(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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９】
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１０】
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１１】
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１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、評価システム、評価方法、評価システム生産方法、試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御系の過渡特性を定量定に評価する手法として、周波数応答法（非特許文献１）が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】竹内智朗、香川利春著、「周波数応答法を用いたガバナの安定性評価」、計測自動制御学会論文集、Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ８，７４７／（２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１の先行技術は、様々な振幅および正弦周波数の負荷流量を入力信号として発生させるため、多量の流体および長い作業時間を必要とする。
【０００５】
本開示は、以下を目的とする。圧力調整器と下流側管路を含むフィードバック制御系の過渡特性の評価に関して、（１）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フィードバック制御系において観測される過渡応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能とする。（２）周波数応答法に比べて、極めて短時間、かつ、簡易な設備で圧力調整器を含むフィードバック制御系の過渡特性の指標を評価可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様による評価システムは、第１に、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。
【０００７】
この特徴によれば、評価システムは、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圧力調整器と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下流側管路内の流体圧力の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能なシステムとして機能する。
【０００８】
評価システムは、第２に、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。
【０００９】
この特徴によれば、評価システムは、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観測される圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能なシステムとして機能する。
【００１０】
評価システムは、第３に、第１または第２の特徴において、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つ以上を演算してもよい。
【００１１】
この特徴によれば、評価システムは、圧力調整器を通過し下流側管路内に流入する流体の流量の波形から、速応性の指標である行過時間Ｔｐ、安定度の指標である行過量εｐ、減衰率λを評価するシステムとして機能する。
【００１２】
評価システムは、第４に、第３の特徴において、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を演算してもよい。
【００１３】
この特徴によれば、評価システムは、プロセッサにより演算された行過量εｐまたは減衰率λから安定度の指標である減衰係数ξを評価するシステムとして機能する。
【００１４】
評価システムは、第５に、第４の特徴において、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つ以上を演算してもよい。
【００１５】
この特徴によれば、評価システムは、周波数特性の指標である共振ピーク値Ｍｐ、安定余裕の指標である位相余裕Φｍを評価するシステムとして機能する。
【００１６】
評価システムは、第６に、第５の特徴において、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共振角周波数ωｒ、減衰角周波数ω０、交差角周波数ωｃ、前記理論応答曲線ＣＴ（ｔ）のいずれか１つ以上を演算してもよい。
【００１７】
この特徴によれば、評価システムは、速応性の指標である固有角周波数ωｎ、周波数特性の指標である共振角周波数ωｒ、減衰角周波数ω０、交差角周波数ωｃを評価するシステムとして機能する。また、評価システムは、圧力調整器を通過し、下流側管路内に流入する流体の流量であるステップ応答の理論応答曲線を、評価するシステムとして機能する。
【００１８】
上記評価システムは、評価方法として構成してもよい。
【００１９】
本開示の一態様による評価方法は、第１に、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。
【００２０】
この特徴によれば、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圧力調整器と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下流側管路内の流体圧力の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能な方法として機能する。
【００２１】
本開示の一態様による評価方法は、第２に、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。
【００２２】
この特徴によれば、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観測される圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能な方法として機能する。
【００２３】
本開示の一態様による評価方法は、第３に、第１または第２の評価方法において、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んでもよい。
【００２４】
この特徴によれば、評価方法は、圧力調整器を通過し下流側管路内に流入する流体の流量の波形から、速応性の指標である行過時間Ｔｐ、安定度の指標である行過量εｐ、減衰率λを評価する方法として機能する。
【００２５】
本開示の一態様による評価方法は、第４に、第３の評価方法において、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んでもよい。
【００２６】
この特徴によれば、評価方法は、周波数特性の指標である共振ピーク値Ｍｐ、安定余裕の指標である位相余裕Φｍを評価する方法として機能する。
【００２７】
本開示の一態様による評価方法は、第５に、第４の評価方法において、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んでもよい。
【００２８】
この特徴によれば、評価方法は、周波数特性の指標である共振ピーク値Ｍｐ、安定余裕の指標である位相余裕Φｍを評価する方法として機能する。
【００２９】
本開示の一態様による評価方法は、第６に、第５の評価方法において、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んでもよい。
【００３０】
この特徴によれば、評価方法は、速応性の指標である固有角周波数ωｎ、周波数特性の指標である共振角周波数ωｒ、減衰角周波数ω０、交差角周波数ωｃを評価するシステムとして機能する。また、評価システムは、圧力調整器を通過し、下流側管路内に流入する流体の流量であるステップ応答の理論応答曲線を、評価する方法として機能する。
【００３１】
上記評価システムは、評価システム生産方法として構成することができる。
【００３２】
本開示の一態様による評価システム生産方法は、第１に、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。
【００３３】
この特徴によれば、評価システム生産方法は、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圧力調整器と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下流側管路内の流体圧力の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能な評価システムを生産する方法として機能する。
【００３４】
本開示の一態様による評価システム生産方法は、第２に、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。
【００３５】
この特徴によれば、評価システム生産方法は、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観測される圧力調整器のバルブの開度情報の時間応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定可能なシステムを生産する方法として機能する。
【００３６】
上記評価システムの評価対象であるフィードバック制御系の一部は、圧力調整器の過渡応答性能を評価するための試験装置として構成することができる。
【００３７】
本開示の一態様による試験装置は、評価対象の圧力調整器の入口側と流体連通する上流側管路と、前記評価対象の圧力調整器の出口側と流体連通する下流側管路と、前記上流側管路または前記下流側管路の少なくとも一方の圧力を計測するための圧力計測デバイスと、前記下流側管路に流体連通する流体機器と、を含み、前記上流側管路または前記下流側管路の少なくとも一方に、等温材が充填されている。
【００３８】
この特徴によれば、試験装置は、評価対象の圧力調整器の過渡応答試験時に発生する上流側管路または下流側管路内の流体温度を等温化させる装置として機能する。
【発明の効果】
【００３９】
本開示は、以下の効果を奏することが期待される。圧力調整器を含むフィードバック制御系の過渡特性の評価に関して、（１）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フィードバック制御系において観測される過渡応答から、圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量を推定することができる。（２）周波数応答法に比べて、極めて短時間、かつ、簡易な設備で圧力調整器を含むフィードバック制御系の過渡特性の指標を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（Ａ）は、圧力調整器を含むフィードバック制御系の例示である。図１（Ｂ）は、ノズルのコンダクタンスＣが、ステップ状に増加した際に観測される下流側管路内の流体圧力Ｐ２ｄの時間応答を示す。
【図２】図２（Ａ）は、下流側管路と流体機器が有するノズルをモデル化した図である。図２（Ｂ）は、ノズルのコンダクタンスＣが、ステップ状に増加した際に観測される圧力調整器を通過し下流側管路に流入する流体の流量の時間応答を示す。
【図３】本開示の評価システムのハードウェア構成の例示である。
【図４】本開示の評価システムをスマートフォンまたはノート型パソコンなどの可搬型コンピュータに適用した際のハードウェア構成の例示である。
【図５】本開示の評価システムをアプリケーション層のクラウドサーバに構築した場合のハードウェア構成の例示である。
【図６】本開示の評価システムをデバイス層のマイコンメータに構築した場合のハードウェア構成の例示である。
【図７】演算データのデータフォーマットの一例である。
【図８】本開示の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本開示の評価システムを利用した解析事例である。横軸は、下流側管路の内容積、縦軸は、行過量εｐ、位相余裕Φｍをあらわす。
【図１０】周波数応答法および相互関係式により演算した位相余裕と、共振ピーク値Ｍｐとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に示す実施例は、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。また、同じ部材には、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
本開示の評価システム１は、圧力調整器２１０、上流側管路２４０、下流側管路２２０、第１圧力計測デバイス２３０および流体機器２５０を含むフィードバック制御系２００を評価対象とする。一態様において、フィードバック制御系２００は、評価システム１のサブコンビネーションとして構成される。圧力調整器２１０は、自力式、他力式のものも含む。また、圧力調整器２１０は、直動式、パイロット式のものを含む。さらに、圧力調整器２１０は、半導体、医療、車両、蒸気など、様々な分野およびガス種で使用されるものを含む。なお、本明細書において、圧力調整器２１０という用語は、自力式、他力式に関わらず使用される。
【００４３】
（基本原理）
（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。
【００４４】
図１（Ｂ）は、ノズル２５５のコンダクタンスＣが、ステップ状に増加した際に観測される下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄの時間応答を示す。ノズル２５５のコンダクタンスＣが、第１の値から第２の値にステップ状に増加すると、下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄは、圧力極小値Ｐ２ｄ_ｍｉｎを示す過渡状態を経て、定常状態Ｐ２ｄ_ｆｉｎａｌに収束する。図示しないが、下流側管路２２０内の流体温度θは、温度極小値θｍｉｎを示す過渡状態を経て、定常状態θｆｉｎａｌに収束する。
【００４５】
図２（Ｂ）に示すように、ノズル２５５のコンダクタンスＣが、ステップ状に増加すると、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は、極大値Ｇ１＿ｍａｘ１、２番目に大きい極大値Ｇ１＿ｍａｘ２を示す過渡状態を経て定常状態の流量Ｇ１＿ｆｉｎａｌに収束する。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は、定常値であれば、流量計測デバイス２４２（図示しない）を上流側管路２４０に設置することで測定することができる。しかしながら、流量計測デバイス２４２を上流側管路２４０に設置すると、設置スペースの確保、設置費用、維持管理費用が新たに必要となる。一方、第１圧力計測デバイス２３０は、一般に、流量計測デバイス２４２よりも設置費用、維持管理費用、センサの応答性に関して有利である。
【００４６】
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する。
【００４７】
図１（Ａ）の下流側管路２２０および流体機器２５０は、図２（Ａ）に示すように容積要素２２２と絞り要素２５２によりモデル化することができる。下流側管路２２０内の流体の状態方程式は、数式１のようになる。
【００４８】
ここでＰ２ｄは、下流側管路２２０内の流体圧力（ＰａＡ）、Ｖは、下流側管路２２０の内容積（ｍ３）、ｍは、下流側管路２２０内の流体の質量（ｋｇ）、Ｒは、気体定数（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、θは、下流側管路２２０内の流体温度（Ｋ）である。
【００４９】
【数１】
0006770288.tif 000002
【００５０】
数式２は、数式１の状態方程式を時間に対して全微分したものである。数式３は数式２を整理すると得られる。さらに、数式３において、下流側管路２２０内の流体温度θを、等温と仮定すると数式４が得られる。なお、数式２乃至数式４は、上流側管路２４０系にも適用が可能である。また、上流側管路２４０、下流側管路２２０の少なくとも一方に熱容量が気体よりも大きい金属製綿、金属線、金属棒などの等温材を充填してもよい。等温材として使用する金属の種類は、限定されない。
【００５１】
【数２】
0006770288.tif 000003
【００５２】
【数３】
0006770288.tif 000004
【００５３】
【数４】
0006770288.tif 000005
【００５４】
数式３、数式４において、ΔＧは、下流側管路２２０を出入りする流体の流量（ｋｇ／ｓ）である。数式３、数式４を変形すると数式５、数式６が得られる。ここで、Ｇ１は、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である。Ｇ２は、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（ｋｇ／ｓ）である。Ｖは、下流側管路２２０の内容積（ｍ３）である。
【００５５】
【数５】
0006770288.tif 000006
【００５６】
【数６】
0006770288.tif 000007
【００５７】
数式５、数式６の右辺第２項のＧ２は、数式７または数式８に示す流量計算式によって計算することができる。なお、Ｐａは、大気圧（ＰａＡ）、κは、気体の比熱比である。
【００５８】
【数７】
0006770288.tif 000008
【００５９】
【数８】
0006770288.tif 000009
【００６０】
数式７、数式８において、Ｓｅは、ノズル２５５の有効断面積（ｍ２）、Ｐ２ｄは、下流側管路２２０内の流体圧力（ＰａＡ）、Ｐａは、大気（ＰａＡ）である。
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。
【００６１】
このように、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を演算し、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を演算し、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を演算することができる。
【００６２】
さらに、下流側管路２２０内の流体温度θの変化を考慮する必要がある場合、下流側管路２２０に第１温度計測デバイス２３２を設け、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の時間応答と流体圧力Ｐ２ｄの時間応答の時間微分値、下流側管路２２０内の流体温度θの時間応答と流体温度θ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を演算してもよい。
【００６３】
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は、数式９に示すように、整定状態における流体の流量Ｇ１＿ｆｉｎａｌによって除算することで正規化した流体の流量Ｇ１＿ｎｏｒｍａｌとしてもよい。
【００６４】
【数９】
0006770288.tif 000010
【００６５】
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は、質量流量に限らない。例えば、流量は、標準化状態の体積流量や流速などに換算してもよい。
【００６６】
コンダクタンスＣのステップ状の増加は、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に対する外乱入力を意味する。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は、ステップ応答を意味する。ステップ応答における過渡応答性の指標として、以下に示す行過量εｐ、減衰率λ、オーバーシュート量Ａi、行過時間Ｔｐ、減衰係数ξなどの指標がある。
【００６７】
実運用が可能なフィードバック制御系２００は、３次系以上であっても２次系として近似することができる。以下に示す相互関係式は、２次系以上のフィードバック制御系２００にも適用することが可能である。行過量εｐ（単位はパーセント）と減衰係数ξの相互関係式は、数式１０により表すことができる。
【００６８】
【数１０】
0006770288.tif 000011
【００６９】
減衰率λは、数式１１に示すようにi番目のオーバーシュート量Ａiと、i＋１番目のオーバーシュート量Ａi+１の比で表すことができる。
【００７０】
【数１１】
0006770288.tif 000012
【００７１】
減衰率λと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１２により表すことができる。
【００７２】
【数１２】
0006770288.tif 000013
【００７３】
減衰係数ξと共振ピーク値Ｍｐとの相互関係式は、数式１３により表すことができる。
【００７４】
【数１３】
0006770288.tif 000014
【００７５】
減衰係数ξと位相余裕Φｍとの相互関係式は、数式１４により表すことができる。
【００７６】
【数１４】
0006770288.tif 000015
【００７７】
固有角周波数ωｎと行過時間Ｔｐと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１５により表すことができる。
【００７８】
【数１５】
0006770288.tif 000016
【００７９】
共振角周波数ωｒと固有角周波数ωｎと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１６により表すことができる。
【００８０】
【数１６】
0006770288.tif 000017
【００８１】
減衰角周波数ω０と固有角周波数ωｎと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１７により表すことができる。
【００８２】
【数１７】
0006770288.tif 000018
【００８３】
交差角周波数ωｃと固有角周波数ωｎと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１８により表すことができる。
【００８４】
【数１８】
0006770288.tif 000019
【００８５】
理論応答曲線ＣＴ（ｔ）と固有角周波数ωｎと減衰係数ξとの相互関係式は、数式１９により表すことができる。ここで、Ｋは、ＣＴ（ｔ）の定常値であり、本開示においては、整定状態における流体の流量Ｇ１＿ｆｉｎａｌに等しい。
【００８６】
【数１９】
0006770288.tif 000020
【００８７】
（第２の原理）
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。
【００８８】
上流側管路２４０内の流体圧力Ｐ１の変化を考慮する必要がある場合、上流側管路２４０に図示しない第２圧力計測デバイス２３４を設け、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を推定することができる。
【００８９】
さらに、下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄの変化を考慮する必要がある場合、圧力調整器２１０のバルブの開度情報Ｘｖの時間応答、上流側管路２４０内の流体圧力Ｐ１の時間応答および下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄ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を推定することができる。
【００９０】
さらに、上流側管路２４０内の流体温度θ１の変化を考慮する必要がある場合、上流側管路２４０に図示しない第２温度計測デバイス２３６を設け、圧力調整器２１０のバルブの開度情報Ｘｖの時間応答、上流側管路２４０内の流体圧力Ｐ１の時間応答、下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄの時間応答および上流側管路２４０内の流体温度θ１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を推定することができる。
【００９１】
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は、数式２０、または数式２１の流量演算式により表すことができる。
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。
【００９２】
【数２０】
0006770288.tif 000021
【００９３】
【数２１】
0006770288.tif 000022
【００９４】
数式２０、数式２１の流量演算式は、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、流量演算式は、数式２０、数式２１に記載しものに限らず、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、流量演算式は、近似式や簡易式を用いてよい。
【００９５】
（ハードウェア構成）
（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。
【００９６】
（プロセッサ１１０、プログラム命令１３２、演算データ１３４およびメモリ１３０）
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。
【００９７】
メモリ１３０は、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を記憶する。演算データ１３４は、数式１〜２１に関わる演算に用いる定数や、変数を少なくとも含んでいる。また、プロセッサ１１０によって演算された結果も演算データ１３４に含めることができる。メモリ１３０は、プロセッサ１１０が直接アクセスできるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭなどの1次記憶装置であってよい。メモリ１３０は、ハードディスク、ＳＳＤなどの補助記憶装置などの２次記憶装置であってよい。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は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどにより一部または全部をハードウェア化してもよい。
【００９８】
（外部バス）
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。
【００９９】
周辺機器１４０は、例えば、アナログ出力端子を有する第１圧力計測デバイス２３０であってよい。周辺機器１４０は、下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄの時間応答を含むデータを記憶したＵＳＢメモリ、ＣＤ―ＲＯＭ、フラッシュメモリ、フロッピーディスク、などの記憶手段５００、クラウドサーバ３２、４２、スマートフォン４３、データロガー、ＰＬＣなどの装置などであってよい。周辺機器１４０が、アナログ信号を出力する場合は、周辺機器１４０またはインターフェース１２２にＡＤ変換器１４２を含めてよい。
【０１００】
外部バス１２０は、図示しないディスプレイ、音声出力装置などの出力手段、キーボード、マウス、タッチパネルなどのポインティングデバイス、音声入力デバイスなどの入力手段にも接続可能なものであってよい。
【０１０１】
インターフェース１２２は、周辺機器１４０の通信規格に適応した無線または有線のＬＡＮインターフェース、ＵＳＢインターフェース、オーディオインターフェース、レガシーインターフェースなどであってよい。周辺機器１４０の通信規格は、産業用ネットワークの通信規格であってよい。
【０１０２】
（適用事例）
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。
【０１０３】
第１圧力計測デバイス２３０は、計測データを出力する例えば、４〜２０ｍＡ、１〜５Ｖなどのアナログ出力端子を備えたものをＡＤ変換器１４２と併せて使用することができる。また、第１圧力計測デバイス２３０は、ＨＡＲＴ（登録商標）などの通信規格のものを使用してもよい。
【０１０４】
また、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にＵＳＢメモリ、メモリカードなどの可搬型メモリを備えている場合、外部バス１２０は、ノート型パソコン４４またはスマートフォン４３が備えるＵＳＢポート、メモリカード用のスロットなどのインターフェース１２２を経由して可搬型メモリに記憶されたデータを収集することができる。ノート型パソコン４４またはスマートフォン４３は、ノズル２５５の開閉を制御する信号を出力するインターフェース１２２を備えてもよい。
【０１０５】
本開示の評価システム１は、例えば、図５に示すようにＩｏＴシステムとしてクラウドサーバ３２、４２上に構成してもよい。ＩｏＴシステムは、例えば、デバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０、アプリケーション層４０の４つの層を含んでいる。評価システム１は、ＩｏＴシステムのデバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０、アプリケーション層４０のいずれに構成してもよい。また、評価システム１を構成するハードウェアは、デバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０、アプリケーション層４０のいずれか２つ以上に分散させて構成してもよい。
【０１０６】
ネットワーク層２０は、ＩｏＴゲートウェイ２２を含んでよい。アプリケーション層４０は、ノート型パソコン４４またはスマートフォン４３などの可搬型端末を含んでよい。  本開示の評価システム１は、デバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０、アプリケーション層４０のいずれかにＨＥＭＳ（Home Energy Management System）と併せて構成してもよい。
【０１０７】
図６において、評価システム１は、一例として、デバイス層１０であるマイコンメータ２３５内に構成される。ネットワーク層２０は、ＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）、ＷＬＡＮ（Wireless LAN）、ＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）、フィールドバス、移動通信システム、固定回線、インターネット回線などのネットワークまたはＩｏＴゲートウェイ２２等により構成される。プラットフォーム層３０のクラウドサーバ３２は、ネットワーク層２０に設置されたＩｏＴゲートウェイ２２を経由して、デバイス層１０のマイコンメータ２３５内に内蔵された第１圧力計測デバイス２３０、流量計測デバイス２４２から計測データを収集し、必要に応じて収集したデータを前処理する。前処理は、例えば、収集したデータの欠損の補間、データの正規化、データに対するラベリングなどの処理である。ユーザは、アプリケーション層４０のクラウドサーバ４２をウェブサーバとして機能させてスマートフォン４３、ノート型パソコン４４などを入出力手段として使用してもよい。なお、評価システム１は、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０、アプリケーション層４０のいずれかに構成してもよい。
【０１０８】
図７は、本開示の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。
（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。
【０１０９】
（ステップＳ１０２）ステップＳ１０２において、コンピュータ６００は、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。
【０１１０】
下流側管路２２０内の流体温度θの変化を考慮する必要がある場合、下流側管路２２０に第１温度計測デバイス２３２を設け、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の時間応答と流体圧力Ｐ２ｄの時間応答の時間微分値、下流側管路２２０内の流体温度θの時間応答と流体温度θ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を演算してもよい。
【０１１１】
（ステップＳ１０３）ステップＳ１０３において、コンピュータ６００は、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。
【０１１２】
下流側管路２２０内の流体温度θの変化を考慮する必要がある場合、下流側管路２２０に第１温度計測デバイス２３２を設け、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と下流側管路２２０内の流体温度θの時間応答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を演算してもよい。
【０１１３】
（ステップＳ１０４）ステップＳ１０４において、コンピュータ６００は、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。
【０１１４】
（実施例２）
（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。
【０１１５】
上流側管路２４０内の流体圧力Ｐ１の変化を考慮する必要がある場合、上流側管路２４０に第２圧力計測デバイス２３４を設け、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を演算してもよい。
【０１１６】
ここで、「開度情報Ｘｖ」は、バルブの実際の開度に限定されない。例えば、圧力調整器２１０が梃子式のガバナであれば梃子比と力点の変位からバルブの実際の開度を求めてもよい。
「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。
【０１１７】
（実施例３）
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。
【０１１８】
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を演算するステップＳ４００は、例えば、以下のアルゴリズムを利用できる。（１）ステップ応答の最大値であるＧ１_max1を求める。（２）定常状態応答Ｇ１_finalの誤差（Ｇ１（ｔ）−Ｇ１_final）の絶対値がＧ１_finalの例えば２％〜５％以内に下がるまでの時間を検出し、行過時間Ｔｐとする。（３）行過量εｐ[％]＝(Ｇ１_max1−Ｇ１_final)／Ｇ１_final×100を演算する。（４）ステップ応答の２番目ピーク値である流量Ｇ１_max2を求める。（５）減衰率λ＝（Ｇ１_max−Ｇ１_final）／（Ｇ１_max1−Ｇ１_final）を演算する。
【０１１９】
本開示の評価方法は実施例４に示す処理を含んでよい。
（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。
【０１２０】
本開示の評価方法は実施例５に示す処理を含んでよい。
（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。
【０１２１】
本開示の評価方法は実施例６に示す処理を含んでよい。
（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。
【０１２２】
評価方法は、プログラム命令１３２が使用する演算データ１３４を追加、更新または削除可能な図示しないステップを含んでよい。
【０１２３】
本開示は、評価システム生産方法として構成してもよい。
【０１２４】
（実施例７）
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。
【０１２５】
さらに、評価システム生産方法は、記憶手段５００からデバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０またはアプリケーション層４０のいずれか１つ以上のコンピュータ６００に、プログラム命令１３２を構成する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。記憶手段５００は、例えば、プラットフォーム層３０またはアプリケーション層４０のクラウドサーバ３２、４２自体であってよい。
【０１２６】
また、記憶手段５００は、ＤＶＤ、ＵＳＢなどの記録媒体としてもよい。プログラム命令１３２は、１つのコンピュータ６００に集中させて書込またはダウンロードしてもよい。また、プログラム命令１３２は、２以上のコンピュータ６００に分散させて書込またはダウンロードさせてもよい。
【０１２７】
（実施例８）
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。
【０１２８】
さらに、評価システム生産方法は、記憶手段５００からデバイス層１０、ネットワーク層２０、プラットフォーム層３０またはアプリケーション層４０のいずれか１つ以上のコンピュータ６００に、プログラム命令１３２を構成する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。記憶手段５００は、例えば、プラットフォーム層３０またはアプリケーション層４０のクラウドサーバ３２、４２自体であってよい。
【０１２９】
また、記憶手段５００は、ＤＶＤ、ＵＳＢなどの記録媒体としてもよい。プログラム命令１３２は、１つのコンピュータ６００に集中させて書込またはダウンロードしてもよい。また、プログラム命令１３２は、２以上のコンピュータ６００に分散させて書込またはダウンロードさせてもよい。
（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。
【０１３０】
物理パラメータ３０２は、例えば、流体の種別ごとの気体定数Ｒ、比熱比κなど数式１乃至数式２１において使用する情報である。維持管理情報３０３は、例えば、メンテナンス日、メンテナンス内容、トラブル内容、作業者などの情報である。計測情報３０４は、下流側管路２２０内の流体圧力Ｐ２ｄの時間応答、下流側管路２２０内の流体温度θの時間応答，上流側管路２４０内の流体圧力Ｐ１の時間応答、上流側管路２４０内の流体温度θ１の時間応答，計測日時などのデータである。演算データ１３４は、プロセッサ１１０による演算結果を含んでよい。さらに、演算データ１３４は、行過量εｐ、行過時間Ｔｐ、減衰率λ、共振ピーク値Ｍｐ、位相余裕Φｍなどの指標に対する上限値または下限値などの閾値を含んでよい。
【０１３１】
（解析事例）
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。
【０１３２】
（本開示の評価システム１の有効性について）
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。
【符号の説明】
【０１３３】
１：評価システム、１０：デバイス層、２０：ネットワーク層、２２：ＩｏＴゲートウェイ、３０：プラットフォーム層、３２：クラウドサーバ、４０：アプリケーション層、４２：クラウドサーバ、４３：スマートフォン、４４：ノート型パソコン、１１０：プロセッサ、１１２：内部バス、１２０：外部バス、１２２：インターフェース、１３０：メモリ、１３２：プログラム命令、１３４：演算データ、１４０：周辺機器、１４２：ＡＤ変換器、２００：フィードバック制御系、２１０：圧力調整器、２１２：開度計測デバイス、２２０：下流側管路、２２２：容積要素、２３０：第１圧力計測デバイス、２３２：第１温度計測デバイス、２３４：第２圧力計測デバイス、２３５：マイコンメータ、２３６：第２温度計測デバイス、２４０：上流側管路、２４２：流量計測デバイス、２５０：流体機器、２５２：絞り要素、２５３：電磁弁、２５４：リフト弁、２５５：ノズル、３０１：設備情報、３０２：物理パラメータ、３０３：維持管理情報、３０４：計測情報、５００：記憶手段、６００：コンピュータ
【要約】      （修正有）【課題】周波数応答に比べて、極めて短時間に簡易な設備で圧力調整器を含むフィードバック制御系の速応性、安定度を高精度に評価するシステムを提供する。【解決手段】プロセッサ１１０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のコンダクタンスが、ステップ状に変化した際に圧力調整器と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を経由して接続可能であり、プロセッサは、フィードバック制御系において観測される過渡応答に少なくとも部分的に基づく数理モデルから、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。【選択図】図４【図１】
0006770288.tif 000023
【図２】
0006770288.tif 000024
【図３】
0006770288.tif 000025
【図４】
0006770288.tif 000026
【図５】
0006770288.tif 000027
【図６】
0006770288.tif 000028
【図７】
0006770288.tif 000029
【図８】
0006770288.tif 000030
【図９】
0006770288.tif 000031
【図１０】
0006770288.tif 000032