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JPH069008B2 - Control system abnormality detection device - Google Patents
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JPH069008B2 - Control system abnormality detection device - Google Patents

Control system abnormality detection device

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JPH069008B2
JPH069008B2 JP59270219A JP27021984A JPH069008B2 JP H069008 B2 JPH069008 B2 JP H069008B2 JP 59270219 A JP59270219 A JP 59270219A JP 27021984 A JP27021984 A JP 27021984A JP H069008 B2 JPH069008 B2 JP H069008B2
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Japan
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control system
feedback signal
signal
storage unit
detection device
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安信 葉山
定 寺戸
光博 阿部
渡辺  誠
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0235Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば油圧制御系の異常動作及び故障等を
高感度に検出する制御系異常検出装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control system abnormality detection device for detecting, for example, abnormal operation and failure of a hydraulic control system with high sensitivity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、例えば油圧制御系における制御弁の故障及び
油漏れ等の異常を検出するには、第4図に示すような異
常検出装置11が使用される。この異常検出装置11
は、制御系12の制御目標値Xを入力し、制御系モデル
13によって制御系12の出力予測値Yaを算出し、こ
の予測値Yaと実際の制御系12の出力値Yとから制御
偏差E(=Ya−Y)を求める。次に、異常判定装置1
4によって上記制御偏差Eが予め設定される偏差許容範
囲内であるか否かを調べ、制御偏差Eが許容範囲を逸脱
するとき、制御系12は異常であると判定して表示装置
15にこれを表示するものである。
Conventionally, in order to detect an abnormality such as a failure of a control valve in a hydraulic control system and oil leakage, an abnormality detection device 11 as shown in FIG. 4 has been used. This abnormality detection device 11
Receives the control target value X of the control system 12 calculates the output estimated value Y a of the control system 12 by a control system model 13, control from the output value Y of the predicted value Y a and the actual control system 12 deviation E Request (= Y a -Y). Next, the abnormality determination device 1
4, it is checked whether or not the control deviation E is within a preset tolerance range, and when the control deviation E deviates from the tolerance range, it is judged that the control system 12 is abnormal and the display device 15 displays this. Is displayed.

すなわち、この異常検出装置11は、制御系モデル13
と実際の制御系12とにそれぞれ実時間で同じ入力信号
を与え、その時の出力信号の差を検出することにより、
制御系12の異常を検出するものである。尚、上記のよ
うな演算及び判定等は、通常ディジタルコンピュータで
処理される。
That is, the abnormality detection device 11 is configured such that the control system model 13
And the actual control system 12 are given the same input signal in real time, and by detecting the difference between the output signals at that time,
The abnormality of the control system 12 is detected. The above-mentioned calculation and judgment are usually processed by a digital computer.

ところで、上記のような従来の制御系異常検出装置で
は、制御系モデル13の精度によって検出感度が左右さ
れることになる。すなわち、制御系モデル13の特性と
実際の制御系12の特性との誤差が大きいと、正常時に
おいても制御偏差Eが大きくなるため誤診断を行なう恐
れがある。
In the conventional control system abnormality detection device as described above, the detection sensitivity depends on the accuracy of the control system model 13. In other words, if the error between the characteristics of the control system model 13 and the actual characteristics of the control system 12 is large, the control deviation E will be large even in a normal state, and thus erroneous diagnosis may occur.

一般に制御系は、微分方程式でモデル化されるが、モデ
ルの精度を高めるためには微分方程式の次数を上げる必
要がある。一方、微分方程式の次数を上げると計算が複
雑になり、これをディジタルコンピュータで演算する場
合には演算時間が長くなる。したがって、油圧制御系の
ように数10Hz〜数100Hzの高速応答性を有する制御
系にこの装置を適用するには、演算時間が長時間となる
ため制御系モデル13を簡略化せざるを得ない。
Generally, a control system is modeled by a differential equation, but it is necessary to increase the order of the differential equation in order to improve the accuracy of the model. On the other hand, if the order of the differential equation is increased, the calculation becomes complicated, and when the digital equation is calculated, the calculation time becomes long. Therefore, in order to apply this device to a control system having a high-speed response of several tens Hz to several hundreds Hz, such as a hydraulic control system, the control system model 13 must be simplified because the calculation time becomes long. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、この制御系モデル13を簡略化すると、前述
したように正常時においても制御偏差Eが大きくなり、
誤診断する恐れがあるので、異常判定装置14の許容値
を大きく設定する必要がある。しかしながら、この場
合、制御系の重故障のように制御偏差Eが非常に大きい
ときには検出可能であるが、劣化や軽故障のように制御
偏差Eが小さいときには検出不可能であり、検出感度に
問題が生じてしまうことになる。
However, if the control system model 13 is simplified, the control deviation E becomes large even in a normal state as described above.
Since there is a risk of erroneous diagnosis, it is necessary to set a large allowable value for the abnormality determination device 14. However, in this case, detection is possible when the control deviation E is very large, such as a major failure of the control system, but detection is not possible when the control deviation E is small, such as deterioration or a minor failure, and there is a problem with detection sensitivity. Will occur.

この発明は上記のような問題を改善するためになされた
もので、制御系の劣化や故障の程度によらず、常に感度
良く異常を検出することのできる制御系異常検出装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a control system abnormality detecting device that can always detect an abnormality with high sensitivity regardless of the degree of deterioration or failure of the control system. To aim.

〔問題点を解決するための手段及び作用〕[Means and Actions for Solving Problems]

すなわちこの発明に係る制御系異常検出装置は、制御系
診断用のステップ状のテスト信号を発生するテスト信号
発生部と、このテスト信号を制御系に与えそのフィード
バック信号を検出するフィードバック信号検出手段と、
上記制御系が正常状態であるときのフィードバック信号
を記憶する第1の記憶部と、上記制御系の診断時に得ら
れるフィードバック信号を記憶する第2の記憶部と、上
記第1の記憶部に記憶された制御系正常時におけるフィ
ードバック信号と上記第2の記憶部に記憶される制御系
診断時におけるフィードバック信号との差に基づいた誤
差面積を算出する演算部と、この演算部での演算結果が
許容範囲以下であるか否かを判定する判定部とを具備
し、この判定部により上記演算結果が許容範囲を上回っ
たと判定された場合には、上記制御系を異常として判断
するものである。
That is, the control system abnormality detecting device according to the present invention includes a test signal generating section for generating a stepwise test signal for control system diagnosis, and a feedback signal detecting means for applying the test signal to the control system and detecting the feedback signal. ,
A first storage unit that stores a feedback signal when the control system is in a normal state, a second storage unit that stores a feedback signal obtained at the time of diagnosis of the control system, and a storage unit in the first storage unit. The calculation unit for calculating an error area based on the difference between the feedback signal when the control system is normal and the feedback signal when the control system is stored, which is stored in the second storage unit, and the calculation result by the calculation unit are The control system determines that the control system is abnormal if the determination unit determines that the calculation result exceeds the allowable range.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第1図乃至第3図を参照してこの発明の一実施例
を詳細に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.

第1図はこの発明に係る制御系異常検出装置を位置制御
油圧サーボ系に適用する場合の構成を示すもので、21
は位置制御系、22は異常検出装置である。
FIG. 1 shows the configuration when the control system abnormality detecting device according to the present invention is applied to a position control hydraulic servo system.
Is a position control system, and 22 is an abnormality detection device.

まず、上記位置制御系21は、目標値Xとフィードバッ
ク値Yとの偏差を演算器21aで求めた後これを増幅器
21bで増幅し、この増幅信号に応じて電気油圧サーボ
弁21cの開度を制御し、この開度に応じた油を流入及
び流出することによって油圧シリンダ及び負荷21dを
駆動する。また、位置検出器21eで油圧シリンダの位
置を検出し、フィードバック値Yとして負帰還すること
により、目標値Xとフィードバック値Yとが一致するよ
うに制御する。
First, the position control system 21 obtains the deviation between the target value X and the feedback value Y by the arithmetic unit 21a, amplifies the deviation by the amplifier 21b, and changes the opening degree of the electrohydraulic servo valve 21c according to the amplified signal. The hydraulic cylinder and the load 21d are driven by controlling and inflowing and outflowing oil according to the opening degree. Further, the position detector 21e detects the position of the hydraulic cylinder and performs negative feedback as the feedback value Y, so that the target value X and the feedback value Y match.

また、上記異常検出装置22は、テスト許可信号Zが供
給されることにより所定のテスト信号Xtを発生するテ
スト信号発生部22aと、テスト信号Xtをトリガ信号
としてフィードバック信号Yを定められた時間間隔でサ
ンプリング及びホールドするサンプルホールド回路22
bと、このサンプルホールド回路22bと同期してアナ
ログのフィードバック信号Yをディジタル信号に変換す
るアナログ・ディジタル(以下A/Dと記す)変換器22
cと、このA/D変換器22cと同期してディジタル信号
に変換されたフィードバック信号Yを定められた時間間
隔で記憶する第1および第2のメモリ22d,22e
と、上記A/D変換器22cを介して供給されるフィード
バック信号Yを、上記第1および第2のメモリ22d,
22eのうち、何れのメモリに記憶するかを切換えるス
イッチ22fと、上記各メモリ22d,22eに記憶し
たフィードバック信号Y,Yの差の絶対値を積算す
る演算部22gと、この演算部22gによる演算値が予
め設定される許容範囲S以下にあるか否かにより制御系
が異常であるか否かの判定を行なう判定部22hと、こ
の判定結果を表示する表示部22iとから構成されるも
のである。
Further, the abnormality detection device 22 is defined a test signal generation section 22a for generating a predetermined test signal X t by the test enable signal Z is supplied, the feedback signal Y of the test signal X t as the trigger signal Sample and hold circuit 22 for sampling and holding at time intervals
b and an analog / digital (hereinafter referred to as A / D) converter 22 for converting the analog feedback signal Y into a digital signal in synchronization with the sample hold circuit 22b.
c and the first and second memories 22d and 22e for storing the feedback signal Y converted into a digital signal in synchronization with the A / D converter 22c at a predetermined time interval.
And the feedback signal Y supplied via the A / D converter 22c, to the first and second memories 22d, 22d,
Of the 22e, a switch 22f for switching which memory is to be stored, an arithmetic unit 22g for accumulating the absolute value of the difference between the feedback signals Y 1 , Y 2 stored in the memories 22d, 22e, and this arithmetic unit 22g. The determination unit 22h determines whether or not the control system is abnormal depending on whether or not the calculated value by is within a preset allowable range S, and a display unit 22i that displays the determination result. It is a thing.

以下、上記のように構成した異常検出装置22の動作に
ついて説明する。
Hereinafter, the operation of the abnormality detection device 22 configured as described above will be described.

まず、制御系が正常な状態であるとき、テスト許可信号
Zをテスト信号発生部22aに与えると、このテスト信
号発生部22aは第2図(a)に示すようなステップ状の
テスト信号Xtを発生する。このテスト信号Xtは、その
振幅及び周期が予め設定されており、位置制御系21の
目標値Xに並列に入力される。この位置制御系21で
は、ステップ状のテスト信号Xtに応答して、第2図(b)
に示すようなフィードバック信号Yを出力するようにな
る。
First, when the control system is in a normal state, given a test enabling signal Z to the test signal generating section 22a, the test signal generating unit 22a and the second view (a) to indicate such stepwise test signal X t To occur. The amplitude and cycle of the test signal X t are preset and are input in parallel to the target value X of the position control system 21. In this position control system 21, in response to the stepwise test signal X t , the position control system 21 shown in FIG.
The feedback signal Y as shown in FIG.

また、異常検出装置22では、テスト信号Xtがトリガ
信号となってサンプルホールド回路22bが所定の周期
Δtでフィードバック信号Yのサンプリングを開始する
と共に、A/D変換器22cでディジタル信号に変換す
る。この制御系正常時においては、スイッチ22fは第
1のメモリ22d側に切換えられるもので、上記A/D変
換器を介してディジタル信号に変換された制御系正常時
のフィードバック信号を、第1のメモリ22dに所定期
間Tの間記憶する。ここで、上記サンプルホールド回路
22bによるサンプリング周期Δtは、制御系21の時
定数と比較して充分小さい値、例えば1/10〜1/50程度に
設定し、また、上記フィードバック信号Yの記憶時間T
は、上記サンプリング周期Δtの場合とは逆に、制御系
21の時定数と比較して充分大きな値、例えば5〜10
倍程度に設定する。これにより、上記フィードバック信
号Yの波形は精度良く、しかも定常状態に達するまで確
実にサンプリングされ記憶されるようになる。
Further, in the abnormality detection device 22, the test signal X t serves as a trigger signal, the sample hold circuit 22 b starts sampling the feedback signal Y at a predetermined cycle Δt, and the A / D converter 22 c converts the feedback signal Y into a digital signal. . When the control system is normal, the switch 22f is switched to the first memory 22d side, and the feedback signal when the control system is normal converted to a digital signal through the A / D converter is set to the first The data is stored in the memory 22d for a predetermined period T. Here, the sampling period Δt by the sample hold circuit 22b is set to a value sufficiently smaller than the time constant of the control system 21, for example, about 1/10 to 1/50, and the storage time of the feedback signal Y is set. T
Contrary to the case of the sampling period Δt, is a value sufficiently larger than the time constant of the control system 21, for example, 5 to 10
Set about double. As a result, the waveform of the feedback signal Y can be accurately sampled and reliably stored until it reaches a steady state.

次に、制御系を診断するには、制御系がスタンバイ状態
(稼働していない状態)でテスト信号Xtの入力が可能
な条件であるときに、異常検出装置22にテスト許可信
号Zを与え、テスト信号発生部22aで前述のようにス
テップ状のテスト信号Xtを発生させ、サンプルホール
ド回路22b、A/D変換器22cを前述のように作動さ
せて、フィードバック信号Yをディジタル信号に変換す
る。この場合、スイッチ22fを第2のメモリ22e側
に切換え、ディジタル化した診断時におけるフィードバ
ック信号Yを所定期間Tの間第2のメモリ22eに記憶
させる。この後、第1および第2のメモリ22d,22
eにて記憶された正常時および診断時におけるフィード
バック信号値Y,Yを、演算部22gにより下式に
従って演算し、各フィードバック信号YとYとの誤
差面積ZSを算出する。
Next, in order to diagnose the control system, a test permission signal Z is given to the abnormality detection device 22 when the control system is in a standby state (in a non-operating state) and the test signal X t can be input. conversion, to generate a stepped test signal X t as described above in the test signal generating unit 22a, a sample hold circuit 22b, an a / D converter 22c is operated as described above, the feedback signal Y into a digital signal To do. In this case, the switch 22f is switched to the second memory 22e side, and the feedback signal Y at the time of digitized diagnosis is stored in the second memory 22e for a predetermined period T. After this, the first and second memories 22d, 22
The feedback signal values Y 1 and Y 2 stored in e at the time of normal and at the time of diagnosis are calculated by the calculation unit 22g according to the following equation, and the error area Z S between each feedback signal Y 1 and Y 2 is calculated.

n:データ数(T/Δt) Y1(i):正常時におけるフィードバック信号値 Y2(i):診断時におけるフィードバック信号値 ZS:誤差面積 ここで、上記誤差面積ZSは、制御系が正常である場合
と診断時における場合との制御系応答波形のずれを定量
的に表わすもので、この誤差面積ZSが予め設定される
許容範囲S以内であるか否かを次の判定部22hによっ
て判定し、許容範囲S以下でない場合には、「制御系異
常」と判定し表示部22iに表示されるようになる。
n: number of data (T / Δt) Y 1 (i): feedback signal value during normal operation Y 2 (i): feedback signal value during diagnosis Z S : error area where the error area Z S is the control system Quantitatively represents the deviation of the control system response waveform between the case of normal and the case of diagnosis. Whether the error area Z S is within the preset allowable range S 22h, and if it is not less than the allowable range S, it is determined as "control system abnormality" and displayed on the display unit 22i.

つまり、例えば第3図に示すように、テスト信号Xt
与えた際に、制御系が正常であれば常にフィードバック
信号Yが得られるが、同図(a)に示すように応答が低
下気味になった場合、または同図(b)に示すように応答
が不安定になった場合、または同図(c)に示すように応
答にノイズが加わった場合には、それぞれフィードバッ
ク信号Yが得られるようになり、制御系正常時におけ
るフィードバック信号Yと異常時におけるフィードバ
ック信号Yとの誤差面積ZSは必然的に増加する。
That is, for example, as shown in FIG. 3, when the test signal X t is given, the feedback signal Y 1 is always obtained if the control system is normal, but the response is lowered as shown in FIG. If the response becomes unstable as shown in FIG. 7B, or if noise is added to the response as shown in FIG. 7C, the feedback signal Y 2 Therefore, the error area Z S between the feedback signal Y 1 when the control system is normal and the feedback signal Y 2 when the control system is abnormal inevitably increases.

したがって、上記のように構成される異常検出装置によ
れば、判定部22hによって上記誤差面積ZSが許容範
囲S以下であるか否かを監視し、許容範囲Sを越えた場
合には表示部22iにより異常表示を行なうようにした
ので、上記許容範囲Sの設定如何により制御系の軽微な
故障や劣化等も検出することができ、前記第4図におけ
る従来例による場合と比較して極めて高感度な異常検出
が可能となる。
Therefore, according to the abnormality detection device configured as described above, the determination unit 22h monitors whether or not the error area Z S is equal to or less than the allowable range S, and when it exceeds the allowable range S, the display unit Since the abnormal display is performed by 22i, a slight failure or deterioration of the control system can be detected depending on the setting of the allowable range S, which is extremely high as compared with the case of the conventional example shown in FIG. Sensitive abnormality detection is possible.

尚、上記実施例では図示していないが、誤差面積ZS
経時変化を記録することにより、制御系劣化の進行状況
を知ることも可能である。
Although not shown in the above embodiment, it is also possible to know the progress of deterioration of the control system by recording the change over time of the error area Z S.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のようにこの発明によれば、制御系診断用のステッ
プ状のテスト信号を発生するテスト信号発生部と、この
テスト信号を制御系に与えそのフィードバック信号を検
出するフィードバック信号検出手段と、上記制御系が正
常状態であるときのフィードバック信号を記憶する第1
の記憶部と、上記制御系の診断時に得られるフィードバ
ック信号を記憶する第2の記憶部と、上記第1の記憶部
に記憶された制御系正常時におけるフィードバック信号
と上記第2の記憶部に記憶される制御系診断時における
フィードバック信号との差に基づいた設差面積を算出す
る演算部と、この演算部での演算結果が許容範囲以下で
あるか否かを判定する判定部とを具備し、この判定部に
より上記演算結果が許容範囲を上回ったと判定された場
合には、上記制御系を異常として判断するようにしたの
で、制御系の劣化や故障の程度によらず、常に感度良く
異常を検出することのできる制御系異常検出装置を提供
できる。
As described above, according to the present invention, a test signal generator for generating a stepwise test signal for diagnosing a control system, a feedback signal detecting means for applying the test signal to the control system and detecting the feedback signal, First memory for storing a feedback signal when the control system is in a normal state
Storage unit, a second storage unit that stores a feedback signal obtained when diagnosing the control system, a feedback signal when the control system is normal stored in the first storage unit, and the second storage unit. The control unit includes a calculation unit that calculates a difference area based on a difference between the stored feedback signal and a feedback signal at the time of diagnosis, and a determination unit that determines whether or not the calculation result of the calculation unit is within an allowable range. However, when it is determined that the calculation result exceeds the allowable range by this determination unit, the control system is determined to be abnormal, so that the sensitivity is always high regardless of the degree of deterioration or failure of the control system. A control system abnormality detection device capable of detecting an abnormality can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係る制御系異常検出装置
を示すブロック構成図、第2図および第3図はそれぞれ
上記実施例の動作を説明するための波形図、第4図は従
来の制御系異常検出装置を示すブロック構成図である。 21……位置制御系、22……異常検出装置、22a…
…テスト信号発生部、22b……サンプルホールド回
路、22c……A/D変換器、22d……第1のメモリ、
22e……第2メモリ、22f……スイッチ、22g…
…演算部、22h……判定部、22i……表示部、X…
…目標値、Y……フィードバック信号、Z……テスト許
可信号、Xt……テスト信号、ZS……誤差面積。
FIG. 1 is a block diagram showing a control system abnormality detecting device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are waveform diagrams for explaining the operation of the above embodiment, and FIG. It is a block diagram showing the control system abnormality detection device. 21 ... Position control system, 22 ... Abnormality detection device, 22a ...
... test signal generator, 22b ... sample and hold circuit, 22c ... A / D converter, 22d ... first memory,
22e ... second memory, 22f ... switch, 22g ...
... Calculation unit, 22h ... Determination unit, 22i ... Display unit, X ...
... target value, Y ... feedback signal, Z ... test enable signal, X t ... test signal, Z S ... error area.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 誠 広島県広島市西区観音新町4丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島造船所内 (56)参考文献 特開 昭55−30777(JP,A) 特開 昭56−116108(JP,A) 特開 昭56−166509(JP,A) 実開 昭58−70704(JP,U) 発明協会公開技報 公技番号83−418 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Makoto Watanabe 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Shipyard (56) Reference JP-A-55-30777 (JP, A) JP-A-56-116108 (JP, A) JP-A-56-166509 (JP, A) Actually developed 58-70704 (JP, U) JIII Journal of Technical Disclosure No. 83-418

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御系診断用のステップ状のテスト信号を
発生するテスト信号発生部と、このテスト信号を制御系
に与えそのフィードバック信号を検出するフィードバッ
ク信号検出手段と、上記制御系が正常状態であるときの
フィードバック信号Yを記憶する第1の記憶部と、上
記制御系の診断時に得られるフィードバック信号Y
記憶する第2の記憶部と、上記第1の記憶部に記憶され
た制御系正常時におけるフィードバック信号Yと上記
第2の記憶部に記憶される制御系診断時におけるフィー
ドバック信号Yとの差に基づいた誤差面積Zを算出
する演算部と、この演算部により算出された誤差面積Z
が予め設定される許容範囲S以下であるか否かを判定
する判定部とを具備したことを特徴とする制御系異常検
出装置。
1. A test signal generator for generating a stepwise test signal for diagnosing a control system, a feedback signal detecting means for applying the test signal to the control system to detect the feedback signal, and the control system being in a normal state. Stored in the first storage unit, a second storage unit that stores the feedback signal Y 1 obtained when the control system is diagnosed, a second storage unit that stores the feedback signal Y 2 obtained when the control system is diagnosed. a calculation unit for calculating an error area Z S based on the difference between the feedback signal Y 2 at control system diagnosis to be stored in the feedback signal Y 1 and the second storage unit at the time of the control system normally, this operation unit Calculated error area Z
S control system abnormality detecting apparatus being characterized in that; and a judging section that judges whether less than the allowable range S is set in advance.
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