JP7151547B2 - 予測制御開発装置、予測制御開発方法、及び予測制御開発プログラム - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施形態に係る予測制御システム100の適用場面の一例を模式的に例示する。
[ハードウェア構成]
<予測制御開発装置>
次に、図2を用いて、本実施形態に係る予測制御開発装置1のハードウェア構成の一例について説明する。図2は、本実施形態に係る予測制御開発装置1のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。
次に、図3を用いて、本実施形態に係るPLC2のハードウェア構成の一例を説明する。図3は、本実施形態に係るPLC2のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。
次に、図4を用いて、プレス機3のハードウェア構成の一例について説明する。図4は、本実施形態に係るプレス機3のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。
<予測制御開発装置>
次に、図6を用いて、本実施形態に係る予測制御開発装置1のソフトウェア構成の一例について説明する。図6は、本実施形態に係る予測制御開発装置1のソフトウェア構成の一例を模式的に例示する。
次に、図7を用いて、本実施形態に係るPLC2のソフトウェア構成の一例について説明する。図7は、本実施形態に係るPLC2のソフトウェア構成の一例を模式的に例示する。
予測制御開発装置1及びPLC2の各ソフトウェアモジュールに関しては後述する動作例で詳細に説明する。なお、本実施形態では、予測制御開発装置1及びPLC2の各ソフトウェアモジュールがいずれも汎用のCPUによって実現される例について説明している。しかしながら、以上のソフトウェアモジュールの一部又は全部が、1又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、予測制御開発装置1及びPLC2それぞれのソフトウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、ソフトウェアモジュールの省略、置換及び追加が行われてもよい。
[PLC]
次に、図8を用いて、本実施形態に係るPLC2の動作例について説明する。図8は、本実施形態に係るPLC2の処理手順の一例を示すフローチャートである。ただし、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。依存関係のない処理の順序は適宜入れ替えられてよい。
ステップS101では、制御部21は、目標値取得部211として動作し、制御対象装置の制御量の目標となる基礎目標値を取得する。
ステップS102では、制御部21は、動作制御部212として動作し、制御対象装置の制御量の計測値を取得する。
ステップS103では、制御部21は、動作制御部212として動作し、制御対象装置の予測制御を実施するか否かを判定する。本実施形態の一例では、制御部21は、プレス機3における上側金型32の位置の予測制御を実施するか否かを判定する。
ステップS104では、制御部21は、補正処理部213として動作し、予測モデル50を利用して、制御量の予測値を予測する。
ステップS105では、制御部21は、予測モデル50により予測された予測値に応じて、基礎目標値を補正することで、補正済みの目標値63を取得する。本実施形態では、基礎目標値の補正に補正器55が利用される。補正器55は、制御量の予測値に応じて、基礎目標値から補正済みの目標値63を算出するように構成される。
ステップS106では、制御部21は、動作制御部212として動作し、制御量の指令目標値に従って、指令値(操作量)を決定する。予測制御を実施する場面では、ステップS105により得られた補正済みの目標値63が指令目標値として取り扱われる。他方、予測制御を実施しない場面、すなわち、通常の制御を実施する場面では、ステップS101により得られた制御量の基礎目標値がそのまま指令目標値として取り扱われる。
ステップS107では、制御部21は、データ収集部214として動作し、ステップS102により得られた制御量の計測値を所定の記憶領域に保存する。予測制御を実施した場合、制御部21は、ステップS104により得られた制御量の予測値を更に所定の記憶領域に保存する。所定の記憶領域は、例えば、記憶部22、外部記憶装置、記憶メディア等であってよい。計測値(及び予測値)を保存すると、制御部21は、次のステップS108に処理を進める。
ステップS108では、制御部21は、動作制御部212として動作し、制御対象装置の制御を終了するか否かを判定する。
次に、図9を用いて、本実施形態に係る予測制御開発装置1の動作例について説明する。図9は、本実施形態に係る予測制御開発装置1の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下で説明する予測制御開発装置1の処理手順は、本発明の「予測制御開発方法」の一例である。ただし、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。依存関係のない処理の順序は適宜入れ替えられてよい。
ステップS201では、制御部11は、第1取得部111として動作し、コントローラが、操作量の時系列データとして複数の指令値を制御対象装置に与えることにより制御対象装置を制御している間における、制御対象装置の制御量の値の推移を示す第1時系列データ223を取得する。
ステップS202では、制御部11は、モデル生成部112として動作し、取得された第1時系列データ223を分析することで、制御量の予測モデル50を生成し、生成された予測モデル50を示す生成結果データ125を生成する。
ステップS203では、制御部11は、モデル提供部113として動作することで、生成結果データ125をコントローラに配信することで、生成された予測モデル50をコントローラに提供する。
ステップS204では、制御部11は、補正量指定部114として動作し、コントローラに、各指令値に対する補正量を指定する。補正量を指定する方法は、予測制御において指令値を補正する方法に応じて適宜決定されてよい。本実施形態の一例では、指令値に対する補正の度合いは、上記式1の比例定数r及び定数項sの値に応じて決定される。そのため、制御部11は、比例定数r及び定数項sの少なくともいずれかの値を定めることで、各指令値に対する補正量を指定する。これにより、PLC2は、予測制御開発装置1により指定された補正量に従った、プレス機3の予測制御における指令値の補正を実行することができるようになる。
ステップS205では、制御部11は、第2取得部115として動作し、コントローラが、補正された各指令値を制御対象装置に与えることにより制御対象装置を制御している間における、制御対象装置の制御量の値の推移を示す第2時系列データ225を取得する。
ステップS206では、制御部11は、予測モデル50により予測される制御量の予測値及び第2時系列データ225により示される制御量の値の差に基づいて、予測モデル50による予測の精度が許容されるか否かを評価する。ステップS207では、制御部11は、出力部117として動作し、予測モデル50による予測の精度の評価に関する情報を表示装置15に表示させる。評価に関する情報は、予測モデル50により予測される制御量の予測値及び第2時系列データ225により示される制御量の値を含んでもよい。
ステップS208では、制御部11は、ステップS206の評価結果に基づいて、処理の分岐先を決定する。ステップS206において、予測モデル50による予測の精度が許容されないと評価された場合、制御部11は、次のステップS209に処理を進める。他方、ステップS206において、予測モデル50による予測の精度が許容されると評価された場合には、制御部11は、本動作例に係る処理を終了する。
ステップS209では、制御部11は、モデル生成部112として動作し、取得された第2時系列データ225を分析することで、制御量の予測モデル50を再度生成する。制御部11は、上記ステップS202と同様の処理により、第2時系列データ225を利用して、新たな予測モデル50を生成する。そして、制御部11は、生成された新たな予測モデル50を示すように生成結果データ125を更新する。なお、制御部11は、第2時系列データ225のうち不要な部分を削除してもよい。
以上のとおり、本実施形態に係る予測制御開発装置1は、予測モデル50がコントローラに提供された後、ステップS205及びステップS206により、この予測モデル50による予測の精度を検証することができる。そして、その検証の結果、予測モデル50による予測の精度が予測制御の利用に許容されない場合には、予測制御開発装置1は、ステップS209により、予測モデル50を提供した環境下で新たに得られた第2時系列データ225に基づいて新たな予測モデル50を生成する。そして、予測制御開発装置1は、生成した新たな予測モデル50による予測の精度が許容されるか否かを評価する。予測制御開発装置1は、生成した新たな予測モデル50による予測の精度が許容されるまで、この一連の処理を繰り返すことで、制御対象装置を運用する環境下で、予測モデル50による予測の精度を改善することができる。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
上記実施形態において、制御対象装置の数は、1つに限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。また、上記実施形態の一例では、制御対象装置はプレス機3である。しかしながら、制御対象装置の種類は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。制御対象装置は、プレス機の他、例えば、ウェブ搬送装置、射出成形機、NC旋盤、放電加工機、包装機等の生産ラインで利用される比較的に小規模な生産装置であってもよい。この比較的に小規模な生産装置の動作は、例えば、PLCに代表される小規模な制御装置によって制御されてよい。また、上記実施形態の一例では、制御量は、上側金型32の位置であり、操作量は、上側金型32を駆動するサーボモータの電圧である。しかしながら、制御量及び操作量はそれぞれ、このような例に限定されなくてもよく、制御対象装置に応じて適宜選択されてよい。
上記実施形態では、予測制御開発装置1は、ステップS207において、予測モデル50の評価に関する情報を表示装置15に出力している。しかしながら、情報の出力先は、このような例に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、制御部11は、予測モデル50の評価に関する情報を、表示装置15とは別の表示装置に出力してもよいし、表示装置以外の出力先(例えば、メモリ、表示装置以外の出力装置)に出力してもよい。
上記実施形態では、予測モデル50及び補正器55は別体に構成されている。しかしながら、予測モデル50及び補正器55の構成は、このような例に限定されなくてもよい。予測モデル50は、補正器55を含んでもよい。すなわち、予測モデル50は、制御量の計測値及び基礎目標値の入力に対して、予測される制御量の予測値に応じて補正済みの目標値63を出力するように構成されてよい。この場合、予測制御開発装置1は、予測モデル50の生成に、制御量の計測値に対応する補正済みの目標値63を更に利用する。制御量の計測値に対応する補正済みの目標値63は適宜与えられてよい。また、上記実施形態において、予測モデル50の入力値及び出力値の少なくとも一方には、何らかの情報処理が実行されてよい。例えば、制御量の計測値は、特徴量に変換されてもよく、予測モデル50は、計測値から算出された特徴量の入力を受け付けるように構成されてもよい。なお、特徴量は、計測値の何らかの特徴を表し得るものであれば、その種類は、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、特徴量は、計測値の時系列データから予測に利用する対象の特徴を抽出することで得られてもよい。また、例えば、特徴量は、集約された情報(例えば、単位区間毎の平均値の時系列)、予測時点から過去の位置区間の系列そのもの等であってよい。具体例として、特徴量は、例えば、最小値、最大値、平均値、尖度、微分値等であってよい。
上記実施形態において、予測制御開発装置1のソフトウェア構成から補正量指定部114が省略されてもよく、予測制御開発装置1の処理手順からステップS204が省略されてもよい。この場合、指令値に対する補正量の値は、予め与えられてもよい。また、ステップS204は、予測モデル50を利用するまでの任意のタイミングで実行されてよい。ステップS203~ステップS207の処理が繰り返される際、制御部11は、ステップS204において、指令値に対する補正量の値を適宜決定してもよい。また、予測制御開発装置1の処理手順からステップS207による出力処理が省略されてもよい。これに応じて、予測制御開発装置1のソフトウェア構成から出力部117が省略されてもよい。
11…制御部、12…記憶部、13…通信インタフェース、
14…入力装置、15…表示装置、16…ドライブ、
111…第1取得部、112…モデル生成部、
113…モデル提供部、114…補正量指定部、
115…第2取得部、116…モデル評価部、
117…出力部、
125…生成結果データ、
81…予測制御開発プログラム、91…記憶媒体、
2…PLC、
21…制御部、22…記憶部、23…通信インタフェース、
24…外部インタフェース、
211…目標値取得部、212…動作制御部、
213…補正処理部、214…データ収集部、
221…目標値情報、
223…第1時系列データ、225…第2時系列データ、
227…予測結果データ、
82…制御プログラム、
3…プレス機(制御対象装置)、
31…サーボドライバ、32…上側金型、33…下側金型、
35…位置センサ、
40…ワーク、41…製品、
50…予測モデル、55…補正器、
60…指令値、
150…画面
Claims (8)
- コントローラが、操作量の時系列データとして複数の指令値を制御対象装置に与えることにより制御対象装置を制御している間における、制御対象装置の制御量の値の推移を示す第1時系列データを取得する第1取得部と、
取得された前記第1時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを生成するモデル生成部と、
前記コントローラに、前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値に応じて前記各指令値を補正させ、かつ補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御させるように、前記予測モデルを前記コントローラに提供するモデル提供部と、
前記コントローラが、補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御している間における、前記制御対象装置の制御量の値の推移を示す第2時系列データを取得する第2取得部と、
前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値及び前記第2時系列データにより示される前記制御量の値の差に基づいて、前記予測モデルによる予測の精度が許容されるか否かを評価するモデル評価部と、
を備え、
前記予測モデルによる予測の精度が許容されないと評価された場合、
前記モデル評価部により、前記予測モデルによる予測の精度が許容されると評価されるまで、前記モデル生成部は、取得された前記第2時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを再度生成し、
前記モデル提供部は、再度生成された前記予測モデルを前記コントローラに提供することで、前記コントローラの保持する予測モデルを更新する、
予測制御開発装置。 - 前記コントローラに、前記各指令値に対する前記補正の量を指定する補正量指定部を更に備える、
請求項1に記載の予測制御開発装置。 - 前記補正量指定部は、前記予測モデルが更新される度に、前記補正の量が大きくなるように指定する、
請求項2に記載の予測制御開発装置。 - 前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値及び前記第2時系列データにより示される前記制御量の値を表示装置に表示させる出力部を更に備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の予測制御開発装置。 - 前記制御対象装置は、金型により構成されたプレス機であり、
前記操作量は、前記金型を駆動するサーボモータの電圧であり、
前記制御量は、前記金型の位置である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の予測制御開発装置。 - 前記制御対象装置は、ウェブを搬送するように構成されたウェブ搬送装置であり、
前記操作量は、前記ウェブの端部の位置を調節するためのアクチュエータの電圧であり、
前記制御量は、前記ウェブの端部の位置である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の予測制御開発装置。 - コンピュータが、
コントローラが、操作量の時系列データとして複数の指令値を制御対象装置に与えることにより制御対象装置を制御している間における、制御対象装置の制御量の値の推移を示す第1時系列データを取得するステップと、
取得された前記第1時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを生成するステップと、
前記コントローラに、前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値に応じて前記各指令値を補正させ、かつ補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御させるように、前記予測モデルを前記コントローラに提供するステップと、
前記コントローラが、補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御している間における、前記制御対象装置の制御量の値の推移を示す第2時系列データを取得するステップと、
前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値及び前記第2時系列データにより示される前記制御量の値の差に基づいて、前記予測モデルによる予測の精度が許容されるか否かを評価するステップと、
を実行し、
前記予測モデルによる予測の精度が許容されないと評価された場合、前記評価するステップにおいて、前記予測モデルによる予測の精度が許容されると評価されるまで、前記コンピュータは、取得された前記第2時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを再度生成し、かつ再度生成された前記予測モデルを前記コントローラに提供することで、前記コントローラの保持する予測モデルを更新する、
予測制御開発方法。 - コンピュータに、
コントローラが、操作量の時系列データとして複数の指令値を制御対象装置に与えることにより制御対象装置を制御している間における、制御対象装置の制御量の値の推移を示す第1時系列データを取得するステップと、
取得された前記第1時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを生成するステップと、
前記コントローラに、前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値に応じて前記各指令値を補正させ、かつ補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御させるように、前記予測モデルを前記コントローラに提供するステップと、
前記コントローラが、補正された前記各指令値を前記制御対象装置に与えることにより前記制御対象装置を制御している間における、前記制御対象装置の制御量の値の推移を示す第2時系列データを取得するステップと、
前記予測モデルにより予測される前記制御量の予測値及び前記第2時系列データにより示される前記制御量の値の差に基づいて、前記予測モデルによる予測の精度が許容されるか否かを評価するステップと、
を実行させ、
前記予測モデルによる予測の精度が許容されないと評価された場合、前記評価するステップにおいて、前記予測モデルによる予測の精度が許容されると評価されるまで、前記コンピュータに、取得された前記第2時系列データを分析することで、前記制御量の予測モデルを再度生成させ、かつ再度生成された前記予測モデルを前記コントローラに提供することで、前記コントローラの保持する予測モデルを更新させる、
ための、
予測制御開発プログラム。
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