スティックスリップ検出装置および検出方法
【課題】スティックスリップの誤検出を高精度で抑制する。
【解決手段】弁軸変位より第１の状態量と第２の状態量とを算出し、第１のスティックスリップ指標算出部１４において、第１の状態量と第２の状態量との比を第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖとして求める。弁軸変位の制御指令値より第３の状態量と第４の状態量とを算出し、第２のスティックスリップ指標算出部２４において、第３の状態量と第４の状態量との比を第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐとして求める。異常判断部３０において、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとし、「ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」を満足した場合に、スティックスリップが発生した判断する。
【解決手段】弁軸変位より第１の状態量と第２の状態量とを算出し、第１のスティックスリップ指標算出部１４において、第１の状態量と第２の状態量との比を第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖとして求める。弁軸変位の制御指令値より第３の状態量と第４の状態量とを算出し、第２のスティックスリップ指標算出部２４において、第３の状態量と第４の状態量との比を第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐとして求める。異常判断部３０において、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとし、「ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」を満足した場合に、スティックスリップが発生した判断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、調節弁やガスガバナなどの接触摺動部を有する装置の動作におけるスティックスリップを検出するスティックスリップ検出装置および検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
調節弁やガスガバナの故障は、接触摺動部におけるスティックスリップの発生を検出することで、診断することが可能である。スティックスリップは、例えば、図８に示すように、ピストン１０１とシリンダ１０２との接触摺動部１０３の状態によって発生するものである。例えば、このスティックスリップは、接触摺動部１０３に異物が混入したときなどに発生する。従って、ピストン１０１の変位を検出し、検出した変位の状態を監視することでスティックスリップを検出できる（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されたスティックスリップ検出について簡単に説明する。この検出技術では、ピストン１０１の変位を検出し、検出した変位より第１の状態量を算出し、また、検出した変位より第２の状態量を算出し、この算出した第１の状態量と第２の状態量との比と正常動作時の変位より得られる第１の状態量と第２の状態量との比とを比較することで、スティックスリップを検出（判断）している。このスティックスリップの検出において、第１の状態量と第２の状態量との比は、スティックスリップ指標と呼ばれている。
【０００４】
例えば、第１の状態量として変位の１階差分値の絶対値の平均を用い、第２の状態量として変位の１階差分値の２乗平均の平方根を用いている。ピストン１０１の変位を離散的に検出する場合、ｉ番目に検出した変位をＸiとすると、各状態量は以下の式（１）および式（２）ように表される（ただし、Ｎは状態量の算出に用いた変位データの数である）。
【０００５】
【数１】
【０００６】
変位の１階差分値の絶対値（｜Ｘi+1−Ｘi｜）の頻度分布は、図９および図１０に示すようになる。図９は、正常時の状態を示し、差分値が大きくなるにつれ発生頻度が緩やかに減少している。一方、スティックスリップが発生している場合、大半の時間は固着状態にあり、時々滑り状態が発生している。このため、１階差分値の頻度は、図１０に示すように、高い頻度で０に近い値を取る一方で（固着状態に対応）、低い頻度ながら比較的大きな値を取ることもある（滑り状態に対応）。このようなスティックスリップが発生している状態では、第１の状態量（１階差分値の絶対値平均）と第２の状態量（１階差分値の２乗平均の平方根）との比が正常時より大きくなるので、２つの状態量の比を監視することでスティックスリップの発生を検出することができる。
【０００７】
この特許文献１に示された技術では、スティックスリップの検出対象の動作が固着状態と滑り状態の２つに分かれていることを、可動部の変位から算出される２つの状態量とこれらの関係から検出する。これは、可動部の変位のみを用いて判断していることになる。このため、可動部の動き（変位）がスティックスリップの状態と同様であれば、スティックスリップが実際には発生していなくてもスティックスリップと誤って判断されることがある。これをスティックスリップの誤検出と呼ぶ。
【０００８】
例えば、ポジショナによる調節弁の弁軸位置の制御において、弁軸変位の制御指令値（設定開度）が大きく変更される場合、制御指令値が変更されるときの弁軸（可動部）の変位の挙動は、スティックスリップの状態と同様となる場合がある。
【０００９】
図１１（ａ）に示すような、２つの値が交互に取られ、時系列信号が矩形波となっている変位に対する制御指令値が与えられると、これに対応し、調節弁の弁軸変位の応答は、図１１（ｂ）に示すような時系列信号の変位測定値として測定される。このような変位測定値の１階差分値は、図１１（ｃ）に示すようになる。この場合、図１１（ｃ）に示されるように、１階差分値は大半の時間は０に近い値を取るが、制御指令値が変わった直後のみ大きな値を取る。
【００１０】
この挙動は、大半の時間は固着状態にあり、時々滑り状態となって速い動きをするというスティックスリップ現象の挙動と同様である。この結果、特許文献１に示された技術では、図１１（ａ）に示すような制御を行っているときに、スティックスリップが発生しているものとして誤検知を起こしてしまう。このような誤検知は、弁の動作速度が速い場合に起きやすく、小型の弁で特に問題となる。
【００１１】
そこで、本出願人は、スティックスリップの誤検出を抑制する方法として、特許文献２に示されるような技術を提案した。この特許文献２に示された技術では、変位だけではなく制御指令値からもスティックスリップ指標を算出し、変位から算出したスティックスリップ指標を第１のスティックスリップ指標、制御指令値から算出したスティックスリップ指標を第２のスティックスリップ指標とし、第２のスティックスリップ指標が第１のスティックスリップ指標よりも大きい場合にはスティックスリップの検出対象から外す。
【００１２】
すなわち、スティックスリップが発生していると判断される動作を行わせる制御指令が与えられた場合、正常な動作をする可動部の変位は、制御指令値よりも滑らかな挙動となる。このような場合、制御指令値より算出される第２のスティックスリップ指標は、可動部の変位より算出される第１のスティックスリップ指標よりも大きくなる。したがって、第２のスティックスリップ指標が第１のスティックスリップ指標よりも大きくなった場合にスティックスリップの検出対象から外すことにより、スティックスリップの誤検出を抑制することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３２５４６２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−８０７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２に示された技術は完全なものとは言えず、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することができるとは言い難かった。
【００１５】
図１２（ａ），（ｂ）にスティックスリップの誤検出を抑制できた場合の制御指令値の変化と抑制できなかった場合の制御指令値の変化を対比して示す。図１２（ａ），（ｂ）ともに、実際にスティックスリップは起きていない状態であり、図１２（ａ）はスティックスリップの誤検出を抑制できた例、図１２（ｂ）はスティックスリップの誤検出を抑制できなかった例である。
【００１６】
この例において、変位から算出した第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、制御指令値から算出した第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖの正常／異常を判断するための閾値をＴｈとする。なお、この例において、閾値ＴｈはＴｈ＝１０として定められているものとする。
【００１７】
図１２（ａ），（ｂ）ともに弁の動きがスティックスリップのように「静止」と「急激な開度変化」とを繰り返しており、図１２（ａ）では、ＳＳｐｖ＝１６．００、ＳＳｓｐ＝１６．９７として算出され、図１２（ｂ）では、ＳＳｐｖ＝１０．３２、ＳＳｓｐ＝１０．２６として算出されている。
【００１８】
図１２（ａ）において、ＳＳｐｖは１６．００であり、閾値Ｔｈ＝１０を超えているので（ＳＳｐｖ＞Ｔｈ）、特許文献１に示された技術ではスティックスリップの発生として検出される。しかし、ＳＳｓｐは１６．９７で、ＳＳｐｖ＝１６．００以上である（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）。このため、特許文献２に示された技術によって、スティックスリップの検出対象から外される。したがって、図１２（ａ）に示された例では、スティックスリップの誤検出が抑制されることになる。
【００１９】
図１２（ｂ）において、ＳＳｐｖは１０．３２であり、閾値Ｔｈ＝１０を超えているので（ＳＳｐｖ＞Ｔｈ）、特許文献１に示された技術ではスティックスリップの発生として検出される。この場合、ＳＳｓｐは１０．２６で、ＳＳｐｖ＝１０．３２よりも小さい（ＳＳｓｐ＜ＳＳｐｖ）。このため、特許文献２に示された技術によって、スティックスリップの検出対象から外されることはない。したがって、図１２（ｂ）に示された例では、スティックスリップの誤検出が生じる。
【００２０】
このように、特許文献２に示された技術では、スティックスリップの誤検出が生じることがあり、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することができるとは言えなかった。
【００２１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することが可能なスティックスリップ検出装置および検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような目的を達成するために本発明は、接触摺動部を有する可動部の変位を検出する変位検出手段と、変位より第１の状態量を算出する第１の状態量算出手段と、変位より第２の状態量を算出する第２の状態量算出手段と、第１の状態量と第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出する第１のスティックスリップ指標算出手段と、可動部の変位を制御する制御指令値を受信する制御指令受信手段と、制御指令値より第３の状態量を算出する第３の状態量算出手段と、制御指令値より第４の状態量を算出する第４の状態量算出手段と、第３の状態量と第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出する第２のスティックスリップ指標算出手段と、第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（３）式で示される条件式を満足した場合に、可動部の異常と判断する異常判断手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（３）
但し、（３）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【００２４】
この発明によれば、上記（３）式を満たした時にのみ、スティックスリップの発生として検出される。この（３）式において、α，βを調整すれば、スティックスリップの検出範囲が調整される。これにより、α，βを調整パラメータとして、スティックスリップの検出範囲を実績に基づいて高精度でチューニングし、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制させるようにすることが可能となる。
【００２５】
本発明では、α，βを調整パラメータとして導入する。この場合、例えば、１つの方式として、第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するようにし、この学習した第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて第１の定数αおよび第２の定数βを定め、この定めた第１の定数αおよび第２の定数βを上記（３）式に対して設定するようにすることが考えられる。
【００２６】
また、別の方式として、第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するようにし、この学習した第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として第１の定数αおよび第２の定数βを定め、この定めた第１の定数αおよび第２の定数βを上記（３）式に対して設定するようにすることが考えられる。
【００２７】
なお、本発明は、スティックスリップ検出装置としてではなく、スティックスリップ検出方法としても実現することが可能である。請求項４〜６に係る発明は、請求項１〜３のスティックスリップ検出装置に係る発明を方法としたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、上記（３）式で示される条件式を満足した場合に、可動部の異常と判断させるようにしたので、α，βを調整パラメータとし、スティックスリップの検出範囲を実績に基づいて高精度でチューニングし、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制させるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るスティックスリップ検出装置の一実施の形態の要部を示す図である。
【図２】与えられた制御指令値と変位信号との関係を示す図である。
【図３】与えられた制御指令値と変位信号との関係を示す図である。
【図４】正常な状態でのスティックスリップ指標をプロットしてアラーム発報の境界線となる直線Ｘの傾きαおよび切片βを求める例を示す図である。
【図５】正常な状態でのスティックスリップ指標と異常な状態でのスティックスリップ指標をプロットしてアラーム発報の境界線となる直線Ｘの傾きαおよび切片βを求める例を示す図である。
【図６】ある機種のコントロールバルブに対して様々な条件でスティックスリップ指標を計算した結果をプロットした例を示す図である。
【図７】誤検出抑制を重視した場合のアラーム発報の境界線とされる直線Ｘ１と異常見逃し抑制を重視した場合のアラーム発報の境界線とされる直線Ｘ２を例示する図である。
【図８】接触摺動部分を有する装置の構成を示す図である。
【図９】往復摺動している部位より得られる変位信号の１階差分値の発生頻度分布を示すヒストグラム（スティックスリップが発生していない場合）である。
【図１０】往復摺動している部位より得られる変位信号の１階差分値の発生頻度分布を示すヒストグラム（スティックスリップが発生している場合）である。
【図１１】制御指令値と変位検出値と変位検出値の１階差分値との変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】スティックスリップの誤検出を抑制できた場合の制御指令値の変化と抑制できなかった場合の制御指令値の変化を対比して示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１はこの発明に係るスティックスリップ検出装置の一実施の形態の要部を示す図である。このスティックスリップ検出装置は、接触摺動部を有する可動部の変位をもとに異常を診断する診断部１０と、可動部の変位を制御する制御指令値をもとに診断部１０の動作を停止する診断動作制御部２０とを備えている。
【００３２】
なお、この実施の形態において、接触摺動部を有する可動部の変位はポジショナによって弁開度が制御される調節弁の弁軸変位とし、可動部の変位を制御する制御指令値はポジショナへの弁軸変位の制御指令値とする。
【００３３】
診断部１０は、変位検出部１１，第１の状態量算出部１２，第２の状態量算出部１３，第１のスティックスリップ指標算出部１４，閾値記憶部１５および異常診断部１６を備えている。
【００３４】
変位検出部１１は、弁軸変位を検出し、例えば、デジタル信号の変位信号を出力する。第１の状態量算出部１２は、変位検出部１１からの変位信号より第１の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する。第２の状態量算出部１３は、変位検出部１１からの変位信号より第２の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する。
【００３５】
第１のスティックスリップ指標算出部１４は、第１の状態量算出部１２によって算出された第１の状態量と第２の状態量算出部１３によって算出された第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖとして算出する。
【００３６】
閾値記憶部１４には、第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖの正常／異常を判断するための閾値Ｔｈが格納されている。異常診断部１６は、第１のスティックスリップ指標算出部１４によって算出された第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖと閾値記憶部１４に格納されている閾値Ｔｈとを比較し、ＳＳｐｖ＞Ｔｈであった場合に、スティックスリップが発生したものと判断する。
【００３７】
一方、診断動作制御部２０は、制御指令受信部２１，第３の状態量算出部２２，第４の状態量算出部２３，第２のスティックスリップ指標算出部２４および動作制御部２５を備えている。
【００３８】
制御指令受信部２１は、ポジショナへの弁軸変位の制御指令値を受信する。第３の状態量算出部２２は、指令値受信部２１が受信した制御指令値より、第３の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する。これは、検出された変位信号より第１の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する第１の状態量算出部１２と同様の動作である。
【００３９】
第４の状態量算出部２３は、制御指令受信部２１が受信した制御指令値より、第４の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する。これは、検出された変位信号より第２の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する第２の状態量算出部１３と同様の動作である。
【００４０】
第２のスティックスリップ指標算出部２４は、第３の状態量算出部２２によって算出された第３の状態量と第４の状態量算出部２３によって算出された第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐとして算出する。
【００４１】
動作制御部２５は、診断部１０における第１のスティックスリップ指標算出部２４からの第１のスティックスリップＳＳｐｖと第２のスティックスリップ指標算出部２４からの第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐを入力とし、ＳＳｐｖ≦α・ＳＳｓｐ＋βである場合に、診断部１０における異常診断部１６の判断動作を停止させる。なお、αは第１の定数、βは第２の定数であり、後述する学習処理によって定められている。
【００４２】
この実施の形態では、診断部１０における異常診断部１６と診断動作制御部２０における動作制御部２５とによって本発明でいう異常判断手段に対応する異常判断部３０が構成されている。この異常判断部３０は、異常診断部１６と動作制御部２５との動作の組み合わせによって、「ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」なる条件式を満足した場合に、スティックスリップが発生したものと判断する。
【００４３】
このスティックスリップ検出装置において、図２に点線Ｉで示すような変位の制御指令値が与えられる場合について考える。このような制御指令値に対して弁軸が正常に動作すれば、変位検出部１１で検出されて出力される変位信号も、同様の状態となり、異常診断部１６では、スティックスリップが発生したものとは判断されない。また、このような制御指令値をもとに第３の状態量および第４の状態量を算出すれば、このような場合、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖは、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐよりも大きいものとなる（ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐ）。
【００４４】
一方、スティックスリップが発生している場合、変位検出部１１で検出されて出力される変位信号は、図２に実線IIで示されるような階段状のものとなる。このような変位信号が検出されると、異常診断部１６では、スティックスリップが発生しているものと判断する。この場合も、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖは、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐよりも大きいものとなる（ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐ）。
【００４５】
以上の場合に対し、図３に点線IIIで示されるような変位の制御指令値が与えられる場合について考える。このような制御指令値が与えられると、弁軸が正常に動作しても、変位検出部１１で検出される変位信号は、図３に実線IVで示されるものとなる。このような状態では、異常診断部１６では、スティックスリップが発生しているものと判断してしまう。ここで、制御指令値をもとに第３の状態量および第４の状態量を算出すれば、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐは、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖ以上となる（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）。
【００４６】
従って、制御指令値による第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐが変位による第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖ以上となったことを検出した場合（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）に異常診断部１６の判断動作を停止することで、換言すればＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐである場合にのみ異常診断部１６の判断動作を許可することにより、スティックスリップの誤判断が抑制できるようになる。
【００４７】
しかし、ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐとしただけでは、特許文献２に示された技術と同じであり、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することはできない。そこで、本実施の形態では、α，βを調整パラメータとして導入し、異常判断部３０において、ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋βである場合にのみ、異常診断部１６の判断動作を許可するようにする。これは、動作制御部２５が、ＳＳｐｖ≦α・ＳＳｓｐ＋βである場合に、診断部１０における異常診断部１６の判断動作を停止させることによって実現される。
【００４８】
この場合、異常判断部３０において、下記（４）式で示されるなる条件式を満足した場合に、スティックスリップが発生したものと判断される。なお、この条件式において、α＝１，β＝０にすると、特許文献２と同じとなる。このため、本発明において、α＝１，β＝０の場合は除くものとした。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（４）
【００４９】
〔学習処理（学習によるαとβの調整）〕
調整パラメータであるα，βを求めるためには、工場出荷時の検査運転中、あるいはプロセス制御中に、次のような学習処理を行う
【００５０】
(１)スティックスリップの起きていない正常な状態で、変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖ、制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐを算出する。
(２)図４に示すスティックスリップ指標平面上に、（１）で算出した変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖと制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐとをプロットする。図４中、○印は、スティックスリップ指標のプロット点である。
(３)(２)でプロットされた状態を誤検出しないように、アラーム発報の境界線とされる直線Ｘの傾きαと切片βを定める。
(４)このようにして定めたα，βを上記（４）式に設定する。
【００５１】
ここで、直線Ｘの傾きαと切片βを定める方法としては、幾つかのバリエーションが考えられる。例えば、βを０に固定し、αのみを誤検出率が零になるまで大きくしてもよいし、逆にαを固定し、βを誤検出率が零になるまで大きくしてもよい。
【００５２】
なお、実際にスティックスリップが起きているときのデータが入手できれば、誤検出率をなるべく低く抑えつつ、同時に検出率（正解率）を高めるような学習も可能となる。例えば、線形判別分析などによってαとβを定めればよい。また、サポートベクターマシンのような非線形判別の手法を適用してもよい。図５にその模式図を示す。
【００５３】
図５では、制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐと変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖがともに閾値Ｔｈとなる点を支点に直線Ｘの傾きを変えて、スティックスリップの検出範囲（アラーム発報領域）を調整している。なお、図５において、○印は正常な状態でのスティックスリップ指標のプロット点であり、×印は異常な状態でのスティックスリップ指標のプロット点である。
【００５４】
図６はある機種のコントロールバルブに対して、様々な条件でスティックスリップ指標を計算した結果をプロットしたものである。「異常（●印）」はスティックスリップが起こる力をバルブステムに加えた場合のデータである。「正常（○印）」ではバルブステムに力をかけておらず、スティックスリップは起こっていない。
【００５５】
図６の例では、制御指令値が大きい場合に、正常と異常とが混在している。ここで、誤検出抑制を重視するならば、例えば図７に実線の直線Ｘ１で示すように、上記（４）式中の「ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」において、αを１、βをＳＳｐｖ−１０と置けばよい。すなわち、「ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」を「１０＞ＳＳｓｐ」とすればよい。なお、この場合、異常であるのに検出できないリスクは残る。また、異常見逃し抑制を重視するならば、図７中に点線の直線Ｘ２で示すように、傾きαを小さくし、閾値Ｔｈの直線に近づけるようにすればよい。なお、この場合、正常を異常と誤検出するリスクはある。
【００５６】
なお、上述した実施の形態では、第１の状態量および第３の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出し、第２の状態量および第４の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出したが、これに限られるものではない。例えば、第１の状態量および第３の状態量として１階差分値の２乗平均を算出し、第２の状態量および第４の状態量として２階差分値の２乗平均を算出するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述したスティックスリップ検出は、検出された変位をコンピュータで処理することでスティックスリップを検出するようにしてもよい。例えば、コンピュータを構成するＣＰＵがバスを介して接続されているメモリに展開されているプログラムにより動作することで、得られた変位信号を処理して診断結果を出力し、また、得られた制御指令値より診断結果を得る処理を停止してもよい。
【００５８】
ここで、上記プログラムは、前述した各実施の形態で説明したスティックスリップ検出の処理を、ＣＰＵ（コンピュータ）に行わせるものである。また、メモリに展開されているプログラムは、バスを介して外部接続される外部記憶装置に格納されているものを取り込んで展開すればよい。外部記憶装置としては、例えば、磁気ディスク記憶装置などがある。
【００５９】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術的範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…診断部、１１…変位検出部、１２…第１の状態量算出部、１３…第２の状態量算出部、１４…第１のスティックスリップ指標算出部、１５…閾値記憶部、１６…異常診断部、２０…診断動作制御部、２１…制御指令受信部、２２…第３の状態量算出部、２３…第４の状態量算出部、２４…第２のスティックスリップ指標算出部、２５…動作制御部、３０…異常判断部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、調節弁やガスガバナなどの接触摺動部を有する装置の動作におけるスティックスリップを検出するスティックスリップ検出装置および検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
調節弁やガスガバナの故障は、接触摺動部におけるスティックスリップの発生を検出することで、診断することが可能である。スティックスリップは、例えば、図８に示すように、ピストン１０１とシリンダ１０２との接触摺動部１０３の状態によって発生するものである。例えば、このスティックスリップは、接触摺動部１０３に異物が混入したときなどに発生する。従って、ピストン１０１の変位を検出し、検出した変位の状態を監視することでスティックスリップを検出できる（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されたスティックスリップ検出について簡単に説明する。この検出技術では、ピストン１０１の変位を検出し、検出した変位より第１の状態量を算出し、また、検出した変位より第２の状態量を算出し、この算出した第１の状態量と第２の状態量との比と正常動作時の変位より得られる第１の状態量と第２の状態量との比とを比較することで、スティックスリップを検出（判断）している。このスティックスリップの検出において、第１の状態量と第２の状態量との比は、スティックスリップ指標と呼ばれている。
【０００４】
例えば、第１の状態量として変位の１階差分値の絶対値の平均を用い、第２の状態量として変位の１階差分値の２乗平均の平方根を用いている。ピストン１０１の変位を離散的に検出する場合、ｉ番目に検出した変位をＸiとすると、各状態量は以下の式（１）および式（２）ように表される（ただし、Ｎは状態量の算出に用いた変位データの数である）。
【０００５】
【数１】
【０００６】
変位の１階差分値の絶対値（｜Ｘi+1−Ｘi｜）の頻度分布は、図９および図１０に示すようになる。図９は、正常時の状態を示し、差分値が大きくなるにつれ発生頻度が緩やかに減少している。一方、スティックスリップが発生している場合、大半の時間は固着状態にあり、時々滑り状態が発生している。このため、１階差分値の頻度は、図１０に示すように、高い頻度で０に近い値を取る一方で（固着状態に対応）、低い頻度ながら比較的大きな値を取ることもある（滑り状態に対応）。このようなスティックスリップが発生している状態では、第１の状態量（１階差分値の絶対値平均）と第２の状態量（１階差分値の２乗平均の平方根）との比が正常時より大きくなるので、２つの状態量の比を監視することでスティックスリップの発生を検出することができる。
【０００７】
この特許文献１に示された技術では、スティックスリップの検出対象の動作が固着状態と滑り状態の２つに分かれていることを、可動部の変位から算出される２つの状態量とこれらの関係から検出する。これは、可動部の変位のみを用いて判断していることになる。このため、可動部の動き（変位）がスティックスリップの状態と同様であれば、スティックスリップが実際には発生していなくてもスティックスリップと誤って判断されることがある。これをスティックスリップの誤検出と呼ぶ。
【０００８】
例えば、ポジショナによる調節弁の弁軸位置の制御において、弁軸変位の制御指令値（設定開度）が大きく変更される場合、制御指令値が変更されるときの弁軸（可動部）の変位の挙動は、スティックスリップの状態と同様となる場合がある。
【０００９】
図１１（ａ）に示すような、２つの値が交互に取られ、時系列信号が矩形波となっている変位に対する制御指令値が与えられると、これに対応し、調節弁の弁軸変位の応答は、図１１（ｂ）に示すような時系列信号の変位測定値として測定される。このような変位測定値の１階差分値は、図１１（ｃ）に示すようになる。この場合、図１１（ｃ）に示されるように、１階差分値は大半の時間は０に近い値を取るが、制御指令値が変わった直後のみ大きな値を取る。
【００１０】
この挙動は、大半の時間は固着状態にあり、時々滑り状態となって速い動きをするというスティックスリップ現象の挙動と同様である。この結果、特許文献１に示された技術では、図１１（ａ）に示すような制御を行っているときに、スティックスリップが発生しているものとして誤検知を起こしてしまう。このような誤検知は、弁の動作速度が速い場合に起きやすく、小型の弁で特に問題となる。
【００１１】
そこで、本出願人は、スティックスリップの誤検出を抑制する方法として、特許文献２に示されるような技術を提案した。この特許文献２に示された技術では、変位だけではなく制御指令値からもスティックスリップ指標を算出し、変位から算出したスティックスリップ指標を第１のスティックスリップ指標、制御指令値から算出したスティックスリップ指標を第２のスティックスリップ指標とし、第２のスティックスリップ指標が第１のスティックスリップ指標よりも大きい場合にはスティックスリップの検出対象から外す。
【００１２】
すなわち、スティックスリップが発生していると判断される動作を行わせる制御指令が与えられた場合、正常な動作をする可動部の変位は、制御指令値よりも滑らかな挙動となる。このような場合、制御指令値より算出される第２のスティックスリップ指標は、可動部の変位より算出される第１のスティックスリップ指標よりも大きくなる。したがって、第２のスティックスリップ指標が第１のスティックスリップ指標よりも大きくなった場合にスティックスリップの検出対象から外すことにより、スティックスリップの誤検出を抑制することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３２５４６２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−８０７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２に示された技術は完全なものとは言えず、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することができるとは言い難かった。
【００１５】
図１２（ａ），（ｂ）にスティックスリップの誤検出を抑制できた場合の制御指令値の変化と抑制できなかった場合の制御指令値の変化を対比して示す。図１２（ａ），（ｂ）ともに、実際にスティックスリップは起きていない状態であり、図１２（ａ）はスティックスリップの誤検出を抑制できた例、図１２（ｂ）はスティックスリップの誤検出を抑制できなかった例である。
【００１６】
この例において、変位から算出した第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、制御指令値から算出した第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖの正常／異常を判断するための閾値をＴｈとする。なお、この例において、閾値ＴｈはＴｈ＝１０として定められているものとする。
【００１７】
図１２（ａ），（ｂ）ともに弁の動きがスティックスリップのように「静止」と「急激な開度変化」とを繰り返しており、図１２（ａ）では、ＳＳｐｖ＝１６．００、ＳＳｓｐ＝１６．９７として算出され、図１２（ｂ）では、ＳＳｐｖ＝１０．３２、ＳＳｓｐ＝１０．２６として算出されている。
【００１８】
図１２（ａ）において、ＳＳｐｖは１６．００であり、閾値Ｔｈ＝１０を超えているので（ＳＳｐｖ＞Ｔｈ）、特許文献１に示された技術ではスティックスリップの発生として検出される。しかし、ＳＳｓｐは１６．９７で、ＳＳｐｖ＝１６．００以上である（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）。このため、特許文献２に示された技術によって、スティックスリップの検出対象から外される。したがって、図１２（ａ）に示された例では、スティックスリップの誤検出が抑制されることになる。
【００１９】
図１２（ｂ）において、ＳＳｐｖは１０．３２であり、閾値Ｔｈ＝１０を超えているので（ＳＳｐｖ＞Ｔｈ）、特許文献１に示された技術ではスティックスリップの発生として検出される。この場合、ＳＳｓｐは１０．２６で、ＳＳｐｖ＝１０．３２よりも小さい（ＳＳｓｐ＜ＳＳｐｖ）。このため、特許文献２に示された技術によって、スティックスリップの検出対象から外されることはない。したがって、図１２（ｂ）に示された例では、スティックスリップの誤検出が生じる。
【００２０】
このように、特許文献２に示された技術では、スティックスリップの誤検出が生じることがあり、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することができるとは言えなかった。
【００２１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することが可能なスティックスリップ検出装置および検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような目的を達成するために本発明は、接触摺動部を有する可動部の変位を検出する変位検出手段と、変位より第１の状態量を算出する第１の状態量算出手段と、変位より第２の状態量を算出する第２の状態量算出手段と、第１の状態量と第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出する第１のスティックスリップ指標算出手段と、可動部の変位を制御する制御指令値を受信する制御指令受信手段と、制御指令値より第３の状態量を算出する第３の状態量算出手段と、制御指令値より第４の状態量を算出する第４の状態量算出手段と、第３の状態量と第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出する第２のスティックスリップ指標算出手段と、第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（３）式で示される条件式を満足した場合に、可動部の異常と判断する異常判断手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（３）
但し、（３）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【００２４】
この発明によれば、上記（３）式を満たした時にのみ、スティックスリップの発生として検出される。この（３）式において、α，βを調整すれば、スティックスリップの検出範囲が調整される。これにより、α，βを調整パラメータとして、スティックスリップの検出範囲を実績に基づいて高精度でチューニングし、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制させるようにすることが可能となる。
【００２５】
本発明では、α，βを調整パラメータとして導入する。この場合、例えば、１つの方式として、第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するようにし、この学習した第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて第１の定数αおよび第２の定数βを定め、この定めた第１の定数αおよび第２の定数βを上記（３）式に対して設定するようにすることが考えられる。
【００２６】
また、別の方式として、第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するようにし、この学習した第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として第１の定数αおよび第２の定数βを定め、この定めた第１の定数αおよび第２の定数βを上記（３）式に対して設定するようにすることが考えられる。
【００２７】
なお、本発明は、スティックスリップ検出装置としてではなく、スティックスリップ検出方法としても実現することが可能である。請求項４〜６に係る発明は、請求項１〜３のスティックスリップ検出装置に係る発明を方法としたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、上記（３）式で示される条件式を満足した場合に、可動部の異常と判断させるようにしたので、α，βを調整パラメータとし、スティックスリップの検出範囲を実績に基づいて高精度でチューニングし、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制させるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るスティックスリップ検出装置の一実施の形態の要部を示す図である。
【図２】与えられた制御指令値と変位信号との関係を示す図である。
【図３】与えられた制御指令値と変位信号との関係を示す図である。
【図４】正常な状態でのスティックスリップ指標をプロットしてアラーム発報の境界線となる直線Ｘの傾きαおよび切片βを求める例を示す図である。
【図５】正常な状態でのスティックスリップ指標と異常な状態でのスティックスリップ指標をプロットしてアラーム発報の境界線となる直線Ｘの傾きαおよび切片βを求める例を示す図である。
【図６】ある機種のコントロールバルブに対して様々な条件でスティックスリップ指標を計算した結果をプロットした例を示す図である。
【図７】誤検出抑制を重視した場合のアラーム発報の境界線とされる直線Ｘ１と異常見逃し抑制を重視した場合のアラーム発報の境界線とされる直線Ｘ２を例示する図である。
【図８】接触摺動部分を有する装置の構成を示す図である。
【図９】往復摺動している部位より得られる変位信号の１階差分値の発生頻度分布を示すヒストグラム（スティックスリップが発生していない場合）である。
【図１０】往復摺動している部位より得られる変位信号の１階差分値の発生頻度分布を示すヒストグラム（スティックスリップが発生している場合）である。
【図１１】制御指令値と変位検出値と変位検出値の１階差分値との変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】スティックスリップの誤検出を抑制できた場合の制御指令値の変化と抑制できなかった場合の制御指令値の変化を対比して示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１はこの発明に係るスティックスリップ検出装置の一実施の形態の要部を示す図である。このスティックスリップ検出装置は、接触摺動部を有する可動部の変位をもとに異常を診断する診断部１０と、可動部の変位を制御する制御指令値をもとに診断部１０の動作を停止する診断動作制御部２０とを備えている。
【００３２】
なお、この実施の形態において、接触摺動部を有する可動部の変位はポジショナによって弁開度が制御される調節弁の弁軸変位とし、可動部の変位を制御する制御指令値はポジショナへの弁軸変位の制御指令値とする。
【００３３】
診断部１０は、変位検出部１１，第１の状態量算出部１２，第２の状態量算出部１３，第１のスティックスリップ指標算出部１４，閾値記憶部１５および異常診断部１６を備えている。
【００３４】
変位検出部１１は、弁軸変位を検出し、例えば、デジタル信号の変位信号を出力する。第１の状態量算出部１２は、変位検出部１１からの変位信号より第１の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する。第２の状態量算出部１３は、変位検出部１１からの変位信号より第２の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する。
【００３５】
第１のスティックスリップ指標算出部１４は、第１の状態量算出部１２によって算出された第１の状態量と第２の状態量算出部１３によって算出された第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖとして算出する。
【００３６】
閾値記憶部１４には、第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖの正常／異常を判断するための閾値Ｔｈが格納されている。異常診断部１６は、第１のスティックスリップ指標算出部１４によって算出された第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖと閾値記憶部１４に格納されている閾値Ｔｈとを比較し、ＳＳｐｖ＞Ｔｈであった場合に、スティックスリップが発生したものと判断する。
【００３７】
一方、診断動作制御部２０は、制御指令受信部２１，第３の状態量算出部２２，第４の状態量算出部２３，第２のスティックスリップ指標算出部２４および動作制御部２５を備えている。
【００３８】
制御指令受信部２１は、ポジショナへの弁軸変位の制御指令値を受信する。第３の状態量算出部２２は、指令値受信部２１が受信した制御指令値より、第３の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する。これは、検出された変位信号より第１の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出する第１の状態量算出部１２と同様の動作である。
【００３９】
第４の状態量算出部２３は、制御指令受信部２１が受信した制御指令値より、第４の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する。これは、検出された変位信号より第２の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出する第２の状態量算出部１３と同様の動作である。
【００４０】
第２のスティックスリップ指標算出部２４は、第３の状態量算出部２２によって算出された第３の状態量と第４の状態量算出部２３によって算出された第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐとして算出する。
【００４１】
動作制御部２５は、診断部１０における第１のスティックスリップ指標算出部２４からの第１のスティックスリップＳＳｐｖと第２のスティックスリップ指標算出部２４からの第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐを入力とし、ＳＳｐｖ≦α・ＳＳｓｐ＋βである場合に、診断部１０における異常診断部１６の判断動作を停止させる。なお、αは第１の定数、βは第２の定数であり、後述する学習処理によって定められている。
【００４２】
この実施の形態では、診断部１０における異常診断部１６と診断動作制御部２０における動作制御部２５とによって本発明でいう異常判断手段に対応する異常判断部３０が構成されている。この異常判断部３０は、異常診断部１６と動作制御部２５との動作の組み合わせによって、「ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」なる条件式を満足した場合に、スティックスリップが発生したものと判断する。
【００４３】
このスティックスリップ検出装置において、図２に点線Ｉで示すような変位の制御指令値が与えられる場合について考える。このような制御指令値に対して弁軸が正常に動作すれば、変位検出部１１で検出されて出力される変位信号も、同様の状態となり、異常診断部１６では、スティックスリップが発生したものとは判断されない。また、このような制御指令値をもとに第３の状態量および第４の状態量を算出すれば、このような場合、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖは、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐよりも大きいものとなる（ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐ）。
【００４４】
一方、スティックスリップが発生している場合、変位検出部１１で検出されて出力される変位信号は、図２に実線IIで示されるような階段状のものとなる。このような変位信号が検出されると、異常診断部１６では、スティックスリップが発生しているものと判断する。この場合も、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖは、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐよりも大きいものとなる（ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐ）。
【００４５】
以上の場合に対し、図３に点線IIIで示されるような変位の制御指令値が与えられる場合について考える。このような制御指令値が与えられると、弁軸が正常に動作しても、変位検出部１１で検出される変位信号は、図３に実線IVで示されるものとなる。このような状態では、異常診断部１６では、スティックスリップが発生しているものと判断してしまう。ここで、制御指令値をもとに第３の状態量および第４の状態量を算出すれば、第３の状態量と第４の状態量との比を示す第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐは、第１の状態量と第２の状態量との比を示す第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖ以上となる（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）。
【００４６】
従って、制御指令値による第２のスティックスリップ指標ＳＳｓｐが変位による第１のスティックスリップ指標ＳＳｐｖ以上となったことを検出した場合（ＳＳｓｐ≧ＳＳｐｖ）に異常診断部１６の判断動作を停止することで、換言すればＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐである場合にのみ異常診断部１６の判断動作を許可することにより、スティックスリップの誤判断が抑制できるようになる。
【００４７】
しかし、ＳＳｐｖ＞ＳＳｓｐとしただけでは、特許文献２に示された技術と同じであり、スティックスリップの誤検出を高精度で抑制することはできない。そこで、本実施の形態では、α，βを調整パラメータとして導入し、異常判断部３０において、ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋βである場合にのみ、異常診断部１６の判断動作を許可するようにする。これは、動作制御部２５が、ＳＳｐｖ≦α・ＳＳｓｐ＋βである場合に、診断部１０における異常診断部１６の判断動作を停止させることによって実現される。
【００４８】
この場合、異常判断部３０において、下記（４）式で示されるなる条件式を満足した場合に、スティックスリップが発生したものと判断される。なお、この条件式において、α＝１，β＝０にすると、特許文献２と同じとなる。このため、本発明において、α＝１，β＝０の場合は除くものとした。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（４）
【００４９】
〔学習処理（学習によるαとβの調整）〕
調整パラメータであるα，βを求めるためには、工場出荷時の検査運転中、あるいはプロセス制御中に、次のような学習処理を行う
【００５０】
(１)スティックスリップの起きていない正常な状態で、変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖ、制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐを算出する。
(２)図４に示すスティックスリップ指標平面上に、（１）で算出した変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖと制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐとをプロットする。図４中、○印は、スティックスリップ指標のプロット点である。
(３)(２)でプロットされた状態を誤検出しないように、アラーム発報の境界線とされる直線Ｘの傾きαと切片βを定める。
(４)このようにして定めたα，βを上記（４）式に設定する。
【００５１】
ここで、直線Ｘの傾きαと切片βを定める方法としては、幾つかのバリエーションが考えられる。例えば、βを０に固定し、αのみを誤検出率が零になるまで大きくしてもよいし、逆にαを固定し、βを誤検出率が零になるまで大きくしてもよい。
【００５２】
なお、実際にスティックスリップが起きているときのデータが入手できれば、誤検出率をなるべく低く抑えつつ、同時に検出率（正解率）を高めるような学習も可能となる。例えば、線形判別分析などによってαとβを定めればよい。また、サポートベクターマシンのような非線形判別の手法を適用してもよい。図５にその模式図を示す。
【００５３】
図５では、制御指令値によるスティックスリップ指標ＳＳｓｐと変位によるスティックスリップ指標ＳＳｐｖがともに閾値Ｔｈとなる点を支点に直線Ｘの傾きを変えて、スティックスリップの検出範囲（アラーム発報領域）を調整している。なお、図５において、○印は正常な状態でのスティックスリップ指標のプロット点であり、×印は異常な状態でのスティックスリップ指標のプロット点である。
【００５４】
図６はある機種のコントロールバルブに対して、様々な条件でスティックスリップ指標を計算した結果をプロットしたものである。「異常（●印）」はスティックスリップが起こる力をバルブステムに加えた場合のデータである。「正常（○印）」ではバルブステムに力をかけておらず、スティックスリップは起こっていない。
【００５５】
図６の例では、制御指令値が大きい場合に、正常と異常とが混在している。ここで、誤検出抑制を重視するならば、例えば図７に実線の直線Ｘ１で示すように、上記（４）式中の「ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」において、αを１、βをＳＳｐｖ−１０と置けばよい。すなわち、「ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β」を「１０＞ＳＳｓｐ」とすればよい。なお、この場合、異常であるのに検出できないリスクは残る。また、異常見逃し抑制を重視するならば、図７中に点線の直線Ｘ２で示すように、傾きαを小さくし、閾値Ｔｈの直線に近づけるようにすればよい。なお、この場合、正常を異常と誤検出するリスクはある。
【００５６】
なお、上述した実施の形態では、第１の状態量および第３の状態量として１階差分値の絶対値の平均を算出し、第２の状態量および第４の状態量として１階差分値の２乗平均の平方根を算出したが、これに限られるものではない。例えば、第１の状態量および第３の状態量として１階差分値の２乗平均を算出し、第２の状態量および第４の状態量として２階差分値の２乗平均を算出するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述したスティックスリップ検出は、検出された変位をコンピュータで処理することでスティックスリップを検出するようにしてもよい。例えば、コンピュータを構成するＣＰＵがバスを介して接続されているメモリに展開されているプログラムにより動作することで、得られた変位信号を処理して診断結果を出力し、また、得られた制御指令値より診断結果を得る処理を停止してもよい。
【００５８】
ここで、上記プログラムは、前述した各実施の形態で説明したスティックスリップ検出の処理を、ＣＰＵ（コンピュータ）に行わせるものである。また、メモリに展開されているプログラムは、バスを介して外部接続される外部記憶装置に格納されているものを取り込んで展開すればよい。外部記憶装置としては、例えば、磁気ディスク記憶装置などがある。
【００５９】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術的範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…診断部、１１…変位検出部、１２…第１の状態量算出部、１３…第２の状態量算出部、１４…第１のスティックスリップ指標算出部、１５…閾値記憶部、１６…異常診断部、２０…診断動作制御部、２１…制御指令受信部、２２…第３の状態量算出部、２３…第４の状態量算出部、２４…第２のスティックスリップ指標算出部、２５…動作制御部、３０…異常判断部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触摺動部を有する可動部の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位より第１の状態量を算出する第１の状態量算出手段と、
前記変位より第２の状態量を算出する第２の状態量算出手段と、
前記第１の状態量と前記第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出する第１のスティックスリップ指標算出手段と、
前記可動部の変位を制御する制御指令値を受信する制御指令受信手段と、
前記制御指令値より第３の状態量を算出する第３の状態量算出手段と、
前記制御指令値より第４の状態量を算出する第４の状態量算出手段と、
前記第３の状態量と前記第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出する第２のスティックスリップ指標算出手段と、
前記第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、前記第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（１）式で示される条件式を満足した場合に、前記可動部の異常と判断する異常判断手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（１）
但し、（１）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【請求項２】
請求項１に記載されたスティックスリップ検出装置において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するスティックスリップ指標学習手段と、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（１）式に対して設定する定数設定手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたスティックスリップ検出装置において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するスティックスリップ指標学習手段と、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（１）式に対して設定する定数設定手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
【請求項４】
接触摺動部を有する可動部の変位を検出するステップと、
前記変位より第１の状態量を算出するステップと、
前記変位より第２の状態量を算出するステップと、
前記第１の状態量と前記第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出するステップと、
前記可動部の変位を制御する制御指令値を受信するステップと、
前記制御指令値より第３の状態量を算出するステップと、
前記制御指令値より第４の状態量を算出するステップと、
前記第３の状態量と前記第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出するステップと、
前記第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、前記第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（２）式で示される条件式を満足した場合に、前記可動部の異常と判断するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（２）
但し、（２）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【請求項５】
請求項４に記載されたスティックスリップ検出方法において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するステップと、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（２）式に対して設定するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
【請求項６】
請求項４に記載されたスティックスリップ検出方法において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するステップと、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（２）式に対して設定するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
【請求項１】
接触摺動部を有する可動部の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位より第１の状態量を算出する第１の状態量算出手段と、
前記変位より第２の状態量を算出する第２の状態量算出手段と、
前記第１の状態量と前記第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出する第１のスティックスリップ指標算出手段と、
前記可動部の変位を制御する制御指令値を受信する制御指令受信手段と、
前記制御指令値より第３の状態量を算出する第３の状態量算出手段と、
前記制御指令値より第４の状態量を算出する第４の状態量算出手段と、
前記第３の状態量と前記第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出する第２のスティックスリップ指標算出手段と、
前記第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、前記第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（１）式で示される条件式を満足した場合に、前記可動部の異常と判断する異常判断手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（１）
但し、（１）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【請求項２】
請求項１に記載されたスティックスリップ検出装置において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するスティックスリップ指標学習手段と、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（１）式に対して設定する定数設定手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたスティックスリップ検出装置において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するスティックスリップ指標学習手段と、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（１）式に対して設定する定数設定手段と
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出装置。
【請求項４】
接触摺動部を有する可動部の変位を検出するステップと、
前記変位より第１の状態量を算出するステップと、
前記変位より第２の状態量を算出するステップと、
前記第１の状態量と前記第２の状態量との比を変位による第１のスティックスリップ指標として算出するステップと、
前記可動部の変位を制御する制御指令値を受信するステップと、
前記制御指令値より第３の状態量を算出するステップと、
前記制御指令値より第４の状態量を算出するステップと、
前記第３の状態量と前記第４の状態量との比を制御指令値による第２のスティックスリップ指標として算出するステップと、
前記第１のスティックスリップ指標をＳＳｐｖ、前記第２のスティックスリップ指標をＳＳｓｐ、閾値をＴｈ、第１の定数をα、第２の定数をβとした時、下記（２）式で示される条件式を満足した場合に、前記可動部の異常と判断するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
ＳＳｐｖ＞ Ｔｈ ＡＮＤ ＳＳｐｖ＞α・ＳＳｓｐ＋β ・・・・（２）
但し、（２）式において、α＝１，β＝０の場合は除く。
【請求項５】
請求項４に記載されたスティックスリップ検出方法において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係を学習するステップと、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態での関係に基づいて定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（２）式に対して設定するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
【請求項６】
請求項４に記載されたスティックスリップ検出方法において、
前記第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係を学習するステップと、
前記学習された第１および第２のスティックスリップ指標の正常状態と異常状態での関係に基づいて、誤検出抑制を重視するか異常見逃し抑制を重視するかを判断基準として定められた前記第１の定数αおよび前記第２の定数βを前記（２）式に対して設定するステップと
を備えることを特徴とするスティックスリップ検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０４６６６（Ｐ２０１３−１０４６６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６２４８（Ｐ２０１１−２４６２４８）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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