JP6770288B1 - 評価システム、評価方法、評価システム生産方法、試験装置 - Google Patents
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(第1の原理)
図1(A)に示すように、圧力調整器210は、上流側管路240内の流体圧力P1を、下流側管路220内において、目標値とするP2setに減圧する。第1圧力計測デバイス230は、下流側管路220内の流体圧力P2dを計測する。流体機器250は、流体抵抗となるノズル255を備えている。流体機器250は、例えば、弁体を全閉状態と全開状態に開閉可能な電磁弁253と、弁開度を任意に調整可能なリフト弁254と、を直列に接続し構成してもよい。また、流体機器250は、給湯器、燃料電池、ボイラーなどガス消費機器であってよい。下流側管路220には、必要により第1温度計測デバイス232が設けられる。
数式7、数式8の流量計算式は、コンダクタンスCとしてノズル255の有効断面積Seを用いているが、これに限らず、例えば、ISO6358に規定されている音速コンダクタンスCoをノズル255のコンダクタンスCとした流量計算式を使用してもよい。また、流量計算式は、数式7、数式8に記載しものに限らず、コンダクタンスCとして、Cg値、Cv値、Kv値、A値などを用いた式を使用してもよい。さらに、流量計算式は、近似式や簡易式を用いてよい。ノズル255の有効断面積Seは、数式7または数式8に基づき演算してもよい。
本開示の評価システム1は、一態様において、圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から圧力調整器210を通過し下流側管路220に流入する流体の流量G1を推定することを特徴としている。圧力調整器210のバルブの開度情報Xvは、例えば、圧力調整器210には、図示しない開度計測デバイス212により計測される。
数式20、数式21において、Sevは、圧力調整器210のバルブの有効断面積(m2)、P1は、上流側管路240内の流体の圧力(PaA)、P2dは、下流側管路220内の流体圧力(PaA)、θ1は、上流側管路240内の流体温度である。開度計測デバイス212は、圧力調整器210バルブの開度と相関関係のある物理量を開度情報Xvとして計測する。例えば、ポテンショメータ、距離センサを備えた開度計測デバイス212は、圧力調整器210バルブのステムの移動量を開度情報Xvとして計測する。また、圧力センサを備えた開度計測デバイス212は、圧力調整器210バルブを駆動する駆動圧を計測する。圧力調整器210のバルブの開度情報Xvは、圧力調整器210のバルブの実際の開度に相関する。さらに、圧力調整器210のバルブの実際の開度と有効断面積Sevとの間には、相関(Sev=Function(Xv))がある。圧力調整器210のバルブの開度情報Xvは、有効断面積Sevに換算することができる。
(基本構成)
図3は、本開示の評価システム1のハードウェア構成の例示である。評価システム1は、プロセッサ110と、プログラム命令132およびプログラム命令132が使用する演算データ134を含むデータを記憶するメモリ130と、プロセッサ110の内部バス112とメモリ130との間を通信可能に接続する外部バス120と、を含んでいる。評価システム1は、プログラム命令132および演算データ134に基づく演算処理をプロセッサ110により実行する。
プロセッサ110は、プログラム命令132および演算データ134に基づき安定性、速応性に関わる演算を実行する。プロセッサ110は、マルチコアタイプのものであってよい。プロセッサ110は、2以上の複数のCPUを実装してもよい。また、プロセッサ110は、2以上の複数のCPUを分散させたものでもよい。
外部バス120は、圧力調整器210の下流側管路220に流体連通するノズル255のコンダクタンスCが、ステップ状に変化した際に圧力調整器210と下流側管路220を含むフィードバック制御系200において観測される過渡応答を含むデータまたは信号を出力可能な周辺機器140とインターフェース122を経由して接続可能である。外部バス120は、入出力バスとしても機能する。
本開示の評価システム1は、例えば、図4に示すようにスマートフォン43、ノート型パソコン44などプロセッサ110を備えた可搬型のコンピュータ内に構成してもよい。外部バス120は、スマートフォン43、ノート型パソコン44が備える無線LANポート、有線LANポート、BLUETOOTH(登録商標)、USBポートなどの汎用のインターフェース122を経由して第1圧力計測デバイス230、第1温度計測デバイス232、第2圧力計測デバイス234、第2温度計測デバイス236および開度計測デバイス212などの周辺機器140に接続することができる。第1圧力計測デバイス230は、例えば、ダイアフラム式のゲージ圧または絶対圧を計測可能な圧力センサを使用することができる。
(実施例1)
(ステップS101)ステップS101において、コンピュータ600は、圧力調整器210の下流側管路220に流体連通するノズル255のコンダクタンスCが、ステップ状に変化した際に圧力調整器210と下流側管路220を含むフィードバック制御系200において観測される下流側管路220内の流体圧力P2dの時間応答を含むデータまたは信号を受信する。
(ステップS201)ステップS201において、コンピュータ600は、圧力調整器210の下流側管路220に流体連通するノズル255のコンダクタンスCが、ステップ状に変化した際に圧力調整器210と下流側管路220を含むフィードバック制御系200において観測される圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答を含むデータまたは信号を受信する。
(ステップS202)ステップS202において、コンピュータ600は、圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答および上流側管路240内の流体圧力P1の時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から圧力調整器210を通過し下流側管路220に流入する流体の流量G1を演算する。
「流量演算式」は、数式20または数式21に示す流量演算式から圧力調整器210を通過し下流側管路220に流入する流体の流量G1を演算する。
「少なくとも部分的に基づく」とは、流量演算式が、圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答以外のパラメータ(例えば、上流側管路240内の流体圧力P1の時間応答)、換算係数(例えば、梃子比)などを含んでよいことを意味する。
本開示の評価方法は、実施例1または実施例2のいずれかの処理において、以下に示す処理を含んでよい。
(ステップS300)ステップS300において、コンピュータ600は、下流側管路220内に流入する流体の流量G1の波形の特徴量である行過量εp、行過時間Tp、または、減衰率λのいずれか1つ以上を演算する。
(実施例4)
(ステップS400)ステップS400において、コンピュータ600は、行過量εpと減衰係数ξとの相互関係式(数式10)、減衰率λと減衰係数ξとの相互関係式(数式12)、のいずれか1つ以上に、行過量εpまたは減衰率λを代入することにより、減衰係数ξを演算する。
(実施例5)
(ステップS500)ステップS500において、コンピュータ600は、減衰係数ξと共振ピーク値Mpとの相互関係式(数式13)、減衰係数ξと位相余裕Φmとの相互関係式(数式14)、に基づき共振ピーク値Mpまたは位相余裕Φmのいずれか1つ以上を演算する。
(実施例6)
(ステップS600)ステップS600において、コンピュータ600は、行過時間Tpと減衰係数ξを、固有角周波数ωnと行過時間Tpと減衰係数ξとの相互関係式(数式15)に代入し固有角周波数ωnを演算し、共振角周波数ωrと固有角周波数ωnと減衰係数ξとの相互関係式(数式16)、減衰角周波数ω0と固有角周波数ωnと減衰係数ξとの相互関係式(数式17)、交差角周波数ωcと固有角周波数ωnと減衰係数ξとの相互関係式(数式18)、理論応答曲線CT(t)と固有角周波数ωnと減衰係数ξとの相互関係式(数式19)に基づき共振角周波数ωr、減衰角周波数ω0、交差角周波数ωc、理論応答曲線CT(t)のいずれか1つ以上を演算する。
評価システム生産方法は、一態様では、圧力調整器210の下流側管路220に流体連通するノズル255のコンダクタンスCが、ステップ状に変化した際に圧力調整器210と下流側管路220を含むフィードバック制御系200において観測される下流側管路220内の流体圧力P2dの時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、下流側管路220内の流体の状態方程式を時間に対して全微分することにより得られる下流側管路220内の流体圧力P2dの時間応答の時間微分値に少なくとも部分的に基づく微分方程式から、下流側管路220を出入りする流体の流量ΔGを演算するステップと、下流側管路220内の流体圧力P2dの時間応答とノズル255のコンダクタンスCとに少なくとも部分的に基づくノズル255の流量計算式から、ノズル255を通過し下流側管路220から流出する流体の流量G2を演算するステップと、下流側管路220を出入りする流体の流量ΔGに、ノズル255を通過し下流側管路220から流出する流体の流量G2を加算することにより、圧力調整器210を通過し下流側管路220に流入する流体の流量G1を演算するステップと、を含む演算ステップをコンピュータ600に実装させるためのプログラム命令132を記憶手段500に記憶する手順、を含む。
評価システム生産方法は、一態様では、圧力調整器210の下流側管路220に流体連通するノズル255のコンダクタンスCが、ステップ状に変化した際に圧力調整器210と下流側管路220を含むフィードバック制御系200において観測される圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、圧力調整器210のバルブの開度情報Xvの時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から圧力調整器210を通過し下流側管路220に流入する流体の流量を演算するステップと、を含む演算ステップをコンピュータ600に実装させるためのプログラム命令132を記憶手段500に記憶する手順を含む。
(データフォーマット)
図8は、演算データ134のデータフォーマットの一例である。演算データ134は、圧力調整器210の設備情報301、物理パラメータ302、維持管理情報303、または、計測情報304の少なくとも1つ以上を含む。設備情報301は、例えば、圧力調整器210のID番号、型式、口径、生産年月日、設置日、1次側の流体圧力P1、目標圧、下流側管路220および上流側管路240の口径、延長、内容積V[m3]、流体機器250の型式、コンダクタンスC(ノズル255の有効断面積Seまたは音速コンダクタンスCo)、コンダクタンスCと圧力調整器210のバルブの開度との相関情報、マイコンメータ235の型式などの情報である。
図9は、本開示の評価システム1による解析事例である。図9において、横軸は、下流側管路220の内容積V[m3]、縦軸において、四角印のプロットは、行過量εpを意味し、三角印のプロットは、位相余裕Φmを意味する。行過量εpおよび位相余裕Φmは、下流側管路220の内容積V[m3]により極値をとることが確認できる。解析事例は、図9に示したものに限らず、例えば、AIを活用して予知保全、異常検知に関わる解析を実施してもよい。
図10は、周波数応答法により求めた位相余裕Φmと相互関係式により演算した位相余裕Φmとの関係を示す図である。図10において、横軸は、共振ピーク値Mpを意味する。縦軸において、三角印のプロットは、非特許文献1(Table1)に開示されている周波数応答法により求めた位相余裕Φm、丸印のプロットは、周波数応答法により求めた共振ピーク値Mpに数式12および数式13を適用することにより求めた位相余裕Φmを意味する。図10に破線で示しように、周波数応答法により求めた位相余裕Φmと数式13および数式14により求めた位相余裕Φmとの間には高い相関が認められる。
Claims (14)
- プロセッサと、
プログラム命令および前記プログラム命令が使用する演算データを含むデータを記憶するメモリと、
前記プロセッサの内部バスと前記メモリとの間を通信可能に接続する外部バスと、を含み、前記プログラム命令および前記演算データに基づく演算処理を前記プロセッサにより実行する評価システムであって、
前記外部バスは、圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記下流側管路内の流体圧力の時間応答を含むデータまたは信号を受信し、
前記プロセッサは、前記下流側管路内の流体の状態方程式を時間に対して全微分することにより得られる前記下流側管路内の流体圧力の時間応答の時間微分値に少なくとも部分的に基づく微分方程式から、前記下流側管路を出入りする流体の流量を演算し、前記下流側管路内の流体圧力の時間応答と前記ノズルのコンダクタンスとに少なくとも部分的に基づく前記ノズルの流量計算式から、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を演算し、前記下流側管路を出入りする流体の流量に、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を加算することにより、前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算する評価システム。 - プロセッサと、
プログラム命令および前記プログラム命令が使用する演算データを含むデータを記憶するメモリと、
前記プロセッサの内部バスと前記メモリとの間を通信可能に接続する外部バスと、を含み、前記プログラム命令および前記演算データに基づく演算処理を前記プロセッサにより実行する評価システムであって、
前記外部バスは、圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答を含むデータまたは信号を受信し、
前記プロセッサは、前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算する評価システム。 - 前記プロセッサは、前記下流側管路に流入する流体の流量の波形の特徴量である行過量εp、行過時間Tp、または、減衰率λのいずれか1つ以上を演算する請求項1または請求項2に記載の評価システム。
- 前記プロセッサは、前記行過量εpと減衰係数ξとの相互関係式、前記減衰率λと前記減衰係数ξとの相互関係式、のいずれか1つ以上に、前記行過量εpまたは前記減衰率λを代入することにより、前記減衰係数ξを演算する請求項3に記載の評価システム。
- 前記プロセッサは、前記減衰係数ξと共振ピーク値Mpとの相互関係式、前記減衰係数ξと位相余裕Φmとの相互関係式、に基づき前記共振ピーク値Mpまたは前記位相余裕Φmのいずれか1つ以上を演算する請求項4に記載の評価システム。
- 前記プロセッサは、前記行過時間Tpと前記減衰係数ξを、固有角周波数ωnと前記行過時間Tpと前記減衰係数ξとの相互関係式に代入し前記固有角周波数ωnを演算し、共振角周波数ωrと前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、減衰角周波数ω0と前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、交差角周波数ωcと前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、理論応答曲線CT(t)と前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式に基づき前記共振角周波数ωr、前記減衰角周波数ω0、前記交差角周波数ωc、前記理論応答曲線CT(t)のいずれか1つ以上を演算する請求項5に記載の評価システム。
- コンピュータに実装される評価方法において、前記評価方法は、圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記下流側管路内の流体圧力の時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、前記下流側管路内の流体の状態方程式を時間に対して全微分することにより得られる前記下流側管路内の流体圧力の時間応答の時間微分値に少なくとも部分的に基づく微分方程式から、前記下流側管路を出入りする流体の流量を演算するステップと、前記下流側管路内の流体圧力の時間応答と前記ノズルのコンダクタンスとに少なくとも部分的に基づく前記ノズルの流量計算式から、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を演算するステップと、前記下流側管路を出入りする流体の流量に、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を加算することにより、前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算するステップと、を含む。
- コンピュータに実装される評価方法において、前記評価方法は、圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算するステップと、を含む。
- 請求項7または請求項8に記載の前記評価方法は、前記下流側管路に流入する流体の流量の波形の特徴量である行過量εp、行過時間Tp、または、減衰率λのいずれか1つ以上を演算するステップを含む。
- 請求項9に記載の前記評価方法は、前記行過量εpと減衰係数ξとの相互関係式、前記減衰率λと前記減衰係数ξとの相互関係式、のいずれか1つ以上に、前記行過量εpまたは前記減衰率λを代入することにより、前記減衰係数ξを演算するステップを含む。
- 請求項10に記載の前記評価方法は、前記減衰係数ξと共振ピーク値Mpとの相互関係式、前記減衰係数ξと位相余裕Φmとの相互関係式、に基づき前記共振ピーク値Mpまたは前記位相余裕Φmのいずれか1つ以上を演算するステップを含む。
- 請求項11に記載の前記評価方法は、前記行過時間Tpと前記減衰係数ξを、固有角周波数ωnと前記行過時間Tpと前記減衰係数ξとの相互関係式に代入し前記固有角周波数ωnを演算するステップと、共振角周波数ωrと前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、減衰角周波数ω0と前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、交差角周波数ωcと前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式、理論応答曲線CT(t)と前記固有角周波数ωnと前記減衰係数ξとの相互関係式に基づき前記共振角周波数ωr、前記減衰角周波数ω0、前記交差角周波数ωc、前記理論応答曲線CT(t)のいずれか1つ以上を演算するステップを含む。
- 圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記下流側管路内の流体圧力の時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、前記下流側管路内の流体の状態方程式を時間に対して全微分することにより得られる前記下流側管路内の流体圧力の時間応答の時間微分値に少なくとも部分的に基づく微分方程式から、前記下流側管路を出入りする流体の流量を演算するステップと、前記下流側管路内の流体圧力の時間応答と前記ノズルのコンダクタンスとに少なくとも部分的に基づく前記ノズルの流量計算式から、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を演算するステップと、前記下流側管路を出入りする流体の流量に、前記ノズルを通過し前記下流側管路から流出する流体の流量を加算することにより、前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算するステップと、を含む演算ステップをコンピュータに実装させるためのプログラム命令を記憶手段に記憶する手順と、前記記憶手段からデバイス層、ネットワーク層、プラットフォーム層またはアプリケーション層のいずれか1つ以上の前記コンピュータに、前記プログラム命令を構成する前記演算ステップを集中または分散させて実装させる手順と、を含む評価システム生産方法。
- 圧力調整器の下流側管路に流体連通するノズルのコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に前記圧力調整器と前記下流側管路を含むフィードバック制御系において観測される前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答を含むデータまたは信号を受信するステップと、前記圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答に少なくとも部分的に基づく流量演算式から前記圧力調整器を通過し前記下流側管路に流入する流体の流量を演算するステップと、を含む演算ステップをコンピュータに実装させるためのプログラム命令を記憶手段に記憶する手順と、前記記憶手段からデバイス層、ネットワーク層、プラットフォーム層またはアプリケーション層のいずれか1つ以上の前記コンピュータに、前記プログラム命令を構成する前記演算ステップを集中または分散させて実装させる手順と、を含む評価システム生産方法。
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