專利名稱：滑動模式控制裝置及滑動模式控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制諸如彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的彈性系統(tǒng)的一種滑動模式控制裝置及滑動模式控制方法。
據(jù)此，滑動模式控制已經(jīng)被應(yīng)用在這樣的控制系統(tǒng)。在滑動模式控制中，一受控物體的狀態(tài)量會聚在一個轉(zhuǎn)換超平面，該超平面由有利地設(shè)計(jì)的線性函數(shù)表示。而且，上述狀態(tài)量被防止離開該轉(zhuǎn)換超平面。
所以，該滑動模式控制保證了抵抗干擾和受控物體特性的變化的充分的魯棒性，并且可以防止受控物體的狀態(tài)量離開上述轉(zhuǎn)換超平面。當(dāng)該滑動模式控制確定用于控制一物體時，需要設(shè)定一滿足若干需要的轉(zhuǎn)換超平面。在這種情況下，這些需要可能會相互矛盾。
例如，在上述公開的電磁閥的控制中，在確定閥體的操作時，不僅穩(wěn)定的操作是必須考慮的重要因素，而且減少功率消耗和防止閥體運(yùn)動產(chǎn)生噪音也是必須考慮的重要因素。如果該滑動模式控制用于防止打開和關(guān)閉閥體產(chǎn)生噪音，上述轉(zhuǎn)換超平面應(yīng)當(dāng)如下典型地設(shè)計(jì)。即，該轉(zhuǎn)換超平面這樣設(shè)計(jì)，當(dāng)閥體，即受控物體，從一第一運(yùn)動端部移動到一第二運(yùn)動端部時，閥體的運(yùn)動速度在其到達(dá)第二運(yùn)動端部之前立即減少。但是，轉(zhuǎn)換超平面的這種設(shè)計(jì)將延長閥體從第一運(yùn)動端部移動到第二運(yùn)動端部所需的時間。
以這種方式，設(shè)計(jì)滑動控制模式的轉(zhuǎn)換超平面時，為了提高控制性能，經(jīng)?？紤]若干因素。但是，需要的因素經(jīng)常相互矛盾。所需因素的矛盾極大地阻礙了控制性能的提高。
為了實(shí)現(xiàn)前述目的和其他目的，并根據(jù)本發(fā)明的用途，提供了一種用于由一個彈性件推動的受控物體的滑動模式控制裝置。當(dāng)該受控物體從兩個運(yùn)動端部之一的第一運(yùn)動端部移動到兩個運(yùn)動端部的另一個第二運(yùn)動端部時，控制裝置這樣控制受控物體，即受控物體的狀態(tài)量會聚到一個預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面。該控制裝置包括轉(zhuǎn)換裝置，其根據(jù)受控物體的位置改變轉(zhuǎn)換超平面。
本發(fā)明還提供用于由一個彈性件推動的受控物體的滑動模式控制方法。該受控物體在兩個運(yùn)動端部之間可動。該方法包括這樣控制受控物體的狀態(tài)量，即，當(dāng)該受控物體從兩個運(yùn)動端部之一的第一運(yùn)動端部移動到兩個運(yùn)動端部的另一個第二運(yùn)動端部時，受控物體的狀態(tài)量會聚到一個預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面，并根據(jù)受控物體的位置改變轉(zhuǎn)換超平面。
在下面的描述中，與示例地表示本發(fā)明的附圖一起，可以清楚了解本發(fā)明的其他方面和益處。
附圖9示出了用于對第一到第三實(shí)施例修改的另一個參考模型；附

圖10(a)到10(c)是時間圖，示出了根據(jù)第四實(shí)施例對排氣閥的控制，其中根據(jù)本發(fā)明的滑動模式控制裝置用于一發(fā)動機(jī)閥控制裝置；附圖11示出了用于第四實(shí)施例的參考模型；附圖12(a)到12(c)是時間圖，示出了根據(jù)第四實(shí)施例改進(jìn)的對排氣閥的控制；附圖13(a)到13(c)是時間圖，示出了根據(jù)第四實(shí)施例另一個改進(jìn)的對排氣閥的控制；附圖14示出了第一到第四實(shí)施例的更進(jìn)一步的改進(jìn)。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的一滑動模式控制裝置。該滑動模式控制裝置用于電磁發(fā)動機(jī)閥的控制裝置。
由于進(jìn)氣閥和排氣閥基本具有相同的結(jié)構(gòu)并且以相同的方式進(jìn)行控制，在該實(shí)施例中將主要描述排氣閥。
排氣閥，是一個受控制的物體，具有一個第一彈性件和一個第二彈性件。第一彈性件推進(jìn)閥體向第一端部運(yùn)動。第二彈性件推進(jìn)閥體向第二端部運(yùn)動。一電樞連接到上述閥體上。電磁力施加到電樞上，這樣閥體被選擇性地吸引到第一運(yùn)動端部和第二運(yùn)動端部。
特別地是，如圖1所示，排氣閥1包括閥軸4，位于閥軸4一端的閥體2，對應(yīng)于第一彈性件的下部彈簧14，對應(yīng)于第二彈性件的上部彈簧24，以及在汽缸頭部10中使閥軸4往復(fù)運(yùn)動的電磁執(zhí)行器30。
在汽缸頭部10上形成有排氣口18。該排氣口18與燃燒室17相連通。在排氣口18的開口處形成閥座16。閥體2被閥座16接收，即當(dāng)閥軸4往復(fù)運(yùn)動時，閥體2與閥座16分離和接觸，以打開和關(guān)閉排氣口18。
下部保持架12固定到閥軸4上，在對應(yīng)于汽缸頭部10與燃燒室17相反的位置。下部彈簧14位于下保持架12和汽缸頭部10之間。閥體2在下部彈簧14的彈性力(推力)作用下沿關(guān)閉閥的方向被推動。
上部保持架22固定到閥軸4遠(yuǎn)離閥體2的端部。上端帽20位于電磁執(zhí)行器30的殼體(未示出)中。上部彈簧24以壓縮狀態(tài)位于上部保持架22和上端帽20之間。閥體2在上部彈簧24的彈性力(推力)作用下沿打開閥的方向被推動。
電磁執(zhí)行器30包括電樞34，下端芯部36C和上端芯部38C。電樞34固定到閥軸4。下端芯部36C和上端芯部38C在電樞34相反的兩端。電樞34是由高導(dǎo)磁性材料制成的盤狀件。下端芯部36C和上端芯部38C各有一個由高導(dǎo)磁性材料制成的環(huán)形件。該環(huán)形件在其中央接收閥軸4并允許閥軸4相對于環(huán)形件往復(fù)運(yùn)動。
在下端芯部36C面向樞軸34的一側(cè)形成一環(huán)形槽36h。槽36h的軸線與閥軸4的軸線共線。環(huán)形下部線圈36c位于槽36h中。下部線圈36c和下端芯部36C形成一打開電磁體36，用于在打開方向上移動閥體2。
在上端芯部38C面向樞軸34的一側(cè)形成環(huán)形槽38h。槽38h的軸線與閥軸4的軸線共線。環(huán)形上部線圈38c位于槽38h中。上部線圈38c和上端芯部38C形成一關(guān)閉電磁體38，用于在關(guān)閉方向上移動閥體2。
圖1示出了在電磁體36或38中沒有電磁力產(chǎn)生的狀態(tài)。在該狀態(tài)，電樞34未被電磁體36、38吸引。因此電樞34保持在使彈簧14和24的推力平衡的位置。即，電樞34大致位于下端芯部36C和上端芯部38C的中間位置。圖1中所示的閥體2的位置被定義為一個參考位置。
當(dāng)電磁體36或38產(chǎn)生的電磁力作用到電樞時，電樞34被吸引到下端芯部36C或上端芯部38C。通過向電磁體36、38的線圈36c、38c提供電流產(chǎn)生電磁力。
在該實(shí)施例中，根據(jù)排氣閥1(閥體2和閥軸4)的移動量控制電磁體36、38的線圈36c、38c中的電流。特別是，該實(shí)施例的發(fā)動機(jī)閥控制裝置有一個位于上端帽20中的移動量傳感器42或位置傳感器42。移動量傳感器42輸出一電壓(檢測信號)，該值對應(yīng)于傳感器42和上部保持架22的距離。根據(jù)該電壓值，傳感器42檢測閥體移動的位置，或閥體2相對于參考位置的移動量。利用位移量傳感器42的檢測結(jié)果，根據(jù)排氣閥1的移動位置，進(jìn)行上述電流控制。
電流控制是通過一個電控單元40(在下文中稱作ECU40)進(jìn)行的，它執(zhí)行對整個發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的各種控制。ECU40，是一個控制器，包括中央處理單元、存儲器、驅(qū)動器、輸入回路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)。驅(qū)動器向電磁體36、38的線圈36c、38c提供電流。輸入回路接收位移量傳感器42產(chǎn)生的檢測信號。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的檢測信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
現(xiàn)在將描述排氣閥1的操作。ECU40控制到達(dá)排氣閥1的電流，從而打開和關(guān)閉排氣閥1。
當(dāng)排氣閥1關(guān)閉時，保持電流供應(yīng)到關(guān)閉電磁體38，以便將排氣閥1保持在完全關(guān)閉的位置，換句話說，將閥體2保持在與閥座16接觸的位置。保持電流使關(guān)閉電磁體38產(chǎn)生向上端芯部38C吸引電樞34的電磁力。相應(yīng)的，閥體2抵抗上部彈簧24的力接觸閥座16，且電樞34與上端芯部38C保持接觸。
到了排氣閥1需要打開的時刻，使保持電流關(guān)閉。這樣，允許上部彈簧24的彈性力打開排氣閥1。換句話說，電樞34朝下端芯部36C移動，且閥體2與閥座16分離并朝燃燒室17移動。
當(dāng)排氣閥1從完全關(guān)閉位置移動到完全打開位置時，到達(dá)打開電磁體36的電流被控制。當(dāng)電樞34與下端芯部36C接觸時，排氣閥1達(dá)到完全打開位置。在該狀態(tài)，保持電流供應(yīng)到打開電磁體36，以便保持該狀態(tài)。保持電流使打開電磁體36產(chǎn)生向下端芯部36C吸引電樞34的電磁力。相應(yīng)的，閥體2抵抗下部彈簧14的力，被保持在完全打開位置。
到了排氣閥1需要關(guān)閉的時刻，將排氣閥1保持在完全打開位置的保持電流關(guān)閉。下部彈簧14的力使排氣閥1沿關(guān)閉閥的方向移動。換句話說，閥體2向閥座16移動。
當(dāng)排氣閥1從完全打開位置移動到完全關(guān)閉位置時，到達(dá)關(guān)閉電磁體38的電流被控制。當(dāng)閥體2與閥座16接觸或排氣閥1達(dá)到完全關(guān)閉位置時，保持該狀態(tài)的保持電流被提供到關(guān)閉電磁體38。
在該實(shí)施例中，當(dāng)閥體2從一端向另一端以這種方式運(yùn)動時，到達(dá)電磁體36、38的電流通過下述滑動模式控制裝置進(jìn)行控制。從完全閉合位置到完全打開位置的運(yùn)動和從完全打開位置到完全閉合位置的運(yùn)動，電磁體36、38以同樣的方式被控制。因此，下面將主要描述從完全閉合位置到完全打開位置的運(yùn)動。
在該實(shí)施例中，被控物體閥體2在完全閉合位置到完全打開位置之間的一維空間(一線段)中運(yùn)動。表示閥體2的動力性能的狀態(tài)量包括閥體2的移動位置和移動速度。電磁執(zhí)行器30是這樣被控制的，在一個二維空間中其自由度是閥體2的移動位置和移動速度。閥體2的移動位置和移動速度，或閥體2的狀態(tài)量會聚到一個預(yù)定的轉(zhuǎn)換超平面，該預(yù)定的轉(zhuǎn)換超平面被預(yù)先設(shè)定成二維線性空間中的一個線性子空間。該轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的移動位置變化，從而根據(jù)發(fā)動機(jī)閥的控制特性滿足若干需要。
特別地，定義了一個表示閥體2的狀態(tài)量(移動位置和移動速度)轉(zhuǎn)變的參考模型。閥體2的該狀態(tài)量由上部彈簧24和下部彈簧14的推力確定。如下所述，該參考模型除了一個特別的部分外被定義為一個二次曲線。一超平面被設(shè)定為一轉(zhuǎn)換超平面，該超平面接觸對應(yīng)于一個給定的移動位置的閥體2的參考模型的一部分。該參考模型根據(jù)閥體2的狀態(tài)量的轉(zhuǎn)變設(shè)定，該轉(zhuǎn)變是在假設(shè)沒有干擾、沒有限制閥體2移動的因素(例如，摩擦力)、或沒有電磁力存在的情況下預(yù)計(jì)的。在該實(shí)施例中，靠近運(yùn)動的第二端部，對應(yīng)于閥體2完全打開位置，參考模型沒有通過二次曲線表示，而是通過一個線性函數(shù)或者一個一維超平面來表示。也就是說，該實(shí)施例的參考模型包括一個二次曲線參考模型部分和一個線性參考模型部分。二次曲線參考模型部分由一個僅通過上部彈簧24和下部彈簧14的推力確定的表示閥體2狀態(tài)量轉(zhuǎn)變的二次曲線表示。線性參考模型部分由一個線性函數(shù)的一直線表示。
線性參考模型部分對應(yīng)于閥體2在靠近完全打開位置附近的一個移動區(qū)域，即，對應(yīng)于閥體2在完全打開位置和距離完全打開位置一預(yù)定距離的位置之間的一個移動區(qū)域。在線性參考模型部分，閥體2在完全打開位置的移動速度設(shè)定為零。在對應(yīng)于線性參考模型部分的閥體2移動區(qū)域，由線性參考模型部分表示的閥體2移動速度變化率小于僅由上部彈簧24和下部彈簧14的推力確定的閥體2的移動速度的變化率。換句話說，在閥體2完全打開位置的轉(zhuǎn)換超平面被設(shè)定為閥體2在完全打開位置的移動速度為零的超平面，且使閥體2在完全打開位置附近的移動速度變化率小于僅由上部彈簧24和下部彈簧14的推力確定的閥體2的移動速度的變化率。
圖2示出了一個建立該實(shí)施例的轉(zhuǎn)換超平面的過程。如圖2所示，二次參考模型部分，對應(yīng)于除了靠近完全閉合位置之外的移動范圍，以下述方式設(shè)定。即，二次參考模型部分由一個二次曲線表示，該二次曲線代表閥體2僅在上部彈簧24和下部彈簧14的推力作用下，從完全閉合位置向完全打開位置移動時的移動位置和移動速度的關(guān)系。在附圖2中，水平軸線的零代表閥體2的參考位置。
由二次參考模型部分確定的二次曲線根據(jù)一個物理模型(參考物理模型)計(jì)算，在該物理模型中，物理系統(tǒng)是一個彈性體和一個可動件，彈性體包括下部彈簧14和上部彈簧24，可動件包括連接到彈性體的排氣閥。如果可動件的重量，彈性體的彈性系數(shù)，以及閥體2相對于參考位置的移動量(位移量)分別用M、K和x表示，該參考物理模型系統(tǒng)的動力方程由下式(c1)表示(等式1)M·x··=-K·x---(c1)]]>位移量x，是該等式(c1)的解，作為一個周期函數(shù)得出。移動速度(位移速度)，位移量x的微分值，也作為一個周期函數(shù)得出。位移量和位移速度的關(guān)系由附圖2所示的二次曲線表示。
如圖2所示，對應(yīng)于閥體2靠近完全打開部分的移動區(qū)域的線性參考模型部分，由一個線性函數(shù)的直線表示，換句話說，由一個一維超平面表示。如果將二次曲線設(shè)定為對應(yīng)閥體2靠近完全打開位置的移動區(qū)域，在該移動區(qū)域，由線性參考模型部分表示的閥體2移動速度的變化率小于由二次參考模型部分表示的閥體2移動速度的變化率。
根據(jù)該參考模型，其包括線性參考模型部分和二次參考模型部分，上述轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的移動位置(位移量)設(shè)定。因此，排氣閥1控制中需要的因素得到了滿足。即，除了靠近完全打開位置處，閥體2的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)隨閥體2僅在彈性體的推力作用下移動時的移動狀態(tài)進(jìn)行控制。從而，閥體2利用包括排氣閥1的物理系統(tǒng)的自然震動而移動。因此，縮短了閥體2從完全閉合位置到完全打開位置1運(yùn)動所需的時間。
反之，在靠近完全打開位置，防止上述狀態(tài)量離開移動速度變化率相對較小的超平面。這樣，當(dāng)電樞34接觸下端芯部36C的上表面時，產(chǎn)生的震動減少。
排氣閥1以這種方式被控制，這樣，可以防止閥體2的狀態(tài)量離開轉(zhuǎn)換超平面，該轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的移動位置變化。這不僅縮短了閥體2移動所需的時間，還減少了電樞34接觸下端芯部36C時產(chǎn)生的震動。反之，如果排氣閥1通過附圖2中虛線所示的轉(zhuǎn)換超平面進(jìn)行控制來減少接觸震動，閥體2移動所需的時間將延長。
為了實(shí)現(xiàn)滑動模式的控制，其中閥體2的狀態(tài)量被防止離開轉(zhuǎn)換超平面，到排氣閥1的電流以下述方式被控制。
首先，對應(yīng)于閥體2的位移量x(由附圖2中二次參考模型的正切表示)，接觸二次參考模型部分的一部分的轉(zhuǎn)換超平面，以及線性參考模型部分由下式(c2)確定。
(等式2)x·=a·x+b---(c2)]]>在該等式(c2)中，系數(shù)a、b是閥體2的位移量x的函數(shù)。一確定轉(zhuǎn)換平面的線性函數(shù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)σ由下式(c3)確定。
(等式3)σ=x·-a·x-b---(c3)]]>
由該等式(c3)顯而易見，轉(zhuǎn)換函數(shù)σ為零的超平面是轉(zhuǎn)換超平面。
除了包括下部彈簧14和上部彈簧24的彈性體和包括連接到彈性體的排氣閥1的可動件，實(shí)際的物理系統(tǒng)被認(rèn)為包括在可動件和一個支撐可動件的固定件之間的滑動電阻，和施加到電樞34上的電磁力。動力方程由下述等式(c4)表示，其中重量用M表示，彈性系數(shù)用K表示，位移量用x表示，阻尼系數(shù)用C表示，滑動模式輸入用U1表示。阻尼系數(shù)C表示可動件和固定件之間的摩擦阻力?；瑒幽Ｊ捷斎險(xiǎn)1表示在滑動模式狀態(tài)下施加到電樞34的電磁力。
(等式4)M·x··=-K·x-C·x·+U1---(c4)]]>在滑動模式狀態(tài)，排氣閥1的狀態(tài)量被防止離開轉(zhuǎn)換超平面，換句話說，即轉(zhuǎn)換函數(shù)為零的超平面。因此，滑動模式輸入U(xiǎn)1基于動力方程(c4)和轉(zhuǎn)換函數(shù)的微分為零的情況由下式(c5)表達(dá)。
(等式5)U1=(C+M·a)·x·+K·x---(c5)]]>而且，當(dāng)排氣閥1的狀態(tài)量離開轉(zhuǎn)換超平面時，狀態(tài)量通過一個到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1(反饋輸入)集合到轉(zhuǎn)換超平面。到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1由下式(c6)表達(dá)。
(等式6)Un1=G·σ|σ|---(c6)]]>在該等式(c6)中，G表示反饋增益，被確定滿足一到達(dá)條件。到達(dá)條件指排氣閥1的狀態(tài)量達(dá)到轉(zhuǎn)換超平面的條件，換句話說，排氣閥1的狀態(tài)量遵循滑動模式的條件。在該實(shí)施例中，滿足到達(dá)條件的增益G通過里亞普諾夫(Liapunov)函數(shù)法設(shè)定。即，例如，一等式V＝1/2×σ×σT被作為里亞普諾夫函數(shù)V，且增益G被這樣確定，即下述等式(c7)表示的時間微分為負(fù)值。
(等式7)V·=σT·σ·---(c7)]]>在該等式(c7)中，增益G是這樣確定的，即里亞普諾夫函數(shù)V的時間微分為負(fù)值。這允許轉(zhuǎn)換函數(shù)σ通過利用到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1會聚到零。
現(xiàn)在將參照圖4描述排氣閥1的控制過程。附圖4是程序流程圖。該程序以預(yù)定的時間間隔重復(fù)執(zhí)行。
在步驟100，ECU40確定閥體2的位移量x是否小于預(yù)定的臨界值。如果結(jié)果是正的，ECU40進(jìn)行步驟110。上述臨界值這樣確定，例如，通過打開電磁體36施加到電樞34的吸引力等于或大于一預(yù)定值。
在步驟110，ECU40根據(jù)位移量傳感器42檢測的閥體2的位移量x，計(jì)算轉(zhuǎn)換函數(shù)σ。為執(zhí)行步驟110，ECU40預(yù)先存儲附圖2所示的參考模型，并計(jì)算對應(yīng)于閥體2的位移量x的參考模型的一部分的正切值。可選擇的是，ECU40可以具有存儲函數(shù)以存儲與轉(zhuǎn)換函數(shù)σ相關(guān)的數(shù)據(jù)(例如一個圖)，例如，方程(c3)的對應(yīng)于閥體2的位移量x的系數(shù)a和b。
ECU40根據(jù)計(jì)算的轉(zhuǎn)換函數(shù)σ在步驟120計(jì)算滑動模式輸入U(xiǎn)1。特別是，ECU40利用基于對應(yīng)于位移量x的轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的等式(c5)計(jì)算滑動模式輸入U(xiǎn)1。在步驟130，ECU40利用基于對應(yīng)于位移量x的轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的等式(c6)計(jì)算到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1。
根據(jù)滑動模式輸入U(xiǎn)1和到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1，在步驟140，ECU40計(jì)算控制輸入U(xiǎn)，即施加到電樞34的電磁力。在步驟150，ECU40根據(jù)位移量傳感器42檢測的位移量x計(jì)算電樞34和下端芯部36C之間的間隙。在步驟160，ECU40通過利用上述間隙和控制輸入U(xiǎn)計(jì)算提供到排氣閥1的控制電流I?？刂齐娏鱅以下述方式計(jì)算。
即，控制電流I通過提供帶有存儲物理模型等式的函數(shù)的ECU40計(jì)算，上述物理模型等式定義了帶有間隙的控制電流I和控制輸入U(xiǎn)的關(guān)系。施加到電樞34上的電磁力根據(jù)電樞34和下端芯部36C之間的間隙，以及提供到打開電磁體36的電流值確定。因此，得到了一個確定供應(yīng)到帶有間隙的電磁體36的電流(控制電流I)量與電磁力(控制輸入U(xiǎn))的關(guān)系的物理模型等式。
ECU40可存儲一如圖3所示的圖，其確定了帶有間隙(間隙1、間隙2、…)的控制電流I與電磁力(U1、U2、…)的關(guān)系。
當(dāng)控制輸入U(xiǎn)為負(fù)值時，需要向電樞34施加一個向完全關(guān)閉方向的力。但是，在通常狀態(tài)，打開電磁體36向電樞34施加完全打開方向的力。因此，當(dāng)控制輸入U(xiǎn)為負(fù)值時，控制電流I被設(shè)定為零。
在步驟170，控制電流I被提供到排氣閥1。
上述實(shí)施例具有下述益處。
(1)轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的位移量(移動位置)改變。因此，關(guān)于排氣閥1的控制要求的數(shù)量是令人滿意的。
(2)參考模型(二次參考模型部分)在假設(shè)只有上下彈簧24、14的推力作用在閥體2上的情況下，根據(jù)閥體2的移動設(shè)定。與對應(yīng)于閥體2一給定的移動位置的參考模型的一部分相接觸的一超平面作為對應(yīng)于給定移動位置的轉(zhuǎn)換超平面進(jìn)行設(shè)定。因此，排氣閥1利用自然震動控制，上述自然震動由包括上下彈簧24、14的重量以及可動件的重量確定。這樣就縮短了閥體2移動所需的時間。
(3)參考模型對應(yīng)于閥體2完全打開的部分，或線性參考模型部分，被設(shè)定為轉(zhuǎn)換超平面，該轉(zhuǎn)換超平面將閥體2在完全打開位置的移動速度設(shè)為零，且使閥體2在靠近完全打開位置的移動速度變化率小于僅由上下彈簧24、14的推力確定的閥體2的移動速度變化率。這樣就減少了電樞34接觸下端芯部36C時產(chǎn)生的震動。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在此將主要討論其與第一實(shí)施例的區(qū)別。
在該實(shí)施例中，當(dāng)遵循附圖2所示的參考模型的動力特性對排氣閥1進(jìn)行控制時，通過滑動模式對在參考模型狀態(tài)量上的實(shí)際狀態(tài)量的會聚進(jìn)行控制。下面將描述這種控制。
首先，確定實(shí)際排氣閥1的物理模型。該物理模型定義為一物理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括彈性體和可動件，上述彈性體包括下部彈簧14和上部彈簧24，可動件包括排氣閥1并連接到彈性體，上述可動件和支撐上述可動件的固定件之間的摩擦力，作用在電樞34上的電磁力，以及施加到可動件上的外部力。該系統(tǒng)的動力方程由下式(c8)表示，其中使用了在第一實(shí)施例中提及的重量M、彈性系數(shù)K，閥位移量x和阻尼系數(shù)C。此外，該等式(c8)包括外部力f，和施加到電樞34使電樞34遵循參考模型的動力特性的電磁力u。
(等式8)M·x··=-K·x-C·x·+u+f---(c8)]]>該等式(c8)利用矩陣由下式(c9)表示。
(等式9)X·=A·X+B·u---(c9)]]>A=01-KM-CM]]>B=0-1M]]>X=xx.]]>物理系統(tǒng)的動力方程用下式(c10)表示，其中排氣閥1的狀態(tài)量遵循預(yù)定的參考模型。
(等式10)X·m=Am·X+Bm·r---(c10)]]>X=xx.]]>在該等式(c10)中，矩陣Am，向量Bm和輸入r被設(shè)定為表示具有所需特性的參考模型的物理系統(tǒng)。特別是，附圖2所示的參考模型的二次參考模型部分通過諸如對應(yīng)于不帶有阻尼系數(shù)C和輸入u的上述等式(c8)的下述矩陣Am和Bm表示。
(等式11)AM=01-KmMm0Bm=00---(c11)]]>附圖2所示的參考模型的線性參考模型部分用下述矩陣Am和Bm表示，其中閥體2的移動速度變化率用γ表示。
(等式12)Am=γ000Bm=00---(c12)]]>相似的參考模型可以通過在等式(c10)中適當(dāng)?shù)卦O(shè)定輸入r表示，而不用等式(c11)或(c12)。
在等式(c9)和(c10)中，表示參考模型的動力特性的狀態(tài)量和排氣閥1的實(shí)際狀態(tài)量的偏差由一個向量e(e＝Xm-X)表示。向量e設(shè)定在轉(zhuǎn)換超平面上，這樣排氣閥1的狀態(tài)量遵循以需要的方式表示的參考模型的動力特性的狀態(tài)量?，F(xiàn)在將參照圖5(a)到5(c)描述該實(shí)施例的轉(zhuǎn)換超平面設(shè)定過程。
附圖5(a)表示閥體2的一移動區(qū)域A和一移動區(qū)域B。在區(qū)域A和B中設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面互不相同。附圖5(a)示出一例，其中閥體2從完全關(guān)閉位置移動到完全打開位置。區(qū)域A和B的邊界位于靠近完全打開位置處。在完全打開位置處的區(qū)域定義為區(qū)域A，在完全關(guān)閉位置處的區(qū)域定義為區(qū)域B。附圖5(b)示出一個用來在區(qū)域A設(shè)定一轉(zhuǎn)換超平面的示圖，附圖5(c)示出一個用來在區(qū)域B設(shè)定一轉(zhuǎn)換超平面的示圖。如圖5(b)和5(c)所示，在區(qū)域B關(guān)于偏差xm-x的時間微分的傾角設(shè)定為大于區(qū)域A的。這樣就增加了在靠近完全打開位置的轉(zhuǎn)換超平面的起點(diǎn)的會聚速度，在上述靠近完全打開位置處電磁力吸引電樞的性能提高。因此，參考模型的會聚速度在靠近完全打開位置處增加。
關(guān)于確定相應(yīng)于區(qū)域A和B的轉(zhuǎn)換超平面的轉(zhuǎn)換函數(shù)的數(shù)據(jù)存儲在ECU40中。
現(xiàn)在將描述施加到電樞34上的電磁力的設(shè)定程序。該電磁力是這樣設(shè)定的，即排氣閥1的狀態(tài)量遵循參考模型的動力特性。
根據(jù)等式(c9)和(c10)，向量e的時間微分 如下表示。(等式13)e·=X·m-X·=Am·Xm-A·X+Bm·r-B·u-f]]>=Am(Xm-X)+(Am-A)X+Bm·r-B·u-f---(c13)]]>=Am·e+(Am-A)+Bm·r-B·u-f]]>轉(zhuǎn)換函數(shù)σ定義為S·e(σ＝S·e)。由于轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的時間微分在滑動模式狀態(tài)下為零，所以滿足下述等式。
(等式14)σ·=Se·=S{Am·e+(Am-A)X+Bm·r-B·u-f}=0---(c14)]]>因此，在滑動模式狀態(tài)下的輸入(滑動模式輸入)由下式表示(c15)
(等式15)u＝(SB)-1S{Am·e+(Am-A)X+Bm·r-f} (c15)在該等式(c15)中，滑動模式輸入U(xiǎn)1通過等式(c9)和(c10)及附圖5所示的轉(zhuǎn)換超平面設(shè)定，并將外力f設(shè)定為零。由于外力f根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變，所以滑動模式輸入U(xiǎn)1無需考慮外力f確定。外力f的影響通過到達(dá)模式輸入吸收。
下述約束被增加到轉(zhuǎn)換超平面的設(shè)定，這樣實(shí)際的狀態(tài)量會聚到代表參考模型動力特性的狀態(tài)量。
首先，將等式(c15)替換到等式(c14)得到下述等式(c16)。
(等式16)e·={I-B(SB)-1S}{Am·e+(Am-A)X+Bm·r-f}---(c16)]]>匹配條件An-A＝B·K1，Bm＝B·K2，f＝B·K3被帶入等式(c16)得到下述等式(c17)。
(等式17)e·={I-B(SB)-1S}Am·e---(c17)]]>在該等式(c17)中，如果轉(zhuǎn)換函數(shù)(轉(zhuǎn)換矩陣S)被這樣設(shè)定，即向量e，或狀態(tài)量的偏差e的系數(shù)矩陣是穩(wěn)定的，偏差e會聚在零。
下面將參照附圖6描述該實(shí)施例排氣閥1的打開操作。
附圖6是打開操作的流程圖。該程序以預(yù)定的間隔重復(fù)執(zhí)行。
在步驟200，ECU40判斷閥體2的位移量x是否等于或小于如附圖4所示在步驟100的預(yù)定臨界值。如果位移量等于或小于該臨界值，ECU40執(zhí)行步驟210。
在步驟210，ECU40判斷閥體2位移量x在區(qū)域A還是B，通過位移量傳感器42檢測，或?qū)嶋H位移量x在哪個區(qū)域。ECU40從內(nèi)存讀出相應(yīng)區(qū)域的轉(zhuǎn)換函數(shù)。
在步驟220，ECU40計(jì)算一目標(biāo)位移量xm和一目標(biāo)位移速度 。上述目標(biāo)位移量xm和目標(biāo)位移速度 包括在代表目前程序中參考模型的動力特性的狀態(tài)量中。目標(biāo)狀態(tài)量根據(jù)從啟動打開控制或排氣閥1開始移動到目前程序的時間來計(jì)算。在ECU40中根據(jù)等式(c10)進(jìn)行計(jì)算?？蛇x擇的是，ECU40可以有一個函數(shù)，該函數(shù)為每個預(yù)定的取樣時間存儲一確定目標(biāo)狀態(tài)值的圖。
在步驟230，參照轉(zhuǎn)換函數(shù)，目標(biāo)位移量xm和目標(biāo)位移速度 及實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度 ，ECU40利用等式(c15)計(jì)算滑動模式輸入U(xiǎn)1。
在步驟240，ECU40利用等式(c6)參考從步驟210讀取的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1。如圖4所示的步驟140到170的程序，ECU40執(zhí)行步驟250到280，并暫時延緩該程序。
上述實(shí)施例有下述益處。
(4)在模型參考適應(yīng)控制中，表示參考模型的動力特性的狀態(tài)量和實(shí)際狀態(tài)量之間的偏差被防止離開轉(zhuǎn)換超平面。該轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的位移量(移動量)變化。這樣就允許閥體2的有關(guān)參考模型的動力特性的實(shí)際狀態(tài)量會聚根據(jù)閥體位移量改變。因此到達(dá)閥體1的電流可以考慮通過上下彈簧24、14作用在排氣閥1的力，打開和關(guān)閉電磁體36，38根據(jù)閥體2的移動位置變化。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。在此將主要討論該實(shí)施例與第一和第二實(shí)施例的區(qū)別。
在上述實(shí)施例中，通過等式(c6)表示的到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1的反饋增益G是一個常數(shù)。在第三實(shí)施例中，上述增益G根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE，發(fā)動機(jī)負(fù)荷Q和閥體2的位移量x而改變。即，由于隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動機(jī)負(fù)荷Q的增加，作用在閥體2上的擾動增加，增益G因更大的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動機(jī)負(fù)荷Q而增加。由于上下彈簧24，14推動閥體2的力在靠近完全打開位置沿關(guān)閉方向增加，增益G被增加以增大向完全打開位置移動閥體2的力。
在該實(shí)施例中，當(dāng)排氣閥1的實(shí)際狀態(tài)量在靠近轉(zhuǎn)換超平面的位置時，到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1被設(shè)定小于在實(shí)際狀態(tài)量在另一個區(qū)域時情況，該到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1使得排氣閥1的狀態(tài)量達(dá)到轉(zhuǎn)換超平面。這樣就在轉(zhuǎn)換函數(shù)為正值的區(qū)域和轉(zhuǎn)換函數(shù)為負(fù)值的區(qū)域之間轉(zhuǎn)換了到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1。這樣防止了排氣閥1的實(shí)際狀態(tài)量在靠近轉(zhuǎn)換超平面處產(chǎn)生高頻震動或震蕩。特別地，圖7所示的一光滑函數(shù)用于該實(shí)施例中。
本實(shí)施例的到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1用下式(c18)表示。
(等式18)Un1=G(NE,Q,x)·σ|σ|+δ---(c18)]]>δ＞0該實(shí)施例具有下述益處。
(5)到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1的增益G被設(shè)定成根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)負(fù)荷和閥體2的位移量(移動位置)改變。因此，根據(jù)以下的因素進(jìn)行控制，即考慮諸如缸內(nèi)壓力的作用在閥體2上的外力根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而改變，及作用在電樞34上的電磁力和上下彈簧24，14作用在排氣閥1的力根據(jù)位移的移動位置而改變。
(6)當(dāng)排氣閥1的實(shí)際狀態(tài)量靠近轉(zhuǎn)換超平面時，到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1設(shè)定的小于實(shí)際狀態(tài)量在另一個區(qū)域的值。這樣抑制了震蕩。
上述實(shí)施例可以如下進(jìn)行改動。
在附圖5(a)到5(c)中，兩個轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體2的移動位置設(shè)定。但是，超平面的數(shù)量可以是三個或者更多。
參考模型可以采用附圖2所示的方式之外的方式進(jìn)行設(shè)定。例如，如圖8所示，參考模型可以根據(jù)閥體2的狀態(tài)量，在基于沒有外力、沒有限制閥體2移動的因素(例如，摩擦力)、或沒有電磁力的假設(shè)的情況下的轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)定。換句話說，參考模型可以基于閥體2的狀態(tài)量僅隨上下彈簧24、14的推力而改變的假設(shè)進(jìn)行設(shè)定。
二次參考模型部分可以不同于附圖2所示。即，二次參考模型部分可以用任何方式設(shè)定，只要該部分根據(jù)閥體2的狀態(tài)量，在基于沒有外力，例如電磁力或內(nèi)圓柱壓力的假設(shè)的情況下的轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)定。例如，在設(shè)定二次參考模型部分時，可以考慮等式(c8)中有關(guān)阻尼系數(shù)C的條件。附圖9示出了具有二次參考模型部分和線性參考模型部分的參考模型的修改。在除了靠近閥體2完全打開位置的區(qū)域之外，二次參考模型部分考慮上下彈簧24，14的推力和有關(guān)阻尼系數(shù)C的條件進(jìn)行設(shè)定。在閥體2完全打開位置和靠近完全打開位置處，線性參考模型部分如圖2所示設(shè)定。
在第三實(shí)施例中，在到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1為正值的排氣閥1的狀態(tài)量區(qū)域中，至少在轉(zhuǎn)換超平面為零的區(qū)域和附近的區(qū)域，到達(dá)模式輸入U(xiǎn)n1可以設(shè)定得很小。這樣可以防止排氣閥1的實(shí)際狀態(tài)量被控制到轉(zhuǎn)換超平面時，控制輸入U(xiǎn)為負(fù)值。
圖1中所示的排氣閥1在打開電磁體36產(chǎn)生吸引電樞34的力時被控制。即，圖4和6所示的控制輸入U(xiǎn)通過打開電磁體36作用在電樞34上的電磁力產(chǎn)生。當(dāng)控制輸入U(xiǎn)為負(fù)值時，需要向電樞34施加一個朝向完全關(guān)閉位置的力。但是，在通常狀態(tài)下施加電流時，打開電磁體36向電樞34施加一個朝向完全打開位置的力。因此，當(dāng)控制輸入U(xiǎn)為負(fù)值時，控制電流設(shè)定為零。但是，在該實(shí)施例中，防止控制輸入U(xiǎn)具有負(fù)值。這樣，排氣閥1根據(jù)電磁力有利地控制。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。在此將主要討論該實(shí)施例與第一到第三實(shí)施例的區(qū)別和改動。
在上述實(shí)施例和它們的改動中，描述了從完全關(guān)閉位置到完全打開位置移動閥體2的控制。但是，在該實(shí)施例中，閥體2從完全關(guān)閉位置移動到一個位置，該位置在馬上要到達(dá)完全打開位置之前。而且，在其馬上要達(dá)到完全打開位置之前執(zhí)行保持(固定)閥體2的控制。從而，電樞34被固定到電樞34臨近接觸下端芯部36C之前的位置。因此，可以防止電樞34與下端芯部36C接觸產(chǎn)生的震動和噪聲。由于電樞34在排氣閥1打開時與下端芯部36C不接觸，所以提高了電樞34和下端芯部36C的耐久性。
附圖10(a)到10(c)示出了根據(jù)本實(shí)施例的排氣閥1的控制。附圖10(a)是一個時間圖，示出了閥體2從完全關(guān)閉位置(x0)移動到靠近完全打開位置(-x0)的一運(yùn)動端部(xm)時，閥體2的運(yùn)動的例子。附圖10(b)示出了提供到關(guān)閉電磁體38的電流。附圖10(c)示出了提供到打開電磁體36的電流。用于在完全關(guān)閉位置(x0)保持閥體2的保持電流在時間t1被停止供應(yīng)到關(guān)閉電磁體38。然后，閥體2朝完全打開位置移動。從時間t2起，到打開電磁體36的電流這樣控制，即電樞34被吸引到打開電磁體36。當(dāng)閥體2在時間t3到達(dá)一保持控制起始位置(-x1)時，該位置略在運(yùn)動端部(xm)之前，用于在運(yùn)動端部(-xm)保持閥體2的保持電流被供應(yīng)到打開電磁體36。
在該實(shí)施例中，附圖11中所示的參考模型用于控制。即，參考模型包括二次參考模型部分和線性參考模型部分。二次參考模型部分對應(yīng)于閥體2從完全關(guān)閉位置(x0)到保持控制起始位置(-x1)的移動區(qū)域。線性參考模型部分對應(yīng)于閥體2從保持控制起始位置(-x1)到運(yùn)動端部(-xm)的移動區(qū)域。類似附圖9中所示的二次參考模型部分，該實(shí)施例的二次參考模型部分考慮上下彈簧24、14的推力和有關(guān)阻尼C的條件設(shè)定。該實(shí)施例的線性參考模型部分與附圖2所示的線性參考模型部分以相同的方式設(shè)定。在附圖11所示的線性參考模型部分，閥體2的移動速度在完全打開位置(-x0)之前的運(yùn)動端部(-xm)設(shè)定為零。
本實(shí)施例與第二實(shí)施例采用相同的方式進(jìn)行排氣閥1的打開控制。即，當(dāng)排氣閥1被控制或進(jìn)行參考模型適應(yīng)控制時，排氣閥1遵循附圖11所示的參考模型的動力特性，實(shí)際狀態(tài)量會聚在參考模型狀態(tài)量的控制通過滑動模式控制進(jìn)行?？蛇x擇的是，如第一實(shí)施例，滑動模式控制可以通過設(shè)定一個超平面進(jìn)行，該超平面與對應(yīng)于閥體2到相應(yīng)于當(dāng)前移動位置的轉(zhuǎn)換超平面的移動位置的參考模型的一部分接觸。
在該實(shí)施例中，參考模型不限于附圖11中所示的一種，只要閥體2在運(yùn)動端部(-xm)的移動速度為零即可。例如，類似附圖2所示的二次參考模型部分，該實(shí)施例的二次參考模型部分可以根據(jù)閥體2僅由上下彈簧24、14的推力確定的狀態(tài)量的轉(zhuǎn)變設(shè)定。
該實(shí)施例具有下述益處。
(7)由于排氣閥1被保持在完全打開位置之前的一運(yùn)動端部，電樞34被防止與下端芯部36C接觸。因此，可以防止電樞34與下端芯部36C接觸產(chǎn)生的震動和噪音。而且，提高了電樞34和下端芯部36C的耐久性。
第四實(shí)施例可以如下進(jìn)行修改。
例如，排氣閥1可以采用附圖12(a)到12(c)的方式進(jìn)行控制。在附圖12(a)中，一位置(xm)是閥體2與閥座16接觸的位置，或閥體2完全關(guān)閉的位置。一超過完全關(guān)閉位置(xm)的位置(x0)是電樞34與上端芯部38C接觸的位置。即，排氣閥1這樣設(shè)計(jì)，當(dāng)閥體2在完全關(guān)閉位置(xm)時，電樞34與上端芯部38C不接觸。因此，可以防止因電樞34與上端芯部38C碰撞產(chǎn)生的噪音。
如圖13(a)到13(c)所示，可以執(zhí)行改變閥體2提升量的控制。附圖13(a)到13(c)示出了一個例子，其中閥體2被保持在比參考位置更靠近完全關(guān)閉位置的一個位置。在這種情況下，滑動模式控制通過關(guān)閉電磁體38吸引電樞34的力進(jìn)行。
上述實(shí)施例可以如下進(jìn)行修改。
在打開排氣閥1時，除了打開電磁體36作用在電樞34上的吸引力，也可以利用作用在電樞34上的關(guān)閉電磁體38的吸引力。
滿足到達(dá)條件的增益通過利用上述實(shí)施例中的里亞普諾夫函數(shù)進(jìn)行設(shè)定。但是，該增益也可以利用其他方法設(shè)定，例如，到達(dá)定律方法。而且，到達(dá)方式輸入可以是不同于等式(c6)或(c18)表示的輸入。
在上述實(shí)施例中，閥體2被這樣控制，即閥體2會聚在轉(zhuǎn)換超平面的狀態(tài)量由閥體2的每個移動位置確定。但是，閥體2也可以這樣控制，即狀態(tài)量會聚在一個對應(yīng)于比閥體2目前的位置更靠近完全打開位置的位置的轉(zhuǎn)換超平面。附圖14示意地示出了第一實(shí)施例的一個改變。在該改變中，滑動模式控制通過利用一個轉(zhuǎn)換超平面進(jìn)行，該轉(zhuǎn)換超平面在檢測的閥體2的位移xy之后預(yù)定量的一個位移點(diǎn)xz。例如，在附圖4的程序中，一預(yù)定位移量Δx被加到檢測的實(shí)際位移量xy，且該增加后的結(jié)果可以用于步驟110到140。因此，執(zhí)行響應(yīng)電磁力延遲的一種控制。
滑動模式輸入可以考慮作用在閥體2的外力進(jìn)行計(jì)算。在排氣閥1中，例如，作用在閥體2上的外力可以根據(jù)缸內(nèi)壓力和排氣壓力的差值進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)氣閥中，作用在閥體上的外力可以根據(jù)缸內(nèi)壓力和進(jìn)氣壓力的差值進(jìn)行計(jì)算。上述缸內(nèi)壓力，排氣壓力和進(jìn)氣壓力可以實(shí)際檢測?？蛇x擇性的是，上述壓力可以根據(jù)其他可檢測的狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)。例如，可以從等式(c8)除去外力f，形成一彈簧質(zhì)量振動模型，模擬閥體2的打開和關(guān)閉。在這種情況下，發(fā)動機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)根據(jù)形成的模型進(jìn)行觀測。這樣就允許根據(jù)檢測的狀態(tài)量估計(jì)外力。
發(fā)動機(jī)閥不限于圖1所示的一種。例如，在每個電磁體36、38端部可以有一個永磁體，且閥體2可以通過永磁體的磁力保持在運(yùn)動端部。通過相應(yīng)的永磁體被保持在一個運(yùn)動端部的閥體2向另一端移動時，在相應(yīng)的電磁體36、38中產(chǎn)生與保持永磁體的磁力線方向相反的磁力線，這樣，保持永磁體的磁力線被消除。在這種結(jié)構(gòu)中，基于閥體2通過上下彈簧24、14的力變換的參考模型可以如所示的實(shí)施例及其修改進(jìn)行設(shè)定。例如，設(shè)定參考模型時，有關(guān)阻尼系數(shù)C的條件在等式(c8)中不必要一定考慮。
若需要，下部彈簧14和上部彈簧24可以用其他形式的彈性件代替。可以省去向一個位移端部推動排氣閥1的彈性件。除了吸力，可以在電樞和電磁體之間產(chǎn)生推力以驅(qū)動排氣閥1。
排氣閥1的位移量(移動位置)可以用上述位移量傳感器之外的其他方式檢測。例如，位移量可以通過一個檢測閥體2、閥軸4或電樞34速度的傳感器進(jìn)行檢測。在這種情況下，閥體的位移量(移動位置)通過對檢測速度積分得到。
不用參考模型，轉(zhuǎn)換超平面可以根據(jù)需要隨閥體2的位移量改變。
本發(fā)明可以用于除了發(fā)動機(jī)閥的控制之外的控制中。特別是，一個物體通過一個彈性件從一個運(yùn)動端部到另一個運(yùn)動端部，本發(fā)明應(yīng)用于該物體的狀態(tài)量被控制會聚到一個轉(zhuǎn)換超平面時十分有效。當(dāng)該物體從一個運(yùn)動端部移動到另一個運(yùn)動端部時，該受控物體的運(yùn)動區(qū)域不必是一個一維空間。物理系統(tǒng)的動力方程、參考模型和控制輸入不限于線性函數(shù)所表示的。
因此，上述示例和實(shí)施例是示意性而非限定性的，且本發(fā)明不限于在此給出的細(xì)節(jié)，而可以在本發(fā)明所要求的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.用于由一個彈性件推進(jìn)的受控物體的滑動模式控制裝置，其中受控物體可以在兩個運(yùn)動端部之間運(yùn)動，其中當(dāng)該受控物體從運(yùn)動端部之一的第一運(yùn)動端部運(yùn)動到另一個運(yùn)動端部、第二運(yùn)動端部時，該控制裝置這樣控制受控物體，即受控物體的狀態(tài)量會聚到一個預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面，該控制裝置的特征在于包括轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)受控物體的位置改變轉(zhuǎn)換超平面。
2.如權(quán)利要求1所述的受控裝置，其特征在于，表示受控物體狀態(tài)量轉(zhuǎn)換的一參考模型被預(yù)先設(shè)定，且其中的轉(zhuǎn)換裝置將一超平面設(shè)定作為轉(zhuǎn)換超平面，該超平面與對應(yīng)于受控物體的位置的參考模型的一部分相接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的受控裝置，其特征在于，上述狀態(tài)量包括受控物體的位置和移動速度，且其中的參考模型表示受控物體的位置和移動速度的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求2或3所述的受控裝置，其特征在于，控制裝置確定與表示參考模型動力特性的目標(biāo)狀態(tài)量和受控物體的實(shí)際狀態(tài)量之間的偏差有關(guān)的轉(zhuǎn)換超平面，因此使受控物體遵循參考模型的動力特性。
5.如權(quán)利要求2或3所述的受控裝置，其特征在于，參考模型根據(jù)受控物體由彈性件的推力確定的狀態(tài)量的轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)定。
6.如權(quán)利要求5所述的受控裝置，其特征在于，參考模型作為靠近第二運(yùn)動端部的一超平面設(shè)定。
7.如權(quán)利要求5所述的受控裝置，其特征在于，參考模型包括由二次曲線表示的二次參考模型部分和由線性函數(shù)的一條直線表示的線性參考模型部分，其中二次參考模型部分對應(yīng)于受控物體從第一運(yùn)動端部到靠近第二運(yùn)動端部的一位置之間的區(qū)域，線性參考模型部分對應(yīng)于受控物體運(yùn)動范圍的剩余的運(yùn)動區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的受控裝置，其特征在于，在對應(yīng)于線性參考模型部分的運(yùn)動區(qū)域，由線性參考模型部分表示的受控物體的運(yùn)動速度變化率小于僅由彈性件的推力確定的受控物體的運(yùn)動速度變化率。
9.如權(quán)利要求2或3所述的受控裝置，其特征在于，受控物體的運(yùn)動范圍被分成多個運(yùn)動區(qū)域，其中參考模型由從一個區(qū)域改變到另一個區(qū)域的受控物體的物理特性得到。
10.如權(quán)利要求2或3所述的受控裝置，其特征在于，控制裝置這樣控制受控物體，即受控物體的狀態(tài)量會聚在對應(yīng)于比受控物體當(dāng)前位置更靠近第二運(yùn)動端部的一個位置的一個轉(zhuǎn)換超平面。
11.如權(quán)利要求1到3中任意一個所述的受控裝置，其特征在于，當(dāng)受控物體的狀態(tài)量在靠近轉(zhuǎn)換超平面的一個區(qū)域內(nèi)時，與狀態(tài)量在另一個區(qū)域的情況相比，控制裝置減少使受控物體的狀態(tài)量到達(dá)轉(zhuǎn)換超平面所需的力。
12.如權(quán)利要求1到3中任意一個所述的受控裝置，其特征在于，受控物體是一個內(nèi)燃機(jī)的閥，且該閥包括一閥體和一個電磁操縱閥體的電磁執(zhí)行器。
13.如權(quán)利要求12所述的受控裝置，其特征在于，電磁執(zhí)行器包括一連接到閥體的電樞，及一對電磁體，電樞位于一對電磁體之間，且每個電磁體產(chǎn)生吸引電樞的電磁力。
14.如權(quán)利要求13所述的受控裝置，其特征在于，包括設(shè)定反饋增益的設(shè)定裝置，使閥體的狀態(tài)量達(dá)到轉(zhuǎn)換超平面，且該設(shè)定裝置至少根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)負(fù)荷和閥體位置中的一個改變反饋增益。
15.一種用于由一彈性件推動的受控物體的滑動模式控制方法，其中，該受控物體可以在兩個運(yùn)動端部之間運(yùn)動，該方法的特征在于當(dāng)該受控物體從運(yùn)動端部之一的第一運(yùn)動端部運(yùn)動到另一個運(yùn)動端部、第二運(yùn)動端部時，這樣控制受控物體，即受控物體的狀態(tài)量會聚到一個預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面；根據(jù)受控物體的位置改變轉(zhuǎn)換超平面。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，設(shè)定一個表示受控物體狀態(tài)量轉(zhuǎn)換的參考模型，且其中超平面的轉(zhuǎn)換包括將一個接觸對應(yīng)于受控物體的位置的參考模型的一部分的超平面設(shè)定作為轉(zhuǎn)換超平面。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，確定與表示參考模型的動力特性的目標(biāo)狀態(tài)量和受控物體的實(shí)際狀態(tài)量之間的偏差有關(guān)的轉(zhuǎn)換超平面，從而使受控物體遵循參考模型的動力特性。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，根據(jù)由彈性件的推力確定的受控物體的狀態(tài)量的轉(zhuǎn)換設(shè)定參考模型。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，參考模型包括由二次曲線表示的二次參考模型部分和由線性函數(shù)的一條直線表示的線性參考模型部分，其中二次參考模型部分對應(yīng)于受控物體從第一運(yùn)動端部到靠近第二運(yùn)動端部的一位置之間的區(qū)域，線性參考模型部分對應(yīng)于受控物體運(yùn)動范圍的剩余的運(yùn)動區(qū)域。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在對應(yīng)于線性參考模型部分的運(yùn)動區(qū)域，由線性參考模型部分表示的受控物體的運(yùn)動速度變化率小于僅由彈性件的推力確定的受控物體的運(yùn)動速度變化率。
21.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，這樣控制受控物體，即受控物體的狀態(tài)量會聚在對應(yīng)于比受控物體當(dāng)前位置更靠近第二運(yùn)動端部的一個位置的轉(zhuǎn)換超平面。
22.如權(quán)利要求15到17之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)受控物體的狀態(tài)量在靠近轉(zhuǎn)換超平面的區(qū)域內(nèi)時，與狀態(tài)量在另一個區(qū)域的情況相比，減少使受控物體的狀態(tài)量到達(dá)轉(zhuǎn)換超平面所需的力。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)閥包括在完全打開位置和完全關(guān)閉位置之間可動的閥體，連接到上述閥體的電樞，推動上述閥體的一對彈簧，以及一對電磁體。每個電磁體產(chǎn)生吸引電樞的電磁力，從而移動閥體。發(fā)動機(jī)閥通過滑動模式進(jìn)行控制。即當(dāng)閥體從完全關(guān)閉位置運(yùn)動到完全打開位置時，電磁體被這樣控制，即閥體的狀態(tài)量(位置和移動速度)會聚到一個預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)換超平面。該轉(zhuǎn)換超平面根據(jù)閥體的位置改變。因此，可以滿足控制發(fā)動機(jī)閥所需的許多因素。
文檔編號F02D41/14GK1416032SQ02146970
公開日2003年5月7日 申請日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者不破稔夫 申請人:豐田自動車株式會社