流量控制装置和流量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于例如半导体制造装置等的流量控制装置和流量控制方法。
【背景技术】
[0002] 像专利文献1记载的那样，流量控制装置包括：阀，设置在流道内；流量传感器，设 置在所述阀的上游；以及阀控制部，控制所述阀的开度，以使由所述流量传感器测量出的测 量流量值随动于设定流量值，所述流量控制装置用于使该流量控制装置下游的流量持续稳 定为设定流量值。
[0003] 并且，由于如果在比所述阀靠向上游的流道内产生压力变化，则控制上产生干扰， 所以通过所述阀控制部的控制而使所述阀的开度变化，其结果，所述阀下游的流量有时偏 离设定流量值。
[0004] 即，在作为实际上想要使流量稳定的对象的所述阀下游的流量好不容易稳定的情 况下，因为在即使发生流量紊乱也没有关系的所述阀上游产生压力变化，而影响已稳定的 流量控制状态。
[0005] 为了解决上述问题，在专利文献1中，在比所述阀和所述流量传感器靠向上游的 位置上预先设置用于检测压力变化的压力传感器，根据由上述压力传感器检测出的压力， 适当改变PID系统系数等控制系数，从而将所述阀下游的流量始终保持为设定流量值。
[0006] 然而，有时要求省略了所述压力传感器的廉价版的流量控制装置，根据用途，流量 控制装置中并不是必须具有所述压力传感器，并且要求即使不具备所述压力传感器，也能 够对专利文献1记载的流量控制装置以大体相当的精度使所述阀下游的流量稳定。
[0007] 专利文献1 :日本专利公开公报特开2011-204265号
【发明内容】
[0008] 鉴于上述问题，本发明的目的在于提供流量控制装置和流量控制方法，不设置用 于检测压力变化的附加传感器，即使在阀的上游产生压力变化，也能够使其影响不表现在 所述阀的下游，从而使流量持续稳定为设定流量值。
[0009] 即，作为本发明的发明者们认真研究的结果，初次发现，在阀的上游产生的压力变 化对所述阀下游的流量的影响存在两种不同的机理，因不同的机理产生的流量变化的方向 性彼此相反。
[0010] 更具体地说，本发明提供一种流量控制装置，其特征在于，包括：阀，设置在流体流 动的流道内；流量传感器，在所述流道内设置在比所述阀靠向上游；以及阀控制部，根据设 定流量值与由所述流量传感器测量出的测量流量值之间的偏差和设定的控制系数，以使所 述偏差变小的方式控制所述阀，所述控制系数是以如下方式设定的值，在所述阀的上游产 生扰动压力上升时，使作为与所述阀的开度的减少量对应的流量减少量的扰动流量减少量 和作为与所述阀前后的压差的增加量对应的流量增加量的扰动流量增加量实质上均衡。 [0011] 在此，扰动压力上升、测量流量值的增加量、开度的减少量、扰动流量减少量和扰 动流量增加量不仅可以是正值，也可以是负值。例如扰动压力上升为正时，其他量可以全部 表示为正，扰动压力上升为负时，其他量可以全部表示为负。
[0012] 此外，实质上均衡不仅是指所述扰动流量增加量和所述扰动流量减少量严格相等 的情况，还指例如所述阀下游的流量相对于设定流量值仅在规定的容许差的范围内变化的 程度下，所述扰动流量增加量和所述扰动流量减少量的绝对值为近似的值。
[0013] 按照这种结构，即使在所述阀的上游产生扰动压力上升，所述控制系数设定部设 定所述控制系数，使因所述阀控制部使所述阀的开度减少而产生的扰动流量减少量和与所 述阀的开度无关而因所述扰动压力上升引起的所述阀前后的压差的增加量使流体容易通 过所述阀而产生的所述扰动流量增加量均衡，由此所述扰动压力上升的影响未表现在所述 阀的下游，因此可以将实际想要控制的对象的所述阀下游的流量保持为设定流量值。
[0014] 换句话说，在通过控制模块图考虑时，本发明是以设定流量值为输入、以所述流量 传感器的测量流量值为输出的反馈控制系统，作为中间输出存在所述阀下游的流量，但是 通过设定所述控制系数，可以将在上述反馈控制系统的中间输入的压力扰动上升到所述阀 下游的流量的传递函数作为零，使扰动的影响不表现在下游的流量中。
[0015] 然而，由于通过设定所述控制系数，作为控制系统的特性，使所述扰动压力上升的 影响未传递到所述阀下游的流量，所以不需要像现有技术那样能够检测所述扰动压力上升 来进行控制上的对应。因此，不需要设置用于检测所述扰动压力上升而未直接用于流量控 制的附加的传感器，从而使流量控制装置成为简单的结构，而且可以抑制制造成本且实现 高性能的流量控制。
[0016] 例如在所述阀的上游的基准压力大幅度变化时，以及在作为设定流量值并不限于 始终设定相同的值的流量控制用途中，为了使所述扰动流量减少量和所述扰动流量增加量 均衡，从而使所述阀下游的压力稳定地保持为与设定流量值大体相同的值，所述流量控制 装置还可以包括控制系数设定部，所述控制系数设定部根据所述阀上游的压力或所述设定 流量值，设定所述阀控制部的所述控制系数。
[0017] 本发明的发明者发现，因所述扰动压力上升引起的所述阀前后的压差变化而产生 的扰动流量增加量使在流道内流动的流量的大小也受到影响。考虑因这种流量自身大小产 生的影响，为了使所述扰动流量减少量和所述扰动流量增加量均衡且相互抵消，所述阀控 制部利用PID控制来控制所述阀的开度，所述控制系数设定部将比例增益设定为所述控制 系数，并且设定流量值越大，则将比例增益设定得越大，以使所述扰动流量减少量和所述扰 动流量增加量实质上均衡。
[0018] 为了利用所述控制系数准确地调整所述扰动流量减少量，从而使其与所述扰动流 量增加量准确地均衡，并且为了始终将所述阀的下游的流量稳定地保持为设定流量值，所 述流量控制装置还可以包括：流入流量特性存储部，存储流入流量特性数据，所述流入流量 特性数据表示所述阀上游的压力和流入内部容积的流入流量的关系，所述内部容积至少包 含所述流量传感器和所述阀之间的流道；以及阀流量特性存储部，存储阀流量特性数据，所 述阀流量特性数据表示设定流量值和所述阀上游的压力的每单位压力上升量的所述扰动 流量增加量的关系，所述控制系数设定部以如下方式设定所述控制系数，使根据所述流入 流量特性数据和所述控制系数计算出的所述扰动流量减少量和根据所述阀流量特性数据 和设定流量值计算出的扰动流量增加量均衡。
[0019] 作为本发明的具体的实施方式可以例举的是，所述流量传感器是热式流量传感 器。
[0020] 此外，作为本发明的另一种【具体实施方式】可以例举的是，所述流量传感器是压力 式流量传感器。
[0021] 为了不使用用于检测例如扰动的附加的传感器而将阀下游的流量稳定地保持为 设定流量值，本发明还提供一种流量控制方法，所述流量控制方法使用流量控制装置，所述 流量控制装置包括：阀，设置在流体流动的流道内；流量传感器，在所述流道内设置在比所 述阀靠向上游；以及阀控制部，根据设定流量值与由所述流量传感器测量出的测量流量值 之间的偏差和设定的控制系数，以使所述偏差变小的方式控制所述阀，所述流量控制方法 的特征在于，以如下方式设定所述控制系数，在所述阀的上游产生扰动压力上升时，使作为 与所述阀的开度的减少量对应的流量减少量的扰动流量减少量和作为与所述阀前后的压 差的增加量对应的流量增加量的扰动流量增加量实质上均衡。
[0022] 按照这种本发明的流量控制装置和流量控制方法，由于以使因所述阀的上游产