複合外乱下における高精度オブザーバーを用いたエンジン電子スロットルシステムの新規適応型終端スライディングモード追従制御
A Novel Adaptive Terminal Sliding Mode Tracking Control of Engine Electronic Throttle System Using an Enhanced Observer Under Composite Disturbances
本論文では、複合外乱下で動作するエンジン電子スロットルシステム(EETS)に対し、高精度超ねじれ拡張状態オブザーバー(ESESO)と統合された新規適応型終端スライディングモード追従制御(ATSMC)戦略を提案する。まず、アクチュエーターの非線形性、バネトルク効果、摩擦の不確かさ、外部負荷外乱を考慮してEETSの非線形動的モデルを確立する。次に、モデルの不確かさ、モデル化されていないダイナミクス、外部摂動からなる集約外乱をリアルタイムで正確に推定するため、高精度オブザーバーを開発する。オブザーバーの出力に基づき、外乱界の上限に関する事前知識を必要とせずに高速有限時間収束を実現する適応型終端スライディングモードコントローラーを設計する。適応則を導入し、制御ゲインを自動調整することで、保守性を低減し、ハンチング現象を緩和する。リャプノフ安定性解析により、閉ループ信号の有限時間収束と有界性を厳密に証明する。比較実験により、提案手法が従来の Слайдинг モード制御や適応制御アプローチと比較して優れた追従精度を達成することが示された。
- エンジン電子スロットルシステム(EETS)向けに、高精度超ねじれ拡張状態オブザーバー(ESESO)と適応型終端スライディングモード追従制御(ATSMC)を統合した新制御戦略を提案
- 外乱上限に関する事前知識を必要とせず高速有限時間収束を実現し、適応則で制御ゲインを自動調整して保守性低減とハンチング緩和を図る点を、リャプノフ安定性解析で有限時間収束と有界性として厳密に証明
- アクチュエーター非線形性、バネトルク効果、摩擦の不確かさ、外部負荷外乱を考慮した非線形動的モデルを構築し、比較実験で従来のスライディングモード制御・適応制御より高い追従精度を確認
学術論文レベルの制御理論の提案であり、特定企業の製品化や採用決定には触れていないため直接の投資材料は乏しい。ただし電子スロットル(EETS)は内燃機関・ハイブリッド車の基盤アクチュエーターであり、外乱に対する追従精度向上は排出ガス規制対応や燃費改善に直結する要素技術。外乱上限の事前知識を不要にした適応則とオブザーバーによるゲイン自動調整は、量産ECUへの実装コスト・キャリブレーション工数削減につながる可能性があり、Tier1の制御ソフト資産価値という観点で中長期に注視したい。