JP3304845B2

JP3304845B2 - プラントの制御装置

Info

Publication number: JP3304845B2
Application number: JP24751997A
Authority: JP
Inventors: 裕司安井; 祐介長谷川; 喜久岩城; 修介赤崎; 浩北川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: DE69813700D1; JPH1173206A; EP0899638A3; EP0899638B1; EP0899638A2; US6026793A; DE69813700T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、適応制御理論を応
用したフィードバック制御により、プラントを制御する
プラントの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】適応パラメータ調整機構により、適応パ
ラメータを算出し、この適応パラメータを用いる適応制
御器によって、内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置は、
従来より知られている（例えば特開平８−２４０１４３
号公報）。この装置では、内燃機関排気系に設けられた
空燃比センサによる検出空燃比が適応制御器に入力さ
れ、検出空燃比が目標空燃比に一致するように燃料供給
量が決定される。すなわち、この装置では、内燃機関が
制御対象であるプラントであり、機関への燃料供給量及
び目標空燃比がプラントの操作量及び目標値に相当す
る。

【０００３】上記公報に記載された装置では、適応パラ
メータ調整機構において適応パラメータの算出に使用す
る同定誤差信号（適応パラメータ値の最適値からのずれ
量を示す信号）が、所定上下限値の範囲内となるように
リミット処理を行うことにより、適応制御の安定化を図
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同定誤
差信号の値が所定上下限値の範囲内にあっても、適応パ
ラメータベクトルθハット（ｋ）の算出は、前記公報の
数式８に示されるように前回値θハット（ｋ−１）に同
定誤差信号ｅアスタリスクに所定のゲインを乗じた値を
加算することにより行われるため、適応パラメータベク
トルθハットに同定誤差信号ｅアスタリスクが積算され
て蓄積される。したがって、上記従来の装置では、制御
対象たる内燃機関の運転状態が安定した定常状態におい
て適応制御を継続した場合、適応パラメータベクトルθ
ハットがドリフトする（数値が最適値から徐々にずれ
る）ことを避けることができなかった。

【０００５】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、定常的な状態で適応制御を継続して実行した場合
において適応パラメータの値が時間経過に伴って最適値
から徐々にずれること（ドリフト）を防止し、安定した
適応制御を継続す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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、プラントの出力を検出する検
出手段と、該検出手段の出力が目標値と一致するように
前記プラントへの操作量を制御する適応制御器と、該適
応制御器で用いる適応パラメータベクトルを調整する適
応パラメータベクトル調整手段とを備えるプラントの制
御装置において、前記適応パラメータベクトル調整手段
は、前記適応パラメータベクトルの初期値に、前記適応
パラメータベクトルの更新成分を加算する形式で構成さ
れ、前記適応パラメータベクトルを更新するときは、前
記適応パラメータベクトルのドリフトを防止するため
に、前記更新成分の過去値の少なくとも一部の要素に、
０より大きく且つ１より小さい所定の係数を乗算するこ
とを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、適応パラメータベクト
ルを更新するときは、適応パラメータベクトルのドリフ
トを防止するために、更新成分の過去値の少なくとも一
部の要素に、０より大きく且つ１より小さい所定の係数
を乗算するので、定常状態で適応パラメータベクトルの
初期値に更新成分を加算する演算を繰り返しても、適応
パラメータの値がドリフトすることがなく、安定した適
応制御を継続することができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記適応パラメータベクトル調整手段
は、前記初期値にも前記所定の係数を乗算することを特
徴とする。

【０００９】この構成によれば、適応制御の継続時間が
長くなると、適応パラメータベクトルの初期値の影響が
なくなるので、初期値をどのように設定しても制御の安
定性を確保することができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記適応パラメータベクトル
調整手段は、前記操作量を決定する場合に除算項として
適用される、前記適応パラメータベクトルの要素に対し
ては、前記所定の係数が乗算されないようにすることを
特徴とする。

【００１１】この構成によれば、前記操作量を決定する
場合に除算項として適用される、適応パラメータベクト
ルの要素に対しては、前記所定の係数が乗算されないの
で、除算項がゼロとなって操作量が発散するような事態
を回避することができるとともに、適応制御の定常偏差
をゼロとすることができる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかに記載の発明において、前記プラントは内燃
機関であり、前記検出手段は、前記内燃機関の排気系に
設けられた空燃比検出手段であり、前記目標値は前記内
燃機関に供給する混合気の目標空燃比であり、前記操作
量は前記内燃機関に供給する燃料量であることを特徴と
する。

【００１３】この構成によれば、内燃機関の排気系に設
けられた空燃比検出手段の出力が目標空燃比となるよう
に適応制御器により燃料供給量が制御されるので、内燃
機関の定常運転状態で適応パラメータベクトルの初期値
に更新成分を加算する演算を繰り返しても、適応パラメ
ータの値がドリフトすることがなく、安定した燃料供給
量制御を継続することができる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、前記操作量は、前記内燃機関の吸入空
気量に対応した基本燃料量の補正係数として算出される
ことを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、内燃機関の吸入空気量
に対応した基本燃料量の補正係数が、適応制御器により
算出され、空燃比の制御が行われる。その結果、燃料供
給量操作量として直接算出する場合に比べて、操作量の
変化範囲が狭くなり、制御をより安定化することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１７】（第１の実施形態）図１は、本発明のプラ
ントの制御装置を、内燃機関（以下「エンジン」とい
う）の空燃比制御装置として構成した場合の例を示す図
である。すなわち図１には、エンジンをプラントとし、
そのエンジンに供給する混合気の空燃比（燃料供給量）
を操作量とするプラントの制御装置の構成が示されてい
る。

【００１８】図１において、１は４気筒のエンジンであ
る。エンジン１の吸気管２は分岐部（吸気マニホルド）
１１を介してエンジン１の各気筒の燃焼室に連通する。
吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。ス
ロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４
が連結されており、スロットル弁開度θＴＨ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「Ｅ
ＣＵ」という）５に供給する。吸気管２には、スロット
ル弁３をバイパスする補助空気通路６が設けられてお
り、該通路６の途中には補助空気量制御弁７が配されて
いる。補助空気量制御弁７は、ＥＣＵ５に接続されてお
り、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御される。

【００１９】吸気管２のスロットル弁３の上流側には吸
気温（ＴＡ）センサ８が装着されており、その検出信号
がＥＣＵ５に供給される。吸気管２のスロットル弁３と
吸気マニホルド１１の間には、チャンバ９が設けられて
おり、チャンバ９には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
１０が取り付けられている。ＰＢＡセンサ１０の検出信
号はＥＣＵ５に供給される。

【００２０】エンジン１の本体にはエンジン水温（Ｔ
Ｗ）センサ１３が装着されており、その検出信号がＥＣ
Ｕ５に供給される。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１４が接続されており、クランク軸の回転角度
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１４は、エンジン１の特定の気筒の所定クラン
ク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」と
いう）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開
始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のク
ランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８
０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及
びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例え
ば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」
という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号
パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣ
Ｕ５に供給される。これらの信号パルスは、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ＮＥの検出に使用される。

【００２１】吸気マニホルド１１の吸気弁の少し上流側
には、各気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられており、各
噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているととも
にＥＣＵ５に電気的に接続されて、ＥＣＵ５からの信号
により燃料噴射時期及び燃料噴射時間（開弁時間）が制
御される。エンジン１の点火プラグ（図示せず）もＥＣ
Ｕ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時
期θＩＧが制御される。

【００２２】排気管１６は分岐部（排気マニホルド）１
５を介してエンジン１の燃焼室に接続されている。排気
管１６には分岐部１５が集合する部分の直ぐ下流側に、
空燃比検出手段としての広域空燃比センサ（以下「ＬＡ
Ｆセンサ」という）１７が設けられている。さらにＬＡ
Ｆセンサ１７の下流側には直下三元触媒１９及び床下三
元触媒２０が配されており、またこれらの三元触媒１９
及び２０の間には酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」
という）１８が装着されている。三元触媒１９、２０
は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の浄化を行う。

【００２３】ＬＡＦセンサ１７は、ローパスフィルタ２
２を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸
素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その
電気信号をＥＣＵ５に供給する。Ｏ２センサ１８は、そ
の出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル
となり、リーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ１８
は、ローパスフィルタ２３を介してＥＣＵ５に接続され
ており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。ローパ
スフィルタ２２、２３は、高周波ノイズ成分をカットす
るするために設けられたものであり、制御系の応答特性
に対する影響は無視しうる程度のものである。

【００２４】エンジン１は、吸気弁及び排気弁のうち少
なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速
回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領
域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能
なバルブタイミング切換機構６０を有する。このバルブ
タイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに
低速バルブタイミング選択時は２つの吸気弁のうちの一
方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する
場合においても安定した燃焼を確保するようにしてい
る。

【００２５】バルブタイミング切換機構６０は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ（図示せず）がＥ
ＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ
５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してバルブタイ
ミングの切換制御を行う。

【００２６】また、ＥＣＵ５には、大気圧を検出する大
気圧（ＰＡ）センサ２１が接続されており、その検出信
号がＥＣＵ５に供給される。

【００２７】ＥＣＵ５は、上述した各種センサからの入
力信号波形を整形して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化する等の機
能を有する入力回路と、中央処理回路（ＣＰＵ）と、該
ＣＰＵで実行される各種演算プログラムや後述する各種
マップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭから
なる記憶回路と、燃料噴射弁１２等の各種電磁弁や点火
プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。

【００２８】ＥＣＵ５は、上述の各種エンジン運転パラ
メータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１７及びＯ２セン
サ１８の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオ
ープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別
するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１に
より燃料噴射弁１２の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算し、
この演算結果に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する信号
を出力する。

【００２９】

【数１】ＴＯＵＴ＝ＴＩＭＦ×ＫＴＯＴＡＬ×ＫＣＭＤ
Ｍ×ＫＦＢ図２は上記数式１による燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出手
法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照
して本実施の形態における燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出
手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジ
ンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、
これは噴射される燃料量に対応するので、ＴＯＵＴを燃
料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。

【００３０】図２においてブロックＢ１は、吸入空気量
に対応した基本燃料量ＴＩＭＦを算出する。この基本燃
料量ＴＩＭＦは、基本的にはエンジン回転数ＮＥ及び吸
気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるが、スロットル
弁３からエンジン１の燃焼室に至る吸気系をモデル化
し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮
した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パ
ラメータとしてスロットル弁開度θＴＨ及び大気圧ＰＡ
をさらに用いる。

【００３１】ブロックＢ２〜Ｂ４は乗算ブロックであ
り、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。こ
れらのブロックにより、上記数式１の演算が行われ、燃
料噴射量ＴＯＵＴが得られる。

【００３２】ブロックＢ９は、エンジン水温ＴＷに応じ
て設定されるエンジン水温補正係数ＫＴＷ，排気還流実
行中に排気還流量に応じて設定されるＥＧＲ補正係数Ｋ
ＥＧＲ，蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ
燃料量に応じて設定されるパージ補正係数ＫＰＵＧ等の
フィードフォワード系補正係数をすべて乗算することに
より、補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出し、ブロックＢ２に
入力する。

【００３３】ブロックＢ２１は、エンジン回転数ＮＥ、
吸気管内絶対圧ＰＢＡ等に応じて目標空燃比係数ＫＣＭ
Ｄを決定し、ブロック２２に入力する。目標空燃比係数
ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／
Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目
標当量比ともいう。ブロックＢ２２は、ローパスフィル
タ２３を介して入力されるＯ２センサ出力ＶＭＯ２に基
づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ブロックＢ１
８、Ｂ２３及びＢ２４に入力する。ブロックＢ２３は、
ＫＣＭＤ値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比
係数ＫＣＭＤＭを算出し、ブロックＢ３に入力する。

【００３４】ブロックＢ１０は、ローパスフィルタ２２
を介して入力されるＬＡＦセンサ出力値を、ＣＲＫ信号
パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリ
ングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に
応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値
を選択し（ＬＡＦセンサ出力選択処理）、ブロックＢ１
７に入力する。このＬＡＦセンサ出力選択処理は、サン
プリングのタイミングによっては変化する空燃比を正確
に検出できないこと、燃焼室から排出される排気ガスが
ＬＡＦセンサ１７に到達するまでの時間やＬＡＦセンサ
自体の反応時間がエンジン運転状態によって変化するこ
とを考慮したものである。

【００３５】ブロックＢ１７は、ＬＡＦセンサ１７の検
出空燃比に基づいて適応制御器（Self Tuning Regulato
r）により適応補正係数ＫＳＴＲを算出してブロックＢ
１９に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数ＫＣ
ＭＤ（ＫＣＭＤＭ）を基本燃料量ＴＩＭＦに乗算するだ
けでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がな
まされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に
補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導
入したものである。ブロックＢ１９は、適応補正係数Ｋ
ＳＴＲを目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算することにより
フィードバック補正係数ＫＦＢを算出し、ブロックＢ４
に入力する。この除算処理は、適応補正係数ＫＳＴＲ
は、検出当量比ＫＡＣＴが目標空燃比係数ＫＣＭＤに一
致するように演算され、目標空燃比係数ＫＣＭＤに対応
する要素を含むので、基本燃料量ＴＩＭＦに対して、目
標空燃比係数ＫＣＭＤに対応する要素が重複して乗算さ
れないようにするために行われる。

【００３６】以上のように本実施の形態では、ＬＡＦセ
ンサ１７の出力に応じて、適応制御により算出した適応
補正係数ＫＳＴＲを、目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算し
たものをフィードバック補正係数ＫＦＢとして上記数式
１に適用し、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出している。適応
補正係数ＫＳＴＲにより、検出される空燃比変化に対す
る追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒
の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において
良好な排気ガス特性を得ることができる。

【００３７】本実施の形態では、上述した図２の各ブロ
ックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により
実現されるので、この処理のフローチャートを参照して
処理の内容を具体的に説明する。なお、以下の説明にお
いて添え字（ｋ）は、離散系におけるサンプリング時刻
に対応するものであり、（ｋ）、（ｋ−１）等がそれぞ
れ今回値、前回値等に対応する。ただし、今回値を示す
（ｋ）は特に必要のない限り省略している。

【００３８】図３は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて
適応補正係数ＫＳＴＲを算出する処理のフローチャート
である。本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行され
る。

【００３９】ステップＳ１では、始動モードか否か、す
なわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのと
きは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなけれ
ば、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ及び最終目
標空燃比係数ＫＣＭＤＭの算出（ステップＳ２）及びＬ
ＡＦセンサ出力の読み込みを行う（ステップＳ３）とと
もに検出当量比ＫＡＣＴの演算を行う（ステップＳ
４）。検出当量比ＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１７の出力
を当量比に変換したものである。

【００４０】次いでＬＡＦセンサ１７の活性化が完了し
たか否かの活性判別を行う（ステップＳ５）。これは、
例えばＬＡＦセンサ１７の出力電圧とその中心電圧との
差を所定値（例えば０．４Ｖ）と比較し、該差が所定値
より小さいとき活性化が完了したと判別するものであ
る。

【００４１】次にエンジン運転状態がＬＡＦセンサ１７
の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域
（以下「ＬＡＦフィードバック領域」という）にあるか
否かの判別を行う（ステップＳ６）。これは、例えばＬ
ＡＦセンサ１７の活性化が完了し、且つフュエルカット
中やスロットル全開運転中でないとき、ＬＡＦフィード
バック領域と判定するものである。この判別の結果、Ｌ
ＡＦフィードバック領域にないときはリセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に設定し、ＬＡＦフィード
バック領域にあるときは「０」とする。

【００４２】続くステップＳ７では、リセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝１のときは、ステップＳ８に進んで適応
補正係数ＫＳＴＲを「１．０」に設定して、本処理を終
了する。また、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０のときは、適
応補正係数ＫＳＴＲの演算を行って（ステップＳ９）、
本処理を終了する。

【００４３】図４は、図３のステップＳ６におけるＬＡ
Ｆフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。

【００４４】先ずステップＳ１２１では、ＬＡＦセンサ
１７が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあ
るときはフュエルカット中であることを「１」で示すフ
ラグＦＦＣが「１」か否かを判別し（ステップＳ１２
２）、ＦＦＣ＝０であるときは、スロットル弁全開中で
あることを「１」で示すフラグＦＷＯＴが「１」か否か
を判別し（ステップＳ１２３）、ＦＷＯＴ＝１でないと
きは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧
ＶＢＡＴが所定下限値ＶＢＬＯＷより低いか否かを判別
し（ステップＳ１２４）、ＶＢＡＴ≧ＶＢＬＯＷである
ときは、理論空燃比に対応するＬＡＦセンサ出力のずれ
（ＬＡＦセンサストイキずれ）があるか否かを判別す
る。そして、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５のいずれかの
答が肯定（ＹＥＳ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を停止すべき旨を「１」で示すＫ
ＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に
設定する（ステップＳ１３２）。

【００４５】一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の答が
すべて否定（ＮＯ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を実行可能と判定して、ＫＬＡＦ
リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「０」に設定す
る（ステップＳ１３１）。

【００４６】次に適応補正係数ＫＳＴＲ算出処理につい
て、図５を参照して説明する。

【００４７】図５は、図２のブロックＢ１７、すなわち
適応制御（ＳＴＲ（Self Tuning Regulator））ブロッ
クにおける演算処理を説明するための図であり、このＳ
ＴＲブロックは、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭ
Ｄ（ｋ）と検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）とが一致するよう
に適応補正係数ＫＳＴＲを設定する適応制御器としての
ＳＴＲコントローラと、該ＳＴＲコントローラで使用す
る適応パラメータを設定する適応パラメータ調整手段と
しての適応パラメータ調整機構とからなる。

【００４８】公知の適応制御の調整則の一つに、ランダ
ウらが提案したパラメータ調整則があり、本実施の形態
では、このランダウらの調整則を用いた。ランダウらの
調整則では、離散系の制御対象の伝達関数Ａ（Ｚ^-1）／
Ｂ（Ｚ^-1）の分母分子の多項式を数式２のようにおいた
とき、適応パラメータベクトルθハット（ｋ）及び適応
パラメータ調整機構への入力ζ（ｋ）は、数式３、４の
ように定められる。数式３、４では、ｍ＝１、ｎ＝１、
ｄ＝３の場合、即ち１次系で３制御サイクル分の無駄時
間を持つプラントを例にとった。ここでｋは時刻、より
具体的には制御サイクルを示す。また、数式４におい
て、ｕ（ｋ）及びｙ（ｋ）は、本実施形態では、それぞ
れ適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）及び検出当量比ＫＡＣＴ
（ｋ）に対応する。

【００４９】

【数２】

【００５０】

【数３】

【００５１】

【数４】ここで、適応パラメータベクトルθハット（ｋ）は、数
式５で表される。また、数式５中のΓ（ｋ）及びｅアス
タリスク（ｋ）は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信
号であり、数式６及び数式７のような漸化式で表され
る。

【００５２】

【数５】

【００５３】

【数６】

【００５４】

【数７】数式６中のλ１（ｋ）、λ２（ｋ）の選び方により、種
々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ１（ｋ）＝
１，λ２（ｋ）＝λ（０＜λ＜２）とすると漸減ゲイン
アルゴリズム（λ＝１の場合、最小自乗法）、λ１
（ｋ）＝λ１（０＜λ１＜１）、λ２（ｋ）＝λ２（０
＜λ２＜２）とすると、可変ゲインアルゴリズム（λ２
＝１の場合、重み付き最小自乗法）、λ１（ｋ）／λ２
（ｋ）＝αとおき、λ３が数式８のように表されると
き、λ１（ｋ）＝λ３とおくと固定トレースアルゴリズ
ムとなる。また、λ１（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝０のと
き固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式５か
ら明らかなように、Γ（ｋ）＝Γ（ｋ−１）となり、よ
ってΓ（ｋ）＝Γの固定値となる。

【００５５】また数式７のＤ（Ｚ^-1）は、漸近安定な多
項式であって収束性を決定するために設計者が任意に設
定できるものである。なお本実施の形態においては、
１．０に設定している。

【００５６】

【数８】数式８において、ｔｒΓ（０）は、行列Γ（０）のトレ
ース関数であり、具体的には、行列Γ（０）の対角成分
の和（スカラ量）である。

【００５７】ここで、図７にあっては、前記ＳＴＲコン
トローラと適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算
系の外におかれ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ＋ｄ）が目標
当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に適応的に一致するように動作し
て適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）を演算する。

【００５８】このように、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）
及び検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が適応パラメータ調整機
構に入力され、そこで適応パラメータベクトルθハット
（ｋ）が算出されてＳＴＲコントローラに入力される。
ＳＴＲコントローラには入力として目標当量比ＫＣＭＤ
（ｋ）が与えられ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ＋ｄ）が目
標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に一致するように漸化式を用い
て適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）が算出される。

【００５９】適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）は、具体的に
は数式９に示すように求められる。

【００６０】

【数９】この数式９（及び数式３、４の第２式）は、プラントと
してのエンジン１及びプラント出力の検出手段としての
ＬＡＦセンサ１７のむだ時間ｄを３制御サイクルとし
て、ＳＴＲコントローラを設計したときに得られるもの
であるが、エンジン１やＬＡＦセンサ１７の仕様変更に
より、むだ時間ｄが３制御サイクルより大きくなる場合
がある。例えばむだ時間ｄ＝５とした場合、適応パラメ
ータベクトルθハット（ｋ）及び適応パラメータ調整機
構の入力ベクトルζ（ｋ）は、数式１０、１１のように
なり、また適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）の演算式は数式
１２のようになる。

【００６１】

【数１０】

【００６２】

【数１１】

【００６３】

【数１２】したがって、適応補正係数ＫＳＴＲを算出するのに必要
な演算量が大幅に増加し、車両に搭載されたエンジン制
御用のＣＰＵで演算するのは実用的でないレベルとなっ
てしまう。そこで、本実施形態では、ＳＴＲコントロー
ラの構成は、図５に示すようにむだ時間ｄ＝３に対応し
たものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトルζ
のサンプリング時期（本明細書においては、演算に用い
る入力ベクトルζが演算される演算サイクルをサンプリ
ング時期と呼ぶものとする）を、実際のむだ時間ｄａｃ
ｔ（ｄａｃｔ＞ｄであって例えば５）に対応したものと
する手法（以下「低次元化ＳＴＲ」という）を採用し
た。すなわち、上記数式５〜７において、ｄ＝ｄａｃｔ
＝３であれば、ζ（ｋ−ｄ）＝ζ（ｋ−３）とする（ζ
（ｋ−ｄ）の転置行列ζ^T（ｋ−ｄ）も同様、以下同
じ）が、実際のむだ時間ｄａｃｔが「３」より大きい例
えば「５」であるときは、ＳＴＲコントローラ自体はｄ
＝３に対応したものとし、数式５〜７のζ（ｋ−ｄ）
を、実際のむだ時間ｄａｃｔに対応したζ（ｋ−５）と
する。そして、このようにして算出された適応パラメー
タベクトルθハット（ｋ）（ｂ０，ｓ０，ｒ１，ｒ２，
ｒ３を要素とし、ｒ４，ｒ５を含まない）を数式９に適
用して、適応補正係数ＫＳＴＲを算出するようにした。
なお、この場合ベクトルζ（ｋ）は、当然ｄ＝３に対応
した、数式４の第２式で表されるものとなり、次数は増
加しない。

【００６４】このように低次元化ＳＴＲを採用すること
により、ＳＴＲコントローラ及び適応パラメータ調整機
構の次数を制御対象の実際のむだ時間ｄａｃｔに合わせ
て増加させることなく、実際のむだ時間ｄａｃｔに適し
た適応制御を行うことができ、適応補正係数ＫＳＴＲを
得るための演算量の増加を抑制しつつ、高精度の適応制
御を行うことができる。

【００６５】図６は、制御対象の実際のむだ時間ｄａｃ
ｔが３制御サイクルより大きい場合において、目標当量
比ＫＣＭＤを変化させたときの、適応補正係数ＫＳＴＲ
及び検出当量比ＫＡＣＴの変化を示す図である。同図
（ａ）は、ＳＴＲコントローラをむだ時間ｄ＝３に対応
したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトル
ζのサンプリング時期もｄ＝３に対応させて、数式５〜
７のζ（ｋ−ｄ）をζ（ｋ−３）とした場合を示し、同
図（ｂ）は、ＳＴＲコントローラをむだ時間ｄ＝３に対
応したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクト
ルζのサンプリング時期を、実際のむだ時間ｄａｃｔに
ほぼ一致するｄ＝４に対応させて、数式５〜７のζ（ｋ
−ｄ）をζ（ｋ−４）とした場合を示す。これらの図か
ら明らかなように、本実施形態のように、ＳＴＲコント
ローラの設計上のむだ時間ｄが、実際のむだ時間ｄａｃ
ｔより小さい場合でも、適応パラメータ調整機構の入力
ベクトルζのサンプリング時期を実際のむだ時間ｄａｃ
ｔにほぼ対応したものとすることにより、適応制御の追
従性及び安定性を大幅に改善することができる。

【００６６】制御対象の実際のむだ時間は、連続的な数
値であるのに対し、適応制御上のむだ時間の設定は、離
散化された数値とする必要があるため、例えば実際のむ
だ時間が４．５制御サイクル相当の時間である場合に
は、ｄａｃｔ＝４とした場合の制御性能と、ｄａｃｔ＝
５とした場合の制御性能とを実験により比較し、最適値
を選択することが望ましい。

【００６７】上述したように低次元化ＳＴＲを採用する
と、演算量を増大させることなく適応制御の性能を向上
させることができるが、設計上想定したモデルが実際の
制御対象と異なるため、適応パラメータベクトルθハッ
トのドリフトが起きやすくなる可能性がある。また、上
述したような低次元化を行わない場合でも、数式５は、
本質的に外乱による微少な同定誤差が、適応パラメータ
に積算されるという特性を有するので、数式５を使用し
て適応パラメータベクトルθハットを算出する限り、定
常状態が継続すると適応パラメータベクトルθハットが
ドリフトすることは避けられない。

【００６８】そこで本実施形態では、適応パラメータベ
クトルθハットのドリフトを防止する手段を追加するこ
ととした。以下その内容を説明する。

【００６９】図７は、本実施形態における適応パラメー
タベクトルθハットの算出手法を説明するためのブロッ
ク図であり、同図において、ｅｉｄ（ｋ）及びＱ（ｋ）
は、数式１３で定義される同定誤差及び可変ゲインであ
る。

【００７０】

【数１３】同定誤差ｅｉｄ（ｋ）は、同定誤差信号ｅアスタリスク
（数式７）の分子に対応し、可変ゲインＱ（ｋ）は、数
式５の第２項を同定誤差ｅｉｄ（ｋ）で除算したものに
対応する。すなわち、同定誤差ｅｉｄ及び可変ゲインＱ
（ｋ）を用いると適応パラメータベクトルθハット
（ｋ）は、数式１４のように表される。

【００７１】

【数１４】図７（ａ）において、同定誤差ｅｉｄ（ｋ）は、非線形
フィルタブロックＢ５１に入力され、その出力ｅｉｄａ
（ｋ）は乗算ブロックＢ５２を介して積分器ブロックＢ
５３に入力される。非線形フィルタブロックＢ５１の入
出力特性は、例えば図８（ａ）に示すように設定され
る。すなわち、−η≦ｅｉｄ≦η（ηは実験的に決定さ
れる所定値である）であるときは、ｅｉｄａ＝０とさ
れ、それ以外のときはｅｉｄａ＝ｅｉｄとされ、入力ｅ
ｉｄが±ηの範囲（以下「不感帯」という）内にあると
きは、出力ｅｉｄａ＝０とされる。

【００７２】ブロックＢ５２及びＢ５３における演算
は、数式１４の演算（ｅｉｄ（ｋ）をｅｉｄａ（ｋ）に
置き換えたもの）に対応する。

【００７３】このように本実施形態では、非線形フィル
タブロックＢ５１の処理が追加されている。これによ
り、内燃機関の運転状態が定常状態となって、適応パラ
メータベクトルθハットの同定がほぼ完了した状態で
は、同定誤差ｅｉｄは、±ηできまる不感帯の範囲内と
なるため、出力ｅｉｄａ＝０となり、設計上想定したモ
デルと、実際のプラントの特性との差や外乱の影響で発
生する微少な同定誤差が蓄積されることを防止すること
ができ、適応パラメータベクトルθハットのドリフトを
防止することができる。

【００７４】ここで図８（ａ）の入出力特性は、ｅｉｄ
＝−η、ηにおいて不連続点を有するため、同定誤差ｅ
ｉｄが不感帯をはずれるときに、適応パラメータベクト
ルθハットが急激に変化する。したがって、非線形フィ
ルタブロックＢ５１の入出力特性は、同図（ｂ）に示す
ように不連続点の無いものとする、すなわち、−η≦ｅ
ｉｄ≦ηであるときは、ｅｉｄａ＝０とし、ｅｉｄ＞η
であるときは、ｅｉｄａ＝ｅｉｄ−ηとし、ｅｉｄ＜−
ηであるときは、ｅｉｄａ＝ｅｉｄ＋ηとすることが望
ましい。

【００７５】また、図７（ａ）に示すように非線形フィ
ルタブロックＢ５８を追加するのみでは、適応制御の定
常偏差（目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの
定常偏差）が発生するという問題がある。不感帯の範囲
内にある同定誤差は、適応パラメータベクトルθハット
に反映されないからである。

【００７６】そこで、図７（ｂ）に示すようにブロック
Ｂ６１〜Ｂ６６を追加することが望ましい。乗算ブロッ
クＢ６１、Ｂ６４、加算ブロックＢ６２、遅延ブロック
Ｂ６３は、一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）を構
成する。このフィルタの出力ｅｉｄｆが、制限フィルタ
ブロックＢ６５でそのレベルが制限され、加算ブロック
Ｂ６６で非線形フィルタブロックＢ５１の出力ｅｉｄａ
と加算される。加算ブロックＢ６６の出力は、乗算ブロ
ックＢ５２に入力される。

【００７７】一次遅れフィルタの出力ｅｉｄｆは、下記
数式１５で表される。

【００７８】

【数１５】ｅｉｄｆ＝ＣＬＦ×ｅｉｄｆａ（ｋ−１）＋
（１−ＣＬＦ）×ｅｉｄ（ｋ）ここで、ＣＬＦは１より小さく、かつ１に非常に近い値
（例えば０．９８８）に設定される、すなわちローパス
フィルタのカットオフ周波数が０に近い値となるように
設定されるなまし係数である。

【００７９】制限フィルタブロックＢ６５は、図８
（ｃ）に示すような特性のリミッタを構成する。すなわ
ち、フィルタ出力ｅｉｄｆが、−ηより小さいときは、
リミッタ出力ｅｉｄｆａ＝−ηとされ、ηより大きいと
きは、リミッタ出力ｅｉｄｆａ＝ηとされ、−η≦ｅｉ
ｄｆ≦ηであるとき、ｅｉｄｆａ＝ｅｉｄｆとされる。

【００８０】図７（ｂ）に示す変形例では、カットオフ
周波数が０に近いローパスフィルタにより、同定誤差ｅ
ｉｄの定常偏差成分が抽出され、非線形フィルタブロッ
クＢ５１の出力ｅｉｄａに加算されるので、同定誤差ｅ
ｉｄの定常偏差成分が適応パラメータベクトルθハット
に反映され、適応制御の定常偏差（目標当量比ＫＣＭＤ
と検出当量比ＫＡＣＴとの定常偏差）をなくすことがで
きる。

【００８１】また制限フィルタブロックＢ６５を設ける
ことにより、同定誤差ｅｉｄが不感帯の外にある（ｅｉ
ｄ＞ηまたはｅｉｄ＜−η）場合に、加算ブロックＢ６
６によって、適応パラメータベクトルθハットの算出に
用いられる同定誤差ｅｉｄの定常偏差成分が本来の値よ
り大きくなってしまうことを防止することができる。

【００８２】次に本実施形態における適応補正係数ＫＳ
ＴＲの実際の算出式を説明する。上述した数式４〜９
は、制御サイクルと制御周期（ＴＤＣ信号パルスの発生
周期）とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係
数ＫＳＴＲを使用する場合のものであるが、本実施形態
では、制御サイクルを気筒数と対応させて４ＴＤＣとす
ることにより、気筒毎に適応補正係数ＫＳＴＲを決定す
るようにしている。具体的には、上記数式４〜９をそれ
ぞれ数式１６〜２１に置き換えて、適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを決定することにより、気筒別の適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを算出して適応制御を行っている。

【００８３】

【数１６】

【００８４】

【数１７】

【００８５】

【数１８】

【００８６】

【数１９】

【００８７】

【数２０】

【００８８】

【数２１】なお、実際のむだ時間ｄａｃｔが例えば「４」であると
きは、数式１７〜２０のｄを「４」とした数式を使用し
て適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３を算出する。

【００８９】図９は、図３のステップＳ９におけるＫＳ
ＴＲ算出処理のフローチャートである。

【００９０】先ずステップＳ４０１では、前回リセット
フラグＦＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」であったか否かを判
別し、ＦＬＡＦＲＥＳＥＴ＝１であって適応制御を実行
していなかったときは、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ
１〜ｒ３を初期値に設定する初期化処理を実行してステ
ップＳ４０４に進む。また、ステップＳ４０１でＦＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝０であって、前回も適応制御を実行して
いたときは、図１０に示す適応パラメータｂ０，ｓ０，
ｒ１〜ｒ３演算処理を実行する。

【００９１】本実施形態では、前記数式１７によるθハ
ット（ｋ）、すなわち適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１
〜ｒ３の算出は、４ＴＤＣ期間（ＴＤＣ信号パルスが４
回発生する期間＝１燃焼サイクル）に１回行うようにし
ているので、図１０のステップＳ４３１では、前回の数
式１７による算出から４ＴＤＣ期間が経過したか否かを
判別し、経過したときは、数式１７による適応パラメー
タｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の算出を行う（ステップＳ４
３２）。４ＴＤＣ期間経過してないときは、適応パラメ
ータのｂ０（ｋ），ｓ０（ｋ），ｒ１（ｋ）〜ｒ３
（ｋ）を、それぞれ前回値ｂ０（ｋ−１），ｓ０（ｋ−
１），ｒ１（ｋ−１）〜ｒ３（ｋ−１）に設定する。

【００９２】ステップＳ４３２またはＳ４３３実行後
は、下記数式２２により適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ
１〜ｒ３のｐＴＤＣ期間（例えばｐ＝８とした８ＴＤＣ
期間）の移動平均値ｂ０ＡＶ，ｒ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ
２ＡＶ，ｒ３ＡＶを算出し（ステップＳ４３４）、本処
理を終了する。なお、この移動平均化処理を行うため
に、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３のｐＴＤＣ
期間（以下「ｐ」を平均化期間という）の値を格納する
リングバッファ（記憶手段）が設けられており、リング
バッファの内容は、１ＴＤＣ期間毎に、新たに算出され
た適応パラメータまたは前回値によって更新され、最も
古いデータが捨てられる。なお、リングバッファの更新
は、適応パラメータベクトルθハットを新たに演算した
ときに４ＴＤＣ期間分の同じ値を格納する（すなわち、
新たに算出されたθハット（ｋ）の値を、θハット
（ｋ）からθハット（ｋ＋３）に対応させて格納する）
ことにより行うようにしてもよい。

【００９３】

【数２２】図１１は、平均化期間ｐ＝８の場合の移動平均値θハッ
トＡＶの算出手法を説明するための図である。同図にお
いて、適応パラメータベクトルθハットの更新は、４Ｔ
ＤＣ期間に１回行われるので、θハット（ｋ−８）＝θ
ハット（ｋ−７）＝θハット（ｋ−６）＝θハット（ｋ
−５），θハット（ｋ−４）＝θハット（ｋ−３）＝θ
ハット（ｋ−２）＝θハット（ｋ−１）である。したが
って、移動平均化した適応パラメータベクトルθハット
ＡＶには、更新されたθハットの値が徐々に反映され
る。この移動平均化演算は、更新されたベクトルθハッ
ト（ｋ−８），θハット（ｋ−４），θハット（ｋ）等
の要素を平均化するものでない点に特徴がある。

【００９４】図１２は、適応パラメータｂ０と移動平均
値ｂ０ＡＶの推移の一例を示す図である。この図におい
て、適応パラメータｂ０（０）からｂ０（４）は、初期
値として同一値に設定されており、例えば移動平均値ｂ
０ＡＶ（８）は、適応パラメータｂ０（１）からｂ０
（８）までの平均値として算出され、また移動平均値ｂ
０ＡＶ（１３）は、適応パラメータｂ０（６）からｂ０
（１３）までの平均値として算出される。すなわち、移
動平均値ｂ０ＡＶ（８）は、適応パラメータｂ０（０）
で代表される初期値と、適応パラメータｂ０（４）で代
表される第１回更新値と、適応パラメータｂ０（８）で
代表される第２回更新値とから得られる重み付け補間演
算値であり、移動平均値ｂ０（１３）は、適応パラメー
タｂ０（４）で代表される第１回更新値と、適応パラメ
ータｂ０（８）で代表される第２回更新値と、適応パラ
メータｂ０（１２）で代表される第３回更新値とから得
られる重み付け補間演算値であるとみることができる。

【００９５】図９に戻り、ステップＳ４０４では、前記
数式２１に図１０のステップＳ４３４で移動平均化され
た適応パラメータｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ〜ｒ３
ＡＶを適用して、適応補正係数ＫＳＴＲを算出する。こ
のように、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の移
動平均値を用いることにより、適応パラメータｂ０，ｓ
０，ｒ１〜ｒ３を４ＴＤＣ期間に１回の頻度で更新する
こと及びＬＡＦセンサ１７のローパス特性に起因する適
応制御の不安定化を防止することができる。すなわち、
このような移動平均化により、同定誤差信号ｅアスタリ
スクに含まれる、特定周波数及びその高調波周波数にお
いてピーク（共振）を示す成分が除去されるため、適応
制御の安定化を達成することができる。なお、このよう
な効果が最も顕著に得られるのは、平均化期間ｐを、前
記特定周波数に対応した周期に対応する値に設定したと
き（例えば前記特定周波数の逆数が１２ＴＤＣ期間であ
るときは、ｐ＝１２）である。ただし、例えば最適値が
ｐ＝１２の場合において、ｐ＝４としても実用上問題の
ない程度の安定性を得ることができる。

【００９６】続くステップＳ４０５では、算出した適応
補正係数ＫＳＴＲのリミット処理を行う。すなわち、適
応補正係数ＫＳＴＲが上限値より大きいときは、ＫＳＴ
Ｒ＝上限値とし、下限値より小さいときは、ＫＳＴＲ＝
下限値とし、上下限値の範囲内にあるときは、そのまま
本処理を終了する。

【００９７】本実施形態では、エンジン１がプラントに
相当し、ＬＡＦセンサ１７が検出手段または空燃比検出
手段に相当し、図５のＳＴＲコントローラが適応制御器
に相当し、適応パラメータ調整機構が適応パラメータ調
整手段に相当する。そして、ＳＴＲコントローラ及び適
応パラメータ調整機構は、より具体的にはＥＣＵ５によ
って実現される。

【００９８】なお、上述した例では、同定誤差信号ｅア
スタリスクの分子に相当する同定誤差ｅｉｄに対して、
非線形フィルタ処理及びローパスフィルタ処理等を行う
にしたが、これに限るものではなく、同定誤差信号ｅア
スタリスクに対して同様の処理を行うようにしてもよ
い。また、上述した例では、非線形フィルタブロックＢ
５１の特性は、同定誤差ｅｉｄが不感帯の範囲内にある
とき、出力ｅｉｄａ＝０としたが、０でなくても０に非
常に近い値に設定するようにしてよい。

【００９９】また、適応パラメータベクトルθハットの
更新周期は、４ＴＤＣ期間に限るものではなく、２ＴＤ
Ｃ期間、６ＴＤＣ期間、８ＴＤＣ期間等としてもよい。
また、１ＴＤＣ期間毎に適応補正係数ＫＳＴＲの算出に
使用する適応パラメータベクトルθハットは、上述した
移動平均値に限らず、図１２に示すように適応パラメー
タ値が滑らかに変化するように、過去の更新ベクトルθ
ハット（ｋ−４）、θハット（ｋ−８）等の要素と今回
の更新ベクトルθハット（ｋ）の要素とを用いた補間演
算あるいは下記数式２３を用いた周知の平滑化処理（ロ
ーパスフィルタ処理）により得られる値を用いてもよ
い。数式２３において、ＣＡＶは、０から１の間の値に
設定されるなまし係数である。

【０１００】

【数２３】すなわち、例えば４ＴＤＣ期間毎に更新される適応パラ
メータベクトルθハットの要素に対して、１ＴＤＣ期間
毎に平滑化処理を行い、該処理後の適応パラメータ値
を、適応補正係数ＫＳＴＲの算出に使用してもよい。た
だし、移動平均化演算による平滑化処理によれば、平均
化期間ｐの逆数に対応する周波数及びその整数倍の周波
数における減衰量が増加するくし形フィルタ特性が得ら
れ、不要な周波数成分のみを効果的に減衰させることが
できるので、移動平均化演算により得られた適応パラメ
ータ値を使用することが望ましい。

【０１０１】また、例えば４ＴＤＣ期間毎に適応パラメ
ータベクトルθハットを更新する場合、時点ｋで更新し
たときに、時点（ｋ＋１），（ｋ＋２），（ｋ＋３）に
対応する適応パラメータベクトルθハットも決まるの
で、平均化演算は、必ずしも１ＴＤＣ期間毎に行う必要
はなく、適応パラメータベクトルθハットの更新時にま
とめて実行してメモリに格納しておき、適応補正係数Ｋ
ＳＴＲの算出時に対応するデータを読み出して使用する
ようにしてもよい。あるいは、平均化演算は、１ＴＤＣ
期間より短い期間（例えばクランク軸が３０度回転する
のに要する期間）毎に実行するようにしてもよい。

【０１０２】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
非線形フィルタにより適応パラメータのドリフトを防止
するようにしたが、この手法では、制御対象である内燃
機関の種々の運転状態や、ＬＡＦセンサ１７の特性の経
時変化などにより、不感帯を決定する所定値ηの最適値
が変化するため、長期間の使用により、不感帯が不適切
なものとなる可能性がある。

【０１０３】そこで、本実施形態では、非線形フィルタ
に代えて適応パラメータのドリフトを防止する他の手段
を導入した。なお、以下に述べる適応パラメータベクト
ルθハットの算出手法以外の点は、上述した第１の実施
形態と同一である。

【０１０４】本実施形態では、前記数式５に代えて下記
数式２４を用いて適応パラメータベクトルθハットを算
出する。数式２４は、ブロック図で表すと図１３（ａ）
に示すようになる。この図において、ブロックＢ７１、
Ｂ７４は、乗算を行うブロック、ブロックＢ７２は、加
算を行うブロック、ブロックＢ７３は、１サンプル周期
遅延させるブロックである。

【０１０５】

【数２４】ここで、σは、下記数式２５のように設定される忘却係
数ベクトルである。数式２５の第２式は、ｍ＝ｎ＝１，
ｄ＝３の場合である。

【０１０６】

【数２５】数式２４の第２式は、展開すると数式２６のようにな
り、過去の同定誤差ｅｉｄ（１）、ｅｉｄ（２）、…に
忘却係数ベクトルσの（ｋ−１）乗、（ｋ−２）乗が乗
算されることになる。

【０１０７】

【数２６】したがって、忘却係数ベクトルσの要素Ｓｂｏ，Ｓｒ
１，…，Ｓｓ０等を、０より大きく１より小さい値に設
定することにより、ｋが大きくなるほど、過去の同定誤
差ｅｉｄの影響が低減される。すなわち、同定誤差ｅｉ
ｄの過去値の影響を除去することができるので、設計上
想定したモデルと、実際のプラントの特性との差や外乱
の影響で発生する微少な同定誤差が、際限なく蓄積され
ることを防止することができ、適応パラメータベクトル
θハットのドリフトを防止することができる。数式２５
から明らかなように、忘却係数ベクトルσの各要素Ｓｂ
ｏ，Ｓｒ１，…，Ｓｓ０等の値を、０に近づけるほど、
同定誤差ｅｉｄの過去値の影響度合が低減されるので、
適応パラメータベクトルθハットのどの程度の過去値ま
でを今回値に反映させればよい制御特性が得れられるか
を実験的に確認し、各要素の値を設定することが望まし
い。

【０１０８】ただし、このような忘却係数ベクトルσを
導入すると、エンジンが定常運転状態となり、同定誤差
信号ｅアスタリスク（同定誤差ｅｉｄ）が非常に小さく
なると、適応パラメータベクトルθハットの各要素の値
は、ゼロに漸近する傾向を示す。ところが、適応パラメ
ータｂ０は、適応補正係数ＫＳＴＲを算出する数式９
（または数式２１）の分母にあるため、適応パラメータ
ｂ０が０に漸近すると、適応補正係数ＫＳＴＲが無限大
となり制御が発散していまう。したがって、忘却係数ベ
クトルσの要素Ｓｂ０は「１」とすることが望ましい。
このように設定しても、他の適応パラメータｒ１，ｒ
２，…，ｓ０等は、忘却係数Ｓｒ１，Ｓｒ２，…，Ｓｓ
０等により有限値に抑えられるので、適応パラメータｂ
０の絶対値が発散するような事態は発生しない。以下こ
の点を説明する。

【０１０９】適応パラメータθハットは、数式１３の第
１式で表される同定誤差ｅｉｄ（ｋ）をゼロとするよう
に調整される。本実施形態では、多項式Ｄ（Ｚ^-1）＝１
としているので、ｅｉｄ（ｋ）＝０とすると、数式２７
の関係が成立する。

【０１１０】

【数２７】ここで、ｙ（ｋ）＝ＫＡＣＴ（ｋ），ｕ（ｋ）＝ＫＳＴ
Ｒ（ｋ），ｄ＝３とすると、数式２７は数式２８のよう
になる。

【０１１１】

【数２８】この数式２８において、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）及び
適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）は、有限値であるので、適
応パラメータｒ１，ｒ２，ｒ３，ｓ０が有限値であれ
ば、適応パラメータｂ０も当然に有限値となり、発散す
ることはない。

【０１１２】なお、忘却係数ベクトルσの要素Ｓｂ０以
外の要素Ｓｒ１，Ｓｒ２，…，Ｓｓ０等は、全て同一の
値Ｓとしてもよく、例えばＳ＝０．９５〜０．９９程度
の値とする。

【０１１３】また、忘却係数ベクトルσの要素Ｓｂ０以
外の要素Ｓｒ１，Ｓｒ２，…，Ｓｓ０等のうちの一部
を、「１」に（すなわち忘却しないように）設定して
も、忘却係数ベクトルσを全く乗算しない数式５を用い
た場合より、適応パラメータベクトルθハットのドリフ
トを低減することができる。

【０１１４】本実施形態では、図５のＳＴＲコントロー
ラが適応制御器に相当し、適応パラメータ調整機構が適
応パラメータベクトル調整手段に相当し、忘却係数ベク
トルσの要素が、所定の係数に相当する。

【０１１５】（第３の実施形態）第２の実施形態では、
忘却係数σを導入することにより、適応パラメータのド
リフトを防止するようにしたが、この手法では、定常的
な運転状態が継続すると、適応パラメータベクトルのｂ
０以外の要素ｒ１，ｒ２，ｓ０等がゼロ近傍に収束する
ため、適応制御が本来的に備えている動特性補償能力が
低下するという問題がある。

【０１１６】そこで、本実施形態では、定常的な運転状
態が継続した場合には、適応パラメータベクトルθハッ
トがその初期値に収束するように、適応パラメータベク
トルθハットの演算式を変更するとともに、その初期値
を定常的な運転状態において適切な動特性補償能力が得
られるように設定するようにした。なお、以下に述べる
適応パラメータベクトルθハットの算出手法以外の点
は、上述した第１の実施形態と同一である。

【０１１７】本実施形態では、前記数式５を下記数式２
９のように、適応パラメータベクトルの初期値θハット
（０）とその更新成分ｄθハット（ｋ）の和の形式に変
形し、更新成分ｄθハット（ｋ）を下記数式３０により
算出するようにした。数式３０におけるδは、数式３１
のように設定される忘却係数ベクトルであり、数式３１
の第２式は、ｍ＝ｎ＝１，ｄ＝３の場合である。数式２
９、３０による演算をブロック図で表すと、図１３
（ｂ）に示すようになる。この図において、ブロックＢ
７１、Ｂ７５は、乗算を行うブロック、ブロックＢ７
２、Ｂ７６は、加算を行うブロック、ブロックＢ７３
は、１サンプル周期遅延させるブロックである。

【０１１８】

【数２９】

【０１１９】

【数３０】

【０１２０】

【数３１】更新成分ｄθハット（ｋ）は、展開すると数式３０の第
３式のように表されるので、これを数式２９に適用する
と数式３２が得られる。

【０１２１】

【数３２】数式３２を数式２６と対比すると、本実施形態の適応パ
ラメータベクトル演算式３１は、適応パラメータベクト
ルの初期値θハット（０）に忘却係数ベクトルδが乗算
されない点で、数式２４と異なる形式を有することがわ
かる。すなわち、数式２４を使用する第２の実施形態
は、数式３２を使用する第３の実施形態おいて、初期値
θハット（０）にも忘却係数を乗算するようしたものと
みなすことができる。

【０１２２】忘却係数ベクトルδの各要素Ｄｂ０，Ｄｒ
１，Ｄｒ２，…，Ｄｓ０等は、忘却係数ベクトルσと同
様に、０より大きく１より小さい値に設定する。ただ
し、初期値θハット（０）の設定値に拘わらず、適応制
御の定常偏差をゼロとするために、Ｄｂ０のみ「１」に
設定することが好ましい。第２の実施形態において、忘
却係数ベクトルσの要素Ｓｂ０＝１としても、適応パラ
メータベクトルθハットのドリフトが発生しないのと同
じ理由で、Ｄｂ０＝１としても適応パラメータθハット
のドリフトは発生しない。

【０１２３】また、要素Ｄｂ０以外の要素Ｄｂ０，Ｄｒ
１，Ｄｒ２，Ｄｓ０等は全て同一値Ｄ（０＜Ｄ＜１、例
えば０．９５〜０．９９程度の値とする）に設定しても
制御性能上特に問題はないので、忘却係数ベクトルδ＝
［１，Ｄ，Ｄ，…，Ｄ］とすることが望ましい。

【０１２４】以上のように本実施形態では、忘却係数ベ
クトルδを用いて数式２９（即ち数式３２）により適応
パラメータベクトルθハットを算出するようにしたの
で、定常的な運転状態が継続した場合には、適応パラメ
ータベクトルθハットは、その初期値θハット（０）の
近傍（近い値）に収束する。したがって、初期値θハッ
ト（０）を適切に設定することにっより、定常的な運転
状態が継続した場合でも適応パラメータベクトルθハッ
トのドリフトを防止しつつ、良好な動的補償能力を維持
することができる。

【０１２５】なお、忘却係数ベクトルδの要素Ｄｂ０以
外の要素Ｄｒ１，Ｄｒ２，…，Ｄｓ０等のうちの一部
を、「１」に（すなわち忘却しないように）設定して
も、忘却係数ベクトルδを全く乗算しない数式５を用い
た場合より、適応パラメータベクトルθハットのドリフ
トを低減することができる。

【０１２６】本実施形態では、図５のＳＴＲコントロー
ラが適応制御器に相当し、適応パラメータ調整機構が適
応パラメータベクトル調整手段に相当し、忘却係数ベク
トルδの要素が、所定の係数に相当する。

【０１２７】（その他の実施形態）なお、本発明は上述
した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能で
ある。上述した実施形態では適応制御器をむだ時間ｄ＝
３に対応したものして設計を行い、適応パラメータ調整
機構の入力ベクトルζのサンプリング時期をｄ＝３より
大きい実際のむだ時間に合わせるようにしたが、適応制
御器を例えばむだ時間ｄ＝２に対応したものとし、適応
パラメータ調整機構の入力ベクトルζのサンプリング時
期をｄ＝２より大きい実際のむだ時間に合わせるように
してもよい。

【０１２８】さらには、本発明は、適応制御器を例えば
むだ時間ｄ＝２に対応したものとし、適応パラメータ調
整機構の入力ベクトルζのサンプリング時期をｄ＝２と
するような、低次元化がされていない適応制御器にも適
応可能である。

【０１２９】また、上述した実施形態では、適応制御の
操作量を、吸入供給量に対応する基本燃料量ＴＩＭＦの
補正係数ＫＳＴＲとしたが、これに限るものではなく、
燃料噴射量ＴＯＵＴを直接適応制御により算出するよう
にしてもよい。ただし、操作量を補正係数ＫＳＴＲとす
ることにより、燃料噴射量ＴＯＵＴを操作量とする場合
に比べて、とりうる値の範囲がより限定されるので、制
御をより安定化することができる。

【０１３０】また、制御の対象となるプラントはエンジ
ンに限るものではなく、例えば化学製品の製造工程等で
あってもよい。その場合には、検出する物理量は例えば
流量や濃度等であり、操作量は制御弁の開度等である。

【０１３１】以上詳述したように本発明によれば、適応
パラメータベクトルを更新するときは、適応パラメータ
ベクトルのドリフトを防止するために、更新成分の過去
値の少なくとも一部の要素に、０より大きく且つ１より
小さい所定の係数を乗算するので、定常状態で適応パラ
メータベクトルの初期値に更新成分を加算する演算を繰
り返しても、適応パラメータの値がドリフトすることが
なく、安定した適応制御を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラントの制御装置を、内燃機関の空
燃比制御装置として構成した例を示す図である。

【図２】図１の構成における空燃比制御手法を説明する
ための機能ブロック図である。

【図３】ＬＡＦセンサ出力に基づいて適応補正係数を算
出する処理のフローチャートである。

【図４】ＬＡＦフィードバック領域判別処理のフローチ
ャートである。

【図５】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理を説明す
るためのブロック図である。

【図６】本実施形態の手法を適用した場合の制御性能を
説明するための図である。

【図７】適応パラメータベクトルの算出方法を説明する
ためのブロック図である。

【図８】図７にフィルタブロックの特性を示す図であ
る。

【図９】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理のフロー
チャートである。

【図１０】適応パラメータ演算処理のフローチャートで
ある。

【図１１】適応パラメータの移動平均値の算出方法を説
明するための図である。

【図１２】適応パラメータの値とその移動平均値の推移
を示す図である。

【図１３】適応パラメータベクトルの算出方法を説明す
るためのブロック図である。

【符号の説明】

１内燃機関（本体）２吸気管５電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（適応パラメ
ータベクトル調整手段、適応制御器）１２燃料噴射弁１６排気管１７広域空燃比センサ（検出手段、空燃比検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤崎修介埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者北川浩埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (56)参考文献特開平８−240143（ＪＰ，Ａ) 特開平４−14108（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04 F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの出力を検出する検出手段と、
該検出手段の出力が目標値と一致するように前記プラン
トへの操作量を制御する適応制御器と、該適応制御器で
用いる適応パラメータベクトルを調整する適応パラメー
タベクトル調整手段とを備えるプラントの制御装置にお
いて、前記適応パラメータベクトル調整手段は、前記適応パラ
メータベクトルの初期値に、前記適応パラメータベクト
ルの更新成分を加算する形式で構成され、前記適応パラ
メータベクトルを更新するときは、前記適応パラメータ
ベクトルのドリフトを防止するために、前記更新成分の
過去値の少なくとも一部の要素に、０より大きく且つ１
より小さい所定の係数を乗算することを特徴とするプラ
ントの制御装置。
【請求項２】前記適応パラメータベクトル調整手段
は、前記初期値にも前記所定の係数を乗算することを特
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】前記適応パラメータベクトル調整手段
は、前記操作量を決定する場合に除算項として適用され
る、前記適応パラメータベクトルの要素に対しては、前
記所定の係数が乗算されないようにすることを特徴とす
る請求項１または２に記載のプラントの制御装置。
【請求項４】前記プラントは内燃機関であり、前記検
出手段は、前記内燃機関の排気系に設けられた空燃比検
出手段であり、前記目標値は前記内燃機関に供給する混
合気の目標空燃比であり、前記操作量は前記内燃機関に
供給する燃料量であることを特徴とする請求項１から３
のいずれかに記載のプラントの制御装置。
【請求項５】前記操作量は、前記内燃機関の吸入空気
量に対応した基本燃料量の補正係数として算出されるこ
とを特徴とする請求項４に記載のプラントの制御装置。