流量控制装置和流量控制程序的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制流体的流量的流量控制装置和流量控制程序。
【背景技术】
[0002]在半导体制造工序中使用的流量控制装置被要求使实际流量值在短时间内追随由用户设定的流量设定值。
[0003]为了满足所述的要求，例如专利文献1所示的流量控制装置包括流量传感器、阀以及通过所述阀控制流量的流量控制部，所述流量控制部通过二自由度控制来控制所述阀的开度，所述二自由度控制组合了基于从所述流量传感器输出的流量测量值进行的反馈控制和基于设定的流量设定值进行的前馈控制。
[0004]即，所述流量控制装置的意图在于，通过反馈控制对超调等进行补偿，并且通过前馈控制使实际流量值高速地追随流量设定值。
[0005]但是，在专利文献1中记载的二自由度型流量控制装置中，难以将过度响应时的实际流量值的响应特性整形为理想的特性。
[0006]具体地说，考虑输入了阶跃输入作为流量设定值时的实际流量值的响应。由于从所述流量传感器输出的流量测量值相对于在流道内流动的流体的实际流量值具有时间延迟，所以如果单纯地对流量设定值和流量测量值的偏差进行反馈，则在过度响应初期会产生大的偏差。因此，变成在过度响应初期以比通过前馈控制指定的本来需要的固定开度大的开度来控制阀，从而产生超调。此后，通过反馈控制以使阀的开度变小的方式进行控制，以消除所述超调。
[0007]由此，如果由所述流量传感器测量的流量测量值存在时间延迟，则会产生超调、提高增益时控制变得不稳定等情况，从而难以使实际流量值追随流量设定值。因这种时间延迟产生的控制的问题在流量传感器为热式流量传感器时特别显著。
[0008]即，现状是在进行二自由度型流量控制时不能仅在适当的条件下进行反馈控制。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献1:美国专利公开公报US2011/0054702号。
【发明内容】
[0011 ] 本发明要解决的技术问题
[0012]本发明是鉴于所述的问题而做出的发明，本发明的目的在于提供一种流量控制装置，能够使从流量传感器输出的流量测量值的时间延迟对流量控制造成的影响变小，并且能够使实际流量值高速地追随流量设定值。
[0013]解决技术问题的技术方案
[0014]即，本发明的流量控制装置，其包括:流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；阀，设置在所述流道上；以及流量控制部，基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，所述流量控制部包括:传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器的响应特性；流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。
[0015]按照该流量控制装置，由于所述流量反馈控制部基于包含时间延迟的流量测量值和通过所述流量模拟值输出部再现时间延迟的流量模拟值的偏差，输出流量反馈值，所以能够使输出的流量反馈值是反映了流量传感器的时间延迟的流量反馈值。
[0016]因此，能够防止如下的问题:在过度响应初期因流量传感器的时间延迟引起反馈过剩的流量反馈值，导致所述阀的开度改变而造成超调等。更具体地说，在过度响应初期，从所述流量反馈控制部未输出流量反馈值，所述阀控制部将适合于由流量前馈值指定的流量设定值的电压向所述阀施加，从而可以使阀的开度固定并使实际流量值的上升速度成为高速。
[0017]此外，为了使所述传感器模型成为不包含时间延迟的简单且正确的模型，并且能够准确地再现时间延迟，只要采用下述方式即可:所述流量模拟值输出部从由所述流量传感器测量出的所述流量测量值成为规定的阈值以上开始，基于所述传感器模型和所述流量设定值开始输出所述流量模拟值。按照该方式，由于可以在流量模拟值的输出的开始时点准确地再现时间延迟，所以仅通过对从所述流量模拟值输出部输出的流量模拟值进行简单的模型化，就能够接近实际上从所述流量传感器输出的流量测量值，从而能够改进二自由度型流量控制的响应特性。
[0018]为了即使在因外部温度的变化等的影响使所述阀的Q-V特性变化了的情况下，也能够通过始终基于流量前馈值的流量控制，从流量控制开始时起维持为所需要的开度，从而实现高速响应，只要采用下述方式即可:所述阀控制部包括:Q_V特性存储部，存储Q-V特性，所述Q-V特性是所述阀施加电压和当向所述阀施加所述阀施加电压时在所述流道内流动的流体的流量的关系；以及电压输出部，基于所述Q-V特性计算与作为所述流量前馈值和所述流量反馈值的和的流量输入值对应的阀施加电压，并且将计算出的阀施加电压向所述阀输出，所述流量控制装置还包括Q-V特性修正部，所述Q-V特性修正部基于所述流量反馈值对存储在所述Q-V特性存储部内的Q-V特性进行修正。
[0019]为了降低超调量等并以在过度响应结束时使实际流量值大体成为与流量设定值相同的值的方式对Q-V特性进行修正，只要采用下述方式即可:当从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值为正时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴正方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正，当所述积分值为负时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴负方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正。此外，如果所述Q-V特性修正部基于从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值的绝对值，确定所述Q-V特性的V轴方向的偏移量，则能够反映存储的Q-V特性和当前的Q-V特性的偏离度地进行修正。
[0020]为了即使是简单的模型也能够高精度地确定流量传感器的响应特性，并尽可能地减小模型化误差，从而能够提高流量控制的精度，只要采用下述方式即可:所述流量控制装置还包括传感器模型确定部，所述传感器模型确定部基于作为所述流量设定值输入阶跃输入时从所述流量传感器输出的所述流量测量值超过了所述阈值以后的开环响应特性，确定所述传感器模型。
[0021]对于当进行了通常的电压控制时在所述阀的Q-V特性中出现滞后现象的情况，为了使滞后现象难以出现，从而能够改进流量控制的响应特性，只要采用下述方式即可:所述阀是压电阀，所述流量控制装置还包括基准电容器，所述基准电容器与所述压电阀串联，并且一端接地，所述阀控制部将向所述压电阀施加的电压保持为所述阀施加电压。
[0022]作为从所述流量传感器输出的流量测量值的时间延迟大，特别是容易表现本发明的流量控制装置的流量控制的效果的方式，可以例举的是所述流量传感器是热式流量传感器。
[0023]为了能够对现有的流量控制装置重写(overwrite)流量控制程序等，从而实现与本发明的流量控制装置同等的流量控制性能，只要使用存储有流量控制程序的流量控制程序存储介质即可，所述流量控制程序用于流量控制装置，所述流量控制装置包括:流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；以及阀，设置在所述流道上，所述流量控制程序使计算机发挥作为流量控制部的功能，所述流量控制部基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，所述流量控制部包括:传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器的响应特性；流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。此外，所述流量控制程序可以预先存储在CD、DVD、HDD和闪存器等存储介质中，在安装等时使用。
[0024]发明效果
[0025]由此，按照本发明的流量控制装置，由于所述反馈控制部根据基于所述传感器模型输出且反映了时间延迟的流量模拟值和由所述流量传感器测量出的流量测量值的偏差，输出流量反馈值，所以能够进行反映了所述流量传感器的时间延迟的流量反馈。因此，由于流量控制开始时的流量反馈值大体成为零，仅利用流量前馈值对所述阀的开度进行控制，所以能够使实际流量值的响应高速化而不会引起超调等。此外，由于通过从流量测量值成为规定的阈值以上开始，基于所述传感器模型和流量设定值开始输出流量模拟值，来再现时间延迟，所以能够通过简单的传感器模型高精度地再现时间延迟，从而能够改进响应特性。
【附图说明】
[0026]图1是表示本发明一种实施方式的流量控制装置的示意图。
[0027]图2是表示与图1为相同实施方式的流量控制部的详细构成和控制系统的示意性框图。
[0028]图3是表示与图1为相同实施方式的用于传感器模型的确定的测量数据的示意性图。
[0029]图4是表示与图1为相同实施方式的电压输出部和压电阀的结构的电路图。
[0030]图5是表示与图1为相同实施方