JPH0425565B2 - - Google Patents

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JPH0425565B2
JPH0425565B2 JP58102530A JP10253083A JPH0425565B2 JP H0425565 B2 JPH0425565 B2 JP H0425565B2 JP 58102530 A JP58102530 A JP 58102530A JP 10253083 A JP10253083 A JP 10253083A JP H0425565 B2 JPH0425565 B2 JP H0425565B2
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Reuesuku Junia Aderaado
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United Technologies Corp
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
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    • G05B23/0245—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a qualitative model, e.g. rule based; if-then decisions
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    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
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    • G05B2219/30—Nc systems
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、指令入力信号に応答してそれ自身の
作動特性に従つて出力を生ずるよう作動する作動
系の故障を検出する故障検出装置に係る。
［従来の技術］ 指令入力信号に応答して任意の固有の作動特性
に従つて出力を生ずる作動系が適切に作動してい
るか否かを検出するために、入力に対する出力が
該作動系の作動特性を模擬するような数学的なモ
デル等のモデルを用い、かかるモデルに前記作動
系への指令入力信号と同一乃至同等の入力を供給
し、該作動系の出力と前記モデルの出力と比較
し、その偏差の増大よつて該作動系の故障を検出
する故障検出法は、既に知られている。かかる故
障検出法の精度は、モデルが如何に作動系の作動
特性を正確に模擬することができるかにかかつて
いる。
作動系が安定した作動状態にあるとき、その指
令入力信号に対する出力の応答特性を数学的モデ
ルにより模擬することは一般に比較的容易であ
り、簡単で安価な数学的モデルによつて充分高い
精度の作動特性の模擬を行うことができ、従つて
またそのような簡単で安価な数学的モデルを用い
ても作動系に故障が生じたとき、高い精度にてそ
れを検出することができる。しかし作動系の作動
状態が変化する過渡状態の作動特性を高精度にて
模擬する数学的モデルを得るには、一般にハード
ウエア的にもまたソフトウエア的にも高度の技術
を要し、高価なモデルが必要となる。
［発明が解決しようとする課題］ 上記の如く数学的モデル等のモデルを用いて作
動系の故障を検出しようとする場合、同一乃至同
等の指令入力信号に対する作動系の出力とモデル
の出力の間の差が、どの程度増大したとき、作動
系が故障したと判断するかが問題となる。作動系
か安定した作動状態にあるときには、比較的簡単
なモデルを用いてもモデルはかなり高い精度にて
作動系の作動特性を模擬することができるので、
作動系の故障を判定する基準となる両者の出力の
差をかなり小さくすることができ、それによつて
誤つて故障と判断する誤診を生ずることなく、作
動系に生じた小さな故障を検出することができ、
また時間と共に重大となる故障を早期に検出する
ことができる。しかし、故障判定の出力差を小さ
くすると、作動系が過渡状態にあるときに作動系
の作動特性に対するモデルの模擬特性がずれてく
ることによつて両者の出力の差が増大すると、作
動系に故障が生じていなくても、作動系が故障し
たとする誤つた故障信号が発せられる虞れがあ
る。
従つて、作動系の過渡的作動状態を含む全ての
作動状態に於て、作動系の小さな故障を誤りなく
検出し、また時間とともに重大性が増す故障を誤
りなく早期に検出しようとすれば、モデルの複雑
化と価格の上昇はまぬがれない。
本発明は、かかる問題に対処し、比較的簡単で
安価なモデルによつても、作動系の過渡的作動時
に誤つた故障信号を発生することなく、作動系に
生じた小さな故障をも検出することができ、また
時間と共に重大性の増す故障を誤診なく早期に検
出することのできる故障検出装置を提供すること
を課題としている。
［課題を解決するための手段］ かかる課題は、本発明によれば、供給された指
令入力信号に応答してそれ自身の作動特性に従つ
て出力を生ずるよう作動する作動系の故障を検出
する故障検出装置にして、 前記作動系の作動特性を模擬するよう供給され
た入力信号に応答して出力を生ずるモデルと、 前記モデルに前記作動系へ供給されている指令
入力信号に相当する入力信号が供給されていると
き前記作動系の出力と前記モデルの出力の間に生
ずる差を表わす誤差信号を生ずる比較器と、 前記誤差信号が予め定められた不感領域外にあ
るとき零より大きい誤差出力を生ずる誤差出力発
生器と、 前記誤差出力を時間に対し積分する積分器と、 前記誤差信号が予め定められた許容誤差領域内
にあるとき前記積分器をリセツトする積分解除器
と、 前記積分器による積分値が前記作動系と前記モ
デルの過渡的作動時に於ける両者の作動特性の一
時的不一致による前記誤差出力の積分値の増大を
許容する閾値を越えるとき故障信号を発する故障
信号発生器と、 を有することを特徴とする故障検出装置によつて
達成される。
［発明の作用及び効果］ 上記の如き故障検出装置の構成によれば、作動
系が安定した作動状態にあるときには、簡単なモ
デルによつても、作動系に故障が生じていない限
り、作動系とモデルの出力をかなり高い精度で一
致させることができるので、前記不感領域及び許
容誤差領域を適度に小さく設定することにより、
誤診なく故障を検出することのできる精度を充分
高くすることができる。
作動系が過渡的作動状態にあるときには、モデ
ルの程度に応じて作動系の出力とモデルの出力の
間にはそれ相当の大きな差が生じ、この差はほぼ
確実に前記不感領域及び特許誤差領域を外れ、積
分器はその誤差出力を積分しつつ増大した積分値
を生ずるが、かかる積分値の増大は作動系の一時
的な過渡的作動状態が継続する期間だけであり、
やがて作動系が安定した作動状態に達すると、も
し作動系に故障がなければ、作動系とモデルの出
力の差は前記不感領域及び許容誤差領域内に復帰
し、積分値はそれ以上に増大せず、また積分器が
リセツトされれば積分値は零に戻るはずであり、
前記閾値の値をそのような作動系の過渡的作動時
の一時的な積分値の増大を充分に許容する値に設
定しておけば、作動系の過渡的作動時に誤つた故
障信号が発生することが回避される。かかる一時
的積分値の増大を許容する限度は、過渡特性が理
論的には予測できないような単純なモデルに於て
も、これを作動系と組合せて幾つかの作動試験を
行うこそにより容易に求まる。
作動系に定常作動時にもその出力がモデルの出
力に比して前記不感領域と前記許容誤差領域を越
えるような故障が生じたときには、かかる誤差に
基く誤差出力は前記積分器によつて時間の経過と
共に継続的に積分されるので、やがて積分値は前
記閾値を確実に越え、このことが前記故障信号発
生器により感知されて故障信号が発せられる。
モデルの出力に対する作動系の出力の差が前記
不感領域を外れたとき前記誤差出力発生器が発生
する誤差出力が、前記不感領域を外れる度合の増
大に応じて増大するよう構成されていると、該誤
差が大きい程積分器による積分値は時間と共によ
り早く増大するので、より重要な故障はより早く
検出されるという効果が得られる。
［実施例］ 以下に添付の図を参照して、本発明を好ましい
実施例について説明する。
図面に於て、故障検出装置１０は、作動系１２
の故障を検出するためのものである。作動系１２
は、アクチユエータ１４の位置を指令入力信号１
６に基いて設定し且修正するものである。破線１
８により模式的に示されているように、アクチユ
エータは可変面積排気装置２０の一部をなし、ア
クチユエータ１４の作動に伴いノズルフラツプ２
２を所定の要領で動かすことができる。
作動系１２は次の要領で連続的に作動する。現
在のアクチユエータの位置に関する指令入力信号
１６が、アクチユエータ１４の実際の位置を示す
位置フイードバツク信号２６と共に比較器２４に
供給される。比較器２４の出力３０は増幅器２８
により所望のゲインをもつて増幅され、それに基
いて作動信号３２がアクチユエータ１４の位置を
連続的に修正する。これらは周知の技術である。
故障検出装置１０は、作動系１２の指令入力信
号に対する出力の特性を模擬する入力対出力特性
を有する数学的モデル３４を有している。この種
の数学的モデルはそれ自体公知である。数学的モ
デル３４は、作動系１２と同様に、アクチユエー
タ位置指令入力信号１６を入力として受け、アク
チユエータ１４の現在の実際の位置を予測するよ
うな出力３６を発生する。
単純な数学的モデルは、定常状態については極
めて正確な予想をすることができるが、過渡状態
についてはそれほど正確な予想ができないのが普
通である。定常状態とは、位置指令入力信号１６
が時間と共に変化しない状態がある時間以上継続
し、それに対する出力も変化しない状態であり、
また過渡状態とは、位置指令入力信号１６が時間
と共に変化していたり、位置指令入力信号の変化
が終つても出力が未だ安定していない状態であ
る。数学的モデルの複雑さを増すことにより過渡
状態についての予測の正確さを改善することはで
きないことではない。
数学的モデル３４により与えられるアクチユエ
ータ１４の予測位置信号３６及び位置フイードバ
ツク信号２６の両者が比較器３８に送られ、そこ
でこれら両信号間の差が算出され、この差に対応
する誤差信号４０が発生する。誤差信号４０は、
−ａと＋ｂとの間に不感領域を有する誤差出力発
生装置４２に送られる。この不感領域の外側に位
置するような誤差信号は、図示されているような
誤差出力ｅに変換され、この誤差出力ｅを時間に
ついて積分するための積分器４４に供給される。
積分器４４による積分器である積分信号４６は誤
差出力の積分値の現在の値を示すものであつて、
この積分値は、故障信号発生器４８に供給され
る。
故障信号発生器４８は、積分値が図面に於てｆ
で表されている所定の閾値に達した時、故障信号
５０を発生する。この閾値ｆは、作動系１２とモ
デル３４の過渡的作動時に於ける両者の作動特性
の一時的不一致による誤差出力の積分値の増大を
許容するとされ、個々の作動系とモデルの組合せ
について実験的に求められてよい値である。
比較器３８からの誤差信号４０は積分解除器５
２にも供給される。積分解除器５２は、誤差信号
４０が−ｃと＋ｄによつて与えられる許容誤差領
域の内側にあるか外側にあるかを判定する。誤差
信号４０がかかる許容誤差範囲内にある時は、信
号５４が積分器４４に送られ、積分値４４が零に
リセツトされる。許容誤差領域−ｃ〜＋ｄは作動
系６２とモデル３４の正常な定常作動状態に生ず
る両者の作動特性の差を考慮し、また一定時間内
に発生すると予想される作動系の摩耗及び破損に
基く誤差信号の増大を考慮して定められる。
一般的に言えば、数学的モデルの予測は、作動
系の過渡状態に於てのみ不正確となると考えてよ
い。定常状態では、数学的モデルの比較的単純な
ものでも、非常に正確な模擬ができる。積分解除
器５２は誤差が−ｃと＋ｄの間に収まるかどうか
によつて専ら定常状態であるかどうかのみを判断
することとなるので、積分解除器５２は、モデル
が作動系の過渡状態に於てどの程度正確であると
いう問題には本質的に関与しない。一方、誤差出
力発生器４２は、モデルが過渡状態に於ける作動
系の特性を如何に良く模擬できるかに影響され、
模擬の不正確さは積分器４４の出力の大きさとし
て現れる。公知技術による故障検出装置に於て
は、誤つた故障信号の発生を防ぐために故障検知
の閾値を高くするのが普通であつた。従つて公知
技術に基く故障検出装置は、実際に異常である作
動系の挙動のうち、誤差出力の小さいものに対し
ては鈍感であつた。
本発明では、不感領域外の如何なる誤差信号も
積分値の増大を生ずるが、この積分値が、真の故
障によるものではなく、作動系の過渡的作動状態
に於けるモデルの予測の不正確さによるものであ
れば、その後作動系が定常状態に戻ると、積分値
の増大は止まり、また積分解除器５２が積分値を
零にリセツトするので、誤つた故障信号の発生は
生じない。もし誤差が作動系内の真の故障による
ものであれば、誤差信号が定常状態にて正常な値
の範囲内に復帰する見込みは小さい。従つて真の
故障が生じたときには、積分値は増大し続ける。
この状態を検出することにより真の故障が検出さ
れる。
不感領域外の誤差に対し誤差出力発生器４２が
発生する誤差出力を、図に例示する如く、誤差信
号の増大に応じて増大するようにしておけば、誤
差出力の値を積分していくことにより、不感領域
外での大きな誤差については、小さな誤差に比し
て、故障信号が発生されるまで積分値が増大する
に要する時間が短縮される。このことは、故障を
検出するための作動系にとつて好ましい。何故な
らば、不感領域外でも小さな誤差出力は、作動系
１２内の故障或いは故障の前兆でないことがあ
り、そのような小さな誤差出力は、不要な故障警
報を発することなくより長い時間許容され、また
逆により重大な故障はより早く警報されるからで
ある。こうして誤差出力が小さい場合には、作動
系が正常な定常状態の許容範囲内に復帰するかど
うかを見極めるには充分長い時間が与えられる。
また、本発明による故障検出装置では、過渡状
態に於て比較的大きな不正確さを呈する比較的単
純なモデルを、過渡状態での模擬に於ても或る程
度故障を検出できるよう使用することができる。
勿論、作動系の過渡状態に於ける数学的モデル
の模擬の不正確さが過大に大きな場合には、不感
領域の幅をかなり広くすることが好ましいか又は
必要となる。しかし、そのような広い不感領域で
あつても、同様な正確さのモデルについて公知の
故障検出装置を作動させる場合の閾値に比べれ
ば、その誤差許容幅は小さくできる。
以上に於ては本発明を好ましい実施例について
詳細に説明したが、当業者であれば本発明の概念
から逸脱することなく種々の変更を加えて本発明
を実施し得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に基く故障検出装置を表すブロツ
ク図である。 １０……故障検出装置、１２……作動系、１４
……アクチユエータ、１６……指令入力信号、１
８……破線、２０……排気装置、２２……ノズル
フラツプ、２４……比較器、２６……フイードバ
ツク信号、２８……増幅器、３０……出力、３２
……信号、３４……モデル、３６……出力、３８
……比較器、４０……誤差信号、４２……誤差出
力発生装置、４４……積分器、４６……積分信
号、４８……故障信号発生装置、５０……故障信
号、５２……積分解除器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 供給された指令入力信号に応答してそれ自身
    の作動特性に従つて出力を生ずるよう作動する作
    動系の故障を検出する故障検出装置にして、 前記作動系の作動特性を模擬するように供給さ
    れた入力信号に応答して出力を生ずるモデルと、 前記モデルに前記作動系へ供給されている指令
    入力信号に相当する入力信号が供給されていると
    き前記作動系の出力と前記モデルの出力の間に生
    ずる差を表わす誤差信号を生ずる比較器と、 前記誤差信号が予め定められた不感領域外にあ
    るとき零より大きい誤差出力を生ずる誤差出力発
    生器と、 前記誤差出力を時間に対し積分する積分器と、 前記誤差信号が予め定められた許容誤差領域内
    にあるとき前記積分器をリセツトする積分解除器
    と、 前記積分器による積分値が前記作動系と前記モ
    デルの過渡的作動時に於ける両者の作動特性の一
    時的不一致による前記誤差出力の積分値の増大を
    許容する閾値を越えるとき故障信号を発する故障
    信号発生器と、 を有することを特徴とする故障検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の故障検出装置にし
    て、前記誤差出力発生器は前記誤差信号が前記不
    感領域を外れて異る度合が大きいほどより大きい
    値にて前記誤差出力を生ずるよう構成されている
    ことを特徴とする故障検出装置。
JP58102530A 1982-06-07 1983-06-07 制御系の故障を検出する故障検出装置 Granted JPS592111A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US386136 1982-06-07
US06/386,136 US4509110A (en) 1982-06-07 1982-06-07 Method and apparatus for detecting failures in a control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS592111A JPS592111A (ja) 1984-01-07
JPH0425565B2 true JPH0425565B2 (ja) 1992-05-01

Family

ID=23524321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58102530A Granted JPS592111A (ja) 1982-06-07 1983-06-07 制御系の故障を検出する故障検出装置

Country Status (14)

Country Link
US (1) US4509110A (ja)
JP (1) JPS592111A (ja)
KR (1) KR910004925B1 (ja)
BE (1) BE896942A (ja)
DE (1) DE3319983A1 (ja)
DK (1) DK163843C (ja)
FR (1) FR2528191B1 (ja)
GB (1) GB2121562B (ja)
GR (1) GR78808B (ja)
IL (1) IL68844A0 (ja)
IT (1) IT1163440B (ja)
NL (1) NL191393C (ja)
NO (1) NO166106C (ja)
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