控制装置的制作方法

专利名称：控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制具有迟滞以及死区等非线性特性的设备的控制量的控制装置。
背景技术：
作为这种控制装置，本申请人已经提出了日本特开2005-63003号中所记载的控制装置。该控制装置通过向作为设备的电磁驱动式的可变凸轮相位机构输入控制输入来控制作为控制量的凸轮相位，具有2自由度滑模控制器以及DSM控制器。在该2自由度滑模控制器中，利用目标值滤波型2自由度滑模控制算法，计算出用于使凸轮相位收敛于目标值的SLD控制输入。
此外，在DSM控制器中，通过应用了ΔΣ调制算法的算法对所计算出的SLD控制输入进行调制，由此按照以预定值为中心、以预定振幅频繁地反复反转的方式，计算出对可变凸轮相位机构的控制输入。其结果是，即使在通过具有非线性特性的可变凸轮相位机构控制凸轮相位时，也能利用频繁地重复反转的控制输入来补偿非线性特性，并且将凸轮相位控制为收敛于目标值。由此，可以细致地控制凸轮相位，能将凸轮相位控制的分解度以及控制精度均维持高水平。
在存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域的设备中应用上述日本特开2005-63003号的控制装置时，在表现出非线性特性的控制区域，产生控制量相对于目标值大幅度乖离的状态，所以计算出的SLD控制输入与几乎不表现出非线性特性的控制区域相比是变化幅度大的值。因此，为了补偿非线性特性，必须将控制输入的振幅设定为如能覆盖这样的变化幅度大的SLD控制输入的大的值。但是，在这样的情况下，在控制量对于控制输入的灵敏度下降的条件下，特别是在频率灵敏度、更详细讲为高频阻断性下降的条件下，在几乎不表现出非线性特性的控制区域中，由于控制输入的大振幅以噪声形式反映到控制量中，因此具有控制的分解度以及控制精度下降的可能性。

发明内容
本发明的目的在于提供在控制存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域和几乎不表现出非线性特性的控制区域的设备时，也能提高控制的分解度以及控制精度的控制装置。
为达成上述目的，根据本发明的第1方式，提供通过控制输入来控制设备的控制量的控制装置，其具有控制量检测单元，其检测控制量；目标值设定单元，其设定作为控制量的目标的目标值；第1控制输入计算单元，其根据预定的控制算法计算第1控制输入，该第1控制输入用于将所检测到的控制量控制成收敛于所设定的目标值；第2控制输入计算单元，其利用应用了预定的调制算法的算法对所计算出的第1控制输入进行调制，由此计算第2控制输入；以及控制输入选择单元，其根据设备的状态，选择第1控制输入和第2控制输入的一方作为控制输入。
根据本发明的第1方式的控制装置的结构，根据预定的控制算法，计算用于将控制量控制成收敛于目标值的第1控制输入，利用应用了预定的调制算法的算法调制该第1控制输入，由此计算第2控制输入，进而，根据设备的状态，选择第1控制输入和第2控制输入的一方作为控制输入。从而，在存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域的设备的情况下，在设备处于表现出非线性特性的控制区域中的状态下，可选择第2控制输入作为控制输入，由此补偿设备的强的非线性特性，并使控制量收敛于目标值。其结果是，与在表现出非线性特性的控制区域中选择第1控制输入作为控制输入时相比，可以更细致地控制控制量，可以同时提高控制的分解度及控制精度。
另一方面，在设备处于几乎不表现出非线性特性的控制区域的状态下，选择没有调制的第1控制输入作为控制输入，由此可以避免在控制量对于控制输入的灵敏度下降的条件下、在选择可以补偿表现出非线性特性的控制区域中的非线性特性的振幅的第2控制输入时所产生的、控制输入的振幅以噪声形式反映到控制量中的状态，并且使控制量收敛于目标值。其结果是，与在几乎不表现出非线性特性的控制区域中选择第2控制输入作为控制输入时相比，可以更细致地控制控制量，可以提高控制的分解度以及控制精度。如上所述，即使设备处于一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域中的任意一方，均可提高控制的分解度以及控制精度(此外，本说明书的、“第1控制输入的计算”以及“第2控制输入的计算”等的“计算”，不限于通过程序计算的情况，也包括通过硬件生成表示它们的电信号的情况)。
优选的是，第2控制输入计算单元具有中心值设定单元，其根据第1控制输入设定作为第2控制输入的振幅的中心的中心值；以及振幅设定单元，其将第2控制输入的振幅设定为比第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度小的值。
如上所述，在存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域的设备的情况下，在表现出非线性特性的控制区域中，产生控制量相对于目标值大幅乖离的状态，所以第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度变得相当大。因此，若将第2控制输入的振幅设定为可覆盖在表现出非线性特性的控制区域中第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度的值，则这样的第2控制输入的大的振幅以噪声形式反映于控制量中，因此具有控制的分解度下降、控制精度下降的可能性。相对于此，根据该优选方式的结构，由于根据第1控制输入设定作为第2控制输入的振幅的中心的中心值，所以即使在第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度大时，也只要将第2控制输入的振幅设定为能覆盖该控制定时的第1控制输入、比覆盖第1控制输入的整个幅度时小的值，就可确保第1控制输入所具有的控制量向目标值的收敛能力，并且补偿设备的强的非线性特性。这样，由于能够将第2控制输入的振幅设定为比覆盖第1控制输入的整个幅度时小的值，并且适当地补偿设备的强的非线性特性，因此可以进一步提高控制的分解度以及控制精度。
优选的是，上述预定的控制算法是应用了由预定的目标值滤波算法、以及预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法。
根据该优选方式的结构，由于通过应用了由预定的目标值滤波算法、以及预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法来计算第1控制输入，所以通过使用该第1控制输入，可以根据目标值滤波算法，将控制量向目标值的收敛速度设定为适当的值，并且可以另外通过预定的响应指定型控制算法，将控制量向目标值的收敛行为设定为适当的行为。即，在第1控制输入的计算中，由于能以相互独立的状态且适当地设定控制量向目标值的收敛行为、以及控制量与目标值之间的偏差向值0的收敛速度，所以通过使用这样计算出的第1控制输入，与使用一般的反馈控制算法计算出第1控制输入的情况相比，可以改善控制量向目标值的收敛行为、以及控制量与目标值之间的偏差向值0的收敛速度。其结果是，可以进一步提高控制精度。
优选的是，上述预定的调制算法是ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种。
根据该优选方式的结构，通过利用应用了ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中任意一种的算法对第1控制输入进行调制，计算出第2控制输入。此时，ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法均具有这些调制算法所输入的值越接近值0，根据这些调制算法计算出的值的反转频率变得越高的特性。另一方面，由于第1控制输入是用于将控制量控制成收敛于目标值的值，所以控制量越接近目标值，越不变化。因此，在应用了ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中任意一种的算法中，在第1控制输入不变化时，可以通过将ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种所输入的值设定为接近值0，计算第2控制输入，使得控制量越接近目标值，其反转频率变得越高。其结果是，与使用反转频率固定的PWM或高频振动(dither)来计算第2控制输入的情况相比，可以改善控制量向目标值的收敛性。
优选的是，还具有干扰估计值计算单元，其根据控制量以及第1控制输入，通过预定的估计算法计算用于补偿设备所受到的干扰的干扰估计值，第1控制输入计算单元根据计算出的干扰估计值，通过预定的控制算法，计算第1控制输入。
在使用为了干扰补偿而利用了控制量与目标值之间的偏差的积分值的控制算法、作为上述第1控制输入的计算算法的情况下，在设备受到干扰时，由于积分值的干扰补偿作用，存在控制量与目标值之间的偏差表现出振荡的摆动行为，或一时地变成过大状态的问题。相对于此，根据该优选方式的结构，基于控制量以及第1控制输入，通过预定的估计算法计算出用于补偿设备所受到的干扰的干扰估计值，基于干扰估计值，通过预定的控制算法计算出第1控制输入，所以当设备受到干扰时，与利用上述控制量与目标值之间的偏差的积分值时不同，可以避免控制量与目标值之间的偏差表现出以振动方式摆动，或处于一时地过大的状态，并可以补偿干扰的影响，由此，能使控制量迅速地收敛于目标值。
为了达成上述目的，根据本发明第2方式，提供了在通过升压侧流路和减压侧流路的开闭来增减流体压力的流体回路系统中，控制流体压力的控制装置，其中，具有阀，其对升压侧流路和减压侧流路进行开闭；致动器，其驱动阀；流体压力检测单元，其检测流体压力；目标值设定单元，其设定作为流体压力的目标的目标值；第1控制输入计算单元，其根据预定的控制算法计算第1控制输入，该第1控制输入用于将检测到的流体压力控制成收敛于所设定的目标值；第2控制输入计算单元，其利用应用了预定的调制算法的算法对计算出的第1控制输入进行调制，由此计算第2控制输入；以及控制输入选择单元，其根据流体回路系统的状态，选择第1控制输入和第2控制输入的一方作为控制输入。
根据本发明的第2方式的控制装置的结构，根据预定的控制算法计算用于将检测到的流体压力控制成收敛于目标值的第1控制输入，利用应用了预定的调制算法的算法对该第1控制输入进行调制，由此计算第2控制输入，进而，根据流体回路系统的状态，选择第1控制输入和第2控制输入的一方作为控制输入。另一方面，在通过升压侧流路和减压侧流路的开闭来增减流体压力的流体回路系统中，通过利用致动器驱动对升压侧流路和减压侧流路进行开闭的阀来控制流体压力的情况下，有时产生一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域。因此，在流体回路系统处于表现出这样的非线性特性的控制区域的状态下，可通过选择第2控制输入作为控制输入，补偿强的非线性特性，并且使流体压力收敛于目标值。其结果是，与在表现出非线性特性的控制区域中选择第1控制输入作为控制输入的情况相比，可以提高流体压力控制的分解度以及控制精度。
另一方面，当流体回路系统处于几乎不表现出非线性特性的控制区域的状态下，选择没有调制的第1控制输入作为控制输入，由此可以避免在选择可以补偿表现出非线性特性的控制区域中的非线性特性的振幅的第2控制输入时所产生的、控制输入的振幅以噪声方式反映到流体压力中的状态，并且可以使流体压力收敛于目标值。其结果是，与在几乎不表现出非线性特性的控制区域中选择第2控制输入作为控制输入时相比，可以提高流体压力控制的分解度以及控制精度。如上所述，流体回路系统在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域中的任意一个区域中，均能提高流体压力控制的分解度以及控制精度。
优选的是，上述第2控制输入计算单元具有中心值设定单元，其根据第1控制输入设定成为第2控制输入的振幅的中心的中心值；以及振幅设定单元，其将第2控制输入的振幅设定为比第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度小的值。
如上所述，在控制存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域以及不这样的控制区域的流体回路系统的流体压力时，若在表现出非线性特性的控制区域中选择第2控制输入作为控制输入、将第2控制输入的振幅设定为能覆盖在表现出非线性特性的控制区域中第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度的大的值，则这样的第2控制输入的大的振幅以噪声方式反映于流体压力中，因此有可能流体压力控制的分解度下降、控制精度下降。相对于此，根据该优选的方式，由于根据第1控制输入设定作为第2控制输入的振幅的中心的中心值，所以即使在第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度大的情况下，也只要将第2控制输入的振幅设定为能覆盖该控制定时的第1控制输入、比覆盖第1控制输入的整个幅度时小的值，就能确保第1控制输入所具有的流体压力向目标值的收敛能力，并且补偿流体回路系统的非线性特性。这样，流体回路系统在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域中，能将第2控制输入的振幅设定为更小的值，并且适当地补偿强的非线性特性，所以能提高流体压力控制的分解度以及控制精度。
优选的是，上述预定的控制算法是应用了由预定的目标值滤波算法、以及预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法。
根据该优选方式的结构，根据应用了由预定的目标值滤波算法、以及预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法，计算出第1控制输入，所以通过使用该第1控制输入，可以根据目标值滤波算法，将流体压力向目标值的收敛速度设定为适当的值，并且可以另外根据预定的响应指定型控制算法，将流体压力向目标值的收敛行为设定为适当的状态。即，在第1控制输入的计算中，能以相互独立的状态且适当地设定流体压力向目标值的收敛行为、以及收敛速度，所以通过使用这样计算出的第1控制输入，与使用一般的反馈控制算法计算第1控制输入时相比，可以改善流体压力向目标值的收敛行为以及收敛速度。其结果是，可以进一步提高控制精度。
优选的是，上述预定的调制算法是ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种。
根据该优选方式的结构，利用应用了ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种的算法对第1控制输入进行调制，由此计算出第2控制输入。此时，ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法均具有这些调制算法所输入的值越接近值0，根据这些调制算法计算出的值的反转频率变得越高的特性。另一方面，由于第1控制输入是用于将流体压力控制成收敛于目标值的值，所以流体压力越接近目标值，越不变化。因此，在应用了ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种的算法中，在第1控制输入不变化时，可通过将ΔΣ调制算法、ΣΔ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种的算法所输入的值设定为接近值0，计算第2控制输入，使得流体压力越接近目标值，其反转频率越高。其结果是，与使用反转频率固定的PWM或高频振动来计算第2控制输入的情况相比，可以提高流体压力向目标值的收敛性。
优选的是，还具有干扰估计值计算单元，其基于流体压力以及第1控制输入，根据预定的估计算法计算用于补偿流体回路系统所受到的干扰的干扰估计值，第1控制输入计算单元基于计算出的干扰估计值，根据预定的控制算法计算第1控制输入。
在使用为了干扰补偿而利用了流体压力与目标值之间的偏差的积分值的控制算法、作为上述第1控制输入的计算算法的情况下，当流体回路系统受到干扰时，由于积分值的干扰补偿作用，存在流体压力与目标值之间的偏差表现出振荡的摆动行为，或一时地变成过大状态的问题。相对于此，根据该优选方式的结构，基于流体压力以及第1控制输入，根据预定的估计算法计算出用于补偿流体回路系统所受到的干扰的干扰估计值，基于干扰估计值，根据预定的控制算法计算出第1控制输入，所以当流体回路系统受到干扰时，与使用上述流体压力与目标值之间的偏差的积分值时不同，可以避免流体压力和目标值之间的偏差表现出以振动方式摆动，或处于一时地过大的状态，并且补偿干扰的影响，由此，能使流体压力迅速地收敛于目标值。
优选的是，流体回路系统是向内燃机提供燃料的燃料供给系统，流体压力是燃料供给系统中的燃料压力，在将燃料压力向减小侧进行控制时，控制输入选择单元选择第2控制输入作为控制输入。
在燃料供给系统中，在由于燃料压力处于高于目标值的状态，将其向减小侧进行控制时，若由阀来开放减压侧流路，则高压状态的燃料会急剧地开放，所以即使将阀的开度设定为小的值，也容易使燃料压力相对于目标值瞬间大幅下冲。即，非线性特性瞬间加强。因此，若在将燃料压力向减小侧进行控制时，选择第1控制输入作为控制输入，则由于不能补偿这样强的非线性特性，因而导致燃料压力控制的分解度以及控制精度下降。相对于此，根据该优选方式的结构，在将燃料压力向减小侧进行控制时，选择第2控制输作为控制输入，所以能补偿强的非线性特性，能避免产生大的下冲。其结果是，可以提高燃料压力控制的分解度以及控制精度。
优选的是，流体回路系统是向内燃机提供燃料的燃料供给系统，流体压力是燃料供给系统中的燃料压力，控制输入选择单元在停止了从燃料供给系统向内燃机的燃料供给时，选择第2控制输入作为控制输入。
如上所述，在燃料供给系统中，在将燃料压力向减小侧进行控制时，一时地表现出强的非线性特性，容易使燃料压力相对于目标值瞬间大幅下冲。因此，在停止了从燃料供给系统向内燃机的燃料供给、目标值设定为大致恒定的状态下，若选择第1控制输作为控制输入，则由于不能补偿这样强的非线性特性，因而在减压控制时产生下冲，为了将其恢复，接着执行升压控制。即，反复执行升压控制和减压控制，使燃料压力处于不收敛于目标值的状态。其结果是，当再次开始向内燃机的燃料供给时，不能以适当的燃料压力提供燃料，燃料的供给控制的精度下降，因此有空燃比控制的精度下降的问题。相对于此，根据该优选方式的结构，当停止了从燃料供给系统向内燃机的燃料供给时，由于选择了第2控制输作为控制输入，所以能补偿非线性特性，因此避免减压控制时产生大的下冲，可以使燃料压力收敛于目标值。其结果是，当再次开始向内燃机的燃料供给时，能以适当的燃料压力提供燃料，能提高空燃比控制的精度。
通过基于附图的下述的详细说明，本发明的上述及其它的目的、特征、以及优点可以变得更加明了。


图1是示意地表示本发明的一种实施方式的控制装置和应用了该控制装置的燃料供给装置的概略结构的图。
图2a～2c是表示电磁控制阀的滑阀机构的动作状态的图。
图3是表示控制装置的概略结构的方框图。
图4是表示DSM控制器的概略结构的方框图。
图5是表示燃料压力控制处理的流程图。
图6是表示通常运转用值Pf_map的计算所使用的映射图的一例的图。
图7是表示控制输入Upf的计算处理的流程图。
图8是表示由本发明的控制装置执行燃料压力的减压控制时的控制结果例的时序图。
图9是表示比较例的燃料压力的减压控制的控制结果例的时序图。
图10是表示在断油运转中的燃料压力控制中，将控制输入Upf从第1控制输入Rsld切换为第2控制输入Udsm时的控制结果例的时序图。
具体实施例方式
以下参照附图，说明本发明的一种实施方式的控制装置。图1表示本实施方式的控制装置1以及应用了该控制装置的燃料供给装置10的概略结构。如该图所示，该控制装置1具有ECU 2，该ECU 2如后所述那样执行燃料压力控制等的控制处理。
该燃料供给装置10应用于直列4缸型内燃机(以下称为“发动机”)3，在发动机运转中，向4个燃料喷射阀9提供高压燃料(汽油)。燃料供给装置10具有燃料箱11、通过燃料供给路12和燃料返送路14与其连接的输油管13、以及对燃料供给路12和燃料返送路14进行开闭的电磁控制阀15等。此外，在本实施方式中，燃料供给装置10相当于流体回路系统以及燃料供给系统，燃料供给路12以及燃料返送路14分别相当于升压侧流路以及减压侧流路。
在该燃料供给路12上设有低压泵16以及高压泵17。低压泵16是由ECU 2控制运转的电动泵型的泵，在发动机运转动作中始终进行运转，将燃料箱11内的燃料升压到预定压力(例如0.5MPa)，向高压泵17侧输出。
此外，高压泵17是与未图示的曲轴连接的容积式泵，随着曲轴的旋转，对来自低压泵16的燃料进一步升压，间歇地向输油管13侧输出。
另一方面，输油管13的内部空间形成了以高压状态储存来自高压泵17的燃料的燃料室13a。在该输油管13上安装了上述的4个燃料喷射阀9以及燃料压力传感器20，通过这些燃料喷射阀9的开启，将燃料室13a内的燃料喷射到发动机3的燃烧室(未图示)内。
此外，燃料压力传感器20与ECU 2连接，检测燃料室13a内的燃料压力Pf，将表示该压力的检测信号输出给ECU 2。此外，在本实施方式中，燃料压力传感器20相当于控制量检测单元以及流体压力检测单元，燃料压力Pf相当于控制量以及流体压力。
而且，电磁控制阀15是由电磁致动器15a和滑阀机构15b组合而成的，该电磁致动器15a与ECU 2连接。电磁致动器15a是由来自ECU 2的后述的控制输入Upf来进行控制的，由此在图2A所示的升压位置、图2B所示的保持位置、以及图2C所示的减压位置之间驱动滑阀机构15b的阀体15c。
在该情况下，当电磁控制阀15被控制在升压位置上时，通过阀体15c，开放燃料供给路12，同时封闭燃料返送路14，由此，燃料压力Pf升压。另一方面，当电磁控制阀15被控制在减压位置上时，通过阀体15c，封闭燃料供给路12，同时开放燃料返送路14，由此，燃料压力Pf减压。此外，当电磁控制阀15被控制在保持位置上时，通过阀体15c，同时封闭燃料供给路12和燃料返送路14，由此，燃料压力Pf保持该时刻的值。
根据以上的结构，在该燃料供给装置10中，利用ECU 2来控制电磁控制阀15的阀体15c的位置，由此如后所述地控制燃料压力Pf。在该情况下，在升压控制时，燃料室13a内处于高压状态，燃料压力Pf以比较稳定的状态向目标燃料压力Pf_cmd变化。即，能以高分解度控制燃料压力Pf。
另一方面，在减压控制时，即使通过电磁控制阀15进行对燃料返送路14的开度控制，使得其减小，也因电磁控制阀15的下游侧的燃料返送路14内的压力与燃料室13a内的压力相比极低的结构特性、以及滑阀机构15b的结构特性，导致在开放燃料返送路14的瞬间，燃料压力Pf相对于目标燃料压力Pf_cmd瞬间大幅下冲。即，燃料压力控制的非线性特性瞬间处于极强的状态，导致燃料压力控制的分解度下降。如上所述，在该燃料供给装置10中控制燃料压力Pf时，因其结构特性，导致处于存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域的状态。
此外，在ECU 2上连接了曲轴角传感器21、油门开度传感器22以及点火开关(以下称为“IG SW”)23。该曲轴角传感器21由磁铁转子和MRE拾取器构成，随着发动机3的曲轴的旋转，将作为脉冲信号的CRK信号输出给ECU 2。该CRK信号每过预定曲轴角(例如10°)输出1个脉冲，ECU 2根据该CRK信号，计算发动机3的转速(以下称为“发动机转速”)NE。
此外，油门开度传感器22向ECU 2输出表示搭载了发动机3的车辆的油门踏板(未图示)的踩下量(以下称为“油门开度”)AP的检测信号。而且，IG SW 23通过点火开关(未图示)操作来接通/断开，并且将表示其接通/断开状态的信号输出给ECU 2。
另一方面，ECU 2通过由CPU、RAM、ROM以及I/O接口(均未图示)等构成的微计算机构成，根据上述的各种传感器20～22的检测信号以及IG SW 23的输出信号，通过电磁控制阀15，控制燃料压力Pf。此外，ECU2通过燃料喷射阀9，执行燃料喷射控制，并且通过火花塞(未图示)，执行点火正时控制。
此外，在本实施方式中，ECU 2相当于目标设定单元、第1控制输入计算单元、第2控制输入计算单元、控制输入选择单元、中心值设定单元、振幅设定单元以及干扰估计值计算单元。
接着，参照图3说明本实施方式的控制装置1。如该图所示，该控制装置1是通过向设备4输入控制输入Upf来控制作为控制量的燃料压力Pf的装置，该设备4相当于包括燃料供给装置10在内的系统。
如该图所示，控制装置1具有目标燃料压力计算部30、2自由度响应指定型控制器40、自适应干扰观测器50、DSM控制器60、状态判断部70以及控制输入选择部80，具体讲，它们由ECU 2构成。此外，在本实施方式中，目标燃料压力计算部30相当于目标值设定单元，2自由度响应指定型控制器40相当于第1控制输入计算单元，自适应干扰观测器50相当于干扰估计值计算单元，DSM控制器60相当于第2控制输入计算单元，控制输入选择部80相当于控制输入选择单元。
首先，在目标燃料压力计算部30中，通过映射图搜索等，计算出目标燃料压力Pf_cmd(目标值)。
然后，在2自由度响应指定型控制器40中，根据目标燃料压力Pf_cmd以及燃料压力Pf等，根据下式(1)～(6)所示的目标值滤波型的2自由度响应指定型控制算法，计算出第1控制输入Rsld。
Pf_cmd_f(k)＝-R·Pf_cmd_f(k-1)+(1+R)·Pf_cmd(k) ·····(1)Rsld(k)＝Req(k)+Rrch(k) ·····(2)Req(k)=1b1{(1-a1-S)·Pf(k)+(S-a2)·Pf(k-1)-b2·Rsld(k-1)-c1(k)]]>+Pf_cmd_f(k)+(S-1)·Pf_cmd_f(k-1)-S·Pf_cmd_f(k-2)}---(3)]]>Rrch(k)=-Krchb1σ(k)---(4)]]>σ(k)＝Epf(k)+S·Epf(k-1) ·····(5)Epf(k)＝Pf(k)-Pf_cmd_f(k-1) ·····(6)在这些式(1)～(6)中，带记号(k)的各离散数据表示与后述的预定控制周期ΔT同步地采样或计算出的数据，记号k表示各离散数据的采样周期或计算周期的序号。例如，记号k表示在本次的控制定时采样或计算出的值，记号k-1表示在前次的控制定时采样或计算出的值。这在以下的离散数据中也一样。此外，在以下的说明中，适当省略各离散数据中的记号(k)等。
在该控制算法中，首先，利用式(1)所示的一阶延迟型的低通滤波算法，计算出目标燃料压力的滤波值Pf_cmd_f。在该式(1)中，R是目标值滤波设定参数，被设定为满足-1＜R＜0关系的值。
然后，利用式(2)～(6)所示的响应指定型控制算法(滑模控制算法或反向步进(back stepping)控制算法)，计算出第1控制输入Rsld。即，如式(2)所示，第1控制输入Rsld被计算为等效输入Req以及趋近律输入Rrch之和。该等效输入Req由式(3)来算出。在该式(3)中，a1、a2、b1、b2表示后述的控制对象模型的模型参数，它们被设定为预定的固定值。此外，式(3)的c1是干扰估计值，如后所述，由自适应干扰观测器50算出。并且，式(3)的S是切换函数设定参数，被设定为满足-1＜R＜S＜0关系的值。
此外，趋近律输入Rrch由式(4)来算出。在该式(4)中，Krch表示预定的趋近律增益，σ是如式(5)那样定义的切换函数。该式(5)的Epf是由式(6)计算出的偏差。
根据以上的2自由度响应指定型控制器40的控制算法，利用目标值滤波型算法，设定了燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度，并且利用滑模控制算法，设定了燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随行为，所以能个别地设定追随速度和追随行为，并且能将这些追随速度和追随行为设定为比使用通常的反馈控制算法时高的水平。即，第1控制输入Rsld被计算为具有下述控制上的优异特性的值在燃料供给装置10几乎不表现出非线性特性的控制区域中，使燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度和追随行为均维持在高水平状态。
此外，以上的式(1)～(6)以如下方式导出。即，如果将作为控制对象的设备4定义为以第1控制输入Rsld为控制输入、以燃料压力Pf为控制量、施加干扰估计值c1作为干扰的系统，并且模型化为离散时序模型，则可得到下式(7)。
Pf(k+1)＝a1·Pf(k)+a2·Pf(k-1)+b1·Rsld(k)+b2·Rsld(k-1)+c1·····(7)
根据对该式(7)的干扰估计值c1进行了离散化的控制对象模型，使用目标值滤波型的2自由度响应指定型控制理论，使燃料压力Pf收敛于目标燃料压力Pf_cmd时，导出了上述的式(1)～(6)。
接着，说明上述的自适应干扰观测器50。在该自适应干扰观测器50中，基于燃料压力Pf以及第1控制输入Rsld，根据以下的式(8)～(10)所示的干扰估计算法，计算出干扰估计值c1。
c1(k)=c1(k-1)+Pdov1+Pdov·e_dov(k)---(8)]]>e_dov(k)＝Pf(k)-Pf_hat(k) ·····(9)Pf_hat(k)＝a1·Pf(k-1)+a2·Pf(k-2)+b1·Rsld(k-1)+b2·Rsld(k-2)+c1(k-1)·····(10)该式(8)的Pdov是预定的辨识增益，e_dov是由式(9)计算的辨识误差。该式(9)的Pf_hat是燃料压力的辨识值，由式(10)来算出。
此外，在状态判断部70中，设定了F/C运转标志F_FC以及减压控制标志F_PDEC的值。该F/C运转标志F_FC表示断油运转(以下称为“F/C运转”)、即燃料喷射以及混合气体的点火均中止的运转的执行条件是否成立，具体讲，分别将其设定为当以下的F/C运转的执行条件(a)、(b)均成立时为“1”，除此以外时为“0”。
(a)发动机转速NE大于等于预定值。
(b)油门开度AP表现出未踩油门踏板的值。
另一方面，减压控制标志F_PDEC表示向减压侧控制燃料压力Pf的减压控制的执行条件是否成立，根据上述的偏差Epf(＝Pf(k)-Pf_cmd_f(k-1))与预定的判断值EPF_TH(例如，0.05Mpa)之间的比较结果而设定。具体讲，减压控制标志F_PDEC分别设定为当Epf＞EPF_TH时为“1”，当Epf≤EPF_TH时为“0”。此外，如后所述，这2个标志F_FC、F_PDEC的值用于DSM控制器60中的振幅设定值DUD的确定、以及控制输入选择部80中的控制输入Upf的选择。此外，在设定减压控制标志F_PDEC的情况下，也可以代替上述偏差Epf而将燃料压力Pf(k)与目标燃料压力Pf_cmd(k)之间的偏差与判断值EPF_TH进行比较。
接着，说明DSM控制器60。该DSM控制器60通过对第1控制输入Rsld进行调制来计算第2控制输入Udsm，如图4所示，其具有中心值计算部61、偏差成分值计算部62、振幅设定值计算部63、调制部64以及加法器65。
在该中心计算部61(中心值设定单元)中，根据下式(11)～(15)所示的以速度限制为基础的非线性算法，计算第2控制输入Udsm的振幅的中心值Ucent。
Ucent(k)＝Ucent(k-1)+Ducent(k) ·····(11)Euc(k)＝Rsld(k)-Ucent(k-1) ·····(12)·EPS≤Euc(k)时Ducent(k)＝EPS ·····(13)·-EPS＜Euc(k)＜EPS时Ducent(k)＝Keu·Euc(k) ·····(14)·-EPS≥Euc(k)时Ducent(k)＝-EPS·····(15)上述式(11)的Ducent是中心值Ucent的变化量，通过对如式(12)那样定义的偏差Euc进行如式(13)～(15)所示那样以-EPS为下限值、以EPS为上限值的限制处理来算出。该值EPS被设定为正的预定值。此外，式(14)的Keu是预定的更新增益，被设定为如满足0＜Keu＜＜1的值。
如上所述，由于中心值Ucent是根据式(11)～(15)的速度限制算法算出的，所以可计算为追随第1控制输入Rsld的宏观变化的值。特别是，如式(14)所示，在-EPS＜Euc＜EPS时，由于将变化量Ducent计算为对偏差Euc乘以满足0＜Keu＜＜1的更新增益Keu的值，所以即使在第1控制输入Rsld急剧变化时，也将中心值Ucent计算为缓慢追随该变化的值。
另一方面，在上述的偏差成分值计算部62中，基于第1控制输入Rsld以及中心值Ucent，根据下式(16)～(22)，计算小偏差成分值UL以及大偏差成分值UH。
Eu(k)＝Rsld(k)-Ucent(k) ·····(16)·Eu(k)≥DUL时UL(k)＝DUL ·····(17)UH(k)＝Eu(k)-DUL ·····(18)·-DUL(k)＜Eu(k)＜DUL时UL(k)＝Eu(k) ·····(19)UH(k)＝0 ·····(20)·Eu(k)≤-DUL时UL(k)＝-DUL ·····(21)UH(k)＝Eu(k)+DUL ·····(22)如以上的式(16)、(17)、(19)、(21)所示，通过对第1控制输入与中心值之间的偏差Eu，进行以DUL为上限值、以-DUL为下限值的限制处理来算出小偏差成分值UL。该阈值DUL被设定为正的预定值。这样，小偏差成分值UL被计算为与在第1控制输入Rsld的变动小、相对于中心值Ucent在不超过阈值DUL的绝对值的范围内变动时的成分相当的值。
此外，如式(18)、(20)、(22)所示，大偏差成分值UH在第1控制输入Rsld与中心值Ucent之间的偏差的绝对值没有超过阈值DUL的绝对值时计算为值0，在超过时，计算为超过量的值。即，大偏差成分值UH在第1控制输入Rsld的变动小时，计算为值0，并且在因目标燃料压力Pf_cmd的变动大而使第1控制输入Rsld的变动大时，即要求控制的快速响应性时，计算为用于使这样的第1控制输入Rsld的值适当地反映到第2控制输入Udsm中的值。
而且，在振幅设定值计算部63(振幅设定单元)中，基于由上述的状态判断部70设定的2个标志F_FC、F_PDEC的值，根据下式(23)～(25)计算出振幅设定值DUD。该振幅设定值DUD确定调制值ULdsm的振幅，更具体讲，振幅设定值DUD的两倍的值2·DUD相当于调制值ULdsm的振幅。
·F_FC＝1时DUD(k)＝DUDH·····(23)·F_FC＝0 & F_PDEC＝1时DUD(k)＝DUDL·····(24)·F_FC＝0 & F_DEC＝0时DUD(k)＝DUDM·····(25)这里，上述式(23)～(25)的DUDH、DUDL、DUDM分别表示预定的F/C运转用值、减压控制用值以及通常控制用值，这些值均被设定为大于等于阈值DUL的值。这是为了在调制值ULdsm即第2控制输入Udsm中确保上述的第1控制输入Rsld所具有的控制上的优异特性。即，在第2控制输入Udsm中确保可使燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为均维持在高水平状态的特性。
此外，两个值DUDH、DUDL被设定为使DUDH＞DUDL成立。其原因如下在F/C运转中，非线性特性更强，因此为了高精度地执行燃料喷射再次开始后的燃料喷射控制，与燃料喷射运转中的减压控制时相比，需要以更高的分解度进行控制，所以将调制值ULdsm的振幅设定为更大的值，由此进一步提高燃料压力控制的分解度。
此外，三个值DUDH、DUDL、DUDM因后述的原因，被设定为使得调制值ULdsm的振幅2·DUD比第1控制输入Rsld可表现出的最大值和最小值之间的幅度小的值。
另一方面，在调制部64中，利用应用了下式(26)～(30)所示的ΔΣ调制算法的算法对小偏差成分值UL进行调制，由此计算出调制值ULdsm。
δd(k)＝UL(k)-ULdsm(k-1) ·····(26)σd(k)＝σd(k-1)+δd(k) ·····(27)ULdsm(k)＝Fnl(σd(k))·····(28)·σd(k)≥0时Fnl(σd(k))＝DUD(k) ·····(29)·σd(k)＜0时Fnl(σd(k))＝-DUD(k) ·····(30)如上述式(26)所示，将偏差δd计算为小偏差成分值的本次值与调制值ULdsm的前次值之间的偏差。此外，在式(27)中，σd表示偏差δd的积分值。此外，在式(28)中，Fnl(σd)是如式(29)、(30)那样定义的非线性函数(另外，在σd＝0时，也可以定义为Fnl(σd)＝0)。参照以上的式(26)～(30)可知，将调制值ULdsm计算为在最小值-DUD与最大值DUD之间反复反转的值。
如上所述，在调制部64中，利用以上的式(26)～(30)所示的算法对小偏差成分值UL进行调制，由此计算出调制值ULdsm，所以当第1控制输入Rsld的变动小、在与中心值Ucent之间只产生小偏差成分值UL的偏差时，可以将调制值ULdsm计算为确保第1控制输入Rsld的上述的控制上的优异特性、即能均以高水平得到燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为的特性，并且能补偿燃料供给装置10的非线性特性的值。
另一方面，在加法器65中，根据下式(31)计算第2控制输入Udsm。
Udsm(k)＝ULdsm(k)+UH(k)+Ucent(k) ·····(31)
如上所述，在DSM控制器60中，第2控制输入Udsm被计算为调制值ULdsm、大偏差成分值UH以及中心值Ucent的总和。此时，中心值Ucent如上所述那样计算为追随第1控制输入Rsld的宏观变化的值，调制值ULdsm如上所述那样计算为下述的值确保当第1控制输入Rsld的变动小时，能均以高水平得到燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为的特性，并且能够补偿燃料供给装置10的非线性特性。此外，大偏差成分值UH被计算为下述的值用于在因目标燃料压力Pf_cmd大幅度急剧变化而第1控制输入Rsld的变动大时等的要求控制的快速响应性的状况下，使第1控制输入Rsld的行为恰当地反映到第2控制输入Udsm中，确保控制的快速响应性。
因此，被计算为这3个值ULdsm、UH、Ucent的总和的第2控制输入Udsm，在第1控制输入Rsld的变动小时，具有第1控制输入Rsld的上述的优异的控制上的特性、即可以将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为均维持于高水平状态的特性，同时，利用应用了ΔΣ调制算法的算法对调制值Uldsm进行了调制，由此被计算为能补偿燃料供给装置10的非线性特性的值。
除此之外，在目标燃料压力Pf_cmd大幅度急剧变化时等的要求控制的快速响应性的状况下，第2控制输入Udsm根据其所包含的大偏差成分值UH计算为可以确保控制的快速响应性的值。此外，由于第2控制输入Udsm被计算为其中心值Ucent追随第1控制输入Rsld的宏观变化的值，所以不需要使其振幅2·DUD成为覆盖第1控制输入Rsld在控制中可表现出的最大值和最小值之间的幅度的大的值，而仅通过设定为比其小的值，就可计算为能确保上述的第1控制输入Rsld的上述的优越的控制上的特性、并且能补偿燃料供给装置10的非线性特性的值。
此外，也可以根据控制上的必要性，将大偏差成分值UH设为值0，将第2控制输入Udsm计算为调制值ULdsm和中心值Ucent的总和。
此外，在控制输入选择部80中，根据由上述的状态判断部70设定的2个标志F_FC、F_PDEC的值，选择第1控制输入Rsld以及第2控制输入Udsm的一方作为控制输入Upf。具体讲，在F_FC＝1时、或F_FC＝0且F_PDEC＝1时，即F/C运转的执行条件成立时、或在燃料供给运转中减压控制的执行条件成立时，选择第1控制输入Rsld作为控制输入Upf，当F_FC＝0且F_PDEC＝0时，选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf。
以下，参照图5说明由ECU 2执行的燃料压力控制处理。本处理是计算上述的控制输入Upf的处理，以预定的控制周期ΔT(例如5msec)进行。
首先，在步骤1(在图中略为“S1”。以下相同)中，读入储存于RAM中的燃料压力Pf的值。即，对燃料压力Pf的值进行采样。此外，在未图示的燃料喷射控制处理中，通过燃料压力传感器20的检测信号值的移动平均运算，计算出该燃料压力Pf的值。
然后，进入步骤2，判断发动机启动标志F_ENGSTART是否为“1”。该发动机启动标志F_ENGSTART是通过在未图示的判断处理中根据发动机转速EN以及IG SW 23的输出信号、判断是否处于发动机启动控制中、即启动动作(cranking)中而设定的，具体讲，分别被设定为当处于发动机启动控制中时为“1”，除此以外时为“0”。
当步骤2的判断结果为“是”，处于发动机启动控制中时，进入步骤3，将目标燃料压力Pf_cmd设定为预定的启动时用值Pf_st。该预定的启动时用值Pf_st被设定为能良好地确保发动机启动时间的缩短以及适合于发动机启动的燃料喷雾之间的平衡的值(例如2MPa)。
然后，进入步骤4，判断燃料压力与目标燃料压力之间的偏差的绝对值|Pf-Pf_cmd|是否比预定的判断值ε(例如2MPa)小。当该判断结果为“是”时，在步骤5中，将燃料压力确保标志F_Pf_OK设为“1”，以表示确保了能恰当地执行燃料喷射的燃料压力Pf。
另一方面，当步骤4的判断结果为“否”时，在步骤6中，将燃料压力确保标志F_Pf_OK设为“0”。此外，当F_Pf_OK＝0时，在燃料喷射控制处理以及点火正时控制处理中，分别停止燃料喷射阀9的燃料喷射以及火花塞的点火。
在步骤5或6之后的步骤7中，如后所述，计算控制输入Upf。然后，结束本处理。
另一方面，当上述的步骤2的判断结果为“否”，不处于发动机启动控制中时，进入步骤8，判断油门开度AP是否比预定值APREF小。该预定值APREF用于判断未踩油门踏板，被设定为能判断出未踩油门踏板的值(例如1°)。
当步骤8的判断结果为“是”，未踩油门踏板时，进入步骤9，判断催化剂预热计时器的计时值Tcat是否比预定值Tcatlmt(例如30sec)小。该催化剂预热计时器用于对催化剂预热控制处理的执行时间进行计时，由向上计数式的计时器构成。此外，催化剂预热控制是用于在发动机启动后迅速地激活设于发动机3的排气管上的催化装置内的催化剂(均未图示)的处理。
当步骤9的判断结果为“是”时，认为应当执行催化剂预热控制，进入步骤10，将目标燃料压力Pf_cmd设定为预定的催化剂预热控制用值Pf_ast。该预定的催化剂预热控制用值Pf_ast被设定为可在催化剂预热控制中、在点火正时延迟控制的执行中确保稳定的燃烧状态的燃料压力Pf的值(例如20MPa)。
然后，在上述的步骤7中，计算出控制输入Upf以后，结束本处理。
另一方面，当步骤8或步骤9的判断结果为“否”时，即不处于发动机启动控制中的情况下，踩下了油门踏板时，或为Tcat≥Tcatlmt时，进入步骤11，根据发动机转速NE以及油门开度AP，通过搜索图6所示的映射图，计算通常运转用值Pf_map。在该图中，AP1～AP3表示AP1＜AP2＜AP3的关系成立的油门开度AP的预定值。
在该映射图中，通常运转用值Pf_map被设定为发动机转速NE越高、或油门开度AP越大，则越大的值。其原因如下发动机转速NE越高、或油门开度AP越大，对于发动机3的要求输出越大，所以要求更高的燃料压力Pf。
在步骤11之后的步骤12中，将目标燃料压力Pf_cmd设定为上述通常运转用值Pf_map。然后，在上述的步骤7中，计算出控制输入Upf后，结束本处理。
接着，参照图7说明上述的步骤7的控制输入Upf的计算处理。在该处理中，首先，在步骤20中，根据上述的式(1)～(6)、(8)～(10)，计算第1控制输入Rsld。
然后，进入步骤21，判断F/C运转标志F_FC是否为“1”。当该判断结果为“是”，F/C运转的执行条件成立时，进入步骤22，将振幅设定值DUD设定为F/C运转用值DUDH。然后，在步骤23中，将第2控制输入选择标志F_DSM设定为“1”，以表示控制区域处于应选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf的区域中。
另一方面，当步骤21的判断结果是“否”时，进入步骤24，判断减压控制标志F_PDEC是否为“1”。当该判断结果是“是”，减压控制的执行条件成立时，进入步骤25，将振幅设定值DUD设定为减压控制用值DUDL。然后，在上述的步骤23中，将第2控制输入选择标志F_DSM设定为“1”。
另一方面，当步骤24的判断结果是“否”，F/C运转以及减压控制的执行条件均不成立时，进入步骤26，将振幅设定值DUD设定为通常控制用值DUDM。然后，在步骤27中，将第2控制输入选择标志F_DSM设定为“0”，以表示控制区域处于应选择第1控制输入Rsld作为控制输入Upf的区域中。
在步骤23或27之后的步骤28中，根据上述的式(11)～(15)，计算中心值Ucent。然后进入步骤29，根据上述的式(16)～(22)，计算大偏差成分值UH以及小偏差值成分值UL。
然后，在步骤30中，根据上述的式(26)，计算偏差δd。然后，在步骤31中，根据上述的式(27)，计算积分值σd。
然后，在步骤32中，判断由步骤31计算的积分值σd是否大于等于值0。当其判断结果为“是”时，在步骤33中，将调制值ULdsm设定为DUD。另一方面，当其判断结果为“否”时，在步骤34中，将调制值ULdsm设定为-DUD。
在步骤33或34之后的步骤35中，将第2控制输入Udsm设定为如上算出的调制值Uldsm、大偏差成分值UH和中心值Ucent之和。
然后，进入步骤36，判断第2控制输入选择标志F_DSM是否为“1”。当其判断结果为“是”时，进入步骤37，将控制输入Upf设定为第2控制输入Udsm。另一方面，当其判断结果为“否”时，进入步骤38，将控制输入Upf设定为第1控制输入Rsld。在如上所述地计算出控制输入Upf后，结束本处理。
接着，参照图8～10说明如上构成的本实施方式的控制装置1的燃料压力Pf的控制结果。图8表示将目标燃料压力Pf_cmd保持恒定的状态下，利用本实施方式的控制装置1执行减压控制时的控制结果，图9表示在执行减压时，使用第1控制输入Rsld作为控制输入Upf时的比较例的控制结果。
首先，参照图9可知，在比较例的控制结果中，在减压控制刚开始后(时刻t2以后)，受到燃料供给装置10的非线性特性的影响，燃料压力Pf相对于目标燃料压力Pf_cmd大幅下冲，两者的乖离程度瞬间急增。相对于此，在图8的本实施方式的控制结果中，在减压控制刚开始后(时刻t1以后)，燃料压力Pf相对于目标燃料压力Pf_cmd尽管稍稍下冲，但两者的乖离程度被控制为小的状态，使用第2控制输入Udsm作为控制输入Upf，由此可以适当地补偿燃料供给装置10的非线性特性，确保高水平的控制分解度。
此外，图10表示在F/C运转中，在将目标燃料压力Pf_cmd保持恒定的状态下执行燃料压力控制时，在时刻t4，将控制输入Upf从第1控制输入Rsld切换到第2控制输入Udsm时的控制结果例。
参照该图可知，使用第1控制输入Rsld作为控制输入Upf的期间(时刻t3～t4)内，交替地反复执行了减压控制和升压控制，并且燃料压力Pf没有恰当地收敛于目标燃料压力Pf_cmd。这原因如下。首先，作为第1个原因是，在F/C运转中的减压控制时，由于上述的燃料供给装置10的结构特性，导致减压开始时，燃料压力Pf相对于目标燃料压力Pf_cmd瞬间产生大的下冲。
此外，作为第2个原因是，在升压控制时，由于高压泵17与曲轴连接，因此在发动机3的运转中，始终执行升压动作，并且由于高压泵是容积式的泵，因此间歇地执行升压后的燃料向输油管13侧的输出动作。由于以上两个原因，当使用第1控制输入Rsld作为控制输入Upf时，燃料压力Pf不收敛于目标燃料压力Pf_cmd，而交替地反复执行减压控制和升压控制。
另一方面，可知，将控制输入Upf从第1控制输入Rsld切换到第2控制输入Udsm以后(时刻t4以后)，燃料压力Pf被控制为大致收敛于目标燃料压力Pf_cmd的状态，能够恰当地补偿燃料供给装置10的非线性特性，确保燃料压力控制中的高水平的分解度。
如上所述，根据本实施方式的控制装置1，根据2自由度响应指定型控制算法[式(1)～(6)]，计算第1控制输入Rsld，利用应用了ΔΣ调制算法的算法[式(11)～(31)]对该第1控制输入Rsld进行调制，由此计算第2控制输入Udsm。然后，当在发动机3的F/C运转中控制燃料压力Pf时，或在燃料供给运转中向减小侧控制燃料压力Pf时，选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf，在发动机3的燃料供给运转中向减小侧以外对燃料压力Pf进行控制时，选择第1控制输入Rsld作为控制输入Upf。
此时，由于根据目标值滤波算法以及响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法算出第1控制输入Rsld，所以通过使用该第1控制输入Rsld，根据目标值滤波算法，可以将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛速度设定为适当的值，并且能另外地根据响应指定型控制算法，将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛行为设定为适当的状态。即，在第1控制输入Rsld的计算中，以相互独立的状态且适当地设定燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛行为和收敛速度，所以通过使用这样计算出的第1控制输入Rsld，如果燃料供给装置10处于几乎不表现出非线性特性的控制区域中，则可以将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为均维持在高水平的状态。
因此，在与在这样的控制区域中控制燃料压力Pf的情况相当的、在发动机3的燃料供给运转中将燃料压力Pf向减小侧以外进行控制时，通过选择第1控制输入Rsld作为控制输入Upf，可以将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为均维持在高水平的状态。此外，能够避免有可能在燃料压力Pf对于控制输入Upf的灵敏度低的条件下、在燃料供给装置10几乎不表现出非线性特性的控制区域中、选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf时所产生的、控制输入Upf的振幅以噪声方式反映到燃料压力Pf中的状态，并且使燃料压力Pf收敛于目标燃料压力Pf_cmd。其结果是，与在燃料供给装置10几乎不表现出非线性特性的控制区域中选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf的情况相比，可以提高燃料压力控制的分解度以及控制精度。
另一方面，在燃料供给装置10一时地表现出极强的非线性特性的控制区域中对燃料压力Pf进行控制时，即，在发动机3的F/C运转中控制燃料压力Pf时，或在燃料供给运转中将燃料压力Pf向减小侧进行控制时，选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf。如上所述，由于该第2控制输入Udsm被计算为具有第1控制输入Rsld的上述的优越的控制上的特性、即可以将燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的追随速度以及追随行为均维持在高水平状态的特性、并且能补偿燃料供给装置10的非线性特性的值，所以在燃料供给装置10一时地表现出极强的非线性特性的控制区域中，通过选择第2控制输入Udsm作为控制输入Upf，可以补偿燃料供给装置10的强的非线性特性，并且将燃料压力Pf控制为收敛于目标燃料压力Pf_cmd。其结果是，与在燃料供给装置10一时地表现出极强的非线性特性的控制区域中选择第1控制输入Rsld作为控制输入Upf的情况相比，可以提高燃料压力控制的分解度以及控制精度。除此之外，在第1控制输入Rsld的变动大、要求控制的快速响应性的状况下，可利用第2控制输入Udsm所包含的大偏差成分值UH来确保这样的快速响应性。
如上所述，在燃料供给装置10一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域中的任意一个区域中，均能提高燃料压力控制的分解度以及控制精度。
此外，由于第2控制输入Udsm的中心值Ucent被计算为追随第1控制输入Rsld的宏观变化的值，所以与调制后的控制输入的振幅的中心值不变化的以往情况相比，可以将第2控制输入Udsm的振幅设定为更小的值。其结果是，即使在第1控制输入Rsld的变动幅度大时，也能确保高水平的控制分解度以及控制精度。此外，由于在-EPS＜Euc＜EPS时，中心值Ucent的变化量Ducent被计算为对偏差Euc乘以满足0＜Keu＜＜1的更新增益Keu而得到的值，所以即使第1控制输入Rsld急剧变化时，仍被计算为缓慢追随其的值。其结果是，可以更有效地抑制减压开始时，燃料压力Pf相对于目标燃料压力Pf_cmd下冲。
此外，在发动机3的F/C运转中控制燃料压力Pf时，将设定第2控制输入Udsm的振幅的振幅设定值DUD设定为比在燃料供给运转中将燃料压力Pf向减小侧进行控制时大的值DUDH，所以调制值ULdsm的振幅被设定为比燃料喷射运转中的减压控制时大的值。由此，可以进一步提高燃料压力控制的分解度，可以高精度地执行燃料喷射再次开始后的燃料喷射控制。其结果是，可以提高空燃比的控制精度。
此外，由于使用应用了ΔΣ调制算法的算法作为调制值ULdsm的计算算法，所以由于ΔΣ调制算法的特性而小偏差成分值UL越接近值0、即燃料压力Pf处于接近目标燃料压力Pf_cmd的状况下第1控制输入Rsld越不变动，第2控制输入Udsm的反转频率变得越高。其结果是，与使用利用反转频率固定的PWM或高频振动调制第1控制输入Rsld而得到的值作为第2控制输入Udsm的情况相比，可以提高燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛性。
此外，在使用为了干扰补偿而利用了燃料压力Pf与目标燃料压力Pf_cmd之间的偏差的积分值的控制算法、作为第1控制输入Rsld的计算算法时，存在当燃料供给装置10受到干扰时，因积分值的干扰补偿作用，燃料压力Pf与目标燃料压力Pf_cmd之间的偏差表现出振荡的摆动行为、或一时地变成过大状态的问题。相对于此，根据该控制装置，基于燃料压力Pf和第1控制输入Rsld，利用估计算法来算出用于补偿燃料供给装置10所受到的干扰的干扰估计值，基于干扰估计值，利用2自由度响应指定型控制算法来算出第1控制输入Rsld，所以当燃料供给装置10受到干扰时，与上述的使用燃料压力Pf与目标燃料压力Pf_cmd之间的偏差的积分值的情况不同，可以避免燃料压力Pf与目标燃料压力Pf_cmd之间的偏差表现出振荡的摆动行为、或一时地变成过大状态，并且可以补偿干扰的影响，由此，可以使燃料压力Pf迅速地收敛于目标燃料压力Pf_cmd。
此外，实施方式是使用应用了ΔΣ调制算法的算法[式(11)～(31)]作为通过调制第1控制输入Rsld来计算第2控制输入Udsm的算法的例子，但本发明的算法不限于此，只要是可以通过调制第1控制输入Rsld来算出第2控制输入Udsm的算法即可。例如，也可以使用PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)算法、或利用高频振动调制第1控制输入Rsld的算法，作为调制第1控制输入Rsld的算法。
此外，也可以在实施方式的调制部64以及图7的步骤30～34中，取代上述的式(26)～(30)，根据下式(32)～(37)所示的应用了ΣΔ调制算法的算法，计算调制值ULdsm。
σr(k)＝σr(k-1)+UL(k) ·····(32)σu(k)＝σu(k-1)+ULdsm(k-1) ·····(33)δd(k)＝σr(k)-σu(k) ·····(34)ULdsm(k)＝Fnl(δd(k)) ·····(35)·δd(k)≥0时Fnl(δd(k))＝DUD(k) ·····(36)·σd(k)＜0时Fnl(δd(k))＝-DUD(k)·····(37)在根据以上的算法计算调制值Uldsm、再用其根据上述的式(31)计算第2控制输入Udsm时，也能得到与实施方式相同的作用效果。特别是，当小偏差成分值UL越接近值0、即燃料压力Pf处于接近目标燃料压力Pf_cmd的状况下第1控制输入Rsld越不变动，第2控制输入Udsm的反转频率变得越高，所以与使用利用反转频率恒定的PWM或高频振动进行调制而得到的第2控制输入Udsm的情况相比，可以提高燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛性。
此外，也可以在实施方式的调制部64以及图7的步骤30～34中，取代上述的式(26)～(30)，根据下式(38)～(42)所示的应用了Δ调制算法的算法，计算第2控制输入Udsm。
σu(k)＝σu(k-1)+ULdsm(k-1) ·····(38)δd(k)＝UL(k)-σu(k)·····(39)ULdsm(k)＝Fnl(δd(k)) ·····(40)·δd(k)≥0时Fnl(δd(k))＝DUD(k) ·····(41)·δd(k)＜0时Fnl(δd(k))＝-DUD(k)·····(42)在根据以上的算法计算调制值ULdsm、再用其根据上述的式(31)计算第2控制输入Udsm时，也能得到与实施方式相同的作用效果。特别是，当小偏差成分值UL越接近值0、即燃料压力Pf处于接近目标燃料压力Pf_cmd的状况下第1控制输入Rsld越不变动，第2控制输入Udsm的反转频率变得越高，所以与使用利用反转频率恒定的PWM或高频振动进行调制而得到的第2控制输入Udsm的情况相比，可以提高燃料压力Pf向目标燃料压力Pf_cmd的收敛性。
此外，本实施方式是将本发明的控制装置应用于控制流体回路系统或作为设备的燃料供给装置10的例子，但本发明的控制装置不限于此，能应用于存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域和几乎不表现出非线性特性的控制区域的各种流体回路系统或设备。
以上是本发明的优选实施方式的说明，作为本领域人员应能理解可以在不脱离本发明的精神以及范围的情况下对其进行各种变更。
权利要求
1.一种控制装置，通过控制输入来控制设备的控制量，其特征在于，具有控制量检测单元，其检测所述控制量；目标值设定单元，其设定作为所述控制量的目标的目标值；第1控制输入计算单元，其根据预定的控制算法计算第1控制输入，该第1控制输入用于将所述检测到的控制量控制成收敛于所述设定的目标值；第2控制输入计算单元，其利用应用了预定的调制算法的算法对该计算出的第1控制输入进行调制，由此计算第2控制输入；以及控制输入选择单元，其根据所述设备的状态，选择所述第1控制输入和所述第2控制输入中的一方作为所述控制输入。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第2控制输入计算单元具有中心值设定单元，其根据所述第1控制输入，设定作为所述第2控制输入的振幅的中心的中心值；以及振幅设定单元，其将所述第2控制输入的振幅设定为比所述第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度小的值。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述预定的控制算法是应用了由预定的目标值滤波算法和预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述预定的调制算法是Δ∑调制算法、∑Δ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还具有干扰估计值计算单元，其基于所述控制量以及所述第1控制输入，根据预定的估计算法计算用于补偿所述设备所受到的干扰的干扰估计值，所述第1控制输入计算单元根据该计算出的干扰估计值，利用所述预定的控制算法，计算所述第1控制输入。
6.一种控制装置，在通过升压侧流路和减压侧流路的开闭来增减流体压力的流体回路系统中，控制该流体压力，其特征在于，具有阀，其对所述升压侧流路和所述减压侧流路进行开闭；致动器，其驱动该阀；流体压力检测单元，其检测所述流体压力；目标值设定单元，其设定作为所述流体压力的目标的目标值；第1控制输入计算单元，其根据预定的控制算法计算第1控制输入，该第1控制输入用于将所述检测到的流体压力控制成收敛于所述设定的目标值；第2控制输入计算单元，其利用应用了预定的调制算法的算法，对该计算出的第1控制输入进行调制，由此计算第2控制输入；以及控制输入选择单元，其根据所述流体回路系统的状态，选择所述第1控制输入和所述第2控制输入中的一方作为对所述致动器的控制输入。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第2控制输入计算单元具有中心值设定单元，其根据所述第1控制输入，设定作为所述第2控制输入的振幅的中心的中心值；以及振幅设定单元，其将所述第2控制输入的振幅设定为比所述第1控制输入可表现出的最大值和最小值之间的幅度小的值。
8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述预定的控制算法是应用了由预定的目标值滤波算法和预定的响应指定型控制算法组合而成的目标值滤波型2自由度控制算法的算法。
9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述预定的调制算法是Δ∑调制算法、∑Δ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种。
10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还具有干扰估计值计算单元，其基于所述流体压力以及所述第1控制输入，根据预定的估计算法计算用于补偿所述流体回路系统所受到的干扰的干扰估计值，所述第1控制输入计算单元基于该计算出的干扰估计值，根据所述预定的控制算法，计算所述第1控制输入。
11.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述流体回路系统是向内燃机提供燃料的燃料供给系统，所述流体压力是该燃料供给系统中的燃料压力，在向减小侧控制所述燃料压力时，所述控制输入选择单元选择所述第2控制输入作为所述控制输入。
12.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述流体回路系统是向内燃机提供燃料的燃料供给系统，所述流体压力是该燃料供给系统中的燃料压力，在停止了从所述燃料供给系统向所述内燃机的燃料供给时，所述控制输入选择单元选择所述第2控制输入作为所述控制输入。
全文摘要
控制装置。本发明的课题是提供即使在控制存在一时地表现出极强的非线性特性的控制区域、以及几乎不表现出非线性特性的控制区域的设备时，也能提高控制的分解度以及控制精度的控制装置。作为解决手段，控制燃料供给装置(10)的燃料压力(Pf)的控制装置(1)具有ECU(2)。该ECU(2)设定目标燃料压力(Pf_cmd)，根据式(1)～(6)计算用于将燃料压力(Pf)控制成收敛于目标燃料压力(Pf_cmd)的第1控制输入(Rsld)，根据式(11)～(31)对第1控制输入(Rsld)进行调制，由此计算第2控制输入(Udsm)，根据是否处于断油运转中或减压控制中，选择第1控制输入(Rsld)以及第2控制输入(Udsm)中的一方作为控制输入(Upf)。
文档编号H03M3/02GK1854501SQ20061007257
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者安井裕司, 篠崎广一郎 申请人:本田技研工业株式会社