JP2010511582A - 長いむだ時間を有するプロセスのためのファジー論理制御 - Google Patents

Abstract

長いむだ時間を有するプロセスを制御するための制御システム、方法及びコンピュータプログラム製品が提供される。発明にしたがう実施形態によって制御され得るプロセスの一例はガラス製造プロセスであり、原材料が炉に入るレートを制御することによってガラス製造プロセス中に炉内の溶融原材料及び溶融中原材料の液面レベルを制御するためにファジー論理が用いられる。

Description

本発明は、全般的には、変動する長いむだ時間（時間遅延）を有するプロセスの制御に関し、さらに詳しくは、プロセス変動を低減するためにファジー論理制御（ＦＬＣ）を用いる、変動する長いむだ時間を有するプロセスの制御に関する。

ガラス製造は、原材料が高温で、続いて仕上前の製品を提供するに適する成形プロセスを通して搬送される、均一な融液に転換されるプロセスとして表すことができる。ガラス溶融プロセスの一例は、溶融炉（プリメルト）、清澄化チャンバ（ファイナー）及び少なくとも攪拌チャンバを備えるガラス搬送システムを含む。ガラス溶融炉、すなわちプリメルトは全ガラス製造プロセスにおいて重要なコンポーネントである。プリメルトレベル（炉内の溶融材料及び溶融中の材料の液面レベル）は一般に手動でスクリューフィードレートを変えることによって制御される。スクリューフィーダーはプリメルト炉に入っていくバッチ（原材料）の量の調節を担当する。多くのガラス製造プロセスは、手動制御を可能にするに十分にプロセスが低速であるため、及び、十分なモデルをつくるにはプロセスが複雑すぎて、汎用モデルベース制御システム設計の適用が阻まれるため、手動で制御される。しかし、より厳しい顧客仕様に応じるガラス製品を供給するためには、ガラス製造プロセスを、さらに厳しい許容差及びさらに小さな実質変動に、制御できることが望ましい。

したがって、それらのいくつかを上述した、技術上見られる難題の多くを解決する、プリメルトプロセスを制御する方法及びシステムが必要とされている。

上述した難題のいくつかを解決するための方法は、先進制御技術の使用を採用することである。本発明にしたがう一実施形態は、変動する長いむだ時間（出力が入力の変化に応答するにかかる時間）を有するプロセスにおけるプリメルトレベル変動を制御するための、ファジー論理コントローラ（ＦＬＣ）によるファジー論理制御と称される、先進制御方策の使用である。

本発明の一態様は長いむだ時間を有するプロセスを制御するためのシステムを含む。システムはコントローラで制御されるアクチュエータを備える。アクチュエータはガラス製造プロセスにおいてプリメルト炉に原材料が入るレートを調節するために用いられる。システムは液面レベルセンサも備える。液面レベルセンサはプリメルト炉内の溶融原材料の液面レベルを検出する。システムはさらに、液面レベルセンサ及びコントローラに動作可能な態様で接続されたファジー論理コントローラを備える。ファジー論理コントローラはプリメルト炉内の溶融原材料の液面レベルを示す液面レベル信号を液面レベルセンサから受取り、液面レベル信号に基づいてファジー論理ルールにしたがいコントローラに制御信号を送ることによってレートを調節する。

一態様において、システムはさらに、プリメルト炉内の溶融材料の液面レベルが液面レベル設定点からの許容範囲をこえるとレートが調整されるような、液面レベル設定点及び許容範囲を有する。

システムの一態様において、ファジー論理コントローラはさらにファジー化インターフェースを有する。ファジー化インターフェースは、入力変数について値を測定し、その入力変数を分類し、その入力変数を言語表現に変換する。ファジー論理コントローラはさらに、言語制御ルール集合及びファジーデータ操作ルール集合を定めるために用いられる定義を収めるデータベース、及び言語制御ルール集合によりドメインエキスパートの制御達成目標及び制御ポリシーの特徴を定めるルールベースを含む、知識ベースを有する。ファジー論理コントローラは推論エンジンも有する。推論エンジンは、ファジー論理に基づいて人間の意思決定をシミュレートし、ファジーデータ操作ルール集合に基づいてファジー制御行動を推論するように構成される。システムのファジー論理コントローラはさらに、出力変数を分類し、言語制御ルール集合から正確な変数を得るために非ファジー化の機能を実施する、非ファジー化インターフェースを有する。

本発明にしたがうまた別の態様は、長いむだ時間を有するガラス製造プロセスの制御方法である。方法は、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲を確立する工程を含む。溶融原材料の液面レベルが許容範囲内にあるか否かが判定される。液面レベルが許容範囲内になければ、値（ｅ）が液面レベルと液面レベル設定点の間の差に対して決定され、値（ｄｅ）が溶融材料の液面レベルの変化率に対して決定され、値（ｅ及びｄｅ）がファジー化インターフェースによって言語表現に変換され、とるべき言語制御行動が言語表現をファジー論理ルール集合に適用することによって決定され、言語制御行動が非ファジー化インターフェースによってレート制御信号に変換され、レート制御信号がアクチュエータを制御するコントローラに送信される。アクチュエータは、ガラス製造プロセスにおいてプリメルト炉に原材料が入るレートを調節するために用いられる。

本発明にしたがう別の態様は、長いむだ時間を有するプロセスを制御するための作業を処理するための、コンピュータ装置のプロセッサによって実行可能なコードからなるコンピュータプログラム製品を含む。コンピュータプログラム製品は、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲を受け取るように及びガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルが許容範囲内にあるか否かを判定するように構成された、第１の実行可能コード部分を有する。液面レベルが許容範囲になければ、液面レベルと液面レベル設定点の間の差に対する値（ｅ）及び液面レベル変化率に対する値（ｄｅ）を決定し、これらの値を言語表現に変換する、第２の実行可能コード部分が実行される。言語表現をファジー論理ルール集合に適用することによってとるべき言語制御行動を決定し、アクチュエータを制御するコントローラに送信されるように構成されたレート制御信号に言語制御行動を変換する、第３の実行可能コード部分が実行される。アクチュエータはガラス製造プロセスにおいてプリメルト炉に原材料が入るレートを調節するために用いられる。

本発明のさらなる利点は、ある程度は以下の説明に述べられ、ある程度は説明から明らかであろうし、あるいは本発明の実施によって習得され得る。上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも例示及び説明に過ぎず、本発明の限定ではないことは当然である。

図１Ａは好ましい実施形態の態様を実施するために用いることができる例示的コンピュータ装置を示す。 図１Ｂは本発明にしたがう実施形態に用いることができる、図１Ａに示される態様の処理システムの、別の実施形態である。 図２は本発明にしたがう一実施形態におけるガラス製造システムの例示的実施形態を示す。 図３Ａは本発明の態様を実施するために用いることができる例示的なファジー論理コントローラ（ＦＬＣ）の概略構造のブロック図を示す。 図３Ｂはガラス製造プロセスにおける溶融材料及び溶融中材料の槽内液面レベルを制御するように構成されたＦＬＣの図である。 図４Ａはある言語表現を有する、ｅ，ｄｅ及びｄＦに対する例示的なメンバシップ関数を示す。 図４Ｂはある言語表現を有する、ｅ，ｄｅ及びｄＦに対する別の例示的なメンバシップ関数を示す。 図４Ｃはある言語表現を有する、ｅ，ｄｅ及びｄＦに対するまた別の例示的なメンバシップ関数を示す。 図５は例示的なＦＬＣに対する例示的ファジー論理ルールを示す。 図６は本発明にしたがう一実施形態において長いむだ時間を有するガラス製造プロセスを制御する例示的方法を説明するフローチャートである。

本明細書に組み入れられ、本明細書の一部をなす、添付図面は本発明のいくつかの態様を示し、記述とともに、本発明の原理の、限定ではなく、説明に役立つ。本明細書に用いられる同様の参照符号はいくつかの図面を通して同様の要素を示す。

本発明は、以下の本発明の詳細な説明及び詳細な説明に含まれる実施例を参照し、図面並びに既述及び後述の説明を参照することによって一層容易に理解され得る。

本発明のシステム、物品、デバイス及び／または方法の開示及び説明の前に、本発明が特定のシステム、特定のデバイスまたは特定の方法論に、そのようなものは当然変わり得るから、限定されないことは当然である。本明細書に用いられる術語／用語は特定の実施形態を説明することだけが目的とされ、限定する目的はないことも当然である。

本発明の以下の説明は、最善の、現在知られている実施形態において本発明の教示を可能にするように提供される。この目的に対し、当業者であれば、本明細書に説明される本発明の様々な態様に多くの変更がなされ得るがそれでも本発明の有益な結果を得られることを認め、理解するであろう。本発明の望ましい恩恵の内のいくつかが本発明の特徴の内のいくつかを選択することにより、他の特徴は用いずに、得られることも明らかであろう。したがって、当業者であれば、本発明に多くの改変及び翻案が可能であり、いくつかの状況においては望ましくさえあり、本発明の一部であることを認めるであろう。したがって、以下の説明は、本発明の限定ではなく、本発明の原理の説明として提供される。

本明細書及び添付される特許請求の範囲に用いられるように、単数形の冠詞、‘a’，‘an’及び‘the’は、そうではないことが別に明白に規定されていない限り、複数の指示対象を含む。すなわち、例えば、「反射器」への言及は、そのような反射器等を２つ以上含み、他も同様である。

本明細書において、範囲は‘「約」１つの特定値’から、及び／または‘「約」別の特定値’までのように表され得る。範囲がそのように表される場合、別の実施形態はその１つの特定値から及び／またはその別の特定値までを含む。同様に、先行詞「約」の使用により値が近似値として表されていれば、その特定の値が別の実施形態をなすことは理解されるであろう。さらに、範囲のそれぞれの端点が、他方の端点との関係でも、他方の端点とは独立にも、有意であることは理解されるであろう。本明細書には多くの値が開示され、それぞれの値が、その特定の値自体だけでなく、‘「約」その特定の値’としても、本明細書に開示されることも理解される。例えば、値‘１０’が開示されていれば、‘約１０’も開示されている。ある値が開示されている場合は、当業者には適切に理解されるように、‘その値以下’、‘その値以上’及び値間の可能な範囲も開示されることも理解される。例えば、値‘１０’が開示されれば、‘１０以下’も‘１０以上’も開示される。本出願全体を通して、データは多くの様々なフォーマットで与えられ、このデータは始点及び終点、並びにデータ点のいずれかの組合せに対する範囲を表すことも理解される。例えば、特定のデータ点‘１０’及び特定のデータ点‘１５’が開示されれば、１０及び１５より大きい、１０及び１５以上、１０及び１５未満、１０及び１５以下、並びに１０及び１５に等しいも、１０と１５の間も、開示されていると見なされることは理解される。２つの特定の構成単位の間のそれぞれの構成単位も開示されることも理解される。例えば、１０及び１５が開示されれば、１１，１２，１３及び１４も開示される。

「必要（状況）に応じる」または「必要（状況）に応じて」は引き続いて記述されるイベントまたは状況がおこり得るかまたはおこり得ないことを意味し、そのイベントまたは状況がおこる例及びおこらない例をその記述が含むことを意味する。

当業者には理解されるであろうように、本発明にしたがう実施形態は、方法、データ処理システムまたはコンピュータプログラム製品として実施され得る。したがって、一実施形態は、完全なハードウエア実施形態、完全なソフトウエア実施形態またはソフトウエア態様とハードウエア態様の組合せ実施形態の形態をとることができる。さらに、好ましい実施形態の実施は、コンピュータ読出可能プログラム命令（例えばコンピュータソフトウエア）がコンピュータ読出可能記憶媒体に埋め込まれた、コンピュータ読出可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。さらに詳しくは、好ましい実施形態の実施は、ウエッブ実行コンピュータソフトウエアの形態をとることができる。ハードディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、光記憶デバイスまたは磁気記憶デバイスを含む、適するいかなるコンピュータ読出可能記憶媒体も利用することができる。

本発明にしたがう実施形態は、本発明の実施形態にしたがう方法、装置（すなわちシステム）及びコンピュータプログラム製品のブロック図及びフローチャート図を参照して、以下に説明される。ブロック図及びフローチャート図のそれぞれのブロック及び、ブロック図及びフローチャート図のそれぞれの、ブロックの組合せがコンピュータプログラム命令として実施され得ることは理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置上で実行される命令がフローチャートの１つまたは複数のブロックに指定される機能を実施するための手段を生成するようなマシンを構成するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、またはその他のプログラマブルデータ処理装置上にロードすることができる。

これらのコンピュータプログラム命令は、フローチャートの１つまたは複数のブロックに指定される機能を実施するためのコンピュータ読出可能命令を含む製品をコンピュータ読出可能メモリに格納された命令が構成するような、特定の態様で機能するようにコンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置に指令することができる、コンピュータ読出可能メモリに格納することもできる。コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置上にロードして、コンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置上で実行される命令がフローチャートの１つまたは複数のブロックに指定される機能を実施するためのステップを提供するような、コンピュータ実装プロセスを構成するためのコンピュータまたはその他のプログラマブルデータ処理装置上で実施されるべき一連の操作ステップを生じさせることもできる。

したがって、ブロック図及びフローチャート図のブロックは、指定された機能を実施するための手段の組合せ、指定された機能を実施するためにステップの組合せ及び指定された機能を実施するためのプログラム命令手段の組合せをサポートする。ブロック図及びフローチャート図のそれぞれのブロック並びにブロック図及びフローチャート図のブロックの組合せが、指定された機能またはステップを実施する専用ハードウエアベースコンピュータシステムによるかあるいは専用のハードウエアとコンピュータ命令の組合せによって、実施され得ることも理解されるであろう。

本明細書で参照される実施形態において、「コンピュータ」、「コンピュータ装置」、「コントローラ」または「サーバ」への言及がなされ得る。そのようなコンピュータは、例えば、メインフレーム、デスクトップ、ノートブックまたはラップトップ、データ収集／格納デバイスのような小型携帯デバイスとすることができ、あるいは、例えば制御システムの一部としてのコントローラのような、別の装置内に包含された処理装置とすることができる。いくつかの例において、コンピュータはネットワークを介してデータまたはプロセッサにアクセスするために用いられる「ダム」ターミナルまたはコントローラのような処理能力が限られた装置とすることができる。図１Ａを参照すれば、本発明にしたがう実施形態の態様を実施するために用いられ得る、コンピュータ装置の一実施形態が示されている。図１Ａにおいて、マイクロプロセッサのような、プロセッサ１が定められたステップを実施するためのソフトウエア命令を実行するために用いられる。プロセッサは電源１７から電力を受け取り、電源１７は必要に応じてその他のコンポーネントにも電力を供給する。プロセッサ１は、一般に（例えば並列の）１６ビット幅または３２ビット幅のデータバス５を用いて通信する。データバス５は、一般に、プロセッサとメモリの間でデータ及びプログラム命令を搬送するために用いられる。本実施形態において、メモリは、動作中にのみ内容を保持するＲＡＭまたはその他の形態である一次メモリと見なすことができ、あるいはメモリ内容を常時保持する、ＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＦＬＡＳＨまたはその他のタイプのメモリのような、不揮発性メモリ３とすることができる。メモリは、大量のデータを格納する、ディスク記憶装置のような、二次メモリ４とすることもできよう。いくつかの実施形態において、ディスク記憶装置は、代りにＩ/Ｏバス６を用いるかまたは専用バス（図示せず）を用いてプロセッサと通信することができる。二次メモリは、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、またはコンピュータ技術の当業者には既知の別のいずれかのタイプの大容量型記憶装置とすることができる。

プロセッサ１はＩ/Ｏバス６を用いて様々な周辺装置または外部装置とも通信する。本実施形態において、周辺Ｉ/Ｏコントローラ７は、ＲＳ-２３２，ＲＳ-４２２，ＤＩＮ，ＵＳＢまたは、様々な入力／出力デバイスをインターフェースするに適するような、その他のインターフェースを提供するために用いられる。代表的な入力／出力デバイスには、ローカルプリンタ１８，モニタ８，キーボード９及びマウス１０またはその他のタイプのポインティングデバイス（例えば、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、等）がある。

プロセッサ１は一般に通信Ｉ/Ｏコントローラ１１を用いて外部通信ネットワークとも通信し、Ｘ.２５，ＩＳＤＮ，ＤＳＬ，ケーブルモデム等のようなデータ通信指向プロトコル１２のような様々なインターフェースを用いることができる。通信コントローラ１１には標準電話回線１３とインターフェース及び通信するためのモデム（図示せず）を組み込むこともできる。最後に、通信Ｉ/ＯコントローラにはＬＡＮを通じて通信するためのイーサネット（登録商標）インターフェース１４を組み込むことができる。これらのインターフェースのいずれも、インターネット、イントラネット、ＬＡＮまたはその他のデータ通信設備のような、広域ネットワークにアクセスするために用いることができる。

最後に、プロセッサ１は、例えば、ＩＥＥＥ８０２.１プロトコル、８０２.１５.４プロトコルまたは、ＣＤＭＡ２０００ １ｘＥＶ-ＤＯ，ＧＰＲＳ，Ｗ-ＣＤＭＡまたはその他のプロトコルのような、標準３Ｇ無線遠距離通信プロトコルの内の１つを用いて別のデバイスと無線通信するために、アンテナ１５に動作可能な態様で接続された無線インターフェース１６と通信することができる。

用いられ得る処理システムの別の実施形態が図１Ｂに示される。本実施形態においては、ローカルクライアントコンピュータ２６ａまたはリモートクライアントコンピュータ２６ｂと通信するサーバ２０を備える、分散型通信／処理アーキテクチャが示される。サーバ２０は一般に、二次メモリの形態として見ることができ、一次メモリ２４の形態としても見ることができる、データベース２２と通信するプロセッサ２１を有する。プロセッサは、一般にＬＡＮ２５とインターフェースするＩ/Ｏコントローラ２３を用いて外部デバイスとも通信する。ＬＡＮはネットワークプリンタ２８及びローカルクライアントコンピュータ２６ａとのローカル接続機能を提供できる。これらはサーバと同じ施設内に配置することができるが、同じ部屋内である必要はない。リモートデバイスとの通信は一般に、ＬＡＮ２５からのデータを、通信設備を通じて、インターネットのような、広域ネットワーク２７に回送することによって達成される。リモートクライアントコンピュータ２６ｂは、リモートクライアント２６ｂが広域ネットワーク２７を介し、ＬＡＮ２５を通じてサーバ２０にデータを送信することにより、必要に応じてサーバと対話できるように、ウエブブラウザを実行することができる。

データネットワーク構築技術の当業者であれば、その他の多くの別の形態及びアーキテクチャが可能であり、本発明にしたがう実施形態を実施するために用いられ得ることを認めるであろう。図１Ａ及び１Ｂに示される実施形態は様々な流儀で改変することができ、そのような改変形態は特許請求される本発明の範囲内にある。

概要
ガラス製造は、原材料が高温で、仕上前の製品を提供するに適する成形プロセスを通して搬送される、均一な融液に転換されるプロセスとして表すことができる。図２に示されるような一実施形態において、ガラス製造プロセスは、プリメルト２０２と呼ばれる、溶融炉、ファイナー２０４と呼ばれる、清澄化チャンバ及び、例えば、ファイナー−攪拌チャンバ（ＦＳＣ）２０６，攪拌チャンバ２０８，攪拌チャンバ−ボウル（図２に示さず）及びボウル並びに立下り管（同じく図２に示さず）を備えるガラス搬送システムを含む。一例示実施形態において、成形プロセスは、当業者には知られているような、フージョンダウンドロー（またはオーバーフロー）プロセスによって行われる。

溶融は、プリメルト２０２内でおこり、固体成分または結晶成分が含まれていない溶融混合物に原材料（バッチ）が転化される、熱プロセスである。ファイナー２０２内でおこる、清澄化はガラスから気泡を除去するプロセスである。図２の実施形態に示されるようなプロセスの設計のため、プリメルト２０２内の溶融ガラスの液面レベルは一般に、ファイナー２０４内及びプロセスの他のパーツ内の液面レベルと同じである。したがって、理論的には、プリメルト２０２またはファイナー２０４内のいずれで測られた液面レベルも同じ情報を提供する。しかし、一般制御理論の下で、測定点が作動デバイスに近いほど、測定値が作動デバイスの変化に一層迅速に応答するから、制御が一層良好になる。図２の例においては、ファイナー２０４の後でＦＳＣ２０６の直前に液面レベルセンサが配置され、したがって、プリメルト２０２に原材料を供給するための作動デバイス（例えばスクリューフィーダー）が変化する（例えばスクリューフィードレート（ＳＦＲ）が変化する）時点と溶融ガラスの液面レベルが応答する時点の間に、むだ時間として知られる、遅延がある。しかし、プロセスのいずれの場所への液面レベルセンサの配置も本発明の範囲内で考えられることは当然である。

本発明にしたがう態様は、長いむだ時間を有するプロセスを制御するための制御システム、方法及びコンピュータプログラム製品を提供する。本発明にしたがう実施形態による制御が可能なプロセスの例はガラス製造プロセスであるが、長いむだ時間を有する他のプロセスも本発明にしたがう範囲内で考えられる。図３Ａは、本発明の態様を実施するために用いることができる例示的なファジー論理コントローラ（ＦＬＣ）の概略構造のブロック図を示す。図３Ａの実施形態に示されるように、ＦＬＣ３００は４つのコンポーネントを有する。１つのコンポーネントはファジー化インターフェース３０２である。ファジー化インターフェース３０２は入力変数（STA）の値を測定し、入力変数を分類し、入力データを適する言語値に変換するファジー化の機能を実施する。ＦＬＣ３００の別のコンポーネントは知識ベース３０４である。知識ベース３０４は一般に、定義を与え、ＦＬＣ３００における言語制御ルール及びファジーデータ操作を定めるために用いられる、データベースと、言語制御ルール集合を用いることでドメインエキスパートの制御達成目標及び制御ポリシーを、特徴を定める、ルールベースの２つの構成要素を有する。ＦＬＣ３００の別のコンポーネントは推論エンジン３０６である。推論エンジン３０６はファジー情報（FUZIN）を受け取り、ファジー概念及びファジー論理におけるファジー関係及び推論ルールを用いる推論ファジー制御行動（FUZAC）に基づいて、人間の意思決定をシミュレートするように構成される。図３ＡのＦＬＣ３００のまた別のコンポーネントは非ファジー化インターフェース３０８である。非ファジー化インターフェース３０８は、出力変数を分類し、非ファジー化の機能を実施して、ファジー制御から正確な値を得る。非ファジー化インターフェース３０８には、例えば、最大値法、面積法及び重心法のような、様々な非ファジー化方法が用いられている。

本発明にしたがう一実施形態において、ＦＬＣ３００は、プロセス（ＰＲＯ）に材料を供給する作動デバイスに対して、非ファジー化機能に続く非ファジー制御インクリメント（NONFUSCON）を発生する。例えば、ＦＬＣ３００はスクリューフィードレート（ＳＦＲ）についてのインクリメント信号をスクリューフィーダーに供給することができる。ファジー論理制御のためのルールはプロセスの手動制御中の人間の意思決定の観察から導くことができる。例えば、プロセスエンジニア及びライン作業者を観察することができ、プロセスに変更が必要になったときを理解するために手動制御中にデータを収集して解析することができる。

図３Ｂはガラス製造プロセスにおける溶融材料及び溶融中材料の槽内液面レベルを制御するように構成されたＦＬＣ３００の図である。図３Ｂに示されるように、ガラス製造プロセスにおける溶融材料及び溶融中材料の液面レベルを測定し、液面レベル測定値を信号に変換するように構成された液面レベルセンサ３１０からの１つ以上の信号として、ＦＬＣのファジー化インターフェース３０２への入力が受け取られる。液面レベルセンサは確立された設定点を有し、測定値と設定点の値の間の差についての値を決定するようにも構成される。ＦＬＣ３００のファジー化インターフェース３０２への入力は、[レベル設定点−レベル測定値]であるレベル誤差（ｅ）及びレベル誤差の変化（ｄｅ）が含まれる。ＦＬＣ３００からの出力はＳＦＲの％変化（ｄＦ）とすることができる。本例において、ｅ，ｄｅ及びｄＦに対するメンバシップ関数は三角形であると仮定され、ファジーパーティション及びルールベースの生成は観察された手動ルールから導かれた。ｅ及びｄｅは言語表現に分割される。これらの言語表現は、例えば、正で大（PB）、正で中（PM）、正で小（PS）、ゼロ（ZE）、負で大（NB）、負で中（NM）及び負で小（NS）とすることができる。入力変数に用いられる言語項の数はファジー制御ルールの数を定める。ここで、例えば、２つの入力変数（ｅ及びｄｅ）と７つの言語項があれば、ルール数は７^２＝４９になる。ｄＦも、例えば、正で大（PB）、正で中（PM）、正で小（PS）、ゼロ（ZE）、負で大（NB）、負で中（NM）及び負で小（NS）、負で大大（NBB）及び正で大大（PBB）のような、言語表現に分割することができる。

入力変数ｅ及びｄｅはファジー化インターフェース３０２によって言語表現に変換され、その言語表現に対して、知識ベース３０４と協同してはたらく推論エンジン３０６により、それぞれのメンバシップ関数に基づいてファジー論理ルールが決定される。

図４Ａ〜４Ｃは、上述した言語表現を有するｅ，ｄｅ及びｄＦに対する例示的なメンバシップ関数を示す。ルールベースはｅ及びｄｅの関数としての出力ｄＦの言語表現であり、プロセスの作業者の経験及び手動ルールの結果から得られる。制御エンジニアのプロセスに関する知識が豊富であるほど、コントローラの性能は一層高くなる。例示的なルールには、「ｅがZEかつｄｅがZEであれば、ｄＦはZEである」があり得る。さらなる例示的なファジー論理ルールが例示的ＦＬＣについて図５に示される。

図５のルールによって表される例示的ＦＬＣは４９のルールを有する。これらのルールに基づく推論は、近似推論法の一種の、ファジー推論により実施される。例えばｅ（ｋ）及びｄｅ（ｋ）は第ｋステップにおけるＦＬＣへの入力である。クリスプ入力がファジー化インターフェースによってファジー化され、知識ベース及び推論エンジンに基づく積推論が用いられる。例えば、ｅ，ｄｅ及びｄＦの第ｉルールのファジー集合のそれぞれがＡ_ｉ，Ｂ_ｉ及びＣ_ｉと表され、変数ｅ，ｄｅ及びｄＦがそれぞれｘ，ｙ及びｚと表されれば、第ｋサンプリングステップにおける第ｉルールの真値は、

で与えられる。

ここで∧はｍｉｎ演算子である。ファジー関係の積演算ルールを用いれば、出力ファジー集合Ｃは、

として計算される。ここでｍはルールのクラス数である。与えられたｅ及びｄｅに対してファジー論理ルール（ｄＦ）が選択されると、言語ルールは、スクリューフィーダーのようなデバイスを制御するように構成された信号に「非ファジー化」される。図５に示されるように、例示的な言語ルールにはNBB, NB, NA, NS, ZE等がある。ファジールールはクリスプ値に変換することができる。例えば、選ばれる非ファジー化方針は、

で与えられる重心とすることができる。ここでｄＦはファジー推論のクリスプ結果である。それぞれのサンプリング時ｋにおいて、フローブリッジに対する設定点が更新される。しかし、最大値法及び面積法のような他の非ファジー化法も本発明の範囲内で考えられる。非ファジー化は非ファジー化インターフェース３０８によって行われる。

図３Ｂを再び参照すれば、非ファジー化インターフェースからのクリスプ値が、例えばスクリューフィードレートコントローラ３１２のようなアクチュエータを制御するための制御信号として用いられる。スクリューフィードレートコントローラ３１２は、プリメルト炉に入る原材料のレートを制御する。

図６は、本発明にしたがう一実施形態における、長いむだ時間を有するガラス製造プロセスの制御方法の例を表すフローチャートである。プロセスのステップ６０２はガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲を確立する工程を含む。液面レベル設定点及び許容範囲は手動制御プロセスの観察によって確立することができ、プロセス変動を低めるために調節することができる。一例示的実施形態において、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲の確立工程は、液面レベル設定点から±１インチ（２５.４ｍｍ）未満の許容範囲を含む。ステップ６０４において、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルが決定される。これは、例えば液面レベルセンサによって行うことができる。ステップ６０６は、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルが許容範囲内にあるか否かを判定する工程を含む。工程６０６における結果（あれば「Ｙ」，なければ「Ｎ」）が次のステップを決定する。ステップ６０６において、液面レベルが許容範囲内になければ（すなわち、結果が「Ｎ」であれば）、ステップ６０８において、液面レベルと液面レベル設定点の間の差に対して値（ｅ）が決定される。ステップ６１０において、ガラス製造プロセスにおける材料の液面レベルの変化率に対して値（ｄｅ）が決定される。

ステップ６１２において、値（ｅ及びｄｅ）が言語表現に変換される。この言語表現変換はファジー論理コントローラのファジー化インターフェースによって行うことができる。ステップ６１４において、言語表現をファジー論理ルール集合に適用することによって言語制御行動が決定される。ステップ６１６において、言語制御行動が制御信号に変換される。この変換はファジー論理コントローラの非ファジー化インターフェースで行うことができる。ステップ６１８において、制御信号が制御装置に送信される。例えば、アクチュエータを制御するコントローラにレート制御信号を送信することができ、アクチュエータはガラス製造プロセスにおいてプリメルト炉に原材料が入るレートを調節するために用いられる。一例示的実施形態において、アクチュエータを制御するコントローラへのレート制御信号の送信は、スクリューフィーダーを制御するコントローラへのレート制御信号の送信を含む。ステップ６０６に戻り、ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルが許容範囲内にあれば（すなわち、結果が「Ｙ」であれば）、プロセスはステップ６０４に戻る。プロセスはステップ６２０で終了する。ガラス製造プロセスにおいて、プリメルト炉に原材料が入るレートの変化に対してプリメルト炉内の溶融原材料の液面レベルが非線形に応答し得ること、及びそのような応答が本発明の範囲内で考えられることは当然である。

上述したプロセスが、図１Ａ及び１Ｂで説明したようなプロセッサ上で動作可能な、１つ以上の実行可能なコード部分にプログラムされたアルゴリズムとして取り込まれ得ること、及び、例えば、ＣＤ-ＲＯＭ、固体記憶装置及び信号のような、１つ以上のコンピュータ読出可能媒体の形態で格納または送信され得ることは当然である。

本発明のいくつかの態様を上記明細に開示したが、上記説明及び付帯する図面に提示された教示の恩恵を有する、本発明の多くの改変及びその他の態様が、本発明が関わる当業者に思い浮かぶであろうことが、当業者には当然である。したがって、上に開示された特定の態様に本発明が限定されず、多くの改変及びその他の態様が添付される特許請求の範囲内に包含されるとされることは当然である。さらに、本明細書に、また添付される特許請求の範囲にも、特定の術語／用語が用いられていれるが、それらの術語／用語は、説明した本発明を限定する目的のためではなく、一般的かつ説明的な意味で用いられているに過ぎない。

１，２１ プロセッサ
２，２４ 一次メモリ
３ 不揮発性メモリ
４ 二次メモリ
５ データバス
６ Ｉ/Ｏバス
７ 周辺Ｉ/Ｏコントローラ
８ モニタ
９ キーボード
１０ マウス
１１ 通信Ｉ/Ｏコントローラ
１２ データ通信指向プロトコル
１３ 標準電話回線
１４ 「イーサネット」インターフェース
１５ アンテナ
１６ 無線インターフェース
１７ 電源
１８ ローカルプリンタ
２０ サーバ
２２ データベース
２３ Ｉ/Ｏコントローラ
２５ ＬＡＮ
２６ａ ローカルクライアントコンピュータ
２６ｂ リモートクライアントコンピュータ
２７ 広域ネットワーク
２８ ネットワークプリンタ
２０２ プリメルト
２０４ ファイナー
２０６ ファイナー−攪拌チャンバ（ＦＳＣ）
２０８ 攪拌チャンバ
３００ ファジー論理コントローラ（ＦＬＣ）
３０２ ファジー化インターフェース
３０４ 知識ベース
３０６ 推論エンジン
３０８ 非ファジー化インターフェース
３１０ 液面レベルセンサ
３１２ スクリューフィードレートコントローラ

Claims (10)

1. 長いむだ時間を有するプロセスを制御するためのシステムにおいて、
   コントローラによって制御されるアクチュエータであって、ガラス製造プロセスにおいて原材料がプリメルト炉に入るレートを調節するために用いられるアクチュエータ、
   前記プリメルト炉内の溶融原材料の液面レベルを検出する液面レベルセンサ、及び
   前記液面レベルセンサ及び前記コントローラに動作可能な態様で接続されたファジー論理コントローラ、
   を備え、
   前記ファジー論理コントローラが、前記液面レベルセンサから前記プリメルト炉内の前記溶融原材料液面レベルを示す液面レベル信号を受取り、前記コントローラに制御信号を送ることによってファジー論理ルールにしたがい前記液面レベル信号に基づいて前記レートを調節することを特徴とするシステム。
2. 液面レベル設定点及び許容範囲をさらに有し、前記プリメルト炉内の前記溶融原材料液面レベルが前記液面レベル設定点からの前記許容範囲をこえていれば、前記レートが調節されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記ファジー論理コントローラが、
   ファジー化インターフェースであって、入力変数に対する値を測定し、前記入力変数を分類し、前記入力変数を言語表現に変換するファジー化インターフェース、
   知識ベースであって、
   データベース、ここで前記データベースは言語制御ルール集合及びファジーデータ操作ルール集合を定めるために用いられる定義を収める、及び
   ルールベース、ここで前記ルールベースは前記言語制御ルール集合によってドメインエキスパートの制御達成目標及び制御ポリシーの特徴を定める、
   を含む知識ベース、
   推論エンジンであって、ファジー論理に基づいて人間の意思決定をシミュレートし、前記ファジーデータ操作ルール集合に基づいてファジー制御行動を推論するように構成される推論エンジン、及び、
   非ファジー化インターフェースであって、出力変数を分類し、前記言語制御ルール集合から正確な値を得るために非ファジー化の機能を実施する非ファジー化インターフェース、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記プリメルト炉内の前記溶融原材料液面レベルが前記レートの変化に非線形に応答することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 長いむだ時間を有するガラス製造プロセスの制御方法において、
   ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲を確立する工程、
   前記溶融原材料液面レベルが前記許容範囲内にあるか否かを判定する工程、
   を含み、ここで前記液面レベルが前記許容範囲内になければ、
   前記液面レベルと前記液面レベル設定点の間の差に対する値（ｅ）を決定する工程、
   前記溶融原材料液面レベルの変化率に対する値（ｄｅ）を決定する工程、
   前記値（ｅ及びｄｅ）をファジー化インターフェースで言語表現に変換する工程、
   前記言語表現をファジー論理ルール集合に適用することによってとるべき言語制御行動を決定する工程、
   前記言語制御行動を非ファジー化インターフェースでレート制御信号に変換する工程、及び
   アクチュエータを制御するコントローラに前記レート制御信号を送信する工程であって、前記アクチュエータは前記ガラス製造プロセスにおいて前記プリメルト炉に原材料が入るレートを調節するために用いられる工程、
   を含むことを特徴とする方法。
6. ガラス製造プロセスにおける溶融原材料の液面レベルに対する液面レベル設定点及び許容範囲を確立する前記工程が、前記液面レベル設定点から±１.０インチ（２５.４ｍｍ）未満の許容範囲を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記言語表現をファジー論理ルール集合に適用することによってとるべき言語制御行動を決定する前記工程が、
   知識ベースであって、
   データベース、ここで前記データベースは言語制御ルール集合及びファジーデータ操作ルール集合を定めるために用いられる定義を収める、及び
   ルールベース、ここで前記ルールベースは言語制御ルール集合によりドメインエキスパートの制御達成目標及び制御ポリシーの特徴を定める、
   をさらに有する知識ベース、及び
   推論エンジンであって、ファジー論理に基づいて人間の意思決定をシミュレートし、ファジーデータ操作ルール集合に基づいてファジー制御行動を推論するように構成される推論エンジン、
   に前記言語表現を適用する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記言語制御行動を非ファジー化インターフェースでレート制御信号に変換する前記工程が、いかなる出力変数も分類する工程及び前記言語制御ルール集合から正確な値を得るために非ファジー化の機能を実施する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. アクチュエータを制御するコントローラに前記レート制御信号を送信する前記工程が、スクリューフィーダーを制御するコントローラに前記レート制御信号を送信する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記ガラス製造プロセスにおいて、前記プリメルト炉内の前記溶融原材料液面レベルが、前記プリメルト炉に原材料が入る前記レートの変化に非線形に応答することを特徴とする請求項５に記載の方法。

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