(57)【要約】本発明は、プロセス環境におけるプロセスデバイスのヒステリシスを決定するための方法とシステムに関連している。プロセスは、制御回路の制御と測定信号ｕとｙから秒レベルサンプルデータｙｓとｕｓを収集すること（５０）を含む。データベース（５２）に記憶される分平均値ｙ（ｍｉｎ）とｕ（ｍｉｎ）は、秒レベル測定値から計算される。ヒステリシス計算に適したペアは、分レベルサンプルペアｕｍとｙｍからある手続きに従って選択される。そのペアは、また、二つのグループに分割される。不適当なペアは拒否される（５７）。二つの特性曲線（５４）は、ヒステリシス計算（５５）に対し選択されたペア（ｕｍ、ｙｍ）から計算される。計算（５５）は、また、同定されたヒステリシスの信頼性を評価するルーチンを含む。
2005538462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスにおけるプロセスデバイスのヒステリシスを決定する方法であって、
プロセスデバイスの制御入力とプロセス出力を表す信号のサンプルペアを収集し、
収集したサンプルペアに基づいてプロセスデバイスのヒステリシスを算出することを含む方法において、
収集した各サンプルペアは、所定の収集期間における平均制御入力と平均出力を含み、
少なくとも各サンプルペアの平均制御入力の相対変化の大きさ及び方向に従って、更なるプロセスに適したサンプルペアをスクリーニングし、
各サンプルペアを、少なくとも各サンプルペアの平均制御入力の相対変化の大きさ及び方向に従って、第１と第２のグループへとグループ化し、
第１と第２のグループのスクリーニングしたサンプルペアにより第１と第２の制御／出力特性曲線をそれぞれ算出し、
少なくとも１点での第１と第２の制御／出力特性曲線間の距離としてプロセスデバイスのヒステリシスを決定することを特徴とする、方法。
【請求項２】
プロセス出力を表す信号は、測定されたプロセス変数（ｙ）、又は、プロセス制御におけるプロセス変数の設定点（ｒ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スクリーニングは、
前のサンプルペアの平均制御入力を基準として各サンプルペアに対して平均制御入力の変化量及び変化方向を算出し、
算出した変化量が、前のサンプルペアの制御入力に対して算出された変化量より小さく且つ同一の方向で生じている場合、サンプルペアが更なるプロセスのために選択し、それ以外の場合、サンプルペアを拒絶することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記変化量の方向は、前記変化量の符号を算出することにより求められ、この場合、前記符号は、制御入力が増加する場合に正となり、制御入力が減少する場合に負となる、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記スクリーニングは、
ｕｍ（ｊ）をサンプルペアｊの平均制御入力、ｙｍ（ｊ）をサンプルペアｊの平均測定出力、ｊを整数の添え字、Δｕｍ（ｊ）＝ｕｍ（ｊ）−ｕｍ（ｊ−１）、ｓｉｇｎ（Δｕｍ）をΔｕｍの符号とするとき、
次の２つの条件が満足した場合、
｜Δｕｍ（ｊ）｜＜｜Δｕｍ（ｊ−１）｜
ｓｉｇｎ（Δｕｍ（ｊ））＝ｓｉｇｎ（Δｕｍ（ｊ−１））
、特性曲線の算出のためのサンプルペアｕｍ（ｊ）、ｙｍ（ｊ）を選択する、請求項１、２、３又は４に記載の方法。
【請求項６】
サンプルペアは、次の規則に従って、第１と第２のグループへとグループ化される、請求項５に記載の方法；
［規則］
Δｕｍの符号が正の場合、サンプルペアは第１のグループに属し、
Δｕｍの符号が負の場合、サンプルペアは第２のグループに属する。
【請求項７】
前記収集は、
好ましくは一秒以上のオーダーのある間隔で、制御入力（ｕｍ）及び測定出力（ｙｍ）から瞬時サンプルペア（ｙｓ、ｕｓ）を取り、
好ましくは一秒以上のオーダーで、収集期間中に取られる瞬時サンプルペア（ｙｓ、ｕｓ）から平均サンプルペア（ｕｍ、ｙｍ）を算出することを含む、請求項１、２、３又は４に記載の方法。
【請求項８】
次の情報をパラメータとして含む関数によりヒステリシスに対する信頼値を算出することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の方法；
第１の上昇特性曲線に属する平均サンプルペア（ｕｍ、ｙｍ）の数Ｎｙ１、
第２の降下特性曲線に属する平均サンプルペア（ｕｍ、ｙｍ）の数Ｎｙ２、
前記第１の特性曲線に属するが、前記第２の特性曲線よりも下にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ１、及び、
前記第２特性曲線に属するが、前記第１の特性曲線よりも上にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ２。
【請求項９】
信頼値Ｌは、関数Ｌ＝ｍａｘ（０．１−Ｎｏｙ１／Ｎｙ１−Ｎｏｙ２／Ｎｙ２）により算出され、この場合、Ｌは、完全に信頼性のない値０から完全に信頼性のある値１の間の値を得る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
各特性曲線の算出は、
ｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）を制御入力を表すｕ軸上のビンの位置とし、ｂｉｎはビンの数であるとしたとき、制御入力の制御領域をビンｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）に分割し、この場合、ビンに含まれる値ｙ０（１）…ｙ０（ｎｂｉｎ）は、出力を表すｙ軸上の出力値を表し、ｕ０（１）／ｙ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）／ｙ０（ｎｂｉｎ）が、特性曲線を定義し、
ビンｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）の値ｙ０（１）…ｙ０（ｎｂｉｎ）を、所定の重み関数を用いて平均サンプルペアにより更新することを含む、請求項１〜９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
ｕｍをサンプルペアｊの制御値の毎分平均値とし、
ｙｍをサンプルペアｊの測定値の毎分平均値とし、
ｎ＝１…ｂｉｎとし、
ｕｍｉｎ及びｕｍａｘをそれぞれ制御領域の最小値及び最大値としたとき、
【数１】
2005538462.tif 000014
なる条件が満たされるように選択された２つのビンをｂｎ、ｂｎ−１を各サンプルペアにより更新し、
選択したビンｂｎ、ｂｎ−１の値ｙ０（ｂｎ）及びｙ０（ｂｎ＋１）を、
【数２】
2005538462.tif 000015
に従って更新し、
ここで、数２において、ｎｃｔ（１）…ｎｃｔ（ｎｂｉｎ）がそれぞれ各ビンの更新値（使用された制御値／測定値ペア）を表し、
ｗｎ及びｗｎ＋１は、
【数３】
2005538462.tif 000016
なる重み付け係数であり、
ｕｓｔは、ビン間の距離、ｕｓｔ＝（ｕｍａｘ−ｕｍｉｎ）／（ｎｂｉｎ−１）であり、
選択したビンｂｎ、ｂｎ−１の更新値の数ｎｃｔ（ｂｎ）、ｎｃｔ（ｂｎ−１）を、ａを定数としたとき、
ｎｃｔ（ｂｎ）＝ａ＊ｎｃｔ（ｂｎ）＋ｗ１、
ｎｃｔ（ｂｎ＋１）＝ａ＊ｎｃｔ（ｂｎ＋１）＋ｗ１
に従って更新することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセス環境におけるプロセスデバイスのヒステリシスを決定するシステムであって、
プロセスデバイスの制御入力とプロセス出力を表す信号のサンプルペアを収集する手段を含み、
各収集したサンプルペアが所定の収集期間に対して平均制御入力及び平均制御出力を含み、
当該システムは、
少なくとも各サンプルペアの平均制御入力の相対変化の大きさ及び方向に従って、更なるプロセスに適したサンプルペアをスクリーニングするスクリーニング手段と、
少なくとも各サンプルペアの平均制御入力の相対変化の大きさ及び方向に従って、サンプルペアを第１と第２のグループへとグループ化する手段と、
第１と第２のスクリーニングしたサンプルペアにより第１と第２の制御／出力特性曲線をそれぞれ算出する手段と、
少なくとも１点での第１と第２の制御／出力特性曲線間の距離としてプロセスデバイスのヒステリシスを決定することを特徴とする、システム。
【請求項１３】
プロセス出力を表す信号は、測定されたプロセス変数（ｙ）、又は、プロセス制御におけるプロセス変数の設定点（ｒ）を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記スクリーニング手段は、
前のサンプルペアの平均制御入力を基準として各サンプルペアに対して平均制御入力の変化量及び変化方向を算出し、
算出した変化量が、前のサンプルペアの制御入力に対して算出された変化量より小さく且つ同一の方向で生じている場合、サンプルペアが更なるプロセスのために選択し、それ以外の場合、サンプルペアを拒絶する手段を含む、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１５】
次の情報をパラメータとして含む関数によりヒステリシスに対する信頼値を算出する手段を含む請求項１２〜１４の何れかに記載の方法；
第１の上昇特性曲線に属する平均サンプルペア（ｕｍ、ｙｍ）の数Ｎｙ１、
第２の降下特性曲線に属する平均サンプルペア（ｕｍ、ｙｍ）の数Ｎｙ２、
前記第１の特性曲線に属するが、前記第２の特性曲線よりも下にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ１、及び、
前記第２特性曲線に属するが、前記第１の特性曲線よりも上にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ２。
【請求項１６】
信頼値Ｌは、関数Ｌ＝ｍａｘ（０．１−Ｎｏｙ１／Ｎｙ１−Ｎｏｙ２／Ｎｙ２）により算出され、この場合、Ｌは、完全に信頼性のない値０から完全に信頼性のある値１の間の値を得る、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
コンピューター若しくはその類上で実行されるときに請求項１〜１０の何れかに記載の方法のステップを実現するプログラムコードを含むプログラム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、プロセス自動化システムに関係する。
【０００２】
［発明の背景］
プロセス自動化システムにおいて、制御ループは、プロセス、測定、バルブのような制御器と実際の制御要素、バルブ制御器（位置決め装置）とアクチュエータのような関連するデバイスから、典型的には構成される。最適プロセス制御は、如何にすべての要素が近似的に機能するかに依存する。
【０００３】
パルプや紙工業、石油精製、石油と化学工業のようなプロセス工業（processing  industry）では、プラントパイプシステムに取付けられた種々の制御バルブは、プロセスにおいて材料の流れ（material  flow）を制御する。材料の流れは、流れる物質、リカー、流体、ガス又は蒸気のような、任意の流体材料を含むことができよう。通常、バルブは、バルブ制御器とアクチュエータと共に提供される。バルブ制御器とアクチュエータは、プロセス制御システムから受信される制御入力（例えば、空気又は電気制御入力）に従って制御バルブの位置を調整する。
【０００４】
図１は、制御バルブの機能ブロック図を例示している。バルブ制御器（即ち、位置決め装置）１０は、アクチュエータ１１により生成されるトルクによってバルブの行程／位置（ｈ）を制御する。位置情報（ｈ）は、アクチュエータ１１又はバルブ１２からバルブ制御器の入力において定められた加算器に、フィードバックとして、提供される。バルブ制御器の機能は、主に、入力信号ｕ（プロセスからの制御信号）とフィードバック位置（ｈ）間の誤差に基礎が置かれる。バルブ制御器１０は、状態（state）又はＰＩＤアルゴリズムのような、制御アルゴリズムによりこの誤差を最小にする。この制御アルゴリズムは、各バルブに対し調整され、もし必要ならば、インストール又は操作中に調整されることができる。調整は、ゲインパラメータを変えることを含んでいる。バルブ制御器１０で、バルブ位置のより安定し正確な制御関数を得るために、アクチュエータシリンダーから速さ又は圧力フィードバックのような、一つ又はそれ以上の付加的なフィードバックを使うことは、また、実現可能である。
【０００５】
図２は、プロセス中の一個の制御バルブ２２とそれを通過する一つの物質流れを制御するプロセス制御ループの典型的なモデルを図示している。制御バルブ２２は、例えば、図１に示されたものと相似であろう。プロセス制御ループは、設定値ｒ（例えば、制御室計算機から得られる）とフィードバックプロセス変数ｙに従って制御バルブ２２を制御するために制御信号ｕを作り出すところの制御アルゴリズムを提供するプロセス制御器２１を含む。制御アルゴリズムは、ＰＩＤ、ＰＩ又はＰ制御のような、制御システムで使われる任意のアルゴリズムであり得る。制御バルブ２２に与えられる制御信号ｕは、バルブ位置と行程及び従ってプロセス中の物質流れを制御する。所望のプロセス変数ｙは、測定送信機２４により測定され、それは、プロセス制御器２１に与えられる誤差信号ｅ２を作るために、同じプロセス変数の設定値ｒと比較される（ブロック２０）。プロセス制御器２１は、制御誤差ｅ２を最小にするように制御信号を変化させる。プロセス制御誤差は、典型的に、位置決め誤差とプロセス干渉（process  interference）における変化の結果として生じる。
【０００６】
バルブとその補助デバイスは、それらが単に可動部品であるので、制御ループでは弱いリンクを、度々、構成する。この動きは、制御ループの容量を減少させると言う問題を引起す。機械的な調整に起因するバックラッシュを避けるために、バルブ、アクチュエータとバルブ制御器／位置決め装置は、十分に厳密である機械的公差を持って提供される必要がある。バックラッシュの結果として、バルブの動きは、制御信号に正確には追従するのではなく、それから離れる。バックラッシュの影響は、特に、バルブ制御方向及び従ってバルブの運動方向が反転するとき、明白となる。その場合、制御信号値は、測定された出力信号が顕著に変化し始めるまで、しばらくの間、変化し続ける。これは、また、制御のデッドバンドとして知られている。アクチュエータ又は位置決め装置でのバックラッシュに加えて、この現象は、初期摩擦のような、バルブ又は他の機械的要素の粘着することに起因するであろう。機械部品間のバックラッシュは、部品が磨耗するにつれて自然に増加する。
【０００７】
バックラッシュと他の誤差要素は、バルブ及び／又はその補助デバイスのような、プロセスデバイスの制御と測定された応答間にヒステリシスを引起す。このことは、図３に図示されている。直線３１は、制御ｕと、バルブ位置のような測定（出力（ｏｕｔｐｕｔ））ｙ  間の理想の関係、即ち、特性曲線を図示している。測定と制御間の実際の従属性は、特性曲線３２によって図示されている。図３から明らかなように、バックラッシュと他の要因により、上向き制御（増加するｕ）は、特性曲線３２Ｂを持つ下向き制御（減少するｕ）の特性曲線と異なる特性曲線３２Ａを持つ。曲線間の差はプロセスデバイスの制御におけるヒステリシスを表す。
【０００８】
ある場合では、制御器は、制御方向が逆転するとき、常に、デバイスの機械的な非理想性を考慮に入れることを企画するところの自動バックラッシュ補償を提供している。こ方法は、例えば、ＵＳ特許５、７４２、１４４に記載されている。この種のアプローチは、理論的にはよいが、バックラッシュとヒステリシスが異なった要因により変わるので、実際には、限定される。
【０００９】
しかしながら、ヒステリシスとバックラッシュに関する情報は、制御回路を調整するのに重要である。また、それは、バルブ及び／又はそのアクチュエータ又はバルブ位置決め装置のような、プロセスデバイスの条件に関する有用な情報を与える。もしヒステリシス又はバックラッシュが著しく増加するならば、その問題を確定するため、サービス測定（service  measure）を講じることが出来る。
【００１０】
アクチュエータのヒステリシス又はバックラッシュを検出する典型的な方法は、手動制御モードに制御器を切り替え、一連の階段状試験（step  test）を実行することである。その場合、バックラッシュ又はヒステリシスによる制御と応答間にいくらでも差が、測定によって見出される場合、アクチュエータは異なった方向から同じ方向に動かされる。他の典型的な方法は、アクチュエータを全制御領域で後ろ前に動かし測定結果からバックラッシュとヒステリシスを評価することである。例えばバルブアクチュエータの場合、バルブは、閉じた位置から開口した位置まで及び元の閉じた位置まで戻すように動かされる。これらの解に関連する問題は、しかしながら、プロセスが中断される、又は、調べるべきプロセスデバイスがプロセスからバイパスされるか又は取り外しされるときに、実行される必要のある分離した試験であることである。バルブ位置決め装置に関し実施される同様の試験は、ＩＥＣ（International  Electrotechnical  Commission）基準６１５１４、工業プロセス制御システム；空気出力を持つバルブ位置決め装置を評価する方法、第一版、２０００−０４、に記載されている。
【００１１】
ＷＯ０１／１１４３６は、プロセス制御環境における能動的であるデバイス又は制御ループに対する一つ又はそれ以上のプロセス制御ループパラメータの評価を統計的に決定するところの方法及び装置を開示している。そのようなパラメータは、摩擦、デッドバンド、デッド時間、振動又はバックラッシュを含む。その方法では、一つ又はそれ以上の信号は、プロセス制御ループがオンライン制御環境に接続されているとき、プロセス制御ループで常に測定される。測定された信号は、信号データとして記憶され、その後、多くの統計的な解析が、所望のパラメータ評価を決定するために、記憶されたデータに関して実行される。この解の利点は、試験のために、制御デバイスがプロセスから取除かれる又は制御ループ必要がバイパスされる必要がないことである。
【００１２】
実際には、ヒステリシス又はバックラッシュのオンライン決定は、プロセス干渉に敏感で同様に不正確である。更に、通常、統計計算手法、マトリックス計算、数学的関数等々を必要とする。
【００１３】
［本発明の概要］
本発明の目的は、相対的に簡単で正確な手法で、プロセスにおける通常運転中でのプロセスデバイスのヒステリシス又はバックラッシュを決定するための新しい方法と装置を提供することである。
【００１４】
本発明の目的は、添付の独立した請求項で記載されている方法とシステムによって達成される。本発明の好ましい実施例は、従属する請求項に記載されている。本発明は、通常運転中でのプロセスデバイスの制御を表現する信号とその出力を表現する信号のサンプルペア（sample  pair）を集めることを含む。出力を表現する信号は、例えば、プロセスにおいて測定されたプロセス変数であることができる。また、それは、プロセス変数の設定点であり得る。制御／出力サンプルの各収集されたペアは、所定の収集期間において計算された平均制御入力と測定された平均出力を含む。本発明の実施例では、瞬時のサンプルペアは、典型的には、好ましくは一秒又は数秒オーダーのある期間で、制御入力を表現する信号と出力を表現する測定された信号から取られる。そのようなデータは、度々、“秒レベルデータ”又は“秒データ”と呼ばれる。本発明の一つの実施例と同様に、平均サンプルペアは、収集期間の間に取られる瞬時のサンプルペア（例えば、秒データ）から、その時、計算される。収集期間は、好ましくは、一又は数分のオーダーであり、従って、平均値は、度々、“分平均値”と呼ばれる。
【００１５】
特性曲線を計算する前に、更なるプロセスに適したサンプルペアは、平均制御入力の相対変化の大きさと方向に基づいて収集された生データからスクリーンされる。このスクリーニングは、本方法の精度に対し非常に重要である。通常運転では、制御回路は、制御が両方向にジグザグするような、プロセスデバイスを連続的に制御する。更に、種々の干渉が起こる。サンプルペアの制御入力に関する相対変化の大きさと方向に基づいて、更なるプロセスに適するようにサンプルペアをスクーリングすることによって、制御方向が変化する制御状態のコーナ又はターニングポイントを見出すことが出来る。制御方向が変化するので、測定された出力は、ヒステリシス又はバックラッシュにより曖昧な領域に落ち込むであろう、従って、特性曲線の最終計算における誤差の原因となるであろう。本発明によるスクーリングは、計算に対し選択されたサンプルが上方制御又は下方制御のどちらかで安定した状態を表すことを確かにしている。本発明の実施例では、この選択又はスクーリングは、各サンプルペアに対し、以前のサンプルペアの平均制御入力に関する平均制御入力の変化と変化の方向を計算することにより実行される。もし計算された変化がより小さく以前のサンプルペアの制御入力に対し計算された変化と同じ方向で起ったならば、サンプルペアは、更なるプロセスに対し選択され、そうでないときは、そのサンプルペアは拒否される。
【００１６】
本発明によると、サンプルペアは、また、各サンプルペアに関する平均制御入力の相対変化方向又は符号に従って、第一グループと第二グループにグループ化される。これら二つのグループは、上方制御（制御値を増加させ、正の符号）と下方制御（制御値を減少させ、負符号）を表す。グループ化は、また、スクーリングの前、スクーリング中、又は後で行われる。第一と第二グループのスクリーン化されたサンプルペアによって、上昇と降下制御を表す第一と第二制御／出力特性曲線は、計算される。最後に、プロセスデバイスのヒステリシス又はバックラッシュは、これらの特性曲線に基づいて、少なくとも一つの点で第一と第二特性曲線間の距離として決定される。実際では、特性曲線の計算は、各特性曲線に対し少なくとも数点の計算を含む。ヒステリシス又はバックラッシュの決定は、制御軸に平行な距離が、この方法を決定する少なくとも一点で決定されることを意味している。
【００１７】
本発明による方法で得られるヒステリシス又はバックラッシュがどの程度の信頼性があるかを知ることは、工業プロセスの作業者にとって重要である。信頼性は、異なったプロセス条件で変化する。本発明の実施例では、信頼値は、また、決定されたヒステリシス又はバックラッシュに対し、パラメータとして以下の情報を含む関数によって計算される：第一上昇特性曲線に属する平均サンプルペアの数Ｎｙ１、第二降下特性曲線に属する平均サンプルペアの数Ｎｙ２、第一特性曲線に属するが第二特性曲線より下方にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ１、第二特性曲線に属するが第一特性曲線より上方にあるサンプルペアの数Ｎｏｙ２。
【００１８】
信頼性のこの決定は、ある特性曲線を計算するために使われ、及び、第二曲線の下方にある測定ペアの数が多くなればなるほど、結果の信頼性がなくなるという事実に基づいている。本発明の実施例に従って、信頼値は、関数Ｌ＝ｍａｘ（０、１−Ｎｏｙ１／Ｎｙ１−Ｎｏｙ２／Ｎｙ２）で計算され、ここで、Ｌは０から１の値を取り、Ｌ＝１は完全に信頼性があり、Ｌ＝０は全く信頼性がない。
【００１９】
次に、本発明は、以下の添付図を参照にして、模範的な実施例によって記載されるであろう。
【００２０】
［本発明の詳細な説明］
本発明は、すべての工業プロセス及びその類に適用できる。本発明は、いかなる特別なプロセスデバイスに限定しないし、バルブ、ポンプ、ファン、熱交換器等々のような、プロセスを制御する種々のデバイスで適用される。
【００２１】
本発明の模範的な実施例は、制御バルブ及びその補助デバイス、即ち、例えば、バルブ制御器（位置決め装置）及びアクチュエータ、を使いながら記載されるであろう。
【００２２】
図４は、本発明の実施例に従ってヒステリシスを決定するためのアルゴリズムを図示している図式的機能ブロック図である。制御器２１は、例えば、図２に示されたＰＩＤプロセス制御器と同様のものである。それは、入力として、あるタイプの設定点ｒと、監視されるために、制御応答又は制御回路又はプロセスデバイスの出力を表すところの測定されたプロセス変数又は他の測定値ｙを受信する。制御器２１は、バルブ制御器、アクチュエータ又は位置決め装置のような、プロセスデバイスに送られる制御ｕを提供する。ブロック４０は、本発明の実施例に従ってヒステリシス同定を表す。図４の例では、ブロック４０は、制御信号ｕとフィードバック測定結果ｙからサンプルを集める。測定結果は、バルブ出力のような測定された流量（flow）のような制御可能なプロセス変数の測定値である。実際の制御可能なプロセス変数ではなく、測定結果ｙは、出力を表し、制御可能なプロセス変数又は出力を適切に補正する任意の測定されたプロセス変数であろう。一方、測定結果は、設定点ｒを表すサンプルで置き換えられよう。これは、特に、測定値ｙが設定点ｒをよく追従していることを認められる場合になされよう。これは、例えば、図６Ａで図示した例での場合である。
【００２３】
本発明の実施例では、ヒステリシス検出ブロック４０は、図５のデータフローチャートにより図示されたアルゴリズムを追従する。ブロック４０は、制御回路の制御と測定信号ｕとｙからプロセスに関する秒レベルサンプルデータｙｓとｕｓを集める。秒レベルデータでは、典型的なサンプル速度は、一秒又は数秒であるが、本発明は、サンプリング速度に何らの特別に制限されない。このサンプルデータは、異なった段階で処理され、結果として、計算は、プロセスデバイス又は制御回路のヒステリシスと信頼性に対する評価を提供する。本方法は、オンラインフェーズ（phase）とオフラインフェーズに分解されることが出来るが、この分割は、必ずしも必要ではなく、又は、この例で記載されたものから異なって実施されることも出来る。
【００２４】
オンラインフェーズでは、図５中のフェーズ５０で図示されるように、秒レベル測定は、制御ｕと測定値ｙは他の収集速度を用いて、プロセス制御回路から又は制御器２１から収集される。分平均値ｙｍとｕｍは、ステップ５１で秒レベルの測定値から計算され、ステップ５２でデータベースに記憶される。分平均値は、測定値が収集期間が近似的に一分又は分オーダーで、その間に収集された秒レベル値から計算されることを意味している。平均値が計算される収集期間は、アプリケーションに依存して変えられよう。制御器速度又は積分時間Ｔｉは、平均値期間の選択において、典型的には、平均値の更新する期間Ｔｐ（収集する時間）が条件Ｔｉ＜Ｔｐ＜５＊Ｔｉを満たすように考慮される。もしも制御器の積分時間Ｔｉが、更新期間Ｔｐに関して短かったとすると、制御器２１は、一期間Ｔｐ間でいくつかの制御を実行するに十分な時間を持つであろう。ある例を与えると、Ｔｉは、典型的には、流れ制御（flow  control）において１０から２０秒のオーダーである。
【００２５】
自動制御システムが、例えば、分平均値が制御回路の制御と測定信号から集められる手段によって、既に、他の目的のためにオンライン収集を含む場合、この情報は、本発明の目的に、それなりに、利用できる。その場合、既存の操作が、図５でのステップ５０、５１と５２に取って代わるであろう。
【００２６】
オンラインフェーズに記憶された分レベルペア（ｕ、ｙ）は、ヒステリシス計算のために、例えば、一日毎、週毎又は他の間隔で、データベースから後に取り出される。ヒステリシス計算のために適したペアは、ある手続き（ステップ５３）に従って、記憶された分レベルサンプルペアｕｍとｙｍから選択される。ペアは、また、二つのグループに分けられる。不適当なペアは拒否される（ステップ５７）。二つの特性曲線（５４）は、ヒステリシスを計算するために（ステップ５５）選択されたペア（ｕｍ、ｙｍ）から計算される。計算５５は、また、同定されたヒステリシスの信頼性を評価するルーチンを含む。
【００２７】
次に、本発明によるアルゴリズムの異なったフェーズの実施例が、例を用いて非常に詳細に記載されるであろう。
【００２８】
［分平均値の計算］
実施例では、測定と制御信号ｙとｕから秒レベルサンプルペア（又は他の収集期間で取られたサンプルペア）は、バッファーｙｓ（ｉ）とｕｓ（ｉ）に集められる。ここで、ｉ＝１．．Ｎ（バッファー長さは、秒／分計算が行われるとき、Ｎ＝６０）である。分レベル平均値ｙｍとｕｍ又は他の記憶周期を持つ平均値は、バッファー内に含まれる秒データに基づいて計算される。
【００２９】
［制御と計測のペアの選択と分割］
特性曲線を計算する前に実施例では、ヒステリシス計算のために適した制御と測定サンプルのペアは、分レベル生データから選択される。選択されたサンプルペアは、更に、制御回路が上方か（制御値ｕが増加する）又は下方か（制御値ｕが減少する）どうかに依存する二つのグループＧ１とＧ２に分割される。
【００３０】
分平均値のペア（ｕｍ（ｊ）、ｙｍ（ｊ））は、もしも次の二条件が満たされるならば、特性曲線の計算に選択される。
｜Δｕｍ（ｊ）｜＜｜Δｕｍ（ｊ−１）｜
ｓｉｇｎ（Δｕｍ（ｊ））＝ｓｉｇｎ（Δｕｍ（ｊ−１））
ここで、ｕｍ（ｊ）はサンプルペアｊの平均制御入力であり、ｙｍ（ｊ）はサンプルペアｊの平均測定出力であり、ｊは整数の添え字、Δｕｍ（ｊ）＝ｕｍ（ｊ）−ｕｍ（ｊ−１）、ｓｉｇｎ（Δｕｍ）はΔｕｍの符号を計算する。
【００３１】
言い換えると、測定と制御サンプルのペアは、制御の分平均値ｕｍ（ｊ）での変化Δｕｍ（ｊ）が、以前のサンプルペアの制御に対し計算された変化より小さく、その変化が以前の変化と同じ方向で起こった場合のみ、ヒステリシス計算に受け入れられる。
【００３２】
制御と測定サンプルのペアは、更に、次のように、制御変化Δｕｍの符号に基づいて二つのグループに分割される：サンプルペアが、変化の符号が正（制御が上方に行く）のときグループＧ１に取り入れられ、変化の符号が負（制御が下方に行く）のときグループＧ２に取り入れられる。
【００３３】
本発明の実施例の原理に従って実行される選択とグループ化は、ヒステリシス決定の精度と信頼性に対しきわめて重要である。これは、流れ制御に関連した例によって調べられることが出来る。分平均値は、本発明に従って約６．５時間の間ずっと制御回路の測定と制御信号から、集められる。図６Ａは、時間の関数として、測定値ｙの分平均値を図示し、図６Ｂは、制御ｕの分平均値を図示している。アクチュエータの操作において誤りを示すであろう現象、制御信号ｕがジグザグすることは、図６Ａと６Ｂから見られ得る。制御と測定サンプルのペアが、図６Ａと６Ｂに示された分平均値から形成され、特性曲線が本発明に従って選択なしに描かれるならば、図７Ａに示された結果を得る。制御と測定サンプルのペアが、全ヒステリシス領域を満たし、何らの明確な曲線が識別できないことが、見られ得る。次に、ヒステリシス計算に適している制御と測定サンプルのペアが選択され、ペアが二つのグループに分割されるところの、本発明による実施例を調べるであろう。グループＧ１のサンプルペア（制御が上方に動く）が記号ｏで記され、グループＧ２のサンプルペア（制御が下方に動く）が記号ｘで記されているところの、選択されたサンプルペアは図７Ｂに示される。更に、二つの特性曲線、−＊−、は、これらのペアに基づいて描かれている。本発明による選択とグループ化が、図７Ａに示された曖昧な一連の点を、一つは上方制御（正方向に）を表し、他方は下方制御（負方向に）を表すところの二つの明確な特性曲線に変形することは、図７Ａと７Ｂから明らかである。この単純な例は、選択とグループ化が、本発明による方法の精度に対し、非常に重要性を持つことを示している。
【００３４】
［特性曲線の計算］
選択と分割後の実施例では、特性曲線は、ステップ５４でサンプルペアから計算される。同じアルゴリズムによって計算される二つの特性曲線がある。以下は、一つの特性曲線を計算するためのアルゴリズムを記載している。
【００３５】
制御領域（制御信号の値の領域）は、計算が進むに連れて、特性曲線の値が記憶されるビンｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）に分割される。点ｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）は、制御入力を表すｕ軸上のビン位置を示し、ビン（ｂｉｎ）はビンの数を示す。パラメータｙ０（１）…ｙ０（ｎｂｉｎ）は、出力を表すｙ軸上の出力の値（測定値）を表している。従って、ビン位置と値によって作られるペアｕ０（１）／ｙ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）／ｙ０（ｎｂｉｎ）は、特性曲線を定義する。更に、各ビン値の計算に際し使われるサンプルペアの数は、カウンター点ｎｃｔ（１）…ｎｃｔ（ｎｂｉｎ）で計算される。ビン数は、任意の所望、例えば、３、５又は１０であり得る。ビンｕ０（１）…ｕ０（ｎｂｉｎ）、値ｙ０（１）…ｙ０（ｎｂｉｎ）は、所定の重み関数を使い、選択されたサンプルペアによって更新される。
本発明の実施例では、二つのペアｂｎ、ｂｎ−１は、各サンプルペアに従って更新され、これらのペアは、次の条件が満たされるように選択される。
【００３６】
【数４】
2005538462.tif 000003
ここで、ｕｍは制御サンプルペアｊの分平均値であり、ｙｍはサンプルペアｊの測定値の分平均値であり、ｎ＝１．．ｂｉｎ、ｕｍｉｎとｕｍａｘは、それぞれ、制御領域の最小と最大である。
【００３７】
この後、選択されたビンｂｎとｂｎ−１の値ｙ０（ｂｎ）とｙ０（ｂｎ＋１）は、次のように更新される。
【００３８】
【数５】
2005538462.tif 000004
ここで、各ｎｃｔ（１）．．ｎｃｔ（ｎｂｉｎ）は各ビンの更新（使われる制御／測定ペア）の数を各表し、ｗｎとｗｎ＋１は重み係数であり、
【００３９】
【数６】
2005538462.tif 000005
ｕｓｔはビン間の距離である。
【００４０】
【数７】
2005538462.tif 000006
最後に、選択されたビンｂｎとｂｎ−１の更新の数ｎｃｔ（ｂｎ）とｎｃｔ（ｂｎ−１）は、次のようになる。
【００４１】
【数８】
2005538462.tif 000007
ここで、ａは定数である。
【００４２】
定数ａは、“忘却係数”（forgetting  factor）である。忘却係数ａの値として、使用において忘却がないことを意味するａ＝１が、通常選択される。しかしながら、連続的な監視において、ａの値をａ＜１、典型的には、ａ＝０．９−０．９９９９を選択することは、有利であろう。この値は、より新しい測定が、ビンが更新する際に、より古い測定よりより高い重み係数を得ることを意味している。従って、より古い測定の影響は、徐々にきえていく、即ち、それらは“忘れられる”。
【００４３】
ここで記載した曲線を計算する方法は、単に一つの実現可能な計算方法であることに注意すべきであり；いつかは計算の精度が改善される。上記に基礎を置くと、技術的に熟練者では、他の方法が、また、本発明による選択とグループ化された分平均値に基づいて特性曲線を計算するために、使われることが出来ることは明白である。
［ヒステリシス計算］
特性曲線の計算５４は、二つの特性曲線（又は、特性曲線の点）を製作する。その曲線の一つは、上昇制御を表し、他方は降下制御を表す。ヒステリシスは、制御軸（ｕ軸）の方向での一つ又はそれ以上の点で特性曲線間の距離として計算される。点の数と位置の選択は、好ましくは、制御が如何に収集期間の間で動いたかに依存する。
ヒステリシス計算は、図８を参考にして一点で実施されるであろう。例では、二点（ｕＡ、ｙＡ）と（ｕＣ、ｙＣ）は、一つの特性曲線で知られており、他の特性曲線で、ｙＡ＞ｙＢ＞ｙＣ  、を満たすような一点（ｕＢ、ｙＢ）が知られている。ｕ軸の方向における特性曲線間の距離は、
【００４４】
【数９】
2005538462.tif 000008
である。
【００４５】
図９は、ヒステリシスが幾つかの点で計算された二つの特性曲線を図示している。図９に示された特性曲線の制御軸（ｕ軸）の値は、全制御領域（１００％）の制御相対配分比率（％）を記載している。
［例］
上述された実施例での特性曲線の計算は、一例によってここに記載されるであろう。明確にするため、本例は一つの特性曲線の計算のみを記載する。実際では、ヒステリシス計算は、同じ原理に従って二つの特性曲線を更新する。
【００４６】
本例で使われるパラメータは、
ビンの数：ｎｂｉｎ＝４
制御最小：ｕｍｉｎ＝０
制御最大：ｕｍａｘ＝３０
従って、ビン間の距離はｕｓｔ＝１０。
【００４７】
更新する前に、特性曲線を描くベクトルは、実際には、何らの情報も含まない。ベクトルは、
・特性曲線の測定値ｙ０
・特性曲線の制御ｕ０
・特性曲線上周期情報（ヒット数）ｎｃｔ
ｙ０＝［０  ０  ０  ０］
ｕ０＝［０  １０  ２０  ３０］
ｎｃｔ＝［０  ０  ０  ０］
である。
制御と測定の次のペアは、特性曲線に追加される。
ｕｍ＝１２
ｙｍ＝３
最初、ビンは次の公式に従って選択される。
【００４８】
【数１０】
2005538462.tif 000009
重み係数は計算される
【００４９】
【数１１】
2005538462.tif 000010
次の公式に従って測定ベクトルｙ０が更新される。
【００５０】
【数１２】
2005538462.tif 000011
測定ベクトルｙ０、ビン３と制御ベクトルｕ０のビン２と３は、同じ方法で更新される。
ベクトルｎｃｔは更新される：
ｎｃｔ（２）＝ａ＊ｎｃｔ（２）＋ｗ１＝１＊０＋０．８＝０．８
及び、ビン３に関しても同じことが実行される。使用において忘却がないことを意味する忘却係数ａ＝１．
制御と計測の最初のペアの後、特性曲線のベクトルは
ｙ０＝［０  ３  ３  ０］
ｕ０＝［０  １２  １２  ３０］
ｎｃｔ＝［０  ０．８  ０．２  ０］
である。
【００５１】
次に、特性曲線は、次の制御と測定を使い更新される。
ｕｍ＝２４
ｙｍ＝５
さて、制御は、ビン４（重み係数ｗ２＝０．４）に対するよりビン３（重み係数ｗ１＝０．６）により近くなるように、ビン３と４間（ｂ１＝３、ｂ２＝４）にある。
測定ベクトルは次のように更新される。
【００５２】
【数１３】
2005538462.tif 000012
同じ公式は、制御の更新に用いられる。
【００５３】
【数１４】
2005538462.tif 000013
ベクトルｎｃｔは更新される。
ｎｃｔ（３）＝ｎｃｔ（３）＋ｗ１＝０．２＋０．６＝０．８
ｙ０（４）、ｕ０（４）とｎｃｔ（４）は、上に記載したように更新される（ビンは更新する前は空である）。
重み係数ｗ２＝０．４。
第二の点の後、特性曲線に対するベクトルは
ｙ０＝［０  ３  ４．５  ５］
ｕ０＝［０  １２  ２１  ２４］
ｎｃｔ＝［０  ０．８  ０．８  ０．４］
である。
次のペアが、更に、加えられる。
ｕｍ＝１５
ｙｍ＝４
結果は、
ｙ０  ＝［０  ３．３８４５  ４．３０７７  ５．００００］
ｕ０  ＝［０  １３．１５３８  １８．６９２３    ２４．００００］
ｎｃｔ＝［０  １．３０００  １．３０００  ０．４０００］
である。
【００５４】
制御は０と３０間でランダムに選択された整数で、測定は最も近い整数に丸められたこれの平方根であるように、測定と制御の９７ペアを加えることによって継続されると更に仮定する。
【００５５】
図１０での上部のイメージは、本例で使われた制御と測定のペア（ｘ）と計算された特性曲線（―＊―）ｙ０に対するｕ０を図示している。下方のイメージは、周波数曲線ｎｃｔに対するｕ０（―＊―）を図示している。
【００５６】
上述のすべての実施例と本発明の他の変形例において、測定ｙは、設定点ｒ又はそれを表す信号で置き換えることができる。
【００５７】
本説明と関連する図は、単に、本発明の原理を明らかにする目的のものである。種々の実施例、変形や修正は、この説明に基づいて当業者には明らかである。本発明は、本例に限定しないが、添付請求項の範囲の精神内で修正されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、制御バルブの機能ブロック図である。
【図２】プロセス制御ループの典型的なモデルを示す図である。
【図３】制御ループの特性曲線とヒステリシスを図示したグラフである。
【図４】ヒステリシスを決定するための本発明の実施例に従うアルゴリズムを示す図式的機能ブロック図である。
【図５】図４の検出ブロック４０で示されたアルゴリズムを図示するデータフローチャートである。
【図６Ａ】分平均測定値ｙを示す図である。
【図６Ｂ】時間の関数として分平均制御値ｕを示す図である。
【図７Ａ】本発明による選択なしに形成された特性曲線を示す図である。
【図７Ｂ】本発明による選択を使って形成された特性曲線を示す図である。
【図８】特性曲線からヒステリシスの計算を示す図である。
【図９】特性曲線からヒステリシスの計算を示す図である。
【図１０】上方のイメージは制御測定ペアと計算された特性曲線を示し、下方のイメージは周波数曲線を示す図である。
【図１】
2005538462.tif 000017
【図２】
2005538462.tif 000018
【図３】
2005538462.tif 000019
【図４】
2005538462.tif 000020
【図５】
2005538462.tif 000021
【図６Ａ】
2005538462.tif 000022
【図６Ｂ】
2005538462.tif 000023
【図７Ａ】
2005538462.tif 000024
【図７Ｂ】
2005538462.tif 000025
【図８】
2005538462.tif 000026
【図９】
2005538462.tif 000027
【図１０】
2005538462.tif 000028
【国際調査報告】
2005538462.tif 000029
2005538462.tif 000030