DE3877119T2

DE3877119T2 - Steuereinrichtung.

Info

Publication number: DE3877119T2
Application number: DE19883877119
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Kawai
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2008-10-06
Also published as: EP0312835B1; EP0312835A2; JPH01110853A; JP2551038B2; DE3877119D1; EP0312835A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Steuereinrichtung, die auf moderner Regelungstheorie basiert. Beispielsweise betrifft diese Erfindung eine Maschinenregeleinrichtung wie eine Einrichtung zum Steuern bzw. Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (A/F) in einer Maschine.
Manche bekannte Steuer- bzw. Regel einrichtungen und -Verfahren wenden die moderne Regelungstheorie zum Verbessern der Ansprecheigenschaften an.
In der Patentanmeldung EP-A-0 224 195 ist eine Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen beschrieben) in der ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor zum Analysieren des Abgases der Brennkraftmaschine ein zu einem Luft/Brennstoff-Verhältnis und dessen Änderung proportionales Ausgangssignal erzeugt, das die Grundlage für eine Rückführungsregelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem geschlossenen Regelkreis bildet. Ein Regelkonstanten-Modifizierer steuert die Änderung der Proportionalkomponente und der Integrationskomponente des Regelkreises entsprechend einem für die Regelung gewählten Luft/Brennstoff- Verhältnis. Vorrichtungen in Form von Stellgliedern und Steuerschaltungen, die auf das Ausgangssignal der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensorvorrichtung ansprechen, das bezüglich des erfaßten, von dem Fett-Bereich und dein Mager- Bereich verschiedenen Luft/Brennstoff-Verhältnis Verstärkungen unterzogen ist, steuern das Luft/Brennstoff-Verhältnis eines der Brennkraftmaschine zugeführten Mischgases auf Grundlage der Regelung im geschlossenen Regelkreis und entsprechend den veränderten Regelkonstanten.
Ferner ist in der Patentanmeldung EP-A-0 185 552 eine Einrichtung zum zufriedenstellenden Steuern des Betriebszustands einer Brennkraftmaschine, einschl. von zumindest dem Ausgangsdrehmoment und der Ansaugluftmenge aufgrund eines dynamischen physikalischen Modells beschrieben. Im einzelnen enthält die Steuereinrichtung eine Anforderungsgrößen- Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Ausmaßes einer dem Wunsch des Fahrers entsprechenden Anforderung, die durch einen Hub des Fahrpedals und die Belastungsänderung der Brennkraftrnaschine angezeigt ist, eine Betriebszustand- Änderungseinheit in Form eines Satzes von Stellgliedern für das Verändern des Maschinenbetriebszustands und eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung in Form von verschiedenerlei Sensoren für das Erfassen des Maschinenbetriebszustands einschl. zumindest des Ausgangsdrehmoments, der Drehzahl und der Ansaugluftmenge. Eine Sollwert-Einstelleinheit bestimmt entsprechend der erfaßten Anforderungsgrösse Sollwerte für jeweilige Zustandsgrößen des Maschinenbetriebszustands einschl. des Sollwert-Ausgangsdrehmoments und der Soll-Ansaugluftmenge. Die Betriebszustand-Änderungseinheit wird durch eine Steuereinheit, die eine Rückführungsgröße der Betriebszustand-Variablen bestimmt, derart gesteuert, daß Variable des erfaßten Betriebszustands gleich den bestimmten Sollwerten sind. Die Steuerung erfolgt zum Minimieren der Brennstoffzuführmenge aufgrund des Zusammenhangs zwischen der Ansaugluftmenge und der Brennstoffzuführmenge bei konstantem Ausgangsdrehmoment und aufgrund einer optimalen Rückführungsverstärkung, die mittels eines sog. Beobachters und in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell abgeschätzt wird.
Bei diesen bekannten Regelverfahren und Einrichtungen treten im allgemeinen folgende Probleme auf:
(1) Nach der modernen Regelungstheorie wird eine Soll-Regelgröße bzw. Führungsgröße oder werden solche Größen von Zustandsgrößen ausgehend berechnet, die den internen Zustand eines Systems wiedergeben, das ein Regelungsoblekt wie eine Maschine regelt. Die Zustandsgrößen werden durch Gestaltung eines Beobachters veranschlagt. Im allgemeinen werden die Zustandsgrößen und die Führungsgröße periodisch erneuert. Im einzelnen werden entsprechend dem Beobachter neue Zustandsgrößen aus den gegenwärtigen Erfassungswerten aus den Sensoren, einer vorangehenden Regelgröße und vorangehenden Zustandsgrößen veranschlagt. Aufgrund dieser neuen Zustandsgrößen wird eine neue Regel- bzw. Führungsgröße bestimmt. Das Objekt wird entsprechend der periodisch fortgeschriebenen Führungsgröße gesteuert. Die Genauigkeit der Gestaltung eines Beobachters beeinflußt in starkem Ausmaß die Regelungsgenauigkeit, so daß für eine zuverlässige Regelung ein genauer Beobachter erforderlich ist.
(2) Ein Beobachter wird im allgemeinen durch eine Simulation entworfen, was eine lange Zeit und viel Arbeit erfordert.
(3) Ein Beobachter wird in Übereinstimmung mit einem Modell gestaltet, so daß ein genauer Beobachter eine genaue Modellgestaltung erforderlich macht, was zu einem komplizierten Modell führt. Bei dem komplizierten Modell besteht die Tendenz, daß eine langwierige oder schwierige Berechnung während der Regelung erforderlich ist.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine schnell ansprechende Steuereinrichtung zu schaffen, bei der sich ein Beobachter erübrigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer Steuereinrichtung, die
(a) eine Einrichtung zum periodischen Abfragen eines Steuerparameters y einer Maschine und eines einen Betriebszustand der Maschine betreffenden Ausgangssignals,
(b) eine Stellvorrichtung zum Einstellen des Betriebszustands der Maschine und
(c) eine Einrichtung aufweist, die eine Soll-Regelgröße u für die Stellvorrichtung bestimmt und die Stellvorrichtung entsprechend der bestimmten Soll-Regelgröße steuert,
wobei die Bestimmungs/Steuereinrichtung
eine Einrichtung zum Speichern des erfaßten Regelparameters und der bestimmten Soll-Regelgröße und
eine Einrichtung aufweist, die synchron mit der Abfrage von einem Vektor der Rückführungsverstärkungen Fi und einem Vektor der Zustandsgrößen ausgehend eine neue Soll-Regelgröße u für die Stellvorrichtung berechnet, wobei die Rückführungsverstärkungen Fi aufgrund eines dynamischen Modells bestimmt sind, das eine Annäherung an den Betriebszustand der Maschine ist,
wobei die Steuereinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß
(d) die Zustandsgrößen direkt aus dem in der Speichereinrichtung gespeicherten Steuerparameter y und der in der Speichereinrichtung gespeicherten Soll-Regelgröße u zusammengesetzt sind und
(e) das dynamische Modell für die Maschine durch Annäherung aufgrund eines Selbstrückstellungs-Mittelungsmodells mit einer Totzeit p (p = 0, 1, 2, ...) und einer Ordnung n, m (n = 1, 2, 3, ..., m = 1, 2, 3, ...) bestimmt ist, welches durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:
y(k) = a&sub1; y(k-1) + a&sub2; y (k-2) + ... ... + an y(k-n) + b&sub1; u(k-1-p) + b&sub2; u(k-2-p) + ... ... + bm u(k-m-p)
in der a&sub1;, ...., an und b&sub1;, ... bm vorbestimmte Konstanten bezeichnen, und der Buchstabe k die Anzahl der Abfragungen bezeichnet und
die neue Soll-Regelgröße u(k) durch die folgende Gleichung gegeben ist:
u(k) = F&sub1; y(k) + F&sub2; y(k-1) + ... + Fn y(k-n+1) + Fn+1 u(k-1) + Fn+2 u(k-2) + ... + Fp+n+m-1 u(k-m-p+1)
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist derart ausgelegt, daß eine schnell ansprechende Regelung des Betriebszustands einer Maschine ohne Erfordernis eines Beobachters gewährleistet ist, wobei die Regelung aufgrund der modernen Regelungstheorie erfolgt. Im einzelnen wird ein Ausgangswert in Form eines Regelparameters erfaßt, der mit dem Betriebszustand der Maschine in Beziehung steht, welche mittels der jeweiligen Stellvorrichtungen zu regeln ist, die zum Einstellen des Maschinenbetriebszustands gemäß den tatsächlichen Antriebsbedingungen und aufgrund einer bestimmten Soll- Regelgröße entsprechend dem erfaßten Regelparameter für die Maschine dienen. Der gegenwärtige Zustand der durch den erfaßten Regelparameter dargestellten Betriebsbedingungen und der bestimmten Soll-Regelgröße wird gespeichert und es wird aufgrund eines Vektors von vorbestimmten Rückführungsverstärkungen und eines Vektors von Zustandsgrößen eine neue Soll-Regelgröße berechnet.
Infolgedessen werden die Rückführungsverstärkungen unter Anwendung eines dynamischen Modells bestimmt, das eine Annäherung an den Maschinenbetriebszustand aufgrund eines Selbstnachstellungs-Mittelungsmodells ist, welches durch die vorangehend genannten Gleichungen dargestellt ist, wobei p eine Totzeit bezeichnet und n und m die Ordnungen der Gleichung bezeichnen. Weiterhin bezeichnet der Ausgangswert y den Steuerparameter, der durch die Maschine gesteuert wird und ausgegeben wird, u bezeichnet die Größe der der Maschine zugeführten Komponenten und die Zeichen a&sub1;.... an und b&sub1;... bn sind vorbestimmte Konstanten. Ein Wert des gesteuerten Parameters wird in Abhängigkeit von der Anzahl k der Abfragen periodisch abgefragt. Der Steuerparameter wird entsprechend einer variablen Regelgröße eingestellt, deren Wert synchron mit der Abfrage des geregelten Parameters periodisch bestimmt wird und der gleich dem Produkt aus einem vorgewählten optimalen Rückführungsverstärkungsvektor und einem Zustandsgrößenvektor ist.
Auf diese Weise führt die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine Steuerung der Betriebszustände der Maschine, insbesondere des der Maschine zugeführten Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Regelungsprozesses aus, der auf dem dynamischen Modell basiert, das durch ein Selbstnachstellungs-Mittelungsmodell angenähert ist.
Da dieses spezielle dynamische Modell durch eine Totzeit p und ein Verzögerungssystem n-ter Ordnung angenähert ist und die Regelgröße u(k) durch das Produkt aus den bekannten eingegebenen Informationen und der Ruckführungsverstärkung ausgedruckt ist, sind somit die Zustandsgrößen allein durch bekannte Eingabe- und Ausgabewerte ausgedrückt und bestimmt, so daß für eine genaue und schnell ansprechende Regelung ein Beobachter unnötig wird.
Für den Fachmann auf dem betreffenden technischen Gebiet werden die Vorteile der Erfindung aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 ist eine Darstellung einer Steuereinrichtung gemäß einem grundlegenden Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Steuereinrichtung gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 3 ist eine Blockdarstellung eines Systems, das in der Steuereinrichtung nach Fig. 2 ein Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F regelt.
Fig. 4 ist eine andere Blockdarstellung des Systems zur Regelung des Verhältnisses A/F in der Steuereinrichtung nach Fig. 2.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms einer elektronischen Steuereinheit nach Fig. 2.
Ein grundlegendes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. Obgleich das grundlegende Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf eine Einrichtung zum Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einer Maschine gerichtet ist, kann die Erfindung bei verschiedenerlei anderen Steuereinrichtungen angewandt werden.
Gemäß Fig. 1 enthält eine Steuereinrichtung für das Einstellen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F eines einer Brennkraftmaschine M1 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches einen Sensor M2, der ein Signal erzeugt, das das Verhältnis A/F des Luft/Brennstoff-Gemisches anzeigt. Die Steuereinrichtung enthält ferner eine Vorrichtung M3 zum Einstellen der Brennstoffzufuhr und eine mit dem Sensor M2 und der Vorrichtung M3 verbundene Hauptsteuereinheit M4. Die Vorrichtung M3 dient dazu, eine Rate der Brennstof fzufuhr zu der Maschine M1 einzustellen.
Der Sensor M2 kann eine von verschiedenerlei bekannten Ausführungen sein wie eine Ausführung, die ein Signal abgibt, welches sich linear als Funktion des Verhältnisses A/F des der Maschine M1 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches ändert. Die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 kann eine von verschiedenen bekannten Gestaltungen haben, wie eine Anordnung mit Brennstoffeinspritzventilen, die sich in einen Luftansaugkanal der Maschine M1 erstrecken.
Von der Hauptsteuereinheit M4 wird ein Signal, das ein Soll- Luft/Brennstoff-Verhältnis AFo eines der Maschine M1 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches darstellt, aufgenommen oder intern erzeugt. Aus dem von dem Sensor M2 erzeugten Signal leitet die Hauptsteuereinheit M4 das Ist-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFi ab. In der Hauptsteuereinheit M4 wird entsprechend den Parametern einschl. des Ist-Verhältnisses AFi und des Soll-Verhältnisses AFo eine Soll-Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 bestimmt. Die Hauptsteuereinheit M4 führt der Brennstoffeinstellvorrichtung M3 ein Signal zu, das die Soll-Steuergröße T darstellt. Die Vorrichtung M3 stellt die Rate der Brennstoffzufuhr zu der Maschine M1 durch einen Wert oder einen Grad ein, der der Soll-Steuergröße T entspricht. Die Soll-Steuergröße T wird derart ausgelegt, daß das Ist-Verhältnis AFi auf das Soll-Verhältnis AFo eingeregelt werden kann.
Die Hauptsteuereinheit M4 enthält einen Zustandsgrößen- Ausgabeabschnitt M5, einen Akkumulatorabschnitt M6 und einen Steuergrößen-Rechenabschnitt M7.
Der Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 bildet ein dynamisches Modell der Maschine M1. Im einzelnen ist das dynamische Modell durch Annäherung ausgehend von einem selbstregressiven bzw. Selbstnachstellungs-Mittelungsmodeii mit einer Totzeit p (p = 0, 1, 2,....) und einer Ordnung [n, m] (n = 1, 2, 3 ,....; m = 1, 2, 3,..=..) bestimmt. In einem typischen Fall sind die Zahlen p, n und m "1". Bei der Festlegung des dynamischen Modells wird ferner eine Störung in Betracht gezogen. Der Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 nimmt das das Ist-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFi darstellende Signal sowie ferner das Signal auf, das die Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 darstellt. Der Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 erzeugt ein Signal, das Zustandsgrößen X angibt, die den internen Zustand des dynamischen Modells für die Maschine M1 darstellen. Die Zustandsgrößen X werden im allgemeinen aus dem Ist-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFi und der Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 zusammengesetzt.
Eine Subtrahiervorrichtung in der Hauptsteuereinheit M4 nimmt das Signal für das Ist-Verhältnis AFi und das Signal für das Soll-Verhältnis AFo auf. Die Subtrahiervorrichtung gibt ein Signal ab, das dem Differenzwert entspricht, der gleich dem Soll-Verhältnis AFo abzüglich des Ist-Verhältnisses AFi ist, nämlich gleich AFo - AFi ist. Der Akkumulatorabschnitt M6 nimmt das Differenzsignal auf. Der Abschnitt M6 sammelt den Differenzwert "AFo - AFi" und erzeugt ein Signal, das dem sich ergebenden Sammelwert Z entspricht, der gleich Σ (AFo-AFi) ist.
Der Steuergrößen-Rechenabschnitt M7 nimmt das Zustandsgrössensignal und das Sammelsignal auf. Der Abschnitt M7 berechnet die Soll-Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 aus optimalen Rückführungsverstärkungen F, den Zustandsgrößen X und dem Sammelwert Z. Die optimalen Rückführungsverstärkungen F werden entsprechend dem vorangehend genannten dynamischen Modell vorbestimmt. Der Abschnitt M7 erzeugt das Signal, das der Soll-Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 entspricht.
Die Hauptsteuereinheit M4 ist entsprechend einem dynamischen Modell für ein System ausgelegt, das das Luft/Brennstoff- Verhältnis eines der Maschine M1 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches regelt. Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist das dynamische Modell durch Annäherung ausgehend von einem Selbstnachstellungs- bzw. Selbstabstimmungs-Mittelungsmodell mit einer Totzeit p (p = 0, 1, 2,....) und einer Ordnung [n, mJ (n = 1, 2, 3,....; m = 1, 2, 3, ...) gestaltet. Ferner ist bei der Gestaltung des dynamischen Modells eine Störung berücksichtigt. Gemäß der vorangehenden Beschreibung enthält die Hauptsteuereinheit M4 den Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5, den Akkumulatorabschnitt M6 und den Steuergrößen-Rechenabschnitt M7.
Nachstehend wird das Selbstnachstellungs- bzw. Selbstabstimmungs-Mittelungsmodell ausführlich beschrieben. Das Selbstnachstellungs-Mittelungsmodell mit einer Totzeit p und einer Ordnung [n,m] nimmt die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Form an:
AFi(k) = a&sub1; AFi(k-1) + a&sub2; AFi(k-2) + ... ... + an AFi(k-n) + b&sub1; T(k-1-P) + b&sub2; T(k-2-p) + ... ... + bm T(k-m-p)
wobei k die Anzahl der Abfragungen darstellt, die dem Abfragezeitpunkt entspricht. Falls die Ordnungszahlen n und in gleich "1" sind, ändert sich die vorstehende Gleichung zu:
AFi(k) = a AFi(k-1) + b T (k-1-p) ....(1)
Das Selbstnachstellungs-Mittelungsmodell ist eine Näherung an das System zur Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei der Bestimmung des Verhältnisses AFi. Im Hinblick auf eine Störung d wird die Gleichung (1) folgendermaßen modifiziert:
AFi(k) = a AFi(k-1) + b T(k-1-p) + d(k-1) ....(2)
Auf diese Weise wird ein dynamisches Modell für das Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelsystem aufgebaut.
Das dynamische Modell für das Luft/Brennstoff-Verhältnis- Regelsystem ist auch unter Einsetzen der Zustandsgrößen X(k) = [X&sub1;(k) X&sub2;(k) .... Xp+1(k)]T durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Aus den Gleichungen (2) und (3) ist ersichtlich, daß die Zustandsgrößen X(k) folgendermaßen ausgedrückt werden:
X(k) = [AFi(k) T(k-p) T(k-1+p) ... T(k-2) T(k-1)]T ...(4)
Der Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 hält die bei der Regelung während einer Zeitspanne bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt eingesetzten Werte AFi(k), T(k-p), T(k-p+1), T(k-1) fest und gibt diese Werte als Zustandsgrößen ab.
Von dem Akkumulatorabschnitt M6 wird der Differenzwert aufsummiert bzw. integriert, der gleich dem Soll-Verhältnis AFo abzüglich des Ist-Verhältnisses AFi(k) ist, d.h., gleich AFo - AFi(k) ist. Der Akkumulatorabschnitt M6 gibt den sich ergebenden Sammelwert Z = Σ (AFo-AFi(k)) ab.
Das Einbeziehen des Sammelwertes Z in die Luft/Brennstoff- Verhältnis-Regelung korrigiert Fehler (grobe Näherungen), die bei dem Ansetzen des Modells entstehen, Störungen wie Laständerungen an der Maschine M1, Änderungen des Modells des Regelsystems infolge Alterung der Maschine M1 oder der Brennstoffeinspritzventile und andere beeinträchtigende Faktoren. Darüberhinaus korrigiert das Einbeziehen des Sammelwerts Z in die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelung Fehler, die unvermeidbar während Berechnungen in einem digitalen Regelsystem entstehen, wie beispielsweise Quantisierungsfehler.
Der Steuergrößen-Berechnungsabschnitt M7 bestimmt eine Soll- Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 entsprechend den optimalen Rückführungsverstärkungen F, den aus dem Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 zugeführten Zustandsgrößen X und dem aus dem Akkumulatorabschnitt M6 zugeführten Sammelwert Z. Die optimalen Rückführungsverstärkungen F werden aufgrund eines dynamischen Modells für das Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelsystem vorbestimmt. Im einzelnen können die optimalen Rückführungsverstärkungen F durch Simulation unter Anwendung von Übertragungskennwerten oder -funktionen vorbestimmt werden.
Falls ein Sammelwert Z außer Acht gelassen wird, ist eine Soll-Steuergröße T(k) allgemein durch die folgende Gleichung gegeben:
T(k) = F&sub1; AFi(k) + F&sub2; AFi(k-1) + + Fn AFi(k-n+1) + Fn+1 T(k-1) + Fn+2 T(k-2) + + Fp+n+m-1 T(k-m-p+1)
wobei F&sub1;, F&sub2;,.... Fp+n+m-1 jeweilige Komponenten eines Rückführungsverstärkungsvektors sind.
Bei der vorstehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelsystem linear ist. Falls das Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelsystem nicht linear ist, wird der Gesamtbereich für den Zustand des Systems in Teilbereiche um jeweilige Festpunkte unterteilt, an denen das System annähernd als linear in bezug auf die Festpunkte behandelt werden kann, und es werden Modelle für die jeweiligen Teilbereiche entworfen.
Das Entwerfen eines dynamischen Modells und insbesondere das Bestimmen der Koeffizienten oder Werte a und b in der Gleichung (1) kann durch Systemidentifikation erfolgen und wird beispielsweise experimentell nach einem Sprungantwortverfahren ausgeführt.
Die Steuereinrichtung nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen: Der Sensor M2 führt dem Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 das Signal zu, das das Ist-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFi darstellt. Ferner empfängt der Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt M5 auch das die Steuergröße T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 darstellende Signal. Der Abschnitt M5 gibt das Ist-Verhältnis AFi und die Steuergröße T, die während einer Zeitdauer bis zum gegenwärtigen Moment aufgetreten sind, als Zustandsgrößen X ab, die den internen Zustand eines Systems darstellen, das das Luft/Brennstoff- Verhältnis des der Maschine M1 zugeführten Luft/Brennstoff- Gemisches regelt. Die Zustandsgrößen X werden dem Steuergrößen-Rechenabschnitt M7 gemeldet. Der Akkumulatorabschnitt M6 führt dem Steuergrößen-Rechenabschnitt M7 das Signal zu, das den Sammelwert Z der Differenzen zwischen dem Soll- Luft/Brennstoff-Verhältnis AFo und dem Ist-Luft/Brennstoff- Verhältnis AFi darstellt. Der Abschnitt M7 berechnet aus den Zustandsgrößen X, dem Sammelwert Z und den optimalen Rückführungsverstärkungen F eine Soll-Steuergröße (Stellgröße) T für die Brennstoffeinstellvorrichtung M3. Die Hauptsteuereinheit M4 steuert die Brennstoffeinstellvorrichtung M3 entsprechend der berechneten Soll-Steuergröße T derart, daß das Ist-Verhältnis AFi auf das Soll-Verhältnis AFo eingeregelt werden kann.
Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel für diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben. Das bestimmte Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bis 5 ist zwar grundlegend auf eine Einrichtung zum Regeln des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einer Maschine gerichtet, jedoch kann die Erfindung auch bei anderen verschiedenartigen Steuereinrichtungen angewandt werden.
Gemäß Fig. 2 ist eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine 10 mit Fremdzündung die Vierzylinder-Viertakt-Ausführung. Die Zündzeit der Maschine 10 und die in die Maschine 10 eingespritzte Brennstoffmenge werden durch eine elektronische Steuereinheit 20 gesteuert. Die Steuerung der Brennstoffeinspritzmenge ist in der Regelung des Luft/Brennstoff- Verhältnisses eines der Maschine 10 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches enthalten. Nachstehend wird hauptsächlich die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelung beschrieben.
Gemäß Fig. 2 erstreckt sich zwischen einem Luftfilter 21 und einem Beruhigungsbehälter 24 ein Lufteinlaßkanal 23. Der Beruhigungsbehälter 24 steht mit den Zylindern der Maschine 10 über jeweilige Lufteinlaßzweigrohre 25 in Verbindung, die durch einen Einlaßverteiler gebildet sind. Über den Luftfilter 21, den Lufteinlaßkanal 23, den Beruhigungsbehälter 24 und die Lufteinlaßzweigrohre 25 wird Luft in die Maschinenzylinder gesaugt. Ein Luftströmungsmesser 22 hat ein Fühlerelement, das in dem Lufteinlaßkanal 23 angeordnet ist. Der Luftströmungsmesser 22 mißt die in die Maschine 10 strömende Luftmenge und erzeugt ein Signal zur Anzeige hiervon. Das Luftströmungsmengensignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt.
Aus einem (nicht gezeigten) Brennstoffbehälter wird Brennstoff zu elektrisch betriebenen Brennstoffeinspritzventilen 26a, 26b, 26c und 26d gepumpt, die an den jeweiligen Lufteinlaßzweigrohren 25 angebracht sind. Die Vorrichtungen 26a bis 26d dienen zum Einspritzen von Brennstoff in die Zweigrohre 25 in einer einstellbaren Menge. Die Brennstoffeinspritzmenge wird durch Signale eingestellt, die aus der elektronischen Steuereinheit 20 zugeführt werden. Die von der elektronischen Steuereinheit 20 an die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d abgegebenen Steuersignale umfassen Folgen von Brennstoffeinspritzimpulsen. Da die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d während der Dauer eines Brennstoffeinspritzimpulses offen bleiben, um die Brennstoffeinspritzung zuzulassen, ist die in die Maschine 10 eingespritzte Brennstoffmenge von den Dauern der Brennstoffeinspritzimpulse abhängig. Wie es nachfolgend verdeutlicht wird, werden von der elektronischen Steuereinheit 20 zum Steuern der Brennstoffeinspritzmenge die Dauern bzw. Breiten der Brennstoffeinspritzimpulse eingestellt. Die Steuerung der Brennstoffeinspritzmenge bewirkt eine Regelung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses (A/F) eines der Maschine 10 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches.
Eine Zündschaltung 27 erzeugt Hochspannungsimpulse, die über einen Verteiler 29 nacheinander an Zündkerzen 28a, 28b, 28c und 28d angelegt werden. Die Zündkerzen 28a bis 28d sind an der Maschine 10 befestigt. Die Arbeitsteile der Zündkerzen 28a bis 28d sind jeweils in den Maschinenzylindern angeordnet. Wenn die Hochspannungsimpulse an die Zündkerzen 28a bis 28d angelegt werden, erzeugen sie in den zugehörigen Maschinenzylindern Funken. Der Zeitpunkt des Auftretens eines Funkens wird durch ein von der elektronischen Steuereinheit 20 an die Zündschaltung 27 abgegebenes Signal gesteuert.
Ein in dem Verteiler 29 angeordneter Maschinendrehzahlsensor 30 erfaßt die Drehzahl Ne der Maschine 10 und erzeugt ein Signal zur Anzeige hiervon. Das Maschinendrehzahlsignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt. Der Maschinendrehzahlsensor 30 ist einem Zahnring gegenübergesetzt, der synchron mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine 10 umläuft. Der Maschinendrehzahlsensor 30 erzeugt Impulse mit einer Frequenz, die zu der Maschinendrehzahl proportional ist. Beispielsweise erzeugt der Maschinendrehzahlsensor 30 24 Impulse, während die Kurbelwelle der Maschine über 720º dreht.
In einem Abschnitt des Lufteinlaßkanals 32 ist stromab des Luftströmungsmessers 22 verstellbar eine Drosselklappe 31 angeordnet. Die Drosselklappe 31 bestimmt einstellbar die in die Maschine 10 strömende Luftmenge. Im einzelnen hängt die in die Maschine 10 strömende Luftmenge von der Stellung der Drosselklappe 31 bzw. von dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 31 ab. Ein mit der Drosselklappe 31 verbundener Stellungssensor 32 erfaßt den Öffnungsgrad TH der Drosselklappe 31 und erzeugt ein analoges Signal zur Anzeige hiervon. Das Drosselöffnungsgradsignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt. Der Drosselsensor 32 enthält einen Leerlaufschalter, der ein Ein/Aus- bzw. Binärsignal erzeugt, das anzeigt, ob die Drosselklappe 31 im wesentlichen voll geschlossen ist oder nicht. Das Drosselvollschließsignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt. Da die Drosselklappe 31 bei dem Leerlauf der Maschine 10 im wesentlichen voll geschlossen ist, nutzt die elektronische Steuereinheit 20 das Drosselvollschließsignal für die Ermittlung, ob die Maschine 10 leerläuft oder nicht.
Ein an der Maschine 10 angebrachter Temperatursensor 33 erfaßt die Temperatur Thw des Maschinenkühlmittels und erzeugt ein Signal zur Anzeige hiervon. Das Kühlmitteltemperatursignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt. Ein an einem Abschnitt des Lufteinlaßkanals 23 zwischen dem Luftströmungsmesser 22 und der Drosselklappe 31 angebrachter anderer Temperatursensor 34 erfaßt die Temperatur Tam der in die Maschine gesaugten Luft und erzeugt ein Signal zur Anzeige hiervon. Das Lufttemperatursignal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt.
Ein Luft/Brennstoff- bzw. A/F-Verhältnis-Sensor 36 hat ein Fühlerelement, das in einem Auspuffrohr 35 angeordnet ist, welches von den Maschinenzylindern weg führt. Der A/F- Verhältnis-Sensor 36 überwacht die Abgase aus den Maschinenzylindern und erzeugt ein Signal, das sich linear als eine Funktion des A/F-Verhältnisses AFi des in die überwachten Abgase umgesetzten Luft/Brennstoff-Gemisches ändert. Das A/F-Verhältnis-Signal wird an die elektronische Steuereinheit 20 angelegt.
Die elektronische Steuereinheit 20 enthält einen Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit (CPU) 51, einem Festspeicher (ROM) 52, einem Schreib/Lesespeicher (RAM) 53, einem Sicherstellungs-Schreib/Lesespeicher 54, einer Eingabeeinheit 56 und einer Ausgabeeinheit 58. Die Einrichtungen 51 bis 54, 56 und 58 sind miteinander über einen Bus 59 verbunden. Die Eingabeeinheit 56 nimmt die Signale aus dem Luftströmungsmesser 22, dem Drosselsensor 32, dem Kühlmitteltemperatursensor 33, dem Lufttemperatursensor 34, dem Maschinendrehzahlsensor 30 und dem A/F-Verhältnis-Sensor 36 auf. Die Ausgabeeinheit 58 führt den Brennstoffeinspritzventilen 26a bis 26d und der Zündschaltung 27 die Steuersignale zu.
Die elektronische Steuereinheit 20 leitet aus den von den Sensoren abgegebenen Eingangssignalen Maschinenbetriebszustände ab, wie das Luft/Brennstoff-Verhältnis AFi, die Luftströmungsmenge AR, die Lufttemperatur Tam, den Drosselöffnungsgrad TH, die Kühlmitteltemperatur Thw und die Maschinendrehzahl Ne. Entsprechend den Maschinenbetriebszuständen werden von der elektronischen Steuereinheit 20 eine Soll-Brennstoffeinspritzmenge und eine Soll-Zündeinstellung berechnet oder festgelegt. Entsprechend der Soll-Brennstoffeinspritzmenge wird das an die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d angelegte Steuersignal derart eingestellt, daß die Ist-Brennstoffeinspritzmenge gleich der Soll-Brennstoffeinspritzmenge sein kann. Die Soll-Brennstoffeinspritzmenge wird von der erfaßten Luftströmungsmenge ausgehend derart bestimmt, daß die Soll-Brennstoffeinspritzmenge grundlegend zu der Luftströmungsmenge proportional ist. Dieser Zusammenhang zwischen der Soll-Brennstoffeinspritzmenge und der Luftströmungsmenge ermöglicht es, das Luft/Brennstoff- Verhältnis eines Luft/Brennstoff-Gemisches im wesentlichen auf einem gewünschten Wert zu halten. Auf diese Weise ist die Brennstoffeinspritzmengen-Steuerung in der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelung inbegriffen. Entsprechend der Soll-Zündeinstellung wird das an die Zündschaltung 27 angelegte Steuersignal derart eingestellt, daß die Funken in den Maschinenzylindern zu Zeitpunkten auftreten, die der Soll- Zündeinstellung entsprechen.
Nachstehend wird die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelung ausführlicher beschrieben. Für die Luft/Brennstoff- bzw. A/F-Verhältnis-Regelung ist die elektronische Steuereinheit 20 folgendermaßen ausgelegt:

(1) Modelldarstellung des Regelungsobjekts

In Fällen, bei denen ein das A/F-Verhältnis regelndes System durch ein Selbstnachstellungs-Mittelungsmodell mit der Ordnung 1 und einer der Verzögerung infolge einer Abfragezeit entsprechenden Totzeit p (p=1) näherungsweise dargestellt ist, ergibt die vorangehend genannte Gleichung (1) die folgende Gleichung:
AFi(k) = a AFi(k-1) + b T(k-2) ...(5)
Im Hinblick auf die Störgröße d wird die dem Modell für das A/F-Verhältnis-Regelungssystem entsprechende Gleichung (5) folgendermaßen abgeändert:
AFi(k) = a AFi(k-1) + b T(k-2) + d(k-1) ...(6)
wobei die Variable T eine Steuergröße für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d darstellt, die der Breite eines an die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d angelegten Brennstoffeinspritzimpulses entspricht. Ferner stellt die Variable k die Anzahl der Ausführungen der Regelung von dem Moment der ersten Abfrage an dar.
Die Übertragungsfunktion G des A/F-Verhältnis-Regelsystems wurde nach einem Sprungantwortverfahren bestimmt. Die Koeffizienten bzw. Konstanten a und b in der Gleichung (6) wurden experimentell unter Bezugnahme auf die Übertragungsfunktion G bestimmt. Auf diese Weise wurde das durch die Gleichung (6) dargestellte Modell für das Leerlaufdrehzahl- Regelsystem festgelegt.

(2) Verfahren zum Darstellen der Zustandsgrößen X

Wenn Zustandsgrößen X(k) = [X&sub1;(k) X&sub2;(k)]T eingesetzt werden und auf die Gleichung (3) Bezug genommen wird, wird die Gleichung (6) folgendermaßen umgeschrieben:
Infolgedessen sind die Zustandsgrößen X durch die folgenden Gleichungen gegeben:
X&sub1;(k) = AFi(k)
X&sub2;(k) = T(k-1) ...(8)

(3) Auslegung eines Reglers mit Integralzusatz

Wenn in Verbindung mit den Gleichungen (7) und (8) ein Integralglied bzw. eine Integralkomponente zum Kompensieren von Regelabweichungen hinzugefügt wird und ein Regler mit Integralzusatz entworfen wird, wird eine Soll-Steuergröße T für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d folgendermaßen bestimmt: Wenn gemäß Fig. 3 optimale Rückführungsverstärkungen F = [F0 -F1 -F2] und erweiterte Zustandsgrössen [Z(k) X&sub1;(k) X&sub2;(k)]T = [Z(k) AFi(k) T(k-1)]T eingesetzt werden, ergibt sich eine Soll-Steuergröße T(k) durch die folgende Gleichung:
T(k) = F X (k)
= F0 Z(k) - F1 AFi(k) - F2 T(k-1) ...(9)
wobei die Variable Z(k) einen Sammelwert der Differenz ΔZ(k) zwischen dem Soll-Verhältnis AFo und dem Ist-Verhältnis AFi(k) darstellt. Die Differenz ΔZ(k) ist gleich dem Soll- Verhältnis AFo abzüglich des Ist-Verhältnisses AFi(k), d.h., ΔZ(k) = AFo-AFi(k). Der Sammelwert Z(k) ist durch die folgende Gleichung gegeben:
Z(k+1) = Z(k) + ΔZ(k) ...(10)
In der Fig. 3 stellt der Z&supmin;¹-Übertragungsblock eine Funktion oder Einrichtung dar, die die Steuergröße T(k-1) aus der Steuergröße T(k) ableitet. Im einzelnen entspricht der Z&supmin;¹- Übertragungsblock dem Umstand, daß die bei einem bestimmten Ausführungszyklus der Regelung eingesetzte Steuergröße T(k-1) in dem Schreib/Lesespeicher 53 gespeichert wurde und die gespeicherte Steuergröße T(k-1) ausgelesen und bei dem nächsten Ausführungszyklus der Regelung eingesetzt wird. Die Fig. 4 ist eine Blockdarstellung des A/F-Verhältnis-Regelsystems, das durch Umschreiben der Blockdarstellung nach Fig. 3 bezüglich der Gleichungen (9) und (10) erhalten wird. In Fig. 4 entsprechen Blöcke P1, P2 und P3 jeweils dem Zustandsgrößen-Ausgabeabschnitt, dem Akkumulatorabschnitt bzw. dem Steuergrößen-Rechenabschnitt.

(4) Bestimmung der optimalen Rückführungsverstärkungen F

Die optimalen Rückführungsverstärkungen F wurden auf folgende Weise bestimmt:
(Optimales Servosystem)
Die optimalen Rückführungsverstärkungen F wurden derart festgelegt, daß der folgende Güteindex bzw. die folgende Funktion minimiert werden konnte:
wobei Q und R Gewichtsparameter darstellen. Der Güteindex J soll die Abweichung des Ist-Verhältnisses AFi(k) von dem Soll-Verhältnis AFo auf ein Mindestmaß herabsetzen, während die Steuergröße T(k) für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d begrenzt ist. Die Gewichtung der Begrenzung hinsichtlich der Steuergröße T(k) kann entsprechend den Gewichtsparametern Q und R verändert werden. Die optimalen Rückführungsverstärkungen F wurden durch Ändern der Gewichtsparameter Q und R und wiederholte Simulation bis zum Erhalten optimaler Regelkennlinien bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiei (p = 1) sind die bestimmten Rückführungsverstärkungen F = [F0 -F1 -F2] durch die folgenden Gleichungen gegeben, die die zuvor bestimmten Modellkonstanten a und b enthalten:
wobei eine positive Lösung der folgenden Gleichung bezeichnet: a.b.R. ²+(1-a².R+b².Q) -a.b.Q=0
Aus der Gleichung (12) ist ersichtlich, daß die optimalen Rückführungsverstärkungen F = [F0 -F1 -F2] von den Modellkonstanten a und b abhängig sind. Infolgedessen ist es zum Sicherstellen der Stabilität (Unempfindlichkeit) des Systems gegenüber Schwankungen (Parameteränderungen) in dem das Ist- Luft/Brennstoff-Verhältnis regelnden System erforderlich, bei dem Bestimmen der optimalen Rückführungsverstärkungen F Schwankungen der Modellkonstanten a und b zu berücksichtigen. Daher wurde die Simulation ausgeführt, während bezüglich der Modellkonstanten a und b Änderungen in Betracht gezogen wurden, die tatsächlich auftreten könnten, so daß optimale Rückführungsverstärkungen F erzielt wurden, die den Stabilitätsanforderungen genügten.
Die vorangehend genannte Modelldarstellung des Regelungsobjekts, das Verfahren zum Darstellen der Zustandsgrößen, das Auslegen des Reglers mit Integralzusatz und die Bestimmung der optimalen Rückführungsverstärkungen wurden im voraus ausgeführt. Die elektronische Steuereinheit 20 nutzt bei der tatsächlichen Regelung des A/F-Verhältnisses lediglich die Ergebnisse, d.h., die Gleichungen (9) und (10).
Die elektronische Steuereinheit 20 arbeitet entsprechend einem Programm, das in dem Festspeicher 52 gespeichert ist. Wenn die elektronische Steuereinheit 20 eingeschaltet wird, beginnt sie das Ausführen des Programms. Das Programm umfaßt verschiedene Steuerroutinen, wie eine A/F-Verhältnis-Steuerroutine und eine Zündeinstellungs-Steuerroutine. Die Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm des Programms zur Regelung des A/F- Verhältnisses.
Gemäß Fig. 5 erfolgt bei einem ersten Schritt 100 des A/F- Steuerprogramms eine Anfangseinstellung. Im einzelnen wird die die Anzahl der Abfragen darstellende Variable k auf "0" eingestellt. Der Anfangswert T(-1) der Steuergröße für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d wird auf eine vorbestimmte Konstante Ti eingestellt. Der Anfangswert Z(0) des Sammelwerts der Differenz zwischen dem Soll-Verhältnis AFo und dem Ist-Verhältnis AFi(k) wird auf eine vorbestimmte Konstante Zi eingestellt. Nach dem Schritt 100 schreitet das Programm zu einem Schritt 110 fort.
Bei dem Schritt 110 wird aus dem von dem A/F-Verhältnis- Sensor 35 abgegebenen Signal das gegenwärtige A/F-Verhältnis AFi(k) abgeleitet. Das abgeleitete A/F-Verhältnis entspricht einem Ist-A/F-Verhältnis.
Bei einem auf den Schritt 110 folgenden Schritt 120 wird eine Soll-Steuergröße T(k) für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d entsprechend den optimalen Rückführungsverstärkungen F und den Zustandsgrößen X durch Anwendung der folgenden Gleichung oder Aussage bestimmt:
T(k) = F [Z(k) AFi(k) T(k-1)]T
Nach dem Schritt 120 schreitet das Programm zu einem Schritt 130 fort.
Bei dem Schritt 130 werden die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d entsprechend der bei dem vorangehenden Schritt 120 bestimmten Steuergröße T(k) gesteuert. Im einzelnen wird die Breite eines Impulses des von der elektronischen Steuereinheit 20 an die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d abgegebenen Brennstoffeinspritzsteuersignals auf einen Wert eingestellt, der der Steuergröße T(k) entspricht. Da während der Dauer eines Brennstoffeinspritzimpulses die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d für die Brennstoffeinspritzung offen bleiben, werden die Brennstoffeinspritzmenge und das A/F-Verhältnis entsprechend der Steuergröße T(k) eingestellt.
Bei einem auf den Schritt 130 folgenden Schritt 140 wird die Steuergröße T(k) in den Schreib/Lesespeicher 53 eingespeichert. Die gespeicherte Steuergröße wird bei dem nächsten Programmausfuhrungszyklus als vorangehende Steuergröße T(k-1) eingesetzt.
Bei einem auf den Schritt 140 folgenden Schritt 150 wird der Differenzwert ΔZ(k) berechnet, der gleich dem Soll-A/F- Verhältnis AFo abzüglich des Ist-A/F-Verhältnisses AFi(k) ist.
Bei einem auf den Schritt 150 folgenden Schritt 160 wird der Differenzwert aufsummiert und dadurch der Sammelwert Z(k+1) gemäß folgender Gleichung oder Aussage bestimmt:
Z(k+1) = Z(k) + ΔZ(k)
Nach dem Schritt 160 schreitet das Programm zu einem Schritt 170 weiter.
Bei dem Schritt 170 wird der Wert k um "1" gemäß der folgenden Gleichung oder Aussage aufgestuft:
k = k + 1
Nach dem Schritt 170 kehrt das Programm zu dem Schritt 110 zurück. Infolgedessen werden die Schritte 110 bis 170 periodisch wiederholt, so daß die Soll-Steuergröße für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d periodisch bestimmt und fortgeschrieben wird. Mit der periodisch fortgeschriebenen Soll-Steuergröße für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d ändert sich die Dauer der Brennstoffeinspritzimpulse.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden die Zustandsgrössen X, die den internen Zustand des A/F-Verhältnis-Regelsystems darstellen, aus dem Eingangssignal AFi(k) des Systems, dem Ausgangssignal T(k-1) des Systems und dem Sammelwert Z(k) der Differenz zwischen dem Ist-A/F-Verhältnis und dem Soll-A/F-Verhältnis zusammengestellt. Die Steuergröße T(k) für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d wird durch das Vektorprodukt der Zustandsgrößen X und die voreingestellten optimalen Rückführungsverstärkung F bestimmt. Auf diese Weise wird die Steuergröße T(k) für die Brennstoffeinspritzventile 26a bis 26d bestimmt, ohne daß ein Beobachter benutzt wird. Durch den Wegfall eines Beobachters kann der Aufbau des A/F-Verhältnis-Regelsystems vereinfacht werden. Außerdem ermöglicht die Anwendung der modernen Regelungstheorie bei der Regelung des A/F-Verhältnisses ein schnelles Ansprechen und eine hervorragende Stabilität der Regelung.
Bei der Modelldarstellung des Systems kann die Totzeit oder Verzögerung p von "1" oder einer Einheit verschieden sein.
Es wird ein Ausgangswert bezüglich eines Betriebszustands eines Regelungsobjekts erfaßt. Ein Stellglied dient zum Einstellen des Betriebszustands des Regelungsobjekts. Von dem erfaßten Ausgangswert ausgehend wird eine Soll- Steuergröße für das Stellglied bestimmt. Entsprechend der bestimmten Soll-Steuergröße wird das Stellglied gesteuert. Der erfaßte Ausgangswert und die bestimmte Soll-Steuergröße werden gespeichert. Auf der Grundlage eines Vektors vorbestimmter Rückführungsverstärkungen und eines Vektors von Zustandsgrößen wird eine neue Soll-Steuergröße für das Stellglied berechnet. Die Rückführungsverstärkungen werden durch Anwenden eines dynamischen Modells bestimmt, das ein Näherungsansatz für den Betriebszustand des Regelungsobjekts ist. Die Zustandsgrößen werden direkt aus dem gespeicherten Ausgangswert und der gespeicherten Steuergröße zusammengestellt.

Claims

1. Steuereinrichtung, die

(a) eine Einrichtung (M2) zum periodischen Abfragen (k, k+1) eines Steuerparameters y einer Maschine (M1) und eines einen Betriebszustand der Maschine (M1) betreffenden Ausgangssignals,

(b) eine Stellvorrichtung (M3) zum Einstellen des Betriebszustands der Maschine (M1) und

(c) eine Einrichtung (M4) aufweist, die eine Soll- Regelgröße u für die Stellvorrichtung (M3) bestimmt und die Stellvorrichtung (M3) entsprechend der bestimmten Soll- Regelgröße steuert,

wobei die Bestimmungs/Steuereinrichtung (M4)

eine Einrichtung (53) zum Speichern des erfaßten Regelparameters und der bestimmten Soll-Regelgröße und

eine Einrichtung (M7, 51) aufweist, die synchron mit der Abfrage von einem Vektor der Rückführungsverstärkungen Fi und einem Vektor der Zustandsgrößen ausgehend eine neue Soll-Regelgröße u für die Stellvorrichtung (M3) berechnet, wobei die Rückführungsverstärkungen Fi aufgrund eines dynamischen Modells bestimmt sind, das eine Annäherung an den Betriebszustand der Maschine (M1) ist,

wobei die Steuereinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß

(d) die Zustandsgrößen direkt aus dem in der Speichereinrichtung (53) gespeicherten Steuerparameter y und der in der Speichereinrichtung (53) gespeicherten Soll-Regelgröße u zusammengesetzt sind und

(e) das dynamische Modell für die Maschine (M1) durch Annäherung aufgrund eines Selbstrückstellungs-Mittelungsmodells mit einer Totzeit p (p = 0, 1, 2, ...) und einer Ordnung n, m (n = 1, 2, 3, ..., m = 1, 2, 3, ...) bestimmt ist, welches durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

y(k) = a&sub1; y(k-1) + a&sub2; y (k-2) + ... ... + an y(k-n) + b&sub1; u(k-1-p) + b&sub2; u(k-2-p) + ... ... + bm u(k-m-p)

in der a&sub1;, ...., an und b&sub1;, ... bm vorbestimmte Konstanten bezeichnen, und der Buchstabe k die Anzahl der Abfragungen bezeichnet und

die neue Soll-Regelgröße u(k) durch die folgende Gleichung gegeben ist:

u(k) = F&sub1; y(k) + F&sub2; y(k-1) + ... + Fn y(k-n+1) + Fn+1 u(k-1) + Fn+2 u(k-2) + ... + Fp+n+m-1 u(k-m-p+1)

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

(a) eine Vorrichtung (M2) zum Messen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines der Maschine (M1) zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches,

(b) ein Stellglied (M3) zum Einstellen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses und

(c) eine Einrichtung (M4) zum Bestimmen einer Soll- Steuergröße für das Stellglied (M3) aufgrund des erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnisses und zum Steuern des Stellglieds (M3) entsprechend der bestimmten Soll-Steuergröße, wobei die Bestimmungs/Steuereinrichtung (M4)

eine Einrichtung (53) zum Speichern des erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnisses und der bestimmten Soll-Steuergröße und

eine Einrichtung (M7, 51) aufweist, die auf der Grundlage eines Vektors vorbestimmter optimaler Rückführungsverstärkungen und eines Vektors von Zustandsgrößen eine neue Soll-Steuergröße für das Stellglied (M3) berechnet, wobei die optimalen Rückführungsverstärkungen von Modellkonstanten in einem dynamischen Modell abhängig sind, das ein Näherungsansatz für den Betriebszustand der Maschine (M1) ist, und wobei die Zustandsgrößen direkt aus dem in der Speichereinrichtung (53) gespeicherten Luft/Brennstoff-Verhältnis und der in der Speichereinrichtung (53) gespeicherten Soll- Steuergröße zusammengestellt sind.