JP2016213360A - プラズマ処理装置、データ処理装置およびデータ処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
平滑化係数: α1t = |δαt/Δαt| 式(2)
相対誤差: δαt = A1(Y1t - S1t) + (1 - A1) δαt-1 式(3)
絶対誤差: Δαt = A1 |Y1t - S1t| + (1 - A1) Δαt-1 式(4)
ここで、入力データは、例えば、時系列データY1t:t=1、2、・・・とし、1期先の出力のデータの平滑化の予測値をSt+1とする。またA1は、任意の定数である。尚、各記号は、非特許文献3と異なるが、なるべく以下の実施例での記号と同一となるように記載した。
平滑化されたデータの傾き:B1t= γ1t (S1t - S1t-1) + (1 -γ1t) B1t-1 式(6)
平滑化係数: α1t = (Kα-Lα) Fα+ Lα 式(7)
応答係数: Fαt = (|δαt/Δαt|+φ)N 式(8)
相対誤差: δαt = A1(Y1t - S1t) + (1 - A1) δαt-1 式(9)
絶対誤差: Δαt = A1 |Y1t - S1t| + (1 - A1) Δαt-1 + φ 式(10)
平滑化係数: γ1t = (Kγ-Lγ) Fγ+ Lγ 式(11)
応答係数: Fγt = (|δγt/Δγt|+φ)N 式(12)
相対誤差: δγt =A2{(S1t - S1t-1)- B1t}+(1 - A2)δγt-1 式(13)
絶対誤差: Δγt =A2|(S1t - S1t-1)- B1t|+(1 - A2) Δγt-1+φ 式(14)
ここで、入力データは、例えば、時系列データY1t:t=1、2、・・・とし、出力のデータの平滑化の予測値S1tと平滑化されたデータの傾きの予測値B1tを逐次データ処理により得ることができる。また、Kα、Lα、Kγ、Lγ、N、A1、A2、φは、任意の定数である。但し、1> Kα> Lα>0、1>Kγ > Lγ>0、1>A1>0、1>A2>0である。φは、絶対誤差ΔαtおよびΔγt、または、応答係数FαtおよびFγtがゼロ値となるのを回避するためにある。また、通常の演算に影響が非常に少なくなるようにφとして極微小値が選択される。
データの平滑化の予測値S10 = { 330 Y11 + 275 Y12 + 220 Y13 + 165 Y14
+ 110 Y15 + 55 Y16 + 0 Y17 - 55 Y18 - 110 Y19
- 165 Y110 } / 825 式(15)
平滑化されたデータの傾きの予測値B10 = { -45 Y11 - 35 Y12 - 25 Y13 - 15 Y14
- 5 Y15 + 5 Y16 + 15 Y17 + 25 Y18 + 35 Y19
+ 45 Y110 } / 825 式(16)
また、図2に記載された2回目の2段指数平滑化処理における、データの平滑化の予測値の初期値S21と平滑化されたデータの傾きの予測値の初期値B21は、各々、S21=S11、B21=0に設定している。上記の初期値設定方法は、データ入力開始後初期の入力データも誤差が少なく、高精度にデータスムージング処理、データ微分処理できるという効果がある。
平滑化されたデータの傾き:B2t = γ2 (S2t - S2t-1) + (1 -γ2) B2t-1 式(18)
次にデータスムージング処理結果データS1t、デ−タ1次微分処理結果データS2t、データ2次微分処理結果データB2tは、一括あるいは逐次データとして出力される。ここで、2回目の2段指数平滑化における、データの平滑化の平滑化パラメータα2、平滑化されたデータの傾きの平滑化パラメータγ2は、予め任意の定数に設定されている。但し、0<α2<1、0<γ2<1とする。1回目出力の平滑化されたデータの傾きの予測値B1tも1次微分処理結果に相当するため、これを使用しても良いが、データ結果のばらつきが大きいため、2回目の2段指数平滑化処理により、デ−タスム−ジング処理を行っている。
データの平滑化 :S1t = α1t Y1t + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1) 式(19)
平滑化されたデータの傾き:B1t = α1t (S1t - S1t-1) + (1 -α1t) B1t-1 式(20)
平滑化係数: α1t = (K - L) Ft+ L 式(21)
応答係数: Ft = 1 - Exp[-δαt 2/(2σt 2)] 式(22)
相対誤差: δαt = A1(Yt - S1t) + (1 - A1) δαt-1 式(23)
予測誤差分散: σt 2 = A1(Yt - S1t)2 + (1 - A1)σt-1 2 式(24)
ここで、K、L、A1は、任意の定数である。但し、1> K> L>0、1>A1>0である。また、σtの初期値は、上述の初期値導出方法と同様に入力データにおいて、初期数点のデータを用いた多項式近似の結果と入力データとの誤差の標準偏差より算出した。また、応答係数Ftは、1から確率密度関数(正規分布型関数、ガウス分布型関数)を減算したものである。一般に、誤差は、正規分布となるケースが多い。このため、正規分布を表現する確率密度関数を利用した応答係数Ftとした。これにより誤差を最小化するのに適した平滑化係数をデータ変化に応じて設定することができる。
データの平滑化 :S1t = α1t Y1t + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1) 式(25)
平滑化されたデータの傾き:B1t = α1t (S1t - S1t-1) + (1 -α1t) B1t-1 式(26)
平滑化係数: α1t = (K - L) Ft+ L 式(27)
応答係数: Ft = 1 - Exp[-δαt 2/(2σt 2)] 式(28)
相対誤差: δαt = A1t(Y1t - S1t) + (1 - A1t) δαt-1 式(29)
予測誤差分散: σt 2 = A1t(Y1t - S1t)2 + (1 - A1t)σt-1 2 式(30)
応答型加算係数: A1t = MAX(A1、βtA1max) 式(31)
傾き係数 : βt = 1 - Exp[-Bt 2/(2 NN C)2] 式(32)
ここで、A1maxは、加算係数の上限値(0<A1max<1)であり、NNは感度係数で任意の定数である。またCは、上述の初期値導出方法と同様に入力データにおいて、初期数点のデータを用いた1次近似式の結果より算出した傾きである。タイプIIIは、タイプIIに応答型加算係数を導入したものであり、タイプIIIの式(25)〜式(30)は、タイプIIの式(19)〜式(24)とほぼ同じである。入力となる信号出力の傾きの変化の例を図4に示す。この場合には、初期値の算出期間での初期傾きCを基準として傾きが大きくなり、再び初期と同程度の傾きに変化する。
データの平滑化 :S1t = α1t SGB0Dt + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1) 式(33)
平滑化されたデータの傾き:B1t = α1t SGB1Dt + (1 -α1t) B1t-1 式(34)
SGB0Dt = (83Y1t + 54Y1t-1 + 30Y1t-2 + 11Y1t-3 - 3Y1t-4 - 12Y1t-5 -16Y1t-6
- 15Y1t-7 - 9Y1t-8 + 2Y1t-9 + 18Y1t-10 ) / 143 式(35)
SGB1Dt = (945S1t + 456S1t-1 + 67S1t-2 - 222S1t-3 - 411S1t-4 - 500S1t-5
- 489S1t-6 - 378S1t-7 - 167S1t-8 + 144S1t-9 + 555S1t-10) / 4290
式(36)
平滑化係数: α1t = (K - L) Ft+ L 式(37)
応答係数: Ft = 1 - Exp[-δαt 2/(2σt 2)] 式(38)
相対誤差: δαt = A1t(Yt - S1t) + (1 - A1t) δαt-1 式(39)
予測誤差分散: σt 2 = A1t(Yt - S1t)2 + (1 - A1t)σt-1 2 式(40)
応答型加算係数: A1t = MAX(A1、βtA1max) 式(41)
傾き係数 : βt = 1 - Exp[-Bt 2/(2 NN C)2] 式(42)
ここで、SGB0Dtは、非特許文献3に記載の後退型Savitzky-Golay法により、連続した11項の入力データY1t〜Y1t-10を使用すると共に最新のデータY1tの時点におけるデータスムージング処理結果である。同様にSGB1Dtは、後退型Savitzky-Golay法により、連続した11項のデータの平滑化の予測値S1t〜S1t-10を使用すると共に最新のデータの平滑化の予測値S1tの時点における1次微分処理結果である。但し、非特許文献3には、一部誤記等があると思われ、修正し使用した。
データの平滑化 :S1t = α1t (入力データ)t + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1)
式(43)
平滑化されたデータの傾き:B1t=γ1t(データの平滑化の予測値の傾き)t+(1 -γ1t)B1t-1 式(44)
タイプIVでは、式(43)の入力データの替わりに前処理として後退型Savitzky-Golay法を用いてデータスムージング処理した結果を用いている。また、式(44)の平滑化されたデータの予測値の傾きの替わりに前処理として後退型Savitzky-Golay法を用いて1次微分処理した結果を用いている。通常、多項式適合法(Savitzky-Golay法)は、複数の連続したデータを使用し、この連続データの期間の中心点でのデータ処理結果を導出する場合が多い。ここでは、これを中心型Savitzky-Golay法とする。これに対し、最新データの時点におけるデータ処理結果を導出する場合を後退型Savitzky-Golay法とする。
ここで、H、A、T、C、D、Fは、任意の定数、Rは0〜1の乱数である。上記評価関数を使用すれば、データスムージング処理、1次微分処理、2次微分処理の解析的な真値が既知であるため、種々のデータ処理方法において、真値との絶対誤差、データ処理に伴なう遅延時間、S/N比(シグナル/ノイズ比)等のデータ処理性能を比較、評価することができる。
データの平滑化 :S1t = α1t SGB0Dt + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1) 式(46)
平滑化されたデータの傾き:B1t = γ1t SGB1Dt + (1 -γ1t) B1t-1 式(47)
SGB0Dt = (83Y1t + 54Y1t-1 + 30Y1t-2 + 11Y1t-3 - 3Y1t-4 - 12Y1t-5 -16Y1t-6
- 15Y1t-7 - 9Y1t-8 + 2Y1t-9 + 18Y1t-10 ) / 143 式(48)
SGB1Dt = (945S1t + 456S1t-1 + 67S1t-2 - 222S1t-3 - 411S1t-4 - 500S1t-5
- 489S1t-6 - 378S1t-7 - 167S1t-8 + 144S1t-9 + 555S1t-10) / 4290 式(49)
平滑化係数: α1t = (Kα-Lα) Fα+ Lα 式(50)
応答係数: Fαt = (|δαt/Δαt|+φ)N 式(51)
相対誤差: δαt = A1(Y1t - S1t) + (1 - A1) δαt-1 式(52)
絶対誤差: Δαt = A1 |Y1t - S1t| + (1 - A1) Δαt-1 + φ 式(53)
平滑化係数: γ1t = (Kγ-Lγ) Fγ+ Lγ 式(54)
応答係数: Fγt = (|δγt/Δγt|+φ)N 式(55)
相対誤差: δγt =A2{(S1t - S1t-1)- B1t}+(1 - A2)δγt-1 式(56)
絶対誤差: Δγt =A2|(S1t - S1t-1)- B1t|+(1 - A2) Δγt-1+φ 式(57)
タイプVの場合は、タイプIVよりも応答性等は劣るが、データ処理プログラムが簡単となると言う効果がある。要求されるデータ処理の性能に応じて必要なレベル、複雑さの方式を選択すれば良い。
データの平滑化 :S1t = α1t SGB0Dt + (1 - α1t) (S1t-1 + B1t-1) 式(58)
平滑化されたデータの傾き:B1t = α1t SGB1Dt + (1 -α1t) B1t-1 式(59)
SGB0Dt = (83Y1t + 54Y1t-1 + 30Y1t-2 + 11Y1t-3 - 3Y1t-4 - 12Y1t-5 -16Y1t-6
- 15Y1t-7 - 9Y1t-8 + 2Y1t-9 + 18Y1t-10 ) / 143 式(60)
SGB1Dt = (945S1t + 456S1t-1 + 67S1t-2 - 222S1t-3 - 411S1t-4 - 500S1t-5
- 489S1t-6 - 378S1t-7 - 167S1t-8 + 144S1t-9 + 555S1t-10) / 4290 式(61)
平滑化係数: α1t = (K - L) Ft+ L 式(62)
応答係数: Ft = 1 - Exp[-δαt 2/(2σt 2)] 式(63)
相対誤差: δαt = A1(Y1t - S1t) + (1 - A1) δαt-1 式(64)
予測誤差分散: σt 2 = A1(Y1t - S1t)2 + (1 - A1)σt-1 2 式(65)
タイプVIの場合もタイプIVよりも応答性等は劣るが、データ処理プログラムが簡単となると言う効果がある。また、タイプVにおいてN=0の場合は、平滑化係数が固定の2段指数平滑化法に後退型Savitzky-Golay法を適用した方式となり、最も簡単となる。要求されるデータ処理の性能に応じて必要なレベル、複雑さの方式を選択すれば良い。
ここで、平均二乗誤差であるEは、入力データとデータスムージング処理結果の平均二乗誤差であり、入力データに対する、データスムージング処理結果の適合度を評価する。2次微分の二乗平均であるDは、データスムージング処理波形の曲線のなめらかさを評価する。係数λは、任意の数値で、上記の入力データに対する適合度評価と曲線のなめらかさ評価の重要度の比率を調整する。
式(67)
ここで、Nはデータ数、ΔTは入力データのサンプリング時間(時間間隔)である。データスムージング処理、データ微分処理の最適パラメータは、評価関数Wが最小値となるように、最急降下法等の勾配法等を用いて導出する。評価関数Wの特性を2次元グラフで示すため、簡単なタイプIの応答型2段指数平滑化法の場合を例に図11〜図13を用いて説明する。但し、入力データは、図7〜図10で使用した入力データと類似しているが、違うデータを使用した。
Claims (20)
- 試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記プラズマの発光データが処理されるデータ処理装置とを備えるプラズマ処理装置において、
前記データ処理装置により入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記発光データが処理され、
前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて求められることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記プラズマの発光データが処理されるデータ処理装置とを備えるプラズマ処理装置において、
前記データ処理装置により入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記発光データが処理され、
前記入力データの最新時における多項式適合法により平滑化された前記入力データが前記平滑化されたデータの予測値を算出する式の入力データとして用いられ、
前記平滑化されたデータの予測値の最新時における多項式適合法により一次微分された前記平滑化されたデータの予測値が前記平滑化されたデータの傾きの予測値を算出する式の平滑化されたデータの予測値の傾きとして用いられることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて求められることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
Nを0以上の整数とした場合、前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差の相対値の予測値を前記誤差の絶対値の予測値で除して定数が加えられた値をN乗して求められることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記プラズマの発光データが処理されるデータ処理装置とを備えるプラズマ処理装置において、
前記データ処理装置により入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記発光データが処理され、
前記誤差が指数荷重移動平均され、
前記指数荷重移動平均の係数は、平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて変化させられることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記誤差が指数荷重移動平均され、
前記指数荷重移動平均の係数は、平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて変化させられることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 2段指数平滑化法を用いてデータが処理されるデータ処理装置において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データが処理され、
前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて求められることを特徴とするデータ処理装置。 - 2段指数平滑化法を用いてデータが処理されるデータ処理装置において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データが処理され、
前記入力データの最新時における多項式適合法により平滑化された前記入力データが前記平滑化されたデータの予測値を算出する式の入力データとして用いられ、
前記平滑化されたデータの予測値の最新時における多項式適合法により一次微分された前記平滑化されたデータの予測値が前記平滑化されたデータの傾きの予測値を算出する式の平滑化されたデータの予測値の傾きとして用いられることを特徴とするデータ処理装置。 - 請求項8に記載のデータ処理装置において、
前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて求められることを特徴とするデータ処理装置。 - 請求項8に記載のデータ処理装置において、
Nを0以上の整数とした場合、前記平滑化パラメータの応答係数は、前記誤差の相対値の予測値を前記誤差の絶対値の予測値で除して定数が加えられた値をN乗して求められることを特徴とするデータ処理装置。 - 2段指数平滑化法を用いてデータが処理されるデータ処理装置において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データが処理され、
前記誤差が指数荷重移動平均され、
前記指数荷重移動平均の係数は、平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて変化させられることを特徴とするデータ処理装置。 - 請求項7ないし請求項9のいずれか一項に記載のデータ処理装置において、
前記誤差が指数荷重移動平均され、
前記指数荷重移動平均の係数は、平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて変化させられることを特徴とするデータ処理装置。 - 2段指数平滑化法を用いてデータを処理するデータ処理方法において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データを処理し、
前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて前記平滑化パラメータの応答係数を求めることを特徴とするデータ処理方法。 - 2段指数平滑化法を用いてデータを処理するデータ処理方法において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データを処理し、
前記入力データの最新時における多項式適合法により平滑化された前記入力データを前記平滑化されたデータの予測値を算出する式の入力データとして用い、
前記平滑化されたデータの予測値の最新時における多項式適合法により一次微分された前記平滑化されたデータの予測値を前記平滑化されたデータの傾きの予測値を算出する式の平滑化されたデータの予測値の傾きとして用いることを特徴とするデータ処理方法。 - 請求項14に記載のデータ処理方法において、
前記誤差をパラメータとする確率密度関数を用いて前記平滑化パラメータの応答係数を求めることを特徴とするデータ処理方法。 - 請求項14に記載のデータ処理方法において、
Nを0以上の整数とした場合、前記誤差の相対値の予測値を前記誤差の絶対値の予測値で除して定数が加えられた値をN乗して前記平滑化パラメータの応答係数を求めることを特徴とするデータ処理方法。 - 2段指数平滑化法を用いてデータを処理するデータ処理方法において、
入力データと平滑化されたデータの予測値との誤差に基づいて平滑化パラメータを変化させる応答型2段指数平滑化法を用いて前記データを処理し、
前記誤差を指数荷重移動平均し、
平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて前記指数荷重移動平均の係数を変化させることを特徴とするデータ処理方法。 - 請求項13ないし請求項15のいずれか一項に記載のデータ処理方法において、
前記誤差を指数荷重移動平均し、
平滑化されたデータの傾きの予測値に基づいて前記指数荷重移動平均の係数を変化させることを特徴とするデータ処理方法。 - 指数平滑化法を用いてデータを処理するデータ処理方法において、
データスムージング処理結果として指数平滑化されたデータの予測値を求め、
前記指数平滑化法を用いたデータ処理のパラメータの値を評価関数を最小とする値として前記指数平滑化法を用いたデータ処理を行い、
前記評価関数は、入力データと前記データスムージング処理結果との平均二乗誤差と、係数が乗じられた前記データスムージング処理結果の二次微分の二乗平均値と、の和であることを特徴とするデータ処理方法。 - 指数平滑化法を用いてデータを処理するデータ処理方法において、
データスムージング処理結果として指数平滑化されたデータの予測値を求め、
前記指数平滑化されたデータの予測値を用いて一次微分処理結果または二次微分処理結果を求め、
前記指数平滑化法を用いたデータ処理のパラメータの値を評価関数を最小とする値として前記指数平滑化法を用いたデータ処理を行い、
前記評価関数は、入力データと前記データスムージング処理結果との平均二乗誤差と、係数が乗じられた二次微分の二乗平均値と、の和であり、
前記二次微分は、前記一次微分処理結果の二次微分または、前記二次微分処理結果の二次微分であることを特徴とするデータ処理方法。
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