JP7086297B2 - 制御プログラム改良装置、制御プログラム改良方法及び制御プログラム改良システム - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態のプログラム改良システムAの構成を示す機能ブロック図の例である。プログラム改良システムAは、制御プログラム改良装置1a及びコントローラ2aで構成されている。制御プログラム改良装置1a、コントローラ2a及び産業機械3とはネットワークを介して接続されている。図1を用いて、プログラム改良システムAの構成について説明する。また、ネットワークの種類は、通信ケーブル、LAN(Local Area Network)又はWAN(Wide Area Network)といったように限定しない。
また、図1では、コントローラ2a及び産業機械3は、区別して記載しているが、これに限るものではなく、コントローラ2a及び産業機械3をまとめて産業機械3としてもよい。
また、コントローラ2aは、データ選別部21a、制御プログラムDB22及び制御部23を備えている。図1では、データ選別部21aは、コントローラ2aに備えられているが、その限りではなく、コントローラ2aとは別に設けられていてもよい。
コントローラ2aは、制御プログラムDB22に規定されている産業機械3の一連の動作を制御部23において繰り返し実行するものであり、例えば、プログラマブルロジックコントローラ(Programmable Logic Controller,PLC)及び数値制御装置(Numerical Control,NC)である。
例えば、ハードディスクといった記憶装置102は、各部で実行されるプログラム、初期制御プログラム、及び制御プログラムを記憶している。各プログラムは、CPU101によって実行される。
改良要求入力部15a、改良設定入出力部16及びパラメータ設定部18aでは、表示装置であるディスプレイ100により、ユーザからの入力内容が取得される。改良効果表示部17では、同様に、ディスプレイ100により、ユーザへ内容を表示する。
データ選別部21aは、産業機械3のデータを選別し、モデル推定部11へ送信する。データ選別部21aの動作は、後で詳しく述べる。
産業機械3のデータは、例えば、産業機械3の動作状態、タイムスタンプ及び制御指令値を関連付けたデータのこととする。
産業機械3の動作状態とは、例えば、産業機械3に装備されたモータの速度、加速度、トルク、電流及び速度指令に対する速度の追従誤差といったものである。また、これらの動作状態を組み合わせたり、新たな動作状態を導入したりしてもよい。新たな動作状態は、例えば、モータの速度の積分値から算出される位置である。
産業機械3の制御指令値は、例えば、目標状態値または入力電流値である。
動作モデルとは、例えば、産業機械3の動作状態を状態量とする状態方程式、又は産業機械3の制御指令値から動作状態の関係を示した伝達関数である。
モデル推定部11の動作は、後で詳しく述べる。
また、本実施の形態では、産業機械3の一連の動作が行われる周期を1周期とし、制御プログラム改良システムAはミリ秒単位で産業機械3のデータを収集する。
改良設定入出力部16は、改良基準の中であらかじめ定めるしきい値として、「制御プログラムのしきい値」を設定する。
制御プログラムの改良基準は、例えば、初期制御プログラムDB14が保持する初期制御プログラムにより規定される産業機械3の目標状態と、改良後の新たな制御プログラムによる産業機械3の動作状態の推定値との差が、制御プログラムのしきい値以下である。その他の例として、例えば、改良後の新たな制御プログラムにより規定される産業機械の目標速度が、初期制御プログラムDB14が保持する初期制御プログラムにより規定される産業機械の目標速度に制御プログラムのしきい値を加算した値以上である。
例えば、産業機械3の動作状態のうち位置に関して改良基準を定めると、産業機械3の動作精度を向上させるように制御プログラムを改良できる。
選別アルゴリズムの種類とは、例えば、周期的に産業機械3のデータを間引く処理、1周期の動作のうち特定の区間の産業機械3のデータのみ取得する処理、又は条件式を満たす産業機械3のデータのみ取得する処理といった処理である。
パラメータは、例えば、選別アルゴリズムの種類が周期的に産業機械3のデータを間引く処理である場合には、間引く周期のことである。またパラメータは、選別アルゴリズムの種類が1周期の動作のうち特定の区間の産業機械3のデータのみ取得する処理である場合には、産業機械3のデータを取得する区間のことである。またパラメータは、選別アルゴリズムの種類が条件式を満たす産業機械3のデータのみ取得する処理である場合には、例えば、産業機械3の動作状態と、モデル推定部11による動作モデルを用いて推定された産業機械3の動作状態の推定値との差のしきい値である。
パラメータ設定部18aで設定されるパラメータを「選別アルゴリズムのしきい値」とする。
制御プログラムの改良は繰り返し行われ、改良後の新たな制御プログラムは、初期制御プログラムDB14に格納される。さらに、ユーザが制御プログラムDB14の置き換えを指示した場合には、制御プログラムDB22に保持している制御プログラムを改良後の制御プログラムに置き換えて保持される。
制御プログラム改良部12の動作は後で詳しく述べる。
まず、データ選別部21aの動作について述べる。
図3は、データ選別部21aのフローチャート図の例を示している。
ステップS101では、産業機械3の動作開始、又は制御プログラムの改良要求の入力を待機する。
ステップS102では、産業機械3の動作が停止、又は制御プログラムの改良が完了していなければ、ステップS103に進む。産業機械3の動作が停止、又は制御プログラムの改良が完了していれば終了となる。
ステップS103では、産業機械3の動作状態を取得する。
ステップS104では、産業機械3の動作状態を取得したタイムスタンプ、及び動作状態と対応する制御指令値を産業機械3の動作状態の情報に付加して、産業機械3のデータとする。
ステップS106で、ステップS105で求めた判定結果が真であるかどうかを確認する。判定結果が真である場合は、ステップS107に進む。判定結果が偽である場合は、ステップS108に進む。
ステップS107で、選別した産業機械3のデータをモデル推定部11へ送信する。
ステップS108で、産業機械3の動作が停止、又は制御プログラムの改良が完了していれば終了する。
図4は、モデル推定部11におけるフローチャート図の例を示している。
ステップS201で、改良要求入力部15aからの入力を待機する。
ステップS202で、データ選別部21aによって選別された産業機械3のデータを受信する。
ステップS203で、選別された産業機械3のデータから、制御プログラムDB22に保持されている制御プログラムによって制御された、1周期の産業機械3の動作状態を推定する。推定には、例えば、カルマンフィルタを用いる。
ステップS204で、推定した1周期のデータを使用して、産業機械3の動作モデルを推定する。例えば、状態方程式を推定する場合には、動作状態と制御指令値との組の集合を入力とし、最小二乗法を用いて、産業機械3の動特性を示すパラメータを求める。
動作モデルの推定が完了すれば終了する。
図5は、選別アルゴリズム変更部13におけるフローチャート図の例を示している。
ステップS301で、モデル推定部11で推定した動作モデルが入力されるのを待機する。
ステップS302で、モデル推定部11による動作モデルを用いて推定された産業機械3の動作状態の推定値を算出する。
ステップS303で、パラメータ設定部18aから入力された選別アルゴリズムのしきい値を取得する。
ステップS304で、データ選別部21aで用いる選別アルゴリズムを変更する。選別アルゴリズムの種類が、例えば、産業機械3の動作状態と、ステップS302で推定した産業機械3の動作状態の推定値との差が、選別アルゴリズムのしきい値以上である場合において産業機械3のデータを送信するという選別アルゴリズムである場合では、選別アルゴリズムのしきい値をステップS303で取得した新たな選別アルゴリズムのしきい値に変更し、変更した選別アルゴリズムをデータ選別部21aに設定し終了する。
図6は、制御プログラム改良部12におけるフローチャート図の例を示している。
ステップS401で、モデル推定部11で推定した動作モデルが入力されるのを待機する。
ステップS402で、初期制御プログラムDB14に格納されている初期制御プログラムで規定されている産業機械3の目標状態を算出する。
ステップS403で、モデル推定部11による動作モデルを使用し、改良中の制御プログラムによる産業機械3の動作状態の推定値を算出する。改良中の制御プログラムが無い場合は、初期制御プログラムによる産業機械3の動作状態の推定値を算出する。
ステップS404で、産業機械3の目標状態と、推定された動作状態の差を算出する。
ステップS405で、ステップS404で算出した差が、改良設定入出力部16により改良基準として設定された制御プログラムのしきい値以下であるかどうかを判定する。
差が制御プログラムのしきい値以下でない場合、ステップS406で、差に応じた制御プログラムの変更、及びコントローラ2aへの送信を行う。例えば、ステップS402で初期制御プログラムにおける目標速度を算出し、ステップS403で速度の推定値を算出した場合、ステップS404で算出した差が制御プログラムのしきい値よりも大きい場合であれば、制御プログラムの目標速度を改良する。改良する数値の改良幅は、差の大きさに比例する。
以降、ステップS403~S406を繰り返すことにより制御プログラムを改良し、ステップS405において、差が制御プログラムのしきい値以下となったとき終了する。
実施の形態1に係るプログラム改良システムと実施の形態2に係るプログラム改良システムとの相違点は、データ選別部の動作である。
実施の形態1では、産業機械のデータは、一つ一つデータ選別部に送られ、選別されてモデル推定部11へ送信される。
一方、実施の形態2では、産業機械のデータは、制御プログラムによって規定されている産業機械の1周期の動作が終了するごとにデータ選別部に送られ、モデル推定部11へ送信される。
なお、以下では、実施の形態1及び実施の形態2との相違点のみ説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。符号についても、実施の形態1と同一又は相当部分は同一符号とし、説明を省略する。
パラメータ設定部18bは、実施の形態1で示した設定に加えて、モデル推定部11へ送信するデータの割合を設定することができる。例えば、1周期の産業機械3のデータのうち、半分の量をモデル推定部11へ送信するといったように設定できる。
ステップS501で、産業機械3の動作の開始、又は制御プログラムの改良要求の入力を待機する。
ステップS502で、産業機械3の動作の停止、又は制御プログラムの改良が完了していない場合、ステップS503に進む。産業機械3の動作の停止、又は制御プログラムの改良が完了している場合、終了する。
ステップS503で、産業機械3の動作状態を1周期分取得する。
ステップS504で、産業機械3の動作状態を取得したタイムスタンプ、及び動作状態と対応する制御指令値を付加して産業機械3のデータを作成する。
ステップS505で、産業機械3のデータをモデル推定部11へ送信するかどうかを選別アルゴリズムに基づき判定する。
本実施の形態では、例えば、パラメータ設定部18bによって1周期の半分のデータ量をモデル推定部11へ送信するように設定されたとする。
この場合、選別アルゴリズムは、例えば、「産業機械3のデータ量1周期分の半分のデータ量を、モデル推定部11による動作モデルを用いた産業機械3の動作状態の推定値と産業機械3の動作状態との差が大きいものから順に、モデル推定部11に送信する。」というようなものである。
ステップS506で、モデル推定部11へ産業機械3のデータを送信する。
ステップS507で、産業機械3の動作が停止、又は制御プログラムの改良が完了していれば終了する。
実施の形態1及び実施の形態2と実施の形態3が異なる点は、実施の形態1及び実施の形態2ではユーザの要求に応じてプログラムの改良を行っていたが、実施の形態3ではプログラム改良システムが自立的に制御プログラムの改良を行うという点である。
なお、以下では、実施の形態1及び実施の形態2と、実施の形態3との相違点のみ説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。符号についても、実施の形態1及び実施の形態2と同一又は相当部分は同一符号とし、説明を省略する。
改良要求入力部15cは、実施の形態1で示した設定に加えて、データ選別部がモデル推定部11へ産業機械のデータを送信するか否かを判断するしきい値を設定することができる。産業機械のデータを送信するか否かを判断するしきい値をデータ量のしきい値とする。
例えば、1周期の産業機械のデータのうち、半分の量をデータ量のしきい値として設定できる。
ステップS601~S606及びS609は、図2のステップS101~S106及びS108と同様である。
ステップS607で、産業機械3のデータをモデル推定部11へ送信するかどうかを、改良要求入力部15cにより設定されたデータ量のしきい値に従って判定する。
本実施の形態では、例えば、データ量のしきい値は、産業機械3のデータのうち半分の量とする。
モデル推定部11へ送信するデータ量がデータ量のしきい値以上である場合は、ステップS608に進む。データ量のしきい値よりも小さい場合は、ステップS609に進む。
ステップS608で、ステップS607で選別されたデータをモデル推定部11へ送信する。
モデル推定部11へ送信された以後は、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、制御プログラムを改良する処理を行う。
したがって、環境の変化より産業機械3の特性が変化した場合でも、制御プログラムの改良が自動で行われるため、ユーザが改良要求を出すために産業機械3の動作状態を確認するといった作業が不要となり、ユーザの負担を軽減することができる。
実施の形態1~実施の形態3と、実施の形態4が異なる点は、制御する産業機械の個数であり、実施の形態1~実施の形態3は1台としていたが、実施の形態4では、複数台設けられている点である。また、複数台の産業機械3は、同一の種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
なお、以下では、実施の形態1及び実施の形態2と、実施の形態3との相違点のみ説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。符号についても、実施の形態1及び実施の形態2と同一又は相当部分は同一符号とし、説明を省略する。
図9は、4台の産業機械3それぞれに接続されたコントローラ2d1が制御している。
図10は、4台の産業機械3を1台のコントローラ2d2が制御している。
本実施の形態では、産業機械と同数のデータ選択部をコントローラは有している。したがって、図9では、各コントローラ2d1には1台ずつデータ選別部を有している。図10では、コントローラ2d2はデータ選別部を4台有している。
制御プログラム改良装置1d1、1d2が備えているモデル推定部11は、制御する産業機械3各々の推定モデルを作る。
また、推定モデルは、産業機械3が同一の種類であれば共通の式で表し、産業機械3が異なる種類であれば各々異なる式で表す。
プログラム改良システムの各部の動作は、実施の形態1~3と同様である。
1a、1d1、1d2 制御プログラム改良装置
11 モデル推定部
12 制御プログラム改良部
13 選別アルゴリズム変更部
15a、15c 改良要求入力部
16 改良設定入出力部
17 改良効果表示部
18a パラメータ設定部
21a、21b、21c データ選別部
Claims (10)
- 産業機械の動作状態の情報を含むデータを収集し、前記データを選別する選別アルゴリズムを有するデータ選別部によって選別され、ネットワークを介して送られた前記データ及び前記産業機械の制御プログラムに基づいて、前記産業機械の動作モデルを推定するモデル推定部と、
前記動作モデルを用いて推定された前記産業機械の前記動作状態と、初期制御プログラムを用いて求められた前記産業機械の目標状態とを比較し、推定された前記動作状態と前記目標状態との差が小さくなるように、前記制御プログラムを改良する制御プログラム改良部と、
収集された前記動作状態に基づいて前記選別アルゴリズムを変更し、変更した前記選別アルゴリズムを前記データ選別部に設定する選別アルゴリズム変更部と、
前記選別アルゴリズムを変更する際に用いるパラメータを設定し、前記選別アルゴリズム変更部に入力するパラメータ設定部と、
を備え、
前記選別アルゴリズムは、
収集された前記動作状態と推定された前記動作状態との前記差が、あらかじめ前記パラメータとして定められた前記選別アルゴリズムのしきい値以上である場合において前記データを送信するように前記データを選別するアルゴリズムである、
制御プログラム改良装置。 - 前記モデル推定部は、
前記産業機械が一連の動作を行う周期である1周期分の前記データを前記選別アルゴリズムに従って前記データ選別部によって選別され、前記ネットワークを介して送られた前記データに基づいて、前記産業機械の前記動作モデルを推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記モデル推定部は、
前記選別アルゴリズムに従って選別された前記データのデータ量が、あらかじめ定められた前記データ量のしきい値以上の量になった場合に、前記データ選別部によって前記ネットワークを介して前記データを送られ、前記産業機械の前記動作モデルを推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記制御プログラム改良部の改良基準の設定、及び前記制御プログラムと改良後の新たな前記制御プログラムを置き換えるか否かの指示を行う改良設定入出力部と、
を備えた請求項1から3のいずれか1項に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記改良設定入出力部は、前記制御プログラム改良部が前記制御プログラムを改良する改良基準として、
前記初期制御プログラムにより規定される前記産業機械の前記目標状態と、推定された前記動作状態との前記差があらかじめ定められた前記制御プログラムのしきい値以下であるという基準を設定すること、
を特徴とする請求項4に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記改良設定入出力部は、前記制御プログラム改良部が前記制御プログラムを改良する改良基準として、
改良後の新たな前記制御プログラムにより規定される前記産業機械の目標速度が前記初期制御プログラムにより規定される前記産業機械の目標速度にあらかじめ定められた前記制御プログラムのしきい値を加算した値以上であるという基準を設定すること、
を特徴とする請求項4に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記制御プログラムの改良の要求を出し、前記モデル推定部を動作させる改良要求入力部と、
を備えた請求項1から6のいずれか1項に記載の制御プログラム改良装置。 - 前記制御プログラム改良部による制御結果を表示する改良効果表示部と、
を備えた請求項1から7のいずれか1項に記載の制御プログラム改良装置。 - 産業機械の動作状態の情報を含むデータを収集し、選別アルゴリズムに基づいて前記データを選別するステップと、
選別されネットワークを介して送られた前記データ及び前記産業機械の制御プログラムに基づいて、前記産業機械の動作モデルを推定するステップと、
前記動作モデルを用いて推定された前記産業機械の前記動作状態と、初期制御プログラムを用いて求められた前記産業機械の目標状態とを比較し、推定された前記動作状態と前記目標状態との差が小さくなるように、前記制御プログラムを改良するステップと、
収集された前記動作状態に基づいて前記選別アルゴリズムを変更し、設定するステップと、
前記選別アルゴリズムを変更する際に用いるパラメータを設定し、入力するステップと、
を備え、
前記選別アルゴリズムは、
収集された前記動作状態と推定された前記動作状態との前記差が、あらかじめ前記パラメータとして定められた前記選別アルゴリズムのしきい値以上である場合において前記データを送信するように前記データを選別するアルゴリズムである、
制御プログラム改良方法。 - 産業機械の動作状態の情報を含むデータを収集し、前記データを選別する選別アルゴリズムを有するデータ選別部と、
前記データ選別部によって選別され、ネットワークを介して送られた前記データ及び前記産業機械の制御プログラムに基づいて、前記産業機械の動作モデルを推定するモデル推定部と、
前記動作モデルを用いて推定された前記産業機械の前記動作状態と、初期制御プログラムを用いて求められた前記産業機械の目標状態とを比較し、推定された前記動作状態と前記目標状態との差が小さくなるように、前記制御プログラムを改良する制御プログラム改良部と、
収集された前記動作状態に基づいて前記選別アルゴリズムを変更し、変更した前記選別アルゴリズムを前記データ選別部に設定する選別アルゴリズム変更部と、
前記選別アルゴリズムを変更する際に用いるパラメータを設定し、前記選別アルゴリズム変更部に入力するパラメータ設定部と、
を備え、
前記選別アルゴリズムは、
収集された前記動作状態と推定された前記動作状態との前記差が、あらかじめ前記パラメータとして定められた前記選別アルゴリズムのしきい値以上である場合において前記データを送信するように前記データを選別するアルゴリズムである、
制御プログラム改良システム。
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