(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知装置であって、
操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得手段と、
操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出手段と、
アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの高速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定手段とを備え、
前記許容範囲判定手段は、前記追従差ＤＭの絶対値｜ＤＭ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨよりも大きい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、前記上限ＤＰＨからＤＰＨ−αの範囲内（αは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定することを特徴とするアクチュエータ不具合検知装置。
【請求項２】
制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知装置であって、
操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得手段と、
操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出手段と、
操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定手段とを備え、
前記許容範囲判定手段は、前記追従差ＤＭが略０で、次の操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨより小さい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜から｜ΔＭＶ｜−βの範囲内（βは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定することを特徴とするアクチュエータ不具合検知装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のアクチュエータ不具合検知装置において、
前記アクチュエータは、モータであることを特徴とするアクチュエータ不具合検知装置。
【請求項４】
設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータの操作部に出力する操作量算出手段と、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ不具合検知装置とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知方法であって、
操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得ステップと、
操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出ステップと、
アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの高速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定ステップとを含み、
前記許容範囲判定ステップは、前記追従差ＤＭの絶対値｜ＤＭ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨよりも大きい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、前記上限ＤＰＨからＤＰＨ−αの範囲内（αは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定するステップを含むことを特徴とするアクチュエータ不具合検知方法。
【請求項６】
制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知方法であって、
操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得ステップと、
操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出ステップと、
操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定ステップとを含み、
前記許容範囲判定ステップは、前記追従差ＤＭが略０で、次の操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨより小さい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜から｜ΔＭＶ｜−βの範囲内（βは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定するステップを含むことを特徴とするアクチュエータ不具合検知方法。
【請求項７】
請求項５または６記載のアクチュエータ不具合検知方法において、
前記アクチュエータは、モータであることを特徴とするアクチュエータ不具合検知方法。
【請求項８】
設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータの操作部に出力する操作量算出ステップと、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の位置取得ステップと追従差算出ステップと許容範囲判定ステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータやバルブなどのアクチュエータの不具合を検知したり予知したりすることができるアクチュエータ不具合検知装置、およびアクチュエータ不具合検知装置を備えた制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギー制御と高精度制御の両方の要求に可能な限り対応することを目的として、ガス燃焼炉と電気炉のハイブリッド型熱処理炉が開発されている。このハイブリッド型熱処理炉の動作は以下のようになる。
（I）低温から高温に昇温させる際は、エネルギー的に有利なガス燃焼炉として動作する。
（II）昇温後に高精度で一定の温度に維持する際は、応答性で有利な電気炉として動作する。
【０００３】
図５はハイブリッド型熱処理炉における温度制御系の１例を示す図である。図５の例では、加熱処理炉１００の内部に電気ヒータ１０１とガスヒータ１０２と温度センサ１０３とが設置されている。温度センサ１０３は、電気ヒータ１０１またはガスヒータ１０２によって加熱される空気の温度ＰＶを測定する。温調計１０４は、温度ＰＶが設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０５は、操作量ＭＶに応じた電力を電気ヒータ１０１に供給する。ガス流量調整器１０６は、操作量ＭＶに応じた流量のガスをガスヒータ１０２に供給する。こうして、温調計１０４は、加熱処理炉１００内の温度を制御する。
【０００４】
上記のとおり、加熱処理炉１００を低温から高温に昇温させる際は、ガス流量調整器１０６とガスヒータ１０２とを用いることにより、エネルギー的に有利なガス燃焼炉として動作する。一方、昇温後に加熱処理炉１００の温度を一定の値に高精度に維持する際は、電力調整器１０５と電気ヒータ１０１とを用いることにより、ガス燃焼炉よりもエネルギー効率で劣るが、制御の応答性で有利な電気炉として動作する。
特許文献１では、以上のようなハイブリッド型熱処理炉について、ガスモードから電気モードに、早く確実に切り換えられる制御装置が提案されている。
【０００５】
ハイブリッド型熱処理炉に限らず、燃焼による熱処理炉あるいは燃焼による温度制御系については、多くの高度化が試されている。燃焼による温度制御系では、ガスなどの燃料の流量を制御するために、流量を調整できるコントロールバルブが、ガス流量調整器として採用される。そして、バルブを動作させるためのモータ位置が、ＰＩＤ演算の出力である操作量ＭＶになる。
【０００６】
ただし、モータはその動作速度が限られる可動体であるので、実際にＰＩＤ演算で算出される操作量ＭＶに対し、モータ位置が追従するとは限らない。電気ヒータでは、操作量ＭＶに対し、電流値がほぼ遅れなく追従することとは対照的な部分とも言える。したがって、操作量ＭＶに対しモータ位置が追従していることを確認するために、モータフィードバックＭＦＢが調節計に取り込まれている。操作量ＭＶとモータフィードバックＭＦＢとは、理論上は同じ物理量であるが、現実には一致しないことを前提として、モニタリングにおいても区別して扱われている。
【０００７】
また、温度制御系に限らず、石油化学プラントなどで流量制御系に使用されるコントロールバルブ（特許文献２参照）においても、同様に操作量ＭＶに対しバルブステム位置が追従していることを確認するために、位置フィードバックがコントローラ側に取り込まれることがある。すなわち、同様の計装コンセプトは、広く展開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１４６３３１号公報
【特許文献２】特開平７−２６９５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようにモータやバルブなどは機械的な可動体であるので、故障発生の可能性のある制御系構成部品でもある。少なくとも、通常の電気炉における電気ヒータに比べると、突発的な故障も含め、不具合が発生しやすい構成要素と考えなければならない。また、ガス燃焼炉のように、特に高い温度を扱う温度制御系もある。さらに、石油化学プラントのように、特に可燃性・毒性のある流体を扱う流量制御系もある。したがって、安全面において不具合検知の向上・改善が求められている。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃焼による温度制御系で利用されるモータや流量制御系で利用されるバルブなどのメカニカルな可動体アクチュエータについての不具合検知／不具合予知機能を向上させることができるアクチュエータ不具合検知装置、制御装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知装置であって、操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得手段と、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出手段と、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの高速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のアクチュエータ不具合検知装置の１構成例において、前記許容範囲判定手段は、前記追従差ＤＭの絶対値｜ＤＭ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨよりも大きい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、前記上限ＤＰＨからＤＰＨ−αの範囲内（αは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のアクチュエータ不具合検知装置は、操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得手段と、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出手段と、操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のアクチュエータ不具合検知装置の１構成例において、前記許容範囲判定手段は、前記追従差ＤＭが略０で、次の操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜が、前記アクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の上限ＤＰＨより小さい状況で、観測されるアクチュエータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜から｜ΔＭＶ｜−βの範囲内（βは規定値）にない場合、アクチュエータに異常が生じていると判定することを特徴とするものである。
また、本発明のアクチュエータ不具合検知装置の１構成例において、前記アクチュエータは、モータである。
また、本発明の制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータの操作部に出力する操作量算出手段と、アクチュエータ不具合検知装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は、制御装置から出力される操作量ＭＶに応じて駆動されるアクチュエータの不具合を検知するアクチュエータ不具合検知方法であって、操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得ステップと、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出ステップと、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの高速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定ステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のアクチュエータ不具合検知方法は、操作量ＭＶに応じたアクチュエータの位置を検出する位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得する位置取得ステップと、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰを算出する追従差算出ステップと、操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定ステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータの操作部に出力する操作量算出ステップと、位置取得ステップと追従差算出ステップと許容範囲判定ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得し、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭを算出し、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの高速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定することにより、従来よりも高い確度でアクチュエータの不具合を検知したり予知したりすることができる。
【００１６】
また、本発明では、位置検出・フィードバック機構からアクチュエータ位置ＭＰの値を取得し、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰとの追従差ＤＭを算出し、操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、アクチュエータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、アクチュエータの低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定することにより、従来よりも高い確度でアクチュエータの不具合を検知したり予知したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る許容範囲判定部の動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る許容範囲判定部の他の動作を説明する図である。
【図５】ハイブリッド型熱処理炉における温度制御系の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［発明の原理］
ＰＩＤ演算を利用する温度制御系や流量制御系などでは、ＰＩＤ演算に特有の性質が操作量ＭＶに反映される。したがって、発明者は、例えば操作量ＭＶに正常に追従するモータであれば、ＰＩＤ演算の性質を加味してモータフィードバックＭＦＢ（モータ位置ＭＰ）を監視することで、より高い確度で異常（故障）を検出できるようになることに着眼した。
【００１９】
具体的には、過渡状態におけるモータ追従差ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰに対応する操作量変化率ΔＭＶやモータ位置変化率ΔＭＰが許容範囲を逸脱するようなケースである。すなわち、操作量ＭＶの高速動作（あるいは高周波動作）よりも高速（あるいは高周波）の動作がモータフィードバックＭＦＢに観測されるケースや、操作量ＭＶの低速動作（あるいは低周波動作）よりもさらに極端に低速（あるいは低周波）の動作がモータフィードバックＭＦＢに観測されるケースなどが、モータの異常動作指標（故障動作指標）として利用できる。また、同様の原理は、バルブなどの他のアクチュエータでも適用可能である。
【００２０】
［実施の形態］
図１は本発明の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、燃焼による温度制御系において燃料の流量を制御するためのガス流量調整器のコントロールバルブを動作させるためのモータを、不具合検知の対象とした例である。
【００２１】
制御装置は、設定値ＳＰを取得する設定値取得部１と、制御量ＰＶを計測器から入力する制御量入力部２と、ＰＩＤ制御演算により設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出部３と、操作量ＭＶをモータドライバ９に出力する操作量出力部４と、操作量ＭＶに応じたモータ１０の位置を検出するエンコーダからモータ位置ＭＰの値を取得する位置取得部５と、操作量ＭＶとモータ位置ＭＰとの追従差ＤＭを算出する追従差算出部６と、操作量ＭＶの変化率ΔＭＶ、モータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、モータ１０の高速動作あるいは低速動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する許容範囲判定部７と、許容範囲判定部７の判定結果を出力する判定結果出力部８とを備えている。
【００２２】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図２は制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰ（温度制御系の場合には温度設定値）は、制御装置のオペレータなどによって設定され、設定値取得部１を介して操作量算出部３に入力される（図２ステップＳ１）。
【００２３】
制御量ＰＶ（温度制御系の場合には温度計測値）は、図示しない計測器（例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ）によって計測され、制御量入力部２を介して操作量算出部３に入力される（図２ステップＳ２）。
【００２４】
操作量算出部３は、周知のＰＩＤ制御演算により設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ３）。
操作量出力部４は、操作量算出部３が算出した操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ４）。ここでの操作量ＭＶの実際の出力先はモータドライバ９（操作部）である。モータドライバ９は、入力される操作量ＭＶに対しモータ位置が追従するようにモータ１０を制御する。
【００２５】
位置取得部５は、通常のモータフィードバックＭＦＢの機能により、モータ１０に設けられた位置検出・フィードバック機構であるエンコーダ（不図示）からモータ１０の回転角度位置を示すモータ位置ＭＰの値を取得する（図２ステップＳ５）。なお、本実施の形態では、モータ１０が１回転未満の角度範囲で操作量ＭＶに応じた回転角度位置まで回転し、エンコーダがモータ１０の回転角度位置を検出して、検出した回転角度位置を０〜１００％の値を用いて表現したものがモータ位置ＭＰである。したがって、操作量ＭＶに対してモータ１０が正しく追従していれば、操作量ＭＶと、この操作量ＭＶの出力から遅れ時間（モータとモータの制御系で決まる遅れ時間であり、後述する制御周期ｄＴよりも短い時間）経過後のモータ位置ＭＰの値とは一致する。
【００２６】
次に、追従差算出部６は、操作量ＭＶとモータ位置ＭＰとの追従差ＤＭを次式のように算出する（図２ステップＳ６）。
ＤＭ＝ＭＶ−ＭＰ                                                ・・・（１）
【００２７】
許容範囲判定部７は、操作量変化率ΔＭＶ、モータ位置変化率ΔＭＰおよび追従差ＤＭに基づいて、モータ１０の高速（高周波）動作が許容範囲を逸脱しているか否かと、モータ１０の低速（低周波）動作が許容範囲を逸脱しているか否かを判定する（図２ステップＳ７）。
【００２８】
典型的な例を以下で説明する。図３は許容範囲判定部７の動作を説明する図であり、モータ１０に異常が発生しているときの操作量ＭＶとモータ位置ＭＰの変化の１例を示す図である。モータ位置ＭＰの変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜には、モータ１０の性能から予め定まる上限ＤＰＨがあり、追従差ＤＭの絶対値｜ＤＭ｜が上限ＤＰＨよりも大きい場合（操作量ＭＶの変化率ΔＭＶに高速（高周波）の変化が生じた結果として発生する状況）では、次に観測されるモータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜は、上限ＤＰＨにほぼ一致するという性質がある。
【００２９】
したがって、許容範囲判定部７は、追従差ＤＭの絶対値｜ＤＭ｜が上限ＤＰＨよりも大きい状況で観測されるモータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、上限ＤＰＨからＤＰＨ−αの範囲内になければ、モータ１０に何らかの異常が生じていると判定する（ステップＳ７）。
ＩＦ  ｜ＤＭ（ｔ−１）｜＞ＤＰＨ  ＡＮＤ  ｜ΔＭＰ（ｔ）｜＜ＤＰＨ−α
ＴＨＥＮ  異常発生                                            ・・・（２）
ＩＦ  ｜ＤＭ（ｔ−１）｜＞ＤＰＨ  ＡＮＤ  ｜ΔＭＰ（ｔ）｜＞ＤＰＨ
ＴＨＥＮ  異常発生                                            ・・・（３）
【００３０】
αは予め規定された微小値である（α＜ＤＰＨ）。モータ位置変化率ΔＭＰはメカニカルな機構の動作に対する実測値なので、モータ内のロータなどの回転不足誤差のような、異常とは別の微小誤差を考慮しておくのが好ましく、その微小誤差の見積もりに対応してαを規定する。制御装置は制御周期ｄＴで動作しているので、時刻（ｔ−１）の追従差ＤＭ（ｔ−１）の絶対値｜ＤＭ（ｔ−１）｜が上限ＤＰＨよりも大きい状況が観測された場合、モータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の判定を行なうのは時刻（ｔ−１）から制御周期ｄＴ後の時刻ｔのタイミングで、時刻ｔのモータ位置変化率ΔＭＰ（ｔ）の絶対値｜ΔＭＰ（ｔ）｜についてである。
【００３１】
次に、典型的な他の例を示す。図４は許容範囲判定部７の他の動作を説明する図であり、モータ１０に異常が発生しているときの操作量ＭＶとモータ位置ＭＰの変化の１例を示す図である。追従差ＤＭが略０で、かつその次に観測される操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜が上限ＤＰＨより小さい場合（操作量変化率ΔＭＶに低速（低周波）の変化が生じた状況）では、更に次に観測されるモータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜は、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜にほぼ一致するという性質がある。
【００３２】
したがって、許容範囲判定部７は、追従差ＤＭが略０で、かつ操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜が上限ＤＰＨより小さい状況で観測されるモータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜が、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜から｜ΔＭＶ｜−βの範囲内になければ、モータ１０に何らかの異常が生じていると判定する（ステップＳ７）。
ＩＦ  ＤＭ（ｔ−２）≒０．０  ＡＮＤ  ｜ΔＭＶ（ｔ−１）｜＜ＤＰＨ
ＡＮＤ  ｜ΔＭＰ（ｔ）｜＜｜ΔＭＶ（ｔ−１）｜−β  ＴＨＥＮ  異常発生
・・・（４）
ＩＦ  ＤＭ（ｔ−２）≒０．０  ＡＮＤ  ｜ΔＭＶ（ｔ−１）｜＜ＤＰＨ
ＡＮＤ  ｜ΔＭＰ（ｔ）｜＞｜ΔＭＶ（ｔ−１）｜  ＴＨＥＮ  異常発生
・・・（５）
【００３３】
βは予め規定された微小値である（β＜｜ΔＭＶ｜）。モータ位置変化率ΔＭＰ（ｔ）はメカニカルな機構の動作に対する実測値なので、モータ内のロータなどの回転不足誤差のような、異常とは別の微小誤差を考慮しておくのが好ましく、その微小誤差の見積もりに対応してβを規定する。追従差ＤＭが略０とは、追従差ＤＭが０を中心とする所定の範囲０±γ（γは予め規定された微小値）にあることを言う。γについても、αやβと同様に規定すればよい。上記のとおり、制御装置は制御周期ｄＴで動作しているので、時刻（ｔ−２）の追従差ＤＭ（ｔ−２）の絶対値｜ＤＭ（ｔ−２）｜が略０の状況が観測された場合、操作量変化率ΔＭＶの絶対値｜ΔＭＶ｜の判定を行なうのは時刻（ｔ−２）から制御周期ｄＴ後の時刻（ｔ−１）のタイミングで、時刻（ｔ−１）の操作量変化率ΔＭＶ（ｔ−１）の絶対値｜ΔＭＶ（ｔ−１）｜についてであり、さらにモータ位置変化率ΔＭＰの絶対値｜ΔＭＰ｜の判定を行なうのは、時刻（ｔ−１）から制御周期ｄＴ後の時刻ｔのタイミングで、時刻ｔのモータ位置変化率ΔＭＰ（ｔ）の絶対値｜ΔＭＰ（ｔ）｜についてである。
【００３４】
判定結果出力部８は、許容範囲判定部７の判定結果を出力する（図２ステップＳ８）。このときの出力方法としては、例えば判定結果の表示などがあり、また判定結果のデータを外部に出力するようにしてもよい。また、式（２）〜式（５）が成立せず、モータ１０に異常がないと判定された場合には、判定結果を出力せずに、モータ１０に異常が生じていると判定された場合のみアラームを出力するようにしてもよい。アラームの出力方法としては、例えばモータ１０の異常を知らせるメッセージを表示したり、アラーム通知用のＬＥＤを点滅または点灯させたりする等の方法がある。以上のような判定結果の出力機能は、モータ１０の不具合を検知したり予知したりするためのアラーム機能として有効に利用できる。
【００３５】
制御装置は、図２のステップＳ１〜Ｓ８の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（図２ステップＳ９においてＹＥＳ）、制御周期ｄＴ毎に実行する。
【００３６】
なお、本実施の形態では、不具合検知の対象となるアクチュエータがモータの場合について説明したが、これに限るものではなく、他のアクチュエータ、例えば流量制御系のバルブに対しても本発明を適用することができる。アクチュエータとして空気作動式のバルブを用いる場合、操作量ＭＶの出力先である操作部は、操作量ＭＶを空気圧信号に変換する電空変換器となる。アクチュエータとして電気作動式のバルブを用いる場合、操作量ＭＶの出力先である操作部は、バルブを駆動するモータのモータドライバとなる。
【００３７】
図１、図２の説明における「モータ」を「アクチュエータ」または「バルブ」と置き換えるようにすれば、本実施の形態の制御装置の構成と動作をそのままバルブに適用することができる。つまり、バルブ（もしくはポジショナ）には、バルブ開度位置を検出してフィードバックする位置検出・フィードバック機構が備えられている。バルブは、操作量ＭＶに応じた開度位置になるように駆動され、位置検出・フィードバック機構がバルブの開度位置を検出して、検出した開度位置を０〜１００％の値を用いて表現したものがアクチュエータ位置ＭＰとなる。操作量ＭＶに対してバルブが正しく追従していれば、操作量ＭＶとアクチュエータ位置ＭＰの値は一致する。操作量ＭＶに対してバルブが正しく追従していれば、操作量ＭＶと、この操作量ＭＶの出力から遅れ時間（バルブとバルブの制御系で決まる遅れ時間であり、制御周期ｄＴよりも短い時間）経過後のアクチュエータ位置ＭＰの値とは一致する。以上により、本発明をバルブに適用できることは明らかである。
【００３８】
本実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【００３９】
また、本実施の形態では、制御装置の内部に、位置取得部５と追従差算出部６と許容範囲判定部７と判定結果出力部８とからなるアクチュエータ不具合検知装置を設けているが、アクチュエータ不具合検知装置を制御装置の外部に設けるようにしてもよい。この場合、アクチュエータ不具合検知装置を構成するコンピュータのＣＰＵは、このコンピュータの記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、アクチュエータの不具合を検知したり予知したりする技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…設定値取得部、２…制御量入力部、３…操作量算出部、４…操作量出力部、５…位置取得部、６…追従差算出部、７…許容範囲判定部、８…判定結果出力部、９…モータドライバ、１０…モータ。
【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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