制御装置
【課題】一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントを制御する場合でも、制御の分解能および制御精度を向上させることができる制御装置を提供する。
【解決手段】燃料供給装置１０の燃料圧Ｐｆを制御する制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを設定し、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、式（１）〜（６）により算出し、第１制御入力Ｒｓｌｄを式（１１）〜（３１）で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出し、フューエルカット運転中または減圧制御中であるか否かに応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する。
【解決手段】燃料供給装置１０の燃料圧Ｐｆを制御する制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを設定し、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、式（１）〜（６）により算出し、第１制御入力Ｒｓｌｄを式（１１）〜（３１）で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出し、フューエルカット運転中または減圧制御中であるか否かに応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒステリシスおよび不感帯などの非線形特性を備えたプラントの制御量を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置として、本出願人は、特許文献１に記載されたものをすでに提案している。この制御装置は、制御入力をプラントとしての電磁駆動式の可変カム位相機構に入力することによって、制御量としてのカム位相を制御するものであり、２自由度スライディングモードコントローラおよびＤＳＭコントローラを備えている。この２自由度スライディングモードコントローラでは、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、カム位相を目標値に収束させるためのＳＬＤ制御入力が算出される。
【０００３】
また、ＤＳＭコントローラでは、可変カム位相機構への制御入力が、算出されたＳＬＤ制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムによって変調することにより、所定値を中心として所定振幅で頻繁に反転を繰り返すように算出される。その結果、非線形特性を備えた可変カム位相機構を介して、カム位相を制御する場合においても、頻繁に反転を繰り返す制御入力により、非線形特性を補償しながら、カム位相を目標値に収束させるように制御することができる。それにより、カム位相をきめ細かく制御することができ、カム位相制御の分解能および制御精度をいずれも高レベルに維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の制御装置を、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントに適用した場合、非線形特性を示す制御領域では、制御量が目標値に対して大幅に乖離する状態が発生するので、ＳＬＤ制御入力が、非線形特性をほとんど示さない制御領域と比べて変化幅の大きい値として算出される。そのため、非線形特性を補償するには、制御入力の振幅を、そのような変化幅の大きいＳＬＤ制御入力をカバーできるような大きな値に設定する必要がある。しかし、そのようにした場合、制御入力に対する制御量の感度が低下する条件下、特に周波数的感度より詳しくは高周波遮断性が低下する条件下では、非線形特性をほとんど示さない制御領域において、制御入力の大きな振幅が制御量にノイズ的に反映されてしまうことで、制御の分解能および制御精度が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントを制御する場合でも、制御の分解能および制御精度を向上させることができる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に、請求項１に係る発明は、制御入力Ｕｐｆによりプラント４の制御量（燃料圧Ｐｆ）を制御する制御装置１であって、制御量を検出する制御量検出手段（燃料圧センサ２０）と、制御量の目標となる目標値（目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標燃料圧算出部３０）と、検出された制御量を設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により算出する第１制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ４０）と、算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出する第２制御入力算出手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ６０）と、プラント４の状態に応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する制御入力選択手段（ＥＣＵ２、制御入力選択部８０、ステップ３６〜３８）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この制御装置によれば、制御量を目標値に収束させるように制御するための第１制御入力が、所定の制御アルゴリズムにより算出され、この第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出され、さらに、プラントの状態に応じて、第１制御入力および第２制御入力の一方が制御入力として選択される。したがって、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントの場合、プラントが非線形特性を示す制御領域にある状態では、第２制御入力を制御入力として選択することにより、プラントの強い非線形特性を補償しながら、制御量を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性を示す制御領域において第１制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、制御量をよりきめ細かく制御することができ、制御の分解能および制御精度をいずれも向上させることができる。
【０００９】
一方、プラントが非線形特性をほとんど示さない制御領域にある状態では、変調されていない第１制御入力を制御入力として選択することにより、制御入力に対する制御量の感度が低下する条件下において、非線形特性を示す制御領域での非線形特性を補償できるような振幅の第２制御入力を選択した場合に発生する、制御入力の振幅が制御量にノイズ的に反映される状態を回避しながら、制御量を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性をほとんど示さない制御領域において第２制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、制御量をよりきめ細かく制御することができ、制御の分解能および制御精度を向上させることができる。以上のように、プラントが一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性をほとんど示さない制御領域のいずれにおいても、制御の分解能および制御精度を向上させることができる（なお、本明細書における、「第１制御入力の算出」および「第２制御入力の算出」などの「算出」は、プログラムにより演算することに限らず、ハードウエアによりそれらを表す電気信号を生成することを含む）。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制御装置１において、第２制御入力算出手段は、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心となる中心値Ｕｃｅｎｔを、第１制御入力Ｒｓｌｄに応じて設定する中心値設定手段（ＥＣＵ２、中心値算出部６１）と、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段（ＥＣＵ２、振幅設定値算出部６３）と、を有することを特徴とする。
【００１１】
前述したように、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントの場合、非線形特性を示す制御領域では、制御量が目標値に対して大きく乖離する状態が発生するので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅がかなり大きくなる。そのため、第２制御入力の振幅を、非線形特性を示す制御領域で第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅をカバーできるような大きな値に設定すると、そのような第２制御入力の大きな振幅が制御量にノイズ的に反映されてしまうことで、制御の分解能が低下し、制御精度が低下する可能性がある。これに対して、この制御装置によれば、第２制御入力の振幅の中心となる中心値が、第１制御入力に応じて設定されるので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅が大きい場合でも、第２制御入力の振幅をその制御タイミングでの第１制御入力をカバーできるような、第１制御入力の幅全体をカバーするときよりも小さい値に設定するだけで、第１制御入力が備える制御量の目標値への収束能力を確保しながら、プラントの強い非線形特性を補償することができる。このように、第２制御入力の振幅を、第１制御入力の幅全体をカバーする場合よりも小さい値に設定しながら、プラントの強い非線形特性を適切に補償できることにより、制御の分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制御装置１において、所定の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（１）］と、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（２）〜（６）］とを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする。
【００１３】
こ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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第１制御入力が算出されるので、この第１制御入力を用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値への収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、所定の応答指定型制御アルゴリズムにより、制御量の目標値への収束挙動を適切なものに設定することができる。すなわち、第１制御入力の算出において、制御量の目標値への収束挙動と、制御量と目標値との偏差の値０への収束速度とを互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力を用いることにより、一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いて第１制御入力を算出した場合と比べて、制御量の目標値への収束挙動と、制御量と目標値との偏差の値０への収束速度とを向上させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
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制御装置１において、所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
この制御装置によれば、第１制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出される。この場合、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムはいずれも、これらの変調アルゴリズムに入力される値が値０に近づくほど、これらの変調アルゴリズムにより算出された値の反転周波数がより高くなるという特性を備えている。一方、第１制御入力は、制御量を目標値に収束させるように制御するための値であるので、制御量が目標値に近づくほど、変化しなくなる。したがって、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムにおいて、第１制御入力が変化しなくなると、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに入力される値が値０に近づくように設定することにより、制御量が目標値に近づくほど、第２制御入力をその反転周波数がより高くなるように算出することができる。その結果、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、第２制御入力を算出する場合と比べて、制御量の目標値への収束性を高めることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、プラント４が受ける外乱を補償するための外乱推定値ｃ１を、制御量（燃料圧Ｐｆ）および第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、所定の推定アルゴリズム［式（８）〜（１０）］により算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ５０）をさらに備え、第１制御入力算出手段は、算出された外乱推定値ｃ１に基づき、所定の制御アルゴリズムにより、第１制御入力Ｒｓｌｄを算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１に係る制御装置において、第１制御入力の算出アルゴリズムとして、外乱補償のために制御量と目標値との偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、プラントが外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、制御量と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、プラントが受ける外乱を補償するための外乱推定値が、制御量および第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力が、外乱推定値に基づき、所定の制御アルゴリズムにより算出されるので、プラントが外乱を受けた際、上記制御量と目標値との偏差の積分値を用いる場合と異なり、制御量と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、制御量を目標値に迅速に収束させることができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、流体圧（燃料圧Ｐｆ）が昇圧側流路（燃料供給路１２）および減圧側流路（燃料戻し路１４）の開閉により増減する流体回路系（燃料供給装置１０）において、流体圧を制御する制御装置１であって、昇圧側流路および減圧側流路を開閉する弁（スプール弁機構１５ｂ）と、弁を駆動するアクチュエータ（電磁アクチュエータ１５ａ）と、流体圧を検出する流体圧検出手段（燃料圧センサ２０）と、流体圧の目標となる目標値（目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標燃料圧算出部３０）と、検出された流体圧を設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により算出する第１制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ４０）と、算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出する第２制御入力算出手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ６０）と、流体回路系の状態に応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する制御入力選択手段（ＥＣＵ２、制御入力選択部８０、ステップ３６〜３８）と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この制御装置によれば、流体圧を目標値に収束させるように制御するための第１制御入力が、所定の制御アルゴリズムにより算出され、この第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出され、さらに、流体回路系の状態に応じて、第１制御入力および第２制御入力の一方が制御入力として選択される。一方、流体圧が昇圧側流路および減圧側流路の開閉により増減する流体回路系において、昇圧側流路および減圧側流路を開閉する弁をアクチュエータで駆動することにより流体圧を制御した場合、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが発生することがある。したがって、流体回路系がそのような非線形特性を示す制御領域にある状態では、第２制御入力を制御入力として選択することにより、強い非線形特性を補償しながら、流体圧を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性を示す制御領域において第１制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、流体圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【００２０】
一方、流体回路系が非線形特性をほとんど示さない制御領域にある状態では、変調されていない第１制御入力を制御入力として選択することにより、非線形特性を示す制御領域での非線形特性を補償できるような振幅の第２制御入力を選択した場合に発生する、制御入力の振幅が流体圧にノイズ的に反映される状態を回避しながら、流体圧を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性をほとんど示さない制御領域において第２制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、流体圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。以上のように、流体回路系が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性を示さない制御領域のいずれにおいても、流体圧制御の分解能および制御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６に記載の制御装置１において、第２制御入力算出手段は、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心となる中心値Ｕｃｅｎｔを、第１制御入力Ｒｓｌｄに応じて設定する中心値設定手段（ＥＣＵ２、中心値算出部６１）と、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段（ＥＣＵ２、振幅設定値算出部６３）と、を有することを特徴とする。
【００２２】
前述したように、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域とそうでない制御領域とが存在する流体回路系の流体圧を制御する場合、非線形特性を示す制御領域で第２制御入力を制御入力として選択し、第２制御入力の振幅を、非線形特性を示す制御領域で第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅をカバーできるような大きな値に設定すると、そのような第２制御入力の大きな振幅が流体圧にノイズ的に反映されてしまうことで、流体圧制御の分解能が低下し、制御精度が低下する可能性がある。これに対して、この制御装置によれば、第２制御入力の振幅の中心となる中心値が、第１制御入力に応じて設定されるので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅が大きい場合でも、第２制御入力の振幅を、その制御タイミングでの第１制御入力をカバーできるような、第１制御入力の幅全体をカバーするときよりも小さい値に設定するだけで、第１制御入力が備える流体圧の目標値への収束能力を確保しながら、流体回路系の非線形特性を補償することができる。このように、流体回路系が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域において、第２制御入力の振幅をより小さい値に設定しながら、強い非線形特性を適切に補償できることにより、流体圧制御の分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の制御装置１において、所定の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（１）］と、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（２）〜（６）］とを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする。
【００２４】
こ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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第１制御入力が算出されるので、この第１制御入力を用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、流体圧の目標値への収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、所定の応答指定型制御アルゴリズムにより、流体圧の目標値への収束挙動を適切な状態に設定することができる。すなわち、第１制御入力の算出において、流体圧の目標値への収束挙動および収束速度を互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力を用いることにより、一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いて第１制御入力を算出した場合と比べて、流体圧の目標値への収束挙動および収束速度を向上させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の制御装置１において、所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする。
【００２６】
この制御装置によれば、第１制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出される。この場合、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムはいずれも、これらの変調アルゴリズムに入力される値が値０に近づくほど、これらの変調アルゴリズムにより算出された値の反転周波数がより高くなるという特性を備えている。一方、第１制御入力は、流体圧を目標値に収束させるように制御するための値であるので、流体圧が目標値に近づくほど、変化しなくなる。したがって、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムにおいて、第１制御入力が変化しなくなると、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに入力される値が値０に近づくように設定することにより、流体圧が目標値に近づくほど、第２制御入力をその反転周波数がより高くなるように算出することができる。その結果、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、第２制御入力を算出する場合と比べて、流体圧の目標値への収束性を高めることができる。
【００２７】
請求項１０に係る発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値ｃ１を、流体圧（燃料圧Ｐｆ）および第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、所定の推定アルゴリズム［式（８）〜（１０）］により算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ５０）をさらに備え、第１制御入力算出手段は、算出された外乱推定値ｃ１に基づき、所定の制御アルゴリズムにより、第１制御入力Ｒｓｌｄを算出することを特徴とする。
【００２８】
請求項６に係る制御装置において、第１制御入力の算出アルゴリズムとして、外乱補償のために流体圧と目標値との偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、流体回路系が外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、流体圧と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値が、流体圧および第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力が、外乱推定値に基づき、所定の制御アルゴリズムにより算出されるので、流体回路系が外乱を受けた際、上記流体圧と目標値との偏差の積分値を用いる場合と異なり、流体圧と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、流体圧を目標値に迅速に収束させることができる。
【００２９】
請求項１１に係る発明は、請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系は内燃機関３に燃料を供給する燃料供給系（燃料供給装置１０）であり、流体圧は燃料供給系における燃料圧Ｐｆであり、制御入力選択手段は、燃料圧Ｐｆを減少側に制御するときには、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択する（ステップ２３，２４，３６，３７）ことを特徴とする。
【００３０】
燃料供給系では、燃料圧が目標値よりも高い状態にあることで、これを減少側に制御する場合、弁により減圧側流路を開放すると、高圧状態の燃料が急激に開放されることになるので、弁の開度を小さい値に設定したとしても、燃料圧が目標値に対して一時的に大きくアンダーシュートしやすい。すなわち、非線形特性が一時的に強くなってしまう。したがって、燃料圧を減少側に制御する際、制御入力として第１制御入力を選択すると、そのような強い非線形特性を補償できないことで、燃料圧制御の分解能および制御精度が低下してしまう。これに対して、この制御装置によれば、燃料圧を減少側に制御するときには、第２制御入力が制御入力として選択されるので、強い非線形特性を補償でき、大きなアンダーシュートが発生するのを回避できる。その結果、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項１２に係る発明は、請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系は内燃機関３に燃料を供給する燃料供給系（燃料供給装置１０）であり、流体圧は燃料供給系における燃料圧Ｐｆであり、制御入力選択手段は、燃料供給系から内燃機関３への燃料供給が停止されているときには、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択する（ステップ２１，２３，３６，３７）ことを特徴とする。
【００３２】
前述したように、燃料供給系では、燃料圧を減少側に制御する際、一時的に強い非線形特性を示し、燃料圧が目標値に対して一時的に大きくアンダーシュートしやすい。そのため、燃料供給系から内燃機関への燃料供給が停止され、目標値がほぼ一定に設定されている状態で、制御入力として第１制御入力を選択すると、そのような強い非線形特性を補償できないことで、減圧制御時にアンダーシュートが発生し、それを回復するために、昇圧制御が続けて実行される。すなわち、昇圧制御と減圧制御が繰り返し実行され、燃料圧が目標値に収束しない状態となる。その結果、内燃機関への燃料の供給を再開したときに、燃料を適切な燃料圧で供給することができず、燃料の供給制御の精度が低下することで、空燃比制御の精度が低下するおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、燃料供給系から内燃機関への燃料供給が停止されているときには、第２制御入力が制御入力として選択されるので、非線形特性を補償できることで、減圧制御時に大きなアンダーシュートが生じるのを回避でき、燃料圧を目標値に収束させることができる。その結果、内燃機関への燃料の供給を再開したときに、燃料を適切な燃料圧で供給することができ、空燃比制御の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る制御装置について説明する。図１は、本実施形態の制御装置１およびこれを適用した燃料供給装置１０の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、燃料圧制御などの制御処理を実行する。
【００３４】
この燃料供給装置１０は、直列４気筒タイプの内燃機関（以下「エンジン」という）３に適用されたものであり、エンジン運転中、４つの燃料噴射弁９に高圧の燃料（ガソリン）を供給する。燃料供給装置１０は、燃料タンク１１と、これに燃料供給路１２および燃料戻し路１４を介して接続されたデリバリパイプ１３と、燃料供給路１２および燃料戻し路１４を開閉する電磁制御弁１５などを備えている。なお、本実施形態では、燃料供給装置１０が流体回路系および燃料供給系に相当し、燃料供給路１２および燃料戻し路１４がそれぞれ昇圧側流路および減圧側流路に相当する。
【００３５】
この燃料供給路１２には、低圧ポンプ１６および高圧ポンプ１７が設けられている。低圧ポンプ１６は、ＥＣＵ２により運転が制御される電動ポンプタイプのものであり、エンジン運転中、常に運転され、燃料タンク１１内の燃料を所定圧（例えば０．５ＭＰａ）まで昇圧し、高圧ポンプ１７側に吐出する。
【００３６】
また、高圧ポンプ１７は、図示しないクランクシャフトに連結された容積式のものであり、クランクシャフトの回転に伴って、低圧ポンプ１６からの燃料をさらに昇圧し、デリバリパイプ１３側に間欠的に吐出する。
【００３７】
一方、デリバリパイプ１３は、その内部空間が高圧ポンプ１７からの燃料を高圧状態で蓄える燃料室１３ａになっている。このデリバリパイプ１３には、前述した４つの燃料噴射弁９および燃料圧センサ２０が取り付けられており、これらの燃料噴射弁９の開弁により、燃料室１３ａ内の燃料が、エンジン３の燃焼室（図示せず）内に噴射される。
【００３８】
また、燃料圧センサ２０は、ＥＣＵ２に接続されており、燃料室１３ａ内の燃料圧Ｐｆを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、燃料圧センサ２０が制御量検出手段および流体圧検出手段に相当し、燃料圧Ｐｆが制御量および流体圧に相当する。
【００３９】
さらに、電磁制御弁１５は、電磁アクチュエータ１５ａとスプール弁機構１５ｂを組み合わせたものであり、この電磁アクチュエータ１５ａは、ＥＣＵ２に接続されている。電磁アクチュエータ１５ａは、ＥＣＵ２からの後述する制御入力Ｕｐｆにより制御されることによって、スプール弁機構１５ｂの弁体１５ｃを、図２（ａ）に示す昇圧位置と、図２（ｂ）に示す保持位置と、図２（ｃ）に示す減圧位置との間で駆動する。
【００４０】
この場合、電磁制御弁１５が昇圧位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２が開放されるとともに、燃料戻し路１４が閉鎖され、それにより、燃料圧Ｐｆが昇圧される。一方、電磁制御弁１５が減圧位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２が閉鎖されるとともに、燃料戻し路１４が開放され、それにより、燃料圧Ｐｆが減圧される。また、電磁制御弁１５が保持位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２および燃料戻し路１４がいずれも閉鎖され、それにより、燃料圧Ｐｆがその時点の値に保持される。
【００４１】
以上の構成により、この燃料供給装置１０では、ＥＣＵ２により、電磁制御弁１５の弁体１５ｃの位置が制御されることによって、後述するように、燃料圧Ｐｆが制御される。その場合、昇圧制御の際には、燃料室１３ａ内が高圧状態にあることで、燃料圧Ｐｆは目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに向かって比較的、安定した状態で変化する。すなわち、燃料圧Ｐｆを高い分解能で制御することができる。
【００４２】
一方、減圧制御の際には、電磁制御弁１５による燃料戻し路１４の開度が小さくなるように制御したとしても、電磁制御弁１５よりも下流側の燃料戻し路１４内の圧力が燃料室１３ａ内の圧力よりも極めて低いという構造的な特性と、スプール弁機構１５ｂの構造的な特性とに起因して、燃料戻し路１４を開放した瞬間、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して一時的に大きくアンダーシュートしてしまう。すなわち、燃料圧制御での非線形特性が一時的に極めて強い状態となり、燃料圧制御の分解能が低下してしまう。以上のように、この燃料供給装置１０において燃料圧Ｐｆを制御した場合、その構造的な特性に起因して、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在する状態となる。
【００４３】
また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２２およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２３が接続されている。このクランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、エンジン３のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に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。
【００４４】
また、アクセル開度センサ２２は、エンジン３が搭載された車両のアクセルペダル（図示せず）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。さらに、ＩＧ・ＳＷ２３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。
【００４５】
一方、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２０〜２２の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２３の出力信号に応じ、電磁制御弁１５を介して、燃料圧Ｐｆを制御する。また、ＥＣＵ２は、燃料噴射弁９を介して、燃料噴射制御を実行するとともに、点火プラグ（図示せず）を介して、点火時期制御を実行する。
【００４６】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標値設定手段、第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、制御入力選択手段、中心値設定手段、振幅設定手段および外乱推定値算出手段に相当する。
【００４７】
次に、図３を参照しながら、本実施形態の制御装置１について説明する。同図に示すように、この制御装置１は、制御入力Ｕｐｆをプラント４に入力することにより、制御量としての燃料圧Ｐｆを制御するものであり、このプラント４は、燃料供給装置１０を含む系に相当する。
【００４８】
同図に示すように、制御装置１は、目標燃料圧算出部３０、２自由度応答指定型コントローラ４０、適応外乱オブザーバ５０、ＤＳＭコントローラ６０、状態判定部７０および制御入力選択部８０を備えており、これらは、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。なお、本実施形態では、目標燃料圧算出部３０が目標値設定手段に相当し、２自由度応答指定型コントローラ４０が第１制御入力算出手段に相当し、適応外乱オブザーバ５０が外乱推定値算出手段に相当し、ＤＳＭコントローラ６０が第２制御入力算出手段に相当し、制御入力選択部８０が制御入力選択手段に相当する。
【００４９】
まず、目標燃料圧算出部３０では、後述するマップ検索などにより、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ（目標値）が算出される。
【００５０】
また、２自由度応答指定型コントローラ４０では、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄおよび燃料圧Ｐｆなどに基づき、下式（１）〜（６）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、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出される。
【００５１】
【数１】
【００５２】
これらの式（１）〜（６）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、後述する所定の制御周期ΔＴ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サイクル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）などを適宜、省略する。
【００５３】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（１）に示す一次遅れタイプのローパスフィルタアルゴリズムにより、目標燃料圧のフィルタ値Ｐｆ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（１）において、Ｒは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜Ｒ＜０の関係が成立する値に設定される。
【００５４】
次いで、式（２）〜（６）に示す応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出される。すなわち、式（２）に示すように、第１制御入力Ｒｓｌｄは、等価入力Ｒｅｑおよび到達則入力Ｒｒｃｈの和として算出される。この等価入力Ｒｅｑは、式（３）により算出される。同式（３）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述する制御対象モデルのモデルパラメータを示しており、これらは所定の一定値に設定されている。また、式（３）のｃ１は、外乱推定値であり、後述するように適応外乱オブザーバ５０により算出される。さらに、式（３）のＳは、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｒ＜Ｓ＜０の関係が成立する値に設定されている。
【００５５】
また、到達則入力Ｒｒｃｈは、式（４）により算出される。この式（４）において、Ｋｒｃｈは、所定の到達則ゲインを表しており、σは、式（５）のように定義される切換関数である。同式（５）のＥｐｆは、式（６）により算出される偏差である。
【００５６】
以上の２自由度応答指定型コントローラ４０の制御アルゴリズムによれば、目標値フィルタ型アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度が設定されるとともに、スライディングモード制御アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従挙動が設定されるので、追従速度と追従挙動を別個に設定できるとともに、これらの追従速度および追従挙動を、通常のフィードバック制御アルゴリズムを用いた場合よりも高いレベルに設定することができる。すなわち、第１制御入力Ｒｓｌｄは、燃料供給装置１０が非線形特性をほとんど示さない制御領域では、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという制御上の優れた特性を備えた値として算出される。
【００５７】
なお、以上の式（１）〜（６）は以下のように導出される。すなわち、制御対象４を、第１制御入力Ｒｓｌｄを制御入力とし、燃料圧Ｐｆを制御量とし、外乱推定値ｃ１が外乱として加えられる系として定義するとともに、離散時間系モデルとしてモデル化すると、下式（７）が得られる。
【数２】
【００５８】
この式（７）の外乱推定値ｃ１を離散化した制御対象モデルに基づき、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御理論を用いると、前述した式（１）〜（６）が導出される。
【００５９】
次に、前述した適応外乱オブザーバ５０について説明する。この適応外乱オブザーバ５０では、燃料圧Ｐｆおよび第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、以下の式（８）〜（１０）に示す外乱推定アルゴリズムにより、外乱推定値ｃ１が算出される。
【００６０】
【数３】
【００６１】
この式（８）のＰｄｏｖは、所定の同定ゲインであり、ｅ＿ｄｏｖは、式（９）により算出される同定誤差である。同式（９）のＰｆ＿ｈａｔは、燃料圧の同定値であり、式（１０）により算出される。
【００６２】
また、状態判定部７０では、Ｆ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣおよび減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣの値が設定される。このＦ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣは、フューエルカット運転（以下「Ｆ／Ｃ運転」という）、すなわち燃料噴射および混合気の点火をいずれも中止する運転の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、具体的には、以下のＦ／Ｃ運転の実行条件（ａ），（ｂ）がいずれも成立しているときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
（ａ）エンジン回転数ＮＥが所定値以上であること。
（ｂ）アクセル開度ＡＰが、アクセルペダルが踏まれていない値を示していること。
【００６３】
一方、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣは、燃料圧Ｐｆを減少側に制御する減圧制御の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、前述した偏差Ｅｐｆ（＝Ｐｆ（ｋ）−Ｐｆ＿ｃｍｄ＿ｆ（ｋ−１））と所定の判定値ＥＰＦ＿ＴＨ（例えば０．０５Ｍｐａ）との比較結果に基づいて設定される。具体的には、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣは、Ｅｐｆ＞ＥＰＦ＿ＴＨのときには「１」に、Ｅｐｆ≦ＥＰＦ＿ＴＨのときには「０」にそれぞれ設定される。なお、これらの２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値は、後述するように、ＤＳＭコントローラ６０での振幅設定値ＤＵＤの決定と、制御入力選択部８０での制御入力Ｕｐｆの選択に用いられる。また、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣを設定する場合において、上記偏差Ｅｐｆに代えて、燃料圧Ｐｆ（ｋ）と目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ（ｋ）との偏差を、判定値ＥＰＦ＿ＴＨと比較するようにしてもよい。
【００６４】
次に、ＤＳＭコントローラ６０について説明する。このＤＳＭコントローラ６０は、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するものであり、図４に示すように、中心値算出部６１、偏差成分値算出部６２、振幅設定値算出部６３、変調部６４および加算器６５を備えている。
【００６５】
この中心値算出部６１（中心値設定手段）では、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心値Ｕｃｅｎｔが、下式（１１）〜（１５）に示すレートリミットを基本とした非線形アルゴリズムにより算出される。
【００６６】
【数４】
【００６７】
上記式（１１）のＤｕｃｅｎｔは、中心値Ｕｃｅｎｔの変化分であり、式（１２）のように定義される偏差Ｅｕｃに、式（１３）〜（１５）に示すように、−ＥＰＳを下限値とし、ＥＰＳを上限値とするリミット処理を施すことにより算出される。この値ＥＰＳは、正の所定値に設定される。また、式（１４）のＫｅｕは、所定の更新ゲインであり、０＜Ｋｅｕ≪１が成立するような値に設定される。
【００６８】
以上のように、中心値Ｕｃｅｎｔは、式（１１）〜（１５）のレートリミットアルゴリズムにより算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出される。特に、式（１４）に示すように、−ＥＰＳ＜Ｅｕｃ＜ＥＰＳのときには、変化分Ｄｕｃｅｎｔは、偏差Ｅｕｃに、０＜Ｋｅｕ≪１が成立する更新ゲインＫｅｕを乗算した値として算出されるので、中心値Ｕｃｅｎｔは、第１制御入力Ｒｓｌｄが急変したときでも、これに緩やかに追従する値として算出される。
【００６９】
一方、前述した偏差成分値算出部６２では、小偏差成分値ＵＬおよび大偏差成分値ＵＨが、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび中心値Ｕｃｅｎｔに基づき、下式（１６）〜（２２）により算出される。
【００７０】
【数５】
【００７１】
以上の式（１６），（１７），（１９），（２１）に示すように、小偏差成分値ＵＬは、第１制御入力と中心値との偏差Ｅｕに、ＤＵＬを上限値とし、−ＤＵＬを下限値とするリミット処理を施すことにより算出される。このしきい値ＤＵＬは、正の所定値に設定される。このように、小偏差成分値ＵＬは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さく、中心値Ｕｃｅｎｔに対して、しきい値ＤＵＬの絶対値を超えない範囲で変動しているときの成分に相当する値として算出される。
【００７２】
また、式（１８），（２０），（２２）に示すように、大偏差成分値ＵＨは、第１制御入力Ｒｓｌｄと中心値Ｕｃｅｎｔとの偏差の絶対値が、しきい値ＤＵＬの絶対値を上回っていないときには値０として算出され、上回ったときには、上回った分の値として算出される。すなわち、大偏差成分値ＵＨは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合には、値０として算出されるとともに、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄの変動が大きいことで、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きい場合、すなわち制御の速応性が要求される場合には、そのような第１制御入力Ｒｓｌｄの値を第２制御入力Ｕｄｓｍに適切に反映させるための値として算出される
【００７３】
さらに、振幅設定値算出部６３（振幅設定手段）では、振幅設定値ＤＵＤが、前述した状態判定部７０で設定された２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値に基づき、下式（２３）〜（２５）により算出される。この振幅設定値ＤＵＤは、変調値ＵＬｄｓｍの振幅を決定するものであり、より具体的には、振幅設定値ＤＵＤの２倍の値２・ＤＵＤが、変調値ＵＬｄｓｍの振幅に相当する。
【００７４】
【数６】
【００７５】
ここで、上記式（２３）〜（２５）のＤＵＤＨ，ＤＵＤＬ，ＤＵＤＭはそれぞれ、所定のＦ／Ｃ運転用値、減圧制御用値および通常制御用値を表しており、これらの値はいずれも、しきい値ＤＵＬ以上の値に設定される。これは、前述した第１制御入力Ｒｓｌｄが備える制御上の優れた特性を、変調値ＵＬｄｓｍすなわち第２制御入力Ｕｄｓｍにおいて確保するためである。すなわち、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を、第２制御入力Ｕｄｓｍにおいて確保するためである。
【００７６】
また、２つの値ＤＵＤＨ，ＤＵＤＬは、ＤＵＤＨ＞ＤＵＤＬが成立するように設定される。これは、Ｆ／Ｃ運転中は、非線形特性がより強まることで、燃料噴射再開後の燃料噴射制御を精度良く実行するために、燃料噴射運転中での減圧制御のときと比べて、より高い分解能で制御する必要があるので、変調値ＵＬｄｓｍの振幅をより大きな値に設定することで、燃料圧制御の分解能をより高めるためである。
【００７７】
さらに、３つの値ＤＵＤＨ，ＤＵＤＬ，ＤＵＤＭは、後述する理由により、変調値ＵＬｄｓｍの振幅２・ＤＵＤが第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さくなるような値に設定されている。
【００７８】
一方、変調部６４では、小偏差成分値ＵＬを、下式（２６）〜（３０）に示すΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、変調値ＵＬｄｓｍが算出される。
【００７９】
【数７】
【００８０】
上記式（２６）に示すように、偏差δｄは、小偏差成分値ＵＬの今回値と変調値ＵＬｄｓｍの前回値との偏差として算出される。また、式（２７）において、σｄは、偏差δｄの積分値を表している。また、式（２８）において、Ｆｎｌ（σｄ）は、式（２９），（３０）のように定義される非線形関数である（なお、σｄ＝０のときには、Ｆｎｌ（σｄ）＝０と定義してもよい）。以上の式（２６）〜（３０）を参照すると明らかなように、変調値ＵＬｄｓｍは、最小値−ＤＵＤと最大値ＤＵＤとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【００８１】
以上のように、変調部６４では、変調値ＵＬｄｓｍが、小偏差成分値ＵＬを、以上の式（２６）〜（３０）に示すアルゴリズムで変調することにより算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さく、中心値Ｕｃｅｎｔとの間に小偏差成分値ＵＬ分の偏差しか生じていないときには、変調値ＵＬｄｓｍを、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した制御上の優れた特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高いレベルで得ることができるという特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出することができる。
【００８２】
一方、加算器６５では、下式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍが算出される。
【数８】
【００８３】
以上のように、ＤＳＭコントローラ６０では、第２制御入力Ｕｄｓｍは、変調値ＵＬｄｓｍ、大偏差成分値ＵＨおよび中心値Ｕｃｅｎｔの総和として算出される。この場合、中心値Ｕｃｅｎｔは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出され、変調値ＵＬｄｓｍは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高いレベルで得ることができるという特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出される。これに加えて、大偏差成分値ＵＨは、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄが大幅に急変することで、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きい場合などの制御の速応性が要求される状況において、第１制御入力Ｒｓｌｄの挙動を第２制御入力Ｕｄｓｍに適切に反映させ、制御の速応性を確保するための値として算出される。
【００８４】
したがって、これらの３つの値ＵＬｄｓｍ，ＵＨ，Ｕｃｅｎｔの総和として算出される第２制御入力Ｕｄｓｍは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合には、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を備えると同時に、変調値ＵＬｄｓｍがΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調されていることにより、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出される。
【００８５】
これに加えて、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄが大幅に急変した場合などの制御の速応性が要求される状況においては、第２制御入力Ｕｄｓｍは、これに含まれる大偏差成分値ＵＨにより、制御の速応性を確保できる値として算出される。また、第２制御入力Ｕｄｓｍは、その中心値Ｕｃｅｎｔが第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出されるので、その振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御中に示し得る最大値と最小値との幅をカバーするような大きな値にする必要がなく、それよりも小さい値に設定するだけで、前述した第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償することができる値として算出される。
【００８６】
なお、制御上の必要性に応じて、大偏差成分値ＵＨを値０に設定し、第２制御入力Ｕｄｓｍを、変調値ＵＬｄｓｍと中心値Ｕｃｅｎｔの総和として算出してもよい。
【００８７】
また、制御入力選択部８０では、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方が、前述した状態判定部７０で設定された２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値に応じて、制御入力Ｕｐｆとして選択される。具体的には、Ｆ＿ＦＣ＝１のとき、またはＦ＿ＦＣ＝０＆Ｆ＿ＰＤＥＣ＝１のとき、すなわちＦ／Ｃ運転の実行条件が成立しているとき、または燃料供給運転中で減圧制御の実行条件が成立しているときには、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御入力Ｕｐｆとして選択され、Ｆ＿ＦＣ＝０かつＦ＿ＰＤＥＣ＝０のときには、第２制御入力Ｕｄｓｍが制御入力Ｕｐｆとして選択される。
【００８８】
次に、図５を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される燃料圧制御処理について説明する。本処理は、前述した制御入力Ｕｐｆを算出するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【００８９】
まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、ＲＡＭに記憶されている燃料圧Ｐｆの値を読み込む。すなわち、燃料圧Ｐｆの値をサンプリングする。なお、この燃料圧Ｐｆの値は、図示しない燃料噴射制御処理において、燃料圧センサ２０の検出信号値の移動平均演算により算出される。
【００９０】
次いで、ステップ２に進み、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・ＳＷ２３の出力信号に応じて、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。
【００９１】
ステップ２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３に進み、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを所定の始動時用値Ｐｆ＿ｓｔに設定する。この所定の始動時用値Ｐｆ＿ｓｔは、エンジン始動時間の短縮化と、エンジン始動に適した燃料噴霧とをバランス良く確保できる値（例えば２ＭＰａ）に設定されている。
【００９２】
次に、ステップ４に進み、燃料圧と目標燃料圧との偏差の絶対値｜Ｐｆ−Ｐｆ＿ｃｍｄ｜が所定の判定値ε（例えば２ＭＰａ）より小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、燃料噴射を適切に実行可能な燃料圧Ｐｆが確保されていることを表すために、ステップ５で、燃料圧確保フラグＦ＿Ｐｆ＿ＯＫを「１」に設定する。
【００９３】
一方、ステップ４の判別結果がＮＯのときには、ステップ６で、燃料圧確保フラグＦ＿Ｐｆ＿ＯＫを「０」に設定する。なお、Ｆ＿Ｐｆ＿ＯＫ＝０のときには、燃料噴射制御処理および点火時期制御処理において、燃料噴射弁９による燃料噴射および点火プラグによる点火がそれぞれ停止される。
【００９４】
ステップ５または６に続くステップ７では、後述するように、制御入力Ｕｐｆを算出する。その後、本処理を終了する。
【００９５】
一方、前述したステップ２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８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。この所定値ＡＰＲＥＦは、アクセルペダルが踏まれていないことを判別するためのものであり、アクセルペダルが踏まれていないことを判別可能な値（例えば１゜）に設定されている。
【００９６】
ステップ８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９に進み、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔ（例えば３０ｓｅｃ）より小さいか否かを判別する。この触媒暖機タイマは、触媒暖機制御処理の実行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。また、触媒暖機制御は、エンジン３の排気管に設けられた触媒装置内の触媒（いずれも図示せず）をエンジン始動後に急速に活性化させるための処理である。
【００９７】
ステップ９の判別結果がＹＥＳ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１０に進み、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを所定の触媒暖機制御用値Ｐｆ＿ａｓｔに設定する。この所定の触媒暖機制御用値Ｐｆ＿ａｓｔは、触媒暖機制御において点火時期リタード制御の実行中、安定した燃焼状態を確保できるような燃料圧Ｐｆの値（例えば２０ＭＰａ）に設定されている。
【００９８】
次いで、前述したステップ７で、制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【００９９】
一方、ステップ８またはステップ９の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン始動制御中でない場合において、アクセルペダルが踏まれているとき、またはＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるときには、ステップ１１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６に示すマップを検索することにより、通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐ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の所定値を示している。
【０１００】
このマップでは、通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐ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、より高い燃料圧Ｐｆが要求されることによる。
【０１０１】
ステップ１１に続くステップ１２では、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを上記通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐに設定する。次いで、前述したステップ７で、制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【０１０２】
次に、図７を参照しながら、前述したステップ７の制御入力Ｕｐｆの算出処理について説明する。この処理では、まず、ステップ２０で、第１制御入力Ｒｓｌｄを、前述した式（１）〜（６），（８）〜（１０）により算出する。
【０１０３】
次いで、ステップ２１に進み、Ｆ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、Ｆ／Ｃ運転の実行条件が成立しているときには、ステップ２２に進み、振幅設定値ＤＵＤをＦ／Ｃ運転用値ＤＵＤＨに設定する。次いで、ステップ２３で、制御領域が制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍを選択すべき領域にあることを表すために、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「１」に設定する。
【０１０４】
一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２４に進み、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、減圧制御の実行条件が成立しているときには、ステップ２５に進み、振幅設定値ＤＵＤを減圧制御用値ＤＵＤＬに設定する。次いで、前述したステップ２３で、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「１」に設定する。
【０１０５】
一方、ステップ２４の判別結果がＮＯで、Ｆ／Ｃ運転および減圧制御の実行条件がいずれも不成立であるときには、ステップ２６に進み、振幅設定値ＤＵＤを通常制御用値ＤＵＤＭに設定する。次いで、ステップ２７で、制御領域が制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを選択すべき領域にあることを表すために、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「０」に設定する。
【０１０６】
ステップ２３または２７に続くステップ２８では、前述した式（１１）〜（１５）により、中心値Ｕｃｅｎｔを算出する。次いで、ステップ２９に進み、前述した式（１６）〜（２２）により、大偏差成分値ＵＨおよび小偏差成分値ＵＬを算出する。
【０１０７】
次に、ステップ３０で、前述した式（２６）により、偏差δｄを算出する。その後、ステップ３１で、前述した式（２７）により、積分値σｄを算出する。
【０１０８】
次いで、ステップ３２で、ステップ３０で算出した積分値σｄが値０以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３３で、変調値ＵＬｄｓｍをＤＵＤに設定する。一方、この判別結果がＮＯのときには、ステップ３４で、変調値ＵＬｄｓｍを−ＤＵＤに設定する。
【０１０９】
ステップ３３または３４に続くステップ３５では、第２制御入力Ｕｄｓｍを、以上のように算出した変調値ＵＬｄｓｍと大偏差成分値ＵＨと中心値Ｕｃｅｎｔとの和に設定する。
【０１１０】
次いで、ステップ３６に進み、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３７に進み、制御入力Ｕｐｆを第２制御入力Ｕｄｓｍに設定する。一方、この判別結果がＮＯのときには、ステップ３８に進み、制御入力Ｕｐｆを第１制御入力Ｒｓｌｄに設定する。以上のように制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【０１１１】
次に、図８〜１０を参照しながら、以上のように構成された本実施形態の制御装置１による燃料圧Ｐｆの制御結果について説明する。図８は、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを一定に保持している状態で、本実施形態の制御装置１により減圧制御を実行したときの制御結果を示しており、図９は、減圧制御を実行する際、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いたときの比較例の制御結果を示している。
【０１１２】
まず、図９を参照すると明らかなように、比較例の制御結果では、減圧制御の開始直後（時刻ｔ２以降）、燃料供給装置１０の非線形特性の影響を受け、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して大きくアンダーシュートし、両者の乖離度合が一時的に急増していることが判る。これに対して、図８の本実施形態の制御結果では、減圧制御の開始直後（時刻ｔ１以降）、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して若干、アンダーシュートするものの、両者の乖離度合が小さい状態に抑制されており、制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍを用いることによって、燃料供給装置１０の非線形特性が適切に補償され、高レベルの制御の分解能を確保できていることが判る。
【０１１３】
また、図１０は、Ｆ／Ｃ運転中、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを一定に保持している状態で燃料圧制御を実行した際、時刻ｔ４において、制御入力Ｕｐｆを、第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えたときの制御結果例を示している。
【０１１４】
同図を参照すると明らかなように、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いた間（時刻ｔ３〜ｔ４）は、減圧制御と昇圧制御とが交互に繰り返し実行されているとともに、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに適切に収束しないことが判る。これは、以下の理由による。まず、第１の理由としては、Ｆ／Ｃ運転中の減圧制御の際には、前述した燃料供給装置１０の構造的な特性に起因して、減圧開始時、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して一時的に大きなアンダーシュートを生じてしまうためである。
【０１１５】
また、第２の理由としては、昇圧制御の際には、高圧ポンプ１７がクランクシャフトに連結されていることにより、エンジン３の運転中、昇圧動作が常に実行されるとともに、高圧ポンプが容積式のものであることにより、昇圧された燃料のデリバリパイプ１３側への吐出動作が間欠的に実行されるためである。以上の２つの理由により、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いた場合には、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束することなく、減圧制御と昇圧制御とが交互に繰り返し実行されてしまう。
【０１１６】
一方、制御入力Ｕｐｆを第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えた以降（時刻ｔ４以降）は、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄにほぼ収束した状態に制御されており、燃料供給装置１０の非線形特性が適切に補償され、燃料圧制御における高レベルの分解能を確保できていることが判る。
【０１１７】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、２自由度応答指定型制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出され、この第１制御入力Ｒｓｌｄを、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍが算出される。そして、エンジン３のＦ／Ｃ運転中において燃料圧Ｐｆを制御するとき、または燃料供給運転中において燃料圧Ｐｆを減少側に制御するときには、制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍが選択され、エンジン３の燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側以外に制御するときには、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄが選択される。
【０１１８】
この場合、第１制御入力Ｒｓｌｄは、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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムより算出されるので、この第１制御入力Ｒｓｌｄを用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、応答指定型制御アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束挙動を適切な状態に設定することができる。すなわち、第１制御入力Ｒｓｌｄの算出において、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束挙動および収束速度を互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを用いることにより、燃料供給装置１０がほとんど非線形特性を示さない制御領域であれば、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できる。
【０１１９】
したがって、そのような制御領域で燃料圧Ｐｆを制御する場合に相当する、エンジン３の燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側以外に制御する場合において、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御入力Ｕｐｆとして選択されることにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できる。これに加えて、制御入力Ｕｐｆに対する燃料圧Ｐｆの感度が低下する条件下において、燃料供給装置１０がほとんど非線形特性を示さない制御領域で、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合に発生するおそれがある、制御入力Ｕｐｆの振幅が燃料圧Ｐｆにノイズ的に反映される状態を回避しながら、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させることができる。その結果、燃料供給装置１０が非線形特性をほとんど示さない制御領域において、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合と比べて、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【０１２０】
一方、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域で、燃料圧Ｐｆを制御する場合、すなわち、エンジン３のＦ／Ｃ運転中に燃料圧Ｐｆを制御する場合、または燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側に制御する場合には、第２制御入力Ｕｄｓｍが制御入力Ｕｐｆとして選択される。この第２制御入力Ｕｄｓｍは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を備えると同時に、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出されるので、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域で、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択することにより、燃料供給装置１０の強い非線形特性を補償しながら、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させるように制御することができる。その結果、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域において、第１制御入力Ｒｓｌｄを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合と比べて、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。これに加えて、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きく、制御の速応性が要求される状況では、第２制御入力Ｕｄｓｍに含まれる大偏差成分値ＵＨにより、そのような速応性を確保できる。
【０１２１】
以上のように、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性を示さない制御領域のいずれにおいても、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【０１２２】
また、第２制御入力Ｕｄｓｍの中心値Ｕｃｅｎｔが、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出されるので、変調された制御入力の振幅の中心値が変化しない従来の場合と比べて、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅をより小さい値に設定することができる。その結果、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動幅が大きいときでも、高レベルの制御の分解能および制御精度を確保することができる。これに加えて、中心値Ｕｃｅｎｔは、その変化分Ｄｕｃｅｎｔが、−ＥＰＳ＜Ｅｕｃ＜ＥＰＳのときには、偏差Ｅｕｃに、０＜Ｋｅｕ≪１が成立する更新ゲインＫｅｕを乗算した値として算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄが急変したときでも、これに緩やかに追従する値として算出される。その結果、減圧開始時、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートするのをより効果的に抑制することができる。
【０１２３】
さらに、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅を設定する振幅設定値ＤＵＤは、エンジン３のＦ／Ｃ運転中に燃料圧Ｐｆを制御する場合、燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側に制御する場合よりも大きな値ＤＵＤＨに設定されるので、変調値ＵＬｄｓｍの振幅が、燃料噴射運転中での減圧制御のときよりも大きな値に設定される。それにより、燃料圧制御の分解能をより高めることができ、燃料噴射再開後の燃料噴射制御を精度良く実行することができる。その結果、空燃比の制御精度を向上させることができる。
【０１２４】
また、変調値ＵＬｄｓｍの算出アルゴリズムとして、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムを用いているので、ΔΣ変調アルゴリズムの特性により、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなる。その結果、第２制御入力Ｕｄｓｍとして、第１制御入力Ｒｓｌｄを反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調した値を用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１２５】
また、第１制御入力Ｒｓｌｄの算出アルゴリズムとして、外乱補償のために燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、燃料供給装置１０が外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差が、振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、燃料供給装置１０が受ける外乱を補償するための外乱推定値が、燃料圧Ｐｆおよび第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力Ｒｓｌｄが、外乱推定値に基づき、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、燃料供給装置１０が外乱を受けた際、上述したような燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差の積分値を用いる場合と異なり、燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに迅速に収束させることができる。
【０１２６】
なお、実施形態は、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するアルゴリズムとして、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］を用いた例であるが、本願発明のアルゴリズムはこれに限らず、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するできるものであればよい。例えば、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調するアルゴリズムとして、ＰＷＭ（Pulse wave Modulation）アルゴリズムや、ディザにより第１制御入力Ｒｓｌｄを変調するアルゴリズムを用いてもよい。
【０１２７】
また、実施形態の変調部６４および図７のステップ３０〜３４において、前述した式（２６）〜（３０）に代えて、下式（３２）〜（３７）に示すΣΔ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、変調値ＵＬｄｓｍを算出するように構成してもよい。
【０１２８】
【数９】
【０１２９】
以上のアルゴリズムにより変調値ＵＬｄｓｍを算出し、さらに、これを用いて前述した式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍを算出した場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された第２制御入力Ｕｄｓｍを用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１３０】
さらに、実施形態の変調部６４および図７のステップ３０〜３４において、前述した式（２６）〜（３０）に代えて、下式（３８）〜（４２）に示すΔ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するように構成してもよい。
【０１３１】
【数１０】
【０１３２】
以上のアルゴリズムにより変調値ＵＬｄｓｍを算出し、さらに、これを用いて前述した式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍを算出した場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された第２制御入力Ｕｄｓｍを用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１３３】
また、実施形態は、本願発明の制御装置を流体回路系またはプラントとしての燃料供給装置１０を制御するものに適用した例であるが、本願発明の制御装置はこれに限らず、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在する様々な流体回路系またはプラントに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置およびこれを適用した燃料供給装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】電磁制御弁のスプール弁機構の動作状態を示す図である。
【図３】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ＤＳＭコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図５】燃料圧制御処理を示すフローチャートである。
【図６】通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図７】制御入力Ｕｐｆの算出処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の制御装置により燃料圧の減圧制御を実行したときの制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図９】比較例の燃料圧の減圧制御の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図１０】フューエルカット運転中の燃料圧制御において、制御入力Ｕｐｆを、第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えたときの制御結果例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標値設定手段、第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、制
御入力選択手段、中心値設定手段、振幅設定手段、外乱推定値算出手段）
３ 内燃機関
４ プラント
１０ 燃料供給装置（流体回路系、燃料供給系）
１２ 燃料供給路（昇圧側流路）
１４ 燃料戻し路（減圧側流路）
１５ａ 電磁アクチュエータ（アクチュエータ）
１５ｂ スプール弁機構（弁）
２０ 燃料圧センサ（制御量検出手段、流体圧検出手段）
３０ 目標燃料圧算出部（目標値設定手段）
４０ ２自由度応答指定型コントローラ（第１制御入力算出手段）
５０ 適応外乱オブザーバ（外乱推定値算出手段）
６０ ＤＳＭコントローラ（第２制御入力算出手段）
６１ 中心値算出部（中心値設定手段）
６３ 振幅設定値算出部（振幅設定手段）
８０ 制御入力選択部（制御入力選択手段）
Ｕｐｆ 制御入力
Ｐｆ 燃料圧（制御量、流体圧）
Ｐｆ＿ｃｍｄ 目標燃料圧（目標値）
Ｒｓｌｄ 第１制御入力
Ｕｄｓｍ 第２制御入力
Ｕｃｅｎｔ 中心値
ＤＵＤ 振幅設定値（第２制御入力の振幅を設定する値）
ｃ１ 外乱推定値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒステリシスおよび不感帯などの非線形特性を備えたプラントの制御量を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置として、本出願人は、特許文献１に記載されたものをすでに提案している。この制御装置は、制御入力をプラントとしての電磁駆動式の可変カム位相機構に入力することによって、制御量としてのカム位相を制御するものであり、２自由度スライディングモードコントローラおよびＤＳＭコントローラを備えている。この２自由度スライディングモードコントローラでは、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、カム位相を目標値に収束させるためのＳＬＤ制御入力が算出される。
【０００３】
また、ＤＳＭコントローラでは、可変カム位相機構への制御入力が、算出されたＳＬＤ制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムによって変調することにより、所定値を中心として所定振幅で頻繁に反転を繰り返すように算出される。その結果、非線形特性を備えた可変カム位相機構を介して、カム位相を制御する場合においても、頻繁に反転を繰り返す制御入力により、非線形特性を補償しながら、カム位相を目標値に収束させるように制御することができる。それにより、カム位相をきめ細かく制御することができ、カム位相制御の分解能および制御精度をいずれも高レベルに維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の制御装置を、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントに適用した場合、非線形特性を示す制御領域では、制御量が目標値に対して大幅に乖離する状態が発生するので、ＳＬＤ制御入力が、非線形特性をほとんど示さない制御領域と比べて変化幅の大きい値として算出される。そのため、非線形特性を補償するには、制御入力の振幅を、そのような変化幅の大きいＳＬＤ制御入力をカバーできるような大きな値に設定する必要がある。しかし、そのようにした場合、制御入力に対する制御量の感度が低下する条件下、特に周波数的感度より詳しくは高周波遮断性が低下する条件下では、非線形特性をほとんど示さない制御領域において、制御入力の大きな振幅が制御量にノイズ的に反映されてしまうことで、制御の分解能および制御精度が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントを制御する場合でも、制御の分解能および制御精度を向上させることができる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に、請求項１に係る発明は、制御入力Ｕｐｆによりプラント４の制御量（燃料圧Ｐｆ）を制御する制御装置１であって、制御量を検出する制御量検出手段（燃料圧センサ２０）と、制御量の目標となる目標値（目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標燃料圧算出部３０）と、検出された制御量を設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により算出する第１制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ４０）と、算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出する第２制御入力算出手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ６０）と、プラント４の状態に応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する制御入力選択手段（ＥＣＵ２、制御入力選択部８０、ステップ３６〜３８）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この制御装置によれば、制御量を目標値に収束させるように制御するための第１制御入力が、所定の制御アルゴリズムにより算出され、この第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出され、さらに、プラントの状態に応じて、第１制御入力および第２制御入力の一方が制御入力として選択される。したがって、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントの場合、プラントが非線形特性を示す制御領域にある状態では、第２制御入力を制御入力として選択することにより、プラントの強い非線形特性を補償しながら、制御量を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性を示す制御領域において第１制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、制御量をよりきめ細かく制御することができ、制御の分解能および制御精度をいずれも向上させることができる。
【０００９】
一方、プラントが非線形特性をほとんど示さない制御領域にある状態では、変調されていない第１制御入力を制御入力として選択することにより、制御入力に対する制御量の感度が低下する条件下において、非線形特性を示す制御領域での非線形特性を補償できるような振幅の第２制御入力を選択した場合に発生する、制御入力の振幅が制御量にノイズ的に反映される状態を回避しながら、制御量を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性をほとんど示さない制御領域において第２制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、制御量をよりきめ細かく制御することができ、制御の分解能および制御精度を向上させることができる。以上のように、プラントが一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性をほとんど示さない制御領域のいずれにおいても、制御の分解能および制御精度を向上させることができる（なお、本明細書における、「第１制御入力の算出」および「第２制御入力の算出」などの「算出」は、プログラムにより演算することに限らず、ハードウエアによりそれらを表す電気信号を生成することを含む）。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制御装置１において、第２制御入力算出手段は、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心となる中心値Ｕｃｅｎｔを、第１制御入力Ｒｓｌｄに応じて設定する中心値設定手段（ＥＣＵ２、中心値算出部６１）と、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段（ＥＣＵ２、振幅設定値算出部６３）と、を有することを特徴とする。
【００１１】
前述したように、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在するプラントの場合、非線形特性を示す制御領域では、制御量が目標値に対して大きく乖離する状態が発生するので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅がかなり大きくなる。そのため、第２制御入力の振幅を、非線形特性を示す制御領域で第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅をカバーできるような大きな値に設定すると、そのような第２制御入力の大きな振幅が制御量にノイズ的に反映されてしまうことで、制御の分解能が低下し、制御精度が低下する可能性がある。これに対して、この制御装置によれば、第２制御入力の振幅の中心となる中心値が、第１制御入力に応じて設定されるので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅が大きい場合でも、第２制御入力の振幅をその制御タイミングでの第１制御入力をカバーできるような、第１制御入力の幅全体をカバーするときよりも小さい値に設定するだけで、第１制御入力が備える制御量の目標値への収束能力を確保しながら、プラントの強い非線形特性を補償することができる。このように、第２制御入力の振幅を、第１制御入力の幅全体をカバーする場合よりも小さい値に設定しながら、プラントの強い非線形特性を適切に補償できることにより、制御の分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制御装置１において、所定の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（１）］と、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（２）〜（６）］とを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする。
【００１３】
こ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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第１制御入力が算出されるので、この第１制御入力を用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値への収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、所定の応答指定型制御アルゴリズムにより、制御量の目標値への収束挙動を適切なものに設定することができる。すなわち、第１制御入力の算出において、制御量の目標値への収束挙動と、制御量と目標値との偏差の値０への収束速度とを互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力を用いることにより、一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いて第１制御入力を算出した場合と比べて、制御量の目標値への収束挙動と、制御量と目標値との偏差の値０への収束速度とを向上させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
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制御装置１において、所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
この制御装置によれば、第１制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出される。この場合、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムはいずれも、これらの変調アルゴリズムに入力される値が値０に近づくほど、これらの変調アルゴリズムにより算出された値の反転周波数がより高くなるという特性を備えている。一方、第１制御入力は、制御量を目標値に収束させるように制御するための値であるので、制御量が目標値に近づくほど、変化しなくなる。したがって、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムにおいて、第１制御入力が変化しなくなると、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに入力される値が値０に近づくように設定することにより、制御量が目標値に近づくほど、第２制御入力をその反転周波数がより高くなるように算出することができる。その結果、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、第２制御入力を算出する場合と比べて、制御量の目標値への収束性を高めることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、プラント４が受ける外乱を補償するための外乱推定値ｃ１を、制御量（燃料圧Ｐｆ）および第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、所定の推定アルゴリズム［式（８）〜（１０）］により算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ５０）をさらに備え、第１制御入力算出手段は、算出された外乱推定値ｃ１に基づき、所定の制御アルゴリズムにより、第１制御入力Ｒｓｌｄを算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１に係る制御装置において、第１制御入力の算出アルゴリズムとして、外乱補償のために制御量と目標値との偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、プラントが外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、制御量と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、プラントが受ける外乱を補償するための外乱推定値が、制御量および第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力が、外乱推定値に基づき、所定の制御アルゴリズムにより算出されるので、プラントが外乱を受けた際、上記制御量と目標値との偏差の積分値を用いる場合と異なり、制御量と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、制御量を目標値に迅速に収束させることができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、流体圧（燃料圧Ｐｆ）が昇圧側流路（燃料供給路１２）および減圧側流路（燃料戻し路１４）の開閉により増減する流体回路系（燃料供給装置１０）において、流体圧を制御する制御装置１であって、昇圧側流路および減圧側流路を開閉する弁（スプール弁機構１５ｂ）と、弁を駆動するアクチュエータ（電磁アクチュエータ１５ａ）と、流体圧を検出する流体圧検出手段（燃料圧センサ２０）と、流体圧の目標となる目標値（目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標燃料圧算出部３０）と、検出された流体圧を設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力Ｒｓｌｄを、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により算出する第１制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ４０）と、算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出する第２制御入力算出手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ６０）と、流体回路系の状態に応じて、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方を制御入力Ｕｐｆとして選択する制御入力選択手段（ＥＣＵ２、制御入力選択部８０、ステップ３６〜３８）と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この制御装置によれば、流体圧を目標値に収束させるように制御するための第１制御入力が、所定の制御アルゴリズムにより算出され、この第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出され、さらに、流体回路系の状態に応じて、第１制御入力および第２制御入力の一方が制御入力として選択される。一方、流体圧が昇圧側流路および減圧側流路の開閉により増減する流体回路系において、昇圧側流路および減圧側流路を開閉する弁をアクチュエータで駆動することにより流体圧を制御した場合、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが発生することがある。したがって、流体回路系がそのような非線形特性を示す制御領域にある状態では、第２制御入力を制御入力として選択することにより、強い非線形特性を補償しながら、流体圧を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性を示す制御領域において第１制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、流体圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【００２０】
一方、流体回路系が非線形特性をほとんど示さない制御領域にある状態では、変調されていない第１制御入力を制御入力として選択することにより、非線形特性を示す制御領域での非線形特性を補償できるような振幅の第２制御入力を選択した場合に発生する、制御入力の振幅が流体圧にノイズ的に反映される状態を回避しながら、流体圧を目標値に収束させることができる。その結果、非線形特性をほとんど示さない制御領域において第２制御入力を制御入力として選択した場合と比べて、流体圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。以上のように、流体回路系が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性を示さない制御領域のいずれにおいても、流体圧制御の分解能および制御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６に記載の制御装置１において、第２制御入力算出手段は、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心となる中心値Ｕｃｅｎｔを、第１制御入力Ｒｓｌｄに応じて設定する中心値設定手段（ＥＣＵ２、中心値算出部６１）と、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段（ＥＣＵ２、振幅設定値算出部６３）と、を有することを特徴とする。
【００２２】
前述したように、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域とそうでない制御領域とが存在する流体回路系の流体圧を制御する場合、非線形特性を示す制御領域で第２制御入力を制御入力として選択し、第２制御入力の振幅を、非線形特性を示す制御領域で第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅をカバーできるような大きな値に設定すると、そのような第２制御入力の大きな振幅が流体圧にノイズ的に反映されてしまうことで、流体圧制御の分解能が低下し、制御精度が低下する可能性がある。これに対して、この制御装置によれば、第２制御入力の振幅の中心となる中心値が、第１制御入力に応じて設定されるので、第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅が大きい場合でも、第２制御入力の振幅を、その制御タイミングでの第１制御入力をカバーできるような、第１制御入力の幅全体をカバーするときよりも小さい値に設定するだけで、第１制御入力が備える流体圧の目標値への収束能力を確保しながら、流体回路系の非線形特性を補償することができる。このように、流体回路系が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域において、第２制御入力の振幅をより小さい値に設定しながら、強い非線形特性を適切に補償できることにより、流体圧制御の分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の制御装置１において、所定の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（１）］と、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（２）〜（６）］とを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする。
【００２４】
こ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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第１制御入力が算出されるので、この第１制御入力を用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、流体圧の目標値への収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、所定の応答指定型制御アルゴリズムにより、流体圧の目標値への収束挙動を適切な状態に設定することができる。すなわち、第１制御入力の算出において、流体圧の目標値への収束挙動および収束速度を互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力を用いることにより、一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いて第１制御入力を算出した場合と比べて、流体圧の目標値への収束挙動および収束速度を向上させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の制御装置１において、所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする。
【００２６】
この制御装置によれば、第１制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力が算出される。この場合、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムはいずれも、これらの変調アルゴリズムに入力される値が値０に近づくほど、これらの変調アルゴリズムにより算出された値の反転周波数がより高くなるという特性を備えている。一方、第１制御入力は、流体圧を目標値に収束させるように制御するための値であるので、流体圧が目標値に近づくほど、変化しなくなる。したがって、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかを適用したアルゴリズムにおいて、第１制御入力が変化しなくなると、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに入力される値が値０に近づくように設定することにより、流体圧が目標値に近づくほど、第２制御入力をその反転周波数がより高くなるように算出することができる。その結果、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、第２制御入力を算出する場合と比べて、流体圧の目標値への収束性を高めることができる。
【００２７】
請求項１０に係る発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値ｃ１を、流体圧（燃料圧Ｐｆ）および第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、所定の推定アルゴリズム［式（８）〜（１０）］により算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、適応外乱オブザーバ５０）をさらに備え、第１制御入力算出手段は、算出された外乱推定値ｃ１に基づき、所定の制御アルゴリズムにより、第１制御入力Ｒｓｌｄを算出することを特徴とする。
【００２８】
請求項６に係る制御装置において、第１制御入力の算出アルゴリズムとして、外乱補償のために流体圧と目標値との偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、流体回路系が外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、流体圧と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値が、流体圧および第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力が、外乱推定値に基づき、所定の制御アルゴリズムにより算出されるので、流体回路系が外乱を受けた際、上記流体圧と目標値との偏差の積分値を用いる場合と異なり、流体圧と目標値との偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、流体圧を目標値に迅速に収束させることができる。
【００２９】
請求項１１に係る発明は、請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系は内燃機関３に燃料を供給する燃料供給系（燃料供給装置１０）であり、流体圧は燃料供給系における燃料圧Ｐｆであり、制御入力選択手段は、燃料圧Ｐｆを減少側に制御するときには、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択する（ステップ２３，２４，３６，３７）ことを特徴とする。
【００３０】
燃料供給系では、燃料圧が目標値よりも高い状態にあることで、これを減少側に制御する場合、弁により減圧側流路を開放すると、高圧状態の燃料が急激に開放されることになるので、弁の開度を小さい値に設定したとしても、燃料圧が目標値に対して一時的に大きくアンダーシュートしやすい。すなわち、非線形特性が一時的に強くなってしまう。したがって、燃料圧を減少側に制御する際、制御入力として第１制御入力を選択すると、そのような強い非線形特性を補償できないことで、燃料圧制御の分解能および制御精度が低下してしまう。これに対して、この制御装置によれば、燃料圧を減少側に制御するときには、第２制御入力が制御入力として選択されるので、強い非線形特性を補償でき、大きなアンダーシュートが発生するのを回避できる。その結果、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項１２に係る発明は、請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置１において、流体回路系は内燃機関３に燃料を供給する燃料供給系（燃料供給装置１０）であり、流体圧は燃料供給系における燃料圧Ｐｆであり、制御入力選択手段は、燃料供給系から内燃機関３への燃料供給が停止されているときには、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択する（ステップ２１，２３，３６，３７）ことを特徴とする。
【００３２】
前述したように、燃料供給系では、燃料圧を減少側に制御する際、一時的に強い非線形特性を示し、燃料圧が目標値に対して一時的に大きくアンダーシュートしやすい。そのため、燃料供給系から内燃機関への燃料供給が停止され、目標値がほぼ一定に設定されている状態で、制御入力として第１制御入力を選択すると、そのような強い非線形特性を補償できないことで、減圧制御時にアンダーシュートが発生し、それを回復するために、昇圧制御が続けて実行される。すなわち、昇圧制御と減圧制御が繰り返し実行され、燃料圧が目標値に収束しない状態となる。その結果、内燃機関への燃料の供給を再開したときに、燃料を適切な燃料圧で供給することができず、燃料の供給制御の精度が低下することで、空燃比制御の精度が低下するおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、燃料供給系から内燃機関への燃料供給が停止されているときには、第２制御入力が制御入力として選択されるので、非線形特性を補償できることで、減圧制御時に大きなアンダーシュートが生じるのを回避でき、燃料圧を目標値に収束させることができる。その結果、内燃機関への燃料の供給を再開したときに、燃料を適切な燃料圧で供給することができ、空燃比制御の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る制御装置について説明する。図１は、本実施形態の制御装置１およびこれを適用した燃料供給装置１０の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、燃料圧制御などの制御処理を実行する。
【００３４】
この燃料供給装置１０は、直列４気筒タイプの内燃機関（以下「エンジン」という）３に適用されたものであり、エンジン運転中、４つの燃料噴射弁９に高圧の燃料（ガソリン）を供給する。燃料供給装置１０は、燃料タンク１１と、これに燃料供給路１２および燃料戻し路１４を介して接続されたデリバリパイプ１３と、燃料供給路１２および燃料戻し路１４を開閉する電磁制御弁１５などを備えている。なお、本実施形態では、燃料供給装置１０が流体回路系および燃料供給系に相当し、燃料供給路１２および燃料戻し路１４がそれぞれ昇圧側流路および減圧側流路に相当する。
【００３５】
この燃料供給路１２には、低圧ポンプ１６および高圧ポンプ１７が設けられている。低圧ポンプ１６は、ＥＣＵ２により運転が制御される電動ポンプタイプのものであり、エンジン運転中、常に運転され、燃料タンク１１内の燃料を所定圧（例えば０．５ＭＰａ）まで昇圧し、高圧ポンプ１７側に吐出する。
【００３６】
また、高圧ポンプ１７は、図示しないクランクシャフトに連結された容積式のものであり、クランクシャフトの回転に伴って、低圧ポンプ１６からの燃料をさらに昇圧し、デリバリパイプ１３側に間欠的に吐出する。
【００３７】
一方、デリバリパイプ１３は、その内部空間が高圧ポンプ１７からの燃料を高圧状態で蓄える燃料室１３ａになっている。このデリバリパイプ１３には、前述した４つの燃料噴射弁９および燃料圧センサ２０が取り付けられており、これらの燃料噴射弁９の開弁により、燃料室１３ａ内の燃料が、エンジン３の燃焼室（図示せず）内に噴射される。
【００３８】
また、燃料圧センサ２０は、ＥＣＵ２に接続されており、燃料室１３ａ内の燃料圧Ｐｆを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、燃料圧センサ２０が制御量検出手段および流体圧検出手段に相当し、燃料圧Ｐｆが制御量および流体圧に相当する。
【００３９】
さらに、電磁制御弁１５は、電磁アクチュエータ１５ａとスプール弁機構１５ｂを組み合わせたものであり、この電磁アクチュエータ１５ａは、ＥＣＵ２に接続されている。電磁アクチュエータ１５ａは、ＥＣＵ２からの後述する制御入力Ｕｐｆにより制御されることによって、スプール弁機構１５ｂの弁体１５ｃを、図２（ａ）に示す昇圧位置と、図２（ｂ）に示す保持位置と、図２（ｃ）に示す減圧位置との間で駆動する。
【００４０】
この場合、電磁制御弁１５が昇圧位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２が開放されるとともに、燃料戻し路１４が閉鎖され、それにより、燃料圧Ｐｆが昇圧される。一方、電磁制御弁１５が減圧位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２が閉鎖されるとともに、燃料戻し路１４が開放され、それにより、燃料圧Ｐｆが減圧される。また、電磁制御弁１５が保持位置に制御されているときには、弁体１５ｃにより、燃料供給路１２および燃料戻し路１４がいずれも閉鎖され、それにより、燃料圧Ｐｆがその時点の値に保持される。
【００４１】
以上の構成により、この燃料供給装置１０では、ＥＣＵ２により、電磁制御弁１５の弁体１５ｃの位置が制御されることによって、後述するように、燃料圧Ｐｆが制御される。その場合、昇圧制御の際には、燃料室１３ａ内が高圧状態にあることで、燃料圧Ｐｆは目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに向かって比較的、安定した状態で変化する。すなわち、燃料圧Ｐｆを高い分解能で制御することができる。
【００４２】
一方、減圧制御の際には、電磁制御弁１５による燃料戻し路１４の開度が小さくなるように制御したとしても、電磁制御弁１５よりも下流側の燃料戻し路１４内の圧力が燃料室１３ａ内の圧力よりも極めて低いという構造的な特性と、スプール弁機構１５ｂの構造的な特性とに起因して、燃料戻し路１４を開放した瞬間、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して一時的に大きくアンダーシュートしてしまう。すなわち、燃料圧制御での非線形特性が一時的に極めて強い状態となり、燃料圧制御の分解能が低下してしまう。以上のように、この燃料供給装置１０において燃料圧Ｐｆを制御した場合、その構造的な特性に起因して、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と、非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在する状態となる。
【００４３】
また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２１、アクセル開度センサ２２およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２３が接続されている。このクランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、エンジン３のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に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。
【００４４】
また、アクセル開度センサ２２は、エンジン３が搭載された車両のアクセルペダル（図示せず）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。さらに、ＩＧ・ＳＷ２３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。
【００４５】
一方、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２０〜２２の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２３の出力信号に応じ、電磁制御弁１５を介して、燃料圧Ｐｆを制御する。また、ＥＣＵ２は、燃料噴射弁９を介して、燃料噴射制御を実行するとともに、点火プラグ（図示せず）を介して、点火時期制御を実行する。
【００４６】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標値設定手段、第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、制御入力選択手段、中心値設定手段、振幅設定手段および外乱推定値算出手段に相当する。
【００４７】
次に、図３を参照しながら、本実施形態の制御装置１について説明する。同図に示すように、この制御装置１は、制御入力Ｕｐｆをプラント４に入力することにより、制御量としての燃料圧Ｐｆを制御するものであり、このプラント４は、燃料供給装置１０を含む系に相当する。
【００４８】
同図に示すように、制御装置１は、目標燃料圧算出部３０、２自由度応答指定型コントローラ４０、適応外乱オブザーバ５０、ＤＳＭコントローラ６０、状態判定部７０および制御入力選択部８０を備えており、これらは、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。なお、本実施形態では、目標燃料圧算出部３０が目標値設定手段に相当し、２自由度応答指定型コントローラ４０が第１制御入力算出手段に相当し、適応外乱オブザーバ５０が外乱推定値算出手段に相当し、ＤＳＭコントローラ６０が第２制御入力算出手段に相当し、制御入力選択部８０が制御入力選択手段に相当する。
【００４９】
まず、目標燃料圧算出部３０では、後述するマップ検索などにより、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ（目標値）が算出される。
【００５０】
また、２自由度応答指定型コントローラ４０では、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄおよび燃料圧Ｐｆなどに基づき、下式（１）〜（６）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、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出される。
【００５１】
【数１】
【００５２】
これらの式（１）〜（６）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、後述する所定の制御周期ΔＴ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サイクル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）などを適宜、省略する。
【００５３】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（１）に示す一次遅れタイプのローパスフィルタアルゴリズムにより、目標燃料圧のフィルタ値Ｐｆ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（１）において、Ｒは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜Ｒ＜０の関係が成立する値に設定される。
【００５４】
次いで、式（２）〜（６）に示す応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出される。すなわち、式（２）に示すように、第１制御入力Ｒｓｌｄは、等価入力Ｒｅｑおよび到達則入力Ｒｒｃｈの和として算出される。この等価入力Ｒｅｑは、式（３）により算出される。同式（３）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述する制御対象モデルのモデルパラメータを示しており、これらは所定の一定値に設定されている。また、式（３）のｃ１は、外乱推定値であり、後述するように適応外乱オブザーバ５０により算出される。さらに、式（３）のＳは、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｒ＜Ｓ＜０の関係が成立する値に設定されている。
【００５５】
また、到達則入力Ｒｒｃｈは、式（４）により算出される。この式（４）において、Ｋｒｃｈは、所定の到達則ゲインを表しており、σは、式（５）のように定義される切換関数である。同式（５）のＥｐｆは、式（６）により算出される偏差である。
【００５６】
以上の２自由度応答指定型コントローラ４０の制御アルゴリズムによれば、目標値フィルタ型アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度が設定されるとともに、スライディングモード制御アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従挙動が設定されるので、追従速度と追従挙動を別個に設定できるとともに、これらの追従速度および追従挙動を、通常のフィードバック制御アルゴリズムを用いた場合よりも高いレベルに設定することができる。すなわち、第１制御入力Ｒｓｌｄは、燃料供給装置１０が非線形特性をほとんど示さない制御領域では、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという制御上の優れた特性を備えた値として算出される。
【００５７】
なお、以上の式（１）〜（６）は以下のように導出される。すなわち、制御対象４を、第１制御入力Ｒｓｌｄを制御入力とし、燃料圧Ｐｆを制御量とし、外乱推定値ｃ１が外乱として加えられる系として定義するとともに、離散時間系モデルとしてモデル化すると、下式（７）が得られる。
【数２】
【００５８】
この式（７）の外乱推定値ｃ１を離散化した制御対象モデルに基づき、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御理論を用いると、前述した式（１）〜（６）が導出される。
【００５９】
次に、前述した適応外乱オブザーバ５０について説明する。この適応外乱オブザーバ５０では、燃料圧Ｐｆおよび第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、以下の式（８）〜（１０）に示す外乱推定アルゴリズムにより、外乱推定値ｃ１が算出される。
【００６０】
【数３】
【００６１】
この式（８）のＰｄｏｖは、所定の同定ゲインであり、ｅ＿ｄｏｖは、式（９）により算出される同定誤差である。同式（９）のＰｆ＿ｈａｔは、燃料圧の同定値であり、式（１０）により算出される。
【００６２】
また、状態判定部７０では、Ｆ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣおよび減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣの値が設定される。このＦ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣは、フューエルカット運転（以下「Ｆ／Ｃ運転」という）、すなわち燃料噴射および混合気の点火をいずれも中止する運転の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、具体的には、以下のＦ／Ｃ運転の実行条件（ａ），（ｂ）がいずれも成立しているときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
（ａ）エンジン回転数ＮＥが所定値以上であること。
（ｂ）アクセル開度ＡＰが、アクセルペダルが踏まれていない値を示していること。
【００６３】
一方、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣは、燃料圧Ｐｆを減少側に制御する減圧制御の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、前述した偏差Ｅｐｆ（＝Ｐｆ（ｋ）−Ｐｆ＿ｃｍｄ＿ｆ（ｋ−１））と所定の判定値ＥＰＦ＿ＴＨ（例えば０．０５Ｍｐａ）との比較結果に基づいて設定される。具体的には、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣは、Ｅｐｆ＞ＥＰＦ＿ＴＨのときには「１」に、Ｅｐｆ≦ＥＰＦ＿ＴＨのときには「０」にそれぞれ設定される。なお、これらの２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値は、後述するように、ＤＳＭコントローラ６０での振幅設定値ＤＵＤの決定と、制御入力選択部８０での制御入力Ｕｐｆの選択に用いられる。また、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣを設定する場合において、上記偏差Ｅｐｆに代えて、燃料圧Ｐｆ（ｋ）と目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄ（ｋ）との偏差を、判定値ＥＰＦ＿ＴＨと比較するようにしてもよい。
【００６４】
次に、ＤＳＭコントローラ６０について説明する。このＤＳＭコントローラ６０は、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するものであり、図４に示すように、中心値算出部６１、偏差成分値算出部６２、振幅設定値算出部６３、変調部６４および加算器６５を備えている。
【００６５】
この中心値算出部６１（中心値設定手段）では、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅の中心値Ｕｃｅｎｔが、下式（１１）〜（１５）に示すレートリミットを基本とした非線形アルゴリズムにより算出される。
【００６６】
【数４】
【００６７】
上記式（１１）のＤｕｃｅｎｔは、中心値Ｕｃｅｎｔの変化分であり、式（１２）のように定義される偏差Ｅｕｃに、式（１３）〜（１５）に示すように、−ＥＰＳを下限値とし、ＥＰＳを上限値とするリミット処理を施すことにより算出される。この値ＥＰＳは、正の所定値に設定される。また、式（１４）のＫｅｕは、所定の更新ゲインであり、０＜Ｋｅｕ≪１が成立するような値に設定される。
【００６８】
以上のように、中心値Ｕｃｅｎｔは、式（１１）〜（１５）のレートリミットアルゴリズムにより算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出される。特に、式（１４）に示すように、−ＥＰＳ＜Ｅｕｃ＜ＥＰＳのときには、変化分Ｄｕｃｅｎｔは、偏差Ｅｕｃに、０＜Ｋｅｕ≪１が成立する更新ゲインＫｅｕを乗算した値として算出されるので、中心値Ｕｃｅｎｔは、第１制御入力Ｒｓｌｄが急変したときでも、これに緩やかに追従する値として算出される。
【００６９】
一方、前述した偏差成分値算出部６２では、小偏差成分値ＵＬおよび大偏差成分値ＵＨが、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび中心値Ｕｃｅｎｔに基づき、下式（１６）〜（２２）により算出される。
【００７０】
【数５】
【００７１】
以上の式（１６），（１７），（１９），（２１）に示すように、小偏差成分値ＵＬは、第１制御入力と中心値との偏差Ｅｕに、ＤＵＬを上限値とし、−ＤＵＬを下限値とするリミット処理を施すことにより算出される。このしきい値ＤＵＬは、正の所定値に設定される。このように、小偏差成分値ＵＬは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さく、中心値Ｕｃｅｎｔに対して、しきい値ＤＵＬの絶対値を超えない範囲で変動しているときの成分に相当する値として算出される。
【００７２】
また、式（１８），（２０），（２２）に示すように、大偏差成分値ＵＨは、第１制御入力Ｒｓｌｄと中心値Ｕｃｅｎｔとの偏差の絶対値が、しきい値ＤＵＬの絶対値を上回っていないときには値０として算出され、上回ったときには、上回った分の値として算出される。すなわち、大偏差成分値ＵＨは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合には、値０として算出されるとともに、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄの変動が大きいことで、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きい場合、すなわち制御の速応性が要求される場合には、そのような第１制御入力Ｒｓｌｄの値を第２制御入力Ｕｄｓｍに適切に反映させるための値として算出される
【００７３】
さらに、振幅設定値算出部６３（振幅設定手段）では、振幅設定値ＤＵＤが、前述した状態判定部７０で設定された２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値に基づき、下式（２３）〜（２５）により算出される。この振幅設定値ＤＵＤは、変調値ＵＬｄｓｍの振幅を決定するものであり、より具体的には、振幅設定値ＤＵＤの２倍の値２・ＤＵＤが、変調値ＵＬｄｓｍの振幅に相当する。
【００７４】
【数６】
【００７５】
ここで、上記式（２３）〜（２５）のＤＵＤＨ，ＤＵＤＬ，ＤＵＤＭはそれぞれ、所定のＦ／Ｃ運転用値、減圧制御用値および通常制御用値を表しており、これらの値はいずれも、しきい値ＤＵＬ以上の値に設定される。これは、前述した第１制御入力Ｒｓｌｄが備える制御上の優れた特性を、変調値ＵＬｄｓｍすなわち第２制御入力Ｕｄｓｍにおいて確保するためである。すなわち、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を、第２制御入力Ｕｄｓｍにおいて確保するためである。
【００７６】
また、２つの値ＤＵＤＨ，ＤＵＤＬは、ＤＵＤＨ＞ＤＵＤＬが成立するように設定される。これは、Ｆ／Ｃ運転中は、非線形特性がより強まることで、燃料噴射再開後の燃料噴射制御を精度良く実行するために、燃料噴射運転中での減圧制御のときと比べて、より高い分解能で制御する必要があるので、変調値ＵＬｄｓｍの振幅をより大きな値に設定することで、燃料圧制御の分解能をより高めるためである。
【００７７】
さらに、３つの値ＤＵＤＨ，ＤＵＤＬ，ＤＵＤＭは、後述する理由により、変調値ＵＬｄｓｍの振幅２・ＤＵＤが第１制御入力Ｒｓｌｄが示し得る最大値と最小値との幅よりも小さくなるような値に設定されている。
【００７８】
一方、変調部６４では、小偏差成分値ＵＬを、下式（２６）〜（３０）に示すΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、変調値ＵＬｄｓｍが算出される。
【００７９】
【数７】
【００８０】
上記式（２６）に示すように、偏差δｄは、小偏差成分値ＵＬの今回値と変調値ＵＬｄｓｍの前回値との偏差として算出される。また、式（２７）において、σｄは、偏差δｄの積分値を表している。また、式（２８）において、Ｆｎｌ（σｄ）は、式（２９），（３０）のように定義される非線形関数である（なお、σｄ＝０のときには、Ｆｎｌ（σｄ）＝０と定義してもよい）。以上の式（２６）〜（３０）を参照すると明らかなように、変調値ＵＬｄｓｍは、最小値−ＤＵＤと最大値ＤＵＤとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【００８１】
以上のように、変調部６４では、変調値ＵＬｄｓｍが、小偏差成分値ＵＬを、以上の式（２６）〜（３０）に示すアルゴリズムで変調することにより算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さく、中心値Ｕｃｅｎｔとの間に小偏差成分値ＵＬ分の偏差しか生じていないときには、変調値ＵＬｄｓｍを、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した制御上の優れた特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高いレベルで得ることができるという特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出することができる。
【００８２】
一方、加算器６５では、下式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍが算出される。
【数８】
【００８３】
以上のように、ＤＳＭコントローラ６０では、第２制御入力Ｕｄｓｍは、変調値ＵＬｄｓｍ、大偏差成分値ＵＨおよび中心値Ｕｃｅｎｔの総和として算出される。この場合、中心値Ｕｃｅｎｔは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出され、変調値ＵＬｄｓｍは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高いレベルで得ることができるという特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出される。これに加えて、大偏差成分値ＵＨは、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄが大幅に急変することで、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きい場合などの制御の速応性が要求される状況において、第１制御入力Ｒｓｌｄの挙動を第２制御入力Ｕｄｓｍに適切に反映させ、制御の速応性を確保するための値として算出される。
【００８４】
したがって、これらの３つの値ＵＬｄｓｍ，ＵＨ，Ｕｃｅｎｔの総和として算出される第２制御入力Ｕｄｓｍは、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が小さい場合には、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を備えると同時に、変調値ＵＬｄｓｍがΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調されていることにより、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出される。
【００８５】
これに加えて、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄが大幅に急変した場合などの制御の速応性が要求される状況においては、第２制御入力Ｕｄｓｍは、これに含まれる大偏差成分値ＵＨにより、制御の速応性を確保できる値として算出される。また、第２制御入力Ｕｄｓｍは、その中心値Ｕｃｅｎｔが第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出されるので、その振幅２・ＤＵＤを、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御中に示し得る最大値と最小値との幅をカバーするような大きな値にする必要がなく、それよりも小さい値に設定するだけで、前述した第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性を確保しながら、燃料供給装置１０の非線形特性を補償することができる値として算出される。
【００８６】
なお、制御上の必要性に応じて、大偏差成分値ＵＨを値０に設定し、第２制御入力Ｕｄｓｍを、変調値ＵＬｄｓｍと中心値Ｕｃｅｎｔの総和として算出してもよい。
【００８７】
また、制御入力選択部８０では、第１制御入力Ｒｓｌｄおよび第２制御入力Ｕｄｓｍの一方が、前述した状態判定部７０で設定された２つのフラグＦ＿ＦＣ，Ｆ＿ＰＤＥＣの値に応じて、制御入力Ｕｐｆとして選択される。具体的には、Ｆ＿ＦＣ＝１のとき、またはＦ＿ＦＣ＝０＆Ｆ＿ＰＤＥＣ＝１のとき、すなわちＦ／Ｃ運転の実行条件が成立しているとき、または燃料供給運転中で減圧制御の実行条件が成立しているときには、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御入力Ｕｐｆとして選択され、Ｆ＿ＦＣ＝０かつＦ＿ＰＤＥＣ＝０のときには、第２制御入力Ｕｄｓｍが制御入力Ｕｐｆとして選択される。
【００８８】
次に、図５を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される燃料圧制御処理について説明する。本処理は、前述した制御入力Ｕｐｆを算出するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【００８９】
まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、ＲＡＭに記憶されている燃料圧Ｐｆの値を読み込む。すなわち、燃料圧Ｐｆの値をサンプリングする。なお、この燃料圧Ｐｆの値は、図示しない燃料噴射制御処理において、燃料圧センサ２０の検出信号値の移動平均演算により算出される。
【００９０】
次いで、ステップ２に進み、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・ＳＷ２３の出力信号に応じて、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。
【００９１】
ステップ２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３に進み、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを所定の始動時用値Ｐｆ＿ｓｔに設定する。この所定の始動時用値Ｐｆ＿ｓｔは、エンジン始動時間の短縮化と、エンジン始動に適した燃料噴霧とをバランス良く確保できる値（例えば２ＭＰａ）に設定されている。
【００９２】
次に、ステップ４に進み、燃料圧と目標燃料圧との偏差の絶対値｜Ｐｆ−Ｐｆ＿ｃｍｄ｜が所定の判定値ε（例えば２ＭＰａ）より小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、燃料噴射を適切に実行可能な燃料圧Ｐｆが確保されていることを表すために、ステップ５で、燃料圧確保フラグＦ＿Ｐｆ＿ＯＫを「１」に設定する。
【００９３】
一方、ステップ４の判別結果がＮＯのときには、ステップ６で、燃料圧確保フラグＦ＿Ｐｆ＿ＯＫを「０」に設定する。なお、Ｆ＿Ｐｆ＿ＯＫ＝０のときには、燃料噴射制御処理および点火時期制御処理において、燃料噴射弁９による燃料噴射および点火プラグによる点火がそれぞれ停止される。
【００９４】
ステップ５または６に続くステップ７では、後述するように、制御入力Ｕｐｆを算出する。その後、本処理を終了する。
【００９５】
一方、前述したステップ２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８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。この所定値ＡＰＲＥＦは、アクセルペダルが踏まれていないことを判別するためのものであり、アクセルペダルが踏まれていないことを判別可能な値（例えば１゜）に設定されている。
【００９６】
ステップ８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９に進み、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔ（例えば３０ｓｅｃ）より小さいか否かを判別する。この触媒暖機タイマは、触媒暖機制御処理の実行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。また、触媒暖機制御は、エンジン３の排気管に設けられた触媒装置内の触媒（いずれも図示せず）をエンジン始動後に急速に活性化させるための処理である。
【００９７】
ステップ９の判別結果がＹＥＳ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１０に進み、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを所定の触媒暖機制御用値Ｐｆ＿ａｓｔに設定する。この所定の触媒暖機制御用値Ｐｆ＿ａｓｔは、触媒暖機制御において点火時期リタード制御の実行中、安定した燃焼状態を確保できるような燃料圧Ｐｆの値（例えば２０ＭＰａ）に設定されている。
【００９８】
次いで、前述したステップ７で、制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【００９９】
一方、ステップ８またはステップ９の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン始動制御中でない場合において、アクセルペダルが踏まれているとき、またはＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるときには、ステップ１１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６に示すマップを検索することにより、通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐ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の所定値を示している。
【０１００】
このマップでは、通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐ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、より高い燃料圧Ｐｆが要求されることによる。
【０１０１】
ステップ１１に続くステップ１２では、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを上記通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐに設定する。次いで、前述したステップ７で、制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【０１０２】
次に、図７を参照しながら、前述したステップ７の制御入力Ｕｐｆの算出処理について説明する。この処理では、まず、ステップ２０で、第１制御入力Ｒｓｌｄを、前述した式（１）〜（６），（８）〜（１０）により算出する。
【０１０３】
次いで、ステップ２１に進み、Ｆ／Ｃ運転フラグＦ＿ＦＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、Ｆ／Ｃ運転の実行条件が成立しているときには、ステップ２２に進み、振幅設定値ＤＵＤをＦ／Ｃ運転用値ＤＵＤＨに設定する。次いで、ステップ２３で、制御領域が制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍを選択すべき領域にあることを表すために、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「１」に設定する。
【０１０４】
一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２４に進み、減圧制御フラグＦ＿ＰＤＥＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、減圧制御の実行条件が成立しているときには、ステップ２５に進み、振幅設定値ＤＵＤを減圧制御用値ＤＵＤＬに設定する。次いで、前述したステップ２３で、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「１」に設定する。
【０１０５】
一方、ステップ２４の判別結果がＮＯで、Ｆ／Ｃ運転および減圧制御の実行条件がいずれも不成立であるときには、ステップ２６に進み、振幅設定値ＤＵＤを通常制御用値ＤＵＤＭに設定する。次いで、ステップ２７で、制御領域が制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを選択すべき領域にあることを表すために、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭを「０」に設定する。
【０１０６】
ステップ２３または２７に続くステップ２８では、前述した式（１１）〜（１５）により、中心値Ｕｃｅｎｔを算出する。次いで、ステップ２９に進み、前述した式（１６）〜（２２）により、大偏差成分値ＵＨおよび小偏差成分値ＵＬを算出する。
【０１０７】
次に、ステップ３０で、前述した式（２６）により、偏差δｄを算出する。その後、ステップ３１で、前述した式（２７）により、積分値σｄを算出する。
【０１０８】
次いで、ステップ３２で、ステップ３０で算出した積分値σｄが値０以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３３で、変調値ＵＬｄｓｍをＤＵＤに設定する。一方、この判別結果がＮＯのときには、ステップ３４で、変調値ＵＬｄｓｍを−ＤＵＤに設定する。
【０１０９】
ステップ３３または３４に続くステップ３５では、第２制御入力Ｕｄｓｍを、以上のように算出した変調値ＵＬｄｓｍと大偏差成分値ＵＨと中心値Ｕｃｅｎｔとの和に設定する。
【０１１０】
次いで、ステップ３６に進み、第２制御入力選択フラグＦ＿ＤＳＭが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３７に進み、制御入力Ｕｐｆを第２制御入力Ｕｄｓｍに設定する。一方、この判別結果がＮＯのときには、ステップ３８に進み、制御入力Ｕｐｆを第１制御入力Ｒｓｌｄに設定する。以上のように制御入力Ｕｐｆを算出した後、本処理を終了する。
【０１１１】
次に、図８〜１０を参照しながら、以上のように構成された本実施形態の制御装置１による燃料圧Ｐｆの制御結果について説明する。図８は、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを一定に保持している状態で、本実施形態の制御装置１により減圧制御を実行したときの制御結果を示しており、図９は、減圧制御を実行する際、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いたときの比較例の制御結果を示している。
【０１１２】
まず、図９を参照すると明らかなように、比較例の制御結果では、減圧制御の開始直後（時刻ｔ２以降）、燃料供給装置１０の非線形特性の影響を受け、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して大きくアンダーシュートし、両者の乖離度合が一時的に急増していることが判る。これに対して、図８の本実施形態の制御結果では、減圧制御の開始直後（時刻ｔ１以降）、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して若干、アンダーシュートするものの、両者の乖離度合が小さい状態に抑制されており、制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍを用いることによって、燃料供給装置１０の非線形特性が適切に補償され、高レベルの制御の分解能を確保できていることが判る。
【０１１３】
また、図１０は、Ｆ／Ｃ運転中、目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄを一定に保持している状態で燃料圧制御を実行した際、時刻ｔ４において、制御入力Ｕｐｆを、第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えたときの制御結果例を示している。
【０１１４】
同図を参照すると明らかなように、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いた間（時刻ｔ３〜ｔ４）は、減圧制御と昇圧制御とが交互に繰り返し実行されているとともに、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに適切に収束しないことが判る。これは、以下の理由による。まず、第１の理由としては、Ｆ／Ｃ運転中の減圧制御の際には、前述した燃料供給装置１０の構造的な特性に起因して、減圧開始時、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対して一時的に大きなアンダーシュートを生じてしまうためである。
【０１１５】
また、第２の理由としては、昇圧制御の際には、高圧ポンプ１７がクランクシャフトに連結されていることにより、エンジン３の運転中、昇圧動作が常に実行されるとともに、高圧ポンプが容積式のものであることにより、昇圧された燃料のデリバリパイプ１３側への吐出動作が間欠的に実行されるためである。以上の２つの理由により、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄを用いた場合には、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束することなく、減圧制御と昇圧制御とが交互に繰り返し実行されてしまう。
【０１１６】
一方、制御入力Ｕｐｆを第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えた以降（時刻ｔ４以降）は、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄにほぼ収束した状態に制御されており、燃料供給装置１０の非線形特性が適切に補償され、燃料圧制御における高レベルの分解能を確保できていることが判る。
【０１１７】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、２自由度応答指定型制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により、第１制御入力Ｒｓｌｄが算出され、この第１制御入力Ｒｓｌｄを、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］で変調することにより、第２制御入力Ｕｄｓｍが算出される。そして、エンジン３のＦ／Ｃ運転中において燃料圧Ｐｆを制御するとき、または燃料供給運転中において燃料圧Ｐｆを減少側に制御するときには、制御入力Ｕｐｆとして第２制御入力Ｕｄｓｍが選択され、エンジン３の燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側以外に制御するときには、制御入力Ｕｐｆとして第１制御入力Ｒｓｌｄが選択される。
【０１１８】
この場合、第１制御入力Ｒｓｌｄは、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目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムより算出されるので、この第１制御入力Ｒｓｌｄを用いることで、目標値フィルタアルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束速度を適切な値に設定できるとともに、これとは別個に、応答指定型制御アルゴリズムにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束挙動を適切な状態に設定することができる。すなわち、第１制御入力Ｒｓｌｄの算出において、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束挙動および収束速度を互いに独立した状態でかつ適切なものに設定できるので、そのように算出された第１制御入力Ｒｓｌｄを用いることにより、燃料供給装置１０がほとんど非線形特性を示さない制御領域であれば、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できる。
【０１１９】
したがって、そのような制御領域で燃料圧Ｐｆを制御する場合に相当する、エンジン３の燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側以外に制御する場合において、第１制御入力Ｒｓｌｄが制御入力Ｕｐｆとして選択されることにより、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できる。これに加えて、制御入力Ｕｐｆに対する燃料圧Ｐｆの感度が低下する条件下において、燃料供給装置１０がほとんど非線形特性を示さない制御領域で、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合に発生するおそれがある、制御入力Ｕｐｆの振幅が燃料圧Ｐｆにノイズ的に反映される状態を回避しながら、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させることができる。その結果、燃料供給装置１０が非線形特性をほとんど示さない制御領域において、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合と比べて、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【０１２０】
一方、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域で、燃料圧Ｐｆを制御する場合、すなわち、エンジン３のＦ／Ｃ運転中に燃料圧Ｐｆを制御する場合、または燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側に制御する場合には、第２制御入力Ｕｄｓｍが制御入力Ｕｐｆとして選択される。この第２制御入力Ｕｄｓｍは、前述したように、第１制御入力Ｒｓｌｄの前述した優れた制御上の特性、すなわち燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの追従速度および追従挙動をいずれも高レベル状態に維持できるという特性を備えると同時に、燃料供給装置１０の非線形特性を補償できる値として算出されるので、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域で、第２制御入力Ｕｄｓｍを制御入力Ｕｐｆとして選択することにより、燃料供給装置１０の強い非線形特性を補償しながら、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに収束させるように制御することができる。その結果、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域において、第１制御入力Ｒｓｌｄを制御入力Ｕｐｆとして選択した場合と比べて、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。これに加えて、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動が大きく、制御の速応性が要求される状況では、第２制御入力Ｕｄｓｍに含まれる大偏差成分値ＵＨにより、そのような速応性を確保できる。
【０１２１】
以上のように、燃料供給装置１０が一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域、および非線形特性を示さない制御領域のいずれにおいても、燃料圧制御の分解能および制御精度を向上させることができる。
【０１２２】
また、第２制御入力Ｕｄｓｍの中心値Ｕｃｅｎｔが、第１制御入力Ｒｓｌｄのマクロ的な変化に追従するような値として算出されるので、変調された制御入力の振幅の中心値が変化しない従来の場合と比べて、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅をより小さい値に設定することができる。その結果、第１制御入力Ｒｓｌｄの変動幅が大きいときでも、高レベルの制御の分解能および制御精度を確保することができる。これに加えて、中心値Ｕｃｅｎｔは、その変化分Ｄｕｃｅｎｔが、−ＥＰＳ＜Ｅｕｃ＜ＥＰＳのときには、偏差Ｅｕｃに、０＜Ｋｅｕ≪１が成立する更新ゲインＫｅｕを乗算した値として算出されるので、第１制御入力Ｒｓｌｄが急変したときでも、これに緩やかに追従する値として算出される。その結果、減圧開始時、燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートするのをより効果的に抑制することができる。
【０１２３】
さらに、第２制御入力Ｕｄｓｍの振幅を設定する振幅設定値ＤＵＤは、エンジン３のＦ／Ｃ運転中に燃料圧Ｐｆを制御する場合、燃料供給運転中に燃料圧Ｐｆを減少側に制御する場合よりも大きな値ＤＵＤＨに設定されるので、変調値ＵＬｄｓｍの振幅が、燃料噴射運転中での減圧制御のときよりも大きな値に設定される。それにより、燃料圧制御の分解能をより高めることができ、燃料噴射再開後の燃料噴射制御を精度良く実行することができる。その結果、空燃比の制御精度を向上させることができる。
【０１２４】
また、変調値ＵＬｄｓｍの算出アルゴリズムとして、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムを用いているので、ΔΣ変調アルゴリズムの特性により、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなる。その結果、第２制御入力Ｕｄｓｍとして、第１制御入力Ｒｓｌｄを反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調した値を用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１２５】
また、第１制御入力Ｒｓｌｄの算出アルゴリズムとして、外乱補償のために燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差の積分値を用いる制御アルゴリズムを用いた場合、燃料供給装置１０が外乱を受けた際、積分値による外乱補償作用により、燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差が、振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、燃料供給装置１０が受ける外乱を補償するための外乱推定値が、燃料圧Ｐｆおよび第１制御入力Ｒｓｌｄに基づき、推定アルゴリズムにより算出され、第１制御入力Ｒｓｌｄが、外乱推定値に基づき、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、燃料供給装置１０が外乱を受けた際、上述したような燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差の積分値を用いる場合と異なり、燃料圧Ｐｆと目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄとの偏差が振動的な揺り返し挙動を示したり、一時的に過大な状態になったりするのを回避しながら、外乱の影響を補償でき、それにより、燃料圧Ｐｆを目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに迅速に収束させることができる。
【０１２６】
なお、実施形態は、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するアルゴリズムとして、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１１）〜（３１）］を用いた例であるが、本願発明のアルゴリズムはこれに限らず、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するできるものであればよい。例えば、第１制御入力Ｒｓｌｄを変調するアルゴリズムとして、ＰＷＭ（Pulse wave Modulation）アルゴリズムや、ディザにより第１制御入力Ｒｓｌｄを変調するアルゴリズムを用いてもよい。
【０１２７】
また、実施形態の変調部６４および図７のステップ３０〜３４において、前述した式（２６）〜（３０）に代えて、下式（３２）〜（３７）に示すΣΔ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、変調値ＵＬｄｓｍを算出するように構成してもよい。
【０１２８】
【数９】
【０１２９】
以上のアルゴリズムにより変調値ＵＬｄｓｍを算出し、さらに、これを用いて前述した式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍを算出した場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された第２制御入力Ｕｄｓｍを用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１３０】
さらに、実施形態の変調部６４および図７のステップ３０〜３４において、前述した式（２６）〜（３０）に代えて、下式（３８）〜（４２）に示すΔ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムにより、第２制御入力Ｕｄｓｍを算出するように構成してもよい。
【０１３１】
【数１０】
【０１３２】
以上のアルゴリズムにより変調値ＵＬｄｓｍを算出し、さらに、これを用いて前述した式（３１）により第２制御入力Ｕｄｓｍを算出した場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、小偏差成分値ＵＬが値０に近づくほど、すなわち燃料圧Ｐｆが目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄに近い状況にあって、第１制御入力Ｒｓｌｄが変動しなくなるほど、第２制御入力Ｕｄｓｍの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された第２制御入力Ｕｄｓｍを用いる場合と比べて、燃料圧Ｐｆの目標燃料圧Ｐｆ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０１３３】
また、実施形態は、本願発明の制御装置を流体回路系またはプラントとしての燃料供給装置１０を制御するものに適用した例であるが、本願発明の制御装置はこれに限らず、一時的に極めて強い非線形特性を示す制御領域と非線形特性をほとんど示さない制御領域とが存在する様々な流体回路系またはプラントに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置およびこれを適用した燃料供給装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】電磁制御弁のスプール弁機構の動作状態を示す図である。
【図３】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ＤＳＭコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図５】燃料圧制御処理を示すフローチャートである。
【図６】通常運転用値Ｐｆ＿ｍａｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図７】制御入力Ｕｐｆの算出処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の制御装置により燃料圧の減圧制御を実行したときの制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図９】比較例の燃料圧の減圧制御の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図１０】フューエルカット運転中の燃料圧制御において、制御入力Ｕｐｆを、第１制御入力Ｒｓｌｄから第２制御入力Ｕｄｓｍに切り換えたときの制御結果例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標値設定手段、第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、制
御入力選択手段、中心値設定手段、振幅設定手段、外乱推定値算出手段）
３ 内燃機関
４ プラント
１０ 燃料供給装置（流体回路系、燃料供給系）
１２ 燃料供給路（昇圧側流路）
１４ 燃料戻し路（減圧側流路）
１５ａ 電磁アクチュエータ（アクチュエータ）
１５ｂ スプール弁機構（弁）
２０ 燃料圧センサ（制御量検出手段、流体圧検出手段）
３０ 目標燃料圧算出部（目標値設定手段）
４０ ２自由度応答指定型コントローラ（第１制御入力算出手段）
５０ 適応外乱オブザーバ（外乱推定値算出手段）
６０ ＤＳＭコントローラ（第２制御入力算出手段）
６１ 中心値算出部（中心値設定手段）
６３ 振幅設定値算出部（振幅設定手段）
８０ 制御入力選択部（制御入力選択手段）
Ｕｐｆ 制御入力
Ｐｆ 燃料圧（制御量、流体圧）
Ｐｆ＿ｃｍｄ 目標燃料圧（目標値）
Ｒｓｌｄ 第１制御入力
Ｕｄｓｍ 第２制御入力
Ｕｃｅｎｔ 中心値
ＤＵＤ 振幅設定値（第２制御入力の振幅を設定する値）
ｃ１ 外乱推定値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御入力によりプラントの制御量を制御する制御装置であって、
前記制御量を検出する制御量検出手段と、
前記制御量の目標となる目標値を設定する目標値設定手段と、
前記検出された制御量を前記設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力を、所定の制御アルゴリズムにより算出する第１制御入力算出手段と、
当該算出された第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力を算出する第２制御入力算出手段と、
前記プラントの状態に応じて、前記第１制御入力および前記第２制御入力の一方を前記制御入力として選択する制御入力選択手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第２制御入力算出手段は、
前記第２制御入力の振幅の中心となる中心値を、前記第１制御入力に応じて設定する中心値設定手段と、
前記第２制御入力の振幅を、前記第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定の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、所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであ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制御装置。
【請求項５】
前記プラントが受ける外乱を補償するための外乱推定値を、前記制御量および前記第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
前記第１制御入力算出手段は、当該算出された外乱推定値に応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記第１制御入力を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
流体圧が昇圧側流路および減圧側流路の開閉により増減する流体回路系において、当該流体圧を制御する制御装置であって、
前記昇圧側流路および前記減圧側流路を開閉する弁と、
当該弁を駆動するアクチュエータと、
前記流体圧を検出する流体圧検出手段と、
前記流体圧の目標となる目標値を設定する目標値設定手段と、
前記検出された流体圧を前記設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力を、所定の制御アルゴリズムにより算出する第１制御入力算出手段と、
当該算出された第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力を算出する第２制御入力算出手段と、
前記流体回路系の状態に応じて、前記第１制御入力および前記第２制御入力の一方を前記アクチュエータへの制御入力として選択する制御入力選択手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記第２制御入力算出手段は、
前記第２制御入力の振幅の中心となる中心値を、前記第１制御入力に応じて設定する中心値設定手段と、
前記第２制御入力の振幅を、前記第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記所定の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、所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項６または７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１０】
前記流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値を、前記流体圧および前記第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
前記第１制御入力算出手段は、当該算出された外乱推定値に基づき、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記第１制御入力を算出することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１１】
前記流体回路系は内燃機関に燃料を供給する燃料供給系であり、
前記流体圧は当該燃料供給系における燃料圧であり、
前記制御入力選択手段は、前記燃料圧を減少側に制御するときには、前記第２制御入力を前記制御入力として選択することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
前記流体回路系は内燃機関に燃料を供給する燃料供給系であり、
前記流体圧は当該燃料供給系における燃料圧であり、
前記制御入力選択手段は、前記燃料供給系から前記内燃機関への燃料供給が停止されているときには、前記第２制御入力を前記制御入力として選択することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１】
制御入力によりプラントの制御量を制御する制御装置であって、
前記制御量を検出する制御量検出手段と、
前記制御量の目標となる目標値を設定する目標値設定手段と、
前記検出された制御量を前記設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力を、所定の制御アルゴリズムにより算出する第１制御入力算出手段と、
当該算出された第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力を算出する第２制御入力算出手段と、
前記プラントの状態に応じて、前記第１制御入力および前記第２制御入力の一方を前記制御入力として選択する制御入力選択手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第２制御入力算出手段は、
前記第２制御入力の振幅の中心となる中心値を、前記第１制御入力に応じて設定する中心値設定手段と、
前記第２制御入力の振幅を、前記第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定の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、所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであ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制御装置。
【請求項５】
前記プラントが受ける外乱を補償するための外乱推定値を、前記制御量および前記第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
前記第１制御入力算出手段は、当該算出された外乱推定値に応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記第１制御入力を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
流体圧が昇圧側流路および減圧側流路の開閉により増減する流体回路系において、当該流体圧を制御する制御装置であって、
前記昇圧側流路および前記減圧側流路を開閉する弁と、
当該弁を駆動するアクチュエータと、
前記流体圧を検出する流体圧検出手段と、
前記流体圧の目標となる目標値を設定する目標値設定手段と、
前記検出された流体圧を前記設定された目標値に収束させるように制御するための第１制御入力を、所定の制御アルゴリズムにより算出する第１制御入力算出手段と、
当該算出された第１制御入力を所定の変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムで変調することにより、第２制御入力を算出する第２制御入力算出手段と、
前記流体回路系の状態に応じて、前記第１制御入力および前記第２制御入力の一方を前記アクチュエータへの制御入力として選択する制御入力選択手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記第２制御入力算出手段は、
前記第２制御入力の振幅の中心となる中心値を、前記第１制御入力に応じて設定する中心値設定手段と、
前記第２制御入力の振幅を、前記第１制御入力が示し得る最大値と最小値との幅よりも小さい値に設定する振幅設定手段と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記所定の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、所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項６または７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかであることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１０】
前記流体回路系が受ける外乱を補償するための外乱推定値を、前記流体圧および前記第１制御入力に基づき、所定の推定アルゴリズムにより算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
前記第１制御入力算出手段は、当該算出された外乱推定値に基づき、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記第１制御入力を算出することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１１】
前記流体回路系は内燃機関に燃料を供給する燃料供給系であり、
前記流体圧は当該燃料供給系における燃料圧であり、
前記制御入力選択手段は、前記燃料圧を減少側に制御するときには、前記第２制御入力を前記制御入力として選択することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
前記流体回路系は内燃機関に燃料を供給する燃料供給系であり、
前記流体圧は当該燃料供給系における燃料圧であり、
前記制御入力選択手段は、前記燃料供給系から前記内燃機関への燃料供給が停止されているときには、前記第２制御入力を前記制御入力として選択することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２９１７６４（Ｐ２００６−２９１７６４Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１０６８０（Ｐ２００５−１１０６８０）
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【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１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]