專利名稱：發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制裝置，特別是涉及考慮了負荷的發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置。
例如，記載于日本特開平5-18285號公報的逆變式發(fā)動機根據(jù)逆變裝置的輸出電流檢測負荷，根據(jù)該檢測出的負荷的大小進行發(fā)動機的節(jié)氣門控制。通過該控制，不論負荷如何變動，都可將輸出電壓維持為一定。
在節(jié)氣門控制中，將現(xiàn)在轉(zhuǎn)速(實際轉(zhuǎn)速)相對于目標轉(zhuǎn)速的差信號和轉(zhuǎn)速的變化速度信號輸入到中央運算處理裝置(CPU)計算出控制量，根據(jù)該控制量使節(jié)氣門開度變化，調(diào)節(jié)燃料供給量。本發(fā)明人提出在驅(qū)動發(fā)電機的發(fā)動機的控制裝置中將構(gòu)成用于對發(fā)電機的輸出交流進行整流的變流器的半導體元件的導通角維持為預定值地對節(jié)氣門開度進行控制即使其變化的方案(日本特開平11-308896號公報)。
在上述現(xiàn)有的發(fā)動機控制裝置中，為了計算控制量，預先準備存儲計算所需的參數(shù)的表。使用上述差信號和轉(zhuǎn)速的變化速度信號等，檢索該表，求出控制量。
在對表進行檢索求出控制量的方法中，為了進行與發(fā)動機負荷對應(yīng)的控制，需要進行包含節(jié)氣門開度的各種參數(shù)的處理等及很多的信息處理。使用表進行這樣的很多參數(shù)的處理的場合，表大而且復雜。結(jié)果，CPU的負擔變大(控制任務(wù)變重)，為了提高發(fā)動機回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性而考慮了負荷的控制相反可能使穩(wěn)定性受到破壞。另外，由于當在CPU的負擔變大時對其它控制也產(chǎn)生影響，所以，為了避免該影響，必須使用處理能力高的高速CPU。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置，該發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置具有消除實際轉(zhuǎn)速相對發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速的偏差地調(diào)節(jié)燃料供給量的燃料供給量調(diào)節(jié)裝置；其第1特征在于作為上述燃料供給量調(diào)節(jié)裝置，具有由步進馬達驅(qū)動的節(jié)氣門和計算上述步進馬達的控制量的中央運算處理裝置，在上述中央運算處理裝置中，根據(jù)基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速與上次轉(zhuǎn)速的差和上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速的差的修正值修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速相對上述目標轉(zhuǎn)速的偏差，根據(jù)該修正后的值計算出上述控制量。
按照第1特征，在中央運算處理裝置根據(jù)發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速、實際轉(zhuǎn)速、及過去的發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算出控制量。這樣，根據(jù)各參數(shù)按使用數(shù)學式子的運算處理計算出控制量。
另外，本發(fā)明的第2特征在于，在上述中央運算處理裝置中，進行由從預定的增量值減去節(jié)氣門開度值的函數(shù)和發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速的函數(shù)中的至少一方獲得的值除上述控制量的修正運算。按照第2特征，可相應(yīng)于節(jié)氣門開度值和目標轉(zhuǎn)速為代表的負荷狀態(tài)修正控制量。
圖2為使用了本發(fā)明一實施形式的控制裝置的發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機的框圖。
圖3為本發(fā)明一實施形式的燃料量控制部的框圖。
在發(fā)動機2的節(jié)氣門6連接步進馬達7，該節(jié)氣門6的開度相應(yīng)于從燃料量控制部10供給到步進馬達7的脈沖信號進行控制。根據(jù)與節(jié)氣門開度對應(yīng)的燃料供給量決定發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
電壓檢測部8檢測變流器3的直流輸出電壓。可控硅驅(qū)動電路9比較預先施加的目標電壓(例如170V)與上述輸出電壓，使測量的變流器3的實際輸出電壓與目標電壓相等地按公知的適當手法控制構(gòu)成變流器3的可控硅的導通。由該構(gòu)成在與上述可控硅的導通角控制范圍相應(yīng)的輸出電流范圍將變流器3的輸出電壓保持為目標電壓。
圖3為示出燃料量控制部10的功能的框圖。燃料量控制部10的各種運算功能由中央運算處理裝置即CPU實現(xiàn)。導通角檢測部101根據(jù)從可控硅驅(qū)動電路9輸出到變流器3的控制信號檢測可控硅的導通角。導通角按預定周期連續(xù)地檢測，并計算出其平均導通角。平均導通角最好例如按移動平均計算出預定次數(shù)(例如10次)的連續(xù)數(shù)據(jù)。
由導通角檢測部101計算出的平均導通角輸入到偏差檢測部102，檢測出相對目標導通角的偏差。即，根據(jù)該偏差，判斷發(fā)電機1是否在輸出有富余的狀態(tài)下運行。目標導通角例如設(shè)定為80％。目標導通角可與一般的控制目標相同地具有一定的滯后。目標導通角也可相應(yīng)于發(fā)動機溫度變化。例如，當發(fā)動機溫度較低時減小目標導通角。這樣，使由偏差檢測部102檢測出的偏差為“0”地將發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制為目標轉(zhuǎn)速，維持在發(fā)電機1具有余量的狀態(tài)。
目標轉(zhuǎn)速更新部103相應(yīng)于從偏差檢測部102輸入的偏差輸出轉(zhuǎn)速調(diào)整量。目標轉(zhuǎn)速存儲部104將從目標轉(zhuǎn)速更新部103輸入的目標轉(zhuǎn)速調(diào)整量加到已存放的目標轉(zhuǎn)速而獲得新的目標轉(zhuǎn)速。目標轉(zhuǎn)速不超過設(shè)定于最高·高低轉(zhuǎn)速設(shè)定部105的最高轉(zhuǎn)速或最低轉(zhuǎn)速地更新。加上上述目標轉(zhuǎn)速調(diào)整量后，當上述目標轉(zhuǎn)速從上述范圍脫離時，上述最高轉(zhuǎn)速或上述最低轉(zhuǎn)速成為新的目標轉(zhuǎn)速。限定最低轉(zhuǎn)速是因為，低轉(zhuǎn)速時可控硅導通角對很小量的轉(zhuǎn)速變化作出反應(yīng)，所以，通過防止這一點，可良好地維持無負荷-輕負荷的穩(wěn)定性。
轉(zhuǎn)速檢測部106檢測發(fā)電機1的轉(zhuǎn)速?？刂屏坑嬎悴?07根據(jù)從轉(zhuǎn)速檢測部106輸入的實際轉(zhuǎn)速和從目標轉(zhuǎn)速存儲部104讀入的目標轉(zhuǎn)速由比例、微分運算運算用于使實際轉(zhuǎn)速相對目標轉(zhuǎn)速的偏差為0的控制量。對于控制量計算部107的運算，將在后面說明。節(jié)氣門控制部108相應(yīng)于控制量運算部的運算結(jié)果，輸出用于驅(qū)動步進馬達7的脈沖數(shù)。步進馬達7相應(yīng)于其回轉(zhuǎn)，使節(jié)氣門開度變化。
下面，說明在控制量計算部107中用于運算的計算式的一例的說明。作為步進馬達的控制量的節(jié)氣門開閉值PθTH使用式(1)計算。
PθTH＝D/E……(式1)(式1)中的偏差D和修正值E使用式(2)、(3)計算。
D＝目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)-現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)-A+B-C……(式2)E＝b-(開度θTH(0)/c)-(目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)/d)……(式3)上述偏差D為由修正值A(chǔ)、B、C修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差后獲得的值。修正值A(chǔ)、B、C根據(jù)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速和過去的轉(zhuǎn)速計算出。修正值A(chǔ)為現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)的差的函數(shù)，修正值B為上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)的差的函數(shù)，都表示轉(zhuǎn)速的變化，考慮了收斂程度。另外，修正值C為現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與幾次前的轉(zhuǎn)速Ne(-a)和Ne(-2a)的差的函數(shù)，表示長時間的起伏。在該修正值C中考慮了幾次前的運算時的轉(zhuǎn)速Ne(-a)和Ne(-2a)。修正值A(chǔ)、B、C使用式(4)、(5)、(6)計算。
A＝Ne(0)-Ne(-1))……(式4)B＝β(Ne(-1)-Ne(-2))……(式5)C＝γ(Ne(0)-2Ne(-a)+Ne(-2a))/64……(式6)根據(jù)計算出修正值E的(式3)，節(jié)氣門開度θTH(0)越大，目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)越高，則修正值E越小。當修正值E減小時，如根據(jù)(式1)可理解的那樣，節(jié)氣門開閉值PθTH增大。
換言之，在節(jié)氣門開度θTH大(負荷重)或目標轉(zhuǎn)速高的場合，節(jié)氣門開閉值PθTH進行增大修正，節(jié)氣門6的回轉(zhuǎn)量增大(增量大)。另外，節(jié)氣門角度θTH小(負荷輕)或目標轉(zhuǎn)速低的場合，節(jié)氣門開閉值PθTH進行減少修正，節(jié)氣門6的回轉(zhuǎn)量減小(增量小)。
在使用上述運算式的運算中，(式2)的運算與比例運算相當，由式(4)-(式6)進行的運算與微分運算相當。由使用這些運算結(jié)果的步進馬達7進行的節(jié)氣門6的動作與積分動作相當，所以，作為發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制整體，可由比例、積分、微分運算進行PID控制。
用于上述各計算式的系數(shù)α、β、γ為根據(jù)發(fā)動機的類型和用途決定的值，預先根據(jù)實驗等設(shè)定。另外，變量a、b、c、d也使用同樣地預先決定的值。
在不使用全部修正值A(chǔ)、B、C例如不考慮長時間的起伏的場合，設(shè)系數(shù)γ為“0”，可不采用修正值C地變形。


圖1為示出控制量計算部107的要部功能的框圖。如該圖所示，在第1計算部107A使用(式2)計算出根據(jù)修正值A(chǔ)、B考慮了發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化的現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差D。在這里，不考慮修正值C。如該圖所示，在減法運算部11計算現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)相對目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的差DV1(第1偏差)。在減法運算部12，計算上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)的差DV2(第2偏差)。在減法運算部13，計算上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)與再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)的差DV3(第3偏差)。在乘法運算部14，將系數(shù)α與第2偏差DV2相乘，在乘法運算部15將系數(shù)β與第3偏差DV3相乘。
在第2計算部107B，使用(式3)計算作為現(xiàn)在節(jié)氣門開度θTH(0)和目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的函數(shù)的修正值E。在第3計算部107C使用(式1)根據(jù)由第1計算部107A計算出的偏差D和由第2計算部107B計算出的修正值E計算節(jié)氣門開閉值PθTH。該節(jié)氣門開閉值PθTH作為決定步進馬達的回轉(zhuǎn)角的控制量的脈沖數(shù)供給到步進馬達7。
下面說明使用上述計算式的具體的節(jié)氣門開閉值PθTH的例子。目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)＝3500rpm，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)＝2500rpm，上次轉(zhuǎn)速Ne(-1)＝2400rpm，再上次轉(zhuǎn)速Ne(-2)＝2400rpm。系數(shù)α＝20，β＝5，變量b＝155，變量d＝64。當處于這樣的狀態(tài)時，使用(式2)，計算“3500-2400-20×(2500-2400)+5×(2400-2400)”，求出偏差D“800”。
另一方面，使用(式3)計算“155-(3500/64)”，求出修正值E“95”。在修正值E的計算中，示出了僅考慮目標轉(zhuǎn)速的例子。
最后，通過由修正值E除偏差D(式1)計算出“800/95”，“8.0”作為控制步進馬達的脈沖數(shù)即節(jié)氣門開閉值PθTH求出。由(式1)產(chǎn)生的尾數(shù)部分的舍去等處理可根據(jù)發(fā)動機的狀態(tài)等決定。
這樣，在本實施形式中，當進行步進馬達7的控制量運算時，不使用表，通過對使用了數(shù)值的計算式加以應(yīng)用，可減輕CPU的負擔。另外，通過使用了修正值的增量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了將發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化和負荷狀態(tài)也不考慮進去了的控制。
如可從以上的說明看出的那樣，按照第1、2項發(fā)明，當使用中央運算處理裝置時，不使用計算表，通過利用數(shù)值的計算，可控制發(fā)動機的節(jié)氣門開度。因此，中央運算處理裝置的負擔大幅度減輕。另外，通過計算實際轉(zhuǎn)速相對目標轉(zhuǎn)速的偏差的比例運算、由過去的轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速變化的微分運算、及基于控制量的節(jié)氣門的開閉動作進行的積分動作，整體上進行PID控制，所以，可確保發(fā)動機回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和相對負荷的急劇變化的良好的跟蹤性。
按照第2項發(fā)明，根據(jù)節(jié)氣門開放目標轉(zhuǎn)速非常細致地監(jiān)視負荷狀態(tài)，根據(jù)其進行確實的增量調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置，具有使實際轉(zhuǎn)速相對發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速的偏差為零地調(diào)節(jié)燃料供給量的燃料供給量調(diào)節(jié)裝置；其特征在于上述燃料供給量調(diào)節(jié)裝置具有由步進馬達驅(qū)動的節(jié)氣門和計算上述步進馬達的控制量的中央運算處理裝置；上述中央運算處理裝置具有用基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速與上次轉(zhuǎn)速的差以及上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速的差的修正值，來修正現(xiàn)在轉(zhuǎn)速相對上述目標轉(zhuǎn)速的偏差的裝置、以及根據(jù)該修正后的值計算出上述控制量的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置，其特征在于上述中央運算處理裝置包含修正運算裝置，該修正運算裝置用從預定的增量值減去節(jié)氣門開度值的函數(shù)和發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速的函數(shù)的至少一方而獲得的值來除上述控制量。
全文摘要
在使用中央處理裝置的發(fā)動機的電子調(diào)速控制中，通過不使用計算表，減輕CPU的負擔。使實際轉(zhuǎn)速相對發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速的偏差為零地計算用于調(diào)節(jié)燃料供給量的節(jié)氣門的控制量?？刂屏客ㄟ^由CPU構(gòu)成的控制量計算部(107)計算出。第1計算部(107A)計算出現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速相對目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)的偏差D。偏差D由基于現(xiàn)在轉(zhuǎn)速Ne(0)與上次轉(zhuǎn)速Ne(－1)的差的修正值A(chǔ)和基于上次轉(zhuǎn)速與再上次轉(zhuǎn)速Ne(－2)的差的修正值B修正。第2計算部(107B)計算出考慮了由節(jié)氣門開度θTH(0)和目標轉(zhuǎn)速Ne(tgt)形成的負荷的修正值E。第3計算部(107C)計算出D/E，輸出節(jié)氣門開閉值PθTH。
文檔編號F02D31/00GK1407223SQ02141580
公開日2003年4月2日 申請日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者清水元壽, 中村政史 申請人:本田技研工業(yè)株式會社