流量控制裝置和流量控制程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制流體的流量的流量控制裝置和流量控制程序。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造工序中使用的流量控制裝置被要求使實(shí)際流量值在短時(shí)間內(nèi)追隨由用戶設(shè)定的流量設(shè)定值。
[0003]為了滿足所述的要求，例如專利文獻(xiàn)1所示的流量控制裝置包括流量傳感器、閥以及通過所述閥控制流量的流量控制部，所述流量控制部通過二自由度控制來控制所述閥的開度，所述二自由度控制組合了基于從所述流量傳感器輸出的流量測(cè)量值進(jìn)行的反饋控制和基于設(shè)定的流量設(shè)定值進(jìn)行的前饋控制。
[0004]即，所述流量控制裝置的意圖在于，通過反饋控制對(duì)超調(diào)等進(jìn)行補(bǔ)償，并且通過前饋控制使實(shí)際流量值高速地追隨流量設(shè)定值。
[0005]但是，在專利文獻(xiàn)1中記載的二自由度型流量控制裝置中，難以將過度響應(yīng)時(shí)的實(shí)際流量值的響應(yīng)特性整形為理想的特性。
[0006]具體地說，考慮輸入了階躍輸入作為流量設(shè)定值時(shí)的實(shí)際流量值的響應(yīng)。由于從所述流量傳感器輸出的流量測(cè)量值相對(duì)于在流道內(nèi)流動(dòng)的流體的實(shí)際流量值具有時(shí)間延遲，所以如果單純地對(duì)流量設(shè)定值和流量測(cè)量值的偏差進(jìn)行反饋，則在過度響應(yīng)初期會(huì)產(chǎn)生大的偏差。因此，變成在過度響應(yīng)初期以比通過前饋控制指定的本來需要的固定開度大的開度來控制閥，從而產(chǎn)生超調(diào)。此后，通過反饋控制以使閥的開度變小的方式進(jìn)行控制，以消除所述超調(diào)。
[0007]由此，如果由所述流量傳感器測(cè)量的流量測(cè)量值存在時(shí)間延遲，則會(huì)產(chǎn)生超調(diào)、提高增益時(shí)控制變得不穩(wěn)定等情況，從而難以使實(shí)際流量值追隨流量設(shè)定值。因這種時(shí)間延遲產(chǎn)生的控制的問題在流量傳感器為熱式流量傳感器時(shí)特別顯著。
[0008]即，現(xiàn)狀是在進(jìn)行二自由度型流量控制時(shí)不能僅在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行反饋控制。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:美國(guó)專利公開公報(bào)US2011/0054702號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0012]本發(fā)明是鑒于所述的問題而做出的發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種流量控制裝置，能夠使從流量傳感器輸出的流量測(cè)量值的時(shí)間延遲對(duì)流量控制造成的影響變小，并且能夠使實(shí)際流量值高速地追隨流量設(shè)定值。
[0013]解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0014]即，本發(fā)明的流量控制裝置，其包括:流量傳感器，測(cè)量在流道內(nèi)流動(dòng)的流體的流量；閥，設(shè)置在所述流道上；以及流量控制部，基于由所述流量傳感器測(cè)量出的流量測(cè)量值和流量設(shè)定值，通過所述閥控制流量，所述流量控制部包括:傳感器模型存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)傳感器模型，所述傳感器模型模擬所述流量傳感器的響應(yīng)特性；流量模擬值輸出部，輸出流量模擬值，所述流量模擬值是基于所述流量設(shè)定值和所述傳感器模型計(jì)算出的流量值；反饋控制部，基于所述流量測(cè)量值和所述流量模擬值的偏差，輸出流量反饋值；以及閥控制部，基于根據(jù)所述流量設(shè)定值計(jì)算出的流量前饋值和所述流量反饋值，控制所述閥，所述流量模擬值輸出部輸出包含規(guī)定的時(shí)間延遲的所述流量模擬值。
[0015]按照該流量控制裝置，由于所述流量反饋控制部基于包含時(shí)間延遲的流量測(cè)量值和通過所述流量模擬值輸出部再現(xiàn)時(shí)間延遲的流量模擬值的偏差，輸出流量反饋值，所以能夠使輸出的流量反饋值是反映了流量傳感器的時(shí)間延遲的流量反饋值。
[0016]因此，能夠防止如下的問題:在過度響應(yīng)初期因流量傳感器的時(shí)間延遲引起反饋過剩的流量反饋值，導(dǎo)致所述閥的開度改變而造成超調(diào)等。更具體地說，在過度響應(yīng)初期，從所述流量反饋控制部未輸出流量反饋值，所述閥控制部將適合于由流量前饋值指定的流量設(shè)定值的電壓向所述閥施加，從而可以使閥的開度固定并使實(shí)際流量值的上升速度成為高速。
[0017]此外，為了使所述傳感器模型成為不包含時(shí)間延遲的簡(jiǎn)單且正確的模型，并且能夠準(zhǔn)確地再現(xiàn)時(shí)間延遲，只要采用下述方式即可:所述流量模擬值輸出部從由所述流量傳感器測(cè)量出的所述流量測(cè)量值成為規(guī)定的閾值以上開始，基于所述傳感器模型和所述流量設(shè)定值開始輸出所述流量模擬值。按照該方式，由于可以在流量模擬值的輸出的開始時(shí)點(diǎn)準(zhǔn)確地再現(xiàn)時(shí)間延遲，所以僅通過對(duì)從所述流量模擬值輸出部輸出的流量模擬值進(jìn)行簡(jiǎn)單的模型化，就能夠接近實(shí)際上從所述流量傳感器輸出的流量測(cè)量值，從而能夠改進(jìn)二自由度型流量控制的響應(yīng)特性。
[0018]為了即使在因外部溫度的變化等的影響使所述閥的Q-V特性變化了的情況下，也能夠通過始終基于流量前饋值的流量控制，從流量控制開始時(shí)起維持為所需要的開度，從而實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)，只要采用下述方式即可:所述閥控制部包括:Q_V特性存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)Q-V特性，所述Q-V特性是所述閥施加電壓和當(dāng)向所述閥施加所述閥施加電壓時(shí)在所述流道內(nèi)流動(dòng)的流體的流量的關(guān)系；以及電壓輸出部，基于所述Q-V特性計(jì)算與作為所述流量前饋值和所述流量反饋值的和的流量輸入值對(duì)應(yīng)的閥施加電壓，并且將計(jì)算出的閥施加電壓向所述閥輸出，所述流量控制裝置還包括Q-V特性修正部，所述Q-V特性修正部基于所述流量反饋值對(duì)存儲(chǔ)在所述Q-V特性存儲(chǔ)部?jī)?nèi)的Q-V特性進(jìn)行修正。
[0019]為了降低超調(diào)量等并以在過度響應(yīng)結(jié)束時(shí)使實(shí)際流量值大體成為與流量設(shè)定值相同的值的方式對(duì)Q-V特性進(jìn)行修正，只要采用下述方式即可:當(dāng)從流量控制開始時(shí)起在規(guī)定時(shí)間以內(nèi)的所述流量反饋值的積分值為正時(shí)，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V軸正方向偏移的方式對(duì)所述Q-V特性進(jìn)行修正，當(dāng)所述積分值為負(fù)時(shí)，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V軸負(fù)方向偏移的方式對(duì)所述Q-V特性進(jìn)行修正。此外，如果所述Q-V特性修正部基于從流量控制開始時(shí)起在規(guī)定時(shí)間以內(nèi)的所述流量反饋值的積分值的絕對(duì)值，確定所述Q-V特性的V軸方向的偏移量，則能夠反映存儲(chǔ)的Q-V特性和當(dāng)前的Q-V特性的偏離度地進(jìn)行修正。
[0020]為了即使是簡(jiǎn)單的模型也能夠高精度地確定流量傳感器的響應(yīng)特性，并盡可能地減小模型化誤差，從而能夠提高流量控制的精度，只要采用下述方式即可:所述流量控制裝置還包括傳感器模型確定部，所述傳感器模型確定部基于作為所述流量設(shè)定值輸入階躍輸入時(shí)從所述流量傳感器輸出的所述流量測(cè)量值超過了所述閾值以后的開環(huán)響應(yīng)特性，確定所述傳感器模型。
[0021]對(duì)于當(dāng)進(jìn)行了通常的電壓控制時(shí)在所述閥的Q-V特性中出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的情況，為了使滯后現(xiàn)象難以出現(xiàn)，從而能夠改進(jìn)流量控制的響應(yīng)特性，只要采用下述方式即可:所述閥是壓電閥，所述流量控制裝置還包括基準(zhǔn)電容器，所述基準(zhǔn)電容器與所述壓電閥串聯(lián)，并且一端接地，所述閥控制部將向所述壓電閥施加的電壓保持為所述閥施加電壓。
[0022]作為從所述流量傳感器輸出的流量測(cè)量值的時(shí)間延遲大，特別是容易表現(xiàn)本發(fā)明的流量控制裝置的流量控制的效果的方式，可以例舉的是所述流量傳感器是熱式流量傳感器。
[0023]為了能夠?qū)ΜF(xiàn)有的流量控制裝置重寫(overwrite)流量控制程序等，從而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明的流量控制裝置同等的流量控制性能，只要使用存儲(chǔ)有流量控制程序的流量控制程序存儲(chǔ)介質(zhì)即可，所述流量控制程序用于流量控制裝置，所述流量控制裝置包括:流量傳感器，測(cè)量在流道內(nèi)流動(dòng)的流體的流量；以及閥，設(shè)置在所述流道上，所述流量控制程序使計(jì)算機(jī)發(fā)揮作為流量控制部的功能，所述流量控制部基于由所述流量傳感器測(cè)量出的流量測(cè)量值和流量設(shè)定值，通過所述閥控制流量，所述流量控制部包括:傳感器模型存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)傳感器模型，所述傳感器模型模擬所述流量傳感器的響應(yīng)特性；流量模擬值輸出部，輸出流量模擬值，所述流量模擬值是基于所述流量設(shè)定值和所述傳感器模型計(jì)算出的流量值；反饋控制部，基于所述流量測(cè)量值和所述流量模擬值的偏差，輸出流量反饋值；以及閥控制部，基于根據(jù)所述流量設(shè)定值計(jì)算出的流量前饋值和所述流量反饋值，控制所述閥，所述流量模擬值輸出部輸出包含規(guī)定的時(shí)間延遲的所述流量模擬值。此外，所述流量控制程序可以預(yù)先存儲(chǔ)在CD、DVD、HDD和閃存器等存儲(chǔ)介質(zhì)中，在安裝等時(shí)使用。
[0024]發(fā)明效果
[0025]由此，按照本發(fā)明的流量控制裝置，由于所述反饋控制部根據(jù)基于所述傳感器模型輸出且反映了時(shí)間延遲的流量模擬值和由所述流量傳感器測(cè)量出的流量測(cè)量值的偏差，輸出流量反饋值，所以能夠進(jìn)行反映了所述流量傳感器的時(shí)間延遲的流量反饋。因此，由于流量控制開始時(shí)的流量反饋值大體成為零，僅利用流量前饋值對(duì)所述閥的開度進(jìn)行控制，所以能夠使實(shí)際流量值的響應(yīng)高速化而不會(huì)引起超調(diào)等。此外，由于通過從流量測(cè)量值成為規(guī)定的閾值以上開始，基于所述傳感器模型和流量設(shè)定值開始輸出流量模擬值，來再現(xiàn)時(shí)間延遲，所以能夠通過簡(jiǎn)單的傳感器模型高精度地再現(xiàn)時(shí)間延遲，從而能夠改進(jìn)響應(yīng)特性。
【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的流量控制裝置的示意圖。
[0027]圖2是表示與圖1為相同實(shí)施方式的流量控制部的詳細(xì)構(gòu)成和控制系統(tǒng)的示意性框圖。
[0028]圖3是表示與圖1為相同實(shí)施方式的用于傳感器模型的確定的測(cè)量數(shù)據(jù)的示意性圖。
[0029]圖4是表示與圖1為相同實(shí)施方式的電壓輸出部和壓電閥的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0030]圖5是表示與圖1為相同實(shí)施方