JPH0255886A - ターミナル・エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コントロール・システムのターミナルあるい
は終端部として機能するエレメントに関する。そのよう
なエレメントは、環境にインターフェースし仕事機能を
果たすための、コントロール可能な装置を使川する。こ
のような装置は、ターミナル・エレメントにおいて、三
つの異なったアルゴリズムのプロセスで発生される駆ａ
Ｓ信号によってコントロールされる。ここで、三つのプ
ロセスとは、リアルタイム出力シミュレータ、トウルー
・トウ・ライフ出力アジャスタ、゛コントロールイ８号
゛プロセッサである。出力シミュレータと出力アジャス
タは、必要とされる装置の出力ｆａ号と比較されるべき
、比較出力Ｇ１号を発生し、誤差信号をＩ！ｔて、コン
トロール信号プロセッサは、この誤差ＩＲ号を使川し、
コントロール可能な装：６に対する駆動ｆｊＥ号をを作
る。

本発明の比較出力信号のアプローチは、ユニークなもの
である。なぜなら、それは、１勿理的にも実際的にも経
済的にもしばしば（１７ることが困難なｉＲ号である装
置の実際の出力信号を、それを正確に表現するリアルタ
イム・シミニレ−シミ１ンおよび出力調整アルゴリズム
を使用することによって容易に？：）られる、実際にコ
ントロールする装：ｔｔおよびその動作環境の測定可能
な物理的動作パラメータを使用出来るからである。ター
ミナル・エレメントは、コントロールあるいは他の１：
ｊ的のために、装置の実際の出力１８号ハ必要としない
かあるいは使用しない。リアルタイム・シミュレータか
らの出力は、階層的アジャストメンｊ−・アルゴリズム
によって、実際の装置出力（以後、比較出力信号と呼ぶ
）を正確に表現するように修正され、また、通常の動作
パラメータ（ＮＯＰ）、環境強制パラメータ（ＥＦＰ）
、兆候あるいは診断モニタリング・パラメータ（ＳＭＰ
　’）おにび較正調整パラメータ（ＣＡＰ）の変化を補
正するように修正される。

ターミナル・エレメントのコントローラは、装置の出力
を調整するための装置駆動信号あるいは装置：１ントロ
一ル信号“を作るために、トラッキング誤差（必要な出
力信号と比較出力信号の間のリアルタイムでの差）、を
使用する。コントローラは、中、純なフィードバック・
コントロール、最適化コントロール、適応コントロール
、あるいは学習：ｌントロールを使用することが出来る
。マシーン・システムのそれぞれのターミナル・エレメ
ントには、高度なインテリジェンスを持たせることが出
来、マシーンの様々なコントロール機能を分散させるこ
とが出来て、複雑なシステム・トランスファー関数は避
けることが出来る。こうすると、システム・コンピュー
タの計算ｆｊＦａ力に対する要求を、劇的に減らすこと
が出来る。

：ｌントロールとは、装置の出力変数が必要な結果を生
むように、プロセス装置への人力１８号を操作すること
である。−前約には、二つの基本的なタイプのコントロ
ール・システムがある。すなわち、オーブン・ループの
；１ントロール、およびクローズド・ループ（フィード
バック・システム）の＝Ｘントロールである。オーブン
・ループのコントロールでは、コントロールが、現在の
出力状態の知識なしに行なわれる。このシステムは、装
；ｖｔが、装置の出力を予めセットした値に対応した決
定論的なモデルから変化させるような擾乱を受けること
なしに動作するものと仮定している。このタイプの：Ｉ
ントロールは不１１：、確で、はとんどすべてのプロセ
スには大きな（８乱が存在するので、実際上、はとんど
役にたたない。　クローズド・ループのコントロール・
システムでは、：１ントロールされる出力パラメータの
実際のｉ／ｉがフィードバックされ、必要とされる出力
値と比較されて、装置：ｌントロール・プロセスのどの
瞬間においても′。

トラッキング誤差”を求める。このタイプのコントロー
ルは、装置の実際の出力が、必要とされる出力状態と一
致した時に、トラッキング誤差をゼロにするようになっ
ている。階ｊＫ性でいえば、クローズド・ループ・コン
トロールは、コントロール・アルゴリズムの複雑さおよ
び完全さににって、次の四つの発展レベル、すなわち、
（１，）単純なフィードバック・コントロール、（２）
最適化コントロール、（３）適応コントロール、および
（４）学習コントロールから構成される。

基本的には、単純なフィードバック・コントロールのシ
ステムは、トラッキング誤差に反応し、′ｊ・えられた
トランスファー関数にしたがって誤差を操作するコント
リーラから構成される。この動作が、装置の出力を必要
な状態に調節するコントロール信号を発生する。ここで
使用されるコントロールの法則は、トラッキング誤差を
ゼロにするための９１純な工１０（人力／出力）のダイ
ナミック・マツピングである。装置のトランスファー関
数は、完全に記述出来て、一定でなければならない。

最適化コントロール・システムは、ｆｉｔ純なフィード
バック・コントロール・システムに似ているが、最適化
コントローラは、ユーザーによって定義された実行指標
にしたがってコントロール・プロセスを操作する点で異
なっている。実行指標とは、最適の動作状態を決定する
ための、システムの状態変数とコントロール人力に関す
る関数関係である。それは、通常、最少平方偏差の原理
（最小二乗法）を使用する。実際の応用に使用される最
適化コントローラには、様々なタイプがある。典型的な
例としては、１）最終的な状態を可能な最短時間で実現
する、最少時間コントローラ、２）システムを、初期状
態から終状態に、最少のコントロール・エネルギーで移
行させる、最少エネルギー・コントローラ、および、３
）ＰＩＤフィードバック利ｆｉ）　（ゲイン）を最適値
に設定することにより、システムを必要なダイナミック
特性に適合するにうに動作させる、よく知られたＰＩＤ
　　（比例−積分−微分）方式のコントローラがある。

ｑｔ純なフィードバック・コントロール・システムや最
適化：ｌントロール・システムと違って、適応：ｌント
ロール・システムは、その：ｌントロール法則を修正し
て、性能が常に最適になるようにシステノ、の動作条件
を変更するように設計されている。したがって、適応＝
１ントロール・システムでは、装：ｎの入力／出力状態
変数が常１１５ｔｊ）られていなければならない。別の
表現をすれば、適応コントロール・システムは、リアル
タイムで人力／出力状態変数を決定するために、認識過
程を必要とする。更に、性能指標が常時連続的に計算さ
れ、最適のコントロール法則が新しい要求に合致するに
うに変更されなければならない。その結果、適応コント
ローラは、自分自身で調整できるために、システムの認
識とコントロールのデザインの双方を結合する。しかし
、それは複雑なデザインを必要とし、比較的時間のかか
るコントロール・プロセスを必要とする。実際に、適応
コントロールを使用する主な利点の一つは、フィードバ
ック・コントロールでしばしば経験する、システムの動
作条件の変化やコントロール過程で起きる外部からの効
果による調整の問題点を克服出来る点にある。

学習コントロール・システムは、状態の常に起こりｔ；
する性質とパターンを認識し、過去の経験あるいは学習
した振舞いに基づいて、最適の方式で反応するようにデ
ザインされている。もっと明確に言えば、学習コントロ
ーラは、もし新しい環境に：ｎかれたならば、コントロ
ール法則を採用することによって、その環境にどう反応
するかを学ぶ。

にもかかわらず、システムが以前に学習した環境を再び
経験する時には、システムが過去の経験に拘わらずにそ
れぞれのコントロール・ステップに対してシステムの特
定、パラメータの見積もり、適切なコントロール法則の
採用を行なう適応コントローラとして動作するのではな
く、むしろ環境を認識し、以前の場合に行なったように
コントロール法則を変更する。すなわち、学習：Ｉント
ローラは、もし計算が不必要に見える時には、１１．？
間をくう適応コントロール１８号の計算を省略すること
が出来る。

１９８６年３月２４ｒｌ−３１＋２７ｒｌＧ？、イリノ
イ州シカゴのにｃｃｏｒｍｉｃｋ　Ｐｌａｃｅで１１旧
窪された　Ｓｐｃｉｎｇ　Ｎａｔｉａｎａｌ　Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｈｏｗ　ａｎｄ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅでのＩ。

Ｔ、Ｈｏｎｇ、Ｔ、Ｉｔｏ　ａｎｄ　Ｅ、Ｃ，Ｆｉｔｃ
ｈによる、７丁ｅｒｍｉｎａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃ
ｅ　Ｆｏｒ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ”と題した会議報告では、これら
の問題を議論している。

典型的な閉ループ・コントロールでは、それが決定論的
コントロールであれ、適応コントロールであれ、コント
ローラは、必要な仕事を達成するために必要な装置コン
トロール信号を決めるために、トラッキング誤差（必要
な出力と、コントロールされている実際のパラメータの
値を比較することににす１：ｔられる）を必要とする。

理論によれば、＝１シトロールする装置の最初のパラメ
ータは、どんな条件の下でも得られる。しかし、実際−
Ｌは、装置を適用する時の制限、装；ｎの問題、あるい
安全に関する問題などの理由で、初期出力パラメータは
、しばしば測定不能であるか、あるいは、測定が大変に
困難である。したがって、初期出力パラメータを得るこ
との困難さが、閉ループ・コントロール・システムの実
際的な適用に対して、非常に大きなハンプキャップを与
える。

したがって、必要なコントロール［１的を達成するため
には、装：６からの初期パラメー、夕ではなくて、測定
可能な第二の出力パラメータを使用出来る＝２ントロー
ラを作る必要がある。さらに、システムの中のコントロ
ールするそれぞれのエレメントが、第二の出力パラメー
タに反応しそれにしたかってコントロール信号を発生さ
せる、それぞれの特徴的なアルゴリズムを持っているの
が望ましい。そのような場合には、システム・＝Ｉント
ロールはそれぞれのエレメントに分ｉｔ＆され、：１ン
トロール・スピードが車装である時には大変望ましくな
い＝ｌントロールでの数学的な複′ｊ１ｔさおにび計Ｏ
ｒ１荷を増大させるシステムの複雑なトランスファ関数
を作るのを避けることが出来る。

本発明では、」二連した従来の：１ン］・ロール技術の
限界が、コントロール可能な装：６、リアルタイムの装
置シミュレータ、トウルー・トウ・ライフ出力調整′Ａ
：：、および：ｌントロール・プロセッサから構成され
るターミナル・ニレメン）・（丁Ｅ）を使用することに
よって克服されている。：ｌントロール可能な装置は、
＝Ｉントロールされる装置、そして、必要な出力信号を
反映するコントロール信号あるいは駆動１８号に反応す
る出力を持つ装置をもつコントローラから構成され、そ
の出力状態はリアルタイムの装置出力シミュレータにに
り作られ、出力非１整アルゴリズムににつて修正され、
＝１ントロール・プロセッサによって：Ｉシントロール
法１１１が適用される。

リアルタイムの装置出力シミュレータは、装：ａからの
第二の出力パラメータとシミュレータに組み込まれた性
能モデルを使用して、シミュレートされた装置出力を発
生する。シミュレートされた出力は、２Ｉ！１整アルゴ
リズムを使って、トウルー・トウ・ライフ出力調整器に
より修正され、通常の動作パラメータ（ＭＯＰ）　、外
部から強制されるパラメータ（ＥＦＰ）、兆候あるいは
診断モニタリング・パラメータ（ＳＭＰ）　、おＪ：び
、較正調節パラメータ（ＣＡＰ　）の変化に対応出来る
ようになっている。

ＮＯＰは、通常の条件下での動作パラメータの変化によ
って起きる、初期の動作点から現在の動作点への性能ド
リフトあるいは性能シフトに対応するｌｉｔだけ、シミ
ュレートされる出力を非１整する。

一方、ＥＦＰは、動作点のドリフトを引き起こす環境要
因を説明する調整係数を発生させる。ＳＯＰは、部品お
よび装置の異常の認識と同時に、性能劣化の傾向の認識
も行なう。それは、故障の兆候を認識し、シミュレート
される出力の調整を行ない、性能の劣化や異常に対する
補償を行なうか、あるいは、もしそのＪ：うなｔ＋Ｉｉ
償が出来ないならば、警’Ｎ　ｊｉＥ号を発生させる。

ＣＡＰは、出力調整本：＋に、新しい基準となる動作点
を設定するのに必要な情報を提供し、ＮＯＰ、　ＥＦＰ
、およびＳＯＰが貞の動作点の出来るだけ近くで動作出
来るにうにし、したがって、シミュレーションの誤差を
最少限にするにうにする。したがって、それぞれの出力
調整要素（ＨＯＰ、　ＥＦＰ、　ＳＭＰおよびＣＡＰ　
）は、リアルタイムにシミュレートされる出力の微妙な
調整に必要な独自の機能に＋（９’ｊ’する。このよう
に、これらの要素は正確な比較出力１４号を作るのを助
け、それぞれ独立に動くどんな他の要素にＪ：っでも達
成されない、シミュレーション出力の相補的な強化を実
現することが出来る。

ＴＥは、そのサブ・システム（リアルタイム装置シミュ
レータ、トウルー・トウ・ライフ調整器、およびコント
ロール・プロセッサ）のどれか、あるいは、全てを、内
部的に、あるいは外部に配置することが出来る。ＴＥが
そのサブ・システムおよびコントロール可能ｆ能な装置
を一体とする１１．７には、モニタ、診断、およびコン
トロール過程の実行を、開始命令によって、自分自身で
行なうことが出来る。したがって、丁Ｅを使用する時に
は、コントロールの６任がシステムの端末点に分散され
る。

その結果、通常の集中パラメータ・コントロール法で達
成されているよりもス１１−純でかつ効率的な：２ント
ロールおよび診断法が実現される。

本発明の望ましい実施例では、ターミナル・エレメント
は、集積学習タイプであり、コントロール可能な装置、
リアルタイムの装置シミュレータ、トウルー・トウ・ラ
イフ出力調整器、おにび、学１′−１コントローラから
構成される。ＴＥが動作状態になると、リアルタイムの
装置シミュレータおにび出力調’！’Ｌ器の両者は実際
の装置の第二の出力パラメータに反応し、シミニレ−１
・された出力からＨＯＰ、　ＥＦＰ、　ＳＩＰおよびＣ
ＡＰ入力を使用して得られる比較信号を発生する。比較
装置出力信号は、必要な出力信号と共に学習コントロー
ラに供給される。コントローラは、学習コントロールの
ためのアルゴリズム、システム認識、パラメータ推定、
おにびシステム情報を扱′う適応：ｌントロールを含み
、コントロール可能な装置の：１ントローラに＝１ント
ロール信号を提供する。最後に、コントローラは、装置
入力信号を発生し、装：６を望ましい駆動状態にもって
いく。このコントロール過程は、丁Ｅが終了命令を受は
付けるまで連続的に繰り返される。

提示された実施例で記述されたＴＥ動作を実現するため
に、オン・チップのハードウェアが使用される。基本的
には、ハードウェアが全てのアルゴリズムを受は持ち、
データの集積、ＴＥアルゴリズムのプロセッシング、コ
ントロール命令の発生、およびデータのロッキングのた
めに、ＣＰｕタイムを割り当てるユニークなタイム・シ
ェアリングの技術を使用する。

本発明では、第一義的には、コントロールのためのフィ
ードバック・パラメータとして測定可能な第二の出力だ
け使用するので、広い範囲の動作条件に、特に、第一の
出力パラメータが測定不能であるか、あるいは測定する
のが困難であるかまたは危険であるような場合に、適用
することが出来る。それはまた、動作状態や環境の影響
による性能の劣化あるいは異常にたいして補償をするた
めに、ＮＯＰ、　ＥＦＰ、　ＳＩＰおよびＣＡＰに関し
て、シミュレートされた出力１８号を自動ｉｔ１節する
。更に本発明は、τＥが異なるインテリジェンス・レベ
ルをもつコントロール技術を使用することを可能にし、
したがって、コントロール・プロセスが特定の応用に対
して最適化出来ることを可能にする。

本発明のその他の［１的や特徴・利点は、添付された図
面と共に示された以下の実施例の記述から容易に明らか
となるであろう。もちろん、本発明の新しい概念の精神
や範囲から遊離することなしに、変形や修正が可能であ
ることを理解されたい。

〔実施例〕

本発明のターミナル・エレメント１０が第１図に示され
ており、それは次の四つの主要サブ・システムを持つ。

すなわち、コントローラ１１と装：６１２からなるコン
トロール可能な装置ｒＬ、す゛アルタイノ、装；ａシミ
ュレータ１３、トウルー・トウ・ライフ出力調整器１３
、そしてコントロール・アルゴリズム・プロセッサ１６
である。コントロール可能な装置は、物理的サブ・シス
テムで、そのダイナミックな特性トランスファ関数は、
使用されるコントロール・プロセッサのアルゴリズムの
中に納められている。装置１２はコントロール＜Ｒ号１
７に反応して、プロセス・コントロール・パラメータ１
８、例えば、ただしこれだけに限るわけではないが、圧
力、流計、温度、位：６、回転速度、トルクおよびｐＨ
植などのパラメータを発生する。装置出力パラメータ１
９は、−吹出力（これはコントロールされているがしば
しば測定不能である）と、二次出力（これは測定可能で
あり、−吹出力の代わりに、リアルタイムＴＥコントロ
ールに役立つ）を含む。

二次出力パラメータ１８は、装置出力とＴＨのデータ収
集モジュールの間に連結されたセンサを使用してｔ：＃
られる。センサは、プロセス・パラメータを、電流、電
圧あるいは周波数などの様々なタイプの信号に変換する
。モジュールは、これらのｆａ号を、リアルタイム装置
シミュレータ１３および出力アルゴリズム調整器１６に
よって理解されるコード（ディジタル）あるいはレベル
（アナログ）に変換する。ＥＦＰ、　ＳＩＰ、およびＣ
ＡＰのパラメータはまたデータ収集モジュールを通して
ＴＨに供給される。ディジタル・コントロール技術を使
用するＴＨに対しては、第二のデータが、ディジタル化
された後に、特定のメモリーの位置に保存され、さらに
それは次のデータ処理およびプロセッシングのために用
意される。

データ・プロセッシングは、シングル・チップ・マイク
ロコンピュータで、ＲＯＭ　（ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ　ｓ
ｅｗｏｒｙ）に保存された、あるいは、ＥＰＲＯＭ　（
ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＷ）
から読みだされる、インストラクシ＝Ｉン・コード（プ
ログラム）にしたがって実行される。リアルタイム装：
６シミュレーション、出力調整、プロセス・コントロー
ル、データ収集、およびＩ１０インターフェイスに対す
るプログラム・コード・アルゴリズムが提供されている
。

リアルタイム・コントロールを効率的に実行するために
、本発明は、タイム・シェアリング・オペレーティング
（ＴＳＯ）・モジュールを使川し、中央プロセス・ユニ
ット（ＣＰＵ）　ＩＩＦｊ間をデータ収集とアルゴリズ
ム計算に分配する。データ収集が要請された時にはいつ
でもマイクロプロセッサは主要なアルゴリズム計算を中
断し、データ収集が終了した時には直ちに元の計算に戻
る。ＴＳＯはまた、ユーザが、必要なサンプリング１１
￥間間隔を設定することがｌＩｊ来、これはディジタル
にコントロールされるプロセスの安定性を決める重要な
要素である。アップ２１は、リアルタイム装置シミュレ
ータ１３の出力を、出力調整アルゴリズム１４の出力と
結合して、それをターミナルＢに供給する。必要な出力
信号はターミナルＡに供給される。ターミナル＾とＢは
、それぞれ、単純なＴＥフィードバック・：１ントロー
ル・アルゴリズム１６、あるいは第１＾図に示される最
適化ＴＥ１６°、第１Ｂ図に示される適応ＴＥ１６”°
、または第１Ｃ図に示される学習ＴＥ１６””に接続さ
れる。

ＴＥが動作するように命令された時には、第二次のパラ
メータと環境パラメータがデータ収集モジュールに供給
され、ディジタル化され、収納される。

次に、ＣＰｕは、収納されている装置動作モデル（理論
的なものであるか経験的なものであるかに関わらず）と
、その時点でメモリーに入っている第二吹出カイ／１を
使用して、リアルタイム装置シミ；Ｌレージ：ｌンを実
行する。装置シミュレーションが完了した直後に、ＣＰ
ｕは、出力訓１整アルゴリズムを使用して必要な調整を
計算する。このアルゴリズムとは、ＭＯＰ、　ＥＦＰ、
　ＳＯＰおよびＣＡＰの効果ににる装置性能の劣化ある
いは変化を記述する方程式のセットである。その結果、
アルゴリズムは、比較出力１８号を確立するためにシミ
ュレートされた出力ｆ（ｉと比較される、出力調整値を
発生する。

コントロール・アルゴリズムの計算が、比較出力１８号
を得た後の次のステップである。ＣＰｕは、必要な３１
％力値（それはオペレータによりＩ１０インターフェイ
ス・モジュールでセットされる）、比較出力値、おにび
使用されているコントロール・アルゴリズムに従って、
コントロール信号を計算する。集積学習タイプのＴＥに
は、学習：１ントロール・モジュール、適応コントロー
ル・モジュールおよびシステム認識モジュールを含む。

学習コントロール・モジュール（ＬＣＭ　）は、ドキュ
メンテーシミ「ン（メモリー）・サブモジュールに記録
された過去の経験を基礎にして、コントロール・デイシ
ジヨンをする理由すけサブモジュールを含む。ＬＣＭは
、リアルタイム・シスデム入力（必要な出力値）をＩ監
視し、出力（必要出力値）特性を発生する。それは、最
適の方法でコントロール戦略をたてるために、学習した
、あるいはり−えられた経験と突き合わせる。それは、
システム認識モジュール、パラメータ推測モジュール、
適応＝１ントロール・モジュールを使川する必要がある
かどうかを決定する。

システム認識モジュール（ＳＩＮ）は、コントロール可
能な装置のシステム・ダイナミック命令を決定するアル
ゴリズムから構成される。′”命令”は、ダイナミック
・システムの理論構造を決定する重要な本質的要因であ
る。ＳＩには、リアルタイム・システムｌ１０ｆ、’ｌ
報（必要出力と比較出力）を引き出し、ダイナミック・
システムの命令を決定するために、繰り返しか、あるい
は−度だけ、引き出されたデータを操作する。一般に、
システムの命令は、通常の動作条件の間中は変化しない
。したがって、ひとたびシステムの命令が認識されたら
、ＳＩＭは、ＬＭＣが再び装；６の命令を再認識する必
要性を決定するまで、スイッチが切られる。

パラメータ推測モジュール（ＰＥＮ）は、測定から知る
ことが出来ない、ｊ、ｔｔ　（たとえば装置のトランス
ファ関数の係数）を特徴づける過程を使用する。

測定量は、通常、システムの人力および出力変数から求
められる。本発明の場合、それらは、必要用カイｆ（お
よび比較出力値である。ＰＥＮは、オンラインでの推測
の原則に基づいて、パラメータ値を作り、新しいものに
変更する。通常、パラメータを推測するためには、シス
テムと、ＳＩＮから得られるかＰＥＮを使用して自分自
身で作るかする命令と、適切な数学的手法を知ることを
必要とする。

適応コントロール・モジュール（ＡＣＭ）は、本τ１的
には、最新のものに更新されたシステム・モデルと、Ｓ
ＩＮおよびＰＥＮからのパラメータを使川して、コント
ロール法則を連続的に調整するようにし、装置が、動作
条件あるいは環境の変化に対応して、自身を反応あるい
は適応させるようにする。

その結果、八ＣＭは、コントロール可Ｉｉ訛な装；６を
最適の動作状態で動作させる駆動１３号を発生させる。

駆動ＩＲ号は、出力駆動モジュール（ＯＤＮ）を通じて
、；Ｉントロール可能な装置に伝達される。

ＴＨには、：ｌントロール・プロセス・レボーＩ−機能
が備わっている。リクエストは、Ｉ１０インターフェイ
ス・モジュール（ｌ口ＩＭ）のエンター・キイを使用し
て行なわれる。リクエストがあると、ｌ０ＩＮのモニタ
はステータス情報を表示する。したがって、ｌ０ＩＮは
、ＴＥが完全に自分自身でＭ４節出来る、あるいは、オ
ペレータとやり取り出来るＪ：うになっている。さらに
、丁Ｅは、また、データの集積あるいは記録が出来るよ
うになっていて、条件に依存するパラメータの傾向を提
供し、このようにして、性能の劣化傾向あるいはシステ
ムの故障の兆候がリアルタイムに解析され予測される。

性能劣化傾向あるい故障の兆候に関する情報は、学習コ
ントロール・モジュールおよびトウルー・トウ・ライフ
出力・アルゴリズム調整器におおいに０っでいる。

丁Ｅの応用の一つは、第２図に示されるような一定のプ
ロセス流量のポンプ・システムを構築するためである。

このシステムは、コントロールの目的を達成するために
、コントロールされたパラメータ（出力流量）ではなく
、測定可能なパラメータ（ポンプの差圧、モータの回転
速度、温度、粘性など）を使用する。以前に使用された
本発明のＴＨの用語は、ここでは、コントロールされる
ポンプ２４の機能を記述するために使川される。

コントロールされる装置１２は、電動モータ・コントロ
ーラ１１のコントローラから構成される装置自身は、電
動モータ２３ににり駆動されるｒ−ｉＩ定変位量プロセ
ス・ポンプ２４である。装：６出力パラメータは、ａ）
第一次：ポンプ出力流星、ｂ）第二次：モータ回転数（
ＲＰＮ）、ポンプ差圧、流体粘性、温度などである。

装置シミュレータ１３は、シミュレートされた出ノ用、
を作る。Ｑ、は、式 ％式％（１） で与えられる。ここで、ＮはモータのＲＰＭで、ｄはポ
ンプの変位量である。

出力アルゴリズム調整器１４は、 ａ）ＨＯＰすなわちＮ、Ｐ、μ、あるいは丁のような通
常の動作パラメータが、シマーフェルト数やスリップ流
星係数の形で、通常の動作点を決める。

例えば、線形モデル（第３図参照）では、次の関係式が
成たつ。すなわち、 ％Ｌ＝　　Ａヱー　　　（２） Ｑ、　　　μＮ となる。ここで、Ｑ、は、ＭＯＰの変化のために調整を
したポンプ２４の出力流である。したがって、この場合
、ＭＯＰに対応した比較出力は、Ｑ、　＝　Ｑ、　−Ｑ
ａｚ μＮ または、 ここで、Ｑ、は理論的流量、Ｃ１はスリップ係数、ΔＰ
は圧力差、μは粘性である。　ｂ）ＥＦＰすなわち環境
強制パラメータは、周辺温度、外部口６：ｊ擾乱、振動
、塵のレベルなどを含む。環境パラメータは、通常動作
点の移動を引き起こす環境変化に対して、それをｈｌｉ
償する調整係数をつくる。環境はすべてのターミナル・
エレメントにとっての重要な関心事ではない。すなわち
、ポンプは、シリンダや露出したベアリング部品はど、
塵やほこりの影響を受けないからである。

第４図は、ポンプ２４の摩擦特性に対する環境温度の効
果を示す。理論的には、環境温度の上昇は、摩擦表面の
擦り合わせのクリアランスを減少させ、作動流体の粘性
を減少させる。損失流量（リーケージ）は、クリアラン
スの三乗に比例し、温度の関数である粘性に逆比例する
。したがって、温度の上昇はり一ケージを減少させるが
、摩耗が増大する。このように、環境温度の変化は、ポ
ンプを通常の動作点からドリフトさせ、ポンプは摩耗や
り一ケージのために損失流量の変化を経験することにな
る。この損失流ｈ１は補償されなければならない。

ｃ）ＳＯＰすなわち兆候モニタリング・パラメータは、
摩耗、雑音、熱、振動などを含む。例えば、摩耗が進ん
だ状態では、ポンプは、たとえ他の全ての動作パラメー
タが同一に保たれたとしても、その動作圧力が低くなる
。ＴＥがそのような兆＃髪を検知した時には、摩耗によ
る流量損失に対して補償するように、ポンプのスリップ
流量係数を調整する。第５図はそのような過程を図示す
る。オリフィス・タイプの抵抗を持つシステムに対して
は、摩耗に対する補償流量は次式で与えられる。

ここで、Ｐｌは島で得られる圧力である。

ｄ）　ＣＡＰすなわち較正調整パラメータは、流体を置
換した後、あるいは、部品を交換した後で、コントロー
ル可能な装置を較正するために使用される。使用状態で
のポンプのスリップ流量係数Ｃ１をｉ；するために、式
（６）が使用される。

ポンプのスリップ流量係数の較正は、ポンプの様々な動
作速度ＲＰＭと動作圧力を関係付けることににすＩ）ら
れる。ＲＰＨに対する圧力の回帰関数は次の一般形を持
つ。

ＫΔＰ”　　　＝Ａ　　＋Ｓ−Ｎ　　　　　　　　　　
　　　　　（７）ここで、 Ｋ：定数 ＋１＝指数、層流に対して　ｍ＝１、 乱流に対して　ｒｎ　＝　０．５ Ａ：回帰曲線の交点値で、理論的にはゼロＳ：回帰曲線
のスロープ 第６図は、新しい状態および摩耗状態でのポンプに対す
る（７）式による特性曲線を図示する。ポンプの理論式
（１）および（４）と（７）を結合すると、次式がｆｊ
ｔられる。

Ｃ，、。ｔｎ＝−１’−（Ｈｄ−−一転眼ユ３ＭＤＫｔ
ｈ−）　（Ｂ）Ｐｄ　　　　　　　　　５．、ｖ ここで、Ｃ工。１゜（ｎｅ賛）：ポンプが摩耗した（新
しい）状態でのスリップ流量係数。

Ｑｎ＊ｗ　：ポンプが新しい時のスリップ流ｌｉｔの読
み。

オン・チップのマイクロコントローラが、第７図および
第８図に示されたＴＥの機能を実行するためのマイクロ
コントローラの望ましい一例である。第７図は、ＴＥ　
：コントローラの機能を示すブロック図であり、第８図
は、エレクトロニクス・ハードウェアの配置ｆｆＩＡで
ある。ＴＥコントローラは基本的には次の五つの主要ユ
ニットを持つ。

＊トランスデユーサ人力４０（データ収集）＊データ・
プロセッシング４１ ＊ユーザ・インターフェイス４３ ＊電［４３ ＊：Ｉントロール出力４２ トランスデユーサ入カニニット（ＴＩ［Ｊ）　４０は、
アナログ人カイ８号（第二次パラメータ）変換器に連結
されるマルチチャンネル・マルチプレクサを含む。それ
はまた、周波数タイプの１４号の収集用にゼロ・クロッ
シング検出器を含む。ＴＩＵはへ／Ｄ変換の終了時にコ
シトローラに外部インクーラブト１３号を発生する。

データ・プロセッシング・ユニット（ＤＰＵ）４１は、
たとえばインテル８０５２などのシングルチップ・マイ
クロ：２ンビユータ５０と、応用プログラムを実行する
のに必要な環境から構成される。比較出力信号゛の処理
とコントロール・アルゴリズム計党は、ＥＰＲＯ１４ま
たはＲＯＭに収納されたマシン・コードを使って実行さ
れる。したがって、コントロール信号はコントロール・
ユニットを通して装置コントローラ１１に送られる（第
２図）。ある場合には出力信号の増幅が必要になる。

ＤＰＵはまた完全複製のシリアルＩ１０チャンネルを通
してシステムの配：？１および検証を行なう。さらに、
データの集積のためにデータ・メモリーが用意され、デ
ータ解析のために応用プログラム（ＥＦＲＯＭの中にあ
る）から適切なプロセスが呼び出される。

ユーザ・インターフェース・ユニット（ＵＩＵ）　４４
は、ユーザが実行コマンドにはいり、データにアクセス
するようにする。またそれはユーザのリクエストにより
コントロール情報を表示する。この例ではＵＩＵの配置
では、８個の英数字表示用ＬＥ０４６と、４個のメンブ
レン・スイッチ４７ａ−４７ｂと、１個のリセット・ス
イッチ４７ｅがある。第９図は、ＵＩＵが、検知器の較
正、コントロール・モードおよび必要なコントロール状
態の設定、コントロール・ステータスのモニタを実行す
るために使用する”ロード・マツプ”を図示する。

ＣＰＵはタイプ８０５２インテル・マイクロコントロー
ラ５０であり、それはタイプ８１５５ボート・イクステ
ンダ５１に接続されている。チップ・セレクタ５３はタ
イプ７４１３８であり、アドレス・ラッチ５４はタイプ
７４３７３である。レシーバ−５６はタイプ１４８９で
、ＥＰＲＯＭ５７はタイプＰＤ２７２５６である。トラ
ンスミッタ５８はタイプ１４８８であるキイ・パッド４
７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ，および４７０が図示されている
。ＬＥＤの英数表示器４６＾−Ｈが図示されており、そ
れはタイプＮ５Ｍ１４１６である。データ・メモリー５
９はタイプＰＤ４３２５６である。チャンネル・マルチ
・プレクサ６０はタイプ７５０１である。二個のタイプ
ＬＭ３５７モジユール６１と６２はタイプ＾Ｄ７５７ａ
のＡ／Ｄコンバータ６３に接続されている。タイプＤＡ
ＣＩ０２２のＤ／Ａコンバータ６４はタイプＬＨ３５７
モジユール６６およびタイプ３４？モジユール６７に接
続されている。

電源ユニット４３はシステムに使用されているトランス
デユーサに対する駆動電圧を供給する。それはまた電源
が落ちている期間メモリーにあるプログラム・コードお
よびデータを保持するための電力を供給する。このよう
にデータ集積と学習コントロール機能が可能となる。

コントロール出カニニット（ＣＯＯ）４２はアナログ信
号（例えば０から５ｖまたは４から２０ｍＡ）およびデ
ジタル信号（たとえばＢ、Ｃ，Ｄ、　）を、ＤＰＵから
のコントロール命令に従ってアナログ・コントロール部
にはＤ／Ａ　（デジタルからアナログへの）変換器およ
びドライバがある。デジタル・コントロールイ８号は単
純にオーブン・コーク９１８号である。

第９図はプログラムの流れ図である。

本発明の特定の実施例および特定の方法を図示するため
に第１０図が示されているが、そこでは粘性μをもつ流
体がパイプを通って流れており、パイプには入り口部６
１があり、例えばバイキング・ポンプ・タイプ番号ＨＬ
−１９５のような正移動ポンプ６３に連結され、ポンプ
出力は出力ポンプ６２に接続される。圧力変換器６４が
入口圧力を測定するためにポンプ６３の入り口部に連結
され、出口圧力変換器６６が出口圧力をモニタするため
にポンプの出口部に取り付けられている。熱電対あるい
はその他の温度測定器６７が温度をモニタするためにポ
ンプ６３に取り付けられている。

ポンプ６３の入力シャフトは適当なカップリング６８を
通じてポンプを駆動する適当なモータ６９に接続される
。回転数ＲＰＭ測定器はマグネチック・タイプ０）ＲＰ
Ｍ検知器で、回転装置７２と電気出力を作るピックアッ
プ７３を含む。

モータ・コントローラ７４はモータ６９の速度をコント
ロールするために電気出力を供給する。

アナログからディジタルへの変換器７６．７７．７８お
よび７９はそれぞれ圧力変換器６４．６６、熱電対６７
およびＲＰＭピックアップ７３の出力を受け、出力をＣ
Ｐｕ８１に出す。ＣＰＵ８１は適当なメモリー８２およ
び適当な入力表示ユニット８３に接続され、入力表示ユ
ニットには表示部８４とマイクロプロセッサへの適当な
入力を入れるためのコントロール・ボタン８６がある。

マイクロプロセッサ８１は、モータ６９およびポンプ６
３の速度を：１ントロールするために、ディジタルから
アナログへの変換器８５を通して、モータ・＝１ントロ
ーラ７４へのり一ド８７上に出力を供給する。

第１１図は、異なる流ｆｉｔ　率および異なるＸ圧と粘
性の比率に対するモータ・ポンプ速度のプロットである
。

輸送される実際の流体量は、理論的に予測される輸送−
ＱＱｒからスリップによる損失量を差し引いたものに等
しい。この関係は式 ％式％ で示される。ここで＾は実際の輸送量、Ｔは理論的な輸
送量、モしてＳはスリップ量を表わす。この関係式はま
た、 Ｑａ　＝　Ｄ　ｘ　Ｎ　−Ｃｍ　ｘ　Ｄ　ｘΔＰＩμと
読むことも出来る。ここでＤは固定移動式ポンプの移動
量、ＮはポンプのＲＰＭ回転速度、Ｃａはスリップ係数
、ΔＰはポンプの入り口と出に１の差圧、μは流体の粘
性である。

このように、この特定例では、オペレータが毎分１０ガ
ロンの流星がほしい時には、オペレータはキイボード８
６を使用して、第１０図に示された入力；Ｌニット８３
にそのような情報を入力し、そうするとＣＰＵ８１はま
ずモータ・コントローラ７４へのパスライン８７に出力
１８号を出し、毎分１０ガロンの流量に対して必要な理
論的ＲＰＭ回転速度８１　＝　ＱＡ／Ｄ、この例では１
０００ｒｐ■にモータ６９を駆動する。当初は、ＣＰＵ
８１はスリップはないものとして計算する。

モータ６９がポンプを回転し始めるとすぐ、フィードバ
ックで８号が圧力変換器６４おにび６６、熱電対６７、
ＲＰＭ回転速度検知器７３から供給され、ＣＰＵ８１は
、弐Ｎ　”　ＱＡ／Ｄ　＋　Ｃ，ｘΔＰ／μにしたがっ
て、新しい回転速度（Ｎ２）を計算する。

モータはスリップ量を補償するために、第１１図の曲線
に示されるように、１１０００ＲＰ以上の速度（Ｎ２）
で駆動される。

」−記のフィードバック信号をモニタし続けることによ
り、ｃｐｕは、差圧や流体粘性の変化に対応して要求さ
れる速度変化を計算し、モータ・コントローラに適切な
速度信号を送る。

ＣＰｔ１８１のためのプログラムが添付されている。

本発明は提示された実施例に対応して記述されているが
、それにだけに限定されるものではなく、特許請求項に
記載された本発明の意図する全範囲の中で、変化や修正
を加えることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第１Ａ図、第１Ｂ図及び
第１Ｃ図は本発明の修正例を示す図、第２図は本発明の
ブロック図、第３図は定常化されたポンプ流量のグラフ
、第４図は流量減少に対する周囲湿度の影響を示すグラ
フ、第５図は本発明を説明するグラフ、第６図はスリッ
プ流量係数を求めるためのグラフ、第７図は本発明のブ
ロック図、第８図は本発明のレイアウト図、第９図は流
れ図、第１０図は本発明のポンプ・コントロール・シス
テムを示す図。 １０・・・ターミナル・エレメント、１１・・・コント
ローラ、１２・・・装置、１３・・・リアルタイム装置
シミュレータ、１４・・・トウルー・トウ・ライフ出力
調整器、１６・・・アルゴリズム・プロセッサ、１７・
・・＝１ントロール信号、１８・・・プロセス・：１ン
トロール・パラメータ、１９・・・装置出力パラメータ
、２１・・・アップ、２３・・・電動モータ、２４・・
・固定変位１ｉ）プロセス・ポンプ、４０・・・トラン
スデ；Ｌ−サ人力、４１・・・データ・プロセッシング
、４２・・・：１ントロール出力、４３・・・電源、４
４・・・ユーザ・インターフェイス・；Ｌニット、４７
・・・キイ・パッド、５０・・・マイクロコンピュータ
、５１・・・ボート・イクステンダ、５３・・・チップ
・セレクタ、５６・・・レシーバ、５８・・・トランス
ミッタ、５９・・・データ・メモリー、６０・・・チャ
ンネル・マルチプレクサ、６１．６２・・・モジュール
、６３・・・Ａ／Ｄ：７ンバータ、６４・・・Ｄ／Ａ：
Ｊンバータ、６６・・・モジュール、６７・・・モジュ
ール、６１・・・入り口部、６２・・・出力ポンプ、６
３・・・ポンプ、６４・・・圧力変換器、６６・・・出
１１圧力変換器、６７・・・温度測定器、６８・・・カ
ップリング、６９・・・モータ、７３・・・ピックアッ
プ、７４・・・モータ、コントローラ、７６．７７．７
８．７９・・・アナログ−ディジタル変換器、８１・・
・ＣＰｔ１．８２・・・メモリー、８３・・・人力表示
ユニット、８４・・・表示部、８５・・・ディジタル−
アナログ変換器、８６・・・コントロール・ボタン、８
７・・・リード。・・・ 玉Ｒ＊Ａ−へ°理入 小沢慶之輔 βＮ ＡＮ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、３ 、ＪＡＮ 手続補正書 （方式） ％式％ １、事件の表示 平成１年特許願第７８７３ ２、発明の名称 ターミナル・エレメント ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　バイキング　バンプ インコーホレーテッド ４、代 〒１０２東京都千代田区一番町２５番地ダイヤモンドブ
ラザビル　６階 電話（０３）２３４−５６４１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １。液体流量以外のパラメータを検知することにより、
   必要な液体流量を送るようにポンプ（６３）を動作させ
   るための装置で、それは、前記ポンプ（６３）を駆動す
   るために接続されたモータ（６９）と、前記ポンプでの
   液体圧力を検知する装置（６４、６６）と、ポンプ速度
   を検知する装置（７２、７３）と、前記の圧力検知装置
   およびポンプ速度検知装置の出力を受けるコンピュータ
   （８１）と、前記コンピュータに接続されたメモリー（
   ８２）と、必要な液体流量に設定するために前記コンピ
   ュータに接続された入力装置（８３）から構成され、前
   記コンピュータの出力は前記モータに接続され、モータ
   をある速度で駆動して、前記必要な液体流量を得るよう
   にしている、ポンプ駆動装置。