JP2022032631A - Control system incorporating abnormality detection function and abnormality detection method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常検知機能が組み込まれた制御システムおよびその異常検知方法に関する。 The present invention relates to a control system incorporating an abnormality detection function and an abnormality detection method thereof.
近年、AI(Artificial Intelligence)技術やIoT(Internet of Things)技術を利用して、検知対象の異常を判定するシステムが実現されている。例えば、AIモデルを実装するモータなどにより作動する回転機械の異常検知システムでは、AIモデルへの入力信号であるモータの制御信号(電流、ホールなど)や環境信号(振動、温度など)のFFTスペクトルを分析することにより、回転機械の異常の有無を検出している。このような異常検知システムによれば、検知対象の状態を明確に観測することとなるため、検知対象を取り扱う作業者の異常検知の労力を軽減することができる(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, a system for determining an abnormality to be detected has been realized by using AI (Artificial Intelligence) technology and IoT (Internet of Things) technology. For example, in an abnormality detection system for a rotating machine operated by a motor that mounts an AI model, the FFT spectrum of motor control signals (current, hall, etc.) and environmental signals (vibration, temperature, etc.) that are input signals to the AI model. By analyzing the above, the presence or absence of abnormalities in the rotating machine is detected. According to such an abnormality detection system, the state of the detection target can be clearly observed, so that the labor of the operator who handles the detection target can be reduced (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の異常検知システムでは、検知アルゴリズムを用いて検知対象のモニタ信号から得られる検知対象信号の異常の有無を検知している。ここで、検知を行う対象が回転機械の場合には、検知対象のモニタ信号は、FFT(高速フーリエ変換)処理が施されることが多い。
In the abnormality detection system described in
このようなFFT(高速フーリエ変換)を利用した異常検知システムでは、FFTスペクトルの解像度を高めることにより、異常検出の精度を上げたいという要望がある。 In such an anomaly detection system using FFT (Fast Fourier Transform), there is a demand to improve the accuracy of anomaly detection by increasing the resolution of the FFT spectrum.
しかしながら、FFTスペクトル全体の解像度を高めるためには、FFTの標本点(周波数ビン)を多くする必要があり、FFTの計算負荷が増大してしまう。また、FFTの標本点を実装するためには、相当量のデータの蓄積も必要となり、計算のための十分なメモリリソースが必要となる。その結果として、システムのコストが増大してしまうという課題がある。 However, in order to increase the resolution of the entire FFT spectrum, it is necessary to increase the number of sample points (frequency bins) of the FFT, which increases the calculation load of the FFT. Further, in order to implement the FFT sample points, it is necessary to accumulate a considerable amount of data, and sufficient memory resources for calculation are required. As a result, there is a problem that the cost of the system increases.
また、このような異常検知システムでは、検知対象である機器(回転機械等)の状態を検知して機器の動作(制御)にリアルタイムにフィードバックさせることにより、機器の性能を上げたり、機器の故障を回避したりするのに活用する取り組みが始まっている。このような手法では、機器内部から得られる種々の信号を利用可能であるというメリットがある。一方、これら種々の信号の処理をCPUなど内部演算処理部で行うことになるため、消費電力やコストの観点から、計算リソースやメモリリソースを増やすことが難しいという課題もある。 In addition, in such an abnormality detection system, the state of the device (rotating machine, etc.) to be detected is detected and fed back to the operation (control) of the device in real time to improve the performance of the device or to fail the device. Efforts have begun to utilize it to avoid the problem. Such a method has an advantage that various signals obtained from the inside of the device can be used. On the other hand, since the processing of these various signals is performed by an internal arithmetic processing unit such as a CPU, there is also a problem that it is difficult to increase calculation resources and memory resources from the viewpoint of power consumption and cost.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other issues and novel features will become apparent from the description and accompanying drawings herein.
本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、計算リソースやメモリリソースのコストを増加させることなく、より高い周波数分解能により回転機器等の異常を検知することができる異常検知機能が組み込まれた制御システムおよびその異常検知方法を提供することにある。なお、本明細書では、主に回転機械を例として本発明の構成を説明するが、周波数スペクトルの解析によって異常検知を行うことができる機械や機器、例えば、電力を扱う機械や機器などの異常検知にも本発明は適用可能である。 The present invention has been made in view of the above, and one of the purposes thereof is to detect anomalies in rotating devices and the like with higher frequency resolution without increasing the cost of computational resources and memory resources. It is an object of the present invention to provide a control system having a built-in abnormality detection function capable of capable of detecting an abnormality and a method for detecting the abnormality. In this specification, the configuration of the present invention will be described mainly by taking a rotating machine as an example, but an abnormality of a machine or device capable of detecting an abnormality by analyzing a frequency spectrum, for example, an abnormality of a machine or device handling electric power. The present invention is also applicable to detection.
一実施の形態によれば、機械の異常を検知する異常検知機能が組み込まれた制御システムは、機械への制御信号を用いて、該機械の異常の原因に応じて制御信号のターゲット周波数スペクトルにFFT処理を施す信号前処理部と、信号前処理部によるFFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、もしくは、前記制御システム内部の信号を用いてFFT処理後の周波数スペクトルからAIによる異常の予測を行うために必要な部分を抜き出して、AIによる異常の予測を行う予測モデル部と、予測モデル部の予測値に基づいて、機械の異常の有無を判定する異常判定部と、を備える。信号前処理部は、機械への制御信号または該機械の環境を検知するセンサの検知信号に基づいて、異常の原因に応じたターゲット周波数スペクトルの範囲を算出するターゲットスペクトル部と、ターゲットスペクトル部により算出されたターゲット周波数スペクトルの上限値以上の周波数構成成分を除去するフィルタ部と、フィルタ部により高周波帯域を除去されたターゲット周波数スペクトルに対して、FFT処理を施すFFT関数部と、を含む。 According to one embodiment, a control system incorporating an abnormality detection function for detecting an abnormality in a machine uses a control signal to the machine to set the target frequency spectrum of the control signal according to the cause of the abnormality in the machine. An abnormality is predicted by AI based on the signal preprocessing unit that performs FFT processing and the frequency spectrum after FFT processing by the signal preprocessing unit, or from the frequency spectrum after FFT processing using the signal inside the control system. It is provided with a prediction model unit for extracting an abnormality necessary for the purpose and predicting an abnormality by AI, and an abnormality determination unit for determining the presence or absence of an abnormality in the machine based on the predicted value of the prediction model unit. The signal preprocessing unit includes a target spectrum unit that calculates a range of the target frequency spectrum according to the cause of the abnormality based on a control signal to the machine or a detection signal of a sensor that detects the environment of the machine, and a target spectrum unit. It includes a filter unit that removes frequency components above the upper limit of the calculated target frequency spectrum, and an FFT function unit that performs FFT processing on the target frequency spectrum from which the high frequency band has been removed by the filter unit.
一実施の形態によれば、計算リソースやメモリリソースのコストを増加させることなく、より高い周波数分解能により回転機器の異常を検知することができる異常検知機能が組み込まれた制御システムおよびその異常検知方法を提供することができる。 According to one embodiment, a control system having an abnormality detection function capable of detecting an abnormality in a rotating device with a higher frequency resolution without increasing the cost of calculation resources and memory resources, and an abnormality detection method thereof. Can be provided.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In the following embodiments, when necessary for convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, one of which is the other. It is related to some or all of the modified examples, details, supplementary explanations, etc. Further, in the following embodiments, when the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is referred to, when it is specified in particular, or when it is clearly limited to a specific number in principle, etc. Except for this, the number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number. Furthermore, in the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not necessarily essential unless otherwise specified or clearly considered to be essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when the shape, positional relationship, etc. of the constituent elements are referred to, the shape is substantially the same, except when it is clearly stated or when it is considered that it is not clearly the case in principle. Etc., etc. shall be included. This also applies to the above numerical values and ranges.
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiment, the members having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted. Further, in the following embodiments, the same or similar parts will not be repeated in principle unless it is particularly necessary.
(実施の形態1)
従来、動力により自ら回転する回転機械や回転すべき機械を作動させるモータ(以下、併せて「回転機械」という)を制御するためのモータ制御システムに対して、そのモータの動作異常などを検知するための異常検知システムを別体として組み込む構成がなされていた。このような構成では、モータ制御システムからの電流信号やモータドライバ(モータ駆動装置)から検出された電流値をAIベースのFFTスペクトル分析装置に入力することになる。しかしながら、このような入力のためには、例えば、モータ制御システムの周辺機能を利用したり、モータドライバからのスイッチング効果を伴わずに電流信号を検出するための追加の回路を設置したりする必要がある。
(Embodiment 1)
Conventionally, a motor control system for controlling a rotating machine that rotates by itself or a motor that operates a machine that should rotate (hereinafter collectively referred to as "rotating machine") detects an operation abnormality of the motor. It was configured to incorporate an abnormality detection system for this purpose as a separate unit. In such a configuration, the current signal from the motor control system and the current value detected from the motor driver (motor drive device) are input to the AI-based FFT spectrum analyzer. However, for such inputs, for example, it is necessary to utilize peripheral functions of the motor control system or install additional circuits to detect the current signal without the switching effect from the motor driver. There is.
これに対し、本実施の形態の異常検知機能が組み込まれた制御システムは、モータ制御システムに異常検知機能をシステムとして組み込むことにより、モータ制御システム内の各種信号を異常検知機能が備えられる制御システムで活用することができる。そのため、本制御システムは、制御信号(例えば、電流や回転速度など。制御コマンドともいう)を検出したり、制御信号の入力のための追加の回路を設けたりするためのコストを削減することができる。 On the other hand, the control system incorporating the abnormality detection function of the present embodiment is a control system equipped with the abnormality detection function for various signals in the motor control system by incorporating the abnormality detection function into the motor control system as a system. Can be utilized in. Therefore, this control system can reduce the cost for detecting a control signal (for example, current, rotation speed, etc., also called a control command) and providing an additional circuit for inputting the control signal. can.
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの構成>
まず、異常検知機能が組み込まれた制御システム1の構成の一例を説明する。図1は、実施の形態1に係る異常検知機能が組み込まれた制御システムの一例を示す構成図である。本実施の形態では、異常検知機能が組み込まれた制御システム1(以下、単に「本制御システム1」ともいう)は、例えばモータ3などの回転機械における動作異常などを検知する異常検知機能がモータ制御システムに一体に組み込まれる構成を備える。
<Configuration of control system with built-in abnormality detection function>
First, an example of the configuration of the
図1に示すように、本実施の形態に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1は、モータ3の駆動を制御するとともに、モータ3の異常を検知するためのシステムである。モータ3は、モータドライバ2によりその動作を制御される。モータドライバ2は、モータ制御システムとしての本制御システム1から入力される制御信号に基づいて、モータ3の回転を制御するものである。
As shown in FIG. 1, the
モータ3の近傍には、モータ3内の図示しないロータの位置(回転位置)を検出するとともに、そのロータの回転速度を検出する位置/速度センサ5が設けられる。また、モータ3の筐体の近傍には、モータ3の環境(例えば、振動、温度や湿度など)を検出する環境センサ4が設けられる。さらに、モータドライバ2とモータ3の間の電気線には、モータドライバ2からモータ3に供給される電流を検出する電流センサ6が設けられる。
In the vicinity of the
本制御システム1は、モータ3を含むシステム全体を制御するとともに、回転機械の異常を検知する機能の実行およびモータの制御の実行を行うためのマイクロコンピュータ(MCU)10と、モータ制御や異常検知に必要な各種アプリケーションやデータなどを格納するメモリ20とを備える。
The
MCU10は、特定用途向けの汎用の集積回路(ASSP)などで実現されてもよい。また、MCU10は、CPU11と、周辺機能部14とを含む。また、CPU11は、異常検知部12と、モータ制御部13とを含む。周辺機能部14は、データ入力部15を含む。
The
データ入力部15には、環境センサ4、位置/速度センサ5、および電流センサ6により検出された各種データが入力される。データ入力部15は、これらの検出データをCPU11に出力する。
Various data detected by the
異常検知部12は、データ入力部15から入力された検出データに基づいて、モータ3の異常の有無を検知する。具体的には、図2および図3を参照して後述する。モータ制御部13は、従来のモータ制御システムの機能と同様の機能を有する。モータ制御部13は、例えば、周辺機能部14を介して出力すべき制御信号(電流値)と、電流センサ6により検出した電流値と、位置/速度センサ5により検出したモータ3の回転速度とに基づいて、フィードバック制御を行う。
The
メモリ20には、例えば、前処理用データ21と、予測モデル用データ22と、モータ制御用データ23とが格納される。前処理用データ21および予測モデル用データ22については後述する。モータ制御部13は、モータ制御用データ23に基づいて、モータ3に入力すべき電流値(電流信号)を制御する。
For example, the preprocessing
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの一構成例>
図2は、実施の形態1に係るAIモデルを使用した異常検知機能が組み込まれた制御システムの異常検知機能を実現する部分の一例(電流入力)を示すブロック図である。図2に示すように、本例の本制御システム1は、データ入力部15と、異常検知部12とを含む。モータドライバ2を介してモータ3に入力される制御信号(電流信号)は、電流センサ6により検出され、検出した電流信号iは、本制御システム1のデータ入力部15に入力される。この電流信号iは、モータ3のフィードバック制御に用いられるため、フィードバック相電流iともいう。
<A configuration example of a control system with a built-in abnormality detection function>
FIG. 2 is a block diagram showing an example (current input) of a part that realizes an abnormality detection function of a control system incorporating an abnormality detection function using the AI model according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
ここで、異常検知部12は、信号前処理部121と、予測モデル部122と、異常判定部123とを含む。また、信号前処理部121は、窓関数部1211と、FFT関数部1212とを含む。なお、信号前処理部121は、異常検知のための前処理として、メモリ20に格納されている前処理用データ21に基づいて、ターゲット周波数スペクトルのFFT方式を実現するものである。この前処理の方式は、例えば、上記特許文献1に記載された方式を採用すればよく、そのファームウェアの実装では、その一部を新たなファームウェア機能として実現すればよい。
Here, the
データ入力部15は、電流センサ6により検出した電流信号iを信号前処理部121の窓関数部1211に出力する。この電流信号iは、周波数スペクトル形式で表される。信号前処理部121の窓関数部1211は、周波数スペクトルの特定区間以外を0とする窓関数処理を実行し、得られた周波数スペクトルをFFT関数部1212に出力する。
The
FFT関数部1212は、この周波数スペクトルに対してFFT処理を施し、FFT処理後の周波数スペクトルを予測モデル部122に出力する。電流信号iのFFT処理後の周波数スペクトル解析は、異常判定部123により利用される。
The
予測モデル部122は、メモリ20に格納されている予測モデル用データ22と、FFT処理後の周波数スペクトルとに基づいて、AIによる異常の予測を行う。例えば、AIの一種であるディープラーニングを用いて異常検知を行う場合、ニューラルネットワークのネットワーク構造や重み、バイアスの値などが生成される。なお、ディープラーニングでは、検知対象である電流信号iをニューラルネットワークに順次入力しながら、ニューラルネットワークによる予測値と期待値との誤差を損失値として算出し、損失値が小さくなるよう、損失値を重みおよびバイアスにフィードバックするような学習処理が繰り返し行われればよい。予測モデル部122は、AIによる電流信号iの予測値を異常判定部123に出力する。なお、予測モデル部122は、CPU11からの信号に基づき、FFT関数部1212から出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことができるようにしてある。
The
異常判定部123は、予測モデル部122から入力された電流信号iの予測値と、周辺機能部14からモータドライバ2に出力される制御信号とに基づいて、モータ3の異常の有無を判定する。
The
本例の本制御システム1では、異常検知機能が回転機械を制御するシステムに組み込まれているために、CPU11はモータ制御部13や周辺機能部14からモータのターゲット回転数等の各種情報を容易に取得することができる。また、予測モデル部122には、CPU11からの信号に基づき、FFT関数部1212から出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことができるようにしてある。上記のように、AIの一種であるディープラーニングを用いて異常検知を行う場合、その予測モデルの計算量は、計算に使用する周波数スペクトルの本数に大きく依存するために、異常検知に必要な周波数部分だけを選択することで周波数スペクトルの本数を削減することができ、これにより、本システム全体で必要となる計算量を減らすことができる。例えば、回転周波数をモータ制御部13もしくは周辺機能部14から取得し、回転周波数に対し上下何Hzの幅だけを異常検知に使用すればよいことを予測モデル部に指示するようにCPU11にプログラムしておくことでこれを実現することができる。
In the
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの別の構成例>
次に、異常検知機能が組み込まれた制御システム1の構成の別の例を説明する。
<Another configuration example of a control system with a built-in abnormality detection function>
Next, another example of the configuration of the
図3は、実施の形態1に係るAIモデルを使用した本制御システムの別の例(ターゲット周波数スペクトル)を示すブロック図である。本例では、異常検知機能が組み込まれた制御システム1への入力データとして、図2の例で示した電流信号iに加え、回転速度信号ωを用いる。本例の本制御システム1は、この回転速度信号ωに基づいて、回転機械の回転速度を検知し、その回転速度に応じて、周波数スペクトルの周波数帯域(周波数範囲)を自動的に切り替えることを特徴とする。
FIG. 3 is a block diagram showing another example (target frequency spectrum) of the present control system using the AI model according to the first embodiment. In this example, the rotation speed signal ω is used in addition to the current signal i shown in the example of FIG. 2 as the input data to the
図3に示すように、本例の本制御システム1は、データ入力部15と、異常検知部12としての信号前処理部121、予測モデル部122、および異常判定部123とを含む。モータドライバ2を介してモータ3に入力される制御信号(電流信号)は、電流センサ6により検出され、検出した電流信号iは、本制御システム1のデータ入力部15に入力される。この電流信号iは、モータ3のフィードバック制御に用いられるため、フィードバック相電流iともいう。また、モータ3の図示しないロータやモータ3により回転駆動される回転機械の回転速度(速度信号)ωは、位置/速度センサ5により検出され、検出した回転速度信号ωも、本制御システム1のデータ入力部15に入力される。この回転速度信号ωは、信号前処理部121のターゲットスペクトル部1213によるターゲット周波数スペクトルの計算に用いられる。
As shown in FIG. 3, the
なお、データ入力部15は、これらの電流信号iおよび回転速度信号ωをモータ制御部13に出力する。モータ制御部13は、これらの検出データi、ωと、メモリ20に格納されているモータ制御用データ23とに基づいて、モータ3のフィードバック制御を行う。
The
本例では、信号前処理部121は、ターゲットスペクトル部1213と、周波数シフト部1214と、フィルタ部1215と、ダウンサンプリング部1216と、窓関数部1211と、FFT関数部1212とを含む。
In this example, the
ターゲットスペクトル部1213は、データ入力部15から入力された回転速度信号ωに基づいて、ターゲット周波数スペクトルの範囲を算出する。この速度信号ω(フィードバック速度ともいう)は、異常の原因や、電流の周波数スペクトルに対する影響などに基づくものである。例えば、図示しないギヤの摩耗や裂け目などによって生じる振動の周波数解析は、ターゲット周波数スペクトル(周波数下限値fbl~周波数上限値fbu)に反映される。ギヤの摩耗や裂け目などに起因するターゲット周波数スペクトルの演算式は、以下のようになる。
fr=ω/2π
fe=(極ペア)×fr
The
fr = ω / 2π
f e = (pole pair) x fr
ここで、ωは、速度信号(rad/秒)であり、frは、モータ回転周波数(Hz)であり、feは、現在の周波数(Hz)である。また、ターゲット周波数スペクトルの範囲Rは、整数n(0≦n≦極数/2)を用いて、fe-n×fr≦R≦fe+n×frとなる。すなわち、周波数下限値は、fbl=fe-n×frとなり、周波数上限値は、fbu=fe+n×frとなる。また、モータ回転速度は、モータ回転周波数fr、現在の周波数fe、および整数nにより与えられる。 Here, ω is a speed signal (rad / sec), fr is a motor rotation frequency (Hz), and fe is a current frequency (Hz). Further, the range R of the target frequency spectrum is fe −n × fr ≦ R ≦ f e + n × fr using an integer n (0 ≦ n ≦ the number of poles / 2). That is, the lower limit of the frequency is f bl = f e −n × fr, and the upper limit of the frequency is f bu = f e + n × fr . Further, the motor rotation speed is given by the motor rotation frequency fr, the current frequency fe , and the integer n .
このように、本実施の形態のターゲットスペクトル部1213は、位置/速度センサ5により検出した回転速度信号ωに基づいて、後述するFFT処理の対象となるターゲット周波数スペクトルの範囲Rを自動的に切り替えるものである。そして、ターゲットスペクトル部1213は、算出したターゲット周波数スペクトルを周波数シフト部1214に出力する。
As described above, the
周波数シフト部1214は、時系列の電流信号にe-j×2π×fk×(1/fs)を乗算することにより、下限カットオフ点を周波数0にシフトするものである。ここで、fkは、下限カットオフ周波数(fbl)であり、fsは、サンプリング周波数である。周波数シフト部1214は、シフト後のターゲット周波数スペクトルをフィルタ部1215に出力する。
The
フィルタ部1215は、例えば、サンプリング時に発生する可能性のあるエイリアシング(折り返し)誤差を防止するためのローパスフィルタであるアンチエイリアシングフィルタにより構成される。フィルタ部1215は、周波数シフト部1214から入力されたシフト後のターゲット周波数スペクトルの周波数上限値fbu以上の周波数構成成分を除去するものである。フィルタ部1215は、上限側を除去したターゲット周波数スペクトルをダウンサンプリング部1216に出力する。
The
ダウンサンプリング部1216は、以下に示すように、周波数分解能を増加させるものである。
The
周波数分解能Δf=サンプリング周波数fs/FFTビン数N
通常、周波数分解能Δfは、FFTビン数の増加に伴って、128、256、512、・・・のように2の倍数で増加する。Nの最大値を制限すると、ダウンサンプリングによりFFT解像度を増大させることができる。
Frequency resolution Δf = sampling frequency fs / number of FFT bins N
Normally, the frequency resolution Δf increases in multiples of 2, such as 128, 256, 512, ... As the number of FFT bins increases. By limiting the maximum value of N, the FFT resolution can be increased by downsampling.
図2を用いて説明したように、窓関数部1211およびFFT関数部1212は、FFTを演算するものである。信号前処理部121により前処理を施したFFT信号は、予測モデル部122に出力される。予測モデル部122は、FFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行い、異常判定部123は、予測モデル部122から入力された予測値等に基づいて、モータ3の異常の有無を判定する。なお、図2の例と同様に、予測モデル部122は、CPU11からの信号に基づき、FFT関数部1212から出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することを行うことができるようにしてあり、それによって予測モデルの計算量も減らすことができる。
As described with reference to FIG. 2, the
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの動作>
次に、異常検知機能が組み込まれた制御システム1の動作の一例を説明する。図4は、図3に示す本制御システムにより実行される異常検知処理の一例を示すフローチャートである。この異常検知処理は、モータ3の駆動中の所定のタイミングで実行される。
<Operation of control system with built-in abnormality detection function>
Next, an example of the operation of the
異常検知処理では、まず、データ入力部15に、電流センサ6で検出した電流信号iと、位置/速度センサ5で検出した速度信号ωとが入力される(ステップS11)。データ入力部15は、これらの信号をターゲットスペクトル部1213に出力する。
In the abnormality detection process, first, the current signal i detected by the
ターゲットスペクトル部1213は、データ入力部15から入力された速度信号ωに基づいて、ターゲット周波数スペクトル(対象スペクトル)を算出し(ステップS12)、算出したターゲット周波数スペクトルを周波数シフト部1214に出力する。
The
周波数シフト部1214は、所定の演算処理により、下限カットオフ点を周波数0にシフトし(ステップS13)、シフト後のターゲット周波数スペクトルをフィルタ部1215に出力する。
The
フィルタ部1215は、シフト後のターゲット周波数スペクトルの周波数上限値fbu以上の周波数、すなわち、高周波成分を除去し(ステップS14)、除去後のターゲット周波数スペクトルをダウンサンプリング部1216に出力する。
The
ダウンサンプリング部1216は、高周波成分除去後のターゲット周波数スペクトルにダウンサンプリング処理を行い、所定の演算処理により周波数分解能を増加させ(ステップS15)、処理後のターゲット周波数スペクトルを窓関数部1211に出力する。
The
窓関数部1211は、周波数スペクトルの特定区間以外を0とする窓関数処理(ウィンドウ機能)を実行し(ステップS16)、得られた周波数スペクトルをFFT関数部1212に出力する。FFT関数部1212は、この周波数スペクトルに対してFFT処理を施し(ステップS17)、FFT処理後の周波数スペクトルを予測モデル部122に出力する。
The
予測モデル部122は、FFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行い(ステップS18)、その予測結果を異常判定部123に出力する。異常判定部123は、予測モデル部122の予測結果に基づいて、モータ3の異常の有無を判定して(ステップS19)、本制御システム1は、この異常検知処理を終了する。
The
<実施の形態1の特徴および効果>
次に、実施の形態1に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1の主な特徴および効果を説明する。
<Characteristics and effects of
Next, the main features and effects of the
図1~図3に示す実施の形態1に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1の主な特徴は、異常検知機能を従来のモータ制御システムとシステム統合したことである。また、異常検知機能が組み込まれた制御システム1の更なる特徴は、信号前処理部121において、異常の原因に応じたターゲット周波数スペクトルの範囲を算出するとともに、高周波成分除去後のターゲット周波数スペクトルにダウンサンプリング処理を行い、所定の演算処理により周波数分解能を増加させるように構成されることである。さらに、予測モデル部122は、本制御システム1の内部から容易に取得できる信号を使って計算されたCPU11からの信号に基づき、FFT関数部1212から出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことをできるようにしてあり、それによって予測モデルの計算量も減らすことができることである。
The main feature of the
異常検知機能が組み込まれた制御システム1が上記のような構成を有することにより、回転機械を動かしているモータの制御信号(制御コマンド)から必要な情報を取得して、回転機械の回転速度(モータ3の回転速度信号ω)に合わせて、1つの原因に基づく異常の有無を判定する際に確認・判定すべき周波数スペクトル範囲Rをその原因に応じて自動で切り替える。そして、回転機械の回転速度に応じて確認・判定すべき周波数スペクトルの範囲RのみにFFT処理を施すことにより、FFTビン数Nを減らすことができ、また、予測モデル部122が、CPU11からの信号に基づき、異常検知に必要な周波数スペクトルだけに周波数スペクトルの本数を削減する機能をさらに保有することによって、全体としてメモリ使用量を削減するとともに、処理負荷を軽減することが可能となる。
Since the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について説明する。なお、以下では、実施の形態1と同様の機能を有する各部については、同じ参照符号を付し、原則としてその説明を省略する。実施の形態1では、1つの異常検知部12により、1つの原因に基づく異常の有無を検知していた。本実施の形態では、複数(ここでは、2つ)の原因に基づく異常の有無を検知可能な異常検知機能が組み込まれた制御システムについて説明する。
(Embodiment 2)
Next, the second embodiment will be described. In the following, the same reference numerals will be given to the parts having the same functions as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted in principle. In the first embodiment, one
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの構成>
図5は、実施の形態2に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1’の一例を示す構成図である。図5に示すように、本制御システム1’は、実施の形態1の本制御システム1と同様に、モータ3を含むシステム全体を制御するとともに、回転機械の異常を検知するためのマイクロコンピュータ(MCU)10と、モータ制御や異常検知に必要な各種アプリケーションやデータなどを格納するメモリ20とを備える。
<Configuration of control system with built-in abnormality detection function>
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a control system 1'in which the abnormality detection function according to the second embodiment is incorporated. As shown in FIG. 5, the control system 1'is a microcomputer for controlling the entire system including the
図6を用いて後述するように、本実施の形態では、2つの原因に基づく異常を検知するために、メモリ20には、第1の前処理用データ21aと、第2の前処理用データ21bと、第1の予測モデル用データ22aと、第2の予測モデル用データ22bと、モータ制御用データ23とが格納される。
As will be described later with reference to FIG. 6, in the present embodiment, in order to detect an abnormality based on two causes, the
なお、異常検知部12は、2つの系統を含むが、具体的な構成については、図6のブロック図に基づいて説明する。図6は、実施の形態2に係るAIモデルを使用した本制御システムの一例(ターゲット周波数スペクトル)を示すブロック図である。
The
図6に示すように、本実施の形態に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1’は、異常検知部12として、2つの信号前処理部121a、121bと、2つの予測モデル部122a、122bと、2つの異常判定部123a、123bとを備える。
As shown in FIG. 6, in the control system 1'in which the abnormality detection function according to the present embodiment is incorporated, the
第1の信号前処理部121aは、第1のターゲットスペクトル部1213aと、第1の周波数シフト部1214aと、第1のフィルタ部1215aと、第1のダウンサンプリング部1216aと、第1の窓関数部1211aと、第1のFFT関数部1212aとを含む。また、第2の信号前処理部121bは、第2のターゲットスペクトル部1213bと、第2の周波数シフト部1214bと、第2のフィルタ部1215bと、第2のダウンサンプリング部1216bと、第2の窓関数部1211bと、第2のFFT関数部1212bとを含む。
The first
実施の形態1と同様に、データ入力部15には、回転機械の回転速度(速度信号)ωと電流信号iが入力される。データ入力部15は、回転速度信号ωを第1および第2の信号前処理部121a、121bに出力する。
Similar to the first embodiment, the rotation speed (speed signal) ω and the current signal i of the rotating machine are input to the
ここで、第1および第2の信号前処理部121a、121bは、2つの原因に基づく2つの異常を検知するための信号前処理を行うものである。したがって、位置/速度センサ5により検出した同じ回転速度信号ωがデータ入力部15を介して第1および第2のターゲットスペクトル部1213a、1213bにそれぞれ入力されたとしても、第1の前処理用データ21aと第2の前処理用データ21bの内容が異なるため、2つのターゲットスペクトル部1213a、1213bは、異なる2つの原因に対応する2つのターゲット周波数スペクトルの範囲をそれぞれ算出することとなる。このような異なる2つの原因としては、例えば、図示しないギヤの摩耗や図示しないインバータの破損などが挙げられる。
Here, the first and second
2つのターゲットスペクトル部1213a、1213b以降の各部の処理は、実施の形態1に係る本制御システム1の対応する各部の処理と実質的に同様である。そのため、重複説明を避けるために、ここではその詳細な説明を省略する。
The processing of each part after the two
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの動作>
次に、異常検知機能が組み込まれた制御システム1’の動作を説明する。図7は、図6に示す本制御システム1’により実行される異常検知処理の一例を示すフローチャートである。この異常検知処理は、モータ3の駆動中の所定のタイミングで実行される。
<Operation of control system with built-in abnormality detection function>
Next, the operation of the control system 1'in which the abnormality detection function is incorporated will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the abnormality detection process executed by the control system 1'shown in FIG. This abnormality detection process is executed at a predetermined timing while the
異常検知処理では、まず、データ入力部15に、電流センサ6で検出した電流信号iと、位置/速度センサ5で検出した速度信号ωとが入力される(ステップS101)。データ入力部15は、これらの信号を第1および第2のターゲットスペクトル部1213a、1213bに出力する。
In the abnormality detection process, first, the current signal i detected by the
第1のターゲットスペクトル部1213aは、データ入力部15から入力された速度信号ωに基づいて、ターゲット周波数スペクトル(対象スペクトル)を算出し(ステップS102)、算出したターゲット周波数スペクトルを第1の周波数シフト部1214aに出力する。
The first
第1の周波数シフト部1214aは、所定の演算処理により、下限カットオフ点を周波数0にシフトし(ステップS103)、シフト後のターゲット周波数スペクトルを第1のフィルタ部1215aに出力する。
The first
第1のフィルタ部1215aは、シフト後のターゲット周波数スペクトルの周波数上限値fbu以上の周波数、すなわち、高周波成分を除去し(ステップS104)、除去後のターゲット周波数スペクトルを第1のダウンサンプリング部1216aに出力する。
The
第1のダウンサンプリング部1216aは、高周波成分除去後のターゲット周波数スペクトルにダウンサンプリング処理を行い、所定の演算処理により周波数分解能を増加させ(ステップS105)、処理後のターゲット周波数スペクトルを第1の窓関数部1211aに出力する。
The
第1の窓関数部1211aは、周波数スペクトルの特定区間以外を0とする窓関数処理(ウィンドウ機能)を実行し(ステップS106)、得られた周波数スペクトルを第1のFFT関数部1212aに出力する。第1のFFT関数部1212aは、この周波数スペクトルに対してFFT処理を施し(ステップS107)、FFT処理後の周波数スペクトルを第1の予測モデル部122aに出力する。
The first
第1の予測モデル部122aは、FFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行い(ステップS108)、その予測結果を第1の異常判定部123aに出力する。第1の異常判定部123aは、第1の予測モデル部122aの予測結果に基づいて、第1の原因に基づくモータ3の異常の有無を判定して(ステップS109)、本制御システム1’は、この異常検知処理を終了する。なお、図2の例と同様に、第1の予測モデル部122aは、CPU11からの信号に基づき、第1のFFT関数部1212aから出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことができるようにしてあり、それによって予測モデルの計算量も減らすことができる。
The first
一方、第2の信号前処理部121b、第2の予測モデル部122b、および第2の異常判定部123bは、データ入力部15から電流信号iと速度信号ωが入力されると、ステップS102~S109と実質的に同様のステップS110~S117の処理を実行し、本制御システム1’は、この異常検知処理を終了する。なお、図2の例と同様に、第2の予測モデル部122bは、CPU11からの信号に基づき、第2のFFT関数部1212bから出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことができるようにしてあり、それによって予測モデルの計算量も減らすことができる。
On the other hand, when the current signal i and the speed signal ω are input from the
なお、2つの原因に基づくこれら2系統の異常検知処理は、図7のフローチャートに示すように、並行して実行されてもよく、図示しないが、2系統の異常検知処理は、1系統の異常検知・判定が終了した後、別系統の異常検知・判定を実行するように、順次実行されてもよい。 As shown in the flowchart of FIG. 7, the abnormality detection processes of these two systems based on the two causes may be executed in parallel, and although not shown, the abnormality detection processes of the two systems are the abnormalities of one system. After the detection / determination is completed, it may be sequentially executed so as to execute the abnormality detection / determination of another system.
<実施の形態2の特徴および効果>
次に、実施の形態2に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1’の主な特徴および効果を説明する。
<Characteristics and effects of
Next, the main features and effects of the control system 1'in which the abnormality detection function according to the second embodiment is incorporated will be described.
本実施の形態に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1’の特徴は、図6に示すように、異常検知部12内に2系統の各部が設けられ、異なる2つの原因に基づく2つの異常を検知・判定を並行して、あるいは順実行することにある。
As shown in FIG. 6, the feature of the control system 1'in which the abnormality detection function according to the present embodiment is incorporated is that each part of two systems is provided in the
本制御システム1’が上記のような構成を有することにより、異なる2つの原因に基づく異常を検知するために、2つのターゲット周波数スペクトルに対応して、高分解能スペクトルで異常の検知を行うことができる。また、異なる2つの原因に基づく異常を検知するために、2系統の異常検知処理を行うので、モータ制御システムに対する本制御システム1’の信頼性を向上させることができる。 Since the control system 1'has the above configuration, it is possible to detect anomalies with a high resolution spectrum corresponding to two target frequency spectra in order to detect anomalies based on two different causes. can. Further, since the abnormality detection processing of two systems is performed in order to detect the abnormality based on two different causes, the reliability of the control system 1'with respect to the motor control system can be improved.
また、このような構成により、メモリリソースや計算リソースに掛かるコストを削減しつつ、より高い周波数解像度により、回転機械の異常をリアルタイムに検出することができる。 Further, with such a configuration, it is possible to detect an abnormality of a rotating machine in real time with a higher frequency resolution while reducing the cost required for memory resources and calculation resources.
(実施の形態3)
次に、実施の形態3について説明する。なお、以下では、実施の形態1または実施の形態2と同様の機能を有する各部については、同じ参照符号を付し、原則としてその説明を省略する。実施の形態2では、異常検知部12が2系統から構成され、本制御システム1’は、異なる2つの原因に基づく異常を検知していた。本実施の形態では、さらに環境信号を用いる第3の系統が追加される本制御システムについて説明する。
(Embodiment 3)
Next, the third embodiment will be described. In the following, the same reference numerals will be given to the parts having the same functions as those of the first embodiment or the second embodiment, and the description thereof will be omitted in principle. In the second embodiment, the
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの構成>
図8は、実施の形態3に係るAIモデルを使用した異常検知機能が組み込まれた制御システム1”の一例(ターゲット周波数スペクトル)を示すブロック図である。図8に示すように、本実施の形態に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1”は、3つの信号前処理部121a、121b、121cと、3つの予測モデル部122a、122b、122cと、3つの異常判定部123a、123b、123cと、メタ予測モデル部124と、メタ異常判定部125とを備える。なお、第1のデータ入力部15aから検出データを入力される2系統の異常検知部の構成については、実施の形態2の異常検知部12(図5および図6参照)の構成と同様であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
<Configuration of control system with built-in abnormality detection function>
FIG. 8 is a block diagram showing an example (target frequency spectrum) of the
第2のデータ入力部15bには、位置/速度センサ5により検出した回転速度信号ωと、図示しない環境センサにより検出したモータ3の環境信号(例えば、振動、温度や湿度など)が入力される。第2のデータ入力部15bは、これらの回転速度信号ωおよび環境信号を第3の信号前処理部121cに出力する。
The rotation speed signal ω detected by the position /
第3の信号前処理部121cは、第1および第2の信号前処理部121a、121bと同様に、第3のターゲットスペクトル部1213cと、第3の周波数シフト部1214cと、第3のフィルタ部1215cと、第3のダウンサンプリング部1216cと、第3の窓関数部1211cと、第3のFFT関数部1212cとを含む。
The third
本例では、第3のターゲットスペクトル部1213cは、第2のデータ入力部15bから入力された回転速度信号ωに基づいて、ターゲット周波数スペクトルの範囲を算出する。また、第3の周波数シフト部1214cは、時系列の電流信号にe-j×2π×fk×(1/fs)を乗算することにより、下限カットオフ点を周波数0にシフトする。なお、各関数については、上述の実施の形態1を参照すればよい。
In this example, the third
第3のフィルタ部1215cは、シフト後のターゲット周波数スペクトルの周波数上限値fbu以上の周波数構成成分を除去する。第3のダウンサンプリング部1216cは、周波数分解能(FFT解像度)を増加させる。
The
第1~第3の予測モデル部122a、122b、122cは、それぞれ、対応するFFT関数部1212a、1212b、1212cから入力されるFFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行う。そして、第1~第3の異常判定部123a、123b、123cは、対応する第1~第3の予測モデル部122a、122b、122cの予測結果に基づいて、第1~第3の信号前処理部121a、121b、121cに対応する原因に基づくモータ3の異常の有無をそれぞれ判定する。
The first to third
第1~第3の異常判定部123a、123b、123cの判定結果は、メタ予測モデル部124に入力される。メタ予測モデル部124は、これらの判定結果に基づいて、モータ制御システム全体の異常の予測を行い、その予測結果をメタ異常判定部125に出力する。メタ異常判定部125は、モータ制御システム全体の異常の有無を判定する。
The determination results of the first to third
<異常検知機能が組み込まれた制御システムの動作>
次に、異常検知機能が組み込まれた制御システム1”の動作の一例を説明する。図9は、図8に示す本制御システム1”により実行される異常検知処理の一例を示すフローチャートである。なお、図9のステップS201~S217の処理は、実施の形態2における図7のステップS101~S117の処理と実質的に同様である。そのため、重複説明を避けるために、ここではその詳細な説明を省略する。
<Operation of control system with built-in abnormality detection function>
Next, an example of the operation of the
なお、ステップS209において第1の原因に基づくモータ3の異常の有無を検知すると、処理フローはステップS227に移行する。また、ステップS217において第2の原因に基づくモータ3の異常の有無を検知すると、同様に、処理フローはステップS227に移行する。
When the presence or absence of an abnormality in the
そして、第3の原因に関する異常検知処理については、ステップS201~S217の処理と並行して実行される。まず、第2のデータ入力部15bに、位置/速度センサ5で検出した速度信号ωと、図示しない環境センサにより検出したモータ3の環境信号(例えば、振動、温度や湿度など)とが入力される(ステップS218)。
Then, the abnormality detection process relating to the third cause is executed in parallel with the processes of steps S201 to S217. First, the speed signal ω detected by the position /
第3のターゲットスペクトル部1213cは、第2のデータ入力部15bから入力された速度信号ωに基づいて、ターゲット周波数スペクトル(対象スペクトル)を算出し(ステップS219)、第3の周波数シフト部1214cは、所定の演算処理により、下限カットオフ点を周波数0にシフトし(ステップS220)、第3のフィルタ部1215cは、シフト後のターゲット周波数スペクトルの周波数上限値fbu以上の周波数、すなわち、高周波成分を除去する(ステップS221)。
The third
次いで、第3のダウンサンプリング部1216cは、高周波成分除去後のターゲット周波数スペクトルにダウンサンプリング処理を行い、所定の演算処理により周波数分解能を増加させ(ステップS222)、第3の窓関数部1211cは、周波数スペクトルの特定区間以外を0とする窓関数処理(ウィンドウ機能)を実行し(ステップS223)、第3のFFT関数部1212cは、この周波数スペクトルに対してFFT処理を施す(ステップS224)。
Next, the
次いで、第3の予測モデル部122cは、FFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行い(ステップS225)、第3の異常判定部123cは、第3の予測モデル部122cの予測結果に基づいて、第3の原因に基づくモータ3の異常の有無を判定する(ステップS226)。なお、図2の例と同様に、第3の予測モデル部122cは、CPU11からの信号に基づき、第3のFFT関数部1212cから出力されるFFT処理後の周波数スペクトルから異常検知に必要な周波数部分だけを選択して予測値を計算することが行うことができるようにしてあり、それによって予測モデルの計算量も減らすことができる。
Next, the third
そして、メタ予測モデル部125は、第1~第3の異常判定部123a、123b、123cの判定結果に基づいて、モータ制御システム全体の異常の予測を行い(ステップS227)、メタ異常判定部125は、モータ制御システム全体の異常を判定して(ステップS228)、本制御システム1”は、この異常検知処理を終了する。
Then, the meta
<実施の形態3の特徴および効果>
次に、実施の形態3に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1”の主な特徴および効果を説明する。
<Characteristics and effects of
Next, the main features and effects of the
本実施の形態に係る異常検知機能が組み込まれた制御システム1”の特徴は、図6に示す実施の形態2の本制御システム1’の構成に加えて、環境信号(環境パラメータ信号)に基づいた第3の原因に基づく異常の検知・判定を並行して、あるいは順実行することにある。また、更なる特徴は、第1~第3の原因に基づく3種類の以上の有無の判定に基づいて、システム全体の異常を検知・判定することにある。
The feature of the
本制御システム1”が上記のような構成を有することにより、特定の異常原因に対する検知方法の有効性は、検知に用いられる信号に依存するものの、制御信号と環境信号の両方を用いた異常検知により、本実施の形態の本制御システム1”の正常/異常の判定の信頼性を向上させることができる。また、異なる3つの原因に基づく異常を検知するために、3つのターゲット周波数スペクトルに対応して、高分解能スペクトルで異常の検知を行うことができる。また、異なる3つの原因に基づく異常を検知するために、3系統の異常検知処理を行うので、モータ制御システムに対する本制御システム1”の信頼性をさらに向上させることができる。
Since the
さらに、このような構成により、実施の形態2の場合と同様に、メモリリソースや計算リソースに掛かるコストを削減しつつ、より高い周波数解像度により、回転機械の異常をリアルタイムに検出することができる。 Further, with such a configuration, as in the case of the second embodiment, it is possible to detect an abnormality of the rotating machine in real time with a higher frequency resolution while reducing the cost required for the memory resource and the calculation resource.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述の実施の形態1~3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiments thereof, the present invention is not limited to the above-described
例えば、実施の形態1~3では、異常検知部12の各部は、CPU11内に設けられ、ソフトウェア処理としてモータ3の異常を検知・判定する場合について説明したが、本発明は、このような構成に限定されない。コストが許容される範囲において、例えば、これら各部をそれぞれ専用のハードウェアで構成してもよい。
For example, in the first to third embodiments, each part of the
また、実施の形態1~3では、それぞれ1~3系統の異常検知処理を行う場合について説明したが、本発明は、このような構成に限定されない。例えば、異常検知機能が組み込まれた制御システムは、異常検知の対象システムまたは装置に応じて、4系統以上の異常検知処理を行うように構成されてもよい。 Further, in the first to third embodiments, the case where the abnormality detection processing of 1 to 3 systems is performed respectively has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. For example, the control system incorporating the abnormality detection function may be configured to perform abnormality detection processing of four or more systems according to the target system or device for abnormality detection.
1、1’、1” 異常検知機能が組み込まれた制御システム
4 環境センサ
5 位置/速度センサ
6 電流センサ
12 異常検知部
121、121a、121b、121c 信号前処理部
1213、1213a、1213b、1213c ターゲットスペクトル部
1216、1216a、1216b、1216c ダウンサンプリング部
122、122a、122b、122c 予測モデル部
123、123a、123b、123c 異常判定部
1, 1', 1 "Control system with built-in
Claims (9)
前記機械への制御信号を用いて、該機械の異常の原因に応じて前記制御信号のターゲット周波数スペクトルにFFT処理を施す信号前処理部と、
前記信号前処理部によるFFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、もしくは、前記制御システム内部の信号を用いてFFT処理後の周波数スペクトルからAIによる異常の予測を行うために必要な部分を抜き出して、AIによる異常の予測を行う予測モデル部と、
前記予測モデル部の予測値に基づいて、前記機械の異常の有無を判定する異常判定部と、
を備え、
前記信号前処理部は、
前記機械への制御信号または該機械の環境を検知するセンサの検知信号に基づいて、前記異常の原因に応じた前記ターゲット周波数スペクトルの範囲を算出するターゲットスペクトル部と、
前記ターゲットスペクトル部により算出されたターゲット周波数スペクトルの上限値以上の周波数構成成分を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部により高周波帯域を除去されたターゲット周波数スペクトルに対して、前記FFT処理を施すFFT関数部と、
を含む、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 A control system with a built-in abnormality detection function that detects machine abnormalities.
A signal preprocessing unit that performs FFT processing on the target frequency spectrum of the control signal according to the cause of the abnormality of the machine using the control signal to the machine.
Based on the frequency spectrum after FFT processing by the signal preprocessing unit, or by using the signal inside the control system, the part necessary for predicting the abnormality by AI is extracted from the frequency spectrum after FFT processing. Prediction model section that predicts abnormalities by AI,
An abnormality determination unit that determines the presence or absence of an abnormality in the machine based on the predicted value of the prediction model unit.
Equipped with
The signal preprocessing unit
A target spectrum unit that calculates a range of the target frequency spectrum according to the cause of the abnormality based on a control signal to the machine or a detection signal of a sensor that detects the environment of the machine.
A filter unit that removes frequency components above the upper limit of the target frequency spectrum calculated by the target spectrum unit, and a filter unit.
The FFT function unit that performs the FFT processing on the target frequency spectrum from which the high frequency band has been removed by the filter unit, and the FFT function unit.
including,
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記信号前処理部は、前記フィルタ部により前記上限値以上の周波数構成成分が除去されたターゲット周波数スペクトルに対して、ダウンサンプリングによりFFT解像度を増加させるダウンサンプリング部をさらに含む、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 In the control system incorporating the abnormality detection function according to claim 1,
The signal preprocessing unit further includes a downsampling unit that increases the FFT resolution by downsampling with respect to the target frequency spectrum from which the frequency components above the upper limit value have been removed by the filter unit.
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記異常検知システムは、前記機械を制御するための制御システムとシステム統合される、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 In the control system incorporating the abnormality detection function according to claim 1,
The anomaly detection system is integrated with a control system for controlling the machine.
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記機械の複数の異常の原因に応じた複数の前記信号前処理部と、
前記複数の信号前処理部にそれぞれ対応する複数の前記予測モデル部と、
前記複数の予測モデル部にそれぞれ対応する複数の前記異常検知部と、
を備え、
前記複数の信号前処理部に含まれる複数のターゲットスペクトル部は、前記複数の異常の原因に応じた異なる複数のターゲット周波数スペクトルの範囲をそれぞれ算出し、
前記複数の予測モデル部は、それぞれ対応する前記信号前処理部によるFFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行い、
前記複数の異常検知部は、それぞれ対応する前記予測モデル部の予測値に基づいて、前記機械の複数の異常の有無を検知する、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 In the control system incorporating the abnormality detection function according to claim 1,
A plurality of the signal preprocessing units according to the causes of the plurality of abnormalities of the machine, and
The plurality of prediction model units corresponding to the plurality of signal preprocessing units, and
A plurality of the abnormality detection units corresponding to the plurality of prediction model units, and
Equipped with
The plurality of target spectrum units included in the plurality of signal preprocessing units each calculate a range of a plurality of different target frequency spectra according to the causes of the plurality of abnormalities.
The plurality of prediction model units predict anomalies by AI based on the frequency spectra after FFT processing by the corresponding signal preprocessing units, respectively.
The plurality of abnormality detection units detect the presence or absence of a plurality of abnormalities in the machine based on the predicted values of the corresponding prediction model units.
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記機械への制御信号および該機械の環境信号を用いて、前記機械の異常の原因に応じて前記制御信号のターゲット周波数スペクトルにFFT処理を施す第2の信号前処理部と、
前記第2の信号前処理部によるFFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行う第2の予測モデル部と、
前記第2の予測モデル部の予測値に基づいて、前記機械の異常の有無を検知する第2の異常検知部と、
をさらに備える、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 In the control system incorporating the abnormality detection function according to claim 1,
A second signal preprocessing unit that performs FFT processing on the target frequency spectrum of the control signal according to the cause of the abnormality of the machine using the control signal to the machine and the environmental signal of the machine.
A second prediction model unit that predicts anomalies by AI based on the frequency spectrum after FFT processing by the second signal preprocessing unit, and
Based on the predicted value of the second prediction model unit, the second abnormality detection unit that detects the presence or absence of an abnormality in the machine, and the second abnormality detection unit.
Further prepare,
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記機械は、動力により自ら回転する回転機械や回転すべき機械を作動させる動力機械を含む、
異常検知機能が組み込まれた制御システム。 In the control system incorporating the abnormality detection function according to claim 1,
The machine includes a rotating machine that rotates by itself and a power machine that operates a machine to be rotated.
A control system with a built-in anomaly detection function.
前記機械への制御信号を用いて、該機械の異常の原因に応じて前記制御信号のターゲット周波数スペクトルにFFT処理を施す信号前処理と、
前記FFT処理後の周波数スペクトルに基づいて、AIによる異常の予測を行う予測モデル処理と、
前記予測値に基づいて、前記機械の異常の有無を検知する異常検知処理と、
を含み、
前記信号前処理では、
前記機械への制御信号または該機械の環境を検知するセンサの検知信号に基づいて、前記異常の原因に応じた前記ターゲット周波数スペクトルの範囲を算出し、
前記算出されたターゲット周波数スペクトルの上限値以上の周波数構成成分を除去し、
前記高周波帯域を除去されたターゲット周波数スペクトルに対して、前記FFT処理を施す、
機械の異常検知方法。 It is a machine abnormality detection method that detects machine abnormalities.
Signal preprocessing that applies FFT processing to the target frequency spectrum of the control signal according to the cause of the abnormality of the machine using the control signal to the machine.
Predictive model processing that predicts anomalies by AI based on the frequency spectrum after FFT processing, and
Anomaly detection processing that detects the presence or absence of an abnormality in the machine based on the predicted value,
Including
In the signal preprocessing,
Based on the control signal to the machine or the detection signal of the sensor that detects the environment of the machine, the range of the target frequency spectrum according to the cause of the abnormality is calculated.
The frequency components above the upper limit of the calculated target frequency spectrum are removed.
The FFT process is applied to the target frequency spectrum from which the high frequency band has been removed.
Machine abnormality detection method.
前記信号前処理では、さらに、
前記上限値以上の周波数構成成分が除去されたターゲット周波数スペクトルに対して、ダウンサンプリングによりFFT解像度を増加させる、
機械の異常検知方法。 In the method for detecting an abnormality in a machine according to claim 7,
In the signal preprocessing, further
The FFT resolution is increased by downsampling with respect to the target frequency spectrum from which the frequency components above the upper limit are removed.
Machine abnormality detection method.
前記機械は、動力により自ら回転する回転機械や回転すべき機械を作動させる動力機械を含む、
機械の異常検知方法。 In the method for detecting an abnormality in a machine according to claim 7,
The machine includes a rotating machine that rotates by itself and a power machine that operates a machine to be rotated.
Machine abnormality detection method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020136606A JP2022032631A (en) | 2020-08-13 | 2020-08-13 | Control system incorporating abnormality detection function and abnormality detection method thereof |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7490924B2 (en) | 2022-08-23 | 2024-05-28 | ワイセイテック カンパニー リミテッド | Apparatus and method for user-configured predictive plant maintenance |
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2020
- 2020-08-13 JP JP2020136606A patent/JP2022032631A/en active Pending
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