包括反对称最优控制型流量比率控制器的输气方法和系统的制作方法

专利名称：包括反对称最优控制型流量比率控制器的输气方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及半导体处理设备，更具体的是涉及一种用于 将无污染的精确计量的处理气体输送到至少两个处理工具和/或 室的流量比率控制器。更具体地，本发明涉及用于将流从单个气 柜分送到至少两个处理工具和/或真空室的系统和方法。
背景技术：
半导体装置的制造经常需要将尽可能多的气体仔细地同步和 精确计量地输送到处理工具和/或室。在制造过程中使用不同的配 方，并且需要很多不连续的处理步骤，其中例如，半导体装置被清洁、抛光、氧化、掩膜、蚀刻、掺杂(dope)、金属化处理。所 使用的歩骤、它们特定的次序以及涉及的材料都对特定装置的制 造作出贡献。因此，晶片制造设施通常被组织成包括这样的区域，在这些 区域内完成化学汽相淀积、等离子淀积、等离子蚀刻、溅涂以及 其他类似的气体制造工艺。处理工具，例如化学汽相淀积反应器、 真空溅涂机、等离子蚀刻器或者等离子增强化学汽相淀积室等必 须供应有不同的处理气体。纯气体必须以无污染的、精确计量的 状态提供。在传统的晶片制造设施中，气体存储在罐中，罐通过管线或 导管与气体输送系统相连。气体输送系统包括气柜，用于从制造 设施的罐中将无污染的、精确计量的纯惰性气体或反应气体输送
至处理工具和/或室。气柜大体上包括多个气流管线，每个都具有 气体计量单元，所述气体计量单元反过来可包括阀、压力调整器 和换能器、质量流量控制器和过滤器/净化器。每个气体管线具有 其自己的入口，用于连接至单独的气源，但是所有气体路径汇聚 至用于连接至处理工具的单个出口 。有吋候希望在多个处理工具和/或室中分离或分流相结合的 处理气体。在这种情况下，气柜的单个出口通过次级流体管线与 多个处理工具和/或室相连。在一些应用中，为了安全或其他原因，上游压力需要保持较低(例如，15PSIA)，分流系统的例子在美 国专利No. 4369031; No. 5453124; No. 6333272; No. 6418954 和No. 6766260中以及公开的美国专利申请No. 2002/0038669中 公开。美国专利No. 6766260中的流量比率控制器是特别相关的， 因为每个次级流体管线由单独的流量计和控制阀来控制。美国专利No. 6766260中所示类型的流量比率控制器在最初 设定时将快速地稳定到期望的流量比率进行分流，但是流体需要 时间来稳定，并且在一些应用中这不是令人满意的。而且，穿过 流量比率控制器的压降较高，并且控制器处理次级流体通道之一 的下游阻塞的控制能力较弱。此外，系统很难建立，因为很难最 初确定次级流体管线中的阀的固定阀位置。并且对于使用两个次 级流体管线的实施例来讲，必须采用高流量阀作为固定阀，并且 采用低流量阀作为进行流量比率控制的控制阀。


参考

，其中具有相同附图标记的元件表示相同的元 件，其中-图l是总体框图，示出了根据本发明构造的包括流量比率控
制器的气体输送系统的优选实施例；图2是对于传统的常开阀的在不同上游压力的流速与阀控制 信号的曲线示意图；图3是图1的实施例的两个控制阀的流速的曲线示意图，随 着施加至每个阀的控制信号而变化；示出了对于特定的流量比率 CC，两个阀控制命令具有多个解；图4是图1的实施例的两个控制阀的流速的示意图，随着施 加至每个阀的控制信号而变化；示出了对于图1的实施例的流量 比率控制器的最大允许阀传导率的最优解；图5是用于控制通过阀流量比率控制器的两个次级流体管线 的流量比率的现有技术的控制算法的功能框图，其中高的流量阀 是在固定阀位置，低的流量阀被主动控制以维持流量比率；图6是用于控制通过图1实施例的两个次级流体管线的流量 比率的优选的反对称优选控制算法的功能框图，其中两个阀都被 控制并且两个阀控制命令实际上相对于最大允许阀传导率反对 称；以及图7是一个图表，示出了两个常开阀以相对于最优阀电流Io 实际上反对称的方式的操作方式。
具体实施方式
参考图1，本发明提供了用于流量比率控制器的一种新颖的 控制算法，用于在气体传输系统的两个次级流体路径之间分流。 该系统和方法旨在使用气体计量系统来将无污染的精确计量的处 理气体和净化气体传输给半导体处理工具和/或室。该系统和方法 提供了这样的益处，按照预选的比例以精确的值将单个气流分成
已知的两个次级气流，而不需要相对较高的上游压力。在图1中作为气体传输系统102的一部分大体以附图标记106表示的流量 比率控制器选择性地接收单独的或者多种气体的混合物，包括例 如来自气体源(例如气罐)104a、04b、 104c、 104d的多种处理 气体和净化气体。气柜U2将气体混合物提供至流量比率控制器 106，流量比率控制器示出为与两个处理室108和IIO相连(作为 选择，气体可以被计量到单独处理室和/或其他处理工具的不同注 射器或者区域)。气柜112包括多个气杆(gas stick) 114a、 1Mb、 114c、 114d，每个气杆优选地与对应的气源104流体连接，并且 单独控制来自对应气源104的气流。尽管图l示出了四个气源104 和对应的气杆114,但是气源和气杆的数量可以是任何数量(包 括一个)。每个气杆114例如包括质量流量控制器(MFC)、位于 MFC之前的阀以及位于MFC之后的阀，例如在美国专利No. 6418954中所示的那样。气杆114分别提供了可控制的气体通道， 使得无污染的精确计量的气体或者气体混合物能够提供给流量比 率控制器106，并且然后以预选的流量比率精确地分流/分离至处 理室108、 110。尽管未示出，但是每个气杆可设有用于监测或控 制气体的其他部件，例如过滤器、净化器以及压力换能器和控制 器。例如，各杆114 一起连接至一出口歧管116，以如果期望的 话，在离开气柜之前，允许来自各气杆的气流的混合。出口歧管 与流量比率控制器106相连。流量比率控制器106包括至少两个流体通道或管线122a和 122b。每个流体通道包括流量计，所述流量计包括用于产生用来 控制阀126的流速信号的传感器124，并且因此控制通过每个流 体通道的质量流。传感器和阀因此被一起用于控制输出质量流量 Q!和Q2，并因此控制流量比率a = Q2/QlQ在这里描述的实施例中，控制阀126a和126b是常开阀，但是应该知道所公开的系统 也可以设计具有常闭阀。每个流体通道的出口 130a和130b与相 应的处理工具和/或室相连，在图1的示图中，所示的处理工具和 /或室分别是处理腔108和110。室反过来设有与控制阀相连的出 口，所述控制阀的形式优选是闸阀132a和132b，所述控制阀反 过来与真空泵134流体连通，用于将气体从罐中通过室抽出。控 制器136等接收一个输入asp，通过每个流体管线122a和122b的 流速之比的预选值或设定点，如此后更加彻底清楚描述的那样， 并且控制器等被构造成在设定点控制并维持通过流体管线122a 和122b的质量流的分流比。图1的系统因此被分析和建模，以为设在次级流体管线中的 流量比率和流量提供更快的稳定时间(settling time),并且对于 给定的流量比率设定点提供通过流量比率控制器的最小压降。大 体上，在每个次级流体管线中的流量是上游压力、下游压力以及 提供给用于控制管线中流量的阀的电流的函数。因此，(1) Q产Q"I,，Pu，Pcn)(2) Q2=Q2(I2，Pu,Pd2)其中，Q仏,Pu,PcH)和Q2(l2,Pu，Pd2)是两个非线性函数，将输出 流速(Q!和Q2)与阀电流(Ii和l2)、上游压力(Pu)、以及下游 压力(Pdi和Pd2)的输入相关联。注意到，两个管线共用同一上 游压力Pu，但是分别具有不同的下游压力PcU和Pd2。公式(1) 和(2)可以通过忽略下游压力Pdi和Pd2的影响而相对于Pu线性 化为(3) Q尸C"I,)'Pu(4) Q2=C2(I2).PU其中，d(Ii)是阀1的传导率(valve conductance),其是阀电流I,的函数，并且C2(l2)是阀2的传导率，其是阀电流12的函数。为了建模流速的稳定时间以及响应于设定的预定比率的上游 压力的变化，可以从质量守恒公式开始-(5) (Vu/PstpHTstp/T).dPu/dt-Qt-Q,-Q2其中，Vu是上游容积；Pstp是标准压力，为110132.5 Pa或14.7 psia;Tstp是标准温度，为273.2 K或者0。C;T是将在系统中输送的气体的温度；Pu是将在系统中输送的气体的上游压力；Qt是总的入口流量；并且Q,和Q2是通过相应的次级气体通道的流量。将公式(3)和(4)代入公式(5)，得到(6) (Vu/Pstp).(Tstp/T).dPu/dt=Qt- C,(I,).Pu - C2(I2),PU=Qt C2(I2)).PU =Qt - CfPu其中，Ct是控制阀126a和126b的总传导率，为(7) C产d(W+C2(12)因此，公式(6)中的上游压力Pu是一阶系统，其具有时间常数V为(8) "cp Vu/Ct注意到， 一阶系统的稳定时间与时间常数、成比例。因此，通过将吋间常数Tp最小化，上游压力Pu的稳定时间可以最小化。因为流量的稳定时间与上游压力的稳定时间相同，如公式(3)和 (4)所示，所以如果Tp较小，则系统应该具有较快的流量稳定时 间。而且，稳定状态的上游压力Pu可以通过将公式(6)左侧设 定为O并重新整理公式而被获得为-(9) Pu Qt/Ct期望将上游压力Pu最小化，以使最小化通过流量比率控制器106的压降。如通过公式(9)显而易见的，可以通过最大化总的 阀传导率Ct而使上游压力最小化。如公式(8)所示，因此可以期望通过将Vu最小化或者将Ct 最大化或者两者都进行，从而将Tp最小化，以将流量的稳定时间 最小化。因此，作为设计标准，期望将上游容积尽可能减少。可 以将流量比率控制器设置得尽可能靠近气柜112，以将它们之间 的上游容积减少。然而，如果不是不可能的话，很难控制上游容 积，而容易控制控制阀的传导率Ct。为了增加阀的传导率，优选 的是构造具有较大阀孔的阀，使得当控制系统推动阀使其最大打 开时，获得最大传导率的阀。阀打开得越大，则其传导率就越大，而时间常数Tp就越短。从上面的讨论可以看出，将总的传导率Ct最大化导致上游压 力以及因而两个流量的最快稳定时间，并且导致通过流量比率控 制器106的最小的压降。因此，对于任何时间给定的流量比率，
如果一种算法能获得最大的阀传导率，则流量比率控制器将针对 比率和流量的最快稳定时间实现最优的性能，并最小化通过流量 比率控制器的压降。
图2示出了针对位于上游压力和下游压力恒定的两个次级流
体管线中的传统常开阀的阀控制电流与流速的示意图。四组曲线
示出了四个上游压力50、 100、 150、 200托(Torr)，而下游压力 接近0托。如图所示，对于常开阀，阀传导率随着阀电流的增加 而减小。
由流量比率的定义，也就是a二Q2/Q,，以及公式(1)和(2)， 对于给定的流量比率a，可以获得下面的公式
(10) Q2(I2，Pu,Pd2)/ a= Q,0h,Pu，P引)
在图3中，对于给定的流量比率a，上面公式(10)的左侧 和右侧被画成两个曲线。正如所示，这两条曲线与任一水平线的 相交给出了满足公式(10)的阀电流^和12的一组解。换句话说， 对于给定的流量比率a，存在对于L和12的多个解。
图3示出了对于给定的流量比率a的I,和12的两组解。对于 常开阀而言，阀电流越高，则阀传导率越低(或者阀打开较少)。
因此，与其它组解相比，这组较小值的Ii和l2给出了较高的阀传
导率，这具有比率、流量和上游压力的更快的稳定时间，以及通 过控制器的较小的压降，如上所述。
图4示出了当12 = 0 (或者I,二O，取决于流量比率a和阀曲 线)或者当一个阀完全打开时，存在一组且仅有一组最优解。在 这一点上，总的阀传导率Q处于其最大值。因此，通过阀流量比 率控制器的压降最小，并且装置适于提供对于比率、流量以及上
游压力的最快的反应和稳定时间。而且，对于常开阀而言，当阀
电流如图2所示较小时，阀电流相对于流速的斜率较小。斜率越 小，则对于给定的固定的阀电流变化来讲，流速变化就越小。如 果阀电流具有任何干扰噪音，则图4的小斜度区域对流量具有较 小的影响，因此流量比率更加稳定。换句话说，系统对阀电流干 扰噪音不敏感，因此在操作区域更加稳定。
使用固定电流控制其中一个阀，例如图5所示的控制算法， 正如所述，产生了与具有最大的阀传导率的最优解差得非常远的 解。在该控制系统中，采用的控制器被构造成在控制系统142的 叠加点140的输入处接收比率设定点asp。叠加点具有与PI控制 器144的输入相连的输出，PI控制器反过来将控制电流I,提供至 低流量控制阀146。通过阀146的流量通过流量传感器148被检 测，该流量传感器148反过来提供了表示通过该流体管线的流量 Qj勺信号。固定电流12应用至高流量控制阀150。通过阀150的 流量通过流量传感器152被检测，该流量传感器152反过来提供
了表示通过该流体管线的流量Q2的信号。两个信号之比Q2/Q!是
测量的流量比率am。该测量的流量比率在反馈环路中提供至叠加 点140，并且从输入设定点(Xsp减去。这种设计的问题在于，对于 给定的流量比率a，总的阀传导率不是最大的。固定阀通常选择 在高流体管线上，并且所述阀大体设定在非常保守的位置，例如 半开位置，用以抵消两个阀的错配、阀的滞后以及其他流体管线 的下游阻塞。因此，与图4所示的最优解相比，总的阀传导率非 常低。如上面讨论的，总的阀传导率越低，则流的稳定时间就越 慢，并且贯穿流量比率控制器的压降就越高。即使对于固定阀流 体管线中的非常保守的固定阀位置，流量比率控制器仍然不能处 理在其他流体管线中发生的非常严重的下游阻塞。例如，由于严
重的下游阻塞，其他流体管线上的受控制的阀可被驱动到完全打 开位置。然而，固定阀不能提供调整来维持流量比率。因此，实 际流量比率远离设定点。
根据本发明的一个方面，系统被构造使得两个阀都通过任何
类型的单输入单输出(SISO)控制器、例如PID控制器通过比率 反馈环路被控制。SISO控制器的输出被分流和调整，以控制两个 阀中的每个阀。这两个阀控制命令实际上相对于最大的允许阀传 导率位置是反对称的，也就是控制命令的关系借助这样的事实发 生，即SISO控制器的输出被用于控制一个阀，而同样的输出首 先被反相并且加上偏置电流，然后用来控制其它阀。两个阀命令 每个都经过线性饱和器，最大允许阀传导率位置作为两个饱和极 限之一。合成效应在于， 一个阀在任意时刻都保持在最大允许阀 传导率位置，而另一个阀被主动控制以保持流量比率。图6示出 了反对称的最优控制系统的一个优选实施例。
参考图6，优选的反对称最优反馈控制系统160用来控制两 个阀126a和126b，使得除了其他的，还消除了由于控制具有固 定电流的一个阀而产生的限制。反馈控制系统优选地以运行在图 1的控制器136上的软件完成，尽管系统可以以其他方式实现。 反馈控制系统160包括叠加点162的一个输入，用于接收表示流 量比率(Xsp的设定点的信号，以及另一个输入，用于接收表示测 量的流量比率a m的信号。叠加点16 2计算asp和am之间的误差信 号，然后将这个误差信号反馈给SISO控制器164,所述SISO控 制器例如可以是PID控制器。控制器164的输出，Ic，与线性饱 和器(LSAT) 166的输入相连，所述饱和器反过来与阀126a相 连以提供控制电流I,。通过阀126a的流量将直接影响流量以及因 而流量传感器124a的输出。传感器的输出表示流速Q,。 SISO控
制器的输出，Ie，也施加于反相器168，所述反相器反过来应用至
叠加点170的输入。叠加点170也接收一个固定偏置电流输入， 21。，其增加至反相器168的输出。相加的信号然后施加给线性饱 和器(LSAT) 172的输入，该线性饱和器反过来提供输出电流12。 控制电流12控制阀126b，该阀反过来影响通过传感器124b的流 量。传感器124b提供了代表通过次级流体管线的流量的输出Q2。 Q2/Q,之比表示测量之比am。测量之比ctm在叠加点162作为控制 反馈安排从设定点被减去。
线性饱和器每个都定义为 (11) <formula>formula see original document page 18</formula>其中，"是低饱和极限，6是高饱和极限
;c，(如果，""6) a，(如果，x<") 6,(如果，x>6)
定义I。为最优阀电流，其提供了最大的允许阀传导率。总体 上讲，对于常开阀，
(12) 10 — Imin
并且对于常闭阀，
(13) 10 = 1
max
其中Imin是最小允许阀电流，而Imax是最大允许阀电流。
反对称的最优控制算法决定了两个阀控制命令，也就是L和 12,如下-
对于常开阀，
(14) <formula>formula see original document page 18</formula><formula>formula see original document page 19</formula>
其中，Im是对于常开阀的最大允许阀电流；对于常闭阀，<formula>formula see original document page 19</formula>其中，4是对于常闭阀的最小允许阀电流。
因此，两个线性饱和器的输入，也就是(I。+ (Ie-I。))和(1。-(Ic-I。))相对于最优阀电流I()而言是反对称的。因此，线性饱和
器之后的输出阀控制命令实际上是相对于最优阀电流Io而言是反对称的。
两个线性饱和器在反对称控制算法中起到重要的作用。总的 来讲，阀电流之一 (L或12)对于常开阀来讲是在允许电流极限或者对于常闭阀的允许电流极限[Im， 1。]内的可行的阀电流。 由于相对于最优阀电流1。的反对称特性，另一阀电流U2或I》 将在由[1。， U或[Im, 1。]形成的允许电流极限外，并且在I。外。因 为线性饱和器，所以在这种情况中在饱和极限也就是I。之外的任 何阀电流都将被迫具有饱和极限值。因此，阀电流之一总是保持 在最优阀电流I。，这给出了最大允许阀电流。换句话说，反对称 的最优控制算法保证了在任何时间Ii-I。、或者12 = 1。。下面提供 了对于常开阀的证明，但应该理解同样的原理也适用于常闭阀。
对于常幵阀，两个阀控制电流也就是I,和12通过公式(14)
和(15)描述。对于这两个阀控制电流有两种情况，也就是 情况1:如果I大于等于1。，那么
(18) Ii=I大于等于I。或者(Ic-I0)大于等于0
根据公式(18)施加给线性饱和器172的电流是(19) I2，=I0- (Ic-U SI0因此，通过线性饱和器172的阀控制电流是(20) I2=LSAT[Io,lm](I2，)=I0情况2:如果122 1。，那么(21) I2 = I0- (Ic-I0)》I0重新整理上面的公式，得到(22) ICSI0根据公式(14)，根据公式(22)和(11)，(23) IfLSAT[一](Ic)-Io如所示，在任一种情况下，存在一个阀电流，具有最优阀电 流值I。，其提供了最大的允许阀传导率。因此，两个阀都通过一个比率反馈环路由任一单输入、单输 出SISO控制器、也就是PID控制器被控制。SISO控制器的输出 在施加给两个阀之前被分流和调整。两个阀控制命令实际上相对 于最大允许阀传导率位置是反对称的。由于这两个阀命令通过各 自的线性饱和器，其中最大允许阀传导率位置作为两个饱和极限 之一，合成效果在于， 一个阀在任意时间保持在最大允许阀传导 率位置，而另一个阀被主动地控制以维持流量比率。因此，反对 称最优控制算法给出了在任意时间的最大允许总阀传导率。如上 面讨论的，最大总阀传导率将给出对于比率、流量和上游压力的 较快的稳定时间以及贯穿流量比率控制器的低压降。因此，反对 称最优控制算法极大地改善了流量比率控制器的控制性能。 图7示出了两个常开阀的反对称最优控制。如图所示， 一个 阀总是在最优阀电流I。操作，其给出了最大允许阀传导率。对于 常开阀，随着阀电流减少，阀传导率增加或者阀打开更多。总的 来讲，最优阀电流I。是低电流极限或者对于常开阀是最小允许阀 电流。随着被电流I。控制的阀由于在这个流体管线中的下流阻塞 而幵始打开，其将继续如此直到其完全打开或者在时间t。达到低 电流极限I。。如果可以的话，阀电流将继续减少。实际上，被电流l2控制的阀将开始从在t。的值I。增加，这是由于针对最优电流 1。的反对称，用以维持流量比率。因此，控制器被构造成提供以下(a) 在次级流体管线中的质量流量的反对称最优控制，以维 持次级流量比率；(b) 至少一个阀在最优阀电流I。，提供了在任一操作时间的 最大允许阀传导率位置(由于线性饱和器的使用)，同时另一个阀 被主动控制以维持流量比率的预选定值；以及(c) 在次级流体管线中的质量流量的控制，以将次级流量比 率维持在预选的设定点，使得如果流量在一个流体管线中减少， 使得次级流量比率从预选的设定点偏离，则控制器将调整通过次 级流体管线的相对次级流量，以将流量比率返回到预选的设定点。 如果一个阀增加开放度并达到最优阀电流，则其将保持在最优阀 电流，这提供了最大允许阀传导率。最初在最优阀电流的另一个 阀将开始关闭，以维持预选的流量比率设定点。这样，两个阀能 够彼此自动切换主动控制，以处理在任一流量管线中的非常严重 的下游阻塞问题。因此，描述了根据本发明的一种新的和改善的气体输送系统
和方法。本说明书所描述的示意性实施例已经通过说明而不是限 制来提出，并且在不脱离本发明更宽方面以及权利要求书所确定 的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以作出不同的改型、 结合和替代。例如，尽管所描述的阀大部分是常开阀，但对于常 闭阀也是有效的。而且，尽管流量比率控制器描述成包括两个次 级流体管线，有可能设计具有更多个次级流体管线的控制器。本发明公开的气体输送系统和方法及其所有元件包含在权利 要求书中的至少一项的范围之内。目前所公开的元件并非不要求 保护，它们也并不限制对于权利要求书的解释。
权利要求
1.一种用于将单个质量流分成两个或更多次级流的系统，包括(A)入口，所述入口适于接收所述单个质量流；(B)至少两个次级流体管线，它们连接至所述入口，并连接成承载对应的所述次级流，每个流体管线包括(1)流量计，所述流量计被连接成测量通过对应的流体管线的流量，并且提供表示通过所述流体管线的测量的流量的信号；(2)阀，所述阀被连接成基于控制信号而控制通过所述对应的流体管线的流量；(C)控制器，所述控制器连接至所述流量计和所述阀，用于控制所述次级流量比率；其中，所述控制器被构造成提供在所述次级流体管线中的质量流的反对称最优控制，以将所述次级流量比率维持在预选值。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括SISO 控制器，所述控制器被连接成产生第一控制信号，所述第一控制 信号为所预选的流量比率与所测量的流量比率之差的函数；和一 对线性饱和器，每个饱和器分别用于对应的次级流体管线，所述 饱和器被构造成响应于所述第一控制信号而提供阀控制信号，用 以控制每个阀。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括反相器， 所述反相器被构造成将所述第一控制信号反相以提供反相控制信 号，以及叠加点，所述叠加点用于结合所述反相控制信号和固定 的偏置信号，从而提供第二控制信号，由一个所述线性饱和器所 提供的一个所述阀控制信号为所述第二控制信号的函数。
4. 一种控制流量比率控制器的次级流体管线中的两个阀从而控制通过所述次级流体管线的流量比率的方法，所述方法包括:在所述次级流体管线中采用质量流的反对称最优控制，用以 将所述次级流量比率维持在预选值。
5. —种用于将单个质量流分成两个或多个次级流的系统，包括(A) 入口，所述入口适于接收所述单个质量流；(B) 至少两个次级流体管线，它们连接至所述入口，并连 接成承载对应的所述次级流，每个流体管线包括(1) 流量计，所述流量计连接成测量通过所述对应的流 体管线的流量，并且提供表示通过所述流体管线的测量的流量的 信号；(2) 阀，所述阀连接成基于控制信号而控制通过所述对 应流体管线的流量；(C) 控制器，所述控制器连接至所述流量计和所述阀，用 于将所述次级流量比率控制在预选值；其中，所述控制器被构造使得所述阀中的至少一个阀保持处 于最优阀电流，其提供了在任一操作时间的最大允许阀传导率位 置，而另一个阀被主动控制以将所述流量比率维持在预选值。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括SISO 控制器，所述控制器被连接成产生第一控制信号，所述第一控制 信号为所预选的流量比率与所测量的流量比率之差的函数；和一 对线性饱和器，每个饱和器分别用于对应的次级流体管线，所述 饱和器被构造成响应于所述第一控制信号而提供阀控制信号，用 以控制每个阀。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括反相器， 所述反相器被构造成将所述第一控制信号反相以提供反相控制信 号，以及叠加点，所述叠加点用于结合所述反相控制信号和固定 的偏置信号，从而提供第二控制信号，由一个所述线性饱和器所 提供的一个所述阀控制信号为所述第二控制信号的函数。
8. —种控制流量比率控制器的次级流体管线中的两个阀从 而控制通过所述次级流体管线的流量比率的方法，所述方法包括将所述阀中的至少一个阀维持在最优位置，其在任一操作时 刻给出了最大允许阀传导率位置，同时主动控制另一个阀以将所 述流量比率维持在预选值。
9. 一种用于将单个质量流分成两个或多个次级流的系统，包括(A) 入口，所述入口适于接收所述单个质量流；(B) 至少两个次级流体管线，它们连接于所述入口，并连接成承载对应的所述次级流，每个流体管线包括-(l)流量计，所述流量计连接成测量通过对应的流体管线的流量，并且提供表示通过所述流体管线的测量的流量的信号；(2)阀，所述阀被连接成基于控制信号控制通过所述对 应的流体管线的流；(C)控制器，所述控制器连接至所述流量计和所述阀，用 于控制所述次级流量比率，以将所述流量比率维持在预选的设定 值；其中，所述控制器被构造成提供在所述次级流体管线中的质 量流的控制，以将所述次级流量比率维持在所述预选的设定点， 以使得如果在一个流体管线中的流量减少，使得所述次级流量比 率从所述预选的设定点偏离，则所述控制器将调整通过所述次级 流体管线的相对次级流量，以将所述流量比率返回至所述预选的 设定点。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，如果一个阀 增加开放度并且达到最优阀电流，则所述阀将保持在最优阀电流， 其提供了最大允许阀传导率，并且最初处于最优阀电流的另一个 阀将幵始闭合，用以维持所述预选的流量比率设定点，使得所述 两个阀适于自动地彼此切换主动控制。
11. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括SISO 控制器，所述控制器被连接成产生第一控制信号，所述第一控制 信号为所预选的流量比率与所测量的流量比率之差的函数；和一 对线性饱和器，每个饱和器分别用于对应的次级流体管线，所述 饱和器被构造成响应于所述第一控制信号而提供阀控制信号，用 以控制每个阀。
12. 根据权利要求ll所述的系统，其特征在于，还包括反相 器，所述反相器被构造成将所述第一控制信号反相以提供反相控制信号，以及叠加点，所述叠加点用于结合所述反相控制信号和 固定的偏置信号，从而提供第二控制信号，由一个所述线性饱和 器所提供的一个所述阀控制信号为所述第二控制信号的函数。
13. —种控制两个阀从而控制流量比率控制器的对应次级流 体管线中的次级流量以控制次级流量比率的方法，所述方法包括-将所述次级流量比率维持在预选的设定值，从而如果在一个 流体管线中流量减少，使得所述次级流体量比从所述预选的设定 点偏离，则所述控制器将调整通过所述次级流体管线的相对次级 流量，以将所述流量比率返回至所述预选的设定点。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如果一个阀 增加开放度并且达到最优阀电流，则所述阀将保持在最优阀电流， 其提供了最大允许阀传导率，并且最初处于最优阀电流的另一个 阀将开始闭合，用以维持所述预选的流量比率设定点，使得所述 两个阀适于自动地彼此切换主动控制。
15. —种气体输送系统，包括流量比率控制器，所述流量比 率控制器包括一对次级流体管线；一对阀，所述阀被构造成响应于控制命令信号分别控制通过 次级流体管线的流量；以及流量控制器，所述流量控制器被构造成根据预选的流量比率 而控制通过每个阔的流量，所述控制器包括反馈环路、单输出 SISO控制器以及一对线性饱和器，每个饱和器分别用于对应的 阀，所述SISO控制器具有一输出；其中，用于所述阀的所述控 制命令信号为所述SISO控制器的输出以及对应的线性饱和器的函数，并且两个阀命令实际上相对于所述阀的最大允许阀传导率 位置是反对称的。
16. 根据权利要求15所述的气体输送系统，其特征在于，所 述两个阀控制命令实际上相对于所述阀的最大允许阀传导率位置 是反对称的。
17. 根据权利要求16所述的气体输送系统，其特征在于，使 用线性饱和器的合成效果在于， 一个阀控制的阀命令保持在最优 阀电流，其给出了最大允许阀传导率，同时另一个阀被主动控制 以维持所述预选的流量比率设定点。
18. 根据权利要求16所述的气体输送系统，其中，所述线性 饱和器中的一个线性饱和器接收偏置电流和反相的信号，以将所 述两个线性饱和器的输出维持为反对称，因此所述阀控制命令实 际上相对于所述最大允许阀传导率是反对称的。
全文摘要
公开了用于气体输送系统的一种反对称最优控制算法，该系统包括流量比率控制器(106)，用于将单个质量流分入至少两个流体管线。每个流体管线包括流量计(124)和阀(126)。流量比率控制器的两个阀通过比率反馈环由反对称最优控制器来控制，所述控制器包括单输入单输出SISO控制器、反相器和两个线性饱和器。SISO控制器的输出在施加给两个阀之前被分流和调整。两个阀控制命令实际上相对于最大允许阀传导率位置是反对称的。由于这两个阀经过各自的线性饱和器，其中最大允许阀传导率位置是两个饱和极限之一，合成效果在于，一个阀在任意时间保持在最大允许阀传导率位置，而另一个阀被主动控制以维持流量比率。
文档编号G05D11/13GK101164029SQ200680013106
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月20日 优先权日2005年4月21日
发明者J·A·史密斯, K·H·扎卡尔, 丁军华 申请人:Mks仪器公司