波动检测装置以及波动检测方法与流程

1.本发明涉及一种检测波动(hunting)的波动检测装置以及波动检测方法。


背景技术：

2.作为检测反馈控制中的波动的方法，例如着眼于如图10所示那样温度或流量等控制量pv周期性地变化等波动的特征，提出了使用频率分析的方法(参照专利文献1)。专利文献1所公开的检测方法中，对控制量pv或操作信号mv实施频率分析，在特定频率成为预先设定的值以上的情况下，判定为波动。
3.如专利文献1所公开，可着眼于pv或mv来检测波动。但是，即便可检测波动，断定为对阻尼器(damper)或阀等进行驱动的操作器需要维护也为时尚早。
4.例如，如图11所示的示例那样，在对操作器给予振动性的动作指示信息sp，且获得按照所述指示那样的控制量pv的情况下，反馈控制系统的控制器等发生异常的可能性大，而并非接收来自控制器的动作指示信息sp的操作器发生异常，因而操作器的维护的必要性降低。
5.另一方面，如图12所示的示例那样，在对操作器给予非振动性的动作指示信息sp，且以与所述指示不同的形式表现出振动性的控制量pv的情况下，有操作器发生异常的可能性，因而可认为需要实施操作器的维护。
6.如以上那样，专利文献1公开的现有技术中，并未考虑对操作器的动作指示信息sp，因而有无法判定是否需要维护操作器等问题。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本专利特开平07-093002号公报


技术实现要素：

10.发明所要解决的问题
11.本发明是为了解决所述问题而成，其目的在于提供一种波动检测装置以及波动检测方法，可在与控制关联的波动现象的检测中，在检测波动的同时判定是否需要维护操作器。
12.解决问题的技术手段
13.本发明的波动检测装置的特征在于包括：第一特征量计算部，构成为对动作指示信息的值与行为信息的值的偏差进行频率分析并算出偏差特征量，所述动作指示信息被输入至对反馈控制系统的操作端进行驱动的操作器，所述行为信息为从所述操作器向所述操作端的输出或控制对象的控制量中的任一者；第二特征量计算部，构成为对所述动作指示信息和所述行为信息各自的值进行频率分析，算出所述动作指示信息与所述行为信息的类似性特征量；以及判定部，构成为基于所述偏差特征量和所述类似性特征量来判定有无产生波动现象和是否需要维护所述操作器。
14.而且，本发明的波动检测装置的一结构例的特征在于还包括：数据提取部，构成为提取所述动作指示信息和所述行为信息中符合规定的提取条件的动作指示信息和行为信息，并给予所述第一特征量计算部、第二特征量计算部。
15.而且，本发明的波动检测装置的一结构例中，其特征在于，所述第一特征量计算部将通过所述偏差的频率分析所得的第一频谱中的各频率成分的强度中的最大强度作为所述偏差特征量，所述第二特征量计算部将通过所述动作指示信息的频率分析所得的第二频谱与通过所述行为信息的频率分析所得的第三频谱重合，基于由所述第二频谱和所述第三频谱所包围的部分的测度信息来算出所述类似性特征量。
16.而且，本发明的波动检测装置的一结构例中，其特征在于，所述判定部在所述偏差特征量为规定的第一阈值范围内且所述类似性特征量为规定的第二阈值范围内的情况下，判定为产生波动现象而需要维护所述操作器。
17.而且，本发明的波动检测方法的特征在于包括：第一步骤，对动作指示信息的值与行为信息的值的偏差进行频率分析并算出偏差特征量，所述动作指示信息被输入至对反馈控制系统的操作端进行驱动的操作器，所述行为信息为从所述操作器向所述操作端的输出或控制对象的控制量中的任一者；第二步骤，对所述动作指示信息和所述行为信息各自的值进行频率分析，算出所述动作指示信息与所述行为信息的类似性特征量；以及第三步骤，基于所述偏差特征量和所述类似性特征量来判定有无产生波动现象和是否需要维护所述操作器。
18.发明的效果
19.根据本发明，通过设置第一特征量计算部、第二特征量计算部及判定部，从而可在检测波动的同时判定是否需要维护操作器。因此，本发明中，可挑选维护的必要性高的操作器，因而可实现维护成本的削减。
附图说明
20.图1为表示本发明的实施例的波动检测装置的结构的框图。
21.图2为说明本发明的实施例的波动检测装置的动作的流程图。
22.图3为表示动作指示信息与行为信息的偏差的示例的图。
23.图4为表示动作指示信息与行为信息的偏差的另一示例的图。
24.图5为表示操作器有异常的情况下的动作指示信息和行为信息的示例、以及由动作指示信息与行为信息的偏差的频率分析所得的频谱的示例的图。
25.图6为表示反馈控制系统有异常的情况下的动作指示信息和行为信息的示例的图、以及表示由动作指示信息与行为信息的偏差的频率分析所得的频谱的示例的图。
26.图7为表示操作器有异常的情况下的由动作指示信息的频率分析所得的频谱的示例、以及操作器有异常的情况下的由行为信息的频率分析所得的频谱的示例的图。
27.图8为表示反馈控制系统有异常的情况下的由动作指示信息的频率分析所得的频谱的示例、以及反馈控制系统有异常的情况下的由行为信息的频率分析所得的频谱的示例的图。
28.图9为表示实现本发明的实施例的波动检测装置的计算机的结构例的框图。
29.图10为表示波动的示例的图。
30.图11为表示动作指示信息和控制量的示例的图。
31.图12为表示动作指示信息和控制量的另一示例的图。
具体实施方式
32.[发明的原理]
[0033]
发明人为了考虑给予操作器的动作指示信息，而着眼于动作指示信息与操作器的行为信息的偏差。在对操作器给予振动性的动作指示信息的情况下，若操作器针对动作指示信息并无追随的延迟而运行，则在动作指示信息与行为信息之间未产生振动性的偏差。另一方面，在对操作器给予非振动性的动作指示信息，且以与所述指示不同的形式表现出振动性的行为信息的情况下，产生振动性的偏差。因此，发明人想到，对动作指示信息与行为信息的偏差实施频率分析，若分析结果的最大波谱为阈值以上，则判定为产生波动现象。
[0034]
但是，在即便给予振动性的动作指示信息，但操作器产生追随的延迟的情况下，产生振动性的偏差。因此，若实施偏差的频率分析，则将操作器的追随的延迟也判定为波动。因此，发明人为了判别波动与操作器的追随的延迟，而着眼于动作指示信息与行为信息的波形的类似性。
[0035]
在操作器产生追随的延迟的情况下，动作指示信息与行为信息虽然相位有偏差，但振幅和周期成为类似的波形。因此，若对动作指示信息和行为信息分别实施频率分析，则算出类似的波谱。另一方面，在产生波动现象的情况下，动作指示信息与行为信息成为振幅和周期均完全不同的波形，因而即便对动作指示信息与行为信息分别实施频率分析，也未见波谱的类似性。
[0036]
如此，发明人想到，可使用动作指示信息的波谱与行为信息的波谱的类似度，来判定波动与追随的延迟。因此，本发明中，使用动作指示信息与行为信息的偏差的最大波谱、及动作指示信息与行为信息的类似度，在检测波动的同时判定是否需要维护操作器。
[0037]
[实施例]
[0038]
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。图1为表示本发明的实施例的波动检测装置的结构的框图。波动检测装置1包括操作器运转数据蓄积部2、特征量计算部3、波动判定部4及判定结果输出部5。
[0039]
特征量计算部3包含数据提取部30、偏差特征量计算部31(第一特征量计算部)及类似性特征量计算部32(第二特征量计算部)。
[0040]
图2为说明波动检测装置1的动作的流程图。在波动检测装置1的操作器运转数据蓄积部2，蓄积有从上位的控制器(未图示)等输入至操作器10的动作指示信息sp的时序数据、和按照动作指示信息sp从操作器10输出至阻尼器或阀等操作端(未图示)的输出mv的时序数据。
[0041]
反馈控制中，控制器以控制的目标值与控制对象的控制量一致的方式进行控制运算(例如比例积分微分(proportion integration differentiation，pid)运算)，输出动作指示信息sp。动作指示信息sp表示从控制器指定的操作量的值。
[0042]
本实施例中，将操作器10的输出mv(例如电流信号、电压信号等)设为行为信息bv，但也可将温度或流量等控制量pv设为行为信息bv。在将控制量pv设为行为信息bv的情况下，由测量端所测量的控制量pv的时序数据蓄积于操作器运转数据蓄积部2。
[0043]
波动检测装置1的数据提取部30从操作器运转数据蓄积部2中提取动作指示信息sp的时序数据和行为信息bv的时序数据(图2步骤s1)。此时，数据提取部30也可不获取所有信息，而将符合规定的提取条件的行为信息bv的时序数据视为有波动的可能性并提取，并且提取与所述行为信息bv的时序数据相同时刻范围的、动作指示信息sp的时序数据。
[0044]
所述提取条件是基于以往的见解而预先设定。作为提取条件，例如有下述条件，即：行为信息bv的周期为规定范围内的情况、和动作指示信息sp的值与行为信息bv的值的正的偏差(bv＞sp)与负的偏差(bv＜sp)中仅单侧的偏差超过规定阈值的情况此两种情况中的至少一者成立等。
[0045]
波动检测装置1的偏差特征量计算部31根据数据提取部30所提取的动作指示信息sp的时序数据和行为信息bv的时序数据，在每个时刻算出动作指示信息sp的值与行为信息bv的值的偏差e＝bv－sp(图2步骤s2)。例如若为图3(a)那样的动作指示信息sp和行为信息bv，则获得图3(b)那样的偏差e。而且，若为图4(a)那样的动作指示信息sp和行为信息bv，则获得图4(b)那样的偏差e。
[0046]
接下来，偏差特征量计算部31对所算出的偏差e的时序数据进行频率分析(图2步骤s3)，根据频率分析的结果算出偏差特征量x(图2步骤s4)。作为频率分析的代表性方法，有快速傅里叶转换(fast fourier transform，fft)。如众所周知那样，若对数据进行频率分析，则获得表示频率成分的强度分布的频谱。偏差特征量计算部31将频谱中的各频率成分的强度中的最大强度作为偏差特征量x。如此，可实现周期性地产生的偏差e的指标值化。
[0047]
图5(a)为表示操作器10有异常的情况下的动作指示信息sp和行为信息bv的示例的图，图5(b)为表示由图5(a)的动作指示信息sp与行为信息bv的偏差e的频率分析所得的频谱的示例的图。图6(a)为表示反馈控制系统的控制器等有异常的情况下的动作指示信息sp和行为信息bv的示例的图，图6(b)为表示由图6(a)的动作指示信息sp与行为信息bv的偏差e的频率分析所得的频谱的示例的图。
[0048]
另一方面，波动检测装置1的类似性特征量计算部32对数据提取部30所提取的动作指示信息sp的时序数据和行为信息bv的时序数据分别进行频率分析(图2步骤s5)，根据频率分析的结果算出动作指示信息sp与行为信息bv的类似性特征量y(图2步骤s6)。
[0049]
图7(a)为表示由图5(a)的动作指示信息sp的频率分析所得的频谱的示例的图，图7(b)为表示由图5(a)的行为信息bv的频率分析所得的频谱的示例的图。图8(a)为表示由图6(a)的动作指示信息sp的频率分析所得的频谱的示例的图，图8(b)为表示由图6(a)的行为信息bv的频率分析所得的频谱的示例的图。
[0050]
类似性特征量计算部32将动作指示信息sp的频谱与行为信息bv的频谱以横轴的频率的标度一致且纵轴的强度的标度一致的方式重合，计算由动作指示信息sp的频谱和行为信息bv的频谱所包围的部分的面积d(测度信息)。接着，类似性特征量计算部32根据面积d如下式那样算出类似性特征量y。
[0051]
y＝1/(1+d)
···
(1)
[0052]
如此，可实现动作指示信息sp与行为信息bv的类似度的指标值化。本实施例的类似性特征量y的值越接近1，表示动作指示信息sp与行为信息bv越类似。此类似性特征量y的计算方法的一个目的在于，容易理解类似度。本实施例的计算方法为一例，也可为其他计算方法。
[0053]
此外，如由偏差特征量计算部31和类似性特征量计算部32的动作所得知，需要将动作指示信息sp与行为信息bv的值域(range)设为相同，因而必须以可取的最小值一致且可取的最大值一致的方式，预先使动作指示信息sp与行为信息bv分别标准化。在动作指示信息sp与行为信息bv的值域相同的情况下，无需进行标准化。在动作指示信息sp与行为信息bv的值域不同的情况下，例如只要设为通过特征量计算部3的数据提取部30进行标准化即可。
[0054]
接下来，波动检测装置1的波动判定部4基于偏差特征量x和类似性特征量y来判定有无产生波动现象和操作器10是否需要维护(图2步骤s7)。将说明波动判定部4的动作的表示于表1。
[0055]
[表1]
[0056][0057]
在类似性特征量y小于0.05的情况(表1的a)下，动作指示信息sp与行为信息bv恒定或局部地大不相同。所述表1的a的情况下，波动判定部4判定为未产生波动现象而无需维护操作器10。
[0058]
在偏差特征量x小于0.1并且类似性特征量y为0.05以上且小于0.3的情况(表1的b)、或者偏差特征量x小于0.1并且类似性特征量y为0.3以上的情况(表1的e)下，动作指示信息sp或行为信息bv的任一个局部地变化。所述表1的b、e的情况下，波动判定部4判定为未产生波动现象而无需维护操作器10。
[0059]
在偏差特征量x为0.1以上且小于0.5并且类似性特征量y为0.05以上且小于0.3的情况(表1的c)、偏差特征量x为0.1以上且小于0.5并且类似性特征量y为0.3以上的情况(表1的f)、或者偏差特征量x为0.5以上并且类似性特征量y为0.3以上的情况(表1的g)下，周期性地产生大的偏差。所述表1的c、f、g的情况下，波动判定部4判定为有产生波动现象的可能性，但无需维护操作器10。图6(a)、图6(b)、图8(a)、图8(b)所示的示例相当于所述表1的g的情况。
[0060]
在偏差特征量x为0.5以上并且类似性特征量y为0.05以上且小于0.3的情况(表1的d)下，波动判定部4判定为产生波动现象而需要维护操作器10。图5(a)、图5(b)、图7(a)、图7(b)所示的示例相当于所述表1的d的情况。
[0061]
波动判定部4在偏差特征量x大且类似性特征量y所示的动作指示信息sp与行为信息bv的类似度低的情况下，判定为产生波动现象而需要维护操作器10。更具体而言，波动判定部4在偏差特征量x为第一阈值范围(本实施例中为0.5≦x)内且类似性特征量y为第二阈值范围(本实施例中为0.05≦y＜0.3)内的情况下，判定为产生波动现象而需要维护操作器10。所述第一阈值范围和第二阈值范围为一例，当然不限定于本实施例。
[0062]
波动检测装置1的判定结果输出部5输出波动判定部4的判定结果(图2步骤s8)。作为判定结果的输出方法，例如有显示告知判定结果的内容或将告知判定结果的信息发送至外部等方法。
[0063]
如此，本实施例中，可在检测波动的同时判定是否需要维护操作器10。因此，本实施例中，可挑选维护的必要性高的操作器10，因而可实现维护成本的削减。
[0064]
本实施例中说明的波动检测装置1可通过包含中央处理器(central processing unit，cpu)、存储装置及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。将所述计算机的结构例示于图9。
[0065]
计算机包括cpu 200、存储装置201及接口装置(i/f)202。在i/f 202，连接有操作器10等。此种计算机中，用于实现本发明的波动检测方法的程序保存在存储装置201。cpu 200按照保存在存储装置201的程序来执行本实施例中说明的处理。
[0066]
工业上的可利用性
[0067]
本发明可适用于检测波动的技术。
[0068]
符号的说明
[0069]
1：波动检测装置
[0070]
2：操作器运转数据蓄积部
[0071]
3：特征量计算部
[0072]
4：波动判定部
[0073]
5：判定结果输出部
[0074]
30：数据提取部
[0075]
31：偏差特征量计算部
[0076]
32：类似性特征量计算部