JPH05324006A

JPH05324006A - プロセス制御装置並びに方法

Info

Publication number: JPH05324006A
Application number: JP3210006A
Authority: JP
Inventors: Paul C Badavas; シー．バドゥバスポール
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-12-07
Also published as: DE69113164T2; EP0469771A3; US5150289A; EP0469771B1; DE69113164D1; EP0469771A2; ATE128253T1

Abstract

(57)【要約】【目的】製造業あるいはサービス業のプロセスにおい
て、測定されたプロセス変数を統計学的に解釈し、非制
御状態を認識し、これを自動的に修正する。【構成】非対称非直線型自動閉ループフィードバック
制御を行う統計学的プロセス制御システムにより、制御
される変数信号に応じて、プロセスの測定可能な特性値
を変更するように構成された装置を制御する。測定され
たサブグループ平均のずれの累算値から目標値を引いた
ものをサブグループの標準偏差で割った値を用い、累算
値が目標値の上下に設定された上限並びに下限を超える
度毎に操作変数を修正する。また、独立したスラック変
数、警告値、及び制御ゲイン信号を用いて、所定のプロ
セスを効果的に制御する。これにより、制御対称変数を
所望の目標値付近に、容易に、且つ効率的に、維持する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセス制御、特に、
プロセスを統計学的に制御する装置並びに方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プロセス制御は、あるプロセスの一つま
たは複数の特性の経時変化を測定することにより、プロ
セスの動作パラメータを制御する方法である。すなわ
ち、プロセスの品質並びに効率が、一サイクルの実行の
間に、あるいは、複数回の実行過程でほとんど変動しな
いことを確認するために、用いられる。プロセス制御
は、通常、製造業で用いられているが、近年、サービス
産業においても利用されている。プロセス制御の一形態
として、統計学的プロセス制御（ＳＰＣ）があるが、こ
れは、プロセス変数を統計学的に解析し、プロセスが望
ましい方法で実行されていることを確認するものであ
る。ＳＰＣは、プロセスの品質あるいは効率を図る尺度
となる各変数（例えば、引っ張り強さ、輝度等）の値が
任意に変動するという仮定の下に、行われる。これらの
変数が、一貫して、所定の範囲内で、正規分布様に変動
する場合、そのプロセスは、統計学的に制御されてい
る、ということができる。言い替えれば、正規分布から
ずれている場合には、そのプロセスは、統計学的に制御
されていないことになる。例えば、特定の製造工程に従
い生産される紙の品質を、輝度により示す方法がある。
プロセスが制御されていることを確認するために、一サ
イクルの実行の間、すなわち、プロセスの実行の間、適
当な間隔で、輝度の値を測定する。測定した輝度の値を
プロットし、これを、所定の目標輝度レベルと比較する
ことにより、問題となるプロセスのずれを検出すること
ができる。ずれが検出されれば、オペレーターは、バッ
チに加える漂白剤の量を増減する等の、適切な処置を取
ることができる。

【０００３】従来のＳＰＣは、累積和（ＣＵＳＵＭ）法
を採用している。これは、プロセス平均が目標値に等し
いという仮定と、平均が目標値から所定の量ずれている
という別の仮定との、どちらがより可能性が高いかを連
続的に評価するという、連続的な見込み評価試験の形を
採っている。例えば、「統計学的品質管理に必要なソフ
トウェア」（Ulery 著：InstrumentSociety of America
Paper （インストルメント・ササイアティ・オブ・ア
メリカ・ペーパー）＃86-2713 ：1986年）に示されてい
るように、コンピューターによるＣＵＳＵＭ法では、下
記の式で示される、上限値和ＳH 及び下限値和ＳL の二
つの累積和を求める。ＳH （ｉ）＝ｍａｘ［０，Ｙi −ｋ＋ＳH （ｉ−１）］ＳL （ｉ）＝ｍａｘ［０，−ｋ−Ｙi ＋ＳL （ｉ−１）］ここで、Ｙi は、標準化された変数であり、測定された
サンプル平均値から、サンプル平均の標準偏差で目標値
を割ったものを引いた値に等しい。また、ｋはスラック
値であり、ｍａｘ［・・］は数字的に最大となるパラメ
ータの値を取り出す関数である。上記のＣＵＳＵＭ法を
用いた従来のＳＰＣシステムにおいては、所定の警告値
をＳH またはＳL が超えた場合に、非制御状態であるこ
とを示す信号が出力される。オペレーターは、通常、こ
の出力された信号に対応して、警告状態に対して施すべ
き措置を決定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＣＵＳ
ＵＭ法は、プロセス制御に、ある程度の効果を示した
が、広範囲に渡るプロセスあるいは種々のプロセスを正
確に制御するには至っていない。本発明は、従来技術に
おける上述の課題を解決するためになされたものであ
り、効果的な、統計学的プロセス制御装置並びに方法を
提供することを目的とする。更に、本発明の別の目的
は、測定されたプロセス変数を統計学的に解釈し、非制
御状態を認識し、自動的にこれを補正するための、プロ
セス制御システムを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプロセス制御装置並びに方法は、非対称非
直線型閉ループフィード・バックシステムを採用し、制
御対象となるプロセス変数を所望の目標値付近に維持す
る、ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明に従うシステムは、プロセスを実行し、
制御対象となる可変信号（例えば、漂白剤の量を調節す
る信号）に応じて、プロセスの測定可能な特性値（例え
ば、紙の輝度等）を変化させる装置の、閉ループ制御を
行う。上記システムは、特性値をモニターし、検出され
た値の平均あるいは標準偏差を示す信号を出力する。出
力されるエラー信号は、平均信号と、モニターされてい
る特性の目標値を示す信号との差を標準偏差信号値で割
ったものである。上記システムは、エラー信号をモニタ
ーし、二つの異なった、即ち、極値累算信号を出力する
ことにより、プロセスにおける所定の変化を検出する。
上記二種類の信号の一つは、上限値累算信号であり、経
時的に変化する、エラー信号と所定の上限スラック値と
の差を、連続的に加えた和である。もう一つは、下限値
累算信号であり、経時的に変化する、エラー信号にマイ
ナスを付けた値と下限スラック値との差を、連続的に加
えた和である。上記上限スラック値及び所定の下限スラ
ック値は互いに独立したものであり、オペレーターがこ
れらの値をラン・タイム（プロセスの実行時）毎に指定
するように構成してもよい。この場合、二つのスラック
値を等しい値に設定することもできるが、通常は、異な
った値に設定される。このように二種類の累算信号が互
いに独立であるため、広範囲に及ぶ製造プロセスを、正
確に制御することができる。上限値累算信号及び下限値
累算信号の一部として出力される操作可変信号は、プロ
セスを実行する装置に自動的に送られ、測定される特性
値を目標値に近づける。操作可変信号は、同信号の前回
の値と、上限値及び下限値累算信号の基準値との数学的
総和である。更に、本発明の機構は、プロセス制御変数
の測定値を分類し、上述の平均値並びに標準偏差を出力
する。例えば、各々がｎ個の値からなる、連続したグル
ープを、ｎ個目の値毎にサンプリングする。あるいは、
各々がｎ個の値からなる、連続したグループを、ｎ＋ｍ
個目の値毎にサンプリングする。但し、この場合、ｎ及
びｍはそれぞれ整数である。更に、先のグループから取
り出した値と、新しくサンプリングした値とを組み合わ
せて、連続したグループを形成する構成にしてもよい。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従い説明す
る。図１は、本発明を好適に具現化した制御装置１２に
より制御される、プロセス１０の概略図である。プロセ
ス１０は、多重入力１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを用いて
出力１６を作り出す、任意の従来型製造あるいはサービ
スプロセスである。例えば、パルプ、漂白剤及び設備が
入力ライン１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとして供給され、
紙ロール１６を生産する紙製造プロセスが、プロセス１
０として考えられる。図中、ソース１８は、プロセス入
力の一つ１４ｂを供給する。上記の例では、前記ソース
１８は、漂白剤を供給する化学タンクである。ソース１
８の出力は、調節装置２０を介して、制御装置１２によ
って調節されている。調節装置２０は、例えば、従来の
流量制御弁であり、ライン２１で受信した操作可変信号
に応答して、ソース１８からプロセス１０への原料の供
給量を制御する。本発明に従う制御方法を以下に説明す
る。まず、従来の測定装置（図中ＭＤ）で、プロセス１
０の特性値、即ち、制御対象となる変数を測定する。上
述の例では、測定装置は、プロセス１０によって生産さ
れるロール紙の輝度を示す信号を発生するように構成さ
れた、光学センサーである。制御対象である可変信号
は、測定装置から、ライン２２を介して、制御装置１２
に送られる。制御装置１２は、これに応じて、ライン２
６を介して受信した目標信号、並びに、測定値のサブグ
ループに従い、操作変数の出力信号を発生させる。前記
目標信号は、所望の値に設定された、紙の輝度等の制御
変数を示す。以下詳細に説明されるように、操作可変信
号の値は、下限警告値信号及び上限警告値信号、下限ス
ラック値信号及び上限スラック値信号、並びに、下限警
告制御ゲイン信号及び上限警告制御ゲイン信号に基づい
て、設定される。本実施例において、これらの信号は、
入出力コンソール２４を介して、オペレーターにより制
御される。

【０００８】図２は、本発明の好適な実施例であるに従
う、図１の制御装置１２の構成を示したものである。上
記制御装置１２は、下記に示す初期信号レベルを設定す
るための、初期化部２７を含む。項（ｊ）は、時系列等
のシーケンスにおける位置を特定するための標識番号で
ある。信号名詳細初期値ＳＨ（ｊ）現在の上限値累算信号０ＳＨ（ｊ−１）直前の上限値累算信号０ＳＬ（ｊ）現在の下限値累算信号０ＳＬ（ｊ−１）直前の下限値累算信号０ＨＡ上限警告信号０ＬＡ下限警告信号０初期化部２７は、また、直前の操作可変信号ＭＡ（ｊ−
１）を、測定変数である初期流速等の操作プロセス入力
の実際値に等しい値に設定する。初期化が完了した後、
サンプリング部２８が、制御対象変数測定装置ＭＤから
制御される変数Ｘの値を示す信号を受信する。サンプリ
ング部２８は、これらの値を個別に取り込み、サブグル
ープ信号Ｘ（１）・・・・・Ｘ（ｎ）を発生する。ここ
で（ｎ）は、制御されるプロセス１０の型に従って決ま
る整数である。サンプリング部２８は、下記の３つのサ
ンプリング機構の何れかに従って、サブグループを作
る。第１の機構は、各々がｎ個の測定値からなる連続し
たサブグループを作成するもので、ここでは、ｎ個目毎
に新しいサブグループが作られる。この機構では、例え
ば、各３分間という連続した時間間隔中に測定された１
５回の輝度の測定値を、第１のサブグループとして作成
する。その後、次の１５回の測定値を第２のサブグルー
プとする、というように、次々とサブグループが作られ
る。

【０００９】第２の機構においては、サンプリング部２
８は、各々がｎ個の測定値からなる連続したサブグルー
プを作成するが、ここでは、直前のサブグループが終了
した後、ｍの間隔をおいて、新しいサブグループを形成
する。例えば、プロセス中で測定された１５回の輝度の
測定値を、第１のサブグループとして作成し、第１のサ
ブグループが作成されてから３０分後に測定された１５
の測定値を第２のサブグループとする、というように、
次々とサブグループが作られる。このサンプリング機構
は、続けて変数をサンプリングする際、連続したサブグ
ループ間の相関性を軽減したい場合に、好適に利用され
る。第３の機構においても、サンプリング部２８は、各
々ｎ個の測定値からなる連続したサブグループを作成す
るが、ここでは、各サブグループは、一部は直前のサブ
グループに含まれていた値から、又一部は新たに測定し
た値から作られる。例えば、プロセス中で測定された５
回の輝度の測定値を第１のサブグループとし、第１のサ
ブグループの最初の１回を除いた４回の測定値と、１回
の新たな測定値を第２のサブグループとする。その後、
３番目から７番目までの輝度測定値を第３のサブグルー
プとする、というように、次々とサブグループが形成さ
れる。このサンプリング機構は、制御対象変数の測定デ
ータがマニュアルで入力される時等、制御対象変数の測
定と測定の間に比較的長い時間が経過するプロセスの場
合に、好適に利用される。上記のサンプリング機構を特
定する制御信号が、入力ライン２９を介して、サンプリ
ング部２８に与えられる。この制御信号は、通常、プロ
セス実行時あるいはその前に、コンソール２４を介し
て、オペレーターにより特定される。

【００１０】サンプリング部２８により形成されるサブ
グループのサンプル値を示す信号Ｘ（１）・・・Ｘ
（ｎ）は、統計処理部３０に与えられる。統計処理部３
０は、サブグループの値の平均値を示す信号ＸＢ（ｊ）
及び標準偏差を示す信号ＳＳＤ（ｊ）を出力する。平均
値並びに標準偏差は、従来の統計数学的処理に基づき、
以下のように求められる。

【数１】

【数２】ここで、ｎは、サブグループの大きさ、ｊは、ｊ番目の
サブグループ、Ｘ（ｉ）はｊ番目のサブグループ中の、
制御対象変数のｉ番目の値、ＸＢ（ｊ）はｊ番目のサブ
グループの平均値、ＳＳＤ（ｊ）はｊ番目のサブグルー
プの標準偏差、を、各々示す。

【００１１】統計処理部３０の出力、即ち、平均値信号
ＸＢ（ｊ）及び標準偏差信号ＳＳＤ（ｊ）は、正規化部
３２に送られ、正規化部３２はエラー信号Ｙ（ｊ）を出
力する。正規化部３２は、次式に従い、エラー信号を算
出する。

【数３】ここで、ＴＡＲは、制御対象変数の目標値、Ｙ（ｊ）
は、ｊ番目のサブグループに関する、目標値からの制御
対象変数のずれを正規化偏差、を、各々示す。数２のＸ
Ｂ（ｊ）の値が目標値より大きい場合、エラー信号が正
となり、小さい場合には負になる。

【００１２】図２に示されるように、制御装置１２は、
統計処理部３０の標準偏差出力ＳＳＤ（ｊ）と規格化部
３２とを接続する、ゼロ除算防止部３４を備える。ゼロ
除算防止部３４は、信号ＳＳＤ（ｊ）の値と最小値信号
ＭＩＮＳＩＧとを比較する。ＳＳＤ（ｊ）が最小値より
小さい場合には、統計処理部３０は、ＳＳＤ（ｊ）をＭ
ＩＮＳＩＧに等しい値に設定し、それ以外の場合には、
ＳＳＤ（ｊ）の値を変更しない。ＭＩＮＳＩＧは、正規
化部３２からのゼロ除算フォルト信号の出力を防止する
ように、許容範囲内で最小限の値であることが望まし
い。ＭＩＮＳＩＧは、プロセスの実行時にオペレーター
により入力されるが、デフォルト値として設定されるこ
とが、望ましい。正規化部３２から出力されるエラー信
号Ｙ（ｊ）は、上限値累算部３５並びに下限値累算部３
６の各々に、入力信号として送られる。上限値累算部３
５は、目標値より大きな上限スラック値ｋ１より大きい
エラー信号値を積算し、上限値累算信号ＳＨ（ｊ）を出
力する。また、下限値累算部３６は、目標値より小さな
下限スラック値ｋ２より大きいエラー信号を積算し、下
限値累算信号ＳＬ（ｊ）を出力する。上述したように、
上限スラック値信号ｋ１と下限スラック値信号ｋ２は、
互いに独立である。オペレーターは、図１のライン１９
を介して、ｋ１とｋ２に等しい値、あるいは、数学的に
相関した値、例えば、ｋ１をｋ２の１／２とした値、を
代入することもできるが、本発明に従い構成されるプロ
セス制御システムにおいては、ｋ１とｋ２に異なった
値、及び／あるいは、数学的に相関のない値を入力する
こともできる。

【００１３】上限値累算部３５は、以下の方法に従い、
現在の上限値累算信号ＳＨ（ｊ）を出力する。まず、エ
ラー信号Ｙ（ｊ）の値から上限スラック値信号ｋ１の値
を減じ、その差を、直前の上限値累算信号ＳＨ（ｊ−
１）に加える。現在の上限値累算信号ＳＨ（ｊ）は、最
大関数部３８に送られ、値ＺＥＲＯを示す信号と比較さ
れる。現在の上限値累算信号ＳＨ（ｊ）がＺＥＲＯより
小さいと判定された場合には、最大関数部３８は、ＺＥ
ＲＯに等しい新しい上限値累算信号信号ＳＨ（ｊ）を出
力し、それ以外の場合には、現在の上限値累算信号ＳＨ
（ｊ）を変更しない。同様に、下限値累算部３６は、現
在の下限値累算信号ＳＬ（ｊ）を出力する。エラー信号
Ｙ（ｊ）にマイナスを付けた値から下限スラック値信号
ｋ２の値を減じ、その差を、直前の下限値累算信号ＳＬ
（ｊ−１）に加える。現在の下限値累算信号ＳＬ（ｊ）
は、最大関数部４０に送られ、値ＺＥＲＯを示す信号と
比較される。現在の下限値累算信号がＳＬ（ｊ）がＺＥ
ＲＯより小さいと判定された場合には、最大関数部４０
は、ＺＥＲＯに等しい新しい下限値累算信号信号ＳＬ
（ｊ）を出力し、それ以外の場合には、現在の下限値累
算信号ＳＬ（ｊ）を変更しない。各部３５，３６，３
８，４０の機能は、数学的に、以下のように示される。

【００１４】

【数４】ＳＨ（ｊ）＝ｍａｘ［０，ＳＨ（ｊ−１）＋Ｙ（ｊ）−ｋ１］

【数５】ＳＬ（ｊ）＝ｍａｘ［０，ＳＬ（ｊ−１）−Ｙ（ｊ）−ｋ２］

【００１５】ここで、ＳＨ（ｊ）は、現在の上限値累算
信号値、ＳＨ（ｊ−１）は、直前の上限値累算信号値、
ＳＬ（ｊ）は、現在の下限値累算信号値、ＳＬ（ｊ−
１）は、直前の下限値累算信号値、ｋ１は、上限スラッ
ク信号値、ｋ２は、下限スラック信号値であり、ｍａｘ
［・・］は、入力された値の最大値に等しい値を出力す
る最大関数を示す。

【００１６】上限値累算信号ＳＨ（ｊ）は、最大関数部
３８からコンパレータ４２に送られ、上限警告信号ｈ１
と比較される。上限値累算信号ＳＨ（ｊ）の方が大きい
と判定された場合には、コンパレータ４２から駆動部４
４にＹＥＳ信号が送られ、駆動部４４は、値１（ＯＮ
Ｅ）の上限警告信号、即ち、ＨＡ＝１を出力する。そう
でない場合には、コンパレータ４２は、駆動部４６にＮ
Ｏ信号を送り、駆動部４６は、値０（ＺＥＲＯ）の上限
警告信号、即ち、ＨＡ＝０を出力する。同様にして、下
限値累算信号ＳＬ（ｊ）は、最大関数部４０からコンパ
レータ４８に送られ、下限警告信号ｈ２と比較される。
下限値累算信号ＳＬ（ｊ）の方が大きいと判定された場
合には、コンパレータ４８から駆動部５０にＹＥＳ信号
が送られ、駆動部５０は、値１（ＯＮＥ）の下限警告信
号、即ち、ＬＡ＝１を出力する。そうでない場合には、
コンパレータ４８は、駆動部５２にＮＯ信号を送り、駆
動部５２は、値０（ＺＥＲＯ）の下限警告信号、即ち、
ＬＡ＝０を出力する。上述したスラック値と同様に、上
限警告信号ｈ１と下限警告信号ｈ２は、互いに独立であ
る。オペレーターは、ｈ１とｈ２に等しい値、あるい
は、数学的に相関した値を代入することもできるが、本
発明に従い構成されるプロセス制御システムにおいて
は、ｈ１とｈ２に異なった値、及び／あるいは、数学的
に相関のない値を入力することもできる。

【００１７】駆動部４４あるいは４６から出力された上
限警告信号ＨＡは、多重積器５４に送られる。多重積器
５４は、上限値累算信号ＳＨ（ｊ）、上限警告信号Ｈ
Ａ、及び、上限警告制御ゲイン信号ＫＣ１の多重積に等
しい信号を出力する。同様に、駆動部５０あるいは５２
から出力された下限警告信号ＬＡは、多重積器５６に送
られる。多重積器５６は、下限値累算信号ＳＬ（ｊ）、
下限警告信号ＬＡ、及び、下限警告制御ゲイン信号ＫＣ
２の多重積に等しい信号を出力する。上記と同様に、上
限警告制御ゲイン信号ＫＣ１及び下限警告制御ゲイン信
号ＫＣ２は、互いに独立である。オペレーターは、ＫＣ
１とＫＣ２に等しい値、あるいは、数学的に相関した値
を代入することもできるが、本発明に従い構成されるプ
ロセス制御システムにおいては、ＫＣ１とＫＣ２に異な
った値、及び／あるいは、数学的に相関のない値を入力
することもできる。更に、図２に示されるように、制御
装置１２の多重積器５４及び５６の出力は、加算部５８
に送られる。加算部５８は、多重積器５４から出力され
る多重積の値から多重積器５６から出力される多重積を
減じた差を示す差信号を出力する。加算部５８からの出
力信号は、第２加算部６０に送られ、第２加算部６０
は、時間に依存する、現在の操作可変信号Ｍ（ｊ）を出
力する。前記可変信号Ｍ（ｊ）は、加算部５８からの差
信号出力値と、時間に依存する、直前の操作可変信号Ｍ
（ｊ−１）の値との和である。操作可変信号Ｍ（ｊ）
は、図１に従い説明したように、例えば、ライン２１を
介して、プロセス制御装置に与えられる。加算部５８並
びに６０の機能は、数学的に以下のように示される。

【００１８】

【数６】Ｍ（ｊ）＝Ｍ（ｊ−１）＋ＫＣ１＊ＨＡ＊ＳＨ（ｊ） −ＫＣ２＊ＬＡ＊ＳＬ（ｊ）

【００１９】ここで、Ｍ（ｊ）は、現在の操作可変信号
値、Ｍ（ｊ−１）は、直前の操作可変信号値、ＫＣ１
は、上限値累算信号ＳＨ（ｊ）に対する制御装置１２の
ゲイン、ＫＣ２は、下限値累算信号ＳＬ（ｊ）に対する
制御装置１２のゲイン、を示す。上限警告信号ＨＡ、即
ち、駆動部４４あるいは４６からの出力は、更に、２つ
のコンパレータ６２並びに６６に送られる。第１のコン
パレータ６２は、上限警告信号ＨＡが、１（ＯＮＥ）以
上かどうかを判定する。１以上の場合には、コンパレー
タ６２は、ＹＥＳ信号を再初期化部６４に出力する。Ｙ
ＥＳ信号により、再初期化部６４は起動され、以下に示
す信号を、再び、０（ＺＥＲＯ）に初期化する。（i ）上限値累算信号ＳＨ（ｊ）（ii）直前の上限値累算信号ＳＨ（ｊ−１）（iii ）上限警告信号ＨＡ同様に、コンパレータ６６は、上限警告信号ＨＡが０以
下かどうかを判定する。０以下の場合には、コンパレー
タ６６は、ＹＥＳ信号を割当部６８に出力する。ＹＥＳ
信号が与えられると、割当部６８は、現在の上限値累算
信号ＳＨ（ｊ）に等しい、直前の上限値累算信号ＳＨ
（ｊ−１）を出力する。

【００２０】下限警告信号ＬＡ、即ち、駆動部５０ある
いは５２からの出力は、更に、２つのコンパレータ７０
並びに７４に送られる。第１のコンパレータ７０は、下
限警告信号ＬＡが、１（ＯＮＥ）以上かどうかを判定す
る。１以上の場合には、コンパレータ７０は、ＹＥＳ信
号を再初期化部７２に出力する。ＹＥＳ信号により、再
初期化部７２は起動され、以下に示す信号を、再び、０
（ＺＥＲＯ）に初期化する。（i ）下限値累算信号ＳＬ（ｊ）（ii）直前の下限値累算信号ＳＬ（ｊ−１）（iii ）下限警告信号ＬＡ同様に、コンパレータ７４は、下限警告信号ＬＡが０以
下かどうかを判定する。０以下の場合には、コンパレー
タ７４は、ＹＥＳ信号を割当部７６に出力する。ＹＥＳ
信号が与えられると、割当部７６は、現在の下限値累算
信号ＳＬ（ｊ）に等しい、直前の下限値累算信号ＳＬ
（ｊ−１）を出力する。再初期化部６４及び７２、割当
部６８及び７６、並びに第２加算部６０からの出力信号
は、操作変数割当部（ＭＶＡ部）７８に伝えられる。各
プロセスの実行終了時あるいは所定の操作時間経過後、
ＭＸＡ部７８は、制御装置１２が次のプロセス実行ある
いは操作時間を開始することができるように、現在の操
作可変信号Ｍ（ｊ）に等しい、直前の操作可変信号Ｍ
（ｊ−１）を出力する。ＭＶＡ部７８は、前記出力信号
及び下記に示す他の信号を、サンプリング部２８に送
り、制御過程を繰り返す。（i ）現在及び直前の上限値累算信号ＳＨ（ｊ）並びに
ＳＨ（ｊ−１）（ii）現在及び直前の下限値累算信号ＳＬ（ｊ）並びに
ＳＬ（ｊ−１）（iii ）上限警告信号及び下限警告信号ＨＡ並びにＬＡ（iv）現在及び直前の操作可変信号Ｍ（ｊ）並びにＭ
（ｊ−１）

【００２１】図２に示したように構成されるプロセス制
御装置１２は、サンプリング部２８を用いて、制御対象
変数（例えば紙の輝度）のサンプル値を示す、サブグル
ープ信号Ｘ（１）、Ｘ（２）、・・・Ｘ（ｎ）を順次出
力する。サブグループ信号は、統計処理部３０に送ら
れ、信号ＸＢ（ｊ）及びＳＳＤ（ｊ）、即ち、現在の平
均値並びに標準偏差を示す信号、を出力する。信号ＸＢ
（ｊ）及びＳＳＤ（ｊ）は、上記数１及び数２に従っ
て、生成される。正規化部３２は、平均値信号ＸＢ
（ｊ）及び標準偏差信号ＳＳＤ（ｊ）を、目標値ＴＡＲ
に対して正規化する。正規化部３２は、ゼロ除算防止部
３４と共同して作動し、上記数３に従ってエラー信号Ｙ
（ｊ）を出力する。制御される変数の目標値からのずれ
は、上記各部３４ないし４０により、検出される。各部
３４ないし４０は、目標値より上及び下のエラー信号値
を積算する。オペレーターは、独立な変数として、ｋ１
及びｋ２を入力することができるが、この値が、積算プ
ロセスのスラック値を示す。積算されたエラー値は、信
号ＳＨ（ｊ）及びＳＬ（ｊ）として出力され、その値
は、上述の数４及び数５により算出される。プロセス中
の統計的に有意のずれは、各部４２ないし５０により検
出される。各部４２ないし５０は、積算された変数信号
ＳＨ（ｊ）及びＳＬ（ｊ）がそれぞれ独立な警告限界ｈ
１及びｈ２を超えた場合、警告信号ＨＡ並びにＬＡを１
に設定する。警告が発せられた場合、各部５４ないし６
０は、エラー信号の基準値を加算あるいは減算すること
により、操作可変信号Ｍ（ｊ）を更新する。この操作
は、数学的には、上記数６により示される。次の操作に
移る前に、制御装置１２は、各部６２ないし７８を介し
て、上記に詳述したように、信号値をリセットする。図
２に示した統計学的プロセス制御装置１２に、所定のハ
ードウェアを取り付けることもできるし、また、周知の
デジタルデータプロセッサーをプログラムすることもで
きる。例えば、本発明の譲受人により市販されているイ
ンテリジェント・オートマチック・シリーズ・アプリケ
ーション・プロセッサー２０並びにインテリジェント・
オートマチック・シリーズ・コントロール・プロセッサ
ー３６当のプログラム可能なデジタルデータプロセッサ
ーに、本発明の制御装置１２を取り付けてもよい。プロ
セス１０から出力された制御変数信号を、警告値信号、
スラック値信号、及び制御ゲイン信号と共に、周知の方
法に従って、制御装置１２に入力する構成にすることも
できる。更に、制御装置１２から出力された所望の操作
可変信号を周知の方法に従って、プロセス１０に送信す
るように構成してもよい。

【００２２】図３は、本発明に従うプロセス制御装置を
上記のように操作した際に出力された信号値をプロット
したグラフである。ｘ軸８０は、上記の実施例において
変数ｊで示されたサブグループ数（例えば時間）を示
す。ｙ軸８２は、上限値累算信号ＳＨ（ｊ）、下限値累
算信号ＳＬ（ｊ）、並びにエラー信号Ｙ（ｊ）の値を示
す。水平に引かれた直線ＴＡＲは、制御対象変数の目標
値を示す。直線＋ｋ１は、上限スラック信号値、直線＋
ｈ１は上限警告信号値、直線−ｋ２は下限スラック信号
値、並びに、直線−ｈ２は、下限警告信号値を示す。図
３において、ｙ軸８２の左の数値は、目標値ＴＡＲを基
準にしたものである。明瞭化のために、グラフの左側の
部分（サブグループ＃１から＃１２）には、上限値累算
信号ＳＨの変化のみを、また、右側の部分（サブグルー
プ＃１３以降）には、下限値累算信号ＳＬの変化のみを
示す。

【００２３】サブグループ＃１において、プロセス１０
は、制御装置１２の閉ループ制御下にあり、上述のよう
に図２に示す初期化部２７により初期化が実行される。
サブグループ＃２及び＃３においては、エラー信号Ｙの
値は、目標値ＴＡＲより上にあり、上限値累算信号ＳＨ
を増加させる。一方、サブグループ＃４においては、エ
ラー信号Ｙの値が小さくなり、上限値累算信号ＳＨを減
少させる。サブグループ＃５から＃１３において、プロ
セス１０は、目標値ＴＡＲ以上で実行され続けるため、
上限値累算信号ＳＨは、徐々に増加する。これらのサブ
グループの最後では、上限値累算信号ＳＨが上限警告信
号ｈ１を超え、上限警告が発せられる。即ち、上限警告
信号ＨＡが値１に設定される。上限警告信号が出力され
ると、制御装置１２は、操作可変信号Ｍ（ｊ）をプロセ
ス１０に送り、累算信号をリセットする。これがサブグ
ループ＃１３として示されており、この時、下限値累算
信号ＳＬは値０に設定されている。サブグループ＃１４
から＃２３では、同様に、プロセス１０の実行値が徐々
に目標値ＴＡＲより小さくなるため、下限値累算信号Ｓ
Ｌも減少する。上記と同様に、サブグループ＃２３で、
下限値累算信号ＳＬが下限警告信号−ｈ２を超え、制御
装置１２は、下限警告を発する。ここで再び、上述した
ように、閉ループの統計学的制御に従い、制御装置１２
は、操作可変信号Ｍ（ｊ）をプロセス１０に送り、累算
信号をリセットする。なお、本発明は、上記実施例に限
られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て、様々な態様で実施することができる。例えば、複数
の操作可変信号を同時にモニターするように構成するこ
ともできる。また、制御装置が、警告信号、スラック信
号、及び／あるいは、制御ゲイン信号を、オペレーター
が入力する代わりに、メモリーバンクから読み出すよう
に構成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の統計学的
プロセス制御装置並びに方法は、非対称非直線型自動閉
ループフィードバック制御を行うものである。本発明の
システムは、サブグループ平均のずれの累算値から目標
値を引いたものをサブグループの標準偏差で割った値を
用い、累算値が目標値の上下に設定された上限並びに下
限を超える度毎に操作変数を修正するものである。本発
明の制御装置は、独立したスラック変数、警告値、及び
制御ゲイン信号を用いて、所定のプロセスを効果的に制
御する。これにより、制御対称変数を所望の目標値付近
に、容易に、且つ効率的に、維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う制御装置により制御されるプロセ
ス例の概略を示すブロック図である。

【図２】本発明の好適な実施例であるプロセス制御装置
の機能を示すブロック図である。

【図３】図２に示す本発明の実施例に従うプロセス制御
装置で測定された信号値をプロットしたグラフである。

【符号の説明】

１０プロセス１２制御装置１８ソース２４コンソール２７初期化部２８サンプリング部３０統計処理部３２正規化部３４ゼロ除算防止部３５上限値累算部３６下限値累算部ＳＨ（ｊ）上限値累算信号ＳＬ（ｊ）下限値累算信号ｋ１上限スラック信号ｋ２下限スラック信号ｈ１上限警告信号ｈ２下限警告信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御される変数信号に応じてプロセスの
第一特性を変化させるように構成された装置により実行
されるプロセスを、閉ループ制御する制御装置で、実行される上記プロセスの第一プロセス特性値を測定
し、測定した値の算術平均を示す信号、並びに、前記測
定した値の標準偏差を示す信号を出力する、バッチ測定
手段と、前記バッチ測定手段と連結し、前記平均値信号及び前記
標準偏差信号に応じて、前記測定された値の正規化偏差
を示すエラー信号を出力する、正規化手段と、前記正規化手段と連結し、前記エラー信号に応じて、前
記第一プロセス特性の所定の変化を検出するためのドリ
フト検出手段で、前記エラー信号と第一スラック値との
差の経時変化値の総和を示す上限値累算信号を出力する
第一累算手段と、前記エラー信号を負にした値と前記第
一スラック値とは独立な第二スラック値との差の経時変
化値の総和を示す下限値累算信号を出力する第二累算手
段と、を備えるドリフト検出手段と、前記ドリフト検出手段と連結し、直前の操作可変信号の
値と前記上限値累算信号及び前記下限値累算信号の少な
くとも一つを基準化した値との和を示す操作可変信号
を、選択的に出力する、プロセス制御手段と、前記操作可変信号を上記プロセス実行装置に送り、前記
制御される変数信号を目標値に近づける、閉ループ制御
手段と、を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】上記バッチ測定手段が、上記第一プロセ
ス特性値を測定する測定手段と、上記測定手段と連結
し、前記第一特性値をｎ回（ここで、ｎは１より大きな
整数）サンプリングし、ｎ個の値からなるサブグループ
を形成し、前記サブグループを示す信号を出力する、サ
ンプリング手段と、前記ｎ個のサンプリングされた第一
特性値に応じて、前記平均値信号と前記標準偏差信号と
を出力する手段と、を備えることを特徴とする請求項１
の制御装置。
【請求項３】前記サンプリング手段が、ｎ個目の値毎
に、前記ｎ個の第一特性値信号をサンプリングし、サブ
グループを形成する連続したサンプル手段を備える、こ
とを特徴とする請求項２の制御装置。
【請求項４】前記サンプリング手段が、ｎ＋ｍ（ここ
で、ｍは１以上の整数）個目の値毎に、前記ｎ個の第一
特性値信号をサンプリングし、サブグループを形成する
スキップｍサンプル手段を備える、ことを特徴とする請
求項２の制御装置。
【請求項５】前記サンプリング手段が、前記取り出さ
れた第一特性値の前回の値と少なくとも一つの新しくサ
ンプリングされた値とを組み合わせてサブグループを形
成する移動サンプル手段を備える、ことを特徴とする請
求項２の制御装置。
【請求項６】制御される変数信号に応じてプロセスの
第一特性を変化させるように構成された装置により実行
されるプロセスを、閉ループ制御する方法で、（ａ）実行される上記プロセスの第一プロセス特性値を
測定し、測定した値の算術平均を示す信号、並びに、前
記測定した値の標準偏差を示す信号を出力し、（ｂ）前記標準偏差信号を正規化して、エラー信号を出
力し、（ｃ）前記エラー信号に応じて、前記第一プロセス特性
の所定の変化を検出し、前記エラー信号と第一スラック
値との差の経時変化値の総和を示す上限値累算信号を出
力し、更に、前記エラー信号を負にした値と前記第一ス
ラック値とは独立な第二スラック値との差の経時変化値
の総和を示す下限値累算信号を出力し、（ｄ）直前の操作可変信号の値と前記上限値累算信号及
び前記下限値累算信号の少なくとも一つを基準化した値
との和を示す操作可変信号を、選択的に出力し、（ｅ）前記操作可変信号を上記プロセス実行装置に送
り、前記制御される変数信号を目標値に近づける、ことを特徴とする制御方法。
【請求項７】上記ステップ（ａ）が、（ａ−１）上記第一プロセス特性値を測定し、（ａ−２）前記第一特性値をｎ回（ここで、ｎは１より
大きな整数）サンプリングし、ｎ個の値からなるサブグ
ループを形成し、前記サブグループを示す信号を出力
し、（ａ−３）前記ｎ個のサンプリングされた第一特性値に
応じて、前記平均値信号と前記標準偏差信号とを出力す
る、ことを特徴とする請求項６の制御方法。
【請求項８】前記ステップ（ａ−２）が、ｎ個目の値
毎に、前記ｎ個の第一特性値信号をサンプリングし、サ
ブグループを形成する、ことを特徴とする請求項７の制
御方法。
【請求項９】前記ステップ（ａ−２）が、ｎ＋ｍ（こ
こで、ｍは１以上の整数）個目の値毎に、前記ｎ個の第
一特性値信号をサンプリングし、サブグループを形成す
る、ことを特徴とする請求項７の制御方法。
【請求項１０】前記ステップ（ａ−２）が、前記取り
出された第一特性値の前回の値と少なくとも一つの新し
くサンプリングされた値とを組み合わせてサブグループ
を形成する、ことを特徴とする請求項７の制御方法。