JPH0325504A

JPH0325504A - 制御系の状態評価装置

Info

Publication number: JPH0325504A
Application number: JP16020789A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hayashi; 真司林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1991-02-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は制御系の状態評価装置に関する。

（従来の技術）プロセス制御系やロボット制御系ではその制御状態を適
格に評価し、評価結果を系に反映させることが肝要であ
る。

この種、制御系を評価する従来の装置としては、例えば
制御偏差の時系列データから計算したｉＴＡＥ（ｔｎｔ
ｅｇｒａｌ　ｏｒ　Ｈ＋ｓｅ　ｗｅｔｇｈｔｅｄ　ａｂ
ｓｏｌｕｔｅ　ｅｒｒｏｒ）や、制御喝差ｅの時系列デ
ータの第１ピーク及び第２並びに第３ピーク値から計算
される減衰率、あるいは制御量信号の時系列データから
求めた立ち上がり時間、行き過ぎ量、逆応答量や整定時
間などを項目別に評価するものの例がある。

この装置における評価は、ＩＴＥＡがＡ１未満であれば
制御性能がよ＜Ａ２以上であれば制御性能が悪いとか、
減衰率が８１であれば減衰が速く８２以上ならば振動し
て減衰が遅いとか、立ち上がり時間が０１以下ならば速
い応答で０２以上ならば遅い応答であるとか、行き過ぎ
量がＤ１以下ならば行き過ぎ量が小さ＜Ｄ２以上ならば
大きいというように、しきい値との比較によって評価が
判定されていた。

しかし、この装置での評価は、項目別にしきい値との比
較によって行われるだけであるので、実際に必要な総合
的な評価は専らオペレータによって行われていた。

例えば、ｒｌＴＡＥが小さく、減衰率が小さく、立ち上
がり時が速く、行き過ぎ量が小さく、逆応答量が小さく
、整定時間が短いなど」の条件を全て満たすとき、「良
好な制御状態である」とオペレータが評価するが如くで
ある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の如き従来よりの制御系の評価装置
においては、まず、個々の評価基準の判断において、例
えば行き過ぎ量の評価のためのしきい値Ｄ１を２０％に
設定した場合、１９％は小さいとなるが２１％は小さい
とはならず、人間感覚と全く異なる判断をしてしまうと
いう問題がある。これはＤ１の値を変えても同じことで
ある。

この問題は、全ての評価基準についても同様である。ま
た、個々の判断の結果から制御状態を評価する場合、総
合評価を満足した条件数の大小により判断するしかなく
、人間が総合的に判断する結果と異なる場合があるとい
う問題点がある。

そこで、本発明は、より人間的な感覚で制御系の総合評
価を行うことができる制御系の状態評価装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するための本発明の制御系の状態評価装
置は、制御系の目標値信号．操作量信号，制御量信号な
ど制御系の信号を入力し時系列データとして保存する時
系列データ保存手段と、該手段に保存された時系列デー
タから減衰率や立ち上がり時間など制御に関する評価量
を個別に算出する制御評価量算出手段と、該手段で算出
された評価量にファジィ推論を適用し、推論結果として
前記制御系の状態について総合評価を得るファジィの推
論手段を備えたことを特徴とする。

（作用）本発明の制御系の状態評価装置では、目標値信号，操作
量信号、制御量信号など制御系の信号を時系列データと
して保存し、この保存データを用いて減衰率や立上り時
間など制御に関する評価量を個別に算出し、算出された
評価量にファジィ推論を適用して制御状態の総合評価を
行なう。

ファジィ推論方式としては、例えばオーム社編「ファジ
ィシステム入門」　（寺岡・浅居・菅野著）で説明され
ているような一般的な方式を用いることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る制御系の状態評価装置
を示すブロック図である。

１は制御系信号入力部で、第２図に示すようなプロセス
やロボット制御系から、制御評価量を算出するのに必要
な目標値信号ｒ，操作量信号ｙ１制御量信号Ｕ，偏差信
号ｅと、外乱なとファジィ推論に必要な他の信号ｍとを
一定時間の間入力し、各信号を時系列データｒ　（ｔ）
．　　ｕ　（ｔ）．　　ｙ（ｔ）．ｍ　（ｔ）として出
力するものである。

第２図に示す制御系では、プロセス２を制御する制御器
３に目標値発生器４が設けられ、この目標値発生器４か
ら発生された目標値信号ｒはプロセス出力としての制御
量信号ｙと比較器５で比較され、その偏差信号ｅが制御
器３．に与えられる。

制御器３はこの偏差信号ｅに基いて操作量信号Ｕをプロ
セス２に出力し、偏差信号ｅをゼロ（０）に保持しよう
とすることにより、プロセス２を所定の状態に制御する
。

制御系信号入力部１が出力する時系列データは、入力信
号を一定周期でサンプリングしディジタル信号としてそ
のまま出力するものであってよく、また、後述する演算
を容易とするために適宜変形したデータであってもよい
。

６は前記時系列データｒ　（ｔ）．　　ｕ　（ｔ），　
　ｙ（ｔ）．ｅ　（ｔ）．ｍ　（ｔ）を入力し、保存す
る時系列データ保存部である。

７は、制御評価量算出部で、その詳細を第３図に示すよ
うに、Ｉ　ＴＡＥ，減衰率．立ち上り時間，行き過ぎ量
、逆応答量，整定時間など多数の評価量を個別に算出す
る算出器７Ａ，７Ｂ，７Ｃ・・・を有している。　算出
方式の一例を示すと、第４図及び第５図に示すような偏
差信号ｅ（ｔ），制御量信号ｙ（ｔ）において、例えば
ＩＴＡＥ及び減衰率は次の（１），《２》に示すようである。

ｎＩＴＡＥ−Σ ｒ（ｋ）−　ｙ（ｋ） ●　ｋ　●　Δ　ｔ２・・・（１）ｎ：データ数，Δｔ：サンプリング周期減衰率−Ｉ　Ｐ
２　−Ｐ３　　１　／　ｌ　Ｐ＋　−Ｐ２＝１２　／１
＋　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）Ｐ，，
Ｐ２，ｐ３　．第１〜第３のピーク値第１図において、
８はファジィ推論部で、制御評価量算出部７で算出され
た複数の評価値及び前記時系列データ保存部６に保存さ
れた外乱なと所要の条件データを用いてファジィ推論を
行い、制御系の制御状態を総合評価するものである。

９は評価値出力部で、ここに入力される個々の評価値及
び総合評価値は適宜表示される他、図示しない制御系監
視装置により、制御系の制御定数を自動調整するなどに
用いられる。

次にファジィ推論方式の具体例を示す。

まず、ファジィ推論方式は、条件命題の前件部をＡ１後
件部を８１事実をＡ−、推論結果をＢ′として、条件命題：Ｉｆ　　Ａ　　Ｔｈｅｎ　　Ｂ事　　　実　
：　Ａ　゜推論結果：Ｂ″ で表わされる第６図（ａ）〜（ｒ）はファジィ推論ルール（条件命題
）の前件部の各変数たる個々の制御評価値に対応するメ
シバシップ関数の説明図、第７図はファジィ推論ルール
の結論のメンバシップ関数の説明図である。

第６図（ａ）に示すＩＴＡＥのメンバシップ関数テハ、
変数ＩＴＡＥ　ＥＶ−Ｓ２　］　＋：対し、３個の台形
のファジィ集合ｒｓ■ａｌｌ　Ｊ　．　　ｒＭｅｄｉｕ
ｉＪ　，ｒＢ１ｇ　Ｊを定め、変数の値に応じて各ファ
ジィ集合の確からしさを示すグレードμ１が定められる
ようになっている。

同様に、第６図（ｂ）には減衰率［−］、第６図（ｃ）
には立上がり時間［ｓｅｃ］、第６図（ｄ）には行き過
ぎ量［％］、第６図（ｅ）には逆応答量［％コ、第６図
（ｆ）には整定時間［　ｓｅｅ］を変数とするメンバシ
ップ関数が示されている。

第７図に示す制御状態を変数とするメンバシツプ関数は
、算出された制御状態（ｇ　ｉ）に対し、台形で示され
る５つのファジィの集合Ｖｅｒｙ　Ｇｏｏｄ，Ｇｏｏｄ
．　ＭｅｄＬｕｓ．　Ｂａｄ．　Ｉ／ｅｒｙ　Ｂａｄを
定め、変数の値に応じて各ファジィ集合の確からしさを
グレードμ５で表現しようというものである。

そこで、本例では、条件命題を次式（３）〜《６〉のよ
うに定め、日刊工業新聞社編「ファジィ制御」（菅野道
夫著、Ｐ７６〜Ｐ８４）と同様手法で推論結果として制
御状態の総合評価値を得る。

ＩＰ　　　（ＩＴＡＥ　ｉｓ　Ｓｍａｌｌ　ａｎｄ減衰
率ｉｓ　Ｓ＋ａｌｌ　ａｎｄ立ち上がり時間！ｓ　Ｆａ
ｓｔ　ａｎｄ行き過ぎ量１ｓ　Ｓｍａｌｔ　ａｎｄ逆応
答量ｉｓ　Ｓｍａｌｌ　ａｎｄ整数時間ｌｓ　Ｓｈｏｒ
ｔ）ＴＨＥＮ　　制御状態！ｓ　Ｖｅｒｙ　Ｇｏｏｄ・・・
（３）（ＩＴＡＥ　ｉｓ　Ｓａ＋ａｌｌ　ａｎｄ減衰率Ｉｓ　
ＳＬｌａｌｌ　ａｎｄ立ち上がり時間Ｉｓ　Ｆａｓｔ　
ａｎｄ行き過ぎ量ｉｓ　Ｍｅｄｉｕｍ　ａｎｄ逆応答量
ｆｓ　Ｓｍａｌｌ　ａｎｄ整定時間Ｉｓ　Ｓｈｏｒｔ）Ｔ　［｛　Ｅ　Ｎ　　制御状態ｉｓ　ＧｏｏｄＩＰ・・・（４）（ＩＴＡＥ　ｉｓ　Ｓｍａｌｌ　ａｎｄＭ衰率！ｓ　Ｓ
ｍａｌｌ　ａｎｄ立ち上がり時間ｉｓ　Ｈｅｄｔｕｉ　
ａｎｄ行き過ぎ量ｉｓ　Ｓｍａｌｌ　　ａｎｄ逆応答量
ｉｓ　Ｓｍａｌｌ　ａｎｄ定数時間ｉｓ　Ｓｈｏｒｔ）ＴＥＨＮ　　制御状態Ｉｓ　Ｇｏｏｄ１Ｆ・・・（５｝ＩＰＴＨＥＮ（ＩＴＡＥ　Ｉｓ　Ｂｉｇ　ａｎｄ減衰率ｉｓ　Ｂｉｇ
　２ｎｄ立ち上がり時間Ｉｓ　Ｓｌｏｗ　ａｎｄ行き過
ぎｆｆｉｌｓＢｉｇ　ａｎｄ逆応答量ｉｓ　Ｂｉｇ　ａ
ｎｄ整定時間ＩｓＬｏｎｇ）制御状態ｉｓ　Ｖｅｒｙ　Ｂａｄ・・《６）本例では、前件部において各変数をｒａｎｄＪで結合し
た形の条件が取られ、適宜組み合わされた条件により算
出された重みの加重平均を取ることにより総合的な制御
状態の評価が得られる。

ここに、得られる総合評価は、各種条件を加味して適宜
作成された条件命題によるものであるので、その推論方
式は人間の感覚と類似したものとなり、制御系に反映し
易いものとなる。

以上により、本例の制御状態評価装置では、制御評価値
を人間のあいまいさを表現するファジィ集合を導入し、
ｒＩＴＡＥが小さい」、「減衰率が大きい」、「行き過
ぎ量が小さい」のようなあいまいな概念をメンバシップ
関数で表現し、これを用いてファジィ推論するので、よ
り人間に近い形で制御系の状態を総合評価できる。

上記実施例では、制御量信号ｙが一つである例を示した
が、本発明は、制御量信号が例えば圧力及び温度など複
数の制御系であっても適用できるものである。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲で各種変形して実施し得るものであ
る。

［発明の効果］以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの制
御系の状態評価装置であるので、ファジィ推論により、
より人間的な感覚で制御系の総合評価を行うことができ
、制御系に容易に反映させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る制御系の状態評価装置
のブロック図、第２図は制御系の一例を示す制御線図、
第３図は上記実施例の制御評価量算出部の評価方式を示
すブロック図、第４図は偏差信号の説明図、第５図は制
御量信号の説明図、第６図（ａ）．（ｂ），（ｃ）．（
ｄ）．（ｅ），（ｆ）は個々の制御評価値を変数とする
メンバシップ関数の説明図、第７図はファジィ推論ルー
ルにおける結論部のメンバシップ関数の説明図である。１・・・制御系信号入力部６・・・時系列データ保存部７・・・制御評価量算出部８・・・ファジィ推論部９・・・評ｆｆＥ＠出力部ｒ，ｕ，ｙ，ｅ，ｍ・・・制御系信号ｒ（ｔ），ｕ（ｔ）．ｙ（ｔ）．ｅ（ｔ）劃（１）・・
・制御系信号の時系列データ第１図第６図（ａ）第６図（ｂ）第６図（ｃ）第４図第６図（ｄ）ｗ！＋６図（ｅ）第６図（４）

Claims

【特許請求の範囲】

制御系の目標値信号、操作量信号、制御量信号など制御
系の信号を入力し時系列データとして保存する時系列デ
ータ保存手段と、該手段に保存された時系列データから
減衰率や立ち上がり時間など制御に関する評価量を個別
に算出する制御評価量算出手段と、該手段で算出された
評価量にファジィ推論を適用し、推論結果として前記制
御系の状態についての総合評価を得るファジィ推論手段
を備えたことを特徴とする制御系の状態評価装置。