制御装置

【課題】離散時間系の制御対象モデルを用いて、所定の拘束条件が複数のモデルパラメータ間に存在する制御対象や、1次遅れなどの遅れ特性を有する制御対象を制御する場合において、制御精度および制御の安定性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】制御装置1は、ECU2を備える。ECU2は、2つのモデルパラメータα,1-αを含む制御対象モデルを整理し、モデルパラメータαが乗算されていない項および乗算されている項を制御対象モデルの左辺および右辺にそれぞれ振り分けるとともに、左辺を合成信号値W_actとし、右辺を推定合成信号値W_hatとしたときに、合成信号値と推定合成信号値との間の同定誤差eid'が最小となるように、モデルパラメータαの同定値αidをオンボードで算出し、この同定値αidと制御対象モデルから導出された制御アルゴリズム(式(34),(35))とを用いて、空燃比補正係数KAFを算出する。

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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の動特性を表す離散時間系の制御対象モデルを用いて、制御対象の制御量を制御する制御装置であって、
前記制御対象モデルは、所定の拘束条件を満たすように定義された複数のモデルパラメータを１組とする少なくとも１組のモデルパラメータをモデルパラメータとして含むとともに、当該所定の拘束条件は、当該複数のモデルパラメータのうちの１つの所定のモデルパラメータによって他のモデルパラメータが定義されるという条件であり、
当該制御対象モデルを整理し、前記所定のモデルパラメータを含む少なくとも１つのモデルパラメータが乗算されていない項および乗算されている項を前記制御対象モデルの左辺および右辺にそれぞれ振り分けるとともに、当該左辺を合成信号値とし、当該右辺を推定合成信号値としたときに、当該合成信号値と当該推定合成信号値との間の誤差が最小となるように、前記少なくとも１つのモデルパラメータをオンボードで同定する同定手段と、
当該同定された少なくとも１つのモデルパラメータと、前記制御対象モデルから導出された制御アルゴリズムとを用いて、前記制御量を制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御対象は、前記動特性として１次遅れ特性を有しており、
前記少なくとも１つのモデルパラメータは前記所定のモデルパラメータであり、
前記１次遅れ特性に対して影響を及ぼす参照パラメータを検出する参照パラメータ検出手段をさらに備え、
前記同定手段は、
前記検出された参照パラメータに応じて、当該参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
当該算出されたＭ個の重み関数値を前記誤差に乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いてＭ個の領域同定誤差を算出する領域同定誤差算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差がそれぞれ最小となるように、Ｍ個の修正値を算出する修正値算出手段と、
当該Ｍ個の修正値に前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｍ個の第２乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値の総和を用いて、前記所定のモデルパラメータの同定値をオンボードで算出する同定値算出手段と、
を有し、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合ってい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】
前記制御対象は、前記動特性として１次遅れ特性を有しており、
前記少なくとも１つのモデルパラメータは前記所定のモデルパラメータであり、
前記１次遅れ特性に対して影響を及ぼす第１参照パラメータを検出する第１参照パラメータ検出手段と、
前記１次遅れ特性に対して影響を及ぼす第２参照パラメータを検出する第２参照パラメータ検出手段と、
をさらに備え、
前記同定手段は、
前記検出された第１参照パラメータに応じて、前記所定のモデルパラメータの基準値として基準モデルパラメータを算出する基準モデルパラメータ算出手段と、
前記検出された第２参照パラメータに応じて、当該第２参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
当該算出されたＭ個の重み関数値を前記誤差に乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いてＭ個の領域同定誤差を算出する領域同定誤差算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差がそれぞれ最小となるように、Ｍ個の修正値を算出する修正値算出手段と、
当該Ｍ個の修正値に前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｍ個の第２乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値の総和を前記基準モデルパラメータに加算することにより、前記所定のモデルパラメータの同定値をオンボードで算出する同定値算出手段と、
を有し、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記第２参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御対象は、前記動特性として１次遅れ特性を有しており、
前記少なくとも１つのモデルパラメータは前記所定のモデルパラメータであり、
前記同定手段は、前記制御入力および前記制御量に応じて、同定ゲインを算出するとともに、当該算出された同定ゲインと前記誤差との積が最小となるように、前記所定のモデルパラメータを同定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５】
前記同定手段は、前記制御入力および前記制御量に応じて、同定ゲインを算出する同定ゲイン算出手段をさらに有し、
前記領域同定誤差算出手段は、当該算出された同定ゲインと前記Ｍ個の第１乗算値との積を、前記Ｍ個の領域同定誤差として算出することを特徴とする請求項２または３に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御対象は、前記動特性として２次以上の遅れ特性を有しており、
前記少なくとも１つのモデルパラメータはＮ（Ｎは２以上の整数）個のモデルパラメータであり、
当該遅れ特性に対して影響を及ぼす参照パラメータを検出する参照パラメータ検出手段をさらに備え、
前記同定手段は、
前記検出された参照パラメータに応じて、当該参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
当該算出されたＭ個の重み関数値を前記誤差に乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いて、Ｎ個の領域同定誤差を要素とする、Ｍ個の領域同定誤差ベクトルを算出する領域同定誤差ベクトル算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差ベクトルがそれぞれ最小となるように、Ｎ個の修正値を要素とする、Ｍ個の修正値ベクトルを算出する修正値ベクトル算出手段と、
当該Ｍ個の修正値ベクトルに前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｎ個の第２乗算値を要素とする、Ｍ個の第２乗算値ベクトルを算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値ベクトルの総和を用いて、前記Ｎ個のモデルパラメータを要素とするモデルパラメータベクトルをオンボードで同定するモデルパラメータベクトル同定手段と、
を有し、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御対象は、前記動特性として２次以上の遅れ特性を有しており、
前記少なくとも１つのモデルパラメータはＮ（Ｎは２以上の整数）個のモデルパラメータであり、
当該遅れ特性に対して影響を及ぼす第１参照パラメータを検出する第１参照パラメータ検出手段と、
前記遅れ特性に対して影響を及ぼす第２参照パラメータを検出する第２参照パラメータ検出手段と、
をさらに備え、
前記同定手段は、
前記検出された第１参照パラメータに応じて、前記Ｎ個のモデルパラメータの基準値であるＮ個の基準モデルパラメータを要素とする基準モデルパラメータベクトルを算出する基準モデルパラメータベクトル算出手段と、
前記検出された第２参照パラメータに応じて、当該第２参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
当該算出されたＭ個の重み関数値を前記誤差に乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いて、Ｎ個の領域同定誤差を要素とする、Ｍ個の領域同定誤差ベクトルを算出する領域同定誤差ベクトル算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差ベクトルがそれぞれ最小となるように、Ｎ個の修正値を要素とする、Ｍ個の修正値ベクトルを算出する修正値ベクトル算出手段と、
当該Ｍ個の修正値ベクトルに前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｎ個の第２乗算値を要素とする、Ｍ個の第２乗算値ベクトルを算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値ベクトルの総和を前記基準モデルパラメータベクトルに加算することにより、前記Ｎ個のモデルパラメータを要素とするモデルパラメータベクトルをオンボードで同定するモデルパラメータベクトル同定手段と、
を有し、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記第２参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記同定手段は、前記制御入力および前記制御量に応じて、Ｎ個の同定ゲインを要素とする同定ゲインベクトルを算出する同定ゲインベクトル算出手段をさらに有し、
前記領域同定誤差ベクトル算出手段は、当該算出された同定ゲインベクトルと前記Ｍ個の第１乗算値との積を、前記Ｍ個の領域同定誤差ベクトルとして算出す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】
前記制御入力算出手段は、所定の周波数特性が得られるように設定された感度関数、相補感度関数および伝達関数のいずれかと、前記制御対象モデルとに基づいて導出された制御アルゴリズムを用いて、前記制御入力を算出することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１０】
１次以上の遅れ特性を有する制御対象の制御量を、制御入力によって制御する制御装置であって、
前記遅れ特性に対して影響を及ぼす参照パラメータを検出する参照パラメータ検出手段と、
当該検出された参照パラメータに応じて、当該参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
前記制御量の推定値である推定制御量を、前記制御対象の前記制御量と前記制御入力の関係を定義した離散時間系の制御対象モデルを用いて算出する推定制御量算出手段と、
当該算出された推定制御量と前記制御量との間の誤差を算出する誤差算出手段と、
当該算出された誤差に前記算出されたＭ個の重み関数値を乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いてＭ個の領域同定誤差を算出する領域同定誤差算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差がそれぞれ最小となるように、Ｍ個の修正値を算出する修正値算出手段と、
当該算出されたＭ個の修正値に前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｍ個の第２乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値の総和を用いて、前記制御対象モデルのモデルパラメータをオンボードで同定する同定手段と、
当該同定されたモデルパラメータと、前記制御対象モデルに基づいて導出された制御アルゴリズムとを用いて、前記制御入力を算出する制御入力算出手段と、
を備え、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合っていることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
前記制御対象モデルは、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のモデルパラメータを含んでおり、
前記領域同定誤差算出手段は、前記Ｍ個の領域同定誤差として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の領域同定誤差ベクトルを算出し、
前記修正値算出手段は、前記Ｍ個の修正値として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の修正値ベクトルを算出し、
前記同定手段は、前記Ｍ個の修正値ベクトルに前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、前記Ｍ個の第２乗算値として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の第２乗算値ベクトルを算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値ベクトルの総和を用いて、前記Ｎ個の前記モデルパラメータを要素とするモデルパラメータベクトルをオンボードで同定し、
前記制御入力算出手段は、当該同定されたモデルパラメータベクトルと、前記制御アルゴリズムとを用いて前記制御入力を算出することを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
１次以上の遅れ特性を有する制御対象の制御量を、制御入力によって制御する制御装置であって、
当該遅れ特性に対して影響を及ぼす第１参照パラメータを検出する第１参照パラメータ検出手段と、
前記遅れ特性に対して影響を及ぼす第２参照パラメータを検出する第２参照パラメータ検出手段と、
前記検出された第１参照パラメータに応じて、前記制御対象モデルのモデルパラメータの基準値として基準モデルパラメータを算出する基準モデルパラメータ算出手段と、
前記検出された第２参照パラメータに応じて、当該第２参照パラメータに対応するＭ（Ｍは２以上の整数）個の重み関数値をそれぞれ算出する重み関数値算出手段と、
前記制御量の推定値である推定制御量を、前記制御対象の前記制御量と前記制御入力の関係を定義した離散時間系の制御対象モデルを用いて算出する推定制御量算出手段と、
当該算出された推定制御量と前記制御量との間の誤差を算出する誤差算出手段と、
当該算出された誤差に前記算出されたＭ個の重み関数値を乗算することにより、Ｍ個の第１乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第１乗算値を用いてＭ個の領域同定誤差を算出する領域同定誤差算出手段と、
当該算出されたＭ個の領域同定誤差がそれぞれ最小となるように、Ｍ個の修正値を算出する修正値算出手段と、
前記算出されたＭ個の修正値に前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、Ｍ個の第２乗算値を算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値の総和を前記算出された基準モデルパラメータに加算することにより、前記モデルパラメータをオンボードで同定する同定手段と、
当該同定されたモデルパラメータと、前記制御対象モデルに基づいて導出された制御アルゴリズムとを用いて、前記制御入力を算出する制御入力算出手段と、
を備え、
前記Ｍ個の重み関数値は、前記第１参照パラメータのＭ個の領域にそれぞれ対応し、当該対応する領域において値０以外の値に設定され、かつ当該対応する領域以外において値０に設定されているとともに、当該Ｍ個の領域は隣り合う領域が互いに重なり合っていることを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
前記制御対象モデルは、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のモデルパラメータを含んでおり、
前記基準モデルパラメータ算出手段は、前記Ｎ個のモデルパラメータの基準値であるＮ個の基準モデルパラメータを要素とする基準モデルパラメータベクトルを算出し、
前記領域同定誤差算出手段は、前記Ｍ個の領域同定誤差として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の領域同定誤差ベクトルを算出し、
前記修正値算出手段は、前記Ｍ個の修正値として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の修正値ベクトルを算出し、
前記同定手段は、前記Ｍ個の修正値ベクトルに前記Ｍ個の重み関数値をそれぞれ乗算することにより、前記Ｍ個の第２乗算値として、Ｎ個の値を要素とする、Ｍ個の第２乗算値ベクトルを算出するとともに、当該Ｍ個の第２乗算値ベクトルの総和を前記基準モデルパラメータベクトルに加算することにより、前記Ｎ個のモデルパラメータを要素とするモデルパラメータベクトルをオンボードで同定し、
前記制御入力算出手段は、当該同定されたモデルパラメータベクトルと、前記制御アルゴリズムとを用いて前記制御入力を算出することを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記Ｎ個の基準モデルパラメータは、所定の拘束条件を満たすように定義された複数の基準モデルパラメータを含み、当該複数の基準モデルパラメータの１つは、前記第１参照パラメータに応じて算出されることを特徴とする請求項１３に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記制御入力および前記制御量に応じて、同定ゲインを算出する同定ゲイン算出手段をさらに備え、
前記領域同定誤差算出手段は、当該算出された同定ゲインと前記Ｍ個の第１乗算値との積を、前記Ｍ個の領域同定誤差として算出することを特徴とする請求項１０または１２に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記制御入力および前記制御量に応じて、Ｎ個の同定ゲインを要素とする同定ゲインベクトルを算出する同定ゲインベクトル算出手段をさらに備え、
前記領域同定誤差算出手段は、当該算出された同定ゲインベクトルと前記Ｍ個の第１乗算値との積を、Ｍ個の領域同定誤差ベクトルとして算出することを特徴とする請求項１１または１３に記載の制御装置。
【請求項１７】
１次以上の遅れ特性を有する制御対象の制御量を、制御入力によって制御する制御装置であって、
前記遅れ特性に対して影響を及ぼす参照パラメータを検出する参照パラメータ検出手段と、
当該検出された参照パラメータに応じて、前記制御対象の動特性を表す離散時間系の制御対象モデルにおけるＮ（Ｎは２以上の整数）個のモデルパラメータの基準値として、Ｎ個の基準モデルパラメータを算出する基準モデルパラメータ算出手段と、
前記制御量の推定値である推定制御量を、前記制御対象モデルを用いて算出する推定制御量算出手段と、
当該算出された推定制御量と前記制御量との間の誤差を算出する誤差算出手段と、
当該算出された誤差が最小となるように、前記Ｎ個の基準モデルパラメータにそれぞれ対応するＮ個の修正値を算出する修正値算出手段と、
当該算出されたＮ個の修正値を前記Ｎ個の基準モデルパラメータにそれぞれ加算することにより、前記Ｎ個のモデルパラメータをオンボードで同定する同定手段と、
当該同定されたＮ個のモデルパラメータと、前記制御対象モデルに基づいて導出された制御アルゴリズムとを用いて、前記制御量を制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段と、
を備え、
前記基準モデルパラメータ算出手段は、前記Ｎ個の基準モデルパラメータの１つを、前記検出された参照パラメータに応じて算出するとともに、当該１つの基準モデルパラメータ以外の基準モデルパラメータを、当該１つの基準モデルパラメータとの間において所定の拘束条件が成立するように算出することを特徴とする制御装置。
【請求項１８】
前記制御アルゴリズムは、前記制御対象モデルに加えて、所定の周波数特性が得られるように設定された感度関数、相補感度関数および伝達関数のいずれかに基づいて導出されることを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１９】
前記制御量は、内燃機関の混合気の空燃比を表す値であり、前記制御入力は、当該内燃機関の燃料量を補正する補正係数であることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項２０】
前記制御量は、自動変速機の伝達トルク調整機構におけ出力回転数を表す値であり、前記制御入力は当該伝達トルク調整機構のアクチュエータへの入力であることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の制御装置。

【図１】