式的进行FF控制和FB控制时的第一次阶跃响应及其各控制量的示意性图。
[0031]图6是表示与图1为相同实施方式的基于第一次阶跃响应对Q-V特性进行修正后的第二次阶跃响应及其控制量的示意性图。
[0032]图7是表示本发明另一种实施方式的流量控制装置的示意图。
[0033]附图标记说明
[0034]100..?质量流量控制器(流量控制装置)
[0035]1...压电阀(阀)
[0036]11..?基准电容器
[0037]12...运算放大器
[0038]2...热式流量传感器(流量传感器)
[0039]21...层流元件(流体阻力)
[0040]22...细管
[0041]23..?发热电阻
[0042]24...流量测量值计算部
[0043]3..?流量控制部
[0044]SM..?传感器模型部
[0045]31...传感器模型存储部
[0046]32..?流量模拟值输出部
[0047]33...反馈控制部
[0048]34..?传感器模型确定部
[0049]VC...阀控制部
[0050]35...Q-V特性存储部
[0051]36...电压输出部
[0052]37...Q-V特性修正部
【具体实施方式】
[0053]<本实施方式的构成>
[0054]参照各附图，对本发明一种实施方式的流量控制装置进行说明。
[0055]本实施方式的流量控制装置是质量流量控制器100，例如用于在半导体制造工序中将包含对基板进行蒸镀的物质的气体以预先确定的流量设定值仏导入进行蒸镀的容器。
[0056]如图1所示，所述质量流量控制器100的流入口和流出口安装在半导体制造工序中与容器相连的流道上，对在所述流道内流动的气体的流量进行控制。更具体地说，所述质量流量控制器100包括:内部流道FC ;阀1，设置在所述内部流道FC上；流量传感器2，测量在所述内部流道FC内流动的流体的流量；以及计算机构C0M，进行所述阀1的控制和各种计算，所述各部分被收容在一个箱体内并被模块化。
[0057]对各部分进行说明。
[0058]所述阀是压电阀1，如后所述，不是利用电压控制而是利用电荷控制对其开度进行控制。
[0059]所述流量传感器2是基于流体的温度来测量其流量的热式流量传感器2，其包括:层流元件21 (流体阻力)，设置在内部流道FC上；金属制的细管22，对所述层流元件21的前后进行分路；恒定温度控制电路，具有缠绕在所述细管22外侧的两个发热电阻23，在各发热电阻23使温度保持固定；以及流量测量值计算部24，通过所述计算机构COM来实现其功能，基于向各发热电阻23施加的电压来计算流量。与压力式流量传感器相比，所述热式流量传感器2在输出的流量测量值QM和实际在内部流道FC内流动的流体的实际流量值Q real之间存在大的时间延迟。
[0060]所述计算机构COM是所谓的计算机，该计算机包括:CPU、存储器、Α/D转换器、D/A转换器和各种输入输出设备等，通过使各设备协作来执行存储在所述存储器内的流量控制程序，由此至少发挥作为所述流量测量值计算部24和流量控制部3的功能，所述流量控制部3通过所述压电阀1来控制流体的流量。
[0061 ] 所述流量控制部3基于由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值QM和由用户设定的流量设定值α，控制所述压电阀1的开度，从而控制流体的流量。在本实施方式中，通过组合了反馈控制(FB控制)和前馈控制(FF控制)的二自由度控制，所述流量控制部3控制所述压电阀1的开度。此外，所述流量控制部3实现了考虑了从所述热式流量传感器2输出的流量测量值QM相对于实际流量值的时间延迟的流量控制，能够得到理想的过度响应特性和稳定特性。
[0062]更具体地说，如图2的控制框图所示，所述流量控制部3包括:反馈控制系统FBS，基于由用户设定的流量设定值和由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值Qm，生成流量反馈值QFB;前馈控制系统FFS，基于流量设定值Q t^生成流量前馈值Q FF；以及阀控制部VC，基于流量反馈值QFB和流量前馈值QFF来控制向所述压电阀1施加的阀施加电压VSET，从而控制所述压电阀1的开度。
[0063]所述反馈控制系统FBS包括:传感器模型部SM，输出流量模拟值QSIM，该流量模拟值Qsm基于流量设定值Q 拟从所述热式流量传感器2正在输出的流量测量值Q μ；以及反馈控制部33，基于由所述传感器模型部SM输出的流量模拟值QSIM和由所述热式流量传感器2实际测量出的流量测量值QM，输出流量反馈值Qfb。
[0064]所述传感器模型部SM包括:传感器模型存储部31，存储传感器模型，该传感器模型模拟将流量设定值Qd乍为输入、将流量测量值QM作为输出时的所述热式流量传感器2的响应特性；以及流量模拟值输出部32，输出流量模拟值Qsim，该流量模拟值QSIM是输入流量设定值时所述传感器模型输出的流量值。
[0065]存储在所述传感器模型存储部31内的传感器模型至少模拟所述热式流量传感器2的阶跃响应特性，该传感器模型存储部31存储表示所述响应特性的传递函数。在此需要注意的是，所述传感器模型是将所述热式流量传感器2模型化而得到的模型，所述压电阀1和所述阀控制部VC并未成为模型化的对象。S卩，由于未将响应特性因时间经过和使用状态而变化的压电阀1包含在模型内，所以能够容易地进行模型化，并且不会产生大的模型化误差。
[0066]基于通过传感器模型确定部34对本实施方式的质量流量控制器100进行开环控制时测量出的流量测量值QM，确定在所述传感器模型存储部31内存储的传感器模型。更具体地说，所述传感器模型确定部34仅在所述质量流量控制器100未设定为流量控制模式而设定为模型确定模式时动作。此外，在模型确定模式下，如图3的(a)所示，所述传感器模型确定部34取得作为流量设定值Qj?入阶跃输入时从所述热式流量传感器2输出的流量测量值QM超过规定的阈值TH以后的开环响应特性。接着，所述传感器模型确定部34使在图3的(a)中用斜线形成的阴影线区域中用粗线表示的、去掉了无效时间的阶跃响应特性向零点平行移动，作为如图3的(b)所示的未包含无效时间的形式的阶跃响应，并且根据该平行移动后的阶跃响应特性进行传感器模型的确定。
[0067]从由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值QM成为规定的阈值TH以上开始，图2所示的所述流量模拟值输出部32基于所述传感器模型和流量设定值Qy开始输出流量模拟值Qsim。更具体地说，即使流量设定值的输入开始且流量控制开始，到由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值QM成为阈值TH为止的期间，所述流量模拟值输出部32也持续输出零作为流量模拟值Qsim。当由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值QM超过阈值TH时，流量模拟值输出部32将流量测量值QM成为阈值TH的时刻作为零点，并且基于所述传感器模型和流量设定值来计算流量模拟值Q SIM。
[0068]图2所示的所述反馈控制部33对流量模拟值QSIM和流量测量值Q M的偏差进行PID计算，计算出流量反馈值Qfb。即，所述阀控制部VC和所述压电阀1以理想的方式动作，当流量模拟值QSIM和流量测量值QM之间没有偏差亦即偏差为零时，所述阀控制部VC仅用流量前馈值QFF来控制所述压电阀1。另一方面，仅用流量前馈值QFF来控制所述压电阀1的开度，当因干扰等的影响而使流量测量值QM与流量模拟值Q SIM成为了不同的值时，流量反馈值Q pb成为某一值。因此，仅在像设想那样未输出流量测量值QM时，成为利用流量反馈值Q FB修正流量前馈值QFF并修正所述压电阀1的开度的、附有条件的反馈结构。
[0069]在本实施方式中，所述前馈控制系统FFS将接收到的流量设定值直接作为流量前馈值QFF向所述阀控制部VC输出。在图2的框图中虽然在相应的位置未记载框，但是如果严格地记载，则表示为将相对于输入的流量设定值(I为1倍的值作为流量前馈值Q ^输出的前馈控制部(未图示)。
[0070]所述阀控制部VC将流量前馈值QFF和流量反馈值Q FB的和作为流量输入值Q ^俞入，并且将与实现该流量输入值qin的所述压电阀1的开度对应的阀施加电压vSET向所述压电阀1施加。更具体地说，所述阀控制部VC包括:Q-V特性存储部35，存储Q-ν特性，该Q-V特性是所述阀施加电压VSET和施加了所述阀施加电压V SET时在流道内流动的流体的流量的关系；以及电压输出部36，基于所述Q-V特性，计算与流量输入值QIN对应的阀施加电压VSET，并将计算出的阀施加电压VSET向所述压电阀1输出，所述流量输入值Q IN是流量前馈值QFF和流量反馈值Q FB的和。
[0071]此外，公知的是，当对所述压电阀1进行电压控制时，在所述Q-V特性中产生滞后现象。在本实施方式中，为了使所述滞后现象难以出现从而能进一步提高流量控制精度，通过电荷控制对所述压电阀1的开度进行控制。即，如图4所示，预先将电容不容易因温度变化等