JP2904051B2 - System control unit - Google Patents
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- JP2904051B2 JP2904051B2 JP7076401A JP7640195A JP2904051B2 JP 2904051 B2 JP2904051 B2 JP 2904051B2 JP 7076401 A JP7076401 A JP 7076401A JP 7640195 A JP7640195 A JP 7640195A JP 2904051 B2 JP2904051 B2 JP 2904051B2
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Description
【0001】本発明は、システムからの出力を制御する
ためのシステム制御装置に係わり、特に最適な制御を低
コストで、しかも常に精度良く行うことができ、さらに
商品開発時のデータ採取や最適化設計にかかる開発工数
を実質的にゼロにすることができるシステム制御装置に
関する。[0001] The present invention relates to a system control device for controlling output from a system, and in particular, it can always perform optimal control at low cost and with high accuracy, and can also collect and optimize data during product development. The present invention relates to a system control device capable of reducing development man-hours required for design to substantially zero.
【0002】従来より、システム制御を目的として、人
工知能の技術を用いる方法が広く行われている。その代
表的なものとしては、専門家が経験的に得たルールに基
づくエキスパートシステムによる制御方法、システム設
計上の知識に基づくモデルベース推論による制御方法、
ファジーやニューラルネットワークによる制御方法など
がある。[0002] Conventionally, methods using artificial intelligence technology have been widely used for the purpose of system control. Typical examples are a control method using an expert system based on rules that experts have gained empirically, a control method using model-based inference based on knowledge in system design,
There are control methods using fuzzy and neural networks.
【0003】しかし、エキスパートシステムはルールの
存在しない未経験の状況に対しては対応できず、モデル
ベースでは未経験の状況にも対処できるものの、そのた
めには制御対象の動作メカニズムについての深い理解
(モデル)が不可欠であるなど、一長一短があった
(「事例に基づ推論と事例からの知識獲得」小林重信、
日本ファジー学会誌、Vol.4No.4P646−P6
55(1992))。However, the expert system cannot cope with an inexperienced situation where no rule exists, and can cope with an inexperienced situation on a model basis. To that end, a deep understanding of the operation mechanism of a controlled object (model) Is indispensable (“Inference based on cases and knowledge acquisition from cases,” Shigenobu Kobayashi,
Journal of the Japan Fuzzy Society, Vol. 4 No. 4P646-P6
55 (1992)).
【0004】また、ファジーやニューラルネットワーク
では、入力と出力の関係が複雑な場合にも対応できるな
ど優れた特徴を持つ反面、ファジーでは技術者が試行錯
誤的にチューニングを行う必要があり、ニューロではあ
らかじめ技術者が適切な教師データを用意し、通常、数
千回から数万回以上というような多数回の(したがって
長時間の)学習サイクルを実行しなければならない。[0004] Fuzzy and neural networks have excellent features such as being able to cope with complicated relationships between inputs and outputs. On the other hand, fuzzy techniques require engineers to perform tuning by trial and error. An engineer must prepare appropriate teacher data in advance and execute a large number (and therefore a long time) of learning cycles, usually from several thousand to several tens of thousands.
【0005】したがって、チューニングや学習によって
取り込んだ入力と出力の関係自体が変化してしまうよう
なシステムには、通常は対応できない。すなわち、ファ
ジーにおいてはメンバーシップ関数のチューニングのや
り直し、ニューロにおいては教師データの作り直しと学
習のやり直しなど、制御系の再構築が必要であり、リア
ルタイムで被制御システムの最適な制御を実現すること
は極めて難しかった。[0005] Therefore, it is not usually possible to cope with a system in which the relationship between the input and the output taken by tuning or learning changes. In other words, it is necessary to reconfigure the control system such as re-tuning the membership function in fuzzy and re-creating teacher data and re-learning in neuro, and realizing optimal control of the controlled system in real time is not possible. It was extremely difficult.
【0006】そこで、専門家が経験的に得たルールのみ
に依存することなく、制御対象の動作メカニズムについ
ての深い理解も必要ない推論方法として、過去の事例に
基づく推論方法(Case Based Reason
ing=CBR)が提案されている(特開平5−150
989)。このCBRでは過去の事例の中から現在の状
況に最も近い事例を検索し、その事例に基づいて現在の
状況についての推論を行うことができる。[0006] Therefore, as an inference method that does not depend only on the rules empirically obtained by the expert and does not require a deep understanding of the operation mechanism of the controlled object, an inference method based on past cases (Case Based Reason) is used.
ing = CBR) (JP-A-5-150).
989). In this CBR, a case closest to the current situation is searched from past cases, and an inference about the current situation can be made based on the case.
【0007】しかし、従来のCBRは戦略支援などへの
応用が専らであり、システム制御に用いた例は少ない。
CBRのこのような使われ方から、通常は事前に網羅的
な大量のデータを事例として記憶させる必要があり、大
きな開発工数を要していた。[0007] However, the conventional CBR is mainly applied to strategy support and the like, and there are few examples of using it for system control.
Because of the way CBR is used, it is usually necessary to store a large amount of comprehensive data as an example in advance, which requires a large number of development steps.
【0008】しかも、CBRの要素技術である事例の記
憶、事例の検索、事例からの推論、新しい事例の追加学
習など、どの要素技術においてもまだまだ研究段階であ
り、実用化のためには改良が必要となっている。(「事
例ベース推論の研究課題」小林重信、人工知能 75ー
4(1991.3.6) P29−38)[0008] In addition, all the elemental technologies such as storage of cases, retrieval of cases, inference from cases, and additional learning of new cases, which are the elemental technologies of CBR, are still in the research stages, and improvements are needed for practical use. Is needed. ("Research issues of case-based reasoning" Shigenobu Kobayashi, Artificial Intelligence 75-4 (1991.3.6) P29-38)
【0009】具体的には、先ず、従来のCBRでは類似
事例検索において、類似判断は一義的定量的な基準をも
っていないのが現状である。また、従来のCBRでは現
在の状況と十分に類似した過去の事例が存在しない場合
の推論方法が確立しておらず、不十分な事例に基づいて
不確かな推論を行うしかなかった。[0009] Specifically, first, in the conventional CBR, in the similar case search, the similarity judgment does not have a unique quantitative criterion at present. Further, in the conventional CBR, an inference method has not been established when there is no past case sufficiently similar to the current situation, and the only option is to make uncertain inferences based on insufficient cases.
【0010】さらに従来のCBRでは、ファジー/ニュ
ーロなどと異なり、随時新しい事例を学習することによ
り、知識を成長させられるという大きな特徴をもっては
いるものの、新しい事例を学習するかどうかの判断基準
が明確でなく、新しいクラスタの再構築には人間が介在
する必要があるなど、煩雑な作業が要求される。しかも
古い事例と新しい事例の間に経時的な変化が起こってい
ても(もはや古い事例では役に立たなくなっていて
も)、その区別がつけられないなど、システム制御に用
いる場合には問題が多かった。[0010] Unlike conventional fuzzy / neuro networks, the conventional CBR has a great feature that knowledge can be grown by learning a new case at any time, but the criterion for determining whether to learn a new case is clear. Rather, complicated work is required, such as the need for human intervention to reconstruct a new cluster. Moreover, even if there is a change over time between the old case and the new case (even if the old case is no longer useful), it cannot be distinguished, so there are many problems when used for system control.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
技術の欠点、すなわちエキスパートシステムに代表され
るルールベース推論、事例ベース推論、モデルベース推
論、および、ファジーやニューラルネットワークによる
制御方法がそれぞれに持っていた欠点を解消するために
なされたものであって、その目的とするところは、開発
工数を大幅に低減しながら、状況に適応した制御を行う
こところにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the disadvantages of the prior art described above, namely, rule-based inference represented by an expert system, case-based inference, model-based inference, and control methods using fuzzy and neural networks. The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art, and the purpose is to perform control suitable for the situation while significantly reducing the number of development steps.
【0012】さらに、本発明は、以下のような目的を有
している。 制御誤差が許容誤差範囲以内に収まるように、制御装
置自身が自動的に必要な情報を選択的に学習して、制御
性能を向上させることを可能にする。 制御精度をより高めるために、システムの状況に最も
適した制御ルールを用いて制御ができるようにする。 現状に近い状況下で得られた制御ルールが複数個であ
った場合に、それらを有効に組み合わせて、より適した
制御ルールを創出する。 一義的定量的な制御ルールを容易に抽出する。 システムの現状と過去の事例との適合度を一義的定量
的に決定する。 必要に応じて制御事例の追加記憶(学習)を繰り返し
行った結果として、新たな制御事例を追加記憶するため
の記憶容量が不足した場合、最も重要性の低い事例を的
確に選択して消去し、最新のより重要性の高い事例を記
憶できるようにする。 制御事例の持つ情報を十分に活かしながら、しかも本
来的に制御事例を記憶するための記憶容量を低く押さえ
られるように構成する。 システムを再起動した場合、再起動の前後におけるシ
ステムの状態変化の影響を低減し、再起動当初から速や
かに精度の高い制御を行うことを可能にする。Further, the present invention has the following objects. The control device itself can automatically and selectively learn necessary information so that the control error falls within the allowable error range, thereby improving control performance. In order to further enhance control accuracy, control can be performed using a control rule most suitable for the system situation. When there are a plurality of control rules obtained under a situation close to the current situation, a more suitable control rule is created by effectively combining them. Easily extract unambiguous quantitative control rules. The degree of conformity between the current state of the system and past cases is uniquely and quantitatively determined. If the storage capacity for additional storage of a new control case becomes insufficient as a result of repeatedly storing (learning) additional control cases as necessary, the least important case is accurately selected and deleted. Be able to remember the latest more important cases. The configuration is such that the storage capacity for storing the control case is kept low while making full use of the information possessed by the control case. When the system is restarted, the effect of a change in the state of the system before and after the restart is reduced, and high-precision control can be performed promptly from the beginning of the restart.
【0013】この発明は、上記課題を解決するために、
請求項1に記載の発明にあっては、制御装置に操作量を
与える操作量出力手段と、前記操作量およびこれに対応
して前記被制御装置から出力される制御量および前記被
制御装置の制御量に影響を与える状態量を一組にして制
御事例として記憶するとともに、状態量が類似している
ものをまとめてクラスタを作成する制御事例記憶手段
と、前記各クラスタ毎に制御対象の関数モデルの抽出を
行う制御ルール抽出手段と、前記制御ルール抽出手段に
よって抽出された関数モデルについて、直前の制御事例
に対する適合度を求め、各関数モデルについて適合度に
応じた重み付けを行って平均し、その結果得られる合成
ルールを用いて前記制御量を目的値に一致させる操作量
を求め、この操作量を前記操作量出力手段に出力させる
操作量演算手段とを具備することを特徴とする。The present invention has been made in order to solve the above problems.
In the invention according to claim 1, an operation amount output unit that supplies an operation amount to a control device, and the operation amount and a control amount output from the controlled device corresponding to the operation amount and the controlled device. Control case storage means for storing a set of state quantities affecting the control amount as a control case, and creating a cluster by grouping similar state quantities, and a function to be controlled for each of the clusters Model extraction
For the control rule extracting means to be performed and the function model extracted by the control rule extracting means, the degree of conformity to the immediately preceding control case is obtained, each function model is weighted according to the degree of conformity and averaged, and the result is obtained. An operation amount calculating means for obtaining an operation amount for making the control amount equal to a target value using a combination rule, and outputting the operation amount to the operation amount output means.
【0014】また、請求項2記載の発明にあっては、被
制御装置に操作量を与える操作量出力手段と、前記操作
量およびこれに対応して前記被制御装置から出力される
制御量および前記被制御装置の制御量に影響を与える状
態量を一組にして制御事例として記憶するとともに、状
態量が類似しているものをまとめてクラスタを作成する
制御事例記憶手段と、前記各クラスタ毎に制御対象の関
数モデルの抽出を行う制御ルール抽出手段と、前記制御
ルール抽出手段によって抽出された関数モデルについ
て、直前の制御事例に対する適合度を求め、各関数モデ
ルについて適合度に応じた重み付けを行って平均し、そ
の結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を目的値
に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操作量出
力手段に出力させる操作量演算手段とを具備し、前記制
御事例記憶手段は、制御量が許容誤差範囲を超えた場合
は、その制御内容を新たな制御事例として対応するクラ
スタに含めて記憶し、前記制御ルール抽出手段は、当該
制御事例を含むクラスタから新たな関数モデルを抽出す
ることを特徴とする。Further , according to the present invention, an operation amount output means for giving an operation amount to the controlled device, the operation amount and the control amount output from the controlled device corresponding thereto. A control case storing means for storing a set of state quantities affecting the control amount of the controlled device as a control case, and creating a cluster by grouping similar state amounts together; To the control target
For a control rule extracting means for extracting a number of models and a function model extracted by the control rule extracting means, a degree of conformity to the immediately preceding control case is obtained, and each function model is obtained.
Averaged by weighting according to the goodness of fit for Le, using the result obtained combining rule obtains a manipulated variable to match the target value of the control amount, the operation of outputting the operation amount to the operation amount output means When the control amount exceeds the permissible error range, the control case storage unit stores the control content in a corresponding cluster as a new control case, and stores the control rule extraction unit. Is characterized in that a new function model is extracted from the cluster including the control case.
【0015】また、請求項4に記載の発明においては、
被制御装置に操作量を与える操作量出力手段と、前記操
作量およびこれに対応して前記被制御装置から出力され
る制御量および前記被制御装置の制御量に影響を与える
状態量を一組にして制御事例として記憶するとともに、
状態量が類似しているものをまとめてクラスタを作成す
る制御事例記憶手段と、各クラスタ毎に、制御量および
これに関連するn個の操作量で構成されるn+1次元空
間内で、各制御事例座標点の最小二乗誤差法によるn次
元平面として各制御量毎に制御対象の関数モデルの抽出
を行う制御ルール抽出手段と、前記制御ルール抽出手段
によって抽出された関数モデルについて、直前の制御事
例に対する適合度を求め、各関数モデルについて適合度
に応じた重み付けを行って平均し、その結果得られる合
成ルールを用いて前記制御量を目的値に一致させる操作
量を求め、この操作量を前記操作量出力手段に出力させ
る操作量演算手段とを具備するとともに、前記操作量演
算手段は、各関数モデルが記述される座標空間内で、関
数モデルを示すn次元平面と、直前の制御事例を示す座
標点との間の距離の逆数を、各関数モデルについて規格
化して前記適合度を求めることを特徴とする。Further, in the invention according to claim 4,
A set of manipulated variable output means for providing a manipulated variable to the controlled device, and a set of the manipulated variable, a control variable correspondingly output from the controlled device, and a state variable affecting the controlled variable of the controlled device; And memorize it as a control case,
A control case storage unit that creates clusters by grouping similar state quantities; and, for each cluster, each control in an (n + 1) -dimensional space composed of a control quantity and n related operation quantities. Extraction of function model of controlled object for each controlled variable as n-dimensional plane by least square error method of case coordinate points
And a function model extracted by the control rule extracting means, for which the degree of conformity to the immediately preceding control case is obtained, weighted according to the degree of conformity for each function model , averaged, and the result obtained. An operation amount calculating means for obtaining an operation amount for causing the control amount to coincide with the target value using the synthesis rule obtained, and outputting the operation amount to the operation amount output means. in the coordinate space function model is described, Seki
The reciprocity of the distance between the n-dimensional plane indicating the numerical model and the coordinate point indicating the immediately preceding control case is standardized for each function model to determine the degree of conformity.
【0016】また、請求項12に記載の発明にあって
は、 被制御装置に操作量を与える操作量出力手段と、
前記操作量およびこれに対応して前記被制御装置から出
力される制御量および前記被制御装置の制御量に影響を
与える状態量を一組にして制御事例として記憶するとと
もに、状態量が類似しているものをまとめてクラスタを
作成する制御事例記憶手段と、前記各クラスタ毎に制御
対象の関数モデルの抽出を行う制御ルール抽出手段と、
前記制御ルール抽出手段によって抽出された関数モデル
について、直前の制御結果に対する適合度を求め、各関
数モデルについて適合度に応じた重み付けを行って平均
し、その結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を
目的値に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操
作量出力手段に出力させる操作量演算手段とを具備し、
前記操作量演算手段は、前記被制御装置または当該制御
動作が停止された後、再起動された場合、停止直前の制
御事例における操作量に対して、再起動前後の状態量の
変化の影響を低減する変換を施し、該変換後の操作量を
前記操作量出力手段に出力させ、これによって得られる
制御結果に対する各関数モデルの適合度を求めることを
特徴とする。Further , according to the twelfth aspect of the present invention,
A manipulated variable output means for providing a manipulated variable to the controlled device;
The operation amount and the control amount output from the controlled device corresponding thereto and the state amount affecting the control amount of the controlled device are stored as a set as a set of control cases, and the state amounts are similar. a control case memory means for creating a cluster collectively what is, the control to each of said clusters
Control rule extracting means for extracting a target function model ,
For function model <br/> extracted by the control rule extracting means calculates a goodness of fit for the immediate control result, each Seki
The number of models is weighted according to the degree of conformity and averaged, an operation amount for matching the control amount to the target value is obtained by using the resultant synthesis rule, and the operation amount is output to the operation amount output means. Operation amount calculation means,
When the controlled device or the control operation is restarted after the controlled device is stopped, the operation amount calculation unit determines the state amount before and after the restart with respect to the operation amount in the control case immediately before the stop .
A conversion for reducing the influence of the change is performed, the manipulated variable after the conversion is output to the manipulated variable output means, and the degree of conformity of each function model to the control result obtained thereby is obtained.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】[0031]
【0032】請求項1に記載の発明によれば、操作量演
算手段が各制御ルールの適合度を求め、これによる重み
付けを行って各制御ルールを合成しているから、制御時
の状況と各制御ルールとの定量的な適合度判断ができ、
高い制御精度が得られる。これにより、過去に制御時の
状況と類似した状況を経験していなくとも、初めて経験
する状況に対応した制御ルールを、推論することができ
るようになる。すなわち、例えば、過去に経験した高温
時と低温時の制御ルールから、中温時に適応すると期待
できる新たな制御ルールを創出することが出来るように
なる。According to the first aspect of the present invention, since the manipulated variable calculating means obtains the degree of conformity of each control rule, and weights the control rules to synthesize each control rule, the situation at the time of control and each control rule are synthesized. Quantitative conformity judgment with control rules can be performed.
High control accuracy is obtained. This makes it possible to infer a control rule corresponding to a situation experienced for the first time without having experienced a situation similar to the situation at the time of control in the past. That is, for example, a new control rule that can be expected to be adapted at the medium temperature can be created from the control rules at the time of high temperature and at the time of low temperature experienced in the past.
【0033】請求項2に記載の発明においては、制御量
(システム出力)が設定されている許容誤差範囲を越え
てしまった場合に、その制御内容を新たに記憶すべき制
御事例として追加記憶し、次回または次回以降の制御に
は、その追加記憶された制御事例を含む制御事例群か
ら、制御ルールを自動抽出するようにしている。したが
って、状況の変化等に適応した制御を行うことができる
とともに、設定した許容誤差範囲に応じた精度に自動的
に収れんする。According to the second aspect of the present invention, when the control amount (system output) exceeds the set allowable error range, the control content is additionally stored as a control case to be newly stored. For the next or subsequent control, a control rule is automatically extracted from a control case group including the additionally stored control case. Therefore, it is possible to perform the control adapted to the change of the situation or the like, and the convergence is automatically reduced to the accuracy according to the set allowable error range.
【0034】請求項3に記載の発明にあっては、前記制
御ルールが、制御量およびこれに関連するn個の操作量
で構成されるn+1次元空間内で、各制御事例座標点の
最小二乗誤差法によるn次元平面として各制御量毎に抽
出されるので、誤差が統計的処理により低減される。ま
た、制御ルールが純粋に数学的に(最小二乗誤差法によ
るn次元平面として)得られるため、被制御システムに
ついての物理モデル化が不要になる。すなわち、被制御
システムをブラックボックスとして取り扱うことができ
るという効果がある。そのため、制御事例の要素とし
て、必ずしも制御量に係わる物理量を含む必要がないた
め、物理量センサが不要になる。すなわち、制御におい
てより直接的な量である操作量の設定値で代用できる。In the invention according to claim 3 , the control rule is that the least squares of each control case coordinate point in an n + 1-dimensional space composed of a control amount and n operation amounts related thereto. Since each control amount is extracted as an n-dimensional plane by the error method, errors are reduced by statistical processing. In addition, since the control rules are obtained purely mathematically (as an n-dimensional plane using the least squares error method), it is not necessary to create a physical model for the controlled system. That is, there is an effect that the controlled system can be handled as a black box. Therefore, it is not always necessary to include a physical quantity related to the control amount as an element of the control case, so that a physical quantity sensor becomes unnecessary. That is, the set value of the operation amount, which is a more direct amount in the control, can be substituted.
【0035】請求項4に記載の発明にあっては、制御ル
ールの自動抽出は、類似した状況下の制御事例からなる
クラスタ毎に行われ、制御実行時には各クラスタの適合
度を判定し、各々のクラスタの制御ルールを適合度に応
じて重み付け平均する。そして、この結果得られた制御
ルールによって操作量が算出される。この場合、制御ル
ールは、各制御量ごとに、各制御量および関連するn個
の操作量で構成されるn+1次元空間内で、各制御事例
座標点の最小二乗誤差法によるn次元平面として抽出さ
れ、制御実行時点の状態と各クラスタとの適合度は、前
回の制御実行時と同一の操作量に対する各クラスタのn
次元平面上の点(制御量)と、前回の制御実行時の制御
量(制御結果)との差(座標空間内の距離)の逆数を、
類似クラスタ全体に渡って規格化したものである。According to the fourth aspect of the present invention, the automatic extraction of the control rules is performed for each cluster composed of control cases under similar conditions, and at the time of execution of control, the fitness of each cluster is determined. Weighted average of the control rules of the clusters according to the fitness. Then, the operation amount is calculated based on the control rule obtained as a result. In this case, the control rule is extracted as an n-dimensional plane by the least square error method of each control case coordinate point in an n + 1-dimensional space composed of each control amount and related n operation amounts for each control amount. And the degree of conformity between the state at the time of control execution and each cluster is determined by n of each cluster with respect to the same operation amount as in the previous control execution.
The reciprocal of the difference (distance in the coordinate space) between the point on the dimensional plane (control amount) and the control amount (control result) at the time of the previous control execution is
This is standardized over the entire similar cluster.
【0036】請求項5に記載の発明にあっては、制御事
例記憶手段が容量不足に成った際には、もっとも古い制
御事例が消去されるので、記憶エリアを有効に使用する
ことができる。According to the fifth aspect of the present invention, when the capacity of the control case storage unit becomes insufficient, the oldest control case is erased, so that the storage area can be used effectively.
【0037】請求項6においては、ひとつのクラスタ生
成が完結した時点で、そのクラスタの構成要素である事
例または事例群を制御事例記憶手段から消去する。した
がって、クラスタに対応する制御ルールだけが記憶され
ることになり、記憶すべきデータ量を大幅に減らすこと
ができる。[0037] In claim 6, when the single cluster generation is complete, erases the instance or case group is a component of that cluster from the control case memory means. Therefore, only the control rule corresponding to the cluster is stored, and the amount of data to be stored can be significantly reduced.
【0038】請求項7,8においては、制御事例記憶手
段は、記憶容量不足となった場合は、最も古いクラスタ
を消去するので、新たなクラスタや制御事例を確実に記
憶することができる。According to the seventh and eighth aspects, the control case storage means erases the oldest cluster when the storage capacity becomes insufficient, so that a new cluster or control case can be reliably stored.
【0039】請求項9においては、操作量の決定に使用
された回数の少ない制御事例、すなわち、重要度の低い
制御事例が消去されるので、記憶エリアを有効に使用で
きるとともに、重要データはいつまでも保存されるとい
う利点がある。According to the ninth aspect , since the control cases used in the determination of the manipulated variable with a small number of times, that is, the control cases with low importance are deleted, the storage area can be used effectively, and the important data can be stored forever. It has the advantage of being preserved.
【0040】請求項10においては、操作量の決定に使
用された回数の少ないクラスタ、すなわち、重要度の低
いクラスタが消去されるので、記憶エリアを有効に使用
できるとともに、重要クラスタはいつまでも保存される
という利点がある。According to the tenth aspect , the cluster used less frequently for determining the operation amount, that is, the cluster of low importance is deleted, so that the storage area can be used effectively and the important cluster is stored forever. The advantage is that
【0041】請求項11に記載の発明にあっては、累積
適合度の小さいクラスタ、すなわち、重要度の低いクラ
スタが消去されるので、上記と同様に、記憶エリアを有
効に使用できるとともに、重要クラスタがいつまでも保
持される。According to the eleventh aspect of the present invention, clusters with a small cumulative fitness, that is, clusters with low importance are deleted, so that the storage area can be used effectively and important Clusters are kept forever.
【0042】請求項12に記載の発明にあっては、再起
動後の各制御ルールの適合度は、停止直前の制御事例に
おける操作量に対して所定の変換を施した操作量を指定
して得られる制御事例に基づいて算出され、この適合度
に応じた重み付け平均によって再起動後の制御ルールが
合成される。上記所定の変換としては、例えば所定の標
準操作量との平均あるいは重み付け平均、停止前の各制
御事例における操作量を平均した値との平均、係数の乗
算等、種々の態様がある。According to the twelfth aspect of the invention, the degree of conformity of each control rule after the restart is determined by specifying an operation amount obtained by performing a predetermined conversion on the operation amount in the control case immediately before the stop. It is calculated based on the obtained control case, and the control rule after the restart is synthesized by the weighted average according to the degree of adaptation. The predetermined conversion includes various modes such as, for example, averaging or weighted averaging with a predetermined standard operation amount, averaging with an average value of the operation amount in each control case before stop, multiplication of a coefficient, and the like.
【0043】以上のように、本発明によるシステム制御
装置は、必要な精度を保つためのリアルタイム学習が行
え、経時変化などが生じても、最適な制御ルールを自動
的に抽出できるという作用がある。そのため、この作用
をさらに利用することで、従来行っていたようなシステ
ム制御装置開発時の最適化作業を不要にすることが可能
になる。As described above, the system control device according to the present invention can perform real-time learning for maintaining necessary accuracy, and can automatically extract an optimal control rule even if a change over time occurs. . Therefore, by further utilizing this effect, it is possible to eliminate the need for the optimization work at the time of developing the system control device, which has been conventionally performed.
【0044】[0044]
(第1実施例) A:第1実施例の構成 以下、図面を参照してこの発明の第1実施例について説
明する。なお、この実施例は、種々の対象に対して制御
が行える汎用制御システムについての例である。まず、
図1に示す1は、被制御システムであり、供給される操
作量に従って制御対象を変化させるアクチェータ部を有
している。また、被制御システム1は、制御対象の状態
を検出し、制御量として出力する。例えば、制御対象1
がレーザープリンタの場合は、操作量は、感光体の帯電
電圧の指示値やレーザーパワーの指示値であり、制御対
象がプリント濃度であれば、その検出値が制御量とな
る。ただし、被制御システム1が制御対象そのものをシ
ステム出力としている場合は、システム出力が制御量と
なる。First Embodiment A: Configuration of First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an example of a general-purpose control system capable of controlling various objects. First,
1 shown in FIG. 1 is a controlled system, which has an actuator unit that changes a control target according to a supplied operation amount. Further, the controlled system 1 detects the state of the control target and outputs it as a control amount. For example, control target 1
Is a laser printer, the operation amount is an instruction value of the charging voltage of the photosensitive member or an instruction value of the laser power. If the control target is the print density, the detected value is the control amount. However, when the controlled system 1 uses the control target itself as the system output, the system output is the control amount.
【0045】一般的に言えば、 操作量としては、被制
御システムの出力を調整するために設定できる要因(電
圧設定値、圧力設定値、調整用ボリュームの回転角度等
々)の諸設定値が採用され、制御量としては、被制御シ
ステムの出力や代用量が使用される。なお、出力値は、
物理量でも心理物理量など(善し悪しのスコアなど)で
あってもよく、要は定量化されているものであれば良
い。Generally speaking, as the manipulated variable, various set values of factors (voltage set value, pressure set value, rotation angle of the adjustment volume, etc.) that can be set for adjusting the output of the controlled system are adopted. Then, as the control amount, the output or substitute amount of the controlled system is used. The output value is
It may be a physical quantity or a psychophysical quantity (good or bad score, etc.).
【0046】本実施例においては、説明の簡略化のため
に、操作量を電圧設定値とし、出力値は無次元数とす
る。また、被制御システム1は、装置が置かれている状
況を反映した状態量を出力するようになっている。この
場合、状態量としては、被制御システム1の出力に影響
を及ぼすあらゆる要因を取り上げることができる。すな
わち、被制御システム1の置かれている状況(設置場所
の温度、湿度、気圧や経時的な変動、負荷の大小等々)
を示す量であればよく、複数種類の状態量であってもか
まわない。In this embodiment, for the sake of simplicity, the operation amount is set to a voltage set value, and the output value is set to a dimensionless number. Further, the controlled system 1 outputs a state quantity reflecting a situation where the apparatus is placed. In this case, any factor that affects the output of the controlled system 1 can be taken as the state quantity. That is, the situation in which the controlled system 1 is placed (temperature, humidity, pressure, time-dependent fluctuation of the installation location, load magnitude, etc.)
, And a plurality of types of state quantities may be used.
【0047】また、状態量は、直接的な物理量でなく、
その代用となるものでも良い。例えば、稼働時間に比例
して機械的摩耗が発生し、その機械的磨耗量が被制御シ
ステム1の出力に影響を与える重要な物理的要因である
場合、磨耗量の代わりに累積稼動時間を状態量として代
用できる。要するに、システム出力という観点から、ど
のような状況下における制御事例なのかが把握できる量
であれば良いのである。The state quantity is not a direct physical quantity,
A substitute may be used. For example, if mechanical wear occurs in proportion to the operation time, and the amount of mechanical wear is an important physical factor affecting the output of the controlled system 1, the accumulated operation time is used instead of the amount of wear. Can be substituted as quantity. In short, any quantity can be used as long as it is possible to grasp the control case under what condition from the viewpoint of the system output.
【0048】ちなみに、本実施例では、上記の観点か
ら、状態量として事例採取時刻を代用している。これ
は、本実施例においては、被制御システム1の本来的な
状態量が、周囲の様々な環境条件や経時劣化など多岐に
渡っている反面、ある限られた時間範囲では、ほぼ一定
であると見なせるものを想定しているからである。例え
ば、朝と夕とでは異なるが、10分前と10分後とでは
実質的にほぼ同じ状態であると見なせる程度のものを対
象にしている。By the way, in the present embodiment, the case sampling time is used as the state quantity from the above viewpoint. This means that in the present embodiment, the intrinsic state quantity of the controlled system 1 varies over a wide range, such as various environmental conditions and deterioration over time, but is substantially constant over a limited time range. This is because it is assumed that what can be regarded as. For example, although it is different between morning and evening, the object is such that it can be considered that the state is substantially the same 10 minutes before and 10 minutes later.
【0049】次に、システム制御装置2について説明す
る。まず、比較部10は、制御量が許容誤差以内である
か否かを判断し、許容誤差以内であれば信号Y、許容誤
差外であれば信号Nを記憶制御部11へ出力する。記憶
制御部11は、比較部10の出力信号が「N」でれば、
その時の制御量、状態量、操作量を一組にし、これを新
たな事例として事例記憶部15に記憶させる。一方、比
較部10の出力信号が「Y」でれば、そのときの制御量
は破棄する。Next, the system controller 2 will be described. First, the comparison unit 10 determines whether the control amount is within the allowable error, and outputs a signal Y to the storage control unit 11 if the control amount is within the allowable error, and outputs a signal N if the control amount is outside the allowable error. If the output signal of the comparison unit 10 is “N”, the storage control unit 11
The control amount, the state amount, and the operation amount at that time are combined into a set, and the set is stored in the case storage unit 15 as a new case. On the other hand, if the output signal of the comparison unit 10 is “Y”, the control amount at that time is discarded.
【0050】補正ルール作成部12は、事例記憶部15
に記憶された事例から補正ルールを作成し、これを操作
量補正演算部16に供給する。操作量補正演算部16
は、ユーザー等によって設定される制御量目標値を実現
するための操作量を、補正ルール作成部12内の補正ル
ールを参照して求める。そして、求められた操作量は、
操作量設定値出力部17を介して被制御システム1に出
力される。The correction rule creating unit 12 includes a case storage unit 15
A correction rule is created from the cases stored in the storage unit and supplied to the manipulated variable correction calculation unit 16. Operation amount correction calculator 16
Calculates the operation amount for realizing the control amount target value set by the user or the like with reference to the correction rule in the correction rule creation unit 12. And the obtained operation amount is
It is output to the controlled system 1 via the manipulated variable set value output unit 17.
【0051】また、被制御システム1からは、時刻情報
が状態量として出力され、これが状態量認識部19を介
して補正ルール作成部12および記憶制御部11に供給
されるようになっている。この実施例の場合、時刻情報
は、後述するように、事例採取時刻として用いられる。
ところで、状態量として事例採取時刻を採用した場合
は、システム制御装置2の内部において時刻情報を発生
し、その値を用いるように構成してもよい。The controlled system 1 outputs time information as a state quantity, which is supplied to the correction rule creation unit 12 and the storage control unit 11 via the state quantity recognition unit 19. In the case of this embodiment, the time information is used as the case collection time, as described later.
By the way, when the case collection time is adopted as the state quantity, time information may be generated inside the system control device 2 and the value may be used.
【0052】B:第1実施例の動作 (1)初期設定動作(立ち上げ動作) 次に、上述した構成によるこの実施例の動作について説
明する。この実施例を稼動させるためには、技術者が、
以下に述べるような立ち上げ作業を行う。まず、技術者
は、ある任意の操作量をマニュアル設定し、その設定下
で被制御システム1を動作させ、そのときの操作量、制
御量、状態量(すなわち、採取時刻)を、システム制御
装置2の事例記憶部15に記憶させる。次いで、技術者
は、操作量を許容される範囲内で任意に変化させなが
ら、上述の作業をn+1回以上繰り返し、システム制御
装置2内の事例記憶部15に、n+1以上の制御事例を
記憶させる。B: Operation of First Embodiment (1) Initial Setting Operation (Start-Up Operation) Next, the operation of this embodiment having the above-described configuration will be described. To operate this embodiment, a technician must:
Perform the startup work described below. First, a technician manually sets an arbitrary operation amount, operates the controlled system 1 under the setting, and stores the operation amount, control amount, and state amount (that is, sampling time) at that time in the system controller. 2 is stored in the case storage unit 15. Next, the technician repeats the above operation n + 1 times or more while arbitrarily changing the operation amount within an allowable range, and stores n + 1 or more control cases in the case storage unit 15 in the system control device 2. .
【0053】ここで、nは、操作量の種類の数である。
したがって、操作量として電圧設定値だけを用いる本実
施例の場合には、n=1となるため、電圧設定値を異な
る値に設定した事例の採取を2回以上行えばよい。ま
た、操作量として、電圧設定値と圧力設定値の二つを用
いた場合では、n=2となるため、技術者は電力設定値
と圧力設定値をそれぞれ異なる値に設定しつつ、上記の
作業を3回以上繰り返せばよい。Here, n is the number of types of manipulated variables.
Therefore, in the case of the present embodiment in which only the voltage set value is used as the manipulated variable, n = 1, so that the case where the voltage set value is set to a different value may be collected twice or more. Further, in the case of using two of the voltage set value and the pressure set value as the manipulated variables, since n = 2, the technician sets the power set value and the pressure set value to different values, and The work may be repeated three or more times.
【0054】表1は、操作量が電圧設定値だけの場合
に、3つの事例を採取した状態を示している。ここで、
状態量として示されているのは、時刻情報であり、例え
ば、事例1における「40525093015」は、1
994年、5月25日9時30分15秒を示している。Table 1 shows a state in which three cases are taken when the operation amount is only the voltage set value. here,
Time information is shown as a state quantity. For example, “40525093015” in case 1 is 1
9:30:15 on May 25, 994.
【0055】[0055]
【表1】 [Table 1]
【0056】(2)稼働時の動作 次に、上記の立ち上げ作業が完了した後の動作について
説明する。まず、システムのスイッチが入れられ、制御
量目標出力が指示されると、システム制御装置2は、直
近の制御事例、すなわち前回スイッチが切られる直前の
制御事例を呼び出し、この制御事例を基に、状態量が類
似している全ての事例を検索する。この場合は、立ち上
げ直後であるため、立ち上げ作業の最後の制御事例であ
る表1の「事例3」が相当する。このため、補正ルール
作成部12は、事例記憶部15から「事例3」を読み出
す。(2) Operation During Operation Next, the operation after the start-up work is completed will be described. First, when the system is turned on and the control amount target output is instructed, the system control device 2 calls the latest control case, that is, the control case immediately before the last time the switch is turned off, and based on this control case, All cases with similar state quantities are searched. In this case, since it is immediately after the start-up, “case 3” in Table 1 corresponding to the last control case of the start-up work corresponds to this case. Therefore, the correction rule creating unit 12 reads “case 3” from the case storage unit 15.
【0057】また、本実施例では、事例採取時刻が±1
0分以内であるものを、類似した状況下で採取した制御
事例であると見なしており、この結果、表1の事例1、
事例2は、事例3に類似していると判断される。In this embodiment, the case collection time is ± 1.
Those within 0 minutes are considered to be control cases collected under similar conditions, and as a result, case 1 in Table 1
Case 2 is determined to be similar to case 3.
【0058】そして、補正ルール作成部12は、類似し
た制御事例を、操作量と制御量で構成されるn+1次元
空間にプロットする。すなわち、本実施例では操作量が
電圧設定値のみ(n=1)であるため、二次元平面上に
各制御事例の操作量と制御量がプロットされる。Then, the correction rule creating unit 12 plots similar control cases in an n + 1-dimensional space composed of the operation amount and the control amount. That is, in this embodiment, since the operation amount is only the voltage set value (n = 1), the operation amount and the control amount of each control case are plotted on the two-dimensional plane.
【0059】ところで、制御量がm種類ある場合は、m
個のn+1次元空間にプロットされることになるが、同
一座標軸で表現できる制御量であれば、同一空間にプロ
ットしても構わない。そして、n+1次元空間内におけ
る制御量と操作量の関係を、m個の制御ルールとして導
出する。When there are m types of control amounts, m
Are plotted in the n + 1-dimensional space, but may be plotted in the same space as long as the control amount can be represented by the same coordinate axis. Then, the relationship between the control amount and the operation amount in the n + 1-dimensional space is derived as m control rules.
【0060】本実施例の場合には、n=1、m=1であ
ることから、二次元平面上にプロットされた出力スコア
と電圧設定値の関係を、ひとつの制御ルールにより捉え
ることになる。さらに詳しく言えば、本実施例では、こ
の制御ルールを最小二乗法による一次近似直線として計
算している。この様子を図2に示す。すなわち、補正ル
ール作成部12においては、 出力スコア=a×電圧設定値+b と近似できるような係数a、bを求めている。In the case of this embodiment, since n = 1 and m = 1, the relationship between the output score plotted on the two-dimensional plane and the set voltage value is grasped by one control rule. . More specifically, in this embodiment, this control rule is calculated as a first-order approximation line by the least squares method. This is shown in FIG. That is, the correction rule creation unit 12 obtains coefficients a and b that can approximate output score = a × voltage set value + b.
【0061】以上のようにして、制御量と操作量の関係
を捉えた制御ルールが抽出されると、指示された出力目
標値を実現するための操作量補正は容易に算出できる。
すなわち、操作量補正演算部16は、補正ルール作成部
12が作成した制御ルール(図2に示す直線)に基づい
て、操作量を容易に算出することができる。例えば、出
力目標値を出力スコア=100とした場合は、図2よ
り、操作量を66Vに設定すれば良いと推論できる。As described above, when the control rule that captures the relationship between the control amount and the operation amount is extracted, the operation amount correction for realizing the specified output target value can be easily calculated.
That is, the operation amount correction calculation unit 16 can easily calculate the operation amount based on the control rule (the straight line shown in FIG. 2) created by the correction rule creation unit 12. For example, when the output target value is set to the output score = 100, it can be inferred from FIG. 2 that the operation amount should be set to 66V.
【0062】次に、操作量補正演算部16は、算出した
操作量を操作量設定値出力部17に転送し、新たな操作
値として設定する。こうして得られた操作量設定値によ
り、被制御システム1が制御される。Next, the manipulated variable correction calculator 16 transfers the calculated manipulated variable to the manipulated variable set value output unit 17 and sets it as a new manipulated value. The controlled system 1 is controlled by the manipulated variable set value thus obtained.
【0063】(3)制御ルールの修正とクラスタの作成 次に、システム制御装置2は、上記の制御動作を行った
後、実際に得られたシステム出力が目標値通りであった
かを検証する。すなわち、上述の例の場合は、出力スコ
アが100になっているかどうかを検証する。ここで、
本実施例では、許容できる出力誤差を±2以下としてい
る。したがって、上記の例では、出力スコアが98以上
102以下になっていれば、制御が精度良く実行できた
ことになる。精度良く実行できた場合は、今回の制御に
用いた制御ルールが適切であったと解釈でき、今回の制
御内容が内包している情報は、すでに得ている情報(今
の場合、事例1〜3から抽出した制御ルール)に含まれ
ていることを意味しているから、追加記憶する必要はな
いと判断できる。(3) Correction of Control Rule and Creation of Cluster Next, after performing the above-described control operation, the system control device 2 verifies whether the actually obtained system output is equal to the target value. That is, in the case of the above example, it is verified whether or not the output score is 100. here,
In this embodiment, the allowable output error is set to ± 2 or less. Therefore, in the above example, if the output score is 98 or more and 102 or less, it means that the control can be executed with high accuracy. If the control can be executed with high accuracy, it can be interpreted that the control rule used for the current control is appropriate, and the information included in the current control content is the information already obtained (in this case, cases 1 to 3). ), It is determined that there is no need to additionally store.
【0064】別の表現をすれば、今回の制御内容を新た
な制御事例として図2上にプロットしても、それから得
られる制御ルール(より具体的に言えば、一次近似直線
の係数aとbの値)は、実質的に変わらず、修正する必
要がない。このような理由から、システム出力が許容誤
差以内で目標値を実現した場合には、特別の処理動作を
することなく、次回の制御に移行することになる。In other words, if the current control content is plotted on FIG. 2 as a new control case, the control rules (more specifically, the coefficients a and b Is substantially unchanged and does not need to be modified. For such a reason, when the system output achieves the target value within the allowable error, the control is shifted to the next control without performing any special processing operation.
【0065】一方、システム出力が許容誤差範囲を越え
て目標値から外れてしまった場合には、操作量を推論す
るために用いた制御ルールが適切でなかったと解釈でき
る。したがって、今回の制御内容は、より現在のシステ
ムの状況に則した新たな制御事例として記憶する価値が
ある。別の言い方をすれば、今回の制御内容を新たな制
御事例として用いて、今回の制御で用いた制御ルールの
修正または新規の制御ルールの作成を行わなければなら
ない。また、制御事例を新たに記憶させるか否かは、記
憶制御部11によって決定される。On the other hand, if the system output exceeds the allowable error range and deviates from the target value, it can be interpreted that the control rule used for inferring the manipulated variable was not appropriate. Therefore, the contents of this control are worth memorizing as a new control case that is more in line with the current system situation. In other words, it is necessary to modify the control rule used in the current control or create a new control rule using the current control content as a new control case. Whether the control case is newly stored is determined by the storage control unit 11.
【0066】この実施例では、システム出力が許容誤差
範囲を越えて目標値から外れてしまった時の状態量が、
制御ルール抽出に用いられた制御事例(説明のために制
御事例Xとする。上記の例では、事例1〜3が制御事例
群Xに当たる)の状態量と類似している場合と、類似し
ていない場合に分けて、制御ルールの修正と新規作成を
区別して行っている。In this embodiment, when the system output exceeds the allowable error range and deviates from the target value, the state quantity becomes
It is similar to the case where the state quantity of the control case used for control rule extraction (control case X is described for the sake of explanation. In the above example, cases 1 to 3 correspond to control case group X). In cases where there is no control rule, the control rule is modified and newly created.
【0067】制御ルールの修正を行う場合 本実施例では、今回の制御動作が行われた時刻が、制御
事例群Xの採取時刻から10分以内であれば、今回の制
御事例は制御事例群Xに追加され 、次回の制御に用い
る制御ルールの修正に用いられる。これは類似した状態
量における事例であるため、事例数を増やすことで、デ
ータの精度を統計的に高め、制御ルールの当てはまりが
良くなるように修正するためである。より具体的に言え
ば、補正ルール作成部12は、事例1〜3に今回の制御
事例を加えた4事例を用いて、係数aとbを再度計算し
直す。In the case of correcting the control rule In this embodiment, if the time at which the current control operation is performed is within 10 minutes from the collection time of the control case group X, the current control case is replaced with the control case group X. And is used to modify the control rules used for the next control. Since this is a case in a similar state quantity, by increasing the number of cases, the accuracy of data is statistically increased, and correction is performed so that the control rule can be applied better. More specifically, the correction rule creating unit 12 recalculates the coefficients a and b using four cases obtained by adding the present control case to the cases 1 to 3.
【0068】クラスタの作成を行う場合 一方、新たな制御事例が採取時刻と10分以上異なった
ものであれば、制御システムの置かれている状態が変化
してしまったために、制御事例群Xから導かれた制御ル
ールでは、すでに当てはまらなくなってしまったものと
解釈できる。この場合には、新たな状態量の下で制御事
例を採取し直し、新たな制御ルールを抽出しなければな
らない。When creating a cluster On the other hand, if the new control case differs from the collection time by more than 10 minutes, the state in which the control system is placed has changed. The derived control rules can be interpreted as no longer applicable. In this case, it is necessary to re-collect a control case under the new state quantity and extract a new control rule.
【0069】すなわち、制御ルールの修正ではなく、新
規作成を行わなければならない。したがって、このよう
な場合には、システム出力が許容誤差範囲を越えて目標
値から外れてしまった時点から開始して、n+1回以上
の制御動作を通して、n+1個以上の制御事例を追加記
憶する。ここで、n+1回以上とするのは、立ち上げ時
と同じ理由からである。なお、n+1個以上の制御事例
を追加記憶している間の過渡的な制御については、上記
の制御ルールの修正が行われ、制御誤差の低減が図られ
る。That is, a new rule must be created instead of modifying the control rule. Therefore, in such a case, n + 1 or more control cases are additionally stored through n + 1 or more control operations, starting from the time when the system output exceeds the allowable error range and deviates from the target value. Here, the reason why the number is set to n + 1 or more is the same as at the time of startup. In addition, regarding the transient control while the (n + 1) or more control cases are additionally stored, the above-described control rule is corrected, and the control error is reduced.
【0070】以上のような制御動作を繰り返し実行し、
必要となった新たな制御事例を追加記憶していくと、や
がて事例記憶部には、例えば表2のような制御事例が集
積される。この表2によって示されるような状態が、本
発明に係わるシステム制御装置の通常の事例記憶部15
の状態である。The above control operation is repeatedly executed.
When new necessary control cases are additionally stored, control cases such as those shown in Table 2 are accumulated in the case storage unit. The state as shown in Table 2 is stored in the normal case storage unit 15 of the system control device according to the present invention.
It is a state of.
【0071】[0071]
【表2】 [Table 2]
【0072】ここで、本実施例では、類似した状態量を
もつ制御事例をまとめて、クラスタを作成している。こ
の様子を表3に示す。ただし、表3は動作を説明するた
めの便宜的なもので、実際にはクラスタが完成すると同
時に、そのクラスタに含まれる個々の制御事例は、事例
記憶部15から消去される。これは、個々の制御事例の
もっている情報は、クラスタから抽出された制御ルール
(本実施例では係数aとb)にすべて含まれるため、記
憶保存する必要がなくなることと、事例記憶部15の必
要容量を無用に増大させないためである。したがって、
事例記憶部15には、まだクラスタとしては完結してい
ない、最近採取されたばかりの制御事例(図示の例で
は、事例3)だけが記憶されている。一方、完成したク
ラスタに対応する制御ルールは、補正ルール作成部12
内に記憶される。すなわち、表4に示すように、事例と
制御ルール(完成したクラスタに対応する制御ルール)
とが分離されて記憶されている。Here, in this embodiment, clusters are created by grouping control cases having similar state quantities. Table 3 shows this state. However, Table 3 is for convenience of explanation of the operation. In practice, when a cluster is completed, individual control cases included in the cluster are deleted from the case storage unit 15. This is because information contained in each control case is all included in the control rules (coefficients a and b in this embodiment) extracted from the cluster, so that there is no need to store and save. This is because the necessary capacity is not unnecessarily increased. Therefore,
The case storage unit 15 stores only recently collected control cases (case 3 in the illustrated example) that have not yet been completed as a cluster. On the other hand, the control rule corresponding to the completed cluster is stored in the correction rule creating unit 12.
Is stored within. That is, as shown in Table 4, examples and control rules (control rules corresponding to completed clusters)
Are stored separately.
【0073】[0073]
【表3】 [Table 3]
【0074】(4)適合度による制御 次に、表4によって示されるような状況下、すなわち、
立ち上げ時や立ち上げ直後ではない、一般的な稼動時
(多数のクラスタが形成されている時)における本シス
テム制御装置の制御動作について説明する。今、被制御
システム1の出力を得るべく、ユーザがスタートボタン
を押したとすると、システム制御装置2内の補正ルール
作成部12は、一時的に保存してある直前の操作量設定
値と、そのときの実際のシステム出力を見て、各クラス
タとの適合度を計算する。ここで、適合度とは、各クラ
スタの制御ルールに直前の操作量設定値を当てはめて得
られる各制御量推論値と、実際のシステム出力との差と
求め、その逆数を規格化(総計が1になるように)した
ものである。(4) Control by degree of conformity Next, under the conditions as shown in Table 4, that is,
A control operation of the present system control device during a general operation (when a large number of clusters are formed), not at the time of startup or immediately after startup, will be described. Now, assuming that the user presses the start button in order to obtain the output of the controlled system 1, the correction rule creating unit 12 in the system control device 2 temporarily stores the immediately preceding operation amount set value and the By looking at the actual system output at that time, the degree of fitness with each cluster is calculated. Here, the degree of conformity is obtained by calculating the difference between each control amount inference value obtained by applying the immediately preceding operation amount setting value to the control rule of each cluster and the actual system output, and normalizing the reciprocal thereof (total 1).
【0075】[0075]
【表4】 [Table 4]
【0076】この実施例では、制御量推論値と実際のシ
ステム出力との差が小さい順に5個のクラスタだけを類
似クラスタとして用いることにしている。なお、記憶部
に存在するクラスタの数が5個以下の場合には、存在す
るクラスタのみを用いて同様の演算をしている。このた
め、立ち上げ直後のようにクラスタが一つしか存在しな
い場合も含めて、同一の演算方法が使えるようになって
いる。In this embodiment, only five clusters are used as similar clusters in ascending order of the difference between the inferred control value and the actual system output. When the number of clusters existing in the storage unit is five or less, the same operation is performed using only the existing clusters. For this reason, the same operation method can be used even when only one cluster exists, such as immediately after startup.
【0077】このようにして得られた適合度を「重み」
として用いて、各類似クラスタによる制御ルールを重み
付け平均し、これらを合成して新たな制御ルールを創出
する。例えば、係数aを重み付け平均してa’とし、さ
らにこの係数a’による近似直線が実際のシステム出力
と交わるように係数b’を求める。すなわち、 制御量=a’×操作量設定値+b’ なる制御ルールを創出する。The fitness obtained in this way is referred to as “weight”.
, Weighted and averaged the control rules of each similar cluster, and combine these to create a new control rule. For example, the coefficient a is weighted and averaged to obtain a ', and the coefficient b' is determined so that an approximate straight line based on the coefficient a 'intersects the actual system output. That is, a control rule of control amount = a ′ × operation amount set value + b ′ is created.
【0078】次に、操作量補正演算部16は、以上のよ
うにして得られた制御ルールから、制御量が出力目標値
となるような操作量設定値を求め、操作量設定値記憶部
17を介して、被制御システム1に設定することによっ
て、制御動作が実行される。これ以降は、上述した立ち
上げ後の場合と同様に、新たな制御結果(システム出
力)を許容誤差と比較することによって、今回の制御内
容を追加記憶すべきかを判断する。そして、適合度を用
いて合成したルールでは、許容誤差以内に抑えることが
できない場合には、必要に応じて制御ルールの修正また
は新規作成を行い、さらに次回の制御に備えることにな
る。Next, the manipulated variable correction calculation unit 16 obtains a manipulated variable set value such that the controlled variable becomes the output target value from the control rules obtained as described above, and the manipulated variable set value storage unit 17 , The control operation is executed by setting the controlled system 1 via the. Thereafter, as in the case after the above-described start-up, a new control result (system output) is compared with an allowable error to determine whether the current control content should be additionally stored. If the rule synthesized using the degree of conformity cannot be suppressed within the allowable error, the control rule is modified or newly created as needed, and further preparations are made for the next control.
【0079】C:実施例効果 本実施例においては、以下に述べるような作用効果が得
られる。 (1)まず、上記のような立ち上げ作業のみで稼動可能
になるから、従来この種の装置では必要不可欠であった
事前のデータ採取や、それによる最適化作業が一切不要
になる。すなわち、従来は環境や経時変化を考慮してシ
ステムを最適化するためには、環境を様々に設定して膨
大なデータを採取したり、長期間に渡るランニング試験
が必要であった。また、そのための環境実験室が必要で
あるなど、設備コストや人件費といったコストが非常に
大きかったのであるが、本実施例では、実質的にほぼゼ
ロにできるという大きな効果がある。しかも、従来のよ
うな最適化作業という専門知識を必要とする作業が不要
になるため、開発技術者の確保が容易になるという効果
がある。C: Effect of Embodiment In this embodiment, the following operation and effect can be obtained. (1) First, since the operation can be performed only by the start-up work as described above, prior data collection and optimization work which are indispensable in the conventional apparatus of this type are not required at all. That is, in the past, in order to optimize the system in consideration of the environment and changes over time, it was necessary to collect a large amount of data by setting the environment in various ways and to perform a long-term running test. In addition, costs such as equipment costs and labor costs were very high, such as the necessity of an environmental laboratory for that purpose. However, in this embodiment, there is a great effect that the cost can be substantially reduced to almost zero. In addition, since there is no need for the conventional work requiring the specialized knowledge of optimization work, there is an effect that it is easy to secure development engineers.
【0080】また、立ち上げ作業は本発明によるシステ
ム制御装置を稼動可能状態にするために、一度だけ行え
ば良く、しかもこの作業の「質」の善し悪しは、実稼働
時の本システム制御装置の性能には全く関係しないた
め、技術者の熟練度などを要求しない。すなわち、誰で
も一度の作業で立ち上げることができ、本システム制御
装置の性能を最大限に引き出すことができるものであ
る。The start-up work only needs to be performed once in order to make the system control device according to the present invention operable, and the quality of this work depends on whether the system control device in actual operation is good or bad. Since it has nothing to do with performance, it does not require the skill of a technician. That is, anyone can start up in a single operation and maximize the performance of the system control device.
【0081】さらに、本発明によるシステム制御装置
は、実行した制御結果の善し悪しを、制御装置自身が判
断でき、必要な制御事例の追加記憶という方法により、
制御性能を自動的自立的に改善できるという効果があ
る。すなわち、従来のファジー制御方式やニューラルネ
ット方式では、事前に学習させるファジールールや教師
信号が最適でないと、実稼働時の性能は不十分のままで
あるため、開発技術者はファジーチューニングが最適に
なるよう試行錯誤的に長時間を掛けて開発したり、適切
な教師信号を決定するためにさらに予備的な研究検討が
必要になるなど、技術者の能力に対する依存度が大きか
ったが、本発明によれば、だれにでも最良の制御装置が
開発できるという効果が得られるのである。Further, the system control device according to the present invention can determine whether the executed control result is good or bad by the control device itself, and can additionally store necessary control cases by a method.
There is an effect that the control performance can be automatically and independently improved. In other words, in the conventional fuzzy control method and neural network method, if the fuzzy rules and teacher signals to be learned in advance are not optimal, the performance in actual operation remains insufficient. The technicians depended heavily on their abilities, such as developing them over a long period of time by trial and error, and requiring more preliminary research to determine appropriate teacher signals. According to this, the effect is obtained that anyone can develop the best control device.
【0082】しかも、本実施例によれば、学習は制御事
例をメモリに記憶するだけで良く、制御ルールは制御事
例に基づいた簡単な算術計算で瞬時に実行できるため、
従来のファジー制御のような技術者による試行錯誤的な
チューニングや、ニューラルネットのような長時間の学
習といった作業が一切不要になるという大きな効果が得
られる。すなわち、本実施例によれば、従来技術では不
可能であった全自動リアルタイム学習およびチューニン
グが、可能になるというおおきな効果が得られる。Further, according to the present embodiment, the learning only needs to store the control case in the memory, and the control rule can be executed instantaneously by a simple arithmetic calculation based on the control case.
A great effect is obtained that there is no need for a trial and error tuning by an engineer such as the conventional fuzzy control or a long learning operation such as a neural network. That is, according to the present embodiment, a significant effect that fully automatic real-time learning and tuning, which cannot be performed by the related art, can be performed is obtained.
【0083】(2)次に、本実施例によれば、制御動作
は過去の制御事例のみに基づいて行うことができるた
め、被制御システムをモデル化する必要がない。すなわ
ち、本発明においては、被制御対象がブラックボックス
であっても、そのまま制御することが可能になる。この
ため、制御装置開発技術者は、被制御システムについて
の詳細な物理的メカニズムを深く理解していなくても、
十分な性能の制御装置を開発することができるようにな
り、開発工数の低減が可能になる。(2) Next, according to the present embodiment, since the control operation can be performed based only on past control cases, there is no need to model the controlled system. That is, in the present invention, even if the controlled object is a black box, it can be controlled as it is. Therefore, even if the controller development engineer does not have a deep understanding of the detailed physical mechanisms of the controlled system,
A control device with sufficient performance can be developed, and the number of development steps can be reduced.
【0084】(3)また、制御事例の要素として、操作
量設定値がそのまま利用できるため、制御事例の要素と
なる物理量のセンシングが不要になる。このため、セン
サコストが削減できる。ところで、従来は適当なセンサ
が入手できないために(コストが高すぎたり、十分な性
能のものが存在しないために)、性能的にもっとも好ま
しい制御方式であっても、それを実現できなかったこと
があったが、本実施例ではセンサの制約を離れた自由な
方式選定が可能になり、最適方式の選択による性能向上
という大きな効果が得られる。(3) Since the manipulated variable set value can be used as it is as an element of the control case, it is not necessary to sense a physical quantity which is an element of the control case. For this reason, sensor cost can be reduced. By the way, in the past, since a suitable sensor was not available (because the cost was too high or there was no one with sufficient performance), it could not be realized even with the most favorable control method in terms of performance. However, in the present embodiment, it is possible to freely select a method without restriction from the sensor, and a great effect of improving the performance by selecting the optimum method can be obtained.
【0085】(4)次に、本実施例によれば、過去の事
例の中に稼動時の状況に十分に類似した事例が存在しな
い場合でも、適合度を用いて過去の複数の制御ルールを
適切に組み合わせて用いることができるため、精度の良
いシステム制御が実行できるという効果がある。しか
も、本実施例によれば、そのような方法で所望の制御精
度が達成できなかった場合には、システム制御装置が自
動的に制御事例の追加記憶を行って、自主的に制御性能
を改善することができる。(4) Next, according to the present embodiment, even if there is no case sufficiently similar to the situation at the time of operation in past cases, a plurality of past control rules are determined using the degree of conformity. Since they can be used in appropriate combination, there is an effect that accurate system control can be executed. Moreover, according to the present embodiment, if the desired control accuracy cannot be achieved by such a method, the system controller automatically stores additional control cases and independently improves control performance. can do.
【0086】このように構成されていることから、さら
に、技術者が開発時に想定していなかったような状況下
で、ユーザが本システムを稼動させた場合にも、最適に
動作できるように、装置自身が学習できるとうい優れた
効果が得られる。例えば、従来は上述したように事前に
環境実験などを行っているのであるが、現実にあらゆる
条件下でデータを採取することは時間的工数的制約、あ
るいは実験設備の面から不可能であり、代表的な条件を
いくつか選択して行っているにすぎない。すなわち、温
度と湿度であれば高温高湿と低温低湿環境の二点という
ようにである。しかし、この二点のデータのみに基づい
て最適化作業が行われると、ユーザがそれ以外の環境下
でそのシステムを稼動させた場合には、十分な制御精度
が得られなくなる。また、温度と湿度に対しては最適化
したが、開発時には気圧変化の影響を考慮していなかっ
たというような場合などでは、高地や飛行機内など、気
圧が異なる場所で使用すると性能が低下してしまう。[0086] With this configuration, the system can be operated optimally even when the user operates the system under a situation that was not assumed by the engineer at the time of development. Excellent effects can be obtained as long as the device itself can learn. For example, in the past, environmental experiments and the like were previously performed as described above, but it is impossible to collect data under all conditions in reality due to time and manpower constraints or experimental equipment, It is just a selection of some typical conditions. That is, if it is temperature and humidity, there are two points of high temperature and high humidity and low temperature and low humidity environment. However, if the optimization work is performed based only on these two points of data, if the user operates the system in another environment, sufficient control accuracy cannot be obtained. In addition, in cases where optimization was made for temperature and humidity, but the effects of changes in air pressure were not taken into account at the time of development, performance would be reduced if used in places with different air pressures, such as at high altitudes or in airplanes. Would.
【0087】しかし、本実施例によれば、このような場
合にあっても、装置自身がその使用環境下で十分な制御
精度が得られるように学習を行うため、被制御システム
は常に最高の性能を発揮できる。また、本実施例によれ
ば、上記と同様にして、被制御システムに経時的劣化が
発生した場合にも、劣化による影響を常時学習しつつ制
御を行えるため、常に最良の制御が可能になる。さら
に、消耗した部品を新品に交換したような場合でも、ユ
ーザやサービスマンが人手によって再調整などを行わな
くとも、本発明による自動学習によって調整ができてし
まう。However, according to the present embodiment, even in such a case, since the apparatus itself learns to obtain sufficient control accuracy in its use environment, the controlled system is always the highest. Can demonstrate performance. Further, according to the present embodiment, in the same manner as described above, even when the controlled system deteriorates with time, the control can be performed while always learning the influence of the deterioration, so that the best control is always possible. . Further, even when a worn part is replaced with a new one, the adjustment can be performed by the automatic learning according to the present invention without the need for a user or a serviceman to perform readjustment or the like manually.
【0088】(5)本実施例によれば、最も重要度の低
くなった制御事例のみを的確に選択して、記憶部から消
去できることから、新たに必要となった制御事例やクラ
スタがメモリ不足で記憶できなくなるという問題は生じ
ない。そして、メモリ容量を必要最小限に設計できるた
め、コストの低減ができ、限られた容量のメモリを、最
も有効に使用することが可能になる。(5) According to the present embodiment, since only the control case with the lowest importance can be properly selected and deleted from the storage unit, the newly required control case or cluster becomes insufficient in memory. There is no problem that the memory cannot be stored. Since the memory capacity can be designed to be a necessary minimum, the cost can be reduced, and a memory having a limited capacity can be used most effectively.
【0089】とくに、本実施例のように、状態量として
時刻を採用し、クラスタが完成した時点で、そのクラス
タの構成要素である事例または事例群を記憶部から一括
して消去する場合には、事例記憶のためのメモリ容量は
最小にできる。In particular, as in the present embodiment, when time is adopted as a state quantity, and when a cluster is completed, a case or a group of cases, which is a component of the cluster, is collectively deleted from the storage unit. The memory capacity for case storage can be minimized.
【0090】D:変形例 (1)制御ルールの導出方法は、最小二乗法による一次
近似以外のものであってもよい。すなわち、n+1次元
空間内におけるm種類の制御量とn種類の操作量の関係
を、m個の定量的な関係として捉えられるものであれ
ば、どのようなものであっても良い。したがって、さら
に高次の近似計算を行っても良いし、ニューラルネット
ワークなどに学習させるような方法でも良い。ただし、
ニューラルネットワークの学習には、ある程度以上の時
間がかかるため、早い応答速度が要求されるシステム制
御装置には適さない場合がある。D: Modifications (1) The method of deriving the control rule may be other than the first-order approximation by the least squares method. That is, any relationship may be used as long as the relationship between the m types of control amounts and the n types of operation amounts in the n + 1-dimensional space can be regarded as m quantitative relationships. Therefore, a higher-order approximation calculation may be performed, or a method of causing a neural network or the like to learn may be used. However,
Since learning of the neural network takes a certain amount of time, it may not be suitable for a system control device that requires a fast response speed.
【0091】なお、当然のこととして、単純にm種類の
独立した制御量をn種類の独立した操作量を用いて制御
する場合には、n=mとなるが、n種類の操作量の間に
別途定められた関係式があったり、m種類の制御量が独
立していない場合には、n≠mとなる。It is needless to say that when m kinds of independent control amounts are simply controlled using n kinds of independent operation amounts, n = m. If there is a relational expression defined separately, or if m types of control amounts are not independent, n ≠ m.
【0092】(2)また、操作量が電圧設定値と圧力設
定値の二種類であり、制御量が出力スコアAとBからな
るように構成されているシステム制御装置の場合では、
各事例は図3に示すような三次元空間にプロットされ
る。そして、この空間中で、出力スコアAについての電
圧設定値と圧力設定値の関係を示す平面Aと、出力スコ
アBについての電圧設定値と圧力設定値の関係を示す平
面Bの二つの平面が最小二乗法により計算される。すな
わち、これら二つの平面A,Bが制御ルールを示してい
る。なお、出力スコアAとBが次元の異なる物理量等で
あれば、それぞれ別の縦軸を持った二つのn+1次元空
間が用いられることは言うまでもない。(2) In the case of a system control device in which the manipulated variables are of two types, a voltage set value and a pressure set value, and the controlled variable is composed of output scores A and B,
Each case is plotted in a three-dimensional space as shown in FIG. In this space, two planes, a plane A indicating the relationship between the voltage set value and the pressure set value for the output score A and a plane B indicating the relationship between the voltage set value and the pressure set value for the output score B, are Calculated by the least squares method. That is, these two planes A and B represent the control rules. If the output scores A and B are physical quantities having different dimensions, it goes without saying that two n + 1 dimensional spaces having different vertical axes are used.
【0093】また、図3に示すn=2、m=2の例にお
いて、操作量を求める場合は、図4に示すようにして、
まず、スコアAとスコアA目標平面とが交わる直線、お
よびスコアBとスコアB目標平面が交わる直線を求め
る。これらの直線は、スコアAとスコアBの目標実現ラ
インとなる。そして、スコアAとスコアBの両方を、そ
れぞれ同時に目標値にするためには、それぞれの目標実
現ラインを電圧設定値軸と圧力設定値軸で作られる平面
へ射影して、その交点の電圧設定値と圧力設定値を採用
すれば良い。このようにして求められた電圧値と圧力値
とが補正後の操作量となる。In the case of n = 2 and m = 2 shown in FIG. 3, when obtaining the operation amount, as shown in FIG.
First, a straight line at which the score A intersects with the score A target plane and a straight line at which score B intersects with the score B target plane are determined. These straight lines serve as target achievement lines for score A and score B. Then, in order to simultaneously set both the score A and the score B to the respective target values, the respective target realization lines are projected onto a plane formed by the voltage set value axis and the pressure set value axis, and the voltage set at the intersection is set. Values and pressure settings may be used. The voltage value and the pressure value thus obtained are the corrected operation amounts.
【0094】ここで、三次元空間内で平面の制御ルール
を作成した場合の適合度の算出例について図5を参照し
て説明する。図5は、スコアAについて、クラスタAお
よびクラスタBの平面が形成されている場合を示してお
り、ここで、新たにプロットされた点B5は、いずれの
平面にも位置してない。このとき、座標空間上で現在の
制御内容を示す点、すなわち、点B5と、各事例平面と
の間の距離を計算する。そして、その逆数を求め、それ
を規格化する。すなわち、各々の制御事例平面からの距
離の逆数を合計したものが1となるようにする。このよ
うに規格化された値は、前述した第1実施例における適
合度(直線の場合の適合度)と同義になり、この適合度
によって各事例平面の各座標軸方向の傾きを重み付けし
て合計する。そして、合計した量を、現状に適合できる
新たな制御事例平面の各座標軸方向の傾きとし、さらに
現在の制御内容をその面上に含むような高さ(制御量軸
の切片)に合わせ込んで、複合ルールを作成する。Here, a description will be given of an example of calculating the degree of conformity when a control rule for a plane is created in a three-dimensional space with reference to FIG. FIG. 5 shows a case where the planes of the cluster A and the cluster B are formed for the score A, and the newly plotted point B5 is not located on any plane. At this time, the distance between the point indicating the current control content in the coordinate space, that is, the point B5 and each case plane is calculated. Then, the reciprocal thereof is obtained and normalized. That is, the sum of the reciprocals of the distance from each control case plane is set to 1. The value thus standardized has the same meaning as the fitness (fitness in the case of a straight line) in the above-described first embodiment, and the gradient in each coordinate axis direction of each case plane is weighted by this fitness and summed. I do. Then, the total amount is defined as the inclination in the direction of each coordinate axis of the new control case plane that can be adapted to the current situation, and is further adjusted to a height (intercept of the control amount axis) that includes the current control content on the plane. , Create compound rules.
【0095】(3)なお、状態量が変化せず、その検出
や記憶が不要なシステムにおいては、操作量と制御量だ
けを用いて制御することができる。この場合には、装置
構成が簡単になるメリットがある。(3) In a system in which the state quantity does not change and its detection and storage are unnecessary, control can be performed using only the operation amount and the control amount. In this case, there is an advantage that the device configuration is simplified.
【0096】(4)上述した実施例においては、クラス
タの適合度を求めて制御を行ったが、状態量がもっとも
近いクラスタを判別し、このクラスタから抽出された制
御ルールを用いて制御してもよい。(4) In the above-described embodiment, control is performed by obtaining the degree of fitness of a cluster. However, a cluster having the closest state quantity is determined, and control is performed using a control rule extracted from this cluster. Is also good.
【0097】(5)本実施例で用いた適合度の定義は、
一例であり、各クラスタについての適合の度合いを客観
的、一義的に示せる方法であれば、どのような定義方法
を用いてもよい。(5) The definition of the degree of conformity used in this embodiment is as follows:
This is just an example, and any definition method may be used as long as the method can objectively and uniquely indicate the degree of matching for each cluster.
【0098】(6)本実施例においては、制御量の許容
誤差を判断し、その結果に応じた制御を行ったが、制御
量の変化範囲が予め判っており、また、その範囲が狭い
場合には、許容誤差の判断を省略し、全ての制御事例を
記憶するように構成することもできる。(6) In the present embodiment, the permissible error of the control amount is determined, and control is performed according to the result. However, when the change range of the control amount is known in advance and the range is narrow, Alternatively, the determination of the allowable error may be omitted and all the control cases may be stored.
【0099】(7)本実施例におけるメモリ管理に代え
て、あるいは、加えて以下のようなメモリ管理を行って
も良い。 事例記憶部15において記憶容量不足が生じた際に
は、もっとも古い制御事例を消去する。 事例記憶部15は、記憶容量不足が生じた際は、最も
古いクラスタを消去する。 事例記憶部15は、制御事例の要素として、その発生
時刻、および操作量決定に使われた回数を記憶し、記憶
容量不足が生じた際には、所定の時点以前に記憶され、
かつ、使われた回数の最も少ない制御事例を消去する。 事例記憶15は、クラスタの要素として、作成時刻、
および操作量決定に使われた回数を記憶し、記憶容量不
足が生じた際には、所定の時点以前に記憶され、かつ、
使われた回数の最も少ないクラスタを消去する。 事例記憶部15は、クラスタの要素として、作成時
刻、および操作量決定に使われた際の累積適合度を記憶
し、記憶容量不足が生じた際には、所定の時点以前に記
憶され、かつ、累積適合度の最も小さいクラスタを消去
する。(7) Instead of or in addition to the memory management in this embodiment, the following memory management may be performed. When the storage capacity is insufficient in the case storage unit 15, the oldest control case is deleted. When the storage capacity becomes insufficient, the case storage unit 15 deletes the oldest cluster. The case storage unit 15 stores the occurrence time and the number of times used for determining the operation amount as elements of the control case. When the storage capacity becomes insufficient, the case storage unit 15 stores the storage time before a predetermined time.
In addition, the control case with the least number of uses is deleted. The case storage 15 stores creation time,
And the number of times used for determining the operation amount is stored, and when a storage capacity shortage occurs, it is stored before a predetermined time, and
Erase the least used cluster. The case storage unit 15 stores, as elements of the cluster, the creation time and the cumulative fitness when used for determining the operation amount, and when the storage capacity is insufficient, the storage is performed before a predetermined time, and , The cluster with the smallest cumulative fitness is eliminated.
【0100】(第2実施例) A:第2実施例の構成 次に、本発明の第2実施例について図6、図7を参照し
て説明する。ここで、図6は、第2実施例であるロボッ
トアームの構成を示す概略構成図であり、図7は同実施
例の制御部の構成を示すブロック図である。なお、図7
において、前述した図1の各部と対応する部分について
は同一の符号を付けてその説明を省略する。(Second Embodiment) A: Configuration of Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a robot arm according to a second embodiment, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit according to the second embodiment. FIG.
In FIG. 7, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the respective portions in FIG.
【0101】この実施例は、負荷が任意に変わるモータ
の制御に本発明を用いた例であり、より具体的には、軽
重さまざまなワークWを素早く搬送し、所望の場所に精
度良く載置するロボットアームの駆動制御の例である。
また、この例においては、物品の軽重に係わらず、でき
るだけ高速でロボットアームが動き、しかも決められた
位置に許容誤差以内で精度良く停止できるような電気エ
ネルギーをモータに供給しなければならないという要求
が課されている。This embodiment is an example in which the present invention is used to control a motor whose load changes arbitrarily. More specifically, various works W are quickly conveyed and placed precisely at a desired place. 4 is an example of drive control of a robot arm to be performed.
Further, in this example, it is required that the robot arm be moved at a speed as high as possible irrespective of the weight of the article, and that electric energy must be supplied to the motor such that the robot arm can be stopped at a predetermined position accurately within an allowable error. Is imposed.
【0102】さて、図6において、ロボットアーム50
の先端にはワークWを把持するためのハンド51が設け
られており、さらに、ワークWの重量を検出する重量セ
ンサ52、および停止位置センサ53が設けられてい
る。ロボットアーム50は、モータやブレーキ機構を有
するロボット駆動部60によって駆動され、ロボット駆
動部60は制御装置61によって制御される。この場
合、ロボットアーム50は、ベルトコンベア55上を搬
送されてくるワークWをハンド51によって把持し、こ
れをターンテーブル65上に設定されている目標停止位
置P1またはP2に載置する。なお、ロボット駆動部6
0内のブレーキ機構は、常に一定の減速動作を行ってい
る。Now, referring to FIG.
A hand 51 for gripping the work W is provided at the end of the work W. Further, a weight sensor 52 for detecting the weight of the work W and a stop position sensor 53 are provided. The robot arm 50 is driven by a robot drive unit 60 having a motor and a brake mechanism, and the robot drive unit 60 is controlled by a control device 61. In this case, the robot arm 50 grips the work W conveyed on the belt conveyor 55 by the hand 51 and places it on the target stop position P1 or P2 set on the turntable 65. The robot driving unit 6
The brake mechanism within 0 always performs a constant deceleration operation.
【0103】次に、制御装置61は、図7に示すよう
に、第1実施例のシステム制御装置2(図1参照)と同
様の構成になっている。この場合の被制御システムは、
ロボット駆動部60やロボットアーム50等によって構
成されるロボットシステムである。そして、停止位置セ
ンサ53の出力信号が制御量となり、重量センサ52の
出力信号が状態量となっている。Next, as shown in FIG. 7, the control device 61 has the same configuration as the system control device 2 of the first embodiment (see FIG. 1). The controlled system in this case is
The robot system includes a robot driving unit 60, a robot arm 50, and the like. The output signal of the stop position sensor 53 is a control amount, and the output signal of the weight sensor 52 is a state amount.
【0104】ここで、目標停止位置に対する実際の停止
位置の誤差量は、手前過ぎを(−)、行き過ぎを(+)
で弁別し、その量をミリ単位で評価するようになってい
る。また、±3ミリ以内の誤差を許容誤差として設定し
ている。ところで、高速でロボットアーム50を動かす
ためには、重い物品ほど大きなエネルギーを供給すれば
よいのであるが、重い物品を持ったロボットアームは慣
性が大きくなるため、目標停止位置に瞬時に精度良く停
止することが難しくなる。そこで、搬送速度と停止位置
精度を両立させるために、最適なモータ供給電気エネル
ギー量を決定することが重要な課題となる。Here, the error amount of the actual stop position with respect to the target stop position is (-) for an excessively short position and (+) for an excessively large amount.
And the amount is evaluated in millimeters. Further, an error within ± 3 mm is set as an allowable error. By the way, in order to move the robot arm 50 at a high speed, it is sufficient to supply a larger energy to a heavier article, but since the robot arm having a heavier article has a large inertia, it stops instantaneously and accurately at a target stop position. It becomes difficult to do. Therefore, it is important to determine the optimal amount of electric energy supplied to the motor in order to achieve both the transfer speed and the stop position accuracy.
【0105】また、物品の軽重に対する搬送速度と停止
位置精度の関係は非線形で複雑であり、従来技術で最適
な制御を行うためには、事前に様々な物品を用いて実験
を行い、フィードバックゲインの最適化や物品の重さに
応じたフィードバックゲインの切り換え等を、技術者が
多くの開発工程をかけて予め用意しておかなければなら
なかったものである。本実施例においては、このような
事前の準備が不要であり、かつ、最適化制御が容易に行
えるようになっている。Further, the relationship between the conveying speed and the stop position accuracy with respect to the weight of the article is nonlinear and complicated, and in order to perform optimal control in the prior art, an experiment is performed using various articles in advance, and the feedback gain is determined. The technician had to prepare in advance through many development steps such as optimization of the feedback and switching of the feedback gain according to the weight of the article. In the present embodiment, such advance preparation is not required, and optimization control can be easily performed.
【0106】B:第2実施例の動作 (1)初期設定動作 次に、上記構成によるこの実施例の動作を説明するが、
始めに、初期設定動作について説明する。この実施例に
おいても、前述した第1実施例と同様に、以下に述べる
ような立ち上げ作業が必要になる。なお、この立ち上げ
作業は、本実施例を稼働状態にするために、一度だけ行
えばよく、しかも、この作業の「質」の善し悪しは、実
稼働時の性能にまったく関係しない。B: Operation of Second Embodiment (1) Initial Setting Operation Next, the operation of this embodiment having the above configuration will be described.
First, the initial setting operation will be described. In this embodiment, as in the case of the first embodiment, a start-up operation as described below is required. The start-up work needs to be performed only once in order to bring the present embodiment into operation, and the quality of the work has nothing to do with the performance in actual operation.
【0107】始めに、技術者は、適当な重量のワークW
をロボットハンド51に握らせるとともに、適当なモー
タ供給電流値(操作量)をマニュアル設定し、その設定
下でロボット制御部60を動作させる。これにより、ロ
ボットアーム50が旋回し、目標位置P1またはP2に
当該ワークWを載置する。このときの停止位置ずれ量
(制御量)は、停止位置センサ53によって検出され、
制御装置61に供給される。また、ワークWの重量(状
態量)は、重量センサ52によって検出され、制御装置
61に供給される。そして、以上の処理の結果である第
1事例(操作量、制御量、状態量の組合わせ)を、事例
記憶部15に記憶させる。First, a technician must select a work W having an appropriate weight.
Is manually held by the robot hand 51, an appropriate motor supply current value (operating amount) is manually set, and the robot control unit 60 is operated under the setting. Thereby, the robot arm 50 turns, and the work W is placed on the target position P1 or P2. The stop position deviation amount (control amount) at this time is detected by the stop position sensor 53,
It is supplied to the control device 61. The weight (state quantity) of the work W is detected by the weight sensor 52 and supplied to the control device 61. Then, the first case (the combination of the operation amount, the control amount, and the state amount), which is the result of the above processing, is stored in the case storage unit 15.
【0108】次いで、技術者は、操作量であるモータ供
給電流値を、許容される範囲で設定変更しながら、上記
と同様の処理をn+1回以上繰り返し、事例記憶部15
内にn+1個以上の事例を記憶させる。このとき、状態
量であるワークWの重量は一定のままでよい。Next, the engineer repeats the same processing as described above n + 1 times or more while changing the motor supply current value, which is the operation amount, within an allowable range.
Is stored in n + 1 or more cases. At this time, the weight of the work W, which is the state quantity, may be kept constant.
【0109】ここで、nは操作量の種類であり、本実施
例ではn=1(モータに供給する電流値のみ)となるた
め、技術者はモータに供給する電流値を異ならせて、2
回以上事例を採取すればよい。Here, n is the type of the manipulated variable. In this embodiment, n = 1 (only the current value supplied to the motor). Therefore, the engineer changes the current value supplied to the motor to 2
More than one case should be collected.
【0110】このようにして得られた立ち上げ時の制御
事例は、例えば、表5に示されるような形で、事例記憶
部15に記憶される。そして、事例記憶部15において
は、記憶された制御事例の状態量を比較し、類似した状
態量の制御事例をひとまとめにしたクラスタを構成す
る。The control cases at the time of startup obtained in this way are stored in the case storage unit 15 in a form as shown in Table 5, for example. Then, the case storage unit 15 compares the state quantities of the stored control cases, and forms a cluster in which control cases having similar state quantities are put together.
【0111】[0111]
【表5】 [Table 5]
【0112】本実施例においては、重量の相違が±10
%までの事例を互いに類似した状態量の事例としてい
る。これは±10%までの重量変化であれば、モータ供
給電流値と停止位置精度の対応関係は、ほぼ一定である
ことが分かっているためである。したがって、表5に示
す立ち上げ時の事例は、同一のクラスタに分類される。
また、クラスタ内の制御事例の状態量の平均値を、その
クラスタの状態量としている。In this embodiment, the difference in weight is ± 10
The cases up to% are regarded as cases of state quantities similar to each other. This is because it is known that the correspondence between the motor supply current value and the stop position accuracy is substantially constant if the change in weight is up to ± 10%. Therefore, the cases at startup shown in Table 5 are classified into the same cluster.
The average value of the state quantities of the control cases in the cluster is set as the state quantity of the cluster.
【0113】次に、以上のようにして得られたクラスタ
に属する全ての制御事例を、操作量と制御量で構成され
るn+1次元空間にプロットする。本実施例では操作量
がモータに供給する電流設定値のみ(すなわちn=1)
であるため、二次元平面上に各制御事例をプロットす
る。Next, all the control cases belonging to the cluster obtained as described above are plotted in an n + 1-dimensional space composed of the operation amount and the control amount. In this embodiment, the operation amount is only the current set value supplied to the motor (that is, n = 1).
Therefore, each control case is plotted on a two-dimensional plane.
【0114】そして、補正ルール作成部12は、n+1
次元空間内における制御量と操作量の関係を、制御ルー
ルとして抽出する。より詳細に言えば、本実施例におい
ては、この制御ルールを最小二乗法による一次近似直線
として計算している。このようにして得られた制御ルー
ルを図8に示す。図8からも容易に理解できるように、 位置ずれ量=a×モータ電流設定値+b と近似できるような係数a,bを求めている。なお、こ
こで、制御ルールの導出方法は、一般にn+1次元空間
内におけるm種類の制御量とn種類の操作量の関係を、
m個の定量的な関係として捉えられるものであれば、ど
のようなものであっても良い。これらについては、第1
実施例において述べたとおりである。以上の処理によ
り、立ち上げ作業が完了する。Then, the correction rule creating section 12 sets n + 1
The relationship between the control amount and the operation amount in the dimensional space is extracted as a control rule. More specifically, in this embodiment, this control rule is calculated as a first-order approximation line by the least squares method. FIG. 8 shows the control rules thus obtained. As can be easily understood from FIG. 8, the coefficients a and b which can approximate the displacement amount = a × the motor current set value + b are obtained. Here, the derivation method of the control rule generally describes the relationship between m types of control amounts and n types of operation amounts in the n + 1-dimensional space,
Any type may be used as long as it can be regarded as m quantitative relationships. For these, the first
This is as described in the embodiment. With the above processing, the start-up work is completed.
【0115】(2)実稼働時の動作 クラスタの適合度による制御 次に、上記立ち上げ作業が完了した後のロボット実稼働
時の動作について説明する。まず、ロボットが動作を開
始し、ワークWを把持すると、重量センサ52からワー
クWの重量を示す重量信号が出力される。補正ルール作
成部12では、供給される重量信号と、各クラスタの状
態量とを比較して、適合度を求める。(2) Operation at the time of actual operation Control based on the fitness of the cluster Next, the operation at the time of actual operation of the robot after the start-up work is completed will be described. First, when the robot starts operation and grips the work W, a weight signal indicating the weight of the work W is output from the weight sensor 52. The correction rule creator 12 compares the supplied weight signal with the state quantity of each cluster to determine the degree of conformity.
【0116】すなわち、ロボットアーム50が把持して
いるワークWと各クラスタの状態量(平均重量)との差
をとり、その逆数を全クラスタについて規格化したもの
を適合度として計算する。今の場合は、立ち上げ時のふ
たつの制御事例からなるクラスタしかないので、このク
ラスタが適合度100%となる。そして、各クラスタの
適合度が求められると、各々のクラスタで抽出された制
御ルールの適合度に応じた重み付け平均がなされ、合成
制御ルールが計算される。そして、この合成制御ルール
を用いて制御演算が行われる。That is, the difference between the work W gripped by the robot arm 50 and the state quantity (average weight) of each cluster is calculated, and the reciprocal thereof normalized for all clusters is calculated as the degree of conformity. In this case, since there is only a cluster consisting of two control cases at the time of startup, this cluster has a fitness of 100%. Then, when the fitness of each cluster is obtained, a weighted average according to the fitness of the control rules extracted in each cluster is made, and a combined control rule is calculated. Then, a control operation is performed using the synthesis control rule.
【0117】今の場合は、立ち上げ時のクラスタの適合
度が100%であるから、立ち上げ時のクラスタから抽
出された制御ルールがそのまま合成制御ルールとして制
御演算に供せられる。次に、操作量補正演算部16にお
いては、位置ずれ量がゼロになるようなモータ電流設定
値が合成制御ルールから求められる。そして、このモー
タ電流設定値に対応した電流値がアーム回転用モータ6
0aに供給され、第1回目の制御動作が実行される。In this case, since the degree of conformity of the cluster at the time of startup is 100%, the control rules extracted from the cluster at the time of startup are directly provided to the control operation as a combined control rule. Next, in the manipulated variable correction calculation unit 16, a motor current set value such that the displacement amount becomes zero is obtained from the synthesis control rule. Then, a current value corresponding to the motor current set value is set to the arm rotation motor 6.
0a, and the first control operation is performed.
【0118】次に、上記のようにして実行されたワーク
搬送動作の結果、ワークWが目標位置P1またはP2に
精度良く載置されたか否かが判断される。この判断は停
止位置センサ53の出力信号に基づいて比較部10が行
う。そして、位置ずれ量が±3ミリ以上であれば、今回
のワークWの重量(状態量)、モータ電流設定値(操作
量)および位置ずれ量(制御量)の組が、新たな制御事
例として事例記憶部15に記憶される。Next, as a result of the work transfer operation performed as described above, it is determined whether or not the work W is accurately placed on the target position P1 or P2. This determination is made by the comparing unit 10 based on the output signal of the stop position sensor 53. If the displacement amount is ± 3 mm or more, the current set of the weight (state amount) of the workpiece W, the motor current set value (operation amount), and the displacement amount (control amount) is set as a new control example. It is stored in the case storage unit 15.
【0119】一方、位置ずれが±3ミリ未満であった場
合は、今回の制御によって得られた事例が、すでに得て
いる事例(すなわち、立ち上げ時の事例1,2からなる
クラスタにおいて抽出した制御ルール)に含まれている
ことを意味するから、追加記憶する必要はないと判断で
きる。したがって、特別の処理をすることなく、次回の
制御に移行する。On the other hand, if the displacement is less than ± 3 mm, the case obtained by the current control is extracted from the already obtained case (that is, extracted from the cluster consisting of cases 1 and 2 at the time of startup). Control rule), it can be determined that additional storage is not necessary. Therefore, the control is shifted to the next control without performing any special processing.
【0120】制御ルールの修正と新クラスタの生成 本実施例においては、新たに追加記憶した制御事例につ
いては、その状態量が既存のクラスタの状態量と類似し
ている場合と、類似していない場合に分けて処理を区別
している。すなわち、新たに追加記憶した制御事例の状
態量(今回搬送したワークの重量)が、既存のクラスタ
の状態量と比較して、±10%以内であれば、そのクラ
スタに追加分類され、そのクラスタで抽出される制御ル
ールの修正に用いられる。これは、事例を増やすことで
データの精度を統計的に高め、制御ルールの当てはまり
が良くなるように修正するためである。Modification of Control Rule and Generation of New Cluster In this embodiment, a newly added and stored control case is not similar to the case where the state quantity is similar to the state quantity of the existing cluster. The processing is divided into cases. That is, if the state quantity of the newly stored control case (the weight of the work conveyed this time) is within ± 10% of the state quantity of the existing cluster, the cluster is additionally classified into the cluster, and the cluster is additionally classified. Used to modify the control rules extracted in. This is because the accuracy of the data is statistically increased by increasing the number of cases, and the data is modified so that the control rules can be applied more effectively.
【0121】一方、±10%以上異なっていれば、制御
事例は既存のクラスタには分類されず、新たなクラスタ
(例えば、クラスタBとする)が作られ、そこに分類さ
れる。そして、以後の制御動作を経て、クラスタBに分
類される制御事例が発生すると、クラスタBにおける制
御ルールが抽出されて、それ以降の制御に供されるよう
になる。On the other hand, if the difference is ± 10% or more, the control case is not classified into an existing cluster, but a new cluster (for example, cluster B) is created and classified there. Then, when a control case classified into the cluster B occurs after the subsequent control operation, a control rule in the cluster B is extracted and provided for the subsequent control.
【0122】以上のような制御を繰り返し実行し、新た
な制御事例を追加記憶していくと、やがて制御事例記憶
部15には、例えば、表6のような制御事例が集積され
る。この表6によって示されるような状態は、本実施例
における事例記憶部15の一般的な状態である。When the above-described control is repeatedly executed and new control cases are additionally stored, control cases such as those shown in Table 6 are accumulated in the control case storage unit 15. The state shown in Table 6 is a general state of the case storage unit 15 in the present embodiment.
【0123】[0123]
【表6】 [Table 6]
【0124】一般的な稼働状態における制御 次に、表6によって示されるような状況下、すなわち、
立ち上げ直後ではなく、有る程度制御が実行された後の
一般的な稼働状態における制御動作について説明する。
このような状況下において、ロボットアーム50がワー
クWを把持すると、その重量が重量センサ52によって
検出され、各クラスタの状態量と比較され、適合度が計
算される。Control in General Operating State Next, under the situation as shown in Table 6, ie,
A description will be given of a control operation in a general operation state not immediately after startup but after a certain degree of control has been executed.
In such a situation, when the robot arm 50 grips the workpiece W, the weight is detected by the weight sensor 52, and is compared with the state quantity of each cluster, and the fitness is calculated.
【0125】各クラスタの適合度が求められると、各々
のクラスタで抽出された制御ルールに適合度に対応した
重み付け平均がなされ、合成制御ルールが計算される。
そして、この合成制御ルールに基づいて、位置ずれ量が
ゼロになるようなモータ電流値が計算され、アーム回転
用モータ60aが制御される。そして、位置ずれ量が許
容誤差(±3ミリ)以上であれば、今回の制御事例が事
例記憶部15に記憶され、精度良く位置決めできた場合
には、事例の記憶はされず、次回の制御に移行する。When the degree of conformity of each cluster is obtained, a weighted average corresponding to the degree of conformity is made to the control rules extracted in each cluster, and a composite control rule is calculated.
Then, based on the synthesis control rule, a motor current value such that the displacement amount becomes zero is calculated, and the arm rotation motor 60a is controlled. If the amount of displacement is equal to or more than the allowable error (± 3 mm), the current control case is stored in the case storage unit 15. If positioning is performed accurately, the case is not stored and the next control case is not performed. Move to
【0126】以上が一般的な稼働状況での制御動作であ
るが、動作手順そのものは立ち上げ直後の制御動作と全
く同じである。ただし、保有しているクラスタが豊富な
ため、そこから抽出された制御ルールも多いという点だ
けが相違する。このことから明かなように、本実施例に
おいては、立ち上げ直後であっても、長期間にわたって
制御を行った場合でも、全く同様の処理内容となり、両
者を識別する必要がない。したがって、立ち上げ直後か
ら、長期間にわたって全く同様に使用することができ
る。The above is the control operation in a general operation condition. The operation procedure itself is exactly the same as the control operation immediately after starting. However, the only difference is that since there are many clusters, many control rules are extracted from the clusters. As is evident from the above, in the present embodiment, the processing contents are completely the same even immediately after startup or when control is performed for a long period of time, and there is no need to identify both. Therefore, immediately after the start-up, it can be used in the same manner for a long period of time.
【0127】C:実施例効果 本実施例においては、以下に述べる効果を奏することが
できる。 (1)従来この種の装置では、不可欠であった事前のデ
ータ採取や、それによる最適化作業が一切不要になり、
開発工数が大幅に低減できる。また、ロボットのメカニ
ズムや制御技術などに関する専門知識が不要になり、開
発技術者の熟練も要しない。C: Effects of the Embodiment In this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Conventionally, this type of equipment eliminates the need for prior data collection and optimization work that are indispensable at all.
Development man-hours can be greatly reduced. In addition, specialized knowledge regarding the mechanism and control technology of the robot is not required, and skill of a development engineer is not required.
【0128】(2)制御結果の善し悪し(停止位置精
度)を、制御装置自身が判断し、制御事例の追加の可否
を決定しているので、制御性能を自動的に自立的に改善
できる。これは前述の第1実施例において述べたとお
り、ファジー制御やニューラルネットワーク方式などを
大きく凌駕するものである。(2) Since the control device itself determines the quality of the control result (stop position accuracy) and decides whether or not to add a control case, the control performance can be automatically and independently improved. This greatly surpasses fuzzy control, the neural network system, and the like, as described in the first embodiment.
【0129】(3)制御事例の要素である操作量として
は、設定値がそのまま利用できるため、従来のようなモ
ータ供給電流のセンシングなどが不要になる。このた
め、電流計などのセンサコストが削減でき、同時に、セ
ンシング誤差による制御性能の低下も回避できる。(3) Since the set value can be used as it is as the operation amount which is an element of the control case, it is not necessary to sense the motor supply current as in the related art. For this reason, the cost of a sensor such as an ammeter can be reduced, and at the same time, a decrease in control performance due to a sensing error can be avoided.
【0130】(4)技術者が開発時に想定していなかっ
たような状況で、すなわち、予想以上に重いあるいは軽
いワークを搬送する場合にも、制御装置自身が自律的に
学習し、最良の制御ができるように性能向上が図られ
る。同様にして、被制御システムに経時的劣化が発生し
た場合にも、劣化による影響を常時学習しつつ制御を行
っているため、常に最良の制御が可能になる。たとえ
ば、ブレーキ性能が時間と共に劣化するような場合であ
っても、それによって停止精度が低下するという事態を
回避することができる。(4) Even in a situation that was not assumed by the engineer at the time of development, that is, in the case of transporting a work that is heavier or lighter than expected, the control device itself autonomously learns and performs the best control. Performance is improved so that Similarly, even when the controlled system deteriorates with time, the control is always performed while learning the influence of the deterioration, so that the best control is always possible. For example, even if the braking performance deteriorates with time, it is possible to avoid a situation in which the stopping accuracy is reduced.
【0131】(5)消耗した部品を新品に交換した場合
でも、ユーザやサービスマンが人手によって再調整など
を行わなくとも、本発明による自動学習機能によって自
動調整が行われる。(5) Even if a worn part is replaced with a new one, automatic adjustment is performed by the automatic learning function according to the present invention without the need for a user or serviceman to manually perform readjustment or the like.
【0132】D:変形例 第2実施例においても種々の変形が可能である。ただ
し、第1実施例で述べた変形例がほとんど適用できるの
で、重複を避けるために説明は省略する。D: Modifications Various modifications are also possible in the second embodiment. However, since most of the modifications described in the first embodiment can be applied, description thereof will be omitted to avoid duplication.
【0133】(第3実施例) A:第3実施例の背景 まず第3実施例の背景について説明する。既述した第1
実施例では、状態量として事例採取時刻を採用した。こ
れは、被制御システム1の状態に影響を与える要因は、
周囲の様々な環境条件や経時変化など多岐にわたってい
る反面、ある限られた時間的範囲では、ほぼ一定とみな
すことができるからである。例えば、10分前と10分
後では、実質的に状態変化はないものとみなせるが、朝
と夕、昨日と今日などでは温度や湿度が大きく異なる場
合がある。(Third Embodiment) A: Background of Third Embodiment First, the background of the third embodiment will be described. The first mentioned
In the embodiment, the case collection time is adopted as the state quantity. This is because the factors that affect the state of the controlled system 1 are:
This is because it can be regarded as almost constant in a limited limited time range, although it is diversified such as various environmental conditions and changes with time. For example, it can be considered that there is substantially no change in state 10 minutes before and 10 minutes later, but the temperature and humidity may be significantly different between morning and evening, yesterday and today, and the like.
【0134】したがって、システム制御装置2または被
制御システム1を一旦停止した後、再起動する場合、そ
の停止期間中すなわち状態量を含む制御事例の採取が行
われていない間、被制御システム1の物理的状態は大き
く異なっている場合も想定される。Therefore, when the system control device 2 or the controlled system 1 is temporarily stopped and then restarted, the controlled system 1 is stopped during the stop period, that is, while the control cases including the state quantity are not collected. It is also assumed that the physical state is significantly different.
【0135】一般に、こうしたことは、種々の制御シス
テムにおいて多く見受けられる。例えば、外部環境が一
定の場合であっても、一度稼動して温度が上昇した被制
御システムをその上昇した温度の下で制御していたもの
が、再起動時には装置の温度が室温まで低下しており、
被制御システム1の状態が全く異なってしまっている等
の場合がある。In general, this is often found in various control systems. For example, even if the external environment is constant, the controlled system, which has been operated once and the temperature has increased, is controlled under the increased temperature. And
There are cases where the state of the controlled system 1 is completely different.
【0136】このような場合、第1実施例においては、
被制御システム1が再び起動され、当該システム1の目
標出力が指示されると、システム制御装置2は、その直
近の、すなわちスイッチが切られる直前の制御事例を呼
び出し、該制御事例における操作量設定値から各制御ル
ールの適合度を求め、この得られた適合度によって各制
御ルールを重み付け平均し、新たな制御ルールを創出
(合成)する。In such a case, in the first embodiment,
When the controlled system 1 is activated again and the target output of the system 1 is instructed, the system control device 2 calls the control case immediately before, that is, immediately before the switch is turned off, and sets the operation amount in the control case. The degree of conformity of each control rule is obtained from the value, and each control rule is weighted and averaged by the obtained degree of conformity to create (synthesize) a new control rule.
【0137】しかしながら、スイッチが切られる直前の
状態と現在の状態が大きく異なると、前回の操作量に対
して得られる制御量は制御量目標値からかけ離れてしま
い、大きな誤差を含んだ制御事例から適合度が算出さ
れ、新たな制御ルールが創出されることになる。もちろ
ん、その結果として生じた制御誤差が許容値を越えた場
合には、既述したように制御事例を追加するなどして、
次回以降の制御精度は高められる訳であるが、初期の誤
差が大きい場合には許容できる精度が得られるまでに相
当の時間がかかってしまう。However, if the state immediately before the switch is turned off is greatly different from the current state, the control amount obtained for the previous operation amount is far from the control amount target value. The fitness is calculated and a new control rule is created. Of course, if the resulting control error exceeds the allowable value, by adding a control case as described above,
Although the control accuracy after the next time is improved, if an initial error is large, it takes a considerable time until an acceptable accuracy is obtained.
【0138】そこで、第3実施例では、再起動時に最初
の制御事例を得るために、スイッチが切られる直前の制
御事例にて設定された操作量と所定の標準操作量との平
均値を算出し、これを初期の操作量として設定する。こ
れによって、仮にスイッチが切られる直前の状態と再起
動時の状態が大きく異なる場合であっても、初期の誤差
が著しく大きくなるのを回避することが可能となる。Therefore, in the third embodiment, in order to obtain the first control case at the time of restart, an average value of the operation amount set in the control case immediately before the switch is turned off and a predetermined standard operation amount is calculated. Then, this is set as an initial operation amount. As a result, even if the state immediately before the switch is turned off is greatly different from the state at the time of restarting, it is possible to prevent the initial error from becoming extremely large.
【0139】B:第3実施例の構成 以下、図9〜図13を参照し、第3実施例について説明
する。この実施例は、本発明を上述した再起動時の状態
変化が生じることが想定されるレーザプリンタに適用し
たものである。図9において、100はレーザプリンタ
の画像出力部であり、本実施例における被制御システム
となる。120は制御部であり、現像濃度を目標濃度に
一致させるべく画像出力部100のレーザ出力を制御す
る。B: Configuration of the Third Embodiment The third embodiment will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to a laser printer in which the above-described state change at the time of restart is expected to occur. In FIG. 9, reference numeral 100 denotes an image output unit of the laser printer, which is a controlled system in the present embodiment. A control unit 120 controls the laser output of the image output unit 100 so that the development density matches the target density.
【0140】また、121は濃度調整ダイヤルであり、
操作者が所望の濃度に応じた値を設定する。濃度調整ダ
イヤル121の設定値は、変換器122によって、現像
濃度センサ110の出力に換算した値(例えば、「0」
〜「255」の値)に変換される。変換器122から出
力される目標濃度は、制御量メモリ123において保持
される。この場合、制御量メモリ123は、許容誤差も
記憶している。Reference numeral 121 denotes a density adjustment dial.
The operator sets a value according to the desired density. The set value of the density adjustment dial 121 is converted into an output of the development density sensor 110 by the converter 122 (for example, “0”).
To “255”). The target density output from the converter 122 is stored in the control amount memory 123. In this case, the control amount memory 123 also stores an allowable error.
【0141】一方、現像濃度センサ110の出力信号と
メモリ123の出力信号とは、濃度コンパレータ124
おいて比較される比較される。この比較においては、メ
モリ123が記憶している許容誤差が参照される。そし
て、現像濃度センサ110の出力信号は、両者の差が許
容値以内であれば、制御ルール検索器130に供給さ
れ、許容値以上であれば制御事例メモリ125に供給さ
れる。ただし、後述するシステムの再起動時において
は、各制御ルールの適合度(第1実施例参照)を算出す
るため、誤差の大きさの如何にかかわらず、現像濃度セ
ンサ110の出力信号は制御ルール検索器130に供給
される。On the other hand, the output signal of the developing density sensor 110 and the output signal of the memory 123 are compared with a density comparator 124.
Are compared. In this comparison, the allowable error stored in the memory 123 is referred to. The output signal of the development density sensor 110 is supplied to the control rule search unit 130 if the difference between the two is within the allowable value, and is supplied to the control case memory 125 if the difference is equal to or larger than the allowable value. However, when the system is restarted, which will be described later, the degree of conformity of each control rule (see the first embodiment) is calculated. It is supplied to the search unit 130.
【0142】制御事例メモリ125は、制御事例を記憶
するメモリであり、状態量、操作量および制御量の3種
の量を一組にして記憶する。このように、制御事例を記
憶するのは、第1実施例で述べたように、過去に記憶さ
れた制御事例に基づいて種々の制御を行うためである。The control case memory 125 is a memory for storing control cases, and stores a set of three kinds of amounts, ie, a state amount, an operation amount, and a control amount. The reason why control cases are stored in this way is to perform various controls based on control cases stored in the past, as described in the first embodiment.
【0143】ここで、制御事例メモリ125に記憶され
る状態量は、電子写真プロセスに支配的な影響を及ぼす
温度と湿度の値であり、操作量は、レーザプリンタの現
像濃度を変化させるレーザパワーの設定値(以下、LP
設定値という)であり、制御量は、現像濃度センサ11
0の出力信号である。Here, the state quantities stored in the control case memory 125 are the values of temperature and humidity that have a dominant effect on the electrophotographic process, and the manipulated variables are the laser power for changing the development density of the laser printer. Set value (hereinafter, LP
The control amount is referred to as a set value.
0 output signal.
【0144】また、状態量コンパレータ126、クラス
タメモリ127および制御ルール演算器128は、制御
事例メモリ125に記憶された制御事例を参照して、制
御ルールを抽出する。The state quantity comparator 126, the cluster memory 127, and the control rule calculator 128 extract the control rule with reference to the control case stored in the control case memory 125.
【0145】また、制御ルールメモリ129は、制御ル
ール演算器128が算出した制御ルールを複数記憶する
メモリであり、制御ルール検索器130から要求がある
と、その要求に応じた制御ルールを返信する。この場
合、制御ルール検索器130は、濃度コンパレータ12
4から供給される濃度差および操作量メモリ132から
供給される操作量(すなわち、LP設定値)に応じた制
御ルールを、制御ルールメモリ129に要求するように
なっている。The control rule memory 129 is a memory for storing a plurality of control rules calculated by the control rule calculator 128. When a request is received from the control rule searcher 130, the control rule corresponding to the request is returned. . In this case, the control rule retrieving unit 130 controls the concentration comparator 12
The control rule memory 129 requests a control rule corresponding to the density difference supplied from the control amount 4 and the operation amount (ie, the LP set value) supplied from the operation amount memory 132.
【0146】また、制御ルール検索器130は、後述す
るシステムの再起動時に、操作量メモリ132から供給
される操作量を制御ルールメモリ129に記憶される各
制御ルールに当てはめ、このときの現像濃度センサ11
0の検出結果に対する各制御ルールの適合度を算出す
る。そして、制御ルール検索器130は、算出した適合
度を「重み」として用い、各制御ルールを重み付け平均
し、新たな制御ルールを創出(合成)する。The control rule search unit 130 applies the operation amount supplied from the operation amount memory 132 to each control rule stored in the control rule memory 129 when the system is restarted, which will be described later. Sensor 11
The degree of conformity of each control rule to the detection result of 0 is calculated. Then, the control rule search unit 130 creates (combines) a new control rule by weighting and averaging each control rule using the calculated degree of conformity as “weight”.
【0147】また、操作量補正値演算器131は、制御
ルール検索器130によって検索または創出された制御
ルールを用いて、操作量の補正値を求め、求められた補
正値を操作量メモリ132に供給する。これにより、操
作量メモリ132は、操作量補正値に対応したLP設定
値を光量コントローラ116に供給する。The manipulated variable correction value calculator 131 obtains a correction value of the manipulated variable using the control rule retrieved or created by the control rule searcher 130, and stores the obtained correction value in the manipulated variable memory 132. Supply. Thereby, the operation amount memory 132 supplies the LP setting value corresponding to the operation amount correction value to the light amount controller 116.
【0148】また、標準操作量メモリ133は、当該レ
ーザプリンサがいわゆる標準的な状態(例えば、高温高
湿でもなく低温低湿でもない中温中湿の状態)にある場
合に設定すべき操作量(以下、標準操作量という)を記
憶するメモリである。このメモリ133に記憶された標
準操作量は、当該レーザプリンタが再起動された場合
(例えば、一旦電源スイッチが切られ、再び電源が投入
されたとき)に、制御ルール検索器130へ出力され
る。この場合の制御ルール検索器130および操作量補
正値演算器131の動作は後述する。なお、上述した制
御事例メモリ125、制御ルールメモリ129および標
準操作量メモリ133は、いずれも不揮発性のメモリ素
子によって構成されるものとする。The standard operation amount memory 133 stores the operation amount (hereinafter, referred to as “operation amount”) to be set when the laser printer is in a so-called standard state (for example, a state of medium temperature and medium humidity which is neither high temperature and high humidity nor low temperature and low humidity). (Referred to as a standard operation amount). The standard operation amount stored in the memory 133 is output to the control rule search unit 130 when the laser printer is restarted (for example, once the power switch is turned off and the power is turned on again). . The operations of the control rule search unit 130 and the operation amount correction value calculator 131 in this case will be described later. The above-mentioned control case memory 125, control rule memory 129, and standard operation amount memory 133 are all configured by non-volatile memory elements.
【0149】また、基準パッチ信号発生器142は、校
正用基準パッチ信号を画像出力部100へ出力する。こ
こで、校正用基準パッチ信号とは、現像濃度センサ11
0によって現像濃度を検出する目的で、入力画像が露光
されない感光体の所定領域にパッチを生成すべくダミー
として出力されるものである。基準パッチ信号発生器1
42の動作タイミングは、同期回路141によって、制
御部120との同期がとられるようになっている。ま
た、タイマ140は、上記同期回路141と前述の標準
操作量メモリ133にタイムクロック信号を供給する。The reference patch signal generator 142 outputs a calibration reference patch signal to the image output unit 100. Here, the calibration reference patch signal is the development density sensor 11
For the purpose of detecting the development density based on 0, the input image is output as a dummy to generate a patch in a predetermined area of the photoreceptor where the input image is not exposed. Reference patch signal generator 1
The operation timing of 42 is synchronized with the control unit 120 by the synchronization circuit 141. Further, the timer 140 supplies a time clock signal to the synchronization circuit 141 and the standard operation amount memory 133 described above.
【0150】C:第3実施例の動作 次に、上記構成による実施例の動作について説明する
が、以下ではレーザプリンタの状態(すなわち、温度お
よび湿度)が大きく変化するものと想定される、電源ス
イッチが切られた後の再起動時の動作を例として説明を
行う。C: Operation of Third Embodiment Next, the operation of the third embodiment will be described. In the following, the power supply (the temperature and the humidity) of the laser printer is assumed to greatly change. The operation at the time of restart after the switch is turned off will be described as an example.
【0151】まず、電源スイッチが一旦切られた後、再
び電源スイッチが投入されることにより制御部120が
再起動されると、制御ルール検索器130は、標準操作
量メモリ133から標準操作量を読み出し、これを取り
込む。また、制御ルール検索器130は、制御事例メモ
リ133から、スイッチが切られる直前の操作量を制御
事例メモリ125から読み出し、これと上記標準操作量
とを操作量補正値演算器131に供給する。操作量補正
値演算器131は、制御ルール検索器130から供給さ
れるスイッチが切られる直前の操作量と標準操作量との
平均値を算出し、この結果を操作量メモリ132へ出力
する。これにより、操作量メモリ132は、上記平均値
に対応したLP設定値を光量コントローラ116に供給
する。First, after the power switch is once turned off and the control unit 120 is restarted by turning on the power switch again, the control rule search unit 130 reads the standard operation amount from the standard operation amount memory 133. Read and capture this. In addition, the control rule search unit 130 reads the operation amount immediately before the switch is turned off from the control case memory 133 from the control case memory 125, and supplies this and the standard operation amount to the operation amount correction value calculator 131. The manipulated variable correction value calculator 131 calculates the average value of the manipulated variable supplied from the control rule searcher 130 immediately before the switch is turned off and the standard manipulated variable, and outputs the result to the manipulated variable memory 132. Accordingly, the operation amount memory 132 supplies the LP setting value corresponding to the average value to the light amount controller 116.
【0152】一方、基準パッチ信号発生器142から
は、上記制御部120の動作と同期して、校正用基準パ
ッチ信号が出力され、これによって基準パッチが感光体
に生成される。そして、このときの現像濃度はセンサ1
10によって検出され、その出力信号が制御ルール検索
器130に供給される。そして、制御ルール検索器13
0は、操作量メモリ132に記憶された操作量を各制御
ルールに当てはめ、上記検出された現像濃度に対する各
制御ルールの適合度を算出し、これによって新たな制御
ルールを創出(合成)する。On the other hand, a reference patch signal for calibration is output from the reference patch signal generator 142 in synchronization with the operation of the control section 120, whereby a reference patch is generated on the photosensitive member. The development density at this time is determined by the sensor 1
10 and the output signal is supplied to the control rule searcher 130. Then, the control rule search unit 13
A value of 0 applies the operation amount stored in the operation amount memory 132 to each control rule, calculates the degree of conformity of each control rule to the detected development density, and thereby creates (combines) a new control rule.
【0153】以降は、新たな制御結果(すなわち、濃度
差)を許容誤差と比較することによって、今回の制御内
容を追加記憶すべきか否かを判断し、必要に応じて制御
ルールの修正または新規作成を行い、さらに次回の制御
に備えることになる。Thereafter, by comparing the new control result (that is, the density difference) with the allowable error, it is determined whether or not the current control content should be additionally stored. It is created and prepared for the next control.
【0154】ここで、図10〜図13を参照し、前回
(すなわち停止前)の操作量設定値をそのまま再起動後
の操作量とした場合と本実施例のように前回の操作量設
定値と標準操作量の平均値を再起動後の操作量とした場
合の再起動前後における操作量(LP設定値)と制御量
(画像濃度)の関係を比較する。図10は前者の場合を
示し、図11〜図13は後者の場合を示している。Here, referring to FIGS. 10 to 13, the case where the previous operation amount set value (that is, before stop) is used as the operation amount after the restart as it is and the case where the previous operation amount set value is used as in this embodiment. The relationship between the operation amount (LP set value) and the control amount (image density) before and after the restart when the average value of the reference operation amount and the standard operation amount is the operation amount after the restart is compared. FIG. 10 shows the former case, and FIGS. 11 to 13 show the latter case.
【0155】図10に示すように、前回の高温高湿に対
応した操作量設定値「105」をそのまま再起動後の操
作量とした場合、再起動後の状態も高温高湿であれば濃
度誤差はほとんど生じないが、再起動後の状態が低温低
湿である場合には、誤差は著しく大きくなる(最大濃度
差「0.8」)。As shown in FIG. 10, when the manipulated variable set value “105” corresponding to the previous high temperature and high humidity is used as the manipulated variable after the restart, if the state after the restart is also a high temperature and high humidity, the concentration is changed. An error hardly occurs, but when the state after the restart is low temperature and low humidity, the error becomes extremely large (maximum density difference “0.8”).
【0156】一方、図11に示すように、前回の高温高
湿に対応した操作量設定値「105」と標準操作量「1
25」との平均値「105」を再起動後の操作量とした
場合、再起動後の状態が低温低湿であっても誤差は前者
の場合ほど大きくならない(最大濃度差「0.6」)。
また、図12に示すように、前回の中温中湿に対応した
操作量設定値「125」と標準操作量「125」との平
均値「125」を再起動後の操作量とした場合、最大濃
度差は「0.4」となり、図13に示すように、前回の
低温低湿に対応した操作量設定値「145」と標準操作
量「125」との平均値「135」を再起動後の操作量
とした場合、最大濃度差は「0.6」となり、いずれも
誤差は前者の場合ほど大きくならない。On the other hand, as shown in FIG. 11, the manipulated variable set value “105” corresponding to the previous high temperature and high humidity and the standard manipulated variable “1”
When the average value “105” with “25” is set as the manipulated variable after the restart, even if the state after the restart is low temperature and low humidity, the error is not as large as in the former case (maximum density difference “0.6”). .
As shown in FIG. 12, when the average value “125” of the operation amount set value “125” corresponding to the previous medium temperature and humidity and the standard operation amount “125” is the operation amount after the restart, the maximum The density difference is “0.4”, and as shown in FIG. 13, the average value “135” of the previous operation amount set value “145” and the standard operation amount “125” corresponding to the low temperature and low humidity is obtained after the restart. When the operation amount is used, the maximum density difference is “0.6”, and the error is not as large as in the former case.
【0157】このように、本実施例によれば、再起動時
に最初の制御事例を得るために、スイッチが切られる直
前の制御事例にて設定された操作量と標準操作量との平
均値を算出し、これを再起動後の初期の操作量として設
定するので、仮にスイッチが切られる直前の状態と再起
動時の状態が大きく異なる場合であっても、初期の誤差
が著しく大きくならないため、適切な適合度によって制
御ルールを選択・合成でき、再起動当初から速やかに精
度の高い制御を行うことができる。As described above, according to the present embodiment, in order to obtain the first control case at the time of restart, the average value of the operation amount set in the control case immediately before the switch is turned off and the standard operation amount is calculated. Since it is calculated and set as the initial operation amount after the restart, even if the state immediately before the switch is turned off and the state at the time of the restart greatly differ, the initial error does not significantly increase, Control rules can be selected and synthesized with an appropriate degree of conformity, and high-precision control can be performed quickly from the beginning of the restart.
【0158】D:変更例 (1)なお、その他の態様として、上記標準操作量設定
値の代わりに、過去の制御事例における操作量設定値の
平均値を用いるようにしてもよい。これにより、予め標
準操作量を予備実験などによって決定しておく必要が無
くなる。また、ユーザの使用環境が一般のユーザにとっ
ての標準的な環境でなくユーザ固有のものである場合、
そのユーザ固有の使用環境を加味した操作量とすること
ができる。D: Modification Example (1) As another mode, an average value of the manipulated variable set values in past control cases may be used instead of the standard manipulated variable set value. This eliminates the need to determine the standard manipulated variable in advance through a preliminary experiment or the like. Also, if the user's usage environment is not a standard environment for general users but is user specific,
The operation amount can be set in consideration of the usage environment unique to the user.
【0159】(2)さらに他の態様としては、前回の操
作量設定値と標準操作量の平均値の代わりに、前回の操
作量設定値に重み付けをしたものと標準操作量との平均
値を用いてもよい。この場合、重み付けは、システムの
停止時間の長さによって規定する。すなわち、停止時間
が短ければ重みを大きくし、停止時間が長ければ重みを
小さくする。これにより、停止時間が短く、その間に生
じる状態の変動が確率的に小さい場合は、前回の設定値
に近い値となり、逆に停止時間が長く、その間に生じる
状態の変動の予想がつきにくい場合は、標準設定値に近
い値となる。(2) As yet another mode, instead of the average value of the previous manipulated variable set value and the standard manipulated variable, the average value of the weighted value of the previous manipulated variable set value and the standard manipulated variable is calculated. May be used. In this case, the weighting is defined by the length of the suspension time of the system. That is, if the stop time is short, the weight is increased, and if the stop time is long, the weight is reduced. As a result, when the stop time is short and the state change occurring during the period is stochastically small, the value becomes close to the previous set value. Conversely, when the stop time is long and it is difficult to predict the state change occurring during the period. Is close to the standard setting.
【0160】(3)また、上述した態様に限らず、前回
の操作量設定値に所定の係数を掛けるなど、その他種々
の変換を施すようにしてもよい。要は、前回の操作量設
定値をそのまま用いずに何らかの変換を施すことによっ
て、再起動前後の状態変化の影響を低減できればよい。(3) The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other conversions may be performed, such as multiplying a previous operation amount set value by a predetermined coefficient. In short, it is only necessary to reduce the influence of the state change before and after the restart by performing some conversion without using the previous operation amount set value as it is.
【0161】(4)また、本実施例では、電源スイッチ
を切った場合の再起動について説明したが、これに限ら
ず、リセットスイッチによる再起動など、システムの状
態が大きく変化することが想定されるものであれば他の
種類の再起動であってもよい。 (5)さらに、本実施例では、レーザプリンタの制御に
ついて説明したが、これに限らず、他の装置の制御にも
もちろん適用可能である。(4) In this embodiment, the restart when the power switch is turned off has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is assumed that the system state greatly changes, such as restart by a reset switch. If so, another type of restart may be used. (5) Further, in the present embodiment, the control of the laser printer has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to the control of other devices.
【0162】以上説明したように、請求項1〜15に記
載の発明は、技術者によるデータ採取や最適化作業を一
切行うことなく、最良の制御性能が常に実現できるとい
う効果がある。このため、開発コストが低減できるとと
もに、熟練した技術者がいなくとも、十分な性能が得ら
れる。As described above, the inventions according to the first to fifteenth aspects have the effect that the best control performance can always be realized without any data collection or optimization work by a technician. For this reason, the development cost can be reduced, and sufficient performance can be obtained without a skilled technician.
【0163】また、本発明によれば、従来のファジーや
ニューラルネットワークなどの技術では不可能であった
全自動リアルタイム学習およびチューニングが実現でき
る。さらに、本発明では、被制御システムについての深
い理解やモデル化の必要がなく、ブラックボックスのま
までも、十分精度良く制御することが可能になる。ま
た、本発明によれば、センサ(コスト)が削減できると
ともに、センサの制約から開放された自由な制御方式が
選択できるようになる。しかも、本発明によれば、被制
御システムに経時的劣化が発生した場合や部品交換した
ような場合でも、自動的に最適調整が行われる。Further, according to the present invention, it is possible to realize fully automatic real-time learning and tuning which cannot be performed by conventional techniques such as fuzzy and neural networks. Furthermore, according to the present invention, it is not necessary to deeply understand and model the controlled system, and it is possible to control the system with sufficient accuracy even if it is a black box. Further, according to the present invention, it is possible to reduce sensors (cost) and to select a free control method which is free from restrictions of sensors. Moreover, according to the present invention, the optimum adjustment is automatically performed even when the controlled system deteriorates with time or when components are replaced.
【0164】さらに、請求項2,4に記載の発明によれ
ば、過去の事例の中に稼動時の状況に十分に類似した事
例が存在しない場合でも、過去の複数の制御ルールから
新規の制御ルールを創出できる。Furthermore, according to the second and fourth aspects of the present invention, even if there is no case sufficiently similar to the situation at the time of operation in past cases, new control rules can be obtained from a plurality of past control rules. Create rules.
【0165】また、請求項2に記載の発明においては、
制御装置自身が自主的に必要性を判断して制御事例を追
加記憶できるため、制御性能を自立的に向上させること
ができる。Further, in the invention according to claim 2 ,
Since the control device itself can independently determine the necessity and additionally store the control case, the control performance can be independently improved.
【0166】さらに、請求項5〜11に記載の発明によ
れば、上述したさまざまの効果を少量のメモリによって
実現でき、しかもメモリ不足といった事態が生じないと
いう効果が得られる。Further, according to the inventions set forth in claims 5 to 11 , the various effects described above can be realized with a small amount of memory, and the effect that memory shortage does not occur can be obtained.
【0167】また、請求項12に記載の発明によれば、
システムを再起動した場合、再起動の前後におけるシス
テムの状態変化の影響を低減でき、再起動当初から速や
かに精度の高い制御を行うことができる。According to the twelfth aspect of the present invention,
When the system is restarted, the influence of a change in the state of the system before and after the restart can be reduced, and highly accurate control can be performed promptly from the beginning of the restart.
【図1】 この発明の第1実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】 同実施例の立上げ時の事例平面を示す概念図
である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example plane at the time of startup of the embodiment.
【図3】 同実施例において、2つの操作量および2つ
の制御量を採用する場合の制御事例空間を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a control case space when two operation amounts and two control amounts are employed in the embodiment.
【図4】 図3に示す場合において、操作量の補正値の
求め方を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining how to obtain a correction value of an operation amount in the case shown in FIG. 3;
【図5】 制御平面を用いる場合の適合度の算出方法を
説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a degree of conformity when a control plane is used.
【図6】 この発明の第2実施例の全体構成を示す概略
構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a second embodiment of the present invention.
【図7】 第2実施例における制御装置の構成を示すブ
ロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a control device according to a second embodiment.
【図8】 同実施例における立ち上げ時の制御ルールを
説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a control rule at the time of startup in the embodiment.
【図9】 この発明の第3実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。FIG. 9 is a block diagram showing an overall configuration of a third embodiment of the present invention.
【図10】 停止前の操作量設定値をそのまま再起動後
の操作量とした場合の再起動前後における操作量と制御
量の関係を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between an operation amount and a control amount before and after restart when the operation amount set value before stop is used as the operation amount after restart.
【図11】 停止前の操作量設定値と標準操作量の平均
値を再起動後の操作量とした場合の再起動前後における
操作量と制御量の関係を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a relationship between an operation amount and a control amount before and after restart when an average value of the operation amount set value and the standard operation amount before stop is set as the operation amount after restart.
【図12】 別の条件下での図11に示す関係を説明す
るための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship shown in FIG. 11 under another condition.
【図13】 別の条件下での図11に示す関係を説明す
るための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship shown in FIG. 11 under another condition.
1 被制御システム 12 補正ルール作成部(制御ルール抽出手段) 15 事例記憶部(制御事例記憶手段) 16 操作量補正演算部(操作量演算部) 17 操作量設定値出力部(操作量出力手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Controlled system 12 Correction rule preparation part (control rule extraction means) 15 Case storage part (control case storage means) 16 Operation amount correction operation part (operation amount operation part) 17 Operation amount set value output part (operation amount output means)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−123903(JP,A) 特開 平5−143107(JP,A) 特開 平2−77741(JP,A) 特開 平4−149663(JP,A) 特開 平4−236612(JP,A) 特開 平7−191708(JP,A) 特開 平6−250707(JP,A) 特開 平5−11809(JP,A) 特開 平5−173605(JP,A) 特開 平2−89102(JP,A) 鈴木一如、外2名、「活性汚泥プロセ スのファジィモデリング」、第7回ファ ジィシステムシンポジウム講演論文集、 日本ファジィ学会、平成3年6月12日、 P.331−334 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 13/00 - 13/04 G06F 9/44 580 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-3-123903 (JP, A) JP-A-5-143107 (JP, A) JP-A-2-77741 (JP, A) JP-A-4-1499663 (JP JP-A-4-236612 (JP, A) JP-A-7-191708 (JP, A) JP-A-6-250707 (JP, A) JP-A-5-11809 (JP, A) 5-173605 (JP, A) JP-A-2-89102 (JP, A) Suzuki Kazunori, et al., "Fuzzy Modeling of Activated Sludge Process", Proc. Of the 7th Fuzzy System Symposium, Japan Fuzzy Academic Society, June 12, 1991, p. 331-334 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 13/00-13/04 G06F 9/44 580 JICST file (JOIS)
Claims (15)
手段と、 前記操作量およびこれに対応して前記被制御装置から出
力される制御量および前記被制御装置の制御量に影響を
与える状態量を一組にして制御事例として記憶するとと
もに、状態量が類似しているものをまとめてクラスタを
作成する制御事例記憶手段と、 前記各クラスタ毎に制御対象の関数モデルの抽出を行う
制御ルール抽出手段と、 前記制御ルール抽出手段によって抽出された関数モデル
について、直前の制御事例に対する適合度を求め、各関
数モデルについて適合度に応じた重み付けを行って平均
し、その結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を
目的値に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操
作量出力手段に出力させる操作量演算手段とを具備する
ことを特徴とするシステム制御装置。 An operation amount output means for applying an operation amount to a controlled device, wherein the operation amount and a control amount correspondingly output from the controlled device and a control amount of the controlled device are affected. A control case storage unit that stores a set of state quantities as a control case and creates a cluster by grouping similar state quantities together, and extracts a function model of a control target for each cluster. br /> control rule extracting means for function model <br/> extracted by the control rule extracting means calculates a goodness of fit for the immediate control case, each Seki
The number of models is weighted according to the degree of conformity and averaged, an operation amount for matching the control amount to the target value is obtained by using the resultant synthesis rule, and the operation amount is output to the operation amount output means. A system control device comprising: an operation amount calculating unit.
手段と、 前記操作量およびこれに対応して前記被制御装置から出
力される制御量および前記被制御装置の制御量に影響を
与える状態量を一組にして制御事例として記憶するとと
もに、状態量が類似しているものをまとめてクラスタを
作成する制御事例記憶手段と、 前記各クラスタ毎に制御対象の関数モデルの抽出を行う
制御ルール抽出手段と、 前記制御ルール抽出手段によって抽出された関数モデル
について、直前の制御事例に対する適合度を求め、各関
数モデルについて適合度に応じた重み付けを行って平均
し、その結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を
目的値に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操
作量出力手段に出力させる操作量演算手段とを具備し、 前記制御事例記憶手段は、制御量が許容誤差範囲を超え
た場合は、その制御内容を新たな制御事例として対応す
るクラスタに含めて記憶し、前記制御ルール抽出手段
は、当該制御事例を含むクラスタから新たな関数モデル
を抽出することを特徴とするシステム制御装置。 2. An operation amount output means for applying an operation amount to a controlled device, wherein the operation amount and a control amount correspondingly output from the controlled device and a control amount of the controlled device are affected. A control case storage unit that stores a set of state quantities as a control case and creates a cluster by grouping similar state quantities together, and extracts a function model of a control target for each cluster. br /> control rule extracting means for function model <br/> extracted by the control rule extracting means calculates a goodness of fit for the immediate control case, each Seki
The number of models is weighted according to the degree of conformity and averaged, an operation amount for matching the control amount to the target value is obtained by using the resultant synthesis rule, and the operation amount is output to the operation amount output means. When the control amount exceeds the allowable error range, the control case storage unit stores the control content as a new control case in a corresponding cluster, and stores the control rule extraction. The system control device extracts the new function model from the cluster including the control case.
関連するn個の操作量で構成されるn+1次元空間内
で、各制御事例座標点の最小二乗誤差法によるn次元平
面として各制御量毎に抽出されることを特徴とする請求
項1または2いずれかに記載のシステム制御装置。 3. The function model is defined as an n-dimensional plane based on a least squares error method of each control case coordinate point in an n + 1-dimensional space composed of a control amount and its associated n operation amounts. 3. The system control device according to claim 1, wherein the system control device is extracted every time.
手段と、 前記操作量およびこれに対応して前記被制御装置から出
力される制御量および前記被制御装置の制御量に影響を
与える状態量を一組にして制御事例として記憶するとと
もに、状態量が類似しているものをまとめてクラスタを
作成する制御事例記憶手段と、 各クラスタ毎に、制御量およびこれに関連するn個の操
作量で構成されるn+1次元空間内で、各制御事例座標
点の最小二乗誤差法によるn次元平面として各制御量毎
に制御対象の関数モデルの抽出を行う制御ルール抽出手
段と、 前記制御ルール抽出手段によって抽出された関数モデル
について、直前の制御事例に対する適合度を求め、各関
数モデルについて適合度に応じた重み付けを行って平均
し、その結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を
目的値に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操
作量出力手段に出力させる操作量演算手段とを具備する
とともに、 前記操作量演算手段は、各関数モデルが記述される座標
空間内で、関数モデルを示すn次元平面と、直前の制御
事例を示す座標点との間の距離の逆数を、各関数モデル
について規格化して前記適合度を求めることを特徴とす
るシステム制御装置。 4. An operation amount output means for applying an operation amount to a controlled device, wherein the operation amount and a control amount correspondingly output from the controlled device and a control amount of the controlled device are affected. A control case storage means for storing a set of state quantities as a control case and creating clusters by grouping similar state quantities together, and for each cluster, a control quantity and n related A control rule extracting means for extracting a function model of a control target for each control amount as an n-dimensional plane according to a least square error method of each control case coordinate point in an n + 1-dimensional space formed by the operation amount; for function model <br/> extracted by the extracting means, obtains the goodness of fit for the immediate control case, each Seki
The number of models is weighted according to the degree of conformity and averaged, an operation amount for matching the control amount to the target value is obtained by using the resultant synthesis rule, and the operation amount is output to the operation amount output means. And a manipulated variable computing means, wherein the manipulated variable computing means comprises a coordinate space between the n-dimensional plane representing the function model and a coordinate point representing the immediately preceding control case in a coordinate space in which each function model is described. A system control device, wherein a reciprocal of a distance is normalized for each function model to obtain the degree of conformity.
不足が生じた際には、もっとも古い制御事例を消去する
ことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のシステ
ム制御装置。 5. When insufficient memory capacity is generated in the control case memory means, the system control apparatus according to claim 1, characterized in that erasing the oldest control case.
成した時点において、そのクラスタの構成要素である制
御事例を消去することを特徴とする請求項1,2および
4いずれかに記載のシステム制御装置。 Wherein said control case memory means, at the time the cluster is completed, according to claim 1 and characterized in that erasing the control case which is a component of that cluster
5. The system control device according to any one of 4 .
が生じた際は、最も古いクラスタを消去することを特徴
とする請求項1,2および4いずれかに記載のシステム
制御装置。 Wherein the control case storage means, the storage capacity when the shortage occurs, the system control device according to claim 1, 2 and 4, characterized in that erasing the oldest cluster.
が生じた際は、最も古いクラスタを消去することを特徴
とする請求項6に記載のシステム制御装置。 Wherein said control case memory means, when the storage capacity shortage has occurred, the system control device according to claim 6, characterized in that erasing the oldest cluster.
素として、その発生時刻、および操作量決定に使われた
回数を記憶し、記憶容量不足が生じた際には、所定の時
点以前に記憶され、かつ、使われた回数の最も少ない制
御事例を消去することを特徴とする請求項1,2および
4いずれかに記載のシステム制御装置。 9. The control case storage means stores the time of occurrence and the number of times used for determining the operation amount as elements of the control case. stored, and claims 1, 2 and characterized by erasing the least control case of the number of times that was used
5. The system control device according to any one of 4 .
要素として、作成時刻、および操作量決定に使われた回
数を記憶し、記憶容量不足が生じた際には、所定の時点
以前に記憶され、かつ、使われた回数の最も少ないクラ
スタを消去することを特徴とする請求項1,2および4
いずれかに記載のシステム制御装置。 Wherein said control case memory means as an element of the cluster, stores the number of times used creation time, and the operation amount determination, when the storage capacity shortage occurs, is stored in a previous predetermined time and claims, characterized in that erasing the smallest cluster number which used the 1,2 and 4
The system control device according to any one of the above.
要素として、作成時刻、および操作量決定に使われた際
の累積適合度を記憶し、記憶容量不足が生じた際には、
所定の時点以前に記憶され、かつ、累積適合度の最も小
さいクラスタを消去することを特徴とする請求項1,2
および4いずれかに記載のシステム制御装置。 11. The control case storage means stores a creation time and a cumulative fitness when used for determining an operation amount as elements of a cluster.
Stored in the previous predetermined time, and, according to claim 1, characterized in that erasing the smallest cluster cumulative adaptability
5. The system control device according to any one of 4 .
力手段と、 前記操作量およびこれに対応して前記被制御装置から出
力される制御量および前記被制御装置の制御量に影響を
与える状態量を一組にして制御事例として記憶するとと
もに、状態量が類似しているものをまとめてクラスタを
作成する制御事例記憶手段と、 前記各クラスタ毎に制御対象の関数モデルの抽出を行う
制御ルール抽出手段と、 前記制御ルール抽出手段によって抽出された関数モデル
について、直前の制御結果に対する適合度を求め、各関
数モデルについて適合度に応じた重み付けを行って平均
し、その結果得られる合成ルールを用いて前記制御量を
目的値に一致させる操作量を求め、この操作量を前記操
作量出力手段に出力させる操作量演算手段とを具備し、 前記操作量演算手段は、前記被制御装置または当該制御
動作が停止された後、再起動された場合、停止直前の制
御事例における操作量に対して、再起動前後の状態量の
変化の影響を低減する変換を施し、該変換後の操作量を
前記操作量出力手段に出力させ、これによって得られる
制御結果に対する各関数モデルの適合度を求めることを
特徴とするシステム制御装置。 12. An operation amount output means for applying an operation amount to a controlled device, wherein said operation amount and a control amount correspondingly output from said controlled device and a control amount of said controlled device are affected. A control case storage unit that stores a set of state quantities as a control case and creates a cluster by grouping similar state quantities together, and extracts a function model of a control target for each cluster. br /> control rule extracting means for function model <br/> extracted by the control rule extracting means calculates a goodness of fit for the immediate control result, each Seki
The number of models is weighted according to the degree of conformity and averaged, an operation amount for matching the control amount to the target value is obtained by using the resultant synthesis rule, and the operation amount is output to the operation amount output means. An operation amount calculating means, wherein the operation amount calculating means restarts the operation amount in the control case immediately before the stop when the controlled device or the control operation is stopped and then restarted. Before and after
A system control device which performs conversion for reducing the influence of a change, outputs the manipulated variable after the conversion to the manipulated variable output means, and obtains a degree of conformity of each function model to a control result obtained thereby.
を低減する変換は、 予め決められた標準操作量と前記停
止直前の制御事例における操作量との平均を求める変換
であることを特徴とする請求項12記載のシステム制御
装置。 13. The effect of a change in a state quantity before and after the restart.
13. The system control device according to claim 12 , wherein the conversion for reducing is a conversion for obtaining an average of a predetermined standard operation amount and an operation amount in the control case immediately before the stop.
を低減する変換は、 過去の制御事例の操作量の平均値と
前記停止直前の制御事例における操作量との平均を求め
る変換であることを特徴とする請求項12記載のシステ
ム制御装置。 14. The effect of a change in a state quantity before and after the restart.
Reducing the conversion, the average value of the operation amount of the past control cases
13. The system control device according to claim 12, wherein the conversion is a conversion for obtaining an average with an operation amount in the control case immediately before the stop .
低減する変換は、前回の操作量に重み付けをしたもの
と、予め決められた標準操作量との平均を求める変換 で
あることを特徴とする請求項12記載のシステム制御装
置。 15. The effect of a change in the state quantity before and after the restart is determined.
The conversion to reduce is the one that weighted the previous operation amount
13. The system control device according to claim 12, wherein the conversion is a conversion for obtaining an average of the standard operation amount and a predetermined standard operation amount .
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JP21757294 | 1994-09-12 | ||
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JPH07191708A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Nec Corp | Method and device for automatically adjusting package |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP7076401A patent/JP2904051B2/en not_active Expired - Fee Related
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鈴木一如、外2名、「活性汚泥プロセスのファジィモデリング」、第7回ファジィシステムシンポジウム講演論文集、日本ファジィ学会、平成3年6月12日、P.331−334 |
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