JP7255358B2 - Anomaly detection device, anomaly detection method and program - Google Patents
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Description
本開示は、制御対象に対して入力される外乱が正常か異常かを検知する異常検知装置、異常検知方法およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to an anomaly detection device, an anomaly detection method, and a program for detecting whether disturbance input to a controlled object is normal or abnormal.
一般的に、装置を制御する分野、特に産業機器の制御を行う分野においては、例えばフィードバック制御を行うことにより、装置に対して入力する制御器の操作量を装置の制御量に応じて調整し、その結果、装置の制御量を目標へと近づけるという制御が行われている。 Generally, in the field of controlling devices, particularly in the field of controlling industrial equipment, for example, by performing feedback control, the operation amount of a controller input to the device is adjusted according to the control amount of the device. As a result, control is performed to bring the control amount of the device closer to the target.
上記のような制御において、制御系の波形を監視することで、異常を検知する技術が提案されている。例えば特許文献1においては、制御量について、実際に測定された実測値と、計算によって算出された推定値との差分の積分値を算出し、所定の閾値と比較することで異常を検知し故障を予測する技術が記載されている。
In the control as described above, a technique for detecting an abnormality by monitoring the waveform of the control system has been proposed. For example, in
しかしながら、上記技術は、外乱が生じない前提で使用される技術であり、実測値と推定値との誤差の積分値が所定の閾値より大きな場合、全て異常とみなしてしまう。したがって、当該技術を用いた制御系で計測された波形が変動する要因、例えば何らかの外乱を発生させる場合、当該波形の変動が正常であったとしても、異常であると判定してしまうことがある。そのため、外乱が生じる装置において異常検出のための手段として適用できなかった。 However, the above technique is used on the premise that no disturbance occurs, and if the integrated value of the error between the actual measurement value and the estimated value is larger than a predetermined threshold value, it will be regarded as abnormal. Therefore, when the waveform measured by the control system using this technology fluctuates, for example, when some disturbance is generated, even if the fluctuation of the waveform is normal, it may be determined to be abnormal. . Therefore, it cannot be applied as a means for detecting anomalies in devices where disturbances occur.
そこで、本開示は、上記課題を解決し、異常な外乱の有無を容易に推定することのできる異常検知装置、異常検知方法およびプログラムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to solve the above problems and provide an anomaly detection device, an anomaly detection method, and a program capable of easily estimating the presence or absence of an anomalous disturbance.
上記課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る異常検知装置は、
制御量調整器が出力する操作量と、制御対象が出力する制御量とに基づいて、当該制御対象のモデルのパラメータを推定し、前記操作量と、前記制御量と、外乱生成装置に入力されて外乱を発生させる外乱トリガ信号とに基づいて、前記外乱によって生じた外乱制御量のモデルのパラメータを推定し、当該パラメータに基づいて前記外乱の異常を検知する異常検知装置であって、
前記外乱制御量のモデルと、前記外乱制御量のモデルにおける外乱のパラメータとを記憶する記憶部と、
前記制御量と、前記制御量から前記外乱制御量を減算した値である装置制御量を算出した推定装置制御量とから、推定外乱制御量を推定する外乱制御量波形推定部と、
前記外乱トリガ信号に基づいて所定の計測期間において前記推定外乱制御量を算出し、計測時の外乱のパラメータ値を推定するパラメータ推定部と、
前記計測時の外乱のパラメータ値に基づいて前記外乱の異常を評価する診断部と、を備える。
In order to solve the above problems, an abnormality detection device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A parameter of a model of the controlled object is estimated based on the manipulated variable output by the controlled variable adjuster and the controlled variable output by the controlled object, and the manipulated variable, the controlled variable, and the disturbance generator are inputted. An anomaly detection device for estimating a parameter of a model of a disturbance control amount caused by the disturbance based on a disturbance trigger signal that generates a disturbance, and detecting an anomaly of the disturbance based on the parameter,
a storage unit that stores the model of the disturbance control amount and parameters of the disturbance in the model of the disturbance control amount;
a disturbance controlled variable waveform estimator for estimating an estimated disturbance controlled variable from the controlled variable and an estimated device controlled variable calculated by subtracting the disturbance controlled variable from the controlled variable;
a parameter estimating unit that calculates the estimated disturbance control amount in a predetermined measurement period based on the disturbance trigger signal and estimates a parameter value of the disturbance during measurement;
a diagnostic unit that evaluates an abnormality of the disturbance based on the parameter value of the disturbance during the measurement.
上記構成によれば、計測時の外乱のパラメータ値を定量的に推定することができる。そのため、当該外乱を直接評価することなく、当該パラメータ値に基づいて外乱の異常の有無を評価することができる。 According to the above configuration, it is possible to quantitatively estimate the parameter value of the disturbance during measurement. Therefore, it is possible to evaluate whether or not there is an abnormality in the disturbance based on the parameter value without directly evaluating the disturbance.
一実施形態に係る異常検知装置において、前記外乱のモデルは、計測した外乱トリガ信号および算出した推定外乱制御量に基づき決定される伝達関数であってもよく、前記外乱のパラメータは、伝達関数の分子多項式及び分母多項式の係数であってもよい。上記構成によれば、前記外乱のモデルは、伝達関数として適切に推定することができる。 In the anomaly detection device according to one embodiment, the disturbance model may be a transfer function determined based on the measured disturbance trigger signal and the calculated estimated disturbance control amount, and the disturbance parameter is the transfer function. It may be the coefficients of the numerator and denominator polynomials. According to the above configuration, the disturbance model can be appropriately estimated as a transfer function.
また、一実施形態に係る異常検知装置において、前記外乱のモデルは、計測した外乱トリガ信号および算出した推定外乱制御量に基づき決定される伝達関数であってもよく、前記外乱のパラメータは、伝達関数の分子多項式及び分母多項式の根、又は根の逆数を用いてもよい。上記構成によれば、前記モデルは、伝達関数として別の方法で適切に推定することができる。 Further, in the anomaly detection device according to one embodiment, the disturbance model may be a transfer function determined based on the measured disturbance trigger signal and the calculated estimated disturbance control amount, and the disturbance parameter is a transfer function. Roots of the numerator and denominator polynomials of the function, or inverses of roots may be used. According to the above configuration, the model can be properly estimated as a transfer function by another method.
加えて、一実施形態に係る異常検知装置の前記外乱制御量波形推定部において、前記制御対象のモデルと前記操作量とから算出された第1の推定装置制御量を、前記制御量から減算することで、第1の推定外乱制御量を推定してもよく、前記パラメータ推定部において、前記第1の推定外乱制御量および前記外乱トリガ信号から、前記計測時の外乱のパラメータ値を推定してもよい。上記構成によれば、計測時の外乱のパラメータ値を適切に推定することができる。 In addition, in the disturbance controlled variable waveform estimator of the anomaly detection device according to one embodiment, a first estimating device controlled variable calculated from the controlled object model and the manipulated variable is subtracted from the controlled variable. A first estimated disturbance control amount may be estimated, and the parameter estimation unit estimates a parameter value of the disturbance at the time of measurement from the first estimated disturbance control amount and the disturbance trigger signal. good too. According to the above configuration, it is possible to appropriately estimate the parameter value of the disturbance during measurement.
また、一実施形態に係る異常検知装置の前記外乱制御量波形推定部において、前記制御量のうち外乱による変動を除去した成分である第2の推定装置制御量を、前記制御量から減算することで、第2の推定外乱制御量を推定してもよく、前記パラメータ推定部において、前記第2の推定外乱制御量および前記外乱トリガ信号から、前記計測時の外乱のパラメータ値を推定してもよい。上記構成によれば、計測時の外乱のパラメータ値を別の方法で適切に推定することができる。 Further, in the disturbance controlled variable waveform estimator of the anomaly detection device according to one embodiment, a second estimating device controlled variable, which is a component of the controlled variable from which fluctuation due to disturbance is removed, is subtracted from the controlled variable. may estimate a second estimated disturbance control amount, and the parameter estimator may estimate a parameter value of the disturbance at the time of measurement from the second estimated disturbance control amount and the disturbance trigger signal. good. According to the above configuration, it is possible to appropriately estimate the parameter value of the disturbance during measurement using another method.
さらに、一実施形態に係る異常検知装置の前記記憶部において、前記外乱の正常時における外乱のパラメータ値を記憶してもよく、前記診断部において、前記正常時における外乱のパラメータ値から第1の閾値範囲を設定し、前記計測時の外乱のパラメータ値が前記第1の閾値範囲に存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する判定部を備えてもよい。上記構成によれば、外乱の正常時における外乱のパラメータ値を考慮して、適切に計測時の外乱の異常の有無を判定することができる。 Further, in the storage unit of the abnormality detection device according to one embodiment, the disturbance parameter value when the disturbance is normal may be stored. A determination unit may be provided that sets a threshold range and determines whether the disturbance is abnormal depending on whether or not the parameter value of the disturbance during the measurement is within the first threshold range. According to the above configuration, it is possible to appropriately determine whether or not there is an abnormality in the disturbance during measurement in consideration of the parameter value of the disturbance when the disturbance is normal.
また、一実施形態に係る異常検知装置において、前記外乱のパラメータの数は、n個(nは正の整数)であってもよく、前記記憶部において、前記外乱の正常時における外乱のパラメータ値と、前記外乱の異常時におけるm種類(mは正の整数)の外乱のパラメータ値をさらに記憶してもよく、前記診断部において、n個の外乱のモデルのパラメータ数に対応するn次元パラメータ空間で、前記正常時における外乱のパラメータ値に対応する正常点と、前記異常時におけるm種類の外乱のパラメータ値にそれぞれ対応し、前記異常の原因と関連付けられたm個の異常モード点とを位置付けるとともに、前記計測時の外乱のパラメータ値に対応する計測点を位置付け、前記正常点から前記計測点へ向かう計測ベクトルと、前記正常点から各異常モード点へ向かう各異常モード点ベクトルとを設定し、前記計測ベクトルの前記各異常モード点ベクトルへの寄与率を評価する処理部を有し、前記寄与率に基づいて、前記外乱の異常の度合いを前記原因ごとに診断してもよい。 Further, in the anomaly detection device according to one embodiment, the number of disturbance parameters may be n (n is a positive integer), and the storage unit stores a disturbance parameter value when the disturbance is normal. and m types (m is a positive integer) of disturbance parameter values when the disturbance is abnormal, and in the diagnosis unit, n-dimensional parameters corresponding to the number of parameters of n disturbance models In the space, a normal point corresponding to the parameter value of the disturbance in the normal state, and m abnormal mode points respectively corresponding to m types of disturbance parameter values in the abnormal state and associated with the cause of the abnormality Along with positioning, a measurement point corresponding to the parameter value of the disturbance during the measurement is positioned, and a measurement vector directed from the normal point to the measurement point and each abnormal mode point vector directed from the normal point to each abnormal mode point are set. and a processing unit for evaluating a contribution rate of the measurement vector to each of the abnormal mode point vectors, and the degree of abnormality of the disturbance may be diagnosed for each cause based on the contribution rate.
上記構成によれば、各異常モード点は、外乱の異常時における外乱のパラメータ値に対応しており、かつ、異常の原因と関係付けられているので、計測ベクトルの各異常モード点ベクトルへの寄与率は、原因ごとの異常の度合いを表すことになる。したがって、処理部により計測ベクトルの各異常モード点ベクトルへの寄与率を評価することで、診断部により寄与率に基づく外乱の異常の度合いが原因ごとに診断される。 According to the above configuration, each abnormal mode point corresponds to the parameter value of the disturbance when the disturbance is abnormal, and is associated with the cause of the abnormality. The contribution rate represents the degree of abnormality for each cause. Therefore, by evaluating the contribution rate of the measurement vector to each abnormal mode point vector by the processing section, the degree of disturbance abnormality based on the contribution rate is diagnosed for each cause by the diagnosis section.
さらに、一実施形態に係る異常検知装置の前記処理部において、前記計測ベクトルと前記各異常モード点ベクトルとのなす角の余弦を算出することで前記寄与率を評価してもよい。上記構成によれば、前記計測ベクトルを各異常モード点ベクトルへ射影することにより、前記計測ベクトルの各異常モード点ベクトルへの寄与率が求められる。 Furthermore, in the processing unit of the abnormality detection device according to one embodiment, the contribution rate may be evaluated by calculating a cosine of an angle between the measurement vector and each of the abnormal mode point vectors. According to the above configuration, the contribution rate of the measurement vector to each abnormal mode point vector is obtained by projecting the measurement vector onto each abnormal mode point vector.
また、一実施形態に係る異常検知装置の前記処理部において、前記計測ベクトルを前記各異常モード点ベクトルで分解することで前記寄与率を評価してもよい。上記構成によれば、前記計測ベクトルを各異常モード点ベクトルで分解することにより、前記計測ベクトルの各異常モード点ベクトルへの寄与率が求められる。 Further, in the processing unit of the abnormality detection device according to one embodiment, the contribution rate may be evaluated by decomposing the measurement vector by each abnormality mode point vector. According to the above configuration, the contribution rate of the measurement vector to each abnormal mode point vector is obtained by decomposing the measurement vector into each abnormal mode point vector.
加えて、一実施形態に係る異常検知装置の前記処理部において、n次元パラメータ空間で、前記異常の度合いの許容範囲の外郭を、前記寄与率が一定となる前記パラメータの閾値ラインとして設定し、前記診断部において、前記許容範囲に前記計測点が存在するか否かに応じて異常を判定する判定部を備えてもよい。上記構成によれば、前記判定部は、前記処理部により評価される前記寄与率が、前記閾値ライン上または前記閾値ラインを超えているか否かで前記外乱の異常を判定する。したがって、単に異常の発生が検知されるだけでなく、どの原因によるものであるかが推定される。 In addition, in the processing unit of the anomaly detection device according to one embodiment, in the n-dimensional parameter space, the outline of the allowable range of the degree of anomaly is set as a threshold line of the parameter at which the contribution rate is constant, The diagnosis unit may include a judgment unit that judges abnormality according to whether or not the measurement point exists within the allowable range. According to the above configuration, the determination unit determines the abnormality of the disturbance based on whether the contribution rate evaluated by the processing unit is on or over the threshold line. Therefore, not only is the occurrence of an abnormality detected, but also its cause is estimated.
そして、一実施形態に係る異常検知装置において、前記処理部は、前記各異常モード点ベクトルの長さをVrefとし、前記正常点からの正常の範囲に含まれる代表点のベクトルの長さをVrepとし、所定の係数をkとして、前記異常の度合いの許容範囲の外郭である閾値Vthを以下の式により算出し、
Vth=(Vref-Vrep)×k+Vrep
前記診断部は、前記許容範囲に前記計測点が存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する判定部を備えてもよい。上記構成によれば、閾値を、各異常モード点に達する前のパラメータ値に設定でき、異常が発生する可能性が高いこと、および当該異常がどの原因によるものであるかが推定される。
Then, in the abnormality detection device according to one embodiment, the processing unit sets the length of each abnormal mode point vector to Vref, and the length of the vector of the representative point included in the normal range from the normal point to Vrep , where k is a predetermined coefficient, the threshold Vth, which is the outline of the allowable range of the degree of abnormality, is calculated by the following formula,
Vth=(Vref−Vrep)×k+Vrep
The diagnosis unit may include a determination unit that determines abnormality of the disturbance according to whether or not the measurement point exists within the allowable range. According to the above configuration, the threshold value can be set to the parameter value before reaching each abnormal mode point, and it is estimated that there is a high possibility that an abnormality will occur and what the cause of the abnormality is.
また、上記課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る異常検知装置は、制御量調整器が出力する操作量と、外乱生成装置に入力されて外乱を発生させる外乱トリガ信号とに基づいて、前記外乱の異常を検知する異常検知装置であって、
制御対象が出力する制御量が安定した状態での操作量である整定値を記憶する記憶部と、
前記操作量と、前記整定値と、前記外乱トリガ信号とに基づいて、外乱の計測時の操作量変動を算出する操作量変動算出部と、
前記計測時の操作量変動の異常を判定する診断部とを備え、
前記記憶部は、外乱の正常時における操作量変動を記憶し、
前記診断部は、前記正常時における操作量変動から第2の閾値範囲を設定し、前記計測時の操作量変動が前記第2の閾値範囲に存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する。
Further, in order to solve the above problems, an abnormality detection device according to an embodiment of the present disclosure is configured such that an operation amount output by a control amount adjuster and a disturbance trigger signal input to a disturbance generation device to generate a disturbance are Based on, an abnormality detection device for detecting an abnormality of the disturbance,
a storage unit that stores a set value that is a manipulated variable in a state where the controlled variable output by the controlled object is stable;
a manipulated variable variation calculation unit that calculates a manipulated variable variation during disturbance measurement based on the manipulated variable, the set value, and the disturbance trigger signal;
a diagnostic unit that determines an abnormality in the manipulated variable variation during the measurement,
The storage unit stores the operation amount fluctuation when the disturbance is normal,
The diagnosis unit sets a second threshold range from the operation amount fluctuation in the normal state, and detects an abnormality of the disturbance according to whether or not the operation amount fluctuation at the time of measurement is within the second threshold range. judge.
上記構成によれば、外乱のモデルを作成することなく、操作量の整定値、および外乱の正常時における操作量変動に対する外乱の計測時の操作量変動に基づいて、外乱の異常の有無を判定することができる。 According to the above configuration, without creating a disturbance model, the presence or absence of an abnormality in the disturbance is determined based on the set value of the manipulated variable and the manipulated variable fluctuation during measurement of the disturbance with respect to the manipulated variable fluctuation when the disturbance is normal. can do.
さらに、一実施形態に係る異常検知装置において、前記操作量変動は、前記整定値に対する操作量の変化量の積分値であってもよい。上記構成によれば、整定値に対する操作量の変化量の積分値に基づいて、適切に異常の有無を判定することができる。 Furthermore, in the anomaly detection device according to one embodiment, the operation amount fluctuation may be an integral value of a change amount of the operation amount with respect to the set value. According to the above configuration, it is possible to appropriately determine whether there is an abnormality based on the integrated value of the amount of change in the manipulated variable with respect to the set value.
また、一実施形態に係る異常検知装置において、前記操作量変動は、前記整定値に対する操作量の変化量であってもよい。上記構成によれば、整定値に対する操作量の変化量に基づいて、別の方法で適切に異常の有無を判定することができる。 Further, in the abnormality detection device according to one embodiment, the operation amount fluctuation may be a change amount of the operation amount with respect to the set value. According to the above configuration, it is possible to appropriately determine whether or not there is an abnormality by another method based on the amount of change in the manipulated variable with respect to the set value.
一実施形態に係る異常検知装置において、前記制御量調整器は、温度調節器であってもよい。 In the abnormality detection device according to one embodiment, the control amount adjuster may be a temperature adjuster.
上記課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る異常検知方法は、
制御量調整器が出力する操作量と、制御対象が出力する制御量とに基づいて、当該制御対象のモデルのパラメータを推定し、前記操作量と、前記制御量と、外乱生成装置に入力されて外乱を発生させる外乱トリガ信号とに基づいて、前記外乱によって生じた外乱制御量のモデルのパラメータを推定し、当該パラメータに基づいて前記外乱の異常を検知する異常検知方法であって、
前記外乱制御量のモデルと、前記外乱制御量のモデルにおける外乱のパラメータとを記憶部に記憶させるステップと、
外乱制御量波形推定部により、前記制御量と、前記制御量から前記外乱制御量を減算した値である装置制御量を算出した推定装置制御量とから、推定外乱制御量を推定するステップと、
パラメータ推定部により、前記外乱トリガ信号に基づいて所定の計測期間において算出した前記推定外乱制御量に基づいて、計測時の外乱のパラメータ値を推定するステップと、
診断部により、前記計測時の外乱のパラメータ値に基づいて前記外乱の異常を評価するステップと、を備える。
In order to solve the above problems, an anomaly detection method according to an embodiment of the present disclosure includes:
A parameter of a model of the controlled object is estimated based on the manipulated variable output by the controlled variable adjuster and the controlled variable output by the controlled object, and the manipulated variable, the controlled variable, and the disturbance generator are inputted. An abnormality detection method for estimating a parameter of a model of a disturbance control amount caused by the disturbance based on a disturbance trigger signal that generates a disturbance, and detecting an abnormality of the disturbance based on the parameter,
a step of storing the model of the disturbance control amount and parameters of the disturbance in the model of the disturbance control amount in a storage unit;
a step of estimating an estimated disturbance controlled variable by a disturbance controlled variable waveform estimator from the controlled variable and an estimated device controlled variable calculated by subtracting the disturbance controlled variable from the controlled variable;
a step of estimating a parameter value of the disturbance during measurement by a parameter estimating unit based on the estimated disturbance control amount calculated in a predetermined measurement period based on the disturbance trigger signal;
and evaluating an abnormality of the disturbance by a diagnosis unit based on a parameter value of the disturbance during the measurement.
上記構成によれば、計測時の外乱のパラメータ値を定量的に推定することができる。そのため、当該外乱を直接評価することなく、当該パラメータ値に基づいて外乱の異常の有無を評価することができる。 According to the above configuration, it is possible to quantitatively estimate the parameter value of the disturbance during measurement. Therefore, it is possible to evaluate whether or not there is an abnormality in the disturbance based on the parameter value without directly evaluating the disturbance.
上記課題を解決するため、本開示の一実施形態は、上記異常検知方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現される。本開示のプログラムをコンピュータに実行されることによって、上記異常検知方法が実施される。 In order to solve the above problems, one embodiment of the present disclosure is implemented as a program for causing a computer to execute the above abnormality detection method. The anomaly detection method is implemented by causing a computer to execute the program of the present disclosure.
本開示によれば、制御対象に対して断続的に発生する外乱についての異常の有無を容易に推定することのできる異常検知装置、異常検知方法およびプログラムを提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to provide an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a program capable of easily estimating the presence or absence of an abnormality in disturbances that occur intermittently in a controlled object.
本開示の異常検知装置に関する制御システムの実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of a control system relating to an abnormality detection device of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施形態1)
まず、本開示の異常検知装置に関する制御システムの実施形態1について図1から図6を参照しつつ説明する。
(Embodiment 1)
First,
<制御システムの概略構成>
図1は、実施形態1における異常検知装置2に関する制御システム100の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、制御システム100は、制御量調整器1、制御対象3、異常検知装置2および外乱生成装置4を備えている。
<Schematic configuration of the control system>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
制御対象3は、フィードバック制御により制御可能な装置等である。制御対象3の例としては、制御量調整器1として温度調節器を用いた場合には、加熱することができるヒータ、ヒータによって加熱される被加熱物、および被加熱物を測温することができる温度センサを含む装置、例えば半導体製造装置などが考えられる。
The controlled
制御量調整器1、制御対象3および外乱生成装置4を構成される制御システムは、制御対象をフィードバック制御する制御システムである。フィードバック制御は、制御対象3の制御量yに基づいて決定される操作量uを制御対象3に入力することで、制御対象3の制御量yを目標値rに近づける制御である。
A control system including the controlled
正常/異常にかかわらず外乱がある場合、制御量yは、制御対象の制御量を目標値へと近づける制御量と、外乱の影響によって生じる制御量との合算で表すことができる。ここで、外乱生成装置4が発生させる当該外乱の影響によって外乱制御量ydが生じるとすると、制御量yは、y=yr+ydとして表すことができると考えられる。このyrを装置制御量とする。装置制御量yrは、外乱がない場合の制御量yと同一である。外乱がない状態が続くと、制御量yは、フィードバック制御により目標値rと同一または極めて近い値になる。この状態において、外乱が発生すると、制御量yと目標値rとの差異が発生するため、制御量yを目標値rに近づけるように、装置制御量yrの値を制御するフィードバック制御が行われる。
If there is a disturbance regardless of whether it is normal or abnormal, the controlled variable y can be represented by the sum of the controlled variable that brings the controlled variable of the controlled object closer to the target value and the controlled variable caused by the influence of the disturbance. Here, assuming that the disturbance control amount yd is caused by the influence of the disturbance generated by the
制御量調整器1は、制御対象3の制御量y、当該制御量の目標値r、および制御パラメータに基づいて、制御対象3に入力される操作量uを決定する。制御パラメータは、フィードバック制御に用いられるパラメータであり、本実施形態においては、例えば、PID(Proportional-Integral-Derivative Controller)制御における制御パラメータが用いられる。制御パラメータとしては、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン、積分時間、微分時間などが挙げられる。制御パラメータは、制御対象3の特性を示すプロセスゲイン、むだ時間、時定数などの特性情報に基づいて適切に決定される。制御量調整器1の一例としては、温度調節器が挙げられ、さらに制御対象3として半導体製造装置を用いた場合、目標値rおよび制御量yは温度、操作量uはヒータの使用量または使用率が一例として考えられる。
The controlled
外乱生成装置4は、例えば外乱トリガ信号の入力に応じて、制御対象3の制御量を変動させる外乱を発生させる装置である。外乱生成装置4の例としては、制御量調整器1として温度調節器を、および制御対象3として半導体製造装置を用いた場合には、半導体ウエハを半導体製造装置に投入する装置が考えられる。この場合、例えば外乱が生じるとは半導体ウエハを半導体製造装置へ投入することを意味する。半導体製造装置へ半導体ウエハを投入することで、半導体製造装置に対する吸熱または放熱が発生する。また、温度を維持するために必要な熱量が変動することもある。そのため、フィードバック制御によって、温度調節器のヒータの使用量または使用率および半導体製造装置の温度(例えば、半導体製造装置内の雰囲気温度または温度センサによって測温している部品の温度)、すなわち制御量調整器1の操作量uおよび制御対象3の制御量yが変動する。
The
異常検知装置2は、記憶部20、外乱波形推定部21、パラメータ推定部22、診断部23および表示部24を備えている。
The
記憶部20は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置により構成される。記憶部20は、モデル記憶領域201、操作量記憶領域202、制御量記憶領域203、外乱トリガ信号記憶領域204、正常時パラメータ値記憶領域205、閾値記憶領域206を備えている。モデル記憶領域201には、制御対象3のモデル、および当該制御対象3のモデルにおけるq個(qは正の整数)のパラメータ、並びに外乱のモデル、および当該外乱のモデルにおけるn個(nは正の整数)のパラメータが記憶される。制御対象3のモデルおよび外乱のモデル並びにそれぞれのモデルのパラメータについては後述する。操作量記憶領域202には、制御量調整器の測定された操作量が記憶される。制御量記憶領域203には、制御対象3の測定された制御量yが記憶される。外乱トリガ信号記憶領域204には、外乱生成装置4へ入力された外乱トリガ信号dが記憶される。正常時パラメータ値記憶領域205には、外乱が正常な状態における前記モデルのパラメータ値(以下、正常時のパラメータ値とする。)が記憶される。
The
外乱波形推定部21は、CPU等から構成される。外乱波形推定部21は、モデル記憶領域201に記憶された制御対象3のモデルと、操作量記憶領域202に記憶された所定時の操作量uと、制御量記憶領域203に記憶された所定時の制御量yとに基づいて、推定装置制御量を算出する。そして、制御量yと、算出された推定装置制御量とに基づいて、推定外乱制御量を算出する。制御量調整器1の操作量uの所定時における測定と、制御対象3の制御量yの所定時における測定は、外乱波形推定部21により行ってもよいし、図示を省略する制御部により行ってもよい。
The
パラメータ推定部22は、CPU等から構成される。パラメータ推定部22は、算出された推定外乱制御量と、外乱トリガ信号記憶領域204に記憶された所定時の外乱トリガ信号dとに基づいて、前記外乱のモデルにおける所定時の外乱パラメータ値を推定する。外乱トリガ信号dの所定時における測定は、パラメータ推定部22により行ってもよいし、図示を省略する制御部により行ってもよい。
The
診断部23は、CPU等から構成される。診断部23は、正常時の外乱に対して推定された外乱パラメータ値と、別途推定された外乱パラメータ値とに基づいて異常を検知する。外乱に関する異常の判定の詳細については後述する。
The
表示部24は、液晶ディスプレイ等により構成され、診断部23によって判定された外乱の異常に関する情報を表示する。
The
<制御対象のモデル>
次に、制御対象3のモデルについて、図2および図3を参照しつつ説明する。図2は、時間経過に対する制御量yの変化の一例を示す図である。図3は、時間経過に対する操作量uの変化の一例を示す図である。
<Model to be controlled>
Next, a model of the controlled
図2における時間軸と図3における時間軸は互いに対応している。図2および図3に示すように、0~t1までの制御量yが低い期間においては操作量uは大きいが、t1~t2のように制御量yが大きくなるにつれて、すなわち制御量yが目標値rに近づくにつれて、操作量uは小さくなることが分かる。 The time axis in FIG. 2 and the time axis in FIG. 3 correspond to each other. As shown in FIGS. 2 and 3, the manipulated variable u is large in the period from 0 to t1 when the controlled variable y is low, but as the controlled variable y increases from t1 to t2, that is, the controlled variable y reaches the target. It can be seen that the manipulated variable u becomes smaller as it approaches the value r.
このように、制御量調整器1は、ある目標値rが入力されると、制御対象3の制御量yを前記目標値rへ変化させるように、制御対象3を操作する操作量uを出力する装置である。制御対象3は、制御量調整器1より入力される操作量uに基づいて、装置制御量yrを変化させて出力する。また、制御対象3は、装置制御量yrと、外乱生成装置4によって生じた外乱制御量ydとの合算である制御量yを制御量調整器1にフィードバックする構成となっている。そのため、制御量調整器1は、制御量yの変化に基づいて、制御量yを目標値rへ変化させるために、出力する操作量uを適切に変化させることができる。
In this way, when a certain target value r is input, the controlled
一例として、制御量調整器1を温度調節器として用い、制御対象3として、半導体製造装置を用いた場合を考える。半導体製造装置は、加熱することができるヒータ、ヒータによって加熱される被加熱物、および被加熱物を測温することができる温度センサを含み、被加熱物の温度を変動させる何らかの断続的な外乱要素が発生(例えば半導体ウエハの投入)する装置である。この場合には、目標値rは目標とする被加熱物の温度であり、操作量uはヒータの使用量または使用率である。また、制御量yは温度センサによって測温された被加熱物の温度である。外乱が発生、すなわち半導体ウエハを投入した場合、半導体ウエハは被加熱物から吸熱し、または被加熱物へ放熱する。その結果、温度である制御量yは、上昇または下降する。
As an example, consider a case where the
ここで、操作量uのラプラス変換を、操作量U(s)とし、制御量Y(s)等についても同様とする。操作量をU(s)、制御量をY(s)、目標値と制御量との差である偏差をE(s)、制御量調整器の伝達関数をC(s)、制御対象の伝達関数をG(s)とすると、操作量U(s)と制御量Y(s)と偏差E(s)との関係は、下記(数1)及び(数2)のように表すことができる。 Here, the Laplace transform of the manipulated variable u is defined as the manipulated variable U(s), and the same applies to the controlled variable Y(s). The manipulated variable is U(s), the controlled variable is Y(s), the difference between the target value and the controlled variable is E(s), the transfer function of the controlled variable adjuster is C(s), and the transmission of the controlled object Assuming that the function is G(s), the relationship between the manipulated variable U(s), the controlled variable Y(s), and the deviation E(s) can be expressed as the following (Formula 1) and (Formula 2): .
伝達関数C(s)は、目標値とフィードバックされる制御量Y(s)との差である偏差E(s)を入力とし、操作量U(s)を出力とした場合、制御対象の特性を考慮した上で、偏差E(s)がゼロになるように(目標値と制御量が一致するように)決定される。伝達関数G(s)は、操作量U(s)を入力とし、制御量Y(s)を出力とした場合、操作量U(s)に応じてY(s)を変化させる。つまり、偏差E(s)がゼロになるように伝達関数C(s)によって操作量U(s)が計算され、その操作量U(s)が伝達関数G(s)に入力されることで制御量Y(s)が目標値に近づく仕組みとなっている。ここで、伝達関数G(s)は、操作量U(s)を入力として有し、制御量Y(s)を出力として有する伝達関数であることから、制御対象3のモデルと考えることができる。
The transfer function C(s) takes as input the deviation E(s), which is the difference between the target value and the feedback control amount Y(s), and the output is the manipulated variable U(s). is taken into consideration, the deviation E(s) is determined to be zero (the target value and the controlled variable match). The transfer function G(s) changes Y(s) according to the operation amount U(s) when the operation amount U(s) is the input and the control amount Y(s) is the output. That is, the manipulated variable U(s) is calculated by the transfer function C(s) so that the deviation E(s) becomes zero, and the manipulated variable U(s) is input to the transfer function G(s). The control amount Y(s) is designed to approach the target value. Here, since the transfer function G(s) has the manipulated variable U(s) as an input and the controlled variable Y(s) as an output, it can be considered as a model of the controlled
このような伝達関数、つまり、制御対象3のモデルは、下記(数3)に示すような数式で表すことができる。なお、下記(数3)において、Ka、Tbはそれぞれ伝達関数のパラメータであり、Kaはシステムゲイン、Tbは時定数である。また、aは0以上の整数、bは正の整数、sはラプラス演算子である。
Such a transfer function, that is, a model of the controlled
また、(数3)は、(数4)のように変形することもできる。ここで、分母多項式、分子多項式の根、又は根の逆数となるようなda、cbは、それぞれ伝達関数のパラメータであり、上述のKa、Tbの代わりに用いることができる。 (Equation 3) can also be transformed into (Equation 4). Here, d a and c b , which are the roots of the denominator polynomial, the numerator polynomial, or the reciprocals of the roots, are parameters of the transfer function, respectively, and can be used instead of K a and T b described above.
本実施形態では、簡略化のため、(数3)においてa=0、b=1とした場合の下記(数5)に示す伝達関数を制御対象3のモデルとして採用した例について説明する。
In this embodiment, for the sake of simplification, an example will be described in which the transfer function shown in the following (Equation 5) when a=0 and b=1 in (Equation 3) is adopted as a model of the controlled
<制御対象のパラメータ値の取得および記憶>
次に、本実施形態の異常検知装置2における、制御対象3のモデルのパラメータ値の取得および記憶について説明する。まず、制御対象3が正常な状態であり、かつ外乱の影響が生じていない状態での制御量調整器1の操作量uおよび制御対象3の制御量yを測定する。そして、所定の期間に関して測定した操作量uおよび制御量yに基づいて、上述した(数5)の制御対象3のモデルにおける、制御対象パラメータ値(K0、T1)をそれぞれ取得する。ここで、所定の期間とは、例えば図2および図3に示す時刻0から時刻t2までの期間などが想定される。前記制御対象3のモデルおよび取得した各制御対象パラメータ値は、記憶部20のモデル記憶領域201に記憶させておく。
<Acquisition and storage of parameter values to be controlled>
Acquisition and storage of parameter values of the model of the controlled
本実施形態では、一例として、パラメータはK0とT1の2個で説明しているが、採用するモデルによっては、q個のパラメータを取得してモデル記憶領域201に記憶させてもよい。例えば、上述した(数3)のモデルの場合には、q=a+b+1となる。
In this embodiment, two parameters, K 0 and T 1 , are used as an example, but q parameters may be acquired and stored in the
<外乱のモデル>
次に、制御対象3のモデルについて、図4(A)から図4(E)を参照しつつ説明する。図4(A)から図4(E)は、本実施形態における制御量等を表すグラフである。
<Disturbance model>
Next, a model of the controlled
本実施形態において、操作量uと、制御量yとから、外乱制御量ydの影響を除去した第1の推定装置制御量yraを算出し、それによって第1の推定外乱制御量ydaの推定を行う。 In this embodiment, the first estimated device controlled variable yra is calculated from the manipulated variable u and the controlled variable y by removing the influence of the disturbance controlled variable yd . make an estimate.
上記したように、制御量yは、装置制御量yrと、外乱の影響による制御量である外乱制御量ydとの合算で表すことができる。ここで、装置制御量yrは、上記のような制御対象のモデルと、操作量uとから推定値を算出することができる。本実施形態において、装置制御量yrは、当該制御対象3のモデルに対して操作量uを入力した場合の出力である。当該推定値を第1の推定装置制御量yraとする。第1の推定装置制御量yraは、制御対象3の装置自体の制御量を意味し、制御量yのうち、制御対象3の装置によるものと考えられる制御量である。外乱制御量は、制御量yから第1の推定装置制御量yraを減算することで、推定される。当該推定値を第1の推定外乱制御量ydaとすると、yda=y-yraである。
As described above, the controlled variable y can be represented by the sum of the device controlled variable yr and the disturbance controlled variable yd, which is the controlled variable due to the influence of the disturbance. Here, the apparatus controlled variable yr can be estimated from the above model of the controlled object and the manipulated variable u. In this embodiment, the device controlled variable yr is an output when the manipulated variable u is input to the model of the controlled
図4(A)は、時間経過に対する制御量yの変化の一例を表す。図4(B)は、時間経過に対する操作量uの変化の一例を表す。図4(C)は、時間経過に対する第1の推定装置制御量yraの変化の一例を表す。図4(D)は、時間経過に対する第1の推定外乱制御量ydaの変化の一例を表す。図4(E)は、時間経過に対する外乱トリガ信号dの変化の一例を表す。 FIG. 4A shows an example of changes in the control amount y over time. FIG. 4B shows an example of changes in the manipulated variable u over time. FIG. 4C shows an example of changes in the first estimated device controlled variable yr a over time. FIG. 4D shows an example of changes in the first estimated disturbance control amount yd a over time. FIG. 4(E) shows an example of changes in the disturbance trigger signal d over time.
図4(A)から図4(E)における時間軸は互いに対応している。0~t11の期間は、装置起動時から外乱が発生するまでの期間である。図4(A)および図4(C)に示されているように、当該期間において、第1の推定装置制御量yraは、制御量yと同一である。 The time axes in FIGS. 4A to 4E correspond to each other. A period from 0 to t11 is a period from when the device is started until a disturbance occurs. As shown in FIGS. 4A and 4C, the first estimated apparatus controlled variable yra is the same as the controlled variable y during the period.
t11において、外乱トリガ信号dが外乱生成装置4に入力され、外乱制御量が出力される。その結果、図4(A)の制御量yおよび図4(D)の第1の推定外乱制御量ydaは、マイナス側へ変動している。また、制御量yが目標値rより低くなったため、フィードバック制御によって操作量uが上昇している。
At t11, the disturbance trigger signal d is input to the
操作量uが増加したため、t12において、第1の推定装置制御量yraが増加している。その結果、制御量yが増加する。 Since the manipulated variable u has increased, the first estimated apparatus controlled variable yr a increases at t12. As a result, the controlled variable y increases.
t13において、制御量yが目標値rに一致または極めて接近し、その後、安定している。そのため、操作量uも一定値を保っているが、t11の直前にくらべて、操作量は増加している。 At t13, the controlled variable y coincides with or very close to the target value r, and then stabilizes. Therefore, although the manipulated variable u also maintains a constant value, the manipulated variable increases compared to immediately before t11.
t14において、外乱トリガ信号dの外乱生成装置4への入力が停止し、同様に外乱制御量の出力が停止する。その結果、制御量yおよび第1の推定外乱制御量ydaは、プラス側へ変動している。また、制御量yが目標値rより高くなったため、フィードバック制御によって操作量uが下降している。
At t14, the input of the disturbance trigger signal d to the
操作量uが減少したため、t15において、第1の推定装置制御量yraが減少している。その結果、制御量yが減少する。 Since the manipulated variable u has decreased, the first estimated apparatus controlled variable yr a decreases at t15. As a result, the controlled variable y decreases.
t16において、制御量yが目標値rに一致または接近し、その後、安定している。そのため、操作量uも一定値を保っている。このときの操作量uの値は、t11の直前の値に一致または近い値をとる。 At t16, the controlled variable y matches or approaches the target value r, and then stabilizes. Therefore, the manipulated variable u also maintains a constant value. The value of the manipulated variable u at this time is equal to or close to the value immediately before t11.
図4(A)から図4(E)において、t16以降に示されているように、外乱トリガ信号の入力の有無が生じる度に、同様の変化が発生する。 As shown from t16 onward in FIGS. 4(A) to 4(E), a similar change occurs each time a disturbance trigger signal is input or not.
外乱に関する伝達関数、つまり、外乱のモデルは、上記した(数3)または(数4)に示すような数式で表すことができる。本実施形態では、制御対象のモデルと同様、簡略化のため、(数3)においてa=0、b=1とした場合の(数5)に示す伝達関数を外乱のモデルとして採用した例について説明する。 A transfer function related to disturbance, that is, a model of disturbance can be represented by a formula as shown in (Equation 3) or (Equation 4) above. In this embodiment, for the sake of simplification, similar to the model of the controlled object, an example in which the transfer function shown in (Equation 5) when a=0 and b=1 in (Equation 3) is adopted as a disturbance model. explain.
<外乱のパラメータ値の取得および記憶>
次に、本実施形態の異常検知装置2における、外乱のモデルのパラメータ値を取得および記憶について説明する。当該パラメータ値の取得は、上述されているような制御対象3のモデルおよびそのパラメータと同様の方法で取得することができる。
<Acquisition and storage of disturbance parameter values>
Acquisition and storage of the parameter values of the disturbance model in the
まず、前記のように取得した制御対象3のモデルと、操作量uとから、第1の推定装置制御量yraを算出する。次に、外乱が正常な状態において、第1の推定装置制御量yraを制御量yから減算することで、第1の推定外乱制御量ydaを推定する。また、外乱トリガ信号を取得する。そして、所定の期間に関して推定された第1の推定外乱制御量ydaおよび外乱トリガ信号dに基づいて、上述した(数5)の外乱のモデルにおける、正常な状態の外乱パラメータ値(K0、T1)をそれぞれ取得する。ここで、所定の期間とは、例えば外乱トリガ信号dが入力される期間、つまり図4(A)から図4(E)に示す時刻t11から時刻t14までの期間などが想定される。また、時刻t11から、時刻t13と時刻t14との間の任意の時刻までの期間であってもよい。前記外乱のモデルは、記憶部20のモデル記憶領域201に記憶させ、取得した正常な状態の各外乱パラメータ値は、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させておく。
First, the first estimated apparatus controlled variable yra is calculated from the model of the controlled
本実施形態では、一例として、パラメータはK0とT1の2個で説明しているが、採用するモデルによっては、n個のパラメータを取得して正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させてもよい。例えば、上述した(数3)のモデルの場合には、n=a+b+1となる。 In this embodiment, two parameters, K 0 and T 1 , are used as an example. good too. For example, in the case of the model of (Equation 3) described above, n=a+b+1.
<異常判定>
本実施形態においては、正常時の外乱パラメータ値と、外乱発生時に推定される外乱パラメータ値とを比べることにより、異常の判定を行う。以後、外乱発生時に推定される外乱パラメータ値を計測時の外乱パラメータ値と称する。以下、本実施形態における異常判定の処理について説明する。
<Abnormal judgment>
In the present embodiment, the abnormality is determined by comparing the disturbance parameter value in the normal state and the disturbance parameter value estimated when the disturbance occurs. A disturbance parameter value estimated when a disturbance occurs is hereinafter referred to as a disturbance parameter value at the time of measurement. The abnormality determination processing in this embodiment will be described below.
図5は、外乱パラメータ値の正常、異常を図示化した一例を示す図である。図5において、縦軸を外乱のパラメータの一つであるシステムゲインK0とし、横軸をもう一つのパラメータである時定数T1とした2次元のパラメータ空間を示している。制御量調整器1を温度調節器として用い、制御対象3を半導体製造装置とした態様では、システムゲインK0の単位は、偏差を、目標温度[℃]に対する目標温度[℃]と制御量(温度[℃])との差の割合[%]で表した場合、[℃/%]となる。また、時定数T1の単位は、[秒(s)]となる。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of normality and abnormality of disturbance parameter values. FIG. 5 shows a two-dimensional parameter space in which the vertical axis is the system gain K0 , which is one of the disturbance parameters, and the horizontal axis is the time constant T1, which is another parameter. In a mode in which the
図5において、点Aaは、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶された正常時の外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点である。点Baおよび点Bbは、計測期間において推定された推定外乱制御量と外乱トリガ信号dとに基づいて推定された、所定の計測時の外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点である。
In FIG. 5, a point Aa is a point obtained by plotting the normal disturbance parameter values stored in the normal parameter
点Aaに対して閾値を設定することで、正常であるか、異常であるかを判定することができる。当該閾値を第1の閾値とする。例えば、図5に示されているように、システムゲインK0と時定数T1に対して、所定の閾値を上限および下限として設定してもよい。この場合、実線で囲われている範囲が第1の閾値の範囲である。点Baおよび点Bbのように当該閾値の範囲外にある場合、異常であると判定することができる。当然、上限値および下限値を設定するのではなく、正常時の外乱パラメータ値に対して閾値に対応する関数を適用させるなど、別の方法で閾値を設定してもよい。 By setting a threshold for the point Aa, it is possible to determine whether it is normal or abnormal. Let this threshold be the first threshold. For example, as shown in FIG. 5, predetermined thresholds may be set as upper and lower limits for system gain K0 and time constant T1 . In this case, the range enclosed by the solid line is the range of the first threshold. If it is out of the range of the threshold value, like the points Ba and Bb, it can be determined that there is an abnormality. Of course, instead of setting the upper limit value and the lower limit value, the threshold value may be set by another method such as applying a function corresponding to the threshold value to the normal disturbance parameter value.
本実施例では、パラメータがK0とT1の2個であるため、2次元空間であるが、例えばn個のパラメータであればn次元空間によって判定する。 In this embodiment, there are two parameters, K 0 and T 1 , so the space is a two-dimensional space.
表示部24は、計測時の外乱パラメータ値が正常時の外乱パラメータ値に基づいて設定された閾値を超えた場合、異常の発生をユーザが判断できるように表示させる。また、正常時の外乱パラメータに対して、またはその閾値に対して、どの程度差異があるかを表示させてもよい。ユーザは、表示部24を見ることにより、異常が発生しているか否か、または異常が発生する可能性が高いか否かを判断することができる。また、必ずしも表示させる必要はなく、異常発生時に警報を鳴らすなど、別の手段でユーザに通知してもよいし、自動的に装置を停止させてもよい。
When the disturbance parameter value at the time of measurement exceeds a threshold set based on the disturbance parameter value at the time of normality, the
<動作例>
次に、本実施形態における異常検知装置2に関する制御システム100の動作例について、図6のフローチャートを参照しつつ説明する。図6は、本実施形態における異常検知装置に関する制御システム100の動作例を示すフローチャートである。
<Operation example>
Next, an operation example of the
まず、本実施形態の制御システム100に電源が投入されて開始すると、例えば診断部23は、所定の期間において制御対象3の制御量yを計測する(図6:S10)。次に、制御量調整器1の操作量uと、制御対象3の制御量yとに基づいて、制御対象3のモデルの制御対象パラメータ値を取得する(図6:S11)。
First, when the
操作量u、制御量yが安定した後、外乱生成装置4が外乱を発生させる(図6:S12)。そして、外乱波形推定部21は、制御対象3のモデルと、操作量uとから第1の推定装置制御量yraを算出し、当該第1の推定装置制御量yraと、制御量yとから、さらに第1の推定外乱制御量ydaを推定する(図6:S13)。
After the manipulated variable u and the controlled variable y are stabilized, the
次に、パラメータ推定部22は、第1の推定外乱制御量ydaと、外乱トリガ信号dとから外乱のモデルのパラメータ値を推定する(図6:S14)。正常時の外乱パラメータ値を記憶していない場合、推定された外乱パラメータ値を正常時の外乱パラメータ値として学習させ、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させてもよい(図6:S15、S151)。記憶後、S12へと戻る。また、予め正常な外乱における制御量等を計測することで外乱のモデルのパラメータ値を推定し、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させてもよい。
Next, the
正常時の外乱パラメータ値が記憶されている場合、推定された外乱パラメータ値を計測時の外乱パラメータ値として、診断部23の判定部231は、正常時の外乱パラメータ値と比較する(図6:S16)。判定部231は、当該計測時の外乱パラメータ値が正常時の外乱パラメータ値から設定される所定の閾値を超えた場合、外乱が異常であると判定し、所定の閾値内である場合、外乱は異常でない、つまり正常であると判定する(図6:S17)。外乱が正常な場合、S12へと戻る。異常と判定された場合、表示部24に、例えば外乱が異常である旨を表示し、終了する(図6:S18)。
When the normal disturbance parameter value is stored, the determination unit 231 of the
本実施形態において、異常と判定されなかった場合にS12へと戻り、次の外乱を発生させる方法で記載しているが、異常と判定された場合であっても、表示部24に表示させ、かつS12へと戻り、次の外乱を発生させるように動作させてもよい。また、判定部231が所定の閾値に基づいて異常/正常を判定しているが、判定部231が判定せずに診断部23が計測時の外乱パラメータ値に基づいて異常について評価し、表示部24での表示に基づいてユーザが判断するように動作させてもよい。
In the present embodiment, the process returns to S12 when it is not determined to be abnormal, and the method of generating the next disturbance is described. Then, the process may be returned to S12 to generate the next disturbance. In addition, although the determination unit 231 determines abnormality/normality based on a predetermined threshold value, the
以上のように、本実施形態によれば、断続的に発生する外乱について、当該外乱が異常であるか否かを判定することができる。そのため、例えば、外乱の発生とは何らかの部品を制御対象3に投入し、制御対象3が当該部品を加工することである場合、当該部品を検査することなく、異常の有無を検出することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine whether intermittent disturbance is abnormal or not. Therefore, for example, in the case where the occurrence of disturbance means that some part is thrown into the controlled
(実施形態2)
次に、本開示の実施形態2について、図7から図9を参照しつつ説明する。図7は、実施形態2における異常検知装置2に関する制御システム100の概略構成を示すブロック図である。図7に示すように、異常検知装置2は、記憶部20が、目標値記憶領域207を備えているところが図1を用いて上述した実施形態1とは異なる。記憶部20の目標値記憶領域207は、目標値rを記憶する。
(Embodiment 2)
Next,
図8(A)は、本実施形態のフィードバック制御のブロック図を示す図である。図8(B)は、図8(A)のうち、外乱を除いたフィードバック制御を示すブロック図である。図8(C)は、図8(A)のうち、外乱に関するフィードバック制御を示すブロック図である。伝達関数を検討するにあたって、外乱がない場合と、目標値rがゼロである場合とに分けて検討すると、図8(A)に表したフィードバック制御に関するブロック図は、図8(B)と図8(C)のブロック図の和として表すことができる。 FIG. 8A is a diagram showing a block diagram of feedback control according to this embodiment. FIG. 8(B) is a block diagram showing feedback control excluding disturbance in FIG. 8(A). FIG. 8(C) is a block diagram showing feedback control for disturbance in FIG. 8(A). When examining the transfer function, the case where there is no disturbance and the case where the target value r is zero are separately examined. 8(C) block diagram sum.
図9は、上記のようなブロック図に関する制御量等の関係を表している。図9(A)は、時間経過に対する制御量yの変化の一例を表しており、図4(A)における0~t13の期間およびt13~t14の期間の一部を表している。図9(B)は、時間経過に対する第2の推定装置制御量yrbの変化の一例を表す。図9(C)は、時間経過に対する第2の推定外乱制御量ydbの変化の一例を表す。また、図8(A)と図9(A)、図8(B)と図9(B)、図8(C)と図9(C)は、それぞれ対応している。 FIG. 9 shows the relationship between the control amount and the like regarding the block diagram as described above. FIG. 9(A) shows an example of changes in the control amount y over time, and shows part of the period from 0 to t13 and the period from t13 to t14 in FIG. 4(A). FIG. 9B shows an example of changes in the second estimated device controlled variable yr b over time. FIG. 9C shows an example of changes in the second estimated disturbance control amount yd b over time. Also, FIGS. 8A and 9A, 8B and 9B, and 8C and 9C correspond to each other.
実施形態1において記載したように、制御量yは、装置制御量yrと、外乱の影響による制御量である外乱制御量ydとの合算で表すことができる。ここで、外乱がない場合の制御量y、すなわち装置制御量yrは、制御量yが目標値rに一致または極めて接近し、その状態で安定すると、基本的に変動しない。そのため、装置制御量yrは、装置起動後、図9(B)のように変化すると推定される。当該推定値を第2の推定装置制御量yrbとする。また、詳細は後述するが、制御量yから第2の推定装置制御量yrbを減算した値を第2の推定外乱制御量ydbとする。 As described in the first embodiment, the controlled variable y can be represented by the sum of the device controlled variable yr and the disturbance controlled variable yd, which is the controlled variable due to the influence of the disturbance. Here, the controlled variable y when there is no disturbance, that is, the device controlled variable yr basically does not fluctuate when the controlled variable y coincides with or is extremely close to the target value r and stabilizes in that state. Therefore, it is estimated that the device controlled variable yr changes as shown in FIG. 9B after the device is started. This estimated value is set as the second estimated device controlled variable yr b . Further, although details will be described later, a value obtained by subtracting the second estimated device controlled variable yr b from the controlled variable y is taken as a second estimated disturbance controlled variable yd b .
実施形態1において記載しているように制御量調整器1の伝達関数をC(s)、制御対象3の伝達関数をG(s)とし、さらに外乱生成装置4の伝達関数をP(s)とすると、目標値R(s)と制御量Y(s)と外乱トリガ信号D(s)との関係は、下記(数6)のように表すことができる。図8(A)は(数6)を概略的に表すブロック図である。なお、例えば、目標値R(s)は、目標値rのラプラス変換であり、制御量Y(s)等についても同様である。
As described in the first embodiment, the transfer function of the controlled
また、(数6)は、下記(数7)および(数8)で表される第2の推定装置制御量YRB(s)と、第2の推定外乱制御量YDB(s)との合算であると考えることができる。図8(B)は、(数7)を概略的に表すブロック図である。また、図8(C)は、(数8)を概略的に表すブロック図である。 Further, (Equation 6) is the relationship between the second estimated device control amount YR B (s) and the second estimated disturbance control amount YD B (s) represented by (Equation 7) and (Equation 8) below. It can be considered as a summation. FIG. 8B is a block diagram schematically showing (Equation 7). FIG. 8(C) is a block diagram schematically showing (Formula 8).
伝達関数P(s)は、外乱生成装置4に外乱トリガ信号D(s)を入力した場合、所定の制御量を出力する。
The transfer function P(s) outputs a predetermined control amount when the disturbance trigger signal D(s) is input to the
第2の推定装置制御量YRB(s)に関する項は、制御量Y(s)のうち、フィードバック制御を含む、外乱の影響による制御量の変動を除去した成分である。つまり、第2の推定装置制御量yrbは、外乱がない場合における、制御量yを目標値rへと近づけるフィードバック制御によって得られる制御量である。 The term related to the second estimated apparatus controlled variable YR B (s) is a component of the controlled variable Y(s) from which fluctuations in the controlled variable due to the influence of disturbance, including feedback control, are removed. In other words, the second estimated apparatus controlled variable yr b is a controlled variable obtained by feedback control for bringing the controlled variable y closer to the target value r when there is no disturbance.
第2の推定外乱制御量YDB(s)に関する項は、制御量Y(s)のうち、フィードバック制御を含む、外乱の影響による制御量の変動成分である。つまり、第2の推定外乱制御量ydbは、目標値をゼロとした場合における、外乱によって変動した制御量をゼロへと近づけるフィードバック制御によって得られる制御量である。 The term related to the second estimated disturbance controlled variable YD B (s) is the variable component of the controlled variable Y(s) due to the influence of the disturbance, including the feedback control. In other words, the second estimated disturbance control amount yd b is a control amount obtained by feedback control for bringing the control amount fluctuated by the disturbance closer to zero when the target value is zero.
また、上記したように、第2の推定装置制御量yrbは、一旦制御量yが目標値rと一致または極めて接近し、その状態で安定すると、基本的には変動しない。そのため、測定された起動時の制御量および起動から所定の時間経過後の安定している制御量に基づいて、第2の推定装置制御量yrbを推定してもよい。 Further, as described above, the second estimated apparatus controlled variable yr b basically does not fluctuate once the controlled variable y coincides with or is extremely close to the target value r and stabilizes in that state. Therefore, the second estimated apparatus controlled variable yr b may be estimated based on the measured controlled variable at startup and the stable controlled variable after a predetermined time has elapsed since startup.
(数6)から(数8)から明らかなように、第2の推定外乱制御量ydbは、計測される制御量yと、第2の推定装置制御量yrbとの差、すなわち、ydb=y-yrbである。このようにして、第2の推定外乱制御量ydbは推定される。 As is clear from (Equation 6) to (Equation 8), the second estimated disturbance controlled variable yd b is the difference between the measured controlled variable y and the second estimated device controlled variable yr b , that is, yd b = y-yr b . Thus, the second estimated disturbance control amount yd b is estimated.
本実施形態では、実施形態1における第1の推定装置制御量yraおよび第1の推定外乱制御量ydaのかわりに第2の推定装置制御量yrbおよび第2の推定外乱制御量ydbを用いて、外乱のモデルのパラメータ値を推定する。そして、実施形態1において説明した方法により、外乱の異常の検知をすることが可能である。 In this embodiment, instead of the first estimated device controlled variable yr a and the first estimated disturbance controlled variable yd a in the first embodiment, a second estimated device controlled variable yr b and a second estimated disturbance controlled variable yd b is used to estimate the parameter values of the disturbance model. Then, it is possible to detect disturbance abnormality by the method described in the first embodiment.
(実施形態3)
次に、本開示の実施形態3について図10から図14を参照しつつ説明する。図10は、実施形態3における異常検知装置2に関する制御システム100の概略構成を示すブロック図である。図10に示されるように、本実施形態における異常検知装置2の記憶部20は、実施形態1に対してさらに、異常時パラメータ値記憶領域208を備えている。異常時パラメータ値記憶領域208には、外乱に何らかの異常が生じている状態における前記外乱のモデルのm種類(mは正の整数)の外乱パラメータ値(以下、異常時の外乱パラメータ値とする。)が記憶される。本実施形態は、実施形態1に対して差異を記載しているが、実施形態2に対して適用することも当然可能である。
(Embodiment 3)
Next,
診断部23はさらに、処理部232を備えている。処理部232は、各外乱パラメータ値のベクトル化処理を行う。ベクトル化処理の対象となる、各外乱パラメータ値には、正常時パラメータ値記憶領域205に記憶された正常時における外乱のモデルの外乱パラメータ値、異常時パラメータ値記憶領域208に記憶された異常時における外乱のモデルのm種類の外乱パラメータ値が含まれる。また、各外乱パラメータ値には、パラメータ推定部22により推定される計測時の外乱パラメータ値も含まれる。処理部232におけるベクトル化処理の詳細については後述する。
診断部23は、処理部232によるベクトル化処理の結果に基づいて、外乱における異常度合いの判定を行う。外乱における異常度合いの判定の詳細については後述する。
The
表示部24は、液晶ディスプレイ等により構成され、診断部23によって判定された外乱の異常に関する情報、例えば異常度合いを表示する。
The
実施形態1および実施形態2においては、正常な外乱の外乱パラメータ値を推定して取得し、当該正常時の外乱パラメータ値と、別途推定された別の外乱に関する計測時の外乱パラメータ値と比較することで、異常を判定した。しかし、本実施形態においてはさらに、外乱に何らかの異常が発生した場合の外乱パラメータ値を予め取得し、記憶部20の異常時パラメータ値記憶領域208に記憶させておく。制御量調整器1を温度調節器として用い、制御対象3を半導体製造装置、外乱の発生をウエハ(ワーク)の投入とした態様では、ウエハ投入から所定期間内に半導体製造装置の温度が目標値に変化しない場合に異常が発生したと判定してもよい。
In
異常の原因としては様々なものが考えられるが、本実施形態では、一例として、外乱として投入されるウエハの水分量の異常が原因となって異常が発生した場合と、投入されたウエハの設置位置の適正値からのずれが原因となって異常が発生した場合に、異常発生時の外乱パラメータ値を取得して異常時パラメータ値記憶領域208に記憶させておく。
Various causes are conceivable as the cause of an abnormality, but in this embodiment, as an example, an abnormality is caused by an abnormality in the amount of moisture in a wafer that is loaded as a disturbance, and the placement of the wafer that is loaded. When an abnormality occurs due to deviation of the position from the appropriate value, the disturbance parameter value at the time of the abnormality is acquired and stored in the abnormality parameter
このように異常の原因と当該異常発生時のパラメータ値との相関関係が予めわかっていれば、毎回の使用時における外乱発生から所定期間内に推定されるパラメータ値と、異常発生時のパラメータ値との関係から、異常の原因を推定することが可能となる。外乱発生から所定期間は、例えば外乱の投入から除去までの期間である。当該期間は、例えば実施形態1と同様に、外乱トリガ信号dで表される、図4(A)から図4(E)に示す時刻t11から時刻t14までの期間が想定され、以下の説明では、計測期間とする。また、計測期間は、外乱の投入からユーザが設定する時間の経過後まで、例えば、時刻t11から、時刻t13と時刻t14との間の任意の時刻までの期間であってもよい。 If the correlation between the cause of the abnormality and the parameter value at the time of occurrence of the abnormality is known in advance, the parameter value estimated within a predetermined period from the occurrence of the disturbance during each use and the parameter value at the time of the abnormality occurrence can be calculated. , it is possible to estimate the cause of the abnormality. The predetermined period after the occurrence of the disturbance is, for example, the period from when the disturbance is applied until when it is removed. The period is assumed to be the period from time t11 to time t14 shown in FIGS. , is the measurement period. Also, the measurement period may be a period from the input of the disturbance until after the time set by the user has elapsed, for example, from time t11 to any time between time t13 and time t14.
本実施形態では、異常の原因をウエハの水分量異常とウエハの位置ずれの2種類としたが、さらに多くの異常の原因が特定できる場合には、それぞれの原因と異常発生時のパラメータ値とを記憶させておけばよい。 In this embodiment, there are two types of causes of anomalies: abnormal water content in the wafer and misalignment of the wafer. should be stored.
<ベクトル化処理>
本実施形態においては、異常発生時の外乱パラメータ値と、毎回の使用時において推定される外乱パラメータ値とについてベクトル化処理を行うことにより、異常の原因の推定を行う。以下、本実施形態におけるベクトル化処理について説明する。
<Vectorization processing>
In this embodiment, the cause of the abnormality is estimated by vectorizing the disturbance parameter value at the time of abnormality occurrence and the disturbance parameter value estimated at each time of use. The vectorization processing in this embodiment will be described below.
図11は本実施形態におけるベクトル化処理を説明するための図である。図5と同じく、図11において、縦軸を外乱のパラメータの一つであるシステムゲインK0とし、横軸をもう一つのパラメータである時定数T1とした2次元パラメータ空間を示している。制御量調整器1を温度調節器として用い、制御対象3を半導体製造装置とした態様では、システムゲインK0の単位は、偏差を、目標温度[℃]に対する目標温度[℃]と制御量(温度[℃])との差の割合[%]で表した場合、[℃/%]となる。また、時定数T1の単位は、[秒(s)]となる。
FIG. 11 is a diagram for explaining vectorization processing in this embodiment. As in FIG. 5, FIG. 11 shows a two-dimensional parameter space in which the vertical axis is the system gain K0 , which is one of the disturbance parameters, and the horizontal axis is the time constant T1, which is another parameter. In a mode in which the
図11において点A0は、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶された正常時の外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点であり、以下の説明ではこの点を正常点とする。
In FIG. 11, point A0 is a point obtained by plotting normal disturbance parameter values stored in normal parameter
図11において点A1は、記憶部20の異常時パラメータ値記憶領域208に記憶されたウエハの水分量異常が原因となった異常発生時の外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点であり、以下の説明ではこの点を水分量異常の異常モード点とする。
In FIG. 11, a point A1 is a point obtained by plotting in a two-dimensional parameter space the disturbance parameter values when an abnormality occurs due to an abnormal water content of the wafer stored in the abnormal parameter
図11において点A2は、記憶部20の異常時パラメータ値記憶領域208に記憶されたウエハの位置ずれが原因となった異常発生時の外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点であり、以下の説明ではこの点を位置ずれの異常モード点とする。
In FIG. 11, a point A2 is a point plotted in a two-dimensional parameter space of the disturbance parameter values when an abnormality occurs due to the positional deviation of the wafer stored in the abnormal parameter
図11において点Bは、計測期間において推定された推定外乱制御量と外乱トリガ信号dとに基づいて推定された外乱パラメータ値を2次元パラメータ空間にプロットした点であり、以下の説明ではこの点を計測点とする。 Point B in FIG. 11 is a point where the disturbance parameter value estimated based on the estimated disturbance control amount and the disturbance trigger signal d estimated during the measurement period is plotted in a two-dimensional parameter space. is the measurement point.
水分量異常の異常モード点A1および位置ずれの異常モード点A2は、それぞれの原因で異常が発生した場合に、正常点A0から外乱パラメータ値がどのように変化するかを表している。同様に、計測点Bは、正常点A0からの外乱パラメータ値の変化量を表している。したがって、水分量異常の異常モード点A1、位置ずれの異常モード点A2、および計測点Bの外乱パラメータ値は、正常点A0を起点としたベクトルと考えることができる。 An abnormality mode point A1 for moisture content abnormality and an abnormality mode point A2 for positional deviation represent how the disturbance parameter value changes from the normal point A0 when an abnormality occurs due to each cause. Similarly, measurement point B represents the amount of change in the disturbance parameter value from normal point A0. Therefore, the abnormal mode point A1 of the moisture content abnormality, the abnormal mode point A2 of the misalignment, and the disturbance parameter values of the measurement point B can be considered as vectors with the normal point A0 as the starting point.
以下の説明では、正常点A0を起点とした水分量異常の異常モード点A1のベクトルを水分量異常ベクトルA1とし、正常点A0を起点とした位置ずれの異常モード点A2のベクトルを位置ずれベクトルA2とする。また、正常点A0を起点とした計測点Bのベクトルを計測ベクトルBとする。 In the following description, the vector of the abnormal mode point A1 of the moisture content abnormality starting from the normal point A0 is defined as the moisture content abnormality vector A1, and the vector of the abnormal mode point A2 of the positional deviation starting from the normal point A0 is the positional deviation vector. A2. In addition, the vector of the measurement point B starting from the normal point A0 is defined as the measurement vector B.
本実施形態では、計測ベクトルBが、水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2に対して、それぞれどの程度関係しているかを判断するために、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率を算出する。 In this embodiment, in order to determine to what extent the measurement vector B is related to the moisture content abnormality vector A1 and the position deviation vector A2, respectively, the moisture content abnormality vector A1 and the position deviation vector of the measurement vector B Calculate the contribution rate to A2.
寄与率を算出するにあたっては、計測ベクトルBを水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2に対して射影し、射影したベクトルの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2に対する比率を算出する。 In calculating the contribution rate, the measurement vector B is projected onto the abnormal moisture amount vector A1 and the positional deviation vector A2, and the ratio of the projected vector to the abnormal moisture amount vector A1 and the positional deviation vector A2 is calculated.
以下、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率の算出方法を数式に基づいて説明する。 A method of calculating the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 and the positional deviation vector A2 will be described below based on mathematical expressions.
まず、正常点A0の外乱パラメータ値を(T1A0,K0A0)とし、水分量異常の異常モード点A1の外乱パラメータ値を(T1A1,K0A1)とすると、水分量異常ベクトルA1は以下のように表される。 First, when the disturbance parameter value of the normal point A0 is ( T1A0 , K0A0 ) and the disturbance parameter value of the abnormal mode point A1 of the moisture content abnormality is ( T1A1 , K0A1 ), the moisture content abnormality vector A1 is as follows. is represented as
次に、位置ずれの異常モード点A2の外乱パラメータ値を(T1A2,K0A2)とすると、位置ずれベクトルA2は以下のように表される。 Next, assuming that the disturbance parameter value of the abnormal mode point A2 of the positional deviation is ( T1A2 , K0A2 ), the positional deviation vector A2 is expressed as follows.
また、計測点Bの外乱パラメータ値を(T1B,K0B)とすると、計測ベクトルBは以下のように表される。 Further, when the disturbance parameter value of the measurement point B is (T 1B , K 0B ), the measurement vector B is expressed as follows.
なお、以下の説明では、正常点A0の外乱パラメータ値(T1A0,K0A0)を、説明の簡略化のために(0,0)とする。 In the following description, the disturbance parameter values (T 1A0 , K 0A0 ) of normal point A0 are assumed to be (0, 0) for simplification of description.
次に、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1の射影ベクトルBA1は以下のように表される。 Next, the projection vector B A1 of the moisture content abnormality vector A1 of the measurement vector B is expressed as follows.
ここで、w1は計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1への寄与率であり、寄与率w1は、以下のように表される。 Here, w1 is the contribution rate of the measurement vector B to the water content abnormality vector A1, and the contribution rate w1 is expressed as follows.
水分量異常ベクトルA1の大きさは、以下のように表される。 The magnitude of the moisture content anomaly vector A1 is expressed as follows.
射影ベクトルBA1の大きさは、射影ベクトルBA1と計測ベクトルBとのなす角αの余弦と、計測ベクトルBの大きさとから、以下の式で表すことができる。 The magnitude of the projection vector B A1 can be expressed by the following equation from the cosine of the angle α between the projection vector B A1 and the measurement vector B and the magnitude of the measurement vector B.
また、水分量異常ベクトルA1と計測ベクトルBの内積は以下の式で表すことができる。 Moreover, the inner product of the moisture content abnormality vector A1 and the measurement vector B can be represented by the following formula.
したがって、上記(数15)および(数16)の式、並びに上記(数13)より、寄与率w1は、以下のようにして求めることができる。 Therefore, the contribution rate w1 can be obtained as follows from the above equations (15) and (16) and the above (13).
同様に、計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2の射影ベクトルBA2は以下のように表される。 Similarly, the projection vector B A2 of the displacement vector A2 of the measurement vector B is expressed as follows.
ここで、w2は計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2への寄与率であり、寄与率w2は、以下のように表される。 Here, w2 is the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2, and the contribution rate w2 is expressed as follows.
位置ずれベクトルA2の大きさは、以下のように表される。 The magnitude of the positional deviation vector A2 is expressed as follows.
射影ベクトルBA2の大きさは、射影ベクトルBA2と計測ベクトルBとのなす角βの余弦と、計測ベクトルBの大きさとから、以下の式で表すことができる。 The magnitude of the projection vector B A2 can be expressed by the following equation from the cosine of the angle β formed between the projection vector B A2 and the measurement vector B and the magnitude of the measurement vector B.
また、位置ずれベクトルA2と計測ベクトルBの内積は以下の式で表すことができる。 Also, the inner product of the positional deviation vector A2 and the measurement vector B can be expressed by the following equation.
したがって、上記(数21)および(数22)の式、並びに上記(数19)より、寄与率w2は、以下のようにして求めることができる。 Therefore, the contribution rate w2 can be calculated as follows from the above equations (21) and (22) and the above (equation 19).
上述した(数17)の式および(数23)の式から明らかなように、計測点Bの外乱パラメータ値がわかれば、水分量異常の異常モード点A1および位置ずれの異常モード点A2の外乱パラメータ値に基づいて、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率を算出することができる。 As is clear from the above equations (17) and (23), if the disturbance parameter value of the measurement point B is known, the disturbance at the abnormal mode point A1 of the moisture content abnormality and the abnormal mode point A2 of the positional deviation Based on the parameter values, the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 and the positional deviation vector A2 can be calculated.
本実施形態では、(数17)の式および(数23)の式がプログラムとして記憶部20に記憶されている。処理部232は、前記プログラムにしたがって、外乱生成装置4の推定される推定外乱制御量、正常時の外乱パラメータ値、および異常時の外乱パラメータ値に基づいて、上述した寄与率の算出を行う。
In this embodiment, the formula (17) and the formula (23) are stored in the
表示部24は、上述のように算出した寄与率を表示させる。ユーザは、表示部24に表示される寄与率を見ることにより、異常が発生しているか否か、あるいは異常が発生する可能性が高いか否かを判断することができる。また、ユーザは、異常の発生または異常の発生の可能性が、どのような原因に起因しているのかを推定することができる。
The
<数値例>
次に、本実施形態の数値例の一つについて図12から図14を参照しつつ説明する。図12(A)は、各外乱パラメータ値(システムゲインK0,時定数T1)の数値例を示す図である。図12(A)のNo.1~No.3は、それぞれ正常点、水分量異常の異常モード点、位置ずれの異常モード点の外乱パラメータ値を示している。No.4~No.8は、温度調節器としての制御量調整器1、および半導体製造装置としての制御対象3に電源投入として起動させる動作を5回行い、それぞれの計測期間の所定タイミングで計測した計測点1~計測点5の外乱パラメータ値を示している。
<Numerical example>
Next, one numerical example of this embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14. FIG. FIG. 12A is a diagram showing numerical examples of each disturbance parameter value (system gain K 0 , time constant T 1 ). No. in FIG. 1 to No. 3 indicates the disturbance parameter values of the normal point, the abnormal mode point of the moisture content abnormality, and the abnormal mode point of the positional deviation. No. 4 to No. At 8, the
図12(B)は、各ベクトルの数値例を示す図である。図12(B)のNo.2およびNo.3は、それぞれ水分量異常ベクトル、および位置ずれベクトルの値を示している。No.4~No.8は、計測点1~計測点5に対応する計測ベクトル1~計測ベクトル5の値を示している。
FIG. 12B is a diagram showing a numerical example of each vector. No. in FIG. 2 and no. 3 indicate the values of the moisture content anomaly vector and the positional deviation vector, respectively. No. 4 to No. 8 indicates the values of the
図13は、図12(A)のパラメータ値を2次元パラメータに示したグラフである。図14は、上述した(数17)の式および(数23)の式から、計測ベクトル1~計測ベクトル5の水分量異常寄与率および位置ずれ寄与率を算出した結果を示す図である。
FIG. 13 is a graph showing the parameter values of FIG. 12(A) as two-dimensional parameters. FIG. 14 is a diagram showing results of calculation of the abnormal moisture amount contribution rate and the position deviation contribution rate of the
図14に示すように、計測ベクトル1については、水分量異常寄与率が40%であるが、位置ずれ寄与率は110%であり、位置ずれベクトルに対する寄与率が100%を超えている。したがって、異常発生の原因が位置ずれにあると推定することが可能となる。
As shown in FIG. 14, for
また、図14に示すように、計測ベクトル2については、水分量異常寄与率が44%、位置ずれ寄与率が89%であり、水分量異常および位置ずれについては許容範囲であることがわかる。しかし、位置ずれ寄与率は100%に近づいており、位置ずれについての対処が必要であると判断することも可能となる。
Further, as shown in FIG. 14, for
さらに、図14に示すように、計測ベクトル5については、水分量異常寄与率が48%、位置ずれ寄与率が85%であり、水分量異常および位置ずれについては許容範囲であることがわかる。しかし、水分量異常寄与率は50%に近づいており、水分量異常についての対処が必要であると判断することも可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 14, for the
以上のように、本実施形態によれば、発生した外乱に単に何らかの異常が発生しているか否かだけではなく、異常を発生させる複数の原因についての可能性を提示することができる。また、発生した外乱の特性をパラメータ化できるので、装置の経年変化だけでなく、同じ構成の装置の特性差を明確にすることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to present not only whether or not some abnormality has occurred in the disturbance that has occurred, but also the possibility of a plurality of causes for the occurrence of the abnormality. In addition, since the characteristics of the generated disturbance can be parameterized, it is possible to clarify not only the aging of the device, but also the difference in characteristics of devices having the same configuration.
(実施形態4)
次に、本開示の実施形態4について図15および図16を参照しつつ説明する。実施形態3においては、計測ベクトルBを水分量異常ベクトルA1等に対して射影し、射影したベクトルの水分量異常ベクトルA1等に対する比率を算出することにより、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1等への寄与率を算出した。しかしながら、本実施形態においては、計測ベクトルBを、位置ずれベクトルA2の成分と水分量異常ベクトルA1の成分との合成によって表現し、それぞれの成分を寄与率として算出するところが実施形態3と異なっている。
(Embodiment 4)
Next,
以下、本実施形態における計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率の算出方法を数式に基づいて説明する。図15は、実施形態4におけるベクトル化処理を説明するための図である A method of calculating the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 and the positional deviation vector A2 in this embodiment will be described below based on mathematical expressions. FIG. 15 is a diagram for explaining vectorization processing in the fourth embodiment.
本実施形態においても、正常点A0の外乱パラメータ値は(T1A0,K0A0)とし、水分量異常の異常モード点A1の外乱パラメータ値は(T1A1,K0A1)とする。また、位置ずれの異常モード点A2の外乱パラメータ値は(T1A2,K0A2)とする。水分量異常ベクトルA1は、実施形態3の(数9)に示すように表され、位置ずれベクトルA2は実施形態3の(数10)に示すように表される。また、計測点Bの外乱パラメータ値についても、実施形態3と同様に(T1B,K0B)とし、計測ベクトルBは実施形態3の(数11)に示すように表される。 Also in this embodiment, the disturbance parameter values of the normal point A0 are ( T1A0 , K0A0 ), and the disturbance parameter values of the abnormal mode point A1 of the moisture content abnormality are ( T1A1 , K0A1 ). Also, the disturbance parameter value of the abnormal mode point A2 of positional deviation is (T 1A2 , K 0A2 ). The moisture content abnormality vector A1 is expressed as shown in (Equation 9) of the third embodiment, and the positional deviation vector A2 is expressed as shown in (Equation 10) of the third embodiment. Also, the disturbance parameter value of the measurement point B is set to (T 1B , K 0B ) as in the third embodiment, and the measurement vector B is expressed as shown in (Equation 11) of the third embodiment.
なお、以下の説明では、正常点A0の外乱パラメータ値(T1A0,K0A0)を、説明の簡略化のために(0,0)とする。 In the following description, the disturbance parameter values (T 1A0 , K 0A0 ) of normal point A0 are assumed to be (0, 0) for simplification of description.
本実施形態では、まず、図15に示すように、計測ベクトルBを、位置ずれベクトルA2における成分ベクトルBA2と、水分量異常ベクトルA1における成分ベクトルBA1とに分解する。位置ずれベクトルA2における成分ベクトルBA2は、以下のように表される。 In this embodiment, first, as shown in FIG. 15, the measurement vector B is decomposed into a component vector B A2 in the positional deviation vector A2 and a component vector B A1 in the moisture content abnormality vector A1. A component vector B A2 in the displacement vector A2 is expressed as follows.
w2は計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2への寄与率であり、寄与率w2は、以下のように表される。 w2 is the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2, and the contribution rate w2 is expressed as follows.
一方、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1における成分ベクトルBA1は以下のように表される。 On the other hand, the component vector B A1 in the moisture content abnormality vector A1 of the measurement vector B is expressed as follows.
w1は計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1への寄与率であり、寄与率w1は、以下のように表される。 w1 is the contribution rate of the measurement vector B to the water content abnormality vector A1, and the contribution rate w1 is expressed as follows.
計測ベクトルBは、位置ずれベクトルA2における成分ベクトルBA2と、水分量異常ベクトルA1における成分ベクトルBA1とにより、以下のように表される。 The measurement vector B is represented as follows by a component vector B A2 in the positional deviation vector A2 and a component vector B A1 in the moisture content abnormality vector A1.
上記(数28)の式は、以下のように表すことができる。
したがって、上記(数29)より、寄与率(w1,w2)は以下のように表すことができる。
また、上記(数30)の右辺は、以下のように表すことができる。
Also, the right side of the above (Equation 30) can be expressed as follows.
したがって、寄与率(w1,w2)は以下のように表すことができる。
このように、計測点Bのパラメータ値がわかれば、水分量異常および位置ずれの各異常モード点A1,A2のパラメータ値に基づいてベクトル化処理を行い、各ベクトルに基づいて計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率を算出することができる。 In this way, if the parameter value of the measurement point B is known, vectorization processing is performed based on the parameter values of the abnormal mode points A1 and A2 of the moisture content abnormality and the positional deviation, and the moisture content of the measurement vector B is calculated based on each vector. Contributions to the quantity anomaly vector A1 and the positional deviation vector A2 can be calculated.
本実施形態では、(数32)の式がプログラムとして記憶部20に記憶されている。処理部232は、前記プログラムにしたがって、制御対象3の測定される制御量、正常時の外乱パラメータ値、および異常時の外乱パラメータ値に基づいて、上述した寄与率の算出を行う。
In this embodiment, the formula (32) is stored in the
表示部24は、上述のように算出した寄与率を表示させる。ユーザは、表示部24に表示される寄与率を見ることにより、異常が発生しているか否か、あるいは異常が発生する可能性が高いか否かを判断することができる。また、ユーザは、異常の発生または異常の発生の可能性が、どのような原因に起因しているのかを推定することができる。
The
<数値例>
次に、本実施形態の数値例の一つについて図16を参照しつつ説明する。なお、各パラメータ値(システムゲインK0,時定数T1)および各ベクトルの数値例は、実施形態3における図12(A),図12(B)と同じ数値例を用いる。
<Numerical example>
Next, one numerical example of this embodiment will be described with reference to FIG. Numerical examples of each parameter value (system gain K 0 , time constant T 1 ) and each vector are the same as those in FIGS. 12A and 12B in the third embodiment.
図16は、図12(B)に示した各ベクトルに基づいて、上記(数32)の式から計測ベクトル1~計測ベクトル5の水分量異常寄与率および位置ずれ寄与率を算出した結果を示す図である。
FIG. 16 shows the results of calculating the abnormal water content contribution rate and the position deviation contribution rate of
図16に示すように、計測ベクトル1については、水分量異常寄与率が18%であるが、位置ずれ寄与率は110%であり、位置ずれベクトルに対する寄与率が100%を超えている。したがって、異常発生の原因が位置ずれにあると推定することが可能となる。
As shown in FIG. 16, for
また、図16に示すように、計測ベクトル4については、水分量異常寄与率が26%、位置ずれ寄与率が92%であり、水分量異常および位置ずれについては許容範囲であることがわかる。しかし、位置ずれ寄与率は100%に近づいており、位置ずれについてのメンテナンスが必要であると判断することも可能となる。
Further, as shown in FIG. 16, for the
以上のように、本実施形態によれば、発生した外乱に単に何らかの異常が発生しているか否かだけではなく、異常を発生させる複数の原因についての可能性を提示することができる。また、発生した外乱をの特性をパラメータ化できるので、装置の経年変化だけでなく、同じ構成の装置の特性差を明確にすることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to present not only whether or not some abnormality has occurred in the disturbance that has occurred, but also the possibility of a plurality of causes for the occurrence of the abnormality. In addition, since the characteristics of the generated disturbance can be parameterized, it is possible to clarify not only the secular change of the device but also the difference in characteristics of devices having the same configuration.
(実施形態5)
次に、本開示の実施形態5について図17から図20を参照しつつ説明する。図17は、実施形態5における異常検知装置2に関する制御システム100の概略構成を示すブロック図である。図17に示すように、異常検知装置2は、診断部23が判定部231を備えているところが上述した実施形態と異なる。また、記憶部20は、閾値記憶領域206を備えているところが上述した実施形態と異なる。
(Embodiment 5)
Next,
上述した実施形態3および実施形態4では、診断部23の処理部232において、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1および位置ずれベクトルA2への寄与率を算出し、表示部に寄与率を出力する態様について説明した。一方、本実施形態は、処理部232から出力される寄与率に予め閾値を設定しておき、閾値を超えた場合に異常が発生したと判定するところが上述した実施形態と異なる。
In
記憶部20の閾値記憶領域206には、予め設定した水分量異常の閾値と、位置ずれの閾値を記憶させておく。閾値は、外乱パラメータ値のデータ列として記憶させてもよいし、一次関数として記憶させてもよい。
In the
判定部231は、処理部232において算出された前記寄与率と、閾値記憶領域206に記憶された閾値とを比較することにより、異常が発生しているか否かを判定する。表示部24は、判定の結果を表示する。
The determination unit 231 determines whether or not an abnormality has occurred by comparing the contribution rate calculated by the processing unit 232 and the threshold stored in the
図18は、実施形態3で説明した計測ベクトルBを水分量異常ベクトルA1等に対して射影することにより計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1等への寄与率を算出する場合の水分量異常と位置ずれの許容範囲の一例を示す図である。
FIG. 18 shows the moisture content abnormality when calculating the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 or the like by projecting the measurement vector B described in
図18においては、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1に対する寄与率が100%となる閾値ラインTh1、計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2に対する寄与率が100%となる閾値ラインTh2が示されている。また、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1に対する寄与率が-100%となる閾値ラインTh3、計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2に対する寄与率が-100%となる閾値ラインTh4が示されている。 FIG. 18 shows a threshold line Th1 at which the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 is 100%, and a threshold line Th2 at which the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2 is 100%. . Also shown are a threshold line Th3 at which the contribution rate of the measurement vector B to the abnormal moisture vector A1 is -100%, and a threshold line Th4 at which the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2 is -100%.
図18に示す例では、閾値ラインTh1から閾値ラインTh3までの範囲を水分量異常の許容範囲とし、閾値ラインTh2から閾値ラインTh4までの範囲を位置ずれの許容範囲としている。したがって、本実施形態では、判定部231は、閾値ラインTh1,Th2,Th3,Th4により囲まれる領域(各閾値ライン上を含まず)に計測点Bが入る場合には、異常なしと判定する。また、判定部231は、閾値ラインTh1,Th2,Th3,Th4および各閾値ライン外の領域に計測点Bが入る場合には、異常ありと判定する。 In the example shown in FIG. 18, the range from the threshold line Th1 to the threshold line Th3 is the allowable range for the abnormal moisture content, and the range from the threshold line Th2 to the threshold line Th4 is the allowable range for the positional deviation. Therefore, in the present embodiment, the determination unit 231 determines that there is no abnormality when the measurement point B falls within the area surrounded by the threshold lines Th1, Th2, Th3, and Th4 (not including the threshold lines). Further, the determination unit 231 determines that there is an abnormality when the measurement point B falls within the threshold lines Th1, Th2, Th3, and Th4 and the regions outside the respective threshold lines.
閾値ラインTh1,Th2,Th3,Th4は、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1または位置ずれベクトルA2に対する寄与率が100%または-100%になるラインとして設定されている。したがって、計測ベクトルBがこれらの閾値ライン上にある場合、あるいは、これらの閾値ラインを超えた場合であっても、水分量異常ベクトルA1と位置ずれベクトルA2のいずれか一方に対する寄与率だけでなく、他方に対する寄与率も明らかになる。その結果、本実施形態は、外乱パラメータ値であるシステムゲインK0と時定数T1の所定値を閾値としてそれぞれを独立して判断する場合に比べて、異常の発生原因を適切に推定することができる。 The threshold lines Th1, Th2, Th3, and Th4 are set as lines where the contribution rate of the measurement vector B to the abnormal moisture vector A1 or the positional deviation vector A2 is 100% or -100%. Therefore, even if the measurement vector B is on these threshold lines, or even if it exceeds these threshold lines, not only the contribution rate to either the water content abnormality vector A1 or the position deviation vector A2 , the contribution to the other becomes clear. As a result, the present embodiment can appropriately estimate the cause of the abnormality, compared to the case of independently determining each of the predetermined values of the system gain K0 and the time constant T1 , which are disturbance parameter values, as thresholds. can be done.
図19は、実施形態4で説明した計測ベクトルBを、位置ずれベクトルA2の成分と水分量異常ベクトルA1の成分との合成によって表現し、それぞれの成分を寄与率として算出する場合の水分量異常と位置ずれの許容範囲の一例を示す図である。 FIG. 19 shows the measurement vector B described in the fourth embodiment, expressed by combining the component of the positional deviation vector A2 and the component of the moisture content abnormality vector A1, and the moisture content abnormality when each component is calculated as the contribution rate. and FIG. 11 is a diagram showing an example of an allowable range of positional deviation.
図19においては、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1に対する寄与率が100%となる閾値ラインTh5、計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2に対する寄与率が100%となる閾値ラインTh6が示されている。また、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1に対する寄与率が-100%となる閾値ラインTh7、計測ベクトルBの位置ずれベクトルA2に対する寄与率が-100%となる閾値ラインTh8が示されている。 FIG. 19 shows a threshold line Th5 at which the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 is 100%, and a threshold line Th6 at which the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2 is 100%. . Also shown are a threshold line Th7 at which the contribution rate of the measurement vector B to the moisture content abnormality vector A1 is -100%, and a threshold line Th8 at which the contribution rate of the measurement vector B to the positional deviation vector A2 is -100%.
図19に示す例では、閾値ラインTh5から閾値ラインTh7までの範囲を水分量異常の許容範囲とし、閾値ラインTh6から閾値ラインTh8までの範囲を位置ずれの許容範囲としている。したがって、本実施形態では、判定部231は、閾値ラインTh5,Th6,Th7,Th8により囲まれる領域(各閾値ライン上を含まず)に計測点Bが入る場合には、異常なしと判定する。また、判定部231は、閾値ラインTh5,Th6,Th7,Th8および各閾値ライン外の領域に計測点Bが入る場合には、異常ありと判定する。 In the example shown in FIG. 19, the range from the threshold line Th5 to the threshold line Th7 is the allowable range for the abnormal moisture content, and the range from the threshold line Th6 to the threshold line Th8 is the allowable range for the positional deviation. Therefore, in the present embodiment, the determination unit 231 determines that there is no abnormality when the measurement point B falls within the area surrounded by the threshold lines Th5, Th6, Th7, and Th8 (not including the threshold lines). Further, the determination unit 231 determines that there is an abnormality when the measurement point B falls within the threshold lines Th5, Th6, Th7, and Th8 and the regions outside the respective threshold lines.
閾値ラインTh5,Th6,Th7,Th8は、計測ベクトルBの水分量異常ベクトルA1または位置ずれベクトルA2に対する寄与率が100%または-100%になるラインとして設定されている。したがって、計測ベクトルBがこれらの閾値ライン上にある場合、あるいは、これらの閾値ラインを超えた場合であっても、水分量異常ベクトルA1と位置ずれベクトルA2のいずれか一方に対する寄与率だけでなく、他方に対する寄与率も明らかになる。その結果、本実施形態は、外乱パラメータ値であるシステムゲインK0と時定数T1の所定値を閾値としてそれぞれを独立して判断する場合に比べて、異常の発生原因を適切に推定することができる。 The threshold lines Th5, Th6, Th7, and Th8 are set as lines where the contribution rate of the measurement vector B to the abnormal moisture vector A1 or the positional deviation vector A2 is 100% or -100%. Therefore, even if the measurement vector B is on these threshold lines, or even if it exceeds these threshold lines, not only the contribution rate to either the water content abnormality vector A1 or the position deviation vector A2 , the contribution to the other becomes clear. As a result, the present embodiment can appropriately estimate the cause of the abnormality, compared to the case of independently determining each of the predetermined values of the system gain K0 and the time constant T1 , which are disturbance parameter values, as thresholds. can be done.
図18と図19に例示したように、寄与率の算出方式によって、水分量異常と位置ずれの許容範囲としてそれぞれ異なる許容範囲を設定し得る。ユーザは使用目的に応じて、実施形態3で説明した寄与率の算出方式(以下、第1の方式とする)、若しくは実施形態4で説明した寄与率の算出方式(以下、第2の方式とする)、またはその両方を選択してもよい。 As illustrated in FIGS. 18 and 19, different allowable ranges can be set as the allowable ranges for the moisture content anomaly and the positional deviation depending on the calculation method of the contribution rate. Depending on the purpose of use, the user can use the contribution rate calculation method described in Embodiment 3 (hereinafter referred to as the first method) or the contribution rate calculation method described in Embodiment 4 (hereinafter referred to as the second method). ), or both.
第1の方式と第2の方式には、それぞれ利点および欠点がある。第1の方式の利点は、異常の原因となる要素の数に制限がないことである。パラメータの数、すなわちn次元空間における次元数nに関わりなく、異常の原因となる要素として複数の要素を設定することができる。第1の方式の欠点は、パラメータの変化が直交しない原因により異常が同時発生すると、何を検知しているのは分からないことである。 The first and second schemes each have advantages and disadvantages. The advantage of the first scheme is that there is no limit to the number of factors that can cause anomalies. Regardless of the number of parameters, that is, the number of dimensions n in the n-dimensional space, multiple elements can be set as the factors that cause anomalies. A drawback of the first method is that it is unknown what is being detected when anomalies occur simultaneously due to non-orthogonal parameter changes.
これに対して、第2の方式の利点は、パラメータの変化が直交しない原因により異常が同時発生しても、異常の発生を検知できることである。第2の方式の欠点は、異常の原因となる要素の数が、パラメータの次元数、すなわちn次元空間における次元数n以下の種類しか設定できないことである。例えば、上述した実施形態のように、パラメータがK0、T1の2次元である場合には、2種類までの原因による異常しか検出できない。 On the other hand, the advantage of the second method is that even if anomalies occur simultaneously due to non-orthogonal parameter changes, the occurrence of anomalies can be detected. A drawback of the second method is that the number of elements that cause anomalies can only be set to types that are less than or equal to the number of dimensions of the parameter, that is, the number of dimensions n in an n-dimensional space. For example, as in the above-described embodiment, if the parameters are two-dimensional K 0 and T 1 , only up to two causes of abnormality can be detected.
したがって、ユーザは、使用目的や状況に応じて、寄与率の算出方式を適宜選択することが好ましい。 Therefore, it is preferable for the user to appropriately select the contribution rate calculation method according to the purpose of use and the situation.
<動作例>
次に、本実施形態における異常検知装置2に関する制御システム100の動作例について、図20のフローチャートを参照しつつ説明する。図20は、本実施形態における異常検知装置2に関する制御システム100の動作例を示すフローチャートである。
<Operation example>
Next, an operation example of the
上述したように、本実施形態の異常検知装置2においては、予め水分量異常の異常モード点A1および位置ずれの異常モード点A2の外乱パラメータ値を記憶部20の異常時パラメータ値記憶領域208に記憶させておく。また、正常点A0の外乱パラメータ値を記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させておく。
As described above, in the
まず、本実施形態の制御システム100に電源が投入されると、例えば診断部23の処理部232は、所定の期間において制御対象3の制御量yを計測する(図20:S50)。次に、処理部232は、制御量調整器1の操作量uと、制御対象3の制御量yとに基づいて、制御対象3のモデルの制御対象パラメータ値を取得する(図20:S51)。
First, when the
操作量u、制御量yが安定した後、外乱生成装置4は外乱を発生させる(図20:S52)。そして、外乱波形推定部21は、制御対象3のモデルと、操作量uとから第1の推定装置制御量yraを算出し、当該第1の推定装置制御量yraと、制御量yとから、さらに第1の推定外乱制御量ydaを推定する(図20:S53)。
After the manipulated variable u and the controlled variable y are stabilized, the
次に、パラメータ推定部22は、第1の推定外乱制御量ydaと、外乱トリガ信号dとから外乱のモデルのパラメータ値を推定する(図20:S54)。正常点A0の外乱パラメータ値を記憶していない場合、推定された外乱パラメータ値を正常点A0の外乱パラメータ値として学習させ、記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させてもよい(図20:S55、S551)。この場合、上述したベクトル化処理を行い、(数17)の式および(数23)の式をプログラムとして記憶部20に記憶させる(図20:S552)。記憶後、S52へと戻る。また、予め正常な外乱における制御量等を計測することで、正常点A0の外乱パラメータ値を記憶部20の正常時パラメータ値記憶領域205に記憶させて、上述したベクトル化処理を予め行い、(数17)の式および(数23)の式をプログラムとして記憶部20に記憶させておいてもよい。
Next, the
正常点A0の外乱パラメータ値が記憶されている場合、処理部232は、推定された外乱パラメータ値を計測点Bの外乱パラメータ値として、(数17)の式および(数23)の式に基づいて、それぞれの寄与率を算出する(図20:S56)。当該計測時の外乱パラメータ値が正常時の外乱パラメータ値から設定される所定の閾値を超えた場合、外乱が異常であると判定し、所定の閾値内である場合、外乱は異常でない、外乱が正常であると判定する(図20:S57)。外乱が異常であると判定された場合、表示部24は算出された寄与率を表示させる(図20:S58)。外乱が異常であると判定されなかった場合、S52へと戻り、当該処理を実行する。以上のように、本実施形態においては、制御システム100に電源が投入されるごとに、図20に示す動作が行われ、寄与率の算出が行われ、外乱が異常である場合には表示が行われる。
When the disturbance parameter value of the normal point A0 is stored, the processing unit 232 uses the estimated disturbance parameter value as the disturbance parameter value of the measurement point B based on the equations (17) and (23). Then, each contribution rate is calculated (FIG. 20: S56). If the disturbance parameter value at the time of measurement exceeds a predetermined threshold value set from the disturbance parameter value at normal time, it is determined that the disturbance is abnormal, and if it is within the predetermined threshold value, the disturbance is not abnormal. It is judged to be normal (FIG. 20: S57). If the disturbance is determined to be abnormal, the
本実施形態において、異常と判定されなかった場合にS12へと戻り、次の外乱を発生させる方法で記載しているが、異常と判定された場合であっても、表示部24に表示させ、かつS12へと戻り、次の外乱を発生させるように動作させてもよい。また、異常と判定された場合に表示する方法で記載されているが、異常の有無に関係なく、寄与率を算出する毎に当該寄与率を表示部24に表示させてもよい。
In the present embodiment, the process returns to S12 when it is not determined to be abnormal, and the method of generating the next disturbance is described. Then, the process may be returned to S12 to generate the next disturbance. Moreover, although the method of displaying when it is determined that there is an abnormality is described, the contribution rate may be displayed on the
(実施形態6)
次に、本開示の実施形態6について図21および図22を参照しつつ説明する。図21は、本実施形態において2次元パラメータ空間に3種類の異常の原因の外乱パラメータ値をプロットした例を示す図である。
(Embodiment 6)
Next,
本実施形態では、パラメータの数が2個、すなわち2次元空間において、異常モード点の数が3個の場合において、第1の方式によって寄与率を算出する。 In this embodiment, the contribution rate is calculated by the first method when the number of parameters is two, that is, when the number of abnormal mode points is three in a two-dimensional space.
図21において、正常点A0、および異常モード点A1,A2、ならびに計測点Bの外乱パラメータ値は、上述した実施形態と同様である。図21においては、水分量異常、および位置ずれ以外の3番目の要素が原因となって異常が発生した場合の異常モード点A3がプロットされている。 In FIG. 21, the normal point A0, the abnormal mode points A1 and A2, and the disturbance parameter values at the measurement point B are the same as in the above embodiment. In FIG. 21, an abnormality mode point A3 is plotted when an abnormality is caused by the third factor other than the moisture content abnormality and the positional deviation.
このような場合でも、計測ベクトルBの異常モードベクトルA3の射影ベクトルBA3を実施形態1で説明した方法で求め、計測ベクトルBの異常モードベクトルA3に対する寄与率を求めることができる。このように、第1の方式を用いると、異常モード点の数がパラメータの数より多くても、寄与率を算出することができる。 Even in such a case, the projection vector B A3 of the abnormal mode vector A3 of the measurement vector B can be obtained by the method described in the first embodiment, and the contribution ratio of the measurement vector B to the abnormal mode vector A3 can be obtained. As described above, the use of the first method makes it possible to calculate the contribution rate even if the number of abnormal mode points is greater than the number of parameters.
図22は、本実施形態において、3次元パラメータ空間に3種類の異常モード点の外乱パラメータ値をプロットした例を示す図である。図22に示す例では、パラメータの数が3個、すなわち3次元空間において、異常モード点の数が3個の場合に、第1の方式によって寄与率を算出する。パラメータの数が3個となるモデルとしては、例えば以下の(数33)で表されるモデルが考えられる。 FIG. 22 is a diagram showing an example in which disturbance parameter values of three types of abnormal mode points are plotted in a three-dimensional parameter space in this embodiment. In the example shown in FIG. 22, the contribution rate is calculated by the first method when the number of parameters is three, that is, when the number of abnormal mode points is three in the three-dimensional space. As a model with three parameters, for example, a model represented by the following (Equation 33) can be considered.
図22にて示すように、モデルのパラメータ数が増えたとしても、実施形態3において説明した方法により、寄与率を算出することができる。また、詳細は図示しないが、この実施形態の場合、異常モード点の数がモデルのパラメータ数を超えていないため、第2の方式によっても、寄与率の算出は可能である。 As shown in FIG. 22, even if the number of model parameters increases, the contribution rate can be calculated by the method described in the third embodiment. Further, although details are not shown, in the case of this embodiment, the number of abnormal mode points does not exceed the number of parameters of the model, so the contribution rate can be calculated by the second method as well.
図23は、本実施形態において3次元パメータ空間に3種類の異常モード点の外乱パラメータ値をプロットした他の例を示す図である。図23に示す例では、パラメータの数が3個、すなわち3次元空間において、異常モード点の数が3個の場合に、第2の方式によって寄与率を算出する。この場合においても、パラメータの数が3個となるモデルとしては、上述した(数33)で表されるモデルが考えられる。当然、これらの上記されているパラメータ数、異常モードの数およびモデルは例示的なものであり、上記に限定されない。 FIG. 23 is a diagram showing another example in which disturbance parameter values of three types of abnormal mode points are plotted in the three-dimensional parameter space in this embodiment. In the example shown in FIG. 23, the contribution rate is calculated by the second method when the number of parameters is three, that is, when the number of abnormal mode points is three in the three-dimensional space. Also in this case, the model represented by the above-mentioned (Formula 33) can be considered as a model with three parameters. Of course, these above-mentioned numbers of parameters, number of abnormal modes and models are exemplary and not limiting.
(実施形態7)
次に、本開示に係る実施形態7について図24を参照しつつ説明する。図24は、本実施形態における閾値の決定方法を説明するための図である。上述した実施形態においては、水分量異常および位置ずれの異常モード点の外乱パラメータ値を、それぞれ水分量異常および位置ずれの許容範囲の閾値とした態様について説明した。しかし、本実施形態においては、以下の(数34)に示す数式を用いて許容範囲の閾値を設定するところが上述した実施形態と異なる。
(Embodiment 7)
Next,
上記(数34)の数式において、Vrefは、図24に示すように、正常点を基準とした異常モード点のベクトルの長さであり、Vrepは、図24に示すように、正常点を基準とした正常の範囲に含まれる代表点のベクトルの長さである。代表点は、正常な状態で外乱パラメータ値を複数回計測し、計測された正常点の外乱パラメータ値の標準偏差σに基づいた3σとなる値を使用してもよいし、計測された正常点の外乱パラメータ値の最大値を使用してもよい。また、前回計測した外乱パラメータ値を正常点としてもよいし、現時点からP回前(Pは正の整数)までの外乱パラメータ値の移動平均を使用してもよい。係数kは、予め設定された係数である。 In the above (Formula 34), Vref is the length of the vector of the abnormal mode point with reference to the normal point as shown in FIG. 24, and Vrep is the length of the vector of the normal point as shown in FIG. is the length of the vector of the representative points included in the normal range. For the representative point, the disturbance parameter value is measured multiple times in a normal state, and a value that is 3σ based on the standard deviation σ of the disturbance parameter value of the measured normal point may be used, or the measured normal point may be used. Also, the disturbance parameter value measured last time may be set as the normal point, or the moving average of the disturbance parameter values from the current time to P times before (P is a positive integer) may be used. Coefficient k is a preset coefficient.
上記(数34)の数式および図24に示すように、閾値Vthは、異常モード点のベクトルの長さVrefと代表点のベクトルの長さVrepの差分に係数kを掛けたものと、代表点のベクトルの長さVrepとを加算することにより求められる。 24, the threshold value Vth is obtained by multiplying the difference between the length Vref of the vector of the abnormal mode point and the length Vrep of the vector of the representative point multiplied by the coefficient k, is obtained by adding the length Vrep of the vector of .
このようにして異常の発生原因となる水分量異常等の許容範囲の閾値を決定することにより、異常発生前に、異常を発生させる可能性が高い水分量異常等の原因を適切に推定することができる。 In this way, by determining the threshold value of the allowable range of the moisture content abnormality, etc., which causes the abnormality, it is possible to appropriately estimate the cause of the moisture content abnormality, etc., which is likely to cause the abnormality before the abnormality occurs. can be done.
(実施形態8)
次に、本開示の実施形態8について、図25から図28を参照しつつ説明する。図25は、実施形態8における異常検知装置2に関する制御システム100の概略構成を示すブロック図である。
(Embodiment 8)
Next,
上述した実施形態においては、操作量u、および制御量yから外乱制御量を推定することで、外乱の異常を検知する態様について説明した。本実施形態は、制御量yを計測する必要なく、操作量uを用いて外乱の異常を検知する態様であるところが上述した実施形態と異なる。 In the above-described embodiment, an aspect of detecting a disturbance abnormality by estimating the disturbance control amount from the operation amount u and the control amount y has been described. The present embodiment is different from the above-described embodiments in that it detects an abnormality in disturbance using the manipulated variable u without the need to measure the controlled variable y.
制御対象3の制御量yが目標値rと一致または極めて近い状態で安定すると、制御量調整器1の操作量uも一定の値で安定した状態(すなわち、整定した状態)を保つ。この操作量を整定操作量usとする。操作量が整定しているときに外乱が投入されると、制御量yと目標値rとの間に差異が生じるため、操作量uは整定操作量usから変動する。制御量yの変動量に応じて操作量uの変動量が定まるため、これらの変動量の間には相関がある。そのため、正常な外乱における操作量uの変動量を取得しておき、操作量uを監視し、整定操作量usから変動量を算出することで、正常時の変動量と比較して外乱の異常を検出することができる。
When the controlled variable y of the controlled
図25に示すように、実施形態8における制御システム100は、異常検知装置2が外乱波形推定部21およびパラメータ推定部22を備えておらず、その代わりに操作量変動算出部25を備えているところが実施形態1と異なる。
As shown in FIG. 25, in the
記憶部20は、操作量記憶領域202、整定操作量記憶領域209、外乱トリガ信号記憶領域204、正常時操作量変動記憶領域210、閾値記憶領域206を備える。上述した整定操作量usは、整定操作量記憶領域209に記憶される。整定操作量usは、例えば、制御システム100を起動して一定期間経過後(例えば、システム起動直後の操作量が最大で継続する期間の経過後)、外乱が投入される前に、操作量uが一定期間変動しないときに計測された操作量としてもよい。また、制御量yを計測して、制御システム100を起動後、外乱が生じる前に、操作量uおよび制御量yが一定期間変動しないときに計測された操作量としてもよい。また、外乱発生入直前の操作量としてもよい。正常時操作量変動記憶領域210には、後述する正常な外乱時の操作量変化量の積分値が記憶される。閾値記憶領域206には、操作量変化量の積分値に関して異常であると判定する第2の閾値を記憶させる。当該閾値は、ユーザによって設定されてもよいし、正常時の操作量変化量の積分値に対する差または割合として設定されてもよい。
The
操作量変動算出部25は、CPU等から構成される。本実施形態における操作量変動算出部25は、操作量uと、整定操作量usと、外乱トリガ信号とに基づいて、整定操作量usに対する操作量の変化量の積分値を算出する。算出する期間は、外乱トリガ信号が入力されている期間でもよいし、外乱トリガ信号の入力後、ユーザの設定に応じた一定時間としてもよい。
The manipulated
診断部23は、計測時の操作量変化量の積分値と閾値とを比較することにより、異常が発生しているか否かを判定する。表示部24は、判定の結果を表示する。
The
図26(A)から図26(C)は、本実施形態における操作量等を表すグラフである。図26(A)は、図4(B)の一部を示すグラフであり、操作量uの一例を表す。図26(B)は、図4(C)の一部を示すグラフであり、実施形態1における第1の推定装置制御量yraの一例を表す。図26(C)は、図4(E)の一部を示すグラフであり、外乱トリガ信号dの一例を表す。 FIGS. 26A to 26C are graphs showing manipulated variables and the like in this embodiment. FIG. 26(A) is a graph showing part of FIG. 4(B) and represents an example of the manipulated variable u. FIG. 26(B) is a graph showing part of FIG. 4(C) and represents an example of the first estimated device controlled variable yr a in the first embodiment. FIG. 26(C) is a graph showing part of FIG. 4(E) and represents an example of the disturbance trigger signal d.
図26(A)から図26(C)における時間軸は互いに対応している。0~t21の期間は、装置起動時から外乱が発生するまでの期間である。t21において、外乱トリガ信号dが外乱生成装置4に入力されると、実施形態1において記載しているように、操作量uが増加する。所定の期間経過後、例えば、t22において、制御量yが目標値rに一致または極めて接近することで、操作量uは一定値を保つ。
The time axes in FIGS. 26A to 26C correspond to each other. A period from 0 to t21 is a period from when the device is started until a disturbance occurs. At t21, when the disturbance trigger signal d is input to the
図26(A)および図26(B)において斜線で表されたそれぞれの領域が、外乱の投入によって変動した領域である。上述したように、これらの領域の間には相関がある。また、図26(A)から明らかなように、操作量変化量の積分値とは、整定操作量usと操作量変化量とで表すことができる面積である。この領域は、例えば、t21で表される外乱トリガ信号dが入力されたときから、t23で表されている操作量uが一定値で安定している期間を用いてもよい。また、図示されていないが、外乱トリガ信号の入力後、停止するまでの期間を用いてもよい。整定操作量usに対応する第1の推定装置制御量をyrasとする。この場合、図26(B)から明らかなように、第1の整定推定装置制御量yrasと第1の推定装置制御量の変化量とで表すことができる面積が、第1の推定装置制御量の変化量の積分値である。 Each shaded area in FIGS. 26A and 26B is an area fluctuated due to the input of the disturbance. As mentioned above, there is a correlation between these regions. Further, as is clear from FIG. 26A, the integrated value of the manipulated variable change amount is an area that can be represented by the settling manipulated variable u s and the manipulated variable change amount. For this region, for example, a period from when the disturbance trigger signal d represented by t21 is input to when the manipulated variable u represented by t23 is stable at a constant value may be used. Also, although not shown, a period from when the disturbance trigger signal is input until it stops may be used. Let yra as be the first estimated apparatus controlled variable corresponding to the settling manipulated variable u s . In this case, as is clear from FIG. It is the integrated value of the amount of change in quantity.
<異常判定>
本実施形態においては、外乱の正常時における操作量変化量の積分値と、外乱発生時に算出される操作量変化量の積分値とを比べることにより、異常の判定を行う。以後、外乱発生時に算出される操作量変化量の積分値を計測時の操作量変化量の積分値と称する。以下、本実施形態における異常判定の処理について説明する。
<Abnormal judgment>
In this embodiment, abnormality is determined by comparing the integrated value of the manipulated variable change amount when the disturbance is normal and the integrated value of the manipulated variable change amount calculated when the disturbance occurs. Hereinafter, the integrated value of the manipulated variable variation calculated when the disturbance occurs is referred to as the integrated value of the manipulated variable variation during measurement. The abnormality determination processing in this embodiment will be described below.
図27は、本実施形態における、計測時の操作量変化量の積分値の算出結果の一例を表すグラフである。横軸は、それぞれの外乱を表し、縦軸は、外乱毎の操作量変化量の積分値を表す。二本の破線はそれぞれ、閾値の上限と下限である。診断部23の判定部231は、計測時の操作量変化量の積分値がこれらの範囲内に収まらない場合、異常と判定してもよい。当該閾値は、例えば、正常な外乱における操作量変化量の積分値を取得し、当該正常時の操作量変化量の積分値に基づいて、設定することができる。
FIG. 27 is a graph showing an example of the calculation result of the integrated value of the manipulated variable change amount during measurement in this embodiment. The horizontal axis represents each disturbance, and the vertical axis represents the integrated value of the manipulated variable change amount for each disturbance. The two dashed lines are the upper and lower threshold limits, respectively. The determination unit 231 of the
<動作例>
次に、本実施形態における異常検知装置2に関する制御システム100の動作例について、図28のフローチャートを参照しつつ説明する。図28は、本実施形態における異常検知装置2に関する制御システム100の動作例を示すフローチャートである。
<Operation example>
Next, an operation example of the
まず、本実施形態の制御システム100に電源が投入されると、制御量yを目標値rへ近づけるように、操作量uが制御される(図28:S80)。操作量の整定後、記憶部20の操作量記憶領域202に整定操作量usが記憶される(図28:S81)。
First, when the
次に、外乱生成装置4が外乱を発生させる(図28:S82)。そして、整定操作量usに対する制御量調整器1の操作量uの変化量の積分値を算出する(図28:S83)。
Next, the
正常時の操作量変化量の積分値を記憶していない場合、当該外乱による操作量変化量の積分値を、当該積分値を正常時の操作量変化量の積分値として正常時操作量変動記憶領域210に記憶させてもよい(図28:S84、S841)。記憶後、S82へと戻る。また、予め正常な外乱における操作量等を計測することで正常時の操作量変化量の積分値を算出し、正常時操作量変動記憶領域210に記憶させてもよい。
If the integrated value of the amount of change in the operation amount under normal conditions is not stored, the integrated value of the amount of change in the operation amount due to the disturbance is stored as the integral value of the amount of change in the operation amount under normal conditions. It may be stored in the area 210 (FIG. 28: S84, S841). After storing, the process returns to S82. Further, by measuring the manipulated variable or the like in normal disturbance in advance, the integrated value of the normal manipulated variable change amount may be calculated and stored in the normal manipulated variable
正常時の操作量変化量の積分値が記憶されている場合、算出された操作量変化量の積分値を計測時の操作量変化量の積分値として、診断部23の判定部231は、正常時の操作量変化量の積分値と比較する(図28:S85)。判定部231は、所定の閾値を超えた場合、外乱は異常であると判定し、所定の閾値である場合、外乱は異常でない、つまり正常であると判定する(図28:S86)。外乱が正常な場合、S82へと戻る。異常と判定された場合、表示部24に、例えば外乱が異常である旨を表示し、終了する(図28:S87)。
When the integrated value of the amount of change in the manipulated variable in the normal state is stored, the determination unit 231 of the
本実施形態において、異常と判定されなかった場合にS82へと戻り、次の外乱を発生させる方法で記載しているが、異常と判定された場合であっても、表示部24に表示させ、かつS82へと戻り、次の外乱を発生させるように動作させてもよい。また、判定部231が所定の閾値に基づいて異常/正常を判定しているが、判定部231が判定せずに診断部23が計測時の操作量変化量の積分値に基づいて異常について評価し、表示部24での表示に基づいてユーザが判断するように動作させてもよい。
In the present embodiment, when it is determined that there is no abnormality, the process returns to S82, and the method of generating the next disturbance is described. Then, the process may return to S82 and operate to generate the next disturbance. In addition, although the determination unit 231 determines abnormality/normality based on a predetermined threshold value, the
本実施形態において、操作量変化量の積分値を用いて異常を検知しているが、これ以外の方法でもよい。例えば、操作量uの変化量を用いて異常を検知してもよい。図26(A)のucは、操作量が外乱の発生によって変動した変化量を表す。図26(B)のyrcは、第1の推定装置制御量yが外乱の発生によって変動した変化量を表す。これらの値の間には相関がある。また、図26(A)から明らかなように、操作量変化量とは、整定操作量usと外乱発生後に操作量が安定した値との差である。図26(B)から明らかなように、第1の推定装置制御量yの変化量は、第1の整定推定装置制御量yrasと、外乱発生後に第1の推定装置制御量yが安定した値との差である。 In this embodiment, an abnormality is detected using the integrated value of the amount of change in the manipulated variable, but other methods may be used. For example, an abnormality may be detected using the amount of change in the manipulated variable u. uc in FIG. 26A represents the amount of change in the manipulated variable due to the occurrence of disturbance. yrc in FIG. 26(B) represents the amount of change in the first estimated device controlled variable y due to the occurrence of disturbance. There is a correlation between these values. Further, as is clear from FIG. 26A, the amount of change in the manipulated variable is the difference between the settling manipulated variable u s and the value at which the manipulated variable stabilizes after the occurrence of the disturbance. As is clear from FIG. 26(B), the amount of change in the first estimator controlled variable y is the first settling estimator controlled variable yrs and the first estimator controlled variable y stabilized after the occurrence of the disturbance. value.
上記した実施形態と同じように。正常な外乱における操作量変化量を取得するなどによって、閾値を設定することで、計測された操作量変化量から外乱の異常の有無を判定することができる。 As with the embodiments described above. By setting a threshold such as by acquiring the amount of change in the manipulated variable in a normal disturbance, it is possible to determine whether there is an abnormality in the disturbance from the measured amount of change in the manipulated variable.
以上のように、本実施形態によれば、断続的に発生する外乱について、当該外乱が異常であるか否かを、制御対象3や外乱のモデルを作成することなく、判定することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine whether intermittent disturbance is abnormal or not without creating a model of the controlled
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various improvements and design changes are possible without departing from the gist of the present invention.
以上のように、本開示に係る技術によれば、断続的に発生する外乱についての異常の有無を容易に推定することができ、その結果、ユーザは外乱に異常が生じた場合に効率的に対応できるようになる。 As described above, according to the technology according to the present disclosure, it is possible to easily estimate the presence or absence of an abnormality in disturbance that occurs intermittently. be able to cope.
1 制御量調整器
2 異常検知装置
3 制御対象
4 外乱生成装置
20 記憶部
21 外乱波形推定部
22 パラメータ推定部
23 診断部
24 表示部
100 制御システム
201 モデル記憶領域
202 操作量記憶領域
203 制御量記憶領域
204 外乱トリガ信号記憶領域
205 正常時パラメータ値記憶領域
206 閾値記憶領域
231 判定部
1
Claims (18)
前記外乱制御量のモデルと、前記外乱制御量のモデルにおける外乱のパラメータとを記憶する記憶部と、
前記制御量と、前記制御量から前記外乱制御量を減算した値である装置制御量を算出した推定装置制御量とから、推定外乱制御量を推定する外乱制御量波形推定部と、
前記外乱トリガ信号に基づいて所定の計測期間において前記推定外乱制御量を算出し、計測時の外乱のパラメータ値を推定するパラメータ推定部と、
前記計測時の外乱のパラメータ値に基づいて前記外乱の異常を評価する診断部と、を備える、
異常検知装置。 A parameter of a model of the controlled object is estimated based on the manipulated variable output by the controlled variable adjuster and the controlled variable output by the controlled object, and the manipulated variable, the controlled variable, and the disturbance generator are inputted. An anomaly detection device for estimating a parameter of a model of a disturbance control amount caused by the disturbance based on a disturbance trigger signal that generates a disturbance, and detecting an anomaly of the disturbance based on the parameter,
a storage unit that stores the model of the disturbance control amount and parameters of the disturbance in the model of the disturbance control amount;
a disturbance controlled variable waveform estimator for estimating an estimated disturbance controlled variable from the controlled variable and an estimated device controlled variable calculated by subtracting the disturbance controlled variable from the controlled variable;
a parameter estimating unit that calculates the estimated disturbance control amount in a predetermined measurement period based on the disturbance trigger signal and estimates a parameter value of the disturbance during measurement;
a diagnostic unit that evaluates the abnormality of the disturbance based on the parameter value of the disturbance during the measurement;
Anomaly detection device.
請求項1に記載の異常検知装置。 The disturbance model is a transfer function determined based on the measured disturbance trigger signal and the calculated estimated disturbance control amount, and the disturbance parameters are coefficients of a numerator polynomial and a denominator polynomial of the transfer function. do,
The abnormality detection device according to claim 1.
請求項1に記載の異常検知装置。 The disturbance model is a transfer function determined based on the measured disturbance trigger signal and the calculated estimated disturbance control amount, and the disturbance parameter is the root of the numerator polynomial and denominator polynomial of the transfer function, or the inverse of the root characterized by using
The abnormality detection device according to claim 1.
前記パラメータ推定部は、前記第1の推定外乱制御量および前記外乱トリガ信号から、前記計測時の外乱のパラメータ値を推定する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の異常検知装置。 The disturbance controlled variable waveform estimation unit estimates a first estimated disturbance controlled variable by subtracting a first estimated device controlled variable calculated from the controlled object model and the manipulated variable from the controlled variable. death,
The parameter estimator estimates a parameter value of the disturbance during the measurement from the first estimated disturbance control amount and the disturbance trigger signal.
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 3.
前記パラメータ推定部は、前記第2の推定外乱制御量および前記外乱トリガ信号から、前記計測時の外乱のパラメータ値を推定する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の異常検知装置。 The disturbance controlled variable waveform estimating unit estimates a second estimated disturbance controlled variable by subtracting a second estimated apparatus controlled variable, which is a component of the controlled variable from which fluctuation due to disturbance is removed, from the controlled variable. death,
The parameter estimator estimates a parameter value of the disturbance during the measurement from the second estimated disturbance control amount and the disturbance trigger signal.
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 3.
前記診断部はさらに、前記正常時における外乱のパラメータ値から第1の閾値範囲を設定し、前記計測時の外乱のパラメータ値が前記第1の閾値範囲に存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する判定部を備える、請求項4または請求項5に記載の異常検知装置。 The storage unit further stores a parameter value of the disturbance when the disturbance is normal,
The diagnosis unit further sets a first threshold range from the disturbance parameter value in the normal state, and determines whether the disturbance parameter value in the measurement is within the first threshold range. 6. The abnormality detection device according to claim 4, further comprising a determination unit for determining an abnormality of.
前記記憶部はさらに、前記外乱の正常時における外乱のパラメータ値と、前記外乱の異常時におけるm種類(mは正の整数)の外乱のパラメータ値を記憶し、
前記診断部はさらに、n個の外乱のモデルのパラメータ数に対応するn次元パラメータ空間で、前記正常時における外乱のパラメータ値に対応する正常点と、前記異常時におけるm種類の外乱のパラメータ値にそれぞれ対応し、前記異常の原因と関連付けられたm個の異常モード点とを位置付けるとともに、前記計測時の外乱のパラメータ値に対応する計測点を位置付け、前記正常点から前記計測点へ向かう計測ベクトルと、前記正常点から各異常モード点へ向かう各異常モード点ベクトルとを設定し、前記計測ベクトルの前記各異常モード点ベクトルへの寄与率を評価する処理部を有し、前記寄与率に基づいて、前記外乱の異常の度合いを前記原因ごとに診断する、
請求項4または請求項5に記載の異常検知装置。 The number of parameters of the disturbance is n (n is a positive integer),
The storage unit further stores a disturbance parameter value when the disturbance is normal and m kinds of disturbance parameter values (m is a positive integer) when the disturbance is abnormal,
The diagnosis unit further includes, in an n-dimensional parameter space corresponding to the number of parameters of n disturbance models, a normal point corresponding to the parameter value of the disturbance in the normal state and m types of disturbance parameter values in the abnormal state. respectively, and position m abnormal mode points associated with the cause of the abnormality, position a measurement point corresponding to the parameter value of the disturbance during the measurement, and measure from the normal point to the measurement point A processing unit that sets a vector and each abnormal mode point vector directed from the normal point to each abnormal mode point, and evaluates a contribution rate of the measurement vector to each abnormal mode point vector, wherein the contribution rate is Based on, diagnose the degree of abnormality of the disturbance for each cause,
The abnormality detection device according to claim 4 or 5.
請求項7に記載の異常検知装置。 The processing unit evaluates the contribution rate by calculating the cosine of the angle formed by the measurement vector and each abnormal mode point vector.
The abnormality detection device according to claim 7.
請求項7に記載の異常検知装置。 The processing unit evaluates the contribution rate by decomposing the measurement vector with each abnormal mode point vector,
The abnormality detection device according to claim 7.
前記診断部は、前記許容範囲に前記計測点が存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する判定部を備える、
請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の異常検知装置。 The processing unit sets the outline of the allowable range of the degree of abnormality in the n-dimensional parameter space as a threshold line of the parameter at which the contribution rate is constant,
The diagnosis unit includes a determination unit that determines an abnormality of the disturbance according to whether or not the measurement point exists within the allowable range.
The abnormality detection device according to any one of claims 7 to 9.
Vth=(Vref-Vrep)×k+Vrep
前記診断部は、前記許容範囲に前記計測点が存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する判定部を備える、
請求項10に記載の異常検知装置。 The processing unit sets the length of each abnormal mode point vector to Vref, the length of the vector of the representative point included in the normal range from the normal point to Vrep, and the predetermined coefficient to k. Calculate the threshold Vth, which is the outline of the allowable range of degree, by the following formula,
Vth=(Vref−Vrep)×k+Vrep
The diagnosis unit includes a determination unit that determines an abnormality of the disturbance according to whether or not the measurement point exists within the allowable range.
The abnormality detection device according to claim 10.
制御対象が出力する制御量が安定した状態での操作量である整定値を記憶する記憶部と、
前記操作量と、前記整定値と、前記外乱トリガ信号とに基づいて、外乱の計測時の操作量変動を算出する操作量変動算出部と、
前記計測時の操作量変動の異常を判定する診断部とを備え、
前記記憶部は、外乱の正常時における操作量変動を記憶し、
前記診断部は、前記正常時における操作量変動から第2の閾値範囲を設定し、前記計測時の操作量変動が前記第2の閾値範囲に存在するか否かに応じて前記外乱の異常を判定する、
異常検知装置。 An abnormality detection device for detecting an abnormality in the disturbance based on a manipulated variable output by a control amount adjuster and a disturbance trigger signal input to a disturbance generation device to generate the disturbance,
a storage unit that stores a set value that is a manipulated variable in a state where the controlled variable output by the controlled object is stable;
a manipulated variable variation calculation unit that calculates a manipulated variable variation during disturbance measurement based on the manipulated variable, the set value, and the disturbance trigger signal;
a diagnostic unit that determines an abnormality in the manipulated variable variation during the measurement,
The storage unit stores the operation amount fluctuation when the disturbance is normal,
The diagnosis unit sets a second threshold range from the operation amount fluctuation in the normal state, and detects an abnormality of the disturbance according to whether or not the operation amount fluctuation at the time of measurement is within the second threshold range. judge,
Anomaly detection device.
前記外乱制御量のモデルと、前記外乱制御量のモデルにおける外乱のパラメータとを記憶部に記憶させるステップと、
外乱制御量波形推定部により、前記制御量と、前記制御量から前記外乱制御量を減算した値である装置制御量を算出した推定装置制御量とから、推定外乱制御量を推定するステップと、
パラメータ推定部により、前記外乱トリガ信号に基づいて所定の計測期間において算出した前記推定外乱制御量に基づいて、計測時の外乱のパラメータ値を推定するステップと、
診断部により、前記計測時の外乱のパラメータ値に基づいて前記外乱の異常を評価するステップと、を備える、
異常検知方法。 A parameter of a model of the controlled object is estimated based on the manipulated variable output by the controlled variable adjuster and the controlled variable output by the controlled object, and the manipulated variable, the controlled variable, and the disturbance generator are inputted. An abnormality detection method for estimating a parameter of a model of a disturbance control amount caused by the disturbance based on a disturbance trigger signal that generates a disturbance, and detecting an abnormality of the disturbance based on the parameter,
a step of storing the model of the disturbance control amount and parameters of the disturbance in the model of the disturbance control amount in a storage unit;
a step of estimating an estimated disturbance controlled variable by a disturbance controlled variable waveform estimator from the controlled variable and an estimated device controlled variable calculated by subtracting the disturbance controlled variable from the controlled variable;
a step of estimating a parameter value of the disturbance during measurement by a parameter estimating unit based on the estimated disturbance control amount calculated in a predetermined measurement period based on the disturbance trigger signal;
A step of evaluating an abnormality of the disturbance by a diagnosis unit based on a parameter value of the disturbance during the measurement,
Anomaly detection method.
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