パラメータ変動システムの知識支援型モデルベース故障診断

• 研究課題/領域番号: 04452211
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計測・制御工学
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 熊丸 耕介 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (30037949)
• 研究分担者: 五反田 博 近畿大学, 九州工学部, 助教授 (10153751) ; 内野 英治 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (30168710) ; 井上 勝裕 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (00150516) ; 平城 直治 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (30038559) ; 山川 烈 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (00005547)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円); 1994年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1993年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 1992年度: 5,200千円 (直接経費: 5,200千円)
• キーワード: 故障診断 / モデリング / パウメータ推定 / 非線形システム / システム同定 / ニューラルネットワーク / 火力発電プラント / 知識情報 / パラメータ推定 / ファジ-推論 / ファジー推論

研究概要

本研究では、パラメータ変動を伴うダイナミックシステムの知識支援型モデルベース故障診断法の開発に取り組み、以下の研究成果をえた。
1。短時間同定法の開発並びにその故障診断及び適応制御への応用
非線形連続時間システムの時変パラメータを短時間の入出力データによりオンライン推定できる短時間同定法(SANQ法)を開発した。この同定法は、対象システムをモデル化するシミュレーターのパラメータ調節に基づいた手法であり、予期せぬシステム構造パラメーターの変動に起因した故障の検出・同定のみならず、未知時変システムの適応制御にも適用できる。本法の有効性は、火力発電プラントやサーボ駆動システムの故障診断や制御応用を通して確認された。
2。知識支援型モデルベース故障診断法に関する研究
カルバック識別情報量規範により検出されたシステム変動が、故障に依るものか単なる正常変動であるかを判断するため、システム運転モードや故障特性に関する知識情報を取り込んだニューラルネットワーク学習機構を構築した。この知識支援型診断法の有効性は、適応制御の下で運転されている2次振動系の故障診断シミュレーションにより確認された。
3。モデル化誤差にロバストなモデルベース故障診断法に対する考察
モデルベース故障診断法の実用化を目指して、非線形システムの一般的モデリングとして準線形構造モデル化(Quasi-ARMAX Modeling)とそのロバスト同定法を提案し、不確定性を持つ診断対象システムに対する新しいモデル化誤差の評価法を取り込んだロバスト故障検出手法を構築した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kumamaru: "Fault Detection Via KDI in Presence of Unmodelled Dynamics." Proc.of the 26th ISCIE Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Applications.173-178 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Inoue: "Mainsteam Temperature Raising Control for a Thermal Power Plant Via MRACS Based on a Quick Identification Method." Proc.of the 5th IFAC Symp.on Adaptive Systems in Control and Signal Processing (ACASP'95). 189-194 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Identification of Nonlinear Systems Based on Adaptive Fuzzy Systems Embedding Quasi-ARMAX Model." Proc.of the 34th SICE Annual Conference,International Session.1211-1216 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru: "A Guaranteed Nonlinear System Identification Using ARX Networks." Proc.of the 27th ISCIE Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Applications. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru: "A Hybrid Robust Identification Using Genetic Algorithm and Gradient Method." 32-8. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Robust Fault Detection Using Index of Kullback Discrimination Information." Proc.of the 13th IFAC World Congress.(1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru, K.Inoue, T.Soderstrom and et al: "A Neural Network Approach to Failure Decision of Adaptively Controlled Systems" Proc. of the 10th IFAC Symp. on System Identification. 303-308 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Inoue, K.Kumamaru, H.Nakamura and et al: "A Quick Identification Method of Continuous-Time Nonlinear Systems and Its Application to Power Plant Control" Proc. of the 10th IFAC Symp. on System Identification. 319-324 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Uchida, K.Kumamaru, K.Inoue and et al: "A Simulator-Based Quick Identification Method of Nonlinear Systems" Trans. of the Society of Instrument and Control Engineers. Vol.30, No.8. 908-916 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru, J.Hu, K.Inoue and H.Ono: "Fault Detection via KDI in Presence of Unmodelled Uncertainty" Proc. of the 26th ISCIE Int. Symp. on Stochastic Systems Theory and Its Applications. 173-178 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Inoue, K.Kumamaru and H.Nakamura: "Mainsteam Temperature Raising Control for a Thermal Power Plant via MRACS Based on a Quick Identification Method" Proc. of the 5th IFAC Symp. on Adaptive Systems in Control and Signal Processing (ACASP95). 189-194 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Hu and K.Kumamaru: "Identification of Nonlinear Systems Based on Adaptive Fuzzy Systems Embedding Quasi-ARMAX Model" Proc. of the 34th SICE Annual Conference, International Session. 1211-1216 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Hu, K.Kumamaru and K.Inoue: "A Guaranteed Nonlinear System Identification Using ARX Networks" Proc. of the 27th ISCIE Int. Symp. on Stochastic Systems Theory and Its Application. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Hu.K.Kumamaru and K.Inoue: "A Hybrid Robust Identification Using Genetic Algorithm and Gradient Method" Trans. of the Society of Instrument and Control Engineers. Vol.32, No.5. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru, J.Hu, K.Inoue and T.Soderstrom: "Robust Fault Detection Using Index of Kullback Discrimination Information" Proc. of the 13th IFAC World Congress. (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumamaru, J.Hu, K.Inoue and T.Soderstrom: "Statistical Methods for Robust Change Detection in Dynamical Systems with Model Uncertainty, to be appeared in the Book entitled "Statistical Methods in Control and Signal Processing"" Marcel Dekker Inc., New York, USA,Edited by T.Katayama and S.Sugimoto. (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 内田 主幹: "シミュレータによる非線形システムの短時間同定法" 計測自動制御学会論文集. 30-8. 908-916 (1994)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "A Neural Network Approach to Failure Decision of Adaptively Controlled Systems." Proc.of the 10th IFAC Symp.on System Identification (SYSID '94). 303-308 (1994)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Estimation of Surface Curvatures by Surface Recovery Based on B-Spline Fitting with Controllable Knots." Proc.of the First Asian Control Conference. 717-720 (1994)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Fault Detection via KDI in Presence of Unmodelled Uncertainty" Proc.of the 26th Int.Symp.on Stochastic Systems Theory and Its Applications (ISCIE SSS'94). (in press). (1995)
• [文献書誌] K.Inoue: "A Quick Identification Method of Continuous-Time Nonlinear Systems and Its application to Power Plant Control." Proc.of the 10th IFAC Symp.on System Identification (SYSID'94). 319-324 (1994)
• [文献書誌] K.Inoue: "Clustering of the Cross-Sectional Mean Void Fraction Signals of Gas-Liquid Two-Phase Flow by the Adaptive Mixture algorithm." Proc.of the First Asian Control Conference. 769-772 (1994)
• [文献書誌] K.Inoue: "Mainsteam Temperature Raising Control for a Thermal Power Plant Via MRACS Based on a Quick Identification Method." Proc.of the 5th IFAC Symp.on Adaptive Systems in Control and Signal Processing (ACASP'95). (in press). (1995)
• [文献書誌] T.Yamakawa: "Wavelet Neural Networks Employing Over-Complete Number of Compactly Supported Non-Orthogonal Wavelets and Their Applications." Proc.of the IEEE International Conference on Neural Networks(ICNN'94). 1391-1396 (1994)
• [文献書誌] E.Uchino: "Neo-Fuzzy Neuron Based New Approach to System Modeling with Application to Actual Systems." Proc.of the 6th IEEE Int.Conference on Tools with Artificial Intelligence(TAI'94). 564-570 (1994)
• [文献書誌] 平城 直治: "MHD平衡近似解を用いたトカマクプラズマの磁場解析" プラズマ・核融合学会誌. 69-12. 1535-1549 (1993)
• [文献書誌] 五反田 博: "逆伝搬学習におけるシグモイド関数の極性と収束の関係" 信学技報. 93-115. 25-32 (1994)
• [文献書誌] 五反田 博: "正負事例の提示頻度の逆伝搬学習に与える影響" 信学技報. 93-132. 153-160 (1994)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Fault Diagnosis of Feed-Water Heating System in a Thermal Power Plant Using SANQ System Identification Method." Proc.of the Int.Conf.on Fault Diagnosis(Tooldiag'93).864-863 (1993)
• [文献書誌] M.Uchida: "Quick Fault Diagnosis for Nonlinear Systems with Simulater-Baced Identification." Proc.of the Int.Conf.on Fault Diagnosis(Tooldiag'93).855-863 (1993)
• [文献書誌] 熊丸耕介: "知識情報を併用した適応制御系のモデルベース故障診断" 計測自動制御学会学術講演会 予稿集. 217-218 (1993)
• [文献書誌] 熊丸耕介: "ニューラルネットワークを用いた適応制御系の故障診断" 信学技報. 93-272. 19-24 (1993)
• [文献書誌] 内田主幹: "シミュレータによる非線形システムの短時間同定法" 計測自動制御学会論文集. 31-8(in press). (1994)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "A Neural Network Approach to Failure Decision of Adaptively Controlled Systems." Proc.of the 10th IFAC Symp.on Identification and System Parameter Estimation(SYSID'94).(in press). (1994)
• [文献書誌] K.Inoue: "A Quick Identification Method of Continuous-Time Nonlinear Systems and Its application to Power Plant Control." Proc.of the 10th IFAC Symp.on Identification and System Parameter Estimation (SYSID'94).(in press). (1994)
• [文献書誌] E.Uchino: "A New State Estimation Method for a Quantized Stochastic Sound System Based on a Generalized Statistical Linearization." Journal of Sound and Vibration. 160-2. 193-203 (1993)
• [文献書誌] T.Yamakawa: "Hardware Implementation of Fuzzy Filtering" Proc.of the 2nd IEEE Int.Conf.on Fuzzy Systems(FUZZ-IEEE'93).535-542 (1993)
• [文献書誌] 平城直治: "MHD平衡近似解を用いたトカマクプラズマの磁場解析" プラズマ・核融合学会誌. 69-12. 1535-1549 (1993)
• [文献書誌] 五反田 博: "単一出力ネットワークの初期値設定に関する考察" 信学技報. 92-128. 1-8 (1993)
• [文献書誌] 五反田 博: "BP学習における範例の提示方法について" 神経回路第4回全国大会. 101-102 (1993)
• [文献書誌] 熊丸 耕介: "ダイナミックシステムのモデルベース故障診断に対するシステマティックアプローチ" 日本機械学会 ロボティックス・メカトロニクス講演会. 739-744 (1992)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Knowledge Aided Model-Based Approach to Failure Diagnosis of Adaptively Controlled Systems." Proceedings of the IMACS/SICE Int. Symposium on Robotics,Mechatronics and Manufacturing Systems.811-816 (1992)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Modelling and Adaptive Identification for Temperture Raising Control of Power Plant's Boiler." Prep. of the 24th ISCIE Symp. on Stochastic Systems Theory and Its Applications.65-68 (1992)
• [文献書誌] 熊丸 耕介: "SANQシステム同定法による未知時変パラメータをもつ非線形システムのオンライン同定" 第31回計測自動制御学会学術講演会. 363-364 (1992)
• [文献書誌] M.Uchida: "Quick Fauld Diagnosis for Nonlinear Systems with Simulator-Based Identification." Proceedings of the International Conference on Fault Diagnosis (Tooldiag'93).(1993)
• [文献書誌] K.Kumamaru: "Fault Diagnosis of Feed-Water Heating System in a Thermal Power Plant Using SANQ Systems Identification Method." Proceedings of the International Conference on Fault Diagnosis (Tooldiag'93).(1993)
• [文献書誌] E.Uchino: "Fuzzy Rule-Based Simple Interpolation Algorithm for Discrete Signal." Journal of Fuzzy Sets and Systems. (1993)
• [文献書誌] 平城 直治: "MHD平衡近似解を用いたトカマクプラズマの磁場解析" プラズマ・核融合学会誌. (1993)
• [文献書誌] E.Uchino: "A State Estimation Method with Matching between a Physical Energy Quantity and a Decibel Scaled Noisy Observation for a Sound Environmental System." Proceedings of the IEEE 1992 Int.Conference on System Engineeing.323-326 (1992)
• [文献書誌] E.Uchino: "Interpolation of Noisy Signal Data by Using Fuzzy Inference." Proceedings of the 1992 Int.Conference on Fuzzy Logic and Neural Networks (Invited Paper). 341-344 (1992)
• [文献書誌] H.Gotanda: "Multi-Layered Neural Networks as Adaptive Hypothesis Test and Their Systematic Initialization." Proceedings of the Int. Symp. on Neural Information Processing (ISKIT'92).102-105 (1992)
• [文献書誌] 五反田 博: "階層型ニューラルネットワークの初期写像と学習の収束について" 近畿大学九州工学部研究報告. 21. 29-38 (1992)