JP5066464B2

JP5066464B2 - 制御機器、及びその動作方法

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Publication number: JP5066464B2
Application number: JP2008059252A
Authority: JP
Inventors: 眞由美三浦
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-03-10
Also published as: JP2009217439A

Description

本発明は、制御機器、及びその動作方法に関し、特に詳しくは、不揮発性メモリを有する制御機器、及びその動作方法に関するものである。

加熱処理炉などの温度を制御するために、調節計が利用されている。調節計においては、制御のために接続するセンサ、アクチュエータなどの種類及び動作条件に依存するパラメータ、制御設定値や調整係数などの制御演算に使用するパラメータ、など、制御に先立って保持する数値パラメータが存在する。例えば、ＰＩＤ制御を行う調節計では、ＰＩＤパラメータなどの多数のパラメータを設定する必要がある。調節計は、これらのパラメータの設定を利用して温度を制御する。すなわち、調節計は、温度センサでの計測値に基づいて、ＰＩＤ制御を行う。

調節計は、ＰＩＤパラメータを用いて、目標温度に設定された設定値と計測温度とに基づいた操作量を出力する。これにより、計測温度を目標温度に近づけることができる。ここで、調節計による制御では、ＰＩＤパラメータなどの制御パラメータの設定が必要となる。例えば、オートチューニングによって、ＰＩＤを最適化する方法が開示されている（特許文献１）。

このようなＰＩＤパラメータは、メモリに書き込まれて、保持される。例えば、パラメータを保存するメモリ媒体としては、一般的にＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）が採用されている。ＥＥＰＲＯＭでは、書き込む回数が制限されている（特許文献２）。

特開平４−８４２０１号公報特開平５−７３４３５号公報

制御結果情報（設定値到達時間やオーバーシュート量など制御応答における特徴量のデータ）は、制御の不具合状態の把握やＰＩＤなどの制御パラメータを調整する際に、実際の制御対象に対する制御結果として有効な情報となる。しかし、制御に先立って予め不具合の発生を予測するのは困難な場合が多い。このため、昇温や降温などの一連の制御動作を実施しながら調節計内部で特徴量を算出し、制御パラメータ等の制御条件に関連するパラメータと共にＥＥＰＲＯＭに保存しておくという機能が考えられる。ここで、ＥＥＰＲＯＭに対しては一連の制御動作（昇温や降温等）を行う度に上記制御結果情報の書き込みが発生する事となる。

一方、上記のように、ＥＥＰＲＯＭには書き込み回数の制限がある。これを超えて書き込みを実施するとＥＥＰＲＯＭの動作不良や故障が発生する可能性が高く、これにより、制御動作が行えないという調節計の故障が発生する。この場合には、ＥＥＰＲＯＭの交換が必要となる。

特許文献２では、ＥＥＰＲＯＭへの書き込み回数を累積してカウントするカウンタ部を有している。そして、カウント値が所定の時間内で、基準異常値に達した場合に、警報を発している。これにより、設定ミスなどによる意図しない書き込みが頻繁に行われていないかどうかを確認することができ、ユーザが対処することが可能となる。しかしながら、制御応答毎に特徴量を算出して保持する機能を持つ調節計において、算出した特徴量データをＥＥＰＲＯＭへ書き込む動作は、ユーザの設定ミスなどによる意図しない動作ではない。ＥＥＰＲＯＭへの特徴量データの書き込みは、制御の不具合状態の把握やＰＩＤなどの制御パラメータを調整する目的でユーザが利用する正常動作である。つまり、調節計が制御応答毎に特徴量を算出して保持する機能を持つ場合には、正常動作の範囲において、ＥＥＰＲＯＭへの特徴量データの書き込み回数が増加してしまう。

ＥＥＰＲＯＭの書き込み回数制限を越えてしまうと、ＥＥＰＲＯＭが故障してしまう。このため、メモリの交換、修理が必要になってしまう。よって、調節計が正常に動作できる期間が短くなってしまうという問題点がある。なお、上記の問題点は、調節計に限らず、書換可能な不揮発性メモリを有する制御機器で生じる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、不揮発性メモリへの書き込みを制限し、書き込み回数制限により故障するまでの不揮発性メモリの正常動作期間を伸長する制御機器、及びその動作方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる制御機器は、計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器であって、前記計測値に基づいて制御応答の特徴量を算出する演算処理部と、前記演算処理部で算出された前記特徴量のデータが保持されるＲＡＭ領域と、前記ＲＡＭ領域に保持されている前記特徴量のデータが書き込まれる書換可能な不揮発性メモリとを備え、前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するものである。これにより、不揮発性メモリの書き込み回数を抑制し、前記不揮発性メモリの書き込み回数制限により故障するまでの正常動作期間を伸長することができる。

本発明の第２の態様にかかる制御機器は、上記の制御機器であって、前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータとの差分値を前記特徴量毎に算出し、前記差分値に応じて前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するものである。これにより、簡便な処理で前記過去の特徴量のデータに対応する制御応答と前記新たな特徴量のデータに対応する制御応答との類似性を判定することができる。

本発明の第３の態様にかかる制御機器は、上記の制御機器であって、前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータを利用した評価関数の値を算出し、前記評価関数の値に応じて、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するものである。これにより、適切に判定することができる。

本発明の第４の態様にかかる制御機器は、上記の制御機器であって、前記過去の特徴量と前記新たな特徴量との差分に応じた値がしきい値を越えた場合に、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すことを特徴とするものである。これにより、前記不揮発性メモリへの書き込みを、前記過去の特徴量のデータに対応する制御応答と前記新たな特徴量のデータに対応する制御応答との類似性がしきい値の範囲を越えた場合に限る事で書き込み回数を制限することが可能となる。

本発明の第５の態様にかかる制御機器は、上記の制御機器であって、前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化することを特徴とするものである。これにより、制御対象の特徴に応じた前記しきい値を設定でき、前記不揮発性メモリへの書き込み回数を制限しながら、ユーザにとって有効と判断される特徴量のデータを保持することができる。

本発明の第６の態様にかかる制御機器の動作方法は、書換可能な不揮発性メモリを有し、計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器の動作方法であって、制御応答の特徴量を算出するステップと、前記特徴量をＲＡＭ領域に保持するステップと、前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するステップとを、備えるものである。これにより、不揮発性メモリの書き込み回数を抑制することができる。これにより、前記不揮発性メモリの書き込み回数制限による正常動作期間を伸長することができる。

本発明の第７の態様にかかる制御機器の動作方法は、上記の動作方法であって、前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータとの差分値を前記特徴量毎に算出し、前記差分値に応じて前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するものである。これにより、簡便な処理で前記過去の特徴量に対応する制御応答と前記新たな特徴量に対応する制御応答との類似性を判定することができる。

本発明の第８の態様にかかる制御機器の動作方法は、上記の動作方法であって、前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータを利用した評価関数の値を算出し、前記評価関数の値に応じて、複数の前記特徴量を用いた評価関数の値に応じて、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するものである。これにより、適切に判定することができる。

本発明の第９の態様にかかる制御機器の動作方法は、上記の動作方法であって、前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータとの差分に応じた値がしきい値を越えた場合に、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すことを特徴とするものである。これにより、前記不揮発性メモリへの書き込みを、前記特徴量間の類似性がしきい値の範囲を越えた場合に限る事で書き込み回数を制限することが可能となる。

本発明の第１０の態様にかかる制御機器の動作方法は、上記の動作方法であって、前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化することを特徴とするものである。これにより、制御対象の特徴に応じた前記しきい値を設定でき、前記不揮発性メモリへの書き込み回数を制限しながら、ユーザにとって有効と判断される特徴量のデータを保持することができる。

本発明によれば、不揮発性メモリへの書き込みを制限し、書き込み回数制限により故障するまでの不揮発性メモリの正常動作期間を伸長する制御機器、及びその動作方法を提供することができる。

発明者は、上記制御結果情報をＥＥＰＲＯＭに保存する場合において、書き込み回数制限により故障するまでのＥＥＰＲＯＭの正常動作期間を伸長するために、以下の点に着目した。

上記制御結果情報が必要となる代表的なケースは、調節計が特定の制御対象に設置され制御対象の特性に合わせたパラメータの初期調整が必要な場合、また、初期調整実施後に、制御機器や制御対象の変更及び経時変化などにより制御結果が変化する場合である。いずれのケースも、上記制御結果情報の１つ以上の値に大きな変化が起きた場合である。（ここでは、調節計を制御対象に設置した初回の制御も上記制御結果情報が何も記録されていない状態から変化したケースと考えることとする）
つまり、調整作業を終えて例えば製造工程の通常運転などで同様の制御動作が繰り返され、制御関連機器の劣化や故障などによりその制御動作に変化が現れるまでの間においては、算出される制御動作毎の特徴量のデータはユーザにとっての重要度が低いと考えられる。

つまり、繰り返し行われる一連の制御動作において、１つもしくはそれ以上の上記制御結果情報に、ノイズ等を考慮した一定値以上の変化が現れない場合にＥＥＰＲＯＭへの書き込みを行わないこととして書き込み回数を低減させる事が課題解決のために有効である事を想到した。

以下に、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる調節計の計装事例を示す図である。

調節計１は、加熱処理炉６内に設けられている被加熱物８の温度を制御する。加熱処理炉６内には、被加熱物８と、温度を測定するための温度センサ５と、加熱を行うためのヒータ４とが設けられている。調節計１には、目標温度となる設定値ＳＰが設定されている。この設定値ＳＰは、例えば、ユーザによって指定される。あるいは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などから設定値ＳＰを調節計１に転送しても良い。また、温度センサ５で計測された計測温度が制御量ＰＶとして調節計１に入力されている。調節計１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとに基づいて、フィードバック制御を行う。すなわち、調節計１は、予め設定されている設定値ＳＰ（目標温度）に計測値ＰＶ（計測温度）を近づけるように制御を行う。

本実施の形態では、調節計１がＰＩＤ制御を行う。この場合、ＰＩＤパラメータが前記制御パラメータに相当する。調節計１はＰＩＤパラメータに応じた操作量ＭＶを電力機器７に出力する。従って、調節計１は、予め設定されているＰＩＤパラメータの値に応じて電力機器７を制御する。すると、電力機器７がヒータ４に供給する電力を調整する。すなわち、操作量ＭＶに応じた電力が電力機器７からヒータ４に供給される。従って、操作量ＭＶに応じた制御出力で、電力機器７がヒータ４に電流を供給する。これにより、加熱処理炉６内の被加熱物８が加熱され、温度センサ５で計測される制御量ＰＶが設定値ＳＰに近づくように制御される。すなわち、計測温度が目標温度に近づいていく。

次に、本実施の形態にかかる調節計１について、説明する。調節計１は、演算処理部１１と、ＥＥＰＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３とを備えている。演算処理部１１は、演算処理ユニットであり、ＥＥＰＲＯＭ１２やその他のＲＯＭ（不図示）に格納されているプログラムを実行する。また、演算処理部１１は、設定されているＰＩＤパラメータを用いて演算処理を行う。ＲＡＭ１３は、演算処理部１１の演算に必要な値や、演算処理部１１の演算で求められた値を一時的に格納する。例えば、ＲＡＭ１３には、温度センサ５で計測された計測温度が制御量ＰＶとして記憶される。また、ＲＡＭ１３には、制御応答に対する特徴量が保持される。

ＥＥＰＲＯＭ１２は、電気的に書換可能な不揮発性メモリであり、ＰＩＤパラメータや制御プログラム等を格納する。例えば、ＥＥＰＲＯＭ１２に既に書き込まれているデータを消去し、新たなデータを書き込むことで、データの書換が実行される。ＥＥＰＲＯＭ１２には、通常、書き込み回数に制限がある。演算処理部１１は、ＥＥＰＲＯＭ１２やＲＡＭ１３に対するデータの書き込みや読み出しを行う。

演算処理部１１は、操作量ＭＶを算出するためのプログラムを実行する。具体的には、演算処理部１１がＰＩＤパラメータを用いてＰＩＤ演算を実施し、操作量ＭＶを算出する。すなわち、設定値ＳＰと制御量ＰＶとから、適切と判断される操作量ＭＶを求める。調節計１が操作量ＭＶを電力機器７に出力すると、電力機器７がヒータ４にその操作量ＭＶに応じた電力を供給する。これにより、加熱処理炉６内の被加熱物８が加熱される。よって、制御量ＰＶが設定値ＳＰに近づくように制御される。このように、制御量ＰＶと設定値ＳＰに基づいてＰＩＤ演算を実行し、操作量ＭＶを求めることで、フィードバック制御が行われている。

演算処理部１１は、さらに、制御応答の特徴量を自動検出するためのプログラムを実行する。ユーザは、この特徴量を確認することで、ＰＩＤパラメータを調整することができる。すなわち、制御応答から、ＰＩＤパラメータを設定するために必要な特徴量が抽出される。そして、この特徴量をＥＥＰＲＯＭ１２に書き込む。さらに、ユーザが特徴量を確認して、ＰＩＤパラメータを変更する。

より具体的には、演算処理部１１で算出された特徴量が、逐次、ＲＡＭ１３に書き込まれていく。すなわち、制御動作中において、特徴量が抽出される毎に、その値がＲＡＭ１３に書き込まれる。そして、特徴量がＲＡＭ１３に一旦保持された後、ＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。すなわち、最新の制御応答に対する特徴量算出動作が終了した後、ＲＡＭ１３からＥＥＰＲＯＭ１２に特徴量が書き移される。ＲＡＭ１３に書き込まれた特徴量を読み出して、ＥＥＰＲＯＭ１２に書き移す。ここでは、特徴量算出動作の任意の完了条件（例えば、制御応答に対する全ての特徴量が抽出された場合や、制御設定値ＳＰへの整定判定条件を満たした場合など）を満たした後、ＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。すなわち、ある程度の期間、制御動作を行い、その制御動作中において、順次算出された特徴量がまず、ＲＡＭに書き込まれる。そして、特徴量の算出動作が終了した後、ＲＡＭ１３からＥＥＰＲＯＭ１２への特徴量の書き込みが開始する。

なお、調節計１にはメモリの制約があるため、ＥＥＰＲＯＭ１２には、予め特徴量を書き込む領域を確保して、再利用する方法が現実的であり、ＥＥＰＲＯＭ１２の同じ領域に、特徴量が上書きされていくこととなる。ＲＡＭ１３に保持されている特徴量のデータがＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる直前にＥＥＰＲＯＭ１２上の書き込み領域に保持されているのは、過去の制御動作において算出された特徴量のデータである。特徴量の算出動作が終了してから、ＲＡＭ１３に保持されている特徴量のデータがＥＥＰＲＯＭ１２の書き込み領域に書き込まれるまでの間は、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されている特徴量のデータは、過去の制御応答に対するデータとなり、ＲＡＭ１３に保持されている特徴量のデータは、新しい制御応答に対するデータとなる。以下、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されている特徴量のデータを、旧データと称し、ＲＡＭ１３に保持されている特徴量のデータを新データと称することもある。

さらに、演算処理部１１は、特徴量のデータをＲＡＭ１３からＥＥＰＲＯＭ１２に書き移すか否かの判定をしている。すなわち、演算処理部１１は、ＥＥＰＲＯＭ１２に既に書き込まれている過去の制御応答に対する特徴量のデータと、ＲＡＭ１３に書き込まれた最新の制御応答に対する特徴量のデータを比較して特徴量の類似性を判定し、その結果に応じて、特徴量のデータをＲＡＭ１３からＥＥＰＲＯＭ１２に書き移すか否かの判定をしている。具体的には、新データと旧データとの類似性が高い場合には、ＲＡＭ１３に書き込まれた特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まない。これにより、書き込み回数を抑制することができる。類似性判定の方法としては、例えば、演算処理部１１は、新データと旧データとの差分を特徴量毎に算出し、差分値がしきい値を越えた場合にＲＡＭ１３上の新データをＥＥＰＲＯＭ１２の旧データが保持された書き込みメモリ領域へ上書きする。一方、差分値がしきい値を越えない場合には、前記上書きの処理を実施しない。よって、ＥＥＰＲＯＭ１２は、旧データが保持されているままとなる。演算処理部１１は、所定の演算処理プログラムによって、上記の処理を行っている。

次に、自動検出される特徴量の一例について、図２を用いて説明する。図２は、調節計１によって制御を実施した場合の、制御応答波形の例を示している。すなわち、図２は、ＰＩＤ制御を実行した時の昇温特性を示す一例である。図２において、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は制御量ＰＶである温度（℃）を示している。また、図２には、最新の制御動作による制御応答波形、及び、過去の制御動作による制御応答波形の例が示されている。

設定値ＳＰが変更されると、昇温制御が開始される。図２では、昇温開始時間を０ｓｅｃとしている。昇温開始時間の制御量ＰＶをＰＶｉとしている。例えば、設定値ＳＰが室温２０（℃）から１００（℃）に設定変更されたとする。このとき、制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも低くなっているため、調節計１は、高い値の操作量ＭＶを出力する。すると、ヒータ加熱によって加熱処理炉６内が昇温して、やがて制御量ＰＶが設定値ＳＰに到達する。ここで、制御開始点から制御量ＰＶと設定値ＳＰが一致するまでの時間が設定値到達時間（ｓｅｃ）であり、この設定値到達時間が特徴量のデータの一つとなる。ここで、ＲＡＭ１３に保持されている設定値到達時間をＡｒとし、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されている設定値到達時間をＡｅとしている。すなわち、設定値到達時間の新データをＡｒとし、旧データをＡｅとしている。

その後、図２の事例においては、制御量ＰＶが設定値ＳＰに到達した後も、制御量ＰＶが上昇を続ける。しかし、調節計１の制御動作により、設定値ＳＰを超えた制御量ＰＶの値はやがて上昇から下降に転じ、制御量ＰＶは、再び、設定値ＳＰに近づく。ここで、制御量ＰＶの最大値と設定値ＳＰとの差がオーバーシュート量（℃）であり、このオーバーシュート量が特徴量のデータの一つとなる。図２においては、ＲＡＭ１３に保持されているオーバーシュート量をＢｒとし、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されているオーバーシュート量をＢｅとしている。すなわち、オーバーシュート量の新データをＢｒとし、旧データをＢｅとしている。

さらに、図２の過去の制御動作による制御応答波形では、制御量ＰＶは、オーバーシュートした後、周期的に上昇、下降を繰り返すハンチングという現象を示している。ここで、制御量ＰＶの上昇、下降の繰り返しの周期がハンチング周期（ｓｅｃ）であり、このハンチング周期（ｓｅｃ）が特徴量のデータの一つである。ハンチング周期の算出方法としては、ハンチング中の制御量ＰＶの極大点が現れる時間を求め、隣接する極大点間の時間を算出し、前記極大点間の時間の平均値をハンチング周期とする方法がある。ここで、ＲＡＭ１３に保持されているハンチング周期をＣｒとし、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されているハンチング周期をＣｅとしている。すなわち、ハンチング周期の新データをＣｒとし、旧データをＣｅとしている。なお、最新の制御動作では、ハンチング周期が長いか実質的に検出されていない（つまりハンチングが発生しない）ため、Ｃｒは検出されていない。

このようなオーバーシュート量、ハンチング周期、及び設定値到達時間が特徴量として算出され、ＰＩＤなどの制御パラメータの調整に利用される。例えば、理想的な昇温特性では、オーバーシュート量が少なく、ハンチング周期が長いか実質的に検出されなく（つまりハンチングが発生しない）、設定値到達時間が短くなる。従って、ユーザがこれらの特徴量を確認することで、ＰＩＤパラメータを調整することができる。なお、特徴量を用いることで、制御周期毎に計測される制御量ＰＶの時系列データを大量に保持しなくてもよく、必要なメモリサイズを小さくすることができる。

このように検出した特徴量のデータを逐次、ＲＡＭ１３に保存する。そして特徴量の算出動作完了後、ＲＡＭ領域の新データを、ＥＥＰＲＯＭ領域に保存するかどうかのチェックを行う。ＥＥＰＲＯＭ１２には、オーバーシュート量、ハンチング周期、及び設定値到達時間を書き込むために必要なサイズが確保されており、過去の制御動作の特徴量データである旧データが書き込まれている。調節計１は、ＲＡＭ１３上の新データとＥＥＰＲＯＭ１２上の旧データとに基づいて、類似性チェックを行い、その結果に応じて、ＲＡＭ１３上の新データをＥＥＰＲＯＭ１２に書き込むかどうかを判断する。

新旧のデータが類似している場合、ＲＡＭ１３上の新データは、ＥＥＰＲＯＭ１２上に書き込まれない。新旧のデータが類似していない場合、ＥＥＰＲＯＭ１２に新データを書き込む。これにより、ＥＥＰＲＯＭ１２に新データが上書きされる。このように類似性を比較することで、ユーザにとって重要度が低いと判断される特徴量データの書き込みを制限することができる。すなわち、新データと旧データとで、特徴量のデータに大きな差が表れない場合は、例えば、制御パラメータ調整後の正常運転時などと同様にユーザが特徴量データを必要としないケースと判断してＥＥＰＲＯＭ１２に新データを保存しない。よって、書き込み回数を低減することができる。これにより、書き込み回数制限により故障するまでのＥＥＰＲＯＭ１２の正常動作期間を伸長することができる。一方、新データと旧データとで、特徴量に大きな差が表れた場合は、例えば、制御システムの導入時を含む制御パラメータの調整作業時、もしくは、制御関連機器の劣化や故障により制御動作に変化が現れた場合などの、ユーザが特徴量のデータを必要としているケースと判断して新データをＥＥＰＲＯＭ１２に書き込む。これにより、ユーザにとって有効と判断される特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２上に残しつつ、書き込み回数により故障するまでのＥＥＰＲＯＭ１２の正常動作期間を伸長する。なお、制御パラメータ調整中に前記類似性が高くなる場合、つまり、制御パラメータを変化させても制御応答に大きな変化が現れない場合について記述する。この時、ユーザは制御応答が変化するまで（つまり、前記類似性が低くなるまで）、制御パラメータの変更と制御動作の実施を繰り返し、制御応答に変化が現れた時点で（つまり、前記類似性が低くなった時点で）、より調整目標に近い特徴量データを持つ制御応答のパラメータを選択する。この際に検出された特徴量データは前記類似性が低いため、ＥＥＰＲＯＭ１２上の旧データに上書きされ保持される。さらに制御応答を改善したい場合には、ユーザは同様に制御パラメータの変更と制御動作の実施を繰り返すが、制御パラメータの変更に対して制御応答に大きな変化が現れなくなると、やがて、実施済みの制御動作の中から、調整目標に最も近いと思われる特徴量データが検出された際の制御パラメータを選択して調整を完了する。これは、類似性の高い制御応答の特徴量データのセットが連続して検出される場合であり、新たな特徴量データをＥＥＰＲＯＭ１２上に上書きして保持しておく重要度は低い。なお、類似性判定によってＲＡＭ１３上の新データをＥＥＰＲＯＭ１２への上書きしなかった制御応答に対応する制御動作の回数や類似性判定に使用した評価関数値などの情報をＥＥＰＲＯＭ１２上の特徴量データと関係づけて記憶しておいてもよい。

このように、本実施の形態にかかる調節計の動作方法は、制御量の計測結果に基づいて制御応答の特徴量を算出するステップと、算出された特徴量をＲＡＭ領域に保持するステップと、ＲＡＭ領域に新たに保持された特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２に書き出す場合において、ＥＥＰＲＯＭ１２に保持されている過去の特徴量のデータとＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、ＲＡＭ領域からＥＥＰＲＯＭ１２に書き出すか否かを判定するステップとを、備えている。例えば、ＥＥＰＲＯＭ１２に前回書き込まれた過去の特徴量のデータと、ＲＡＭ１３に保持された今回の特徴量のデータとの差分値に応じて、ＲＡＭ１３からＥＥＰＲＯＭ１２に書き出すか否かを判定する。そして、差分値がしきい値を越えない場合、ＥＥＰＲＯＭ１２で特徴量のデータを保存する。

次に、類似性比較の実施例について説明する。なお、図２に示すような制御応答において、旧データとして、Ａｅ＝１０５ｓｅｃ、Ｂｅ＝１０℃、Ｃｅ＝２０ｓｅｃが取得されていたとする。また、新データとして、Ａｒ＝１００ｓｅｃ、Ｂｒ＝２０℃、Ｃｒ＝Ｎが取得されたとする。なお、ハンチング周期のＮは、未検出を示す値とする。例えば、Ｎはハンチング周期が長すぎて、検出できない場合を示している。

（実施例１）
実施例１における処理について図３を用いて説明する。図３は、類似性を比較するための処理を説明するための図である。実施例１では、特徴量毎に、類似性を比較している。図３に示すように、ＥＥＰＲＯＭ１２には、旧データであるＡｅ、Ｂｅ、Ｃｅが格納されている。一方、ＲＡＭ１３には、新データであるＡｒ、Ｂｒ、Ｃｒが格納されている。

本実施例では、検出対象となるすべての特徴量に対応する新旧データの類似性をＳｊ、各特徴量に対応する新旧データの類似性をＳｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃと記述する。各特徴量の類似性の記述は、各特徴量に対応する添え字（ａ，ｂ，ｃなど）を付加して記述している。類似性Ｓｊは特徴量毎の類似性Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃを利用して決定される。類似性Ｓｊ、Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃは０または１の値をとり、１の時、類似性が低く、０の時、類似性が高いことを示す。具体的には、１個以上の特徴量において、類似性が低い場合、つまり、類似性Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃのいずれかが１となる場合、類似性Ｓｊ＝１と判定して、ＲＡＭ１３の特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２に上書きする。一方、全特徴量において、類似性が高い場合、つまり、類似性Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃのいずれも０となる場合、類似性Ｓｊ＝０と判定して、ＲＡＭ１３の特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まない。すなわち、１個以上の特徴量に対して変化が大きい場合、ＲＡＭ１３の特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２に上書きする。

より具体的には、特徴量毎にしきい値Ｔｓを設定し、特徴量毎のデータ差の絶対値がしきい値Ｔｓを越えた場合に、類似性が低いと判定する。本実施例では、各特徴量に設定されたしきい値Ｔｓを、各特徴量に対応する添え字（ａ，ｂ，ｃなど）を付加して、Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃと記述する。例えば、設定値到達時間の場合、（Ａｅ−Ａｒ）の絶対値と設定値到達時間のしきい値であるＴｓａとを比較する。そして、（Ａｅ−Ａｒ）の絶対値がしきい値Ｔｓａを越えた場合、Ｓｊａ＝１とし、しきい値Ｔｓａ以下の場合、Ｓｊａ＝０とする。なお、Ｓｊａは設定値到達時間における類似性を示す値である。設定値到達時間では、Ｓｊａ＝１の場合、新旧のデータの類似性が低く、Ｓｊａ＝０の場合、新旧データの類似性が高い。

同様に、オーバーシュート量の場合、（Ｂｅ−Ｂｒ）の絶対値としきい値Ｔｓｂとを比較する。そして、（Ｂｅ−Ｂｒ）の絶対値がしきい値Ｔｓｂを越えた場合、Ｓｊｂ＝１とし、しきい値Ｔｓｂ以下の場合、Ｓｊｂ＝０とする。なお、Ｓｊｂはオーバーシュート量における類似性を示す値である。オーバーシュート量では、Ｓｊｂ＝１の場合、新旧のデータの類似性が低く、Ｓｊｂ＝０の場合、新旧データの類似性が高い。

同様に、ハンチング周期の場合、（Ｃｅ−Ｃｒ）の絶対値としきい値Ｔｓｃとを比較する。そして、（Ｃｅ−Ｃｒ）の絶対値がしきい値Ｔｓｃを越えた場合、Ｓｊｃ＝１とし、しきい値Ｔｓｃ以下の場合、Ｓｊｃ＝０とする。なお、Ｓｊｃはハンチング周期における類似性を示す値である。ハンチング周期では、Ｓｊｃ＝１の場合、新旧のデータの類似性が低く、Ｓｊｃ＝０の場合、新旧データの類似性が高い。

なお、特徴量が未検出の場合、例えば、新旧データの一方が未検出で、他方が検出の場合、類似性が低いとする。すなわち、特徴量が未検出から検出に切り換わった時、又は検出から未検出に切り換わったときは、類似性が低いとする。ハンチング周期を例に取ると、Ｓｊｃ＝１となる。新旧データともに未検出の場合には、類似性が高いとする。つまり、ハンチング周期を例に取ると、Ｃｒ＝Ｃｅ＝Ｎの場合、Ｓｊｃ＝０とする。

そして、Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃのいずれか１つでも１になる場合、Ｓｊ＝１とする。すなわち、一つ以上の特徴量の類似性が低い場合、新旧データが類似していないと判断して、ＥＥＰＲＯＭ１２のデータを上書きする。また、全ての特徴量の類似性が高い場合、ＥＥＰＲＯＭ１２への書き込みを行わない。これにより、ＥＥＰＲＯＭ１２への書き込み回数を低減し、書き込み回数制限による正常動作期間を伸長することができる。

もちろん、各特徴量に対するしきい値は異なるものを設定できる。さらに、ＥＥＰＲＯＭ１２に格納されている値に応じて、しきい値Ｔｓを設定することができる。例えば、しきい値Ｔｓを可変にし、Ｔｓａ＝Ａｅ×１０％、Ｔｓｂ＝（ＳＰ−Ｐｖｉ）×５％、Ｔｓｃ＝Ｃｅ×３％とする。このようにＥＥＰＲＯＭ１２に格納されている特徴量のデータを利用して各しきい値を設定してもよい。こうすることで、各々の特徴量のデータに対して分解能を考慮したしきい値Ｔｓの設定が可能となる。もちろん、しきい値Ｔｓの設定は、上記の例に限られるものではない。また、しきい値Ｔｓには各々の特徴量に影響するノイズを考慮した値を用いてもよい。

前記可変のしきい値を実施例１の新旧データに適用して類似性を判定する場合を考えると、Ａｅ＝１０５ｓｅｃ、Ａｒ＝１００ｓｅｃを利用して、Ｔｓａ＝１０．５ｓｅｃとなる。この場合、｜１０５−１００｜≦１０．５となり、Ｓｊａ＝０となる。よって、設定値到達時間では、新旧データの類似性が高い。

また、Ｂｅ＝１０℃、Ｂｒ＝２０℃、ＳＰ＝１００℃、ＰＶｉ＝２０℃とすると、Ｔｓｂ＝４℃となる。この場合、｜１０−２０｜≧４となり、Ｓｊｂ＝１となる。よって、オーバーシュート量では、新旧データの類似性が低い。

また、旧データでは、ハンチング周期が未検出であったが、新データでは検出されている。よって、ハンチング周期では新旧データの類似性が低く、Ｓｊｃ＝１となる。以上のＳｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃの値より、Ｓｊは１となり、類似性が低いと判定される。これにより、ＲＡＭ１３の新データがＥＥＰＲＯＭ１２の旧データに上書きされ、特徴量のデータが、更新される。また、上記の例のように、特徴量のデータの差分値としきい値の比較結果を用いているため、簡便に判定することができる。なお、上記の例では、１つの特徴量に対して、つまり、Ｓｊａ、Ｓｊｂ、Ｓｊｃのいずれかに対して類似性が低いと判定された時点で、ＥＥＰＲＯＭ１２にＲＡＭ１３の新データを上書きしてもよい。これにより、速やかに判定することができる。

（実施例２）
実施例２における処理について図４を用いて説明する。図４は、類似性を比較するための処理を説明するための図である。実施例２では、評価関数を用いて、類似性を比較している。図４に示すように、ＥＥＰＲＯＭ１２には、旧データであるＡｅ、Ｂｅ、Ｃｅが格納されている。一方、ＲＡＭ１３には、新データであるＡｒ、Ｂｒ、Ｃｒが格納されている。なお、新旧データの値（Ａｅ、Ｂｅ、Ｃｅ、Ａｒ、Ｂｒ、Ｃｒ）は実施例１と同じ値とし、実施例１と同様の処理については、説明を省略する。

本実施の形態では、類似性Ｓｊを時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔと、温度のディメンジョンの類似性Ｓｊｐとに基づいて決定し、ＥＥＰＲＯＭ１２にＲＡＭ１３の新データを上書きするか否かを判定している。ここで、時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔは、設定値到達時間とハンチング周期を用いて記述された評価関数の値である。設定値到達時間とハンチング周期は、時間のディメンジョンで表される特徴量である。温度のディメンジョンの類似性Ｓｊｐは、オーバーシュート量を用いて記述された評価関数の値である。オーバーシュート量は温度のディメンジョンで表される特徴量である。このようにディメンジョン別に評価関数を設定する。そして、ディメンジョン別に評価関数を用いて算出した類似性Ｓｊｐ、Ｓｊｔ、のうち、１つ以上のディメンジョンの類似性がしきい値を越える場合、新旧データに対応する制御応答は類似していないと判定する。

時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔは、以下に示す評価関数で表される。
Ｓｊｔ＝α×｜Ａｅ―Ａｒ｜＋β×｜Ｃｅ―Ｃｒ｜

なお、α、及びβは重み係数である。すなわち、各特徴量において、新旧データの差分値の絶対値に重み係数をかける。そして、それらの和が類似性Ｓｊｔとなる。時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔとしきい値Ｔｓｔとを比較する。このように時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔは、設定値到達時間とハンチング周期を変数とする評価関数によって表される。

温度のディメンジョンの類似性Ｓｊｐは、｜Ｂｅ―Ｂｒ｜となる。すなわち、オーバーシュート量における、新旧データの差分値の絶対値が温度のディメンジョンの類似性Ｓｊｐとなる。そして、温度のディメンジョンの類似性Ｓｊｐとしきい値Ｔｓｐとを比較する。

算出された各ディメンジョンの類似性のうち、１つ以上のディメンジョンの類似性が、対応するしきい値を越えていた場合、新旧データが類似していないと判定する。すなわち、あるディメンジョンの類似性がしきい値を越える場合、新旧データが類似していないと判定して、Ｓｊ＝１とする。これにより、ＥＥＰＲＯＭ１２にＲＡＭ１３の新データが上書きされる。ユーザにとって有効と判断される特徴量のデータをＥＥＰＲＯＭ１２上に残すことができる。一方、Ｓｊｔ≦Ｔｓｔとなり、かつＳｊｐ≦Ｔｓｐとなった場合に、新旧データが類似していると判定して、Ｓｊ＝０とする。つまり、全てのディメンジョンの類似性がしきい値を越えない場合に、新旧データが類似していると判定して、Ｓｊ＝０とする。この場合、ＥＥＰＲＯＭ１２へのＲＡＭ１３の新データの上書きを実行しない。これにより、ＥＥＰＲＯＭ１２への書き込み回数を制限し、書き込み回数制限により故障するまでのＥＥＰＲＯＭ１２の正常動作期間を伸長する。もちろん、各ディメンジョンの評価関数に対するしきい値は異なるものを設定できる。

なお、本実施例で用いた特徴量のデータの様に、類似性Ｓｊを求める評価関数で利用される任意の特徴量について、新旧データの一方が未検出で、他方が検出の場合は、類似性が低いとする。すなわち、前記特徴量が未検出から検出に切り換わった時、又は検出から未検出に切り換わったときは、類似性が低いと判定して、Ｓｊ＝１とする。ここで、前記特徴量のデータが新旧ともに未検出だった場合には、新旧データが任意の同じ値であったと同様の処理を行う。例えば、実施例２において、ハンチング周期の新旧データがともに未検出だった場合を考えると、Ｃｅ＝Ｃｒ＝０などとし、評価関数の値である類似性Ｓｊｔを算出する。ここで、設定値到達時間についても新旧データともに未検出だった場合には、Ａｅ＝Ａｒ＝０として、時間のディメンジョンの類似性Ｓｊｔは０となる。

もちろん、各特徴量に対するしきい値は異なるものを設定できる。さらに、ＥＥＰＲＯＭ１２に格納されている値に応じて、しきい値Ｔｓを設定することができる。すなわち、しきい値Ｔｓを可変にする。例えば、Ｔｓｔ＝Ａｅ×１０％、Ｔｓｐ＝（ＳＰ−Ｐｖｉ）×５％とする。このようにすることで、分解能を考慮した判定が可能になる。もちろん、各しきい値Ｔｓの設定は、上記の例に限られるものではない。また、各ディメンジョンに影響するノイズを考慮した値を用いてもよい。

実施例１は、特徴量の新旧データの間で、ハンチング周期が未検出から検出に変わっている例である。よって、新旧データが類似していないと判定される。よって、ＥＥＰＲＯＭ１２にＲＡＭ１３の新データが書き込まれ、ＥＥＰＲＯＭ１２の特徴量のデータが更新される。なお、上記の例で、１つの評価関数がしきい値を越えた時点で、ＥＥＰＲＯＭ１２にデータを書き込むようにしてもよい。

このように、ディメンジョン別に評価関数を設定することで、各ディメンジョンに関連する特徴量について総合的な判定が可能になる。もちろん。評価関数の設定は、ディメンジョン別でなくてもよい。この場合、各特徴量を最大値などで規格化した値を用いることが好ましい。また、評価関数の設定は上記の例に限られるものではない。評価関数の算出に利用する特徴量のデータは、調節計１が算出対象とする複数の特徴量種類のすべてでも良く、また、重要度の高い特徴量の種類を選択してもよい。

なお、制御応答の特徴量は、ハンチング周期、オーバーシュート量、及び設定値到達時間に限られるものではなく、例えば、これら以外の、アンダーシュート量、加熱時傾きなどであってもよい。さらに、実施例1及び２においては類似性を０、１の２値によって判定したが、類似性に２つ以上の段階を設け、その値に応じてメモリの操作方法や保持の方法を変化させても良い。さらには、ＰＩＤパラメータや他の制御パラメータに対して特徴量と同様の取り扱いをしてもよい。また、ＥＥＰＲＯＭ以外の不揮発性メモリを用いてもよい。さらに、調節計１以外の制御機器に利用してもよい。すなわち、計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータを用いて求められた操作量を制御対象に出力する制御機器であれば利用可能である。さらに、調節計１が制御を行うのは、温度以外の物理量、例えば、流量、圧力等であっても、もちろん構わない。

本実施の形態にかかる調節計の構成、及びその計装事例を示す図である。典型的な制御応答波形を示す図である。実施例１にかかるデータ書き込み処理を説明するための図である。実施例２にかかるデータ書き込み処理を説明するための図である。

符号の説明

１調節計
４ヒータ
５温度センサ
６加熱処理炉
７電力機器
８被加熱物
１１演算処理部
１２ＥＥＰＲＯＭ
１３ＲＡＭ
ＳＰ設定値
ＭＶ操作量
ＰＶ制御量

Claims

計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器であって、
前記計測値に基づいて制御応答の特徴量を複数算出する演算処理部と、
前記演算処理部で算出された前記特徴量のデータが保持されるＲＡＭ領域と、
前記ＲＡＭ領域に保持されている前記特徴量のデータが書き込まれる書換可能な不揮発性メモリとを備え、
前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定し、
前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータとの差分値を前記特徴量毎に算出し、
前記特徴量毎に、前記差分値をしきい値と比較して、類似性を求め、
１つ以上の前記特徴量の類似性が低い場合に、複数の前記特徴量のデータを前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出し、
前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化する制御機器。
計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器であって、
前記計測値に基づいて制御応答の特徴量を複数算出する演算処理部と、
前記演算処理部で算出された前記特徴量のデータが保持されるＲＡＭ領域と、
前記ＲＡＭ領域に保持されている前記特徴量のデータが書き込まれる書換可能な不揮発性メモリとを備え、
前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定し、
ディメンジョン別に設定された前記評価関数の値を前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータを利用して算出し、
ディメンジョン別に設定された前記評価関数の値を類似性として、しきい値と比較し、
１つ以上のディメンジョンの類似性が低い場合に、複数の前記特徴量のデータを前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出し、
前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化する制御機器。
書換可能な不揮発性メモリを有し、
計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器の動作方法であって、
制御応答の特徴量を複数算出するステップと、
前記特徴量をＲＡＭ領域に保持するステップと、
前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するステップとを、備え、
前記判定するステップでは、
前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータとの差分値を前記特徴量毎に算出し、
前記特徴量毎に、前記差分値としきい値とを比較して、
１つ以上の前記特徴量について、前記差分値がしきい値を越えて、１つ以上の前記特徴量の類似性が低い場合に、複数の前記特徴量のデータを前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出し、
前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化する制御機器の動作方法。
書換可能な不揮発性メモリを有し、
計測値を設定値に近づけるように、制御パラメータに応じた操作量を制御対象に出力する制御機器の動作方法であって、
制御応答の特徴量を複数算出するステップと、
前記特徴量をＲＡＭ領域に保持するステップと、
前記ＲＡＭ領域に新たに保持された前記特徴量のデータを前記不揮発性メモリに書き出す場合において、前記不揮発性メモリに保持されている過去の特徴量のデータと前記ＲＡＭ領域に保持された新たな特徴量のデータを利用して、前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出すか否かを判定するステップとを、備え、
前記判定するステップでは、
前記過去の特徴量のデータと前記新たな特徴量のデータを利用して評価関数の値を算出し、
ディメンジョン別に設定された前記評価関数の値を類似性として、しきい値と比較し、
１つ以上のディメンジョンの類似性が低い場合に、複数の前記特徴量のデータを前記ＲＡＭ領域から前記不揮発性メモリに書き出し、
前記しきい値が前記不揮発性メモリに記憶されている値に応じて、変化する制御機器の動作方法。