御量は前記コントロール軸の回転角度であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−３６１４１（Ｐ２００９−３６１４１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０２４６７（Ｐ２００７−２０２４６７）
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【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２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【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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