(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械における欠陥を検出するためのファジーエキスパートシステムであって、
計算モジュールおよびデータを記憶する不揮発性メモリ装置と、該不揮発性メモリ装置に結合されたプロセッサと、人と機械間のインターフェースと、入力回路及び出力回路と、少なくとも１つのバスと、少なくとも１つの通信プロトコルとを含む分散制御システム（ＤＣＳ）であって、前記少なくとも１つの通信プロトコルを使用してセンサからの情報が前記入力回路に送信され、前記入力回路がその後前記少なくとも１つのバスを介して前記情報を前記プロセッサに送信し、前記プロセッサが前記出力回路に指示を送信し、前記出力回路がその後前記指示を最終要素に送信する分散制御システムと、
前記電気機械に関連するセンサから、潤滑油圧力および潤滑油温度である少なくとも２つのアナログ変数を監視する第１の計算モジュールと、
前記少なくとも２つのアナログ変数の各々に関する少なくとも１つの入力メンバーシップ関数であって、各々が特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含む少なくとも１つのメンバーシップ関数、
前記電気機械に関する性能レベルを表し、各々が特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含む標準的、高いおよび高い−高い出力メンバーシップ関数、ならびに
各々が１つまたは複数の入力メンバーシップ関数の前件部を備え、さらに前記出力メンバーシップ関数の１つの後件部を備える複数のルールであって、２つ以上の入力メンバーシップ関数の前件部の場合、ファジー演算子をさらに有する複数のルールによって事前にプログラムされる第２の計算モジュールと、
各々のルールに関して、前記第１の計算モジュールから、前記前件部における前記１つまたは複数の入力メンバーシップ関数に対応する１つの前記アナログ変数または複数の前記アナログ変数の値を受け取り、各々のアナログ値を前記対応する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する第３の計算モジュールと、
最終的な前件真理値を定義する第４の計算モジュールであって、
前記前件部で定義された１つのメンバーシップ関数のみを有する各々のルールに関して、前記最終的な前件真理値は、そのルールの前記入力メンバーシップ関数に関して前記第３の計算モジュールによって計算された前記ファジー化された真理値に等しく、
前記前件部で定義された複数のメンバーシップ関数を有する各々のルールに関して、前記所定のファジー演算子が、そのルールの前記入力メンバーシップ関数に関して前記第３の計算モジュールによって計算された前記複数のファジー化された真理値に適用され、その結果が前記最終的な前件真理値として定義される第４の計算モジュールと、
各々のルールに関して、最小関数を使用して前記最終的な前件真理値を前記出力メンバーシップ関数に関係させ、出力ファジー集合を生成する第５の計算モジュールと、
最大関数を使用して、前記第５の計算モジュールからの前記出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に統合する第６の計算モジュールと、
前記合成出力ファジー集合に所定の非ファジー化法を適用することで、前記電気機械の健全性を表すクリスプ値を決定し、該クリスプ値をメモリに記憶し、前記人と機械間のインターフェースを介してオペレータがそれを利用できるようにする第７の計算モジュールとを備えるファジーエキスパートシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形の形態を採るような形状を有する、請求項１に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項３】
前記ファジー化法が重心法である、請求項１に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項４】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項１に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項５】
電気機械における欠陥を分類するためのファジーエキスパートシステムであって、
計算モジュールおよびデータを記憶する不揮発性メモリ装置と、該不揮発性メモリ装置に結合されたプロセッサと、人と機械間のインターフェースと、入力回路及び出力回路と、少なくとも１つのバスと、少なくとも１つの通信プロトコルとを含む分散制御システム（ＤＣＳ）であって、前記少なくとも１つの通信プロトコルを使用してセンサからの情報が前記入力回路に送信され、前記入力回路がその後、前記少なくとも１つのバスを介して前記情報を前記プロセッサに送信し、前記プロセッサが前記出力回路に指示を送信し、前記出力回路がその後前記指示を最終要素に送信する分散制御システムと、
前記電気機械に関連するセンサから、潤滑油圧力および潤滑油温度である少なくとも２つのアナログ変数を監視する第１の計算モジュールと、
前記少なくとも２つのアナログ変数の各々に関する入力メンバーシップ関数および出力メンバーシップ関数であって、各々が特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含む入力メンバーシップ関数および出力メンバーシップ関数、ならびに
前記少なくとも２つのアナログ変数の各々に関するルールであって、各々のルールが前記少なくとも２つのアナログ変数の１つに関連しており、各々のルールが、前件部と後件部を有し、前記前件部が、そのルールの前記アナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数、および全ての他の前記少なくとも２つのアナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数の補集合を有するルールによって事前にプログラムされる第２の計算モジュールと、
各々のルールに関して、前記第１の計算モジュールから、前記アナログ変数の値を受け取り、前記ルールによって特定されるように、各々のアナログ値を前記入力メンバーシップ関数またはその補集合に関する真理値にファジー化する第３の計算モジュールと、
各々のルールに関して、最小関数を使用してＡＮＤ演算子を前記第３の計算モジュールにおいて計算された前記ファジー化された真理値に適用し、最終的な前件真理値を生成する第４の計算モジュールと、
各々のルールに関して、前記最小関数を使用して前記最終的な前件真理値を前記出力メンバーシップ関数に関係させ、出力ファジー集合を生成する第５の計算モジュールと、
各々のルールに関して、そのルールに関して取得された前記出力ファジー集合に所定の非ファジー化法を適用することで、そのルールに関連する前記アナログ変数が欠陥を表すかどうかを表すクリスプ値を決定し、該クリスプ値をメモリに記憶し、前記人と機械間のインターフェースを介してオペレータがそれを利用できるようにする第６の計算モジュールと備えるファジーエキスパートシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形形態を採るような形状を有する、請求項５に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項７】
前記ファジー化法が重心法である、請求項５に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項８】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項５に記載のファジーエキスパートシステム。
【請求項９】
電気機械における欠陥を検出する方法であって、
前記電気機械に関連するセンサからの少なくとも２つのアナログ変数の各々に関して少なくとも１つの入力メンバーシップ関数を定義し、前記センサが、潤滑油圧力および潤滑油温度を有し、前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むステップと、
前記電気機械の性能レベルを表す変数に関して標準的、高いおよび高い−高い出力メンバーシップ関数を定義し、各々の出力メンバーシップ関数が、特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むステップと、
前記入力メンバーシップ関数のファジー集合を前記標準的、高いおよび高い−高い出力メンバーシップ関数のファジー集合と相関させるルール集合を定義することで、前記ルール集合における各々のルールが、１つまたは複数の入力メンバーシップ関数および１つの出力メンバーシップ関数を有するステップと、
前記センサから前記少なくとも２つのアナログ変数の値を受け取り、各々の値をファジー化することで、各々のアナログ変数に関連する前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々に関する真理値を計算するステップと、
前記ルール集合の各々のルールに関して前件真理値を決定するステップであって、
単一の入力メンバーシップ関数を有する各々のルールに関して、前記前件真理値は、前記単一の入力メンバーシップ関数の前記計算された真理値であり、
複数の入力メンバーシップ関数を有する各々のルールに関して、前記前件真理値は、前記複数の入力メンバーシップ関数に関する前記計算された真理値にそのルールの前件部において特定されたファジー演算子を適用することによって導出され、最小法がＡＮＤファジー演算子に使用され、最大法がＯＲファジー演算子に使用されるステップと、
最小関数を使用して、各々のルールに関する前記前件真理値をそのルールに関する前記出力メンバーシップ関数に関係させ、各々のルールに関する出力ファジー集合を生成するステップと、
各々のルールに関する前記出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に合体させるステップと、
前記出力ファジー集合に所定の非ファジー化法を適用することによってクリスプ値を計算し、該クリスプ値が、前記電気機械の健全性を表すステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形の形態を採るような形状を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記非ファジー化法が重心法である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
電気機械における欠陥を分類する方法であって、
前記電気機械に関連するセンサからの少なくとも１つのアナログ変数の各々に関して入力メンバーシップ関数および出力メンバーシップ関数を定義し、前記センサが、潤滑油圧力および潤滑油温度を有し、各々のメンバーシップ関数が、特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むステップと、
前記少なくとも２つのアナログ変数の各々に関して前件部および後件部を有するルールを定義し、該前件部が、そのルールの前記アナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数を有し、全ての他のアナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数の補集合をさらに有し、前記後件部が単一の出力メンバーシップ関数を有するステップと、
前記センサから前記少なくとも２つのアナログ変数の値を受け取り、各々のルールに関して、そのルールに関連する前記アナログ変数に関する前記値をその関連する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化し、全ての他のアナログ変数に関する前記値を前記関連する相補的入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化させるステップと、  入力メンバーシップ関数および相補的入力メンバーシップ関数に関して決定された前記真理値に最小法を使用してＡＮＤファジー演算子を適用することによって、ルール集合の各々のルールに関する前件真理値を決定するステップと、
最小関数を使用して各々のルールに関する前記前件真理値をそのルールに関する前記出力メンバーシップ関数に関係させ、各々のルールに関する出力ファジー集合を生成するステップと、
所定の非ファジー化法を適用することによって、各々の出力ファジー集合に関するクリスプ値を計算し、該クリスプ値が、そのルールに関連する前記アナログ変数の健全性を表す方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形の形態を採るような形状を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記非ファジー化法が重心法である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
電気機械における欠陥を検出するコンピュータプログラムであって、
中に埋め込まれたコンピュータ読み取り可能プログラムコードを有する持続性コンピュータ読み取り可能媒体を備え、該コードが、分散制御システム（ＤＣＳ）のプロセッサによって実行される際、該プロセッサに、
前記電気機械に関連するセンサからの少なくとも２つのアナログ変数の各々に関する少なくとも１つの入力メンバーシップ関数を定義させ、前記センサが、潤滑油圧力および潤滑油温度を有し、前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むようにさせる、
前記電気機械の性能レベルを表す変数に関して標準的、高いおよび高い−高い出力メンバーシップ関数を定義し、各々の出力メンバーシップ関数が、特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むようにさせる、
前記入力メンバーシップ関数のファジー集合を前記標準的、高いおよび高い−高い出力メンバーシップ関数のファジー集合と相関させるルール集合を定義することで、前記ルール集合における各々のルールが、１つまたは複数の入力メンバーシップ関数および１つの出力メンバーシップ関数を有するようにさせる、
前記センサから前記少なくとも２つのアナログ変数の値を受け取り、各々の値をファジー化することで、各々のアナログ変数に関連する前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々に関する真理値を計算させる、
前記ルール集合の各々のルールに関して前件真理値を決定させ、
単一の入力メンバーシップ関数を有する各々のルールに関して、前記前件真理値は前記単一の入力メンバーシップ関数の前記計算された真理値であり、
複数の入力メンバーシップ関数を有する各々のルールに関して、前記前件真理値は、前記複数の入力メンバーシップ関数に関する前記計算された真理値にそのルールの前件部において特定されたファジー演算子を適用することによって導出され、最小法がＡＮＤファジー演算子に使用され、最大法がＯＲファジー演算子に使用されるようにし、
最小関数を使用して、各々のルールに関する前記前件真理値をそのルールに関する前記出力メンバーシップ関数に関係させ、各々のルールに関する出力ファジー集合を生成させ、
各々のルールに関する前記出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に合体させ、
前記出力ファジー集合に所定の非ファジー化法を適用することによってクリスプ値を計算させ、該クリスプ値が前記電気機械の健全性を表すようにさせるコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形の形態を採るような形状を有する、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１９】
前記非ファジー化法が重心法である、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２０】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２１】
電気機械における欠陥を分類するためのコンピュータプログラムであって、
中に埋め込まれたコンピュータ読み取り可能プログラムコードを有する持続性コンピュータ読み取り可能媒体を備え、該コードが、分散制御システム（ＤＣＳ）のプロセッサによって実行されるとき、該プロセッサに、
前記電気機械に関連するセンサからの少なくとも２つのアナログ変数の各々に関する入力メンバーシップ関数および出力メンバーシップ関数を定義させ、前記センサが、潤滑油圧力および潤滑油温度を有し、前記各々のメンバーシップ関数が特定の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を含むようにさせ、
前記少なくとも２つのアナログ変数の各々に関して前件部および後件部を有するルールを定義させ、該前件部が、そのルールの前記アナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数を有し、全ての他のアナログ変数に関連する前記入力メンバーシップ関数の補集合をさらに有し、前記後件部が単一の出力メンバーシップ関数を有するようにさせ、
前記センサから前記少なくとも２つのアナログ変数の値を受け取り、各々のルールに関して、そのルールに関連する前記アナログ変数に関する値をその関連する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化させ、全ての他のアナログ変数に関する値を前記関連する相補的入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化させ、
入力メンバーシップ関数および相補的入力メンバーシップ関数に関して決定された前記真理値に最小法を使用してＡＮＤファジー演算子を適用することによって、ルール集合の各々のルールに関する前件真理値を決定させ、
最小関数を使用して各々のルールに関する前記前件真理値をそのルールに関する前記出力メンバーシップ関数に関係させ、各々のルールに関する出力ファジー集合を生成させ、
所定の非ファジー化法を適用することによって、各々の出力ファジー集合に関するクリスプ値を計算させ、該クリスプ値が、そのルールに関連する前記アナログ変数の健全性を表すようにするコンピュータプログラム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの入力メンバーシップ関数の各々が、ゼロから１までの入力真理値が線形形態を採るような形状を有する、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２３】
前記非ファジー化法が重心法である、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２４】
前記電気機械が空気圧縮機である、請求項２１に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、例えば空気圧縮機などの電気機械類における欠陥を検出し分類することを目的とした、分散制御システムに対するファジー論理の適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１１年７月１４日に提出された米国仮特許出願第６１／５０７，８２２号に基づいており、そこから優先権を主張しており、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【０００３】
ファジー論理の１つの定義は、ファジー論理が、正確というより、むしろあいまいである推論に対処するためにファジー集合理論から導出された多値論理の形態であることを述べている。古典的な命題論理は、真（１）または偽（０）の２つの真理値を有するのに対して、ファジー論理変数は、古典的な命題論理の２つの真理値に制約されるのではなく、０から１の範囲にある真理値を有する。
【０００４】
適用する際、ファジー論理は、ユーザに２値の出力または決定、すなわち「はい」または「いいえ」を提供することはない。むしろそれは確実性または不確実性のレベルを提供する。これは直感的ではないように思われるかもしれないが、ファジー論理を使用することによって、古典的な２値システムが行なう場合より、高度に複雑で自動化されたシステムに関連する決定を行なうためのより優れた根拠が提供される。
【０００５】
ファジー論理は、ロトフィ・ザデーの研究の上に成り立っており、彼はシステムの複雑さが増すにつれ、その挙動に関して正確な表現を行なうことがより難しくなり、最終的には不可能になると述べている。本質的にある地点の複雑さに到達したとき、ファジー論理は所与の問題を解決する唯一の方法である。
【０００６】
極めて単純化したレベルでは、ファジー論理は、例えば運転手が、自分が４５ｍｐｈの制限速度の交通区域にいることに気付いたときに作用することを認識することができる。どのくらいの速度で運転するかを決める際、この交通の流れにさらに多くの走行車両が進入する地点がある場合など、運転手は、自分の前後の運転手の行動を含めた複数のデータポイントを理解する。全ての人が同じ速度で運転する訳ではなく、どのくらいの速度で進むのかについての個々の選択は、全てのデータが処理されたときに起る意志決定に基づいている。いずれの１つの要因とも単純な「ｉｆ−ｔｈｅｎ」関係は成り立たない。
【０００７】
ファジー論理は、多くの異なるシステム制御および分析設計に適用されており、この場合変数の複雑な相互作用によって、単純な「はい／いいえ」式の解は認められない。
【発明の概要】
【０００８】
対処すべき１つの問題は、システムにおける欠陥に起因する潜在的な自動的な運転停止を操作者に警告するために、複雑なシステムにどのようにファジー論理を適用するかである。この問題を解決することで、操作者が、欠陥が今にも起りそうであると判断することが可能になり、運転停止や遅延を回避することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電気機械のいくつかの作動パラメ−タを監視する分散制御システム（「ＤＣＳ」）上でファジー論理を実行することで、この電気機械の自動的な運転停止を生じさせる欠陥の発生の予告警告を提供するシステム、方法およびコンピュータプログラム製品を包含している。この電気機械は、例えば空気圧縮機などの電気モータであってよく、あるいは発電機の場合もある。
【００１０】
本発明の上記のおよび他の利点は、添付の図面および以下の好ましい実施形態の詳細な記載を考慮することで明らかになると思われ、これらの好ましい実施形態は、単なる例示および例としての目的により提供されており、いずれにしても本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ファジー論理制御システムを設計する従来技術の方法を示す図である。
【図２】飽和蒸気供給システムの一例を提供する図である。
【図３】古典的な論理の真／偽状態と、三角形を有するファジー論理メンバーシップ関数との比較を示す図である。
【図４】古典的な論理の真／偽状態と、台形を有するファジー論理メンバーシップ関数との比較を示す図である。
【図５】ファジー化、前件真理値の導出、合成された出力ファジー集合の含意および統合の一例の図である。
【図６】ファジー論理を使用して電気機械における欠陥を検出するための方法のステップを示す図である。
【図７】ファジー論理を使用して電気機械における欠陥を分類するための方法のステップを示す図である。
【図８】分散制御システムのブロック図である。
【図９】ファジー論理を使用して電気機械における欠陥を検出するためのモジュールを示す図である。
【図１０】ファジー論理を使用して電気機械における欠陥を分類するためのモジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、ファジー論理制御装置を設計する方法１００を示している。ステップ１１０において、ユーザは、この制御装置の入力および出力を定義し、これらは、考慮すべきプロセス観察および制御装置の動作を含む。ステップ１２０において、ユーザは、これにより入力が真理値に変換されるファジー化を定義する。ステップ１３０においてユーザはルールベースを設計し、このルールベースが出力を入力に結び付け、どの状況にどの動作を適用すべきかを決定する。ステップ１４０において、ファジー推論計算装置が、１つまたは複数のファジー化された真理値から前件真理値を導き出し、選択されたルール重みおよび含意法を適用することで各々のルールに対する出力ファジー集合を導き出し、全ての出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に統合する。最後に、ステップ１５０が、出力ファジー集合を非ファジー化しクリスプ値を生成する
【００１３】
システムおよび方法のより詳細な記載が、１つの例を利用して図２から図５に、および関連する文章で提供されている。蒸気供給弁の制御が、古典論理の下で実施されたときと、ファジー論理の下で実施されたときで考察される。図２は、飽和蒸気を生成するボイラー２１０を示しており、この飽和蒸気は、ライン２２０を介して特定のプロセスに供給される。このプロセスには、飽和蒸気が華氏２９２°から華氏３２０°の温度範囲内にあり、理想的には華氏３０７°であることが重要である。飽和蒸気に関するこのような温度は、６０ＰＳＩＧの理想的な圧力、４５ＰＳＩＧの低いカットオフ圧力および７５ＰＳＩＧの高いカットオフ圧力に相当する。蒸気供給弁２３０は故に、圧力制御スイッチ２４０によって制御され、これには高圧制御スイッチ（ＰＣＨ）、低圧制御スイッチ（ＰＣＬ）および標準圧力制御スイッチ（ＰＣＮ）が含まれる。二重にするために、この温度はまた、温度制御スイッチ２５０によっても監視されており、これには高温制御スイッチ（ＴＣＨ）と低温制御スイッチ（ＴＣＬ）が含まれる。圧力制御スイッチ２４０および温度制御スイッチ２５０は、蒸気供給弁２３０に電気制御信号２６０を提供する。
【００１４】
この弁は、圧力が６０ＰＳＩＧのとき、中間位置にあるべきである。中継論理またはデジタル式のそれと同等のものが、華氏３２０°または７５ＰＳＩＧを超えたとき蒸気供給弁を閉鎖し始め、華氏２９２°または４５ＰＳＩＧを下回ると弁を開放させ始める。古典論理設計の下での入力は、ＰＣＨ、ＰＣＬ、ＰＣＮ、ＴＣＨおよびＴＣＬである。その出力は、弁閉鎖命令および弁開放命令である。
【００１５】
個々の圧力スイッチおよび温度スイッチは、開放または閉鎖されるように認識され、例えば、圧力スイッチが閉鎖された場合、「１」の値を割り当て、その設定値に到達したことを示し、あるいは圧力スイッチが開放された場合、「０」の値を割り当て、その設定値に到達していないことを示す。決定は、高圧または高温、低圧または低温、あるいは標準的な圧力が示されたかに基づいて行なわれるだけであるため、正確な圧力を測定する圧力送信器が必要なくなり、より低コストの圧力スイッチを有するだけで十分である。
【００１６】
対照的にファジー論理の実装形態では、圧力スイッチの代わりに圧力送信器が実装され、制御装置が一定の範囲の圧力を認識することを可能にする。これは、ファジー論理制御装置の実装形態が、送信器によってフィールドスイッチを物理的に置き換えることを必要とすることは必ずしも示唆していない。多くの場合、ＤＣＳシステムは、圧力、流量、温度などに関する正確な値をＤＣＳに提供するアナログ送信器から既に入力を受信しているが、ＤＣＳは、そのような送信器からの選択された設定値を、あたかもこの設定値が個々のスイッチから入力されたかのように、その論理決定に対する入力として扱うようにプログラムされている。よって送信器からのデータは典型的には、ＤＣＳにとって既に利用可能であるが、古典論理の実装形態におけるその全ての利点に対しては利用されない。
【００１７】
ファジー論理の実装形態では、別々の入力とみなされる「低い圧力」、「高い圧力」および「標準的な圧力」の代わりに、その命名法は「圧力」を単一の入力変数とみなし、これは３つのメンバーシップ関数「低い」、「標準的な」および「高い」を有する。現行の簡素化された例では、温度は第２の入力変数であり、これは２つのメンバーシップ関数、「高い」および「低い」を有する。メンバーシップ関数「閉鎖」および「開放」を有する単一の出力変数、弁命令が存在する。よって入力変数とそのメンバーシップ関数の組み合わせ、および出力変数とそのメンバーシップ関数の組み合わせは、古典論理の入力と出力の識別に匹敵する。
【００１８】
当座はステップ１２０を飛ばして、ステップ１３０、すなわちルールベースの設計について考える。これはまた、古典論理のもとと同様であり、そのルールは言葉では以下のように表される。
【００１９】
ルール＃１：圧力が高いまたは温度が高い場合、このとき圧力制御弁は閉鎖し始めなければならない。
【００２０】
ルール＃２：圧力が低いまたは温度が低い場合、このとき圧力制御弁は開放し始めなければならない。
【００２１】
ルール＃３：圧力が標準的である場合、このとき圧力制御弁はその現在の位置に留まらなければならない。
【００２２】
標準的な動作に関して明白なルールが存在することに留意されたく、これは古典論理では「何もしない」ことに相当する。
【００２３】
ステップ１２０は、古典論理から逸脱している。送信器から受信した正確な測定値は、１つまたは複数の真理値にファジー化され、その各々は、０、１または中間値であり得る。図３は、４５ＰＳＩＧが低い圧力として特定された場合、６０ＰＳＩＧが標準的な圧力として特定された場合、および７５ＰＳＩＧが高い圧力として特定された場合のファジー化の一例を提供している。図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、古典論理の実装形態を示しており、ファジー化に関して直線形状を使用するファジー論理の一実装形態を示す図３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）と比較している。よって図３（ａ）は、古典論理による「低い圧力」関数を示すチャートであり、これは４５ＰＳＩＧを下回る圧力に関して真（１）であり、４５ＰＳＩＧを超える圧力に関して偽（０）である。図３（ｂ）は、古典論理による「標準的な圧力」関数を示すチャートであり、これは、特定のポイント、６０ＰＳＩＧにおいてのみ真であり、それ以外では偽である。図３（ｃ）は、古典論理による「高い圧力」関数を示すチャートであり、これは、７５ＰＳＩＧを超えたときのみ真であり、この値を下回るものは偽である。図３（ｄ）は、ファジー論理の一実装形態であり、ここでは「低い圧力」関数は、４５ＰＳＩＧを下回る圧力に関して真（１）であるが、それはその値を超えても完全に偽にはならず、むしろ圧力が４５ＰＳＩＧ（低い）レベルから６０ＰＳＩＧ（標準）レベルまで上昇する際、１から０まで線形に低下する真理値μを有する。同様に図３（ｅ）もファジー論理の一実装形態であり、ここでは標準的な圧力関数は、６０ＰＳＩＧの圧力に関して完全に真であるが、圧力が低い圧力境界を下回る、あるいは高い圧力境界を上回らなければ完全に偽（０）とはならない。むしろ、標準的な関数に関する真理値は、圧力が標準レベルから低い圧力境界まで降下する際、１から０まで線形に低下し、圧力が標準的なレベルから高い圧力境界まで上昇する際、１から０まで線形に低下する。このようなケースでは、２つの対称的な線形の推移によって三角形を形成する。
【００２４】
最後に図３（ｇ）は、図３（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）のオーバーレイを示している。簡素化するために、複数の関数のオーバーレイは典型的には色分けされており、この例では線の種類が変えられることで、低い圧力関数は点線、標準的な圧力関数は実線、および高い圧力関数は破線となっている。５０ＰＳＩＧなどの中間圧力は、４５ＰＳＩＧの低い圧力境界と６０ＰＳＩＧの標準的な圧力境界の間にあり、これは、古典的な論理の下では、低いまたは標準的のいずれにもみなされない。しかしながらファジー論理の下では、５０ＰＳＩＧは、０．６７の低い関数の真理値（低い圧力境界４５ＰＳＩＧにおける真理値１から標準的な圧力境界６０ＰＳＩＧにおける真理値０までの１／３のところ）を返し、標準的な関数の０．３３の真理値を有する（標準的な圧力境界における真理値１から低い圧力境界４５ＰＳＩＧにおける真理値０までの２／３のところ）。換言すると、古典的な論理の下で５０ＰＳＩＧの圧力は、低い圧力または標準的な圧力のいずれとも認識されないのに対して、ファジー論理の下では、それは、その両方とみなされ、すなわちどちらに関しても完全な真ではないが部分的な真である。
【００２５】
図４は、ファジー化の異なる例を提供しており、ここでは低い圧力および高い圧力は、再度４５ＰＳＩＧおよび７５ＰＳＩＧとしてそれぞれ特定されるが、今回は標準的な圧力は、単一の地点としては確認されず、むしろ５５ＰＳＩＧから６５ＰＳＩＧの範囲として確認される。図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、古典的な論理の一実装形態を示しており、ファジー化に関して三角形を使用するファジー論理の一実装形態を示す図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）と比較している。図４（ａ）は図３（ａ）と同一であり、図４（ｃ）は図３（ｃ）と同一である。図４（ｂ）は、５５−６５ＰＳＩＧの範囲内の圧力に関して「標準的な圧力」が真（１の真理値を有する）であり、それ以外が偽であることを示している。この真理値が、図４（ｄ）においてファジー化される場合、真理値は、４５ＰＳＩＧの低い圧力境界における１から、５５ＰＳＩＧの標準的な範囲のこれより低い境界における０まで線形に低下する。同様に図４（ｆ）では、真理値は、７５ＰＳＩＧの高い圧力境界における１から６５ＰＳＩＧの標準的な範囲のより上位の境界における０まで線形に低下する。
【００２６】
図４（ｅ）は、標準的な圧力関数が５５−６５ＰＳＩＧの圧力に関して完全な真であるが、圧力が、低い圧力境界を下回る、あるいは高い圧力境界を超えなければ完全な偽にはならないファジー論理実装形態である。むしろ標準的関数に関する真理値は、圧力が標準レベルのより低い境界から低い圧力境界まで降下する際線形に低下し、また圧力が標準レベルのより上位の境界から高い圧力境界まで上昇する際、１から０に線形に低下する。このようなファジー化方法の形状は、「台形」と呼ばれる。図４（ｇ）は、図４（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）のオーバーレイを示している。このファジー化では、５０ＰＳＩＧの圧力が生じており、この場合低い圧力ガイドおよび標準的な圧力の真理値は共に０．５であり、５０ＰＳＩＧの圧力が、低い圧力関数と高い圧力関数の両方の部分的なメンバーシップであることを示している。
【００２７】
直線形状、三角形および台形の他に、ファジー化に使用される別の一般的な形状は、ガウス形状であり、これは図５に示される。
【００２８】
再び図１を参照すると、次のタスクはステップ１４０であり、ルール集合が必要とする、入力関数の異なる組み合わせの論理積および／または和集合を決定し、各々の出力メンバーシップ関数に関する真理値を導き出すために含意法を適用し、出力メンバーシップ関数を出力ファジー集合に統合する。
【００２９】
図５は、ステップ１４０の１つの例を提供している。最上位のラインは、ルール＃１、「圧力が低いまたは温度が低ければ、蒸気供給弁を閉じる」を表している。２番目の線はルール＃２、「圧力が標準的であれば、蒸気供給弁をその中間位置のままにする」を表している。３番目の線はルール＃３、「圧力が高いまたは温度が高ければ、蒸気供給弁を開放する」を表している。
【００３０】
３つのルール全てに関してグラフはその左側が、圧力変数であり、これは各々のルールに関して別々のメンバーシップ関数を有する。測定される実際の圧力は、ガウス関数によってメンバーシップ関数にファジー化され、ルール＃１で使用される「低い圧力」メンバーシップ関数、ルール＃２における「標準的な圧力」メンバーシップ関数およびルール＃３における「高い圧力」メンバーシップ関数を有する。
【００３１】
ルール＃１および＃３に関する圧力に隣接するグラフは、温度変数のグラフであり、「高い温度」メンバーシップ関数を有するルール＃１および「低い温度」メンバーシップ関数を有するルール＃３を有する。温度変数は、台形形状を有するそのメンバーシップ関数にファジー化される。ルール＃２に関する温度メンバーシップ関数は、そのルールが圧力のみに依存するため存在しない。
【００３２】
垂直の破線によって示される時間内の所与の時に、圧力読み取り値が５２ＰＳＩＧであると仮定する。ルール＃１に関して、５２ＰＳＩＧの値は、μ＝０．５のところで「低い圧力」メンバーシップ関数と交差し、この場合、ギリシャ文字ｍｕは、「真理値」を表す。ルール＃２に関して、圧力読み取り値はこのときもまた、μ＝０．５のところで「標準的な圧力」メンバーシップ関数と交差する。ルール＃３に関して、圧力読み取り値は、μ＝０のところで「高い圧力」メンバーシップ関数と交差する。すなわち５２ＰＳＩＧの圧力は、定義されるように「高い圧力」メンバーシップ関数のメンバーではない。しかしながら「標準的な圧力」メンバーシップ関数および「低い圧力」メンバーシップ関数両方の部分的メンバーである。
【００３３】
５２ＰＳＩＧの圧力に関して、飽和蒸気は華氏２９９°であるべきである。しかしながら圧力または温度ゲ−ジのいずれかの不正確さによって、この例は、華氏３０１°の報告温度を生成することが想像される。この値は、「低い温度」メンバーシップ関数のμ＝０．３に相当するが、「高い温度」メンバーシップ関数ではμ＝０に相当する。
【００３４】
入力はこのときファジー化されている。すなわちルール＃１「圧力が低いまたは温度が低ければ、圧力制御弁は閉鎖し始めなければならない」に関して、ファジー化された結果は、「圧力が低い」メンバーシップ関数に関してμ＝０．５および「温度が低いメンバーシップ関数」に関してμ＝０．３を取得した。次のステップは、ファジー演算子を適用することであり、これはこのルールの場合「ＯＲ」である。任意の数の明確な方法をＡＮＤおよびＯＲ演算子に適用することができる。商業的な製品ＭＡＴＬＡＢは、ＡＮＤ演算子に関して、ｍｉｎ（最小）またはｐｒｏｄ（積）の選択、すなわちスケーリング関数を提供する。ＯＲ演算子に関して、ＭＡＴＬＡＢは、ｍａｘ（最大限）またはｐｒｏｂｏｒ（確率的な方法、代数和としても知られる）の選択を提供する。ｐｒｏｂｏｒは、
【００３５】
ｐｒｏｂｏｒ（ａ、ｂ）＝ａ＋ｂ−ａｂ
【００３６】
ＯＲ演算子に関してｍａｘ技法を選択することで、ルール＃１に関してμ＝０．５を生成する。
【００３７】
ルール＃２に関して、１つの入力メンバーシップ関数、「標準的な圧力」のみが存在し、これはμ＝０．５を有するように前もって特定された。
【００３８】
ルール＃３に関して、測定された圧力５２ＰＳＩＧが、「高い圧力」に関してメンバーシップ関数の一部ではないこと、および測定された温度華氏３０１°が、「高い温度」に関する入力メンバーシップ関数の一部ではないことは先に示されている。換言すると両方に関してμ＝０であり、よってＯＲ関数を選択されたｍａｘ方法と共に適用してもやはりμ＝０が生じる。
【００３９】
次のステップは、各々のルールの重みを決定することである。これは、この例でのように一般に１である。
【００４０】
次のステップは、含意法を適用することである。ＭＡＴＬＡＢは、Ｍａｍｄａｎｉ式推論またはＳｕｇｅｎｏ式推論の選択を提供する。Ｍａｍｄａｎｉ法は、出力メンバーシップ関数がファジー集合になると考えており、統合プロセスの後、各々の出力変数に関するファジー集合が存在する。このファジー集合はその後、非ファジー化を必要とする。対照的にＳｕｇｅｎｏ推論は、出力関数として分散型のファジー集合ではなく単一のスパイク（急上昇）を使用する。この例は、Ｍａｍｄａｎｉ法を使用する。これは、単一の出力変数「弁命令」に関する出力メンバーシップ関数のファジー化によって始まる。ルール＃１に関する出力メンバーシップ関数は、「閉鎖するように弁に命令する」であり、ルール＃２に関する出力メンバーシップ関数は、「弁を変化させない」であり、ルール＃３に関する出力メンバーシップ関数は、「開放するように弁に命令する」である。これらのメンバーシップ関数は、三角形を有するように選択される。含意法はその後、ファジー演算子によって選択されるように、入力メンバーシップ関数から取得されたメンバーシップ値を適用する。ＭＡＴＬＡＢは、２つの含意法をサポートしており、これらはＡＮＤ法によって使用されるものと同一の関数であり、すなわちｍｉｎ（最小）は、ファジー出力集合を導き出すために出力メンバーシップ関数を切り取り、ｐｒｏｄ（積）は、出力メンバーシップ関数をスケールする。ｍｉｎの選択およびルール＃１の再考により、ファジー演算子によって選択された値μ＝０．５が「閉鎖するように弁に命令する」メンバーシップ関数の三角形に適用され、それを切り取る。ルール＃１、＃２および＃３のそれぞれの切り取られた型は、最も右の列に見られ、それらの出力メンバーシップ関数に関するファジー出力集合を表している。
【００４１】
出力変数のメンバーシップ関数のそれぞれに関してファジー出力集合が取得されており、それら全ては、これらを単一のファジー出力集合に統合するために図１の方法１００のステップ１４０を完璧にするのに必要である。なおいくつかの方法が利用可能であり、ＭＡＴＬＡＢは、ｍａｘ、ｐｒｏｂｏｒおよびｓｕｍ（各々のルールの出力集合の和）をサポートする。ｍａｘ法を適用することで、図５の下方の右側の隅に見られるように、統合されたファジー出力集合を生成する。
【００４２】
方法１００の最後のステップ、ステップ１５０は、出力関数ファジー集合をクリスプ値に非ファジー化することである。いくつかの異なる非ファジー化方法があり、これには最大メンバーシップ法、重心非ファジー化法、最大中間法および最大平均法が含まれる。最も一般的に使用される方法は、重心法である。記載される方法は、時間内の特定の時点に関するものである。よってクリスプ値は、その瞬間に受け取られ、そのクリスプ結果は、所定の時間にわたって追跡され記憶される。このようなクリスプ値の曲線がこのとき、標準範囲外の値を示した場合、演算子はそれを、検討中のシステムが従来の論理の下に確立されるであろう設定値の１つに近づいているという予測子とみなすはずであり、すなわちファジー論理は、理論において、それが生じる前にアクショナブルイベントの予告通告を提供することができる。
【００４３】
図６は、本発明の一実施形態を示しており、分散制御システムにプログラムされたファジー論理を使用して大型電気機械における欠陥を検出する方法６００である。
【００４４】
最低条件として、大型電気機械は、ＤＣＳによって監視されるそれぞれの潤滑油温度および圧力を有することによって保護されている。本発明の一実施形態を適用する１つの実験では、モデリングは、６０を超える測定変数を有する大型空気圧縮機に関してＤＣＳによって測定され報告されたデータを使用して、ＭＡＴＬＡＢを実行するデスクトップコンピュータ上で行なわれた。技術的な検討は、現行の古典的論理が利用される状態において、１５の温度、圧力および振動変数が、空気圧縮機の運転停止につながる可能性があることを示した。以下は、１５の変数のリストであり、配管および計装図（Ｐ＆ＩＤ）上で特定された設定の種類を有する。
【００４５】
潤滑油圧力８４ＰＩＸ２３−標準、低いおよび低い−低い
潤滑油温度８４ＴＩＸ１１−低い、標準的、高いおよび高い−高い
第３ステージ入口温度８４ＴＩＸ０２−標準的、高いおよび高い−高い
第２ステージ入口温度８４ＴＩＸ２２−標準的、高いおよび高い−高い
高速ピニオン温度８４ＴＩＸ１９−標準的、高いおよび高い−高い
低速ピニオン温度８４ＴＩＸ２１−標準的、高いおよび高い−高い
ブルギア油温度８４ＴＩＸ２０−標準的、高いおよび高い−高い
メインモータＤＥ  ＢＧ温度８４ＴＩＸ１８−標準的、高いおよび高い−高い
メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４ＴＩＸ１７−標準的、高いおよび高い−高い
潤滑油圧力８４ＰＩＸ２９−標準的および低い−低い
モータＮＤＥの振動８４ＶＩＸ０６−標準的、高いおよび高い−高い
モータＮＤＥの振動８４ＶＩＸ０７−標準的、高いおよび高い−高い
高速ピニオンの振動８４ＶＩＸ０８−標準的、高いおよび高い−高い
低速ピニオンの振動８４ＶＩＸ０９−標準的、高いおよび高い−高い
軸シャフトの振動８４ＶＩＸ１２−標準的、高い、高い−高い、低いおよび低い−低い
【００４６】
指摘されるようにファジー論理は、機械制御に組み込まれてきたが、欠陥の検出および分類を目的として広く利用されてはいなかった。ステップ６１０において、ユーザは、電気機械に対応するセンサからの少なくとも２つのアナログ変数の各々に関して少なくとも１つの入力メンバーシップ関数を定義する。例えば潤滑油圧力８４ＰＩＸ２３は、「標準的」、「低い」および「低い−低い」の入力メンバーシップ関数を与えられた。ユーザは、各々のメンバーシップ関数の形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を定義する。好ましい一実施形態において、選択された形状は、三角形または台形のいずれかであった。
【００４７】
好ましい一実施形態において、任意の他の変数の値のファジー化は、０から１の真理値に線形形状を適用することによって達成された。例えばＰ＆ＩＤは、潤滑油圧力８４ＰＩＸ２３が２６ＰＳＩＧにおいて標準的とみなされ、２１ＰＳＩＧで低い、１５ＰＳＩＧでは低い−低いと見なされるべきであることを示した。これはＭＡＬＡＢにおいて以下のように表された。
【００４８】
［入力１］
名称=「潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３」
範囲＝［０  １００］
ＮｕｍＭＦｓ＝３
ＭＦ１＝「低い−低い」：´ｔｒａｐｍｆ´，［−３６−４  １５  ２１］
ＭＦ２＝「低い」：´ｔｒｉｍｆ´，［１５  ２１  ２６］
ＭＦ３＝「標準的」：´ｔｒａｐｍｆ´，［２１  ２６  １０４  １３６］
【００４９】
すなわち第１の入力変数は、「潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３」と呼ばれ、それは０から１００の範囲を有する。この変数は３つのメンバーシップ関数を有する。第１のメンバーシップ関数は、「低い−低い」であり、それは台形を割り当てられ、−３６ＰＳＩＧにおいて０であり、−４ＰＳＩＧにおいて１まで上がり、１５ＰＳＩＧまで１のままであり、その後２１ＰＳＩでゼロまでだんだんと下がっている。この文脈においてマイナスの圧力は存在しないが、これは部分的な台形を表すようにＭＡＴＬＡＢをプログラムする方法である。ゼロから１５ＰＳＩＧまでメンバーシップ関数は１であり、その後それは線形にだんだんと下がり、２１ＰＳＩＧで０に到達すると言うのと同じことである。第２のメンバーシップ関数は、「低い」であり、それは１５ＰＳＩＧ未満では０であり、その後２１ＰＳＩＧにおいて線形に１まで上がり、その後線形にだんだんと下がり、２６ＰＳＩＧで０に到達する。第３の関数は「標準的」であり、２１ＰＳＩＧ未満では０であり、その後２６ＰＳＩＧで１まで上がり、１０４ＰＳＩＧまで１のままであり、１３６ＰＳＩＧにおいて徐々に０まで低下する台形を有する。極めて高い値１０４ＰＳＩＧおよび１３６ＰＳＩＧは、実際には到達することはないが、これもまた、ＭＡＴＬＡＢにおいて部分的な台形をプログラミングするための従来の方法である。
【００５０】
よって、１８ＰＳＩＧの測定値は、「低い−低い」メンバーシップ関数のメンバーとしてこの変数に関して０．５の真理値、「低い」メンバーシップ関数のメンバーとして０．５の真理値となり、「標準」メンバーシップ関数のメンバーとして０の真理値となる。
【００５１】
他の１４の入力変数およびそのそれぞれのメンバーシップ関数も同様にＭＡＴＬＡＢにプログラムされ、単一の出力変数「圧縮機性能」およびその３つのメンバーシップ関数「標準的」、「高い」および「高い−高い」もＭＡＴＬＡＢにプログラムされた。
【００５２】
ステップ６２０において、ユーザは、電気機械に関する性能レベルを表す変数に関する「標準的」「高い」および「高い−高い」出力メンバーシップ関数を定義する。入力変数の一部は、「低い」および「低い−低い」値を有し、すなわち、これらは「高い」および「高い−高い」と共にそれぞれ分類されることに留意されたい。３つの出力メンバーシップ関数それぞれに関して、ユーザは、その形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を定義する。
【００５３】
ステップ６３０では、ユーザはルールベースを作り出す。実験においてこのルールベースは、
１）全ての入力変数が標準的であれば、圧縮機は標準的である。
２）いずれかの入力変数が高くなれば、圧縮機性能は高くなる。
３）いずれかの入力変数が高い−高いである場合、圧縮機性能は高い−高いである。
４）軸シャフト振動が低い場合、圧縮機性能は高い。
５）軸シャフト振動が低い−低いである場合、圧縮機性能は高い−高いである。
【００５４】
ルール４および５は少なくともＭＡＴＬＡＢの範囲内において必須であり、その理由がプログラムはルール毎の変数毎に１つのメンバーシップ関数を可能にするのみであるためであることに留意されたい。例えばルール３は、「軸シャフト振動が高い場合、あるいは軸シャフト振動が低い場合」を含むことはできない。よってルール３は、そのうちの１つを含み、残りのメンバーシップ関数は別のルールに入れられる。
【００５５】
したがってこのルールは以下のようにプログラムされる。
１．（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３が標準的）であり、
かつ（潤滑油温度８４−ＴＩ−Ｘ１１が標準的である）
かつ（第３ステージ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ０２が標準的である）
かつ（第２ステージ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ２２が標準的である）
かつ（高速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ１９が標準的である）
かつ（低速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ２１が標準的である）
かつ（ブルギア油温度８４−ＴＩ−Ｘ２０で標準的がある）
かつ（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１８が標準的である）
かつ（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１７が標準的である）
かつ（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２９が標準的である）
かつ（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０６が標準的である）
かつ（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０７が標準的である）
かつ（高速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０８が標準的である）
かつ（低速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０９が標準的である）
かつ（軸シャフトの振動８４−ＶＩ−Ｘ１２が標準的である）である場合
（圧縮機性能は標準的である）。
２．（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３が低い）である、
あるいは（潤滑油温度８４−ＴＩ−Ｘ１１が高い）
あるいは（第３ステージ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ０２が高い）
あるいは（第２ステージ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ２２が高い）
あるいは（高速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ１９が高い）
あるいは（低速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ２１が高い）
あるいは（ブルギア油温度８４−ＴＩ−Ｘ２０が高い）
あるいは（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１８が高い）
あるいは（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１７が高い）
あるいは（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２９が高い）
あるいは（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０６が高い）
あるいは（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０７が高い）
あるいは（高速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０８が高い）
あるいは（低速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０９が高い）
あるいは（軸シャフトの振動８４−ＶＩ−Ｘ１２が高い）である場合
（圧縮機性能は高い）である。
３．（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３が低い−低い）である、
あるいは（潤滑油温度８４−ＴＩ−Ｘ１１が高い−高い）
あるいは（第３ステ−ジ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ０２が高い−高い）
あるいは（第２ステ−ジ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ２２が高い−高い）
あるいは（高速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ１９が高い−高い）
あるいは（低速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ２１が高い−高い）
あるいは（ブルギア油温度８４−ＴＩ−Ｘ２０が高い−高い）
あるいは（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１８が高い−高い）
あるいは（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１７が高い−高い）
あるいは（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２９が低い−低い）
あるいは（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０６が高い−高い）
あるいは（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０７が高い−高い）
あるいは（高速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０８が高い−高い）
あるいは（低速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０９が高い−高い）
あるいは（軸シャフトの振動８４−ＶＩ−Ｘ１２が高い−高い）である場合
（圧縮機性能は高い−高い）である。
４．（軸シャフト振動８４−ＶＩ−Ｘ１２が低い）場合、
（圧縮機性能は高い）である。
５．（軸シャフトの振動が低い−低い）の場合、
（圧縮機性能は高い−高い）である。
【００５６】
ＭＡＴＬＡＢは、以下のようにこのルールによってプログラムされた。
[ルール]
３  ２  １  １  １  １  １  １  １  ２  １  １  １  １  ３，  １  （１）：１
２  ３  ２  ２  ２  ２  ２  ２  ２  ０  ２  ２  ２  ２  ４，  ２  （１）：２
１  ４  ３  ３  ３  ３  ３  ３  ３  １  ３  ３  ３  ３  ５，  ３  （１）：２
０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ２，  ２  （１）：１
０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １，  ３  （１）：１
【００５７】
最上位のライン線は、ルール＃１を表し、コンマより前の最初の１５の数字は、１５の入力変数を表しており、この数字の値は、その入力変数のメンバーシップ関数を表している。よって第１の入力変数に関して、これは潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３として上記で特定されたものであり、考慮されるのは第３のメンバーシップ関数「標準的」である。コンマの後は、単独の出力変数「圧縮機性能」を表す数字であり、この数字の値は、その出力変数の特定のメンバーシップ関数を表しており、この場合、それは第１のメンバーシップ関数「標準的」である。括弧の中の値は、そのルールの重みであり、これらは全て同一の重みが与えられている。最後に、コロンの後は、入力メンバーシップ関数の値に適用すべき演算子を表す数字であり、この場合１は、「ＡＮＤ」関数であり、２は「ＯＲ」関数である。上記に指摘したように、ＡＮＤ法がｍｉｎであり、ＯＲ法がｍａｘとなるように選択が行なわれた。
【００５８】
ステップ６４０では、アナログ入力変数の値がセンサから受信されファジー化されたことで、そのアナログ入力変数に対応付けられた各々の入力メンバーシップ関数に関する真理値が計算される。
【００５９】
ステップ６５０において、入力メンバーシップ関数の真理値にファジー演算子を適用することによって、そのルール集合の各々のルールに関する前件真理値が決定される。好ましい一実施形態において、実験のルール１において上記に示されるようにＡＮＤ関数に関して最小法が選択され、実験のルール２および３において上記に示されるようにＯＲ関数に関して最大方法が選択された。ルールが１つの入力メンバーシップ関数のみを含む場合、例えば実験のルール４および５などの場合、その入力メンバーシップ関数に関する真理値がこのとき、前件真理値として使用されることになる。
【００６０】
ステップ６６０において、各々のルールに関する前件真理値が、そのルールに関する出力メンバーシップ関数に関係させられ、出力ファジー集合を生成する。好ましい一実施形態では、最小関数が含意に使用された。
【００６１】
ステップ６７０において、出力ファジー集合が、合成ファジー集合に合体された。好ましい一実施形態において、最大関数が合体に使用された。
【００６２】
ステップ６８０において、合成出力ファジー集合が、クリスプ値に非ファジー化され、その後経時的に記録された。好ましい一実施形態において、重心関数がこの非ファジー化に使用された。
【００６３】
実験の結果は好ましいものであり、空気圧縮機が故障するまでの少なくとも２ヶ月の履歴データは、この故障が、５つの事例のうちの４つにおいて予想され得ることを示している。
【００６４】
図６の方法６００は、全ての入力変数を同時に追跡して、電気機械の健全性を示すクリスプ値を生成するが、図７に示される第２の実施形態は、各々の入力変数を個別に追跡し、各々に関して、発生する欠陥の分類を助けることができるクリスプ値を生成する。
【００６５】
ステップ７１０において、入力メンバーシップ関数を定義するステップは、図６のステップ６１０と類似している。先のように、ユーザは、その形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を定義する。
【００６６】
ステップ７２０において、出力メンバーシップ関数を定義するステップは異なっている。上記の実験で考察した先の圧縮機の使用は、３つのメンバーシップ関数（「標準的」、「高い」および「高い−高い」を有する１つの出力（圧縮機性能」）の代わりに、この方法７００では、各々の入力変数に関して１つずつ１５の出力が存在しており、各々に関して１つのメンバーシップ関数（「異常」）のみを有する。ユーザは、その形状および少なくとも１つのメンバーシップ境界を定義する。好ましい一実施形態において、その形状は三角形である。
【００６７】
ステップ７３０において、ユーザがルールベースを定義する。１５のルールのうちの最初のルールは、以下の通りである。
１．（潤滑油８４−ＰＩ−Ｘ２３が低い−低い）であり、
かつ（潤滑油温度８４−ＴＩ−Ｘ１１が高い−高いでない）
かつ（第３ステ−ジ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ０２が高い−高いでない）
かつ（第２ステ−ジ入口温度８４−ＴＩ−Ｘ２２が高い−高いでない）
かつ（高速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ１９が高い−高いでない）
かつ（低速ピニオン油温度８４−ＴＩ−Ｘ２１が高い−高いでない）
かつ（ブルギア油温度８４−ＴＩ−Ｘ２０が高い−高いでない）
かつ（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１８が高い−高いでない）
かつ（メインモータＮＤＥ  ＢＧ温度８４−ＴＩ−Ｘ１７が高い−高いでない）
かつ（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２９が低い−低いでない）
かつ（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０６が高い−高いでない）
かつ（モータＮＤＥの振動８４−ＶＩ−Ｘ０７が高い−高いでない）
かつ（高速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０８が高い−高いでない）
かつ（低速ピニオンの振動８４−ＶＩ−Ｘ０９が高い−高いでない）
かつ（軸シャフトの振動８４−ＶＩ−Ｘ１２が高い−高いでない）とき
（潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３が異常）である。
【００６８】
「ＮＯＴ」演算子の採用は、ファジー論理では、それに対して作用するメンバーシップ関数の補集合を生成することに留意されたい。換言すると、元のメンバーシップ関数に対して真理値ｘを生成するアナログ値は、ＮＯＴ演算子によって形成される相補メンバーシップ関数に対して真理値１−ｘを生成する。実験において、他の１４のルールも同様に作成され、一度に１つのアナログ変数に注目し、それが高い−高いであり、全ての他のアナログ変数が高い−高いでないかどうかをチェックする。
【００６９】
ＭＡＴＬＡＢは、以下のようにこのルールによってプログラムされた。
[ルール]
１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，１  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  ４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  ３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  ３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  ３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  ３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  ３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  ３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  ３  −１  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  １  −３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  ３  −３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  ３  −３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  ３  −３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  ３  −５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  ０  （１）：１
−１  −４  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −３  −１  −３  −３  −３  −３  ５，０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  ０  １  （１）：１
【００７０】
最上位のラインは、ルール＃１を表し、コンマより前の最初の１５の数字は、１５の入力変数を表しており、この数字の値は、その入力変数のメンバーシップ関数を表している。マイナスの符号は、ＮＯＴ関数を示している。よって第１の入力変数に関して、これは潤滑油８４−ＰＩ−Ｘ２３として上記に特定されたものであり、考慮されるのは第１のメンバーシップ関数「低い−低い」である。コンマの後は、１５の出力変数を表す１５の数字であり、その数字の値は、その出力変数の特定のメンバーシップ関数を表している。指摘したように、１つのメンバーシップ関数「異常」のみが、各々の出力変数に割り当てられた。ルール＃１に関して、コンマの後の最初の列の「１」は、前件真理値が、潤滑油圧力８４−ＰＩ−Ｘ２３に関する「異常」メンバーシップ関数に関係させられるべきであることを示しており、全ての他の列の「０」は、任意の他の変数に関してそのルールに関する含意が存在しないことを意味している。
【００７１】
ステップ７４０において、アナログ入力変数の値がセンサから受信されファジー化されたことで、そのアナログ入力変数に対応付けられた各々の入力メンバーシップ関数に関する真理値、あるいはＮＯＴ演算子が存在する場合、その補集合に関する真理値が計算される。
【００７２】
ステップ７５０において、入力メンバーシップ関数の真理値にファジー演算子ＡＮＤを適用することによって、このルール集合の各々のルールに関して前件真理値が決定される。好ましい一実施形態において、最小法が、ＡＤＮ関数のために選択された。
【００７３】
ステップ７６０において、各々のルールに関して、前件真理値は、そのルールに関する出力メンバーシップ関数に対して関係させられ、出力ファジー集合を生成する。好ましい一実施形態において、最小関数が含意に使用された。上記に指摘したように、この方法では、１５の出力が存在しているが、各々は単一のメンバーシップ関数「異常」を有するのみである。
【００７４】
方法６００には、出力変数毎に複数のメンバーシップ関数を合体するステップが含まれるのに対して、方法７００では出力変数毎に１つのメンバーシップ関数のみが存在するためそのようなステップは必要ない。
【００７５】
ステップ７７０において、１５の変数の各々に関して出力集合がクリスプ値に非ファジー化され、このクリスプ値はその後経時的に記録された。好ましい一実施形態において、重心関数が非ファジー化に使用された。
【００７６】
実験の結果は好ましいものであり、最終的に圧縮機をトリップさせることになる厳密なアナログ入力変数を前もって特定することができることを示している。
【００７７】
別の実施形態において、本発明は、分散制御システムおよびモジュールを含むシステムとして実装される。図８は、分散制御システムの一例であり、これはプログラム記憶装置８７０およびデータ記憶装置８８０を含む不揮発性メモリ８６０と、プロセッサ８２０と、ディスプレイ８１０や入力装置８５０など人と機械間のインターフェースと、入出力回路８３０と、少なくとも１つのバス８９０と、補助サポート回路８４０とを含む。プログラム記憶装置８７０は、複数のモジュールを含んでおり、これらのモジュールは、図９に示される一実施形態では、電気機械の欠陥の検出を行ない、図１０に示される一実施形態では、電気機械の欠陥の分類を行なう。
【００７８】
図９は、電気機械の欠陥を検出するシステムの実施形態に関するモジュールを示している。モジュール９１０は、アナログ変数を監視する。モジュール９２０は、その形状およびメンバーシップ境界を含めた入力および出力メンバーシップ関数の所定の定義を記憶する。モジュール９２０はまたルール集合も記憶する。モジュール９３０は、モジュール９１０によって監視される入力変数の値を受け取り、それらを対応する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する。モジュール９４０は、最終的な前件真理値を定義する。先に考察したように、前件部に１つのメンバーシップ関数のみが存在する場合、その真理値が最終的な前件真理値とみなされる。前件部に複数のメンバーシップ関数が存在する場合、ルール集合において特定されたファジー論理演算子が、この複数の関連する真理値に適用され、その結果が最終的な前件真理値を生成する。モジュール９５０は、所与のルールに関する最終的な前件真理値をそのルールに関する出力メンバーシップ関数に関係させ、ファジー集合を生成する。モジュール９６０は、出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に統合する。モジュール９７０は、合成出力ファジー集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
【００７９】
図１０は、電気機械の欠陥を分類するシステムの実施形態に関するモジュールを示している。モジュール１０１０はアナログ変数を監視する。モジュール１０２０は、その形状およびメンバーシップ境界を含めた入力および出力メンバーシップ関数の所定の定義を記憶する。モジュール１０２０はまたルール集合も記憶する。モジュール１０３０は、モジュール１０１０によって監視される入力変数の値を受け取り、それらを対応する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する、および／またはＮＯＴ演算子が存在する場合、対応する入力メンバーシップ関数の補集合に関する真理値にファジー化する。モジュール１０４０は、最終的な前件真理値を定義する。モジュール１０５０は、所与のルールに関する最終的な前件真理値をそのルールに関する出力メンバーシップ関数に関係させ、ファジー集合を生成する。各々のアナログ変数に関して１つのファジー出力集合のみが存在するため、合成出力ファジー集合への統合は必要ない。モジュール１０６０は、各々のアナログ変数に関する出力ファジー集合を非ファジー化することで各々に関するクリスプ値を生成する。
【００８０】
当業者はまた、本発明のファジー論理を使用してプロセス瑕疵を検出するための方法の一実施形態が、コンピュータプログラム製品の形態で提供される場合もあることを理解するであろう。
【００８１】
いくつかの特定の実施形態を参照して本発明を上記に記載してきた。しかしながら本発明の範囲、すなわち以下の特許請求の範囲によって決定されるべき本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正や変更をそれに対して行なうことができることは当業者には明らかであるだろう。
【符号の説明】
【００８２】
１００  ファジー論理制御装置の設計方法
１１０  入力および出力を定義する。
１２０  入力のファジー化を定義する。
１３０  ルールベースを設計する。
１４０  ファジー推論計算装置が入力データを処理し、ファジー出力集合を計算する。
１５０  出力集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
２１０  ボイラー
２２０  ライン
２３０  蒸気供給弁
２４０  圧力制御スイッチ
２５０  温度制御スイッチ
２６０  電気制御信号
６００  ファジー論理を使用して大型電気機械における欠陥を検出する方法
６１０  入力メンバーシップ関数を定義する。
６２０  出力メンバーシップ関数を定義する。
６３０  ルールベースを定義する。
６４０  アナログ入力変数の値を受け取り、各々の入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する。
６５０  前件真理値を決定する。
６６０  前件真理値を出力メンバーシップ関数に関係させ、出力ファジー集合を生成する。
６７０  出力ファジー集合を合体させる。
６８０  合成出力ファジー集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
７００  ファジー論理を使用して電気機械における欠陥を分類するための方法
７１０  入力メンバーシップ関数を定義する。
７２０  出力メンバーシップ関数を定義する。
７３０  ルールベースを定義する。
７４０  アナログ入力変数の値を受け取り、各々の入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する。
７５０  前件真理値を決定する。
７６０  前件真理値を出力メンバーシップ関数に関係させ、出力ファジー集合を生成する。
７７０  各々の出力ファジー集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
８００  分散制御システム
８１０  ディスプレイ
８２０  ＣＰＵ
８３０  Ｉ／Ｏインターフェース
８４０  サポート回路
８５０  入力装置
８６０  メモリ
８７０  プログラム記憶装置
８８０  データ記憶装置
８９０  バス
９１０  アナログ変数を監視する。
９２０  入力および出力メンバーシップ関数定義、形状、メンバーシップ境界を記憶し、ルール集合を記憶する。
９３０  入力変数を対応する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する。
９４０  最終的な前件真理値を定義する。
９５０  最終的な前件真理値を出力メンバーシップ関数に関係させ、ファジー集合を生成する。
９６０  出力ファジー集合を合成出力ファジー集合に統合する。
９７０  合成出力ファジー集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
１０１０  アナログ変数を監視する。
１０２０  入力および出力メンバーシップ関数定義、形状、メンバーシップ境界を記憶し、ルール集合を記憶する。
１０３０  入力変数を対応する入力メンバーシップ関数に関する真理値にファジー化する。
１０４０  最終的な前件真理値を定義する。
１０５０  最終的な前件真理値を出力メンバーシップ関数に関係させ、ファジー集合を生成する。
１０６０  合成出力ファジー集合を非ファジー化することでクリスプ値を生成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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