多模控制算法的制作方法

专利名称：多模控制算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制系统。具体而言，本发明涉及而不限于控制流体流动 的系统和方法。
背景技术：
如果正确地微调，闭环控制算法可以被用来响应流体流状况的改变， 调整流体的流动，这种流体流状况的改变会导致偏离指定的流体流设置点。 流体流状况的改变常常由例如压力、温度等的变化引起。对这些变化引起 的从指定流体流设置点的偏离进行检测，并基于闭环控制算法的反馈环中 的传感装置(例如来自流量传感器的流量传感器测量结果)生成的测量结 果(例如反馈信号)进行纠正。
但是，因为例如快速压力改变而引起流体流状况迅速改变时，反馈环 使用的传感装置会发生饱和，或者产生不可靠的反馈信号。如果例如流量 控制器使用闭环控制算法中这些饱和了的和域不可靠的反馈信号，流量控 制器就无法根据指定的流体流设置点输送流体。流量控制器会基于不可靠 的反馈信号对流体流状况的改变进行例如过补偿或欠补偿。因此，需要一 种方法和/或设备用来提供新的和创新性特征，克服目前的方法中在流体流 状况发生快速改变时暴露出来的缺点。

发明内容
下面综述附图所示的本发明的示例性实施例。在具体实施方式
一节里 更加全面地描述了这些实施例和其它实施例。但是要明白，根本不想将本 发明的范围限制于发明内容部分或具体实施方式
部分所描述的形式。本领域技术人员会认识到有数不清的修改、等效和替换结构落在权利要求所表 示的本发明的实质和范围之内。
本发明能够提供系统和方法用于利用多模控制算法来控制流体的流 动。在一个实施例中，方法包括接收传感器生成的至少一个传感器指示。 当基于所述至少一个传感器指示满足门限条件时，将多模控制算法从闭环 模式修改成开环模式。流量控制器用所述多模控制算法根据设置点来控制 流体的流动。
在另一个实施例中，方法包括接收压力传感器生成的流体的压力测量 结果。当已经断开反馈控制环时，基于所述压力测量结果来计算阀门位置， 利用所述阀门位置来控制流体的流动。当流体的压力改变满足门限条件时， 断开所述反馈控制环。
在另一个实施例中，装置包括处理器和存储器。处理器用于当已经断 开反馈控制环时，基于压力测量结果来生成阀门位置指示。阀门响应所述 阀门位置指示来控制流体的流动。当流体的压力改变满足门限条件时，断 开所述反馈控制环。存储器用来储存所述阀门位置，所述流体的流动和所 述压力测量结果之间的数学关系，所述数学关系被所述处理器用来计算所 述阀门位置。


通过结合附图，参考以下详细说明以及后面的权利要求，本发明的各 个目的和优点会变得很清楚，并且会很快得到全面理解。在这些附图中
图1是一个框图，它说明本发明的一个实施例中流量控制器使用多模
控制算法控制流体从流量分配器(flow dispenser)到反应容器的流动这种情 况；
图2A说明本发明的一个实施例中压力传感器的压力测量结果； 图2B说明本发明的一个实施例中压力改变引起的寄生流的值； 图2C说明本发明的一个实施例中来自流量传感器的流量传感器测量结果；
图2D说明本发明的一个实施例中响应压力改变而补偿过的流；
图2E说明本发明的一个实施例中采用多模控制算法的流量控制器控制 的阔门的阀门位置；
图2F说明本发明的一个实施例中流体通过采用多模控制算法控制的阀 门的实际流动；
图3是一个流程图，它说明本发明的一个实施例中修改多模控制算法 的一种方法；以及
图4是一个流程图，它说明本发明的另一个实施例中修改多模控制算 法的一种方法。
具体实施例方式
根据几个实施例，本发明的目的是一种多模控制算法，当门限条件得 到满足(例如计算值落到门限值以下或者超过门限值)时，这个算法从闭 环模式(基于闭环控制算法的模式)改变成开环模式(基于开环控制算法 的模式)。在许多实施例中，当突然的压力改变这种扰动引起在闭环模式反 馈环中使用的不可靠的反馈测量结果(例如寄生流)时，这种多模控制算 法从闭环模式改变成开环模式。当扰动已经平息或者经过了规定的时间周 期以后，多模控制算法从开环模式改变回闭环模式。
这样来定义多模控制算法引用的门限条件，使得例如闭环模式反馈环 的传感器测量得到的值在传感器的正常工作范围以外，在反馈环内不能合 理地依赖它(例如接近流量传感器的饱和值)时，多模控制算法从闭环模 式改变(例如以自适应方式改变)成开环模式。在一些实施例中，门限条 件与基于来自传感器的一个或多个测量结果计算出来的一个或多个值相 关。例如，在几个实施例中，当压力改变超过规定的门限条件时，多模控 制算法从闭环模式改变成开环模式。
在一些实施例中，当多模控制算法处于闭环模式时，流量控制器使用设置点指示和反馈环中的流量传感器指示，通过调整阀门(例如可变阀门) 的位置来控制例如流体的流动。在许多实施例中，闭环模式/闭环控制算法
建立在比例积分微分(PID)控制的某种组合的基础之上，反馈环建立在来 自流量传感器这种传感器的测量结果(例如流量测量结果或者流量传感器 指示)的基础之上。当多模控制算法改变成例如开环模式时，控制算法使 用数学关系来确定阀门的位置，以便控制例如流体的流动。在一些实施例 中，以上数学关系建立在例如校准程序期间确定了其特征的流量/阀门敏感 性数据的基础之上。
现在参考附图，图1说明流量控制器100，它使用多模控制算法控制流 体从流量分配器120到反应容器180的流动。流量控制器100接收来自流 量控制器100上游的流量传感器142和压力传感器144的指示。来自流量 传感器142的指示表明从流量分配器120流过来的流体的流动速率测量结 果。来自压力传感器144的指示表明来自流量分配器120的流体的压力测 量结果。流量控制器100根据表明流体流设置点值的设置点指示146来控 制流体的流动。在这个示例性实施例中的流量控制器100包括用来实现多 模控制算法并控制流体流动的处理器102、阀门104和存储器106。
在这个示例性的实施例中，当在压力传感器144表明的压力测量结果 的基础之上计算出来的压力改变的速率(也称为压力变化率)满足(例如 超过)门限条件时，流量控制器100将多模控制算法从闭环模式改变成开 环模式。当以后在来自压力传感器144的压力测量结果的基础之上计算出 来的压力的变化率下降到低于门限条件时，所述多模控制算法从开环模式 改变回闭环模式。在闭环模式时，流量控制器100利用流体流设置点值和 反馈环中的流动速率测量结果来控制流体从流量分配器120向反应容器180 的流动。在开环模式中，流量控制器100基于压力测量结果利用包括数学 关系的开环控制算法来控制流体的流动。
在一些实施例中，流体是液体(例如硫酸)，在其它实施例中是气体(例 如氮气)，但是有了本公开的好处，本领域技术人员明白，流量控制器100 输送的流体可以是任意种类的流体，包括例如任意相的元素和/或化合物的 混合物，比如气体或液体。多模控制算法是在流量控制器100上实现的，在一些实施例中，流量控制器100是质量流量控制器，用于将气体状态的
(例如氮气)和/或液体状态的(例如盐酸)的流体输送给例如半导体设施
中的器具(tool)。在许多实施例中，流量控制器100用于在高压、低温情 况下将流体输送给不同类型的容器。
在许多实施例中，流量传感器142是用热流量传感器实现的，但是在 其它实施例中，则是使用层流量传感器、克里奥利流量传感器、超声流量 传感器或差分压力传感器。压力传感器144是利用例如表压传感器、差分 传感器、绝对压力传感器或者压电压力传感器实现的。在一些变化了的方 案中，流量传感器102和/或压力传感器144与其它传感器(例如温度传感 器)的任意组合一起组合起来使用，以便准确地测量流体的流动。将这些 组合用于例如闭环模式或开环模式中的反馈环中，用来控制流体流和/或判 断是否将多模控制算法从一个模式改变成另一个模式。在一些实施例中， 流量控制器100接收和使用来自另一个装置或温度传感器(没有画出)这 种传感器的指示，用来确定多模改变和/或控制流体的流动。在几个实施例 中， 一个或多个传感器位于流量控制器100的下游而不是流量控制器100 的上游。
在图1所示的示例性实施例中，当在压力传感器144测量得到的压力 测量结果的基础之上计算出来的压力变化率超过(例如满足)压力改变门 限条件中定义的压力改变门限测量结果/值时，流量控制器ioo将多模控制 算法从闭环模式改变成开环模式。因为压力和流动速率是相关的，因此将 门限条件定义成使得只有当流量传感器142工作于其正常工作范围内时才 采用多模控制算法中的闭环控制算法。换句话说，将压力门限测量结果定 义成将多模控制算法从闭环模式改变成开环模式，以防止闭环模式中的多 模控制算法的反馈环使用来自流量传感器142的不可靠和/或饱和的流动速 率测量结果。在这个实施例中，定义压力改变门限条件，使得在流量传感 器142的工作范围的上边界处或者在这附近，将多模控制算法从闭环改变 成开环模式。
处于开环模式时，利用开环控制算法中的数学关系来控制流体从流量 分配器120向反应容器180的流动。在这个示例性的实施例中，数学关系建立在与阀门104的阀门位置相关的压力测量结果的基础之上。在这个实 施例中，基于与阀门104的阀门位置相关的压力测量结果来控制流体流。 收到压力测量结果时，流量控制器100利用这个数学关系计算适当的阀门 位置，以便根据指定的流体流设置点产生流体流。
在一些实施例中，除了或者代替压力测量结果(例如温度等等)和/或 关于系统的知识，开环模式还利用基于其它传感器读数的数学关系，以便 将流体的流动维持在指定的流体流设置点。关于系统的知识是在确定特征/ 校准过程中获得的，包括确定例如流动速率、阀门位置、压力、温度等等 之间的依赖性的特征和/或对它们进行校准。
当压力变化率下降到压力改变门限值以下从而不再满足门限条件时， 多模控制算法从开环模式改变回闭环模式。从开环模式改变成闭环模式时， 流量控制器100按照指定的比例将流体流设置点和流量传感器测量结果用 作闭环算法的反馈信号，从而从开环模式平滑过渡回到闭环模式。当工作 于开环模式一个时间周期以后，流体流动速率不是处于或基本上处于流体 流设置点时，这种过渡技术(也称为"无波动"过度)是合适的。在一些 实现方式中，用无波动过渡技术来将开环模式改变成闭环模式或者反过来。
流量控制器100通过例如放弃(disengage)闭环控制算法并且采用 (engage)开环控制算法，从闭环模式改变成开环模式。在一些实施例中， 采用开环控制算法包括通过例如将与闭环控制算法有关的滤波器和/或常数 乘以零，不让它们参与计算。同样，采用闭环控制算法时，通过例如将开 环控制算法项乘以零来消除开环控制算法项。
在一些实施例中，在门限条件中定义基于来自其它传感器(例如温度 传感器、流量传感器)的一个或多个传感器指示的一个或多个门限值。在 一些实现方式中，这一个或多个门限值被用于触发对多模控制算法的不同 修改。例如，当压力改变门限值和温度门限值都被超过时，将指定的数学 关系用于开环模式，但是只有压力改变门限值被超过时，则将不同的数学 关系用于开环模式。在一些变化中，基于一个或多个门限值定义多个门限 条件，在一些情况下，它们通过数学组合(例如相加、相减等等)或者布 尔逻辑相关。在几种实现方式中，多模控制算法基于定时器来从闭环模式改变成开 环模式或者反过来。例如，基于压力门限测量结果，多模控制算法从闭环 模式改变成开环模式，但是当定时器停止计时时从开环模式改变回闭环模 式。
在一些实现方式中，多模控制算法使用的修改程度和/或数学关系建立 在压力变化率的幅度相对于门限条件中压力改变门限值的基础之上。例如， 与压力变化率仅仅满足门限条件的情况下使用的相比，如果压力变化率远 远超过压力改变门限值，在开环模式中使用不同的数学关系。
如同早些时候提到的一样，利用示例性流量控制器100中的处理器102、 阀门104和存储器106来实现多模控制算法并控制流体从流量分配器120 向反应容器180的流动。存储器106储存多模控制算法，它包括例如控制 算法(例如PID控制算法)、常数、滤波器等式和/或与多模控制算法中的模 式相关的参数。在这一实施例中，对多模控制算法和有关的参数进行偏置， 使得多模控制算法处于闭环模式，直到满足压力改变门限条件。存储器106 是任意类型的适当存储装置，它可以是但不限于快闪存储器、随机存取存 储器(RAM)和/或硬盘。
存储器106储存与多模控制算法的修改有关的参数(例如时间周期) 和/或等式(例如修改速率改变等式)。工作于开环模式时使用的一个或多个 数学关系(例如数学关系库)也储存在存储器106中，由处理器102访问。 在一些情况下，来自数学关系库的一个或多个数学关系与具体门限条件相 关联，并且当具体门限条件得到满足时访问它它们。
门限条件也储存在存储器106中，需要的时候由流量控制器100的处 理器102访问。在他的实施例中，存储器106用来储存可以由处理器102 访问的压力测量值、流量传感器值和/或对应的测量时间。
处理器102基于多模控制算法来处理设置点指示146、传感器测量结果 (例如压力传感器测量结果、流量传感器测量结果)和/或数学关系，来控 制流体从流量分配器120向反应容器180的流动。具体地说，在这个实施 例中，来自传感器142和144的指示、数学关系和/或设置点指示146由处 理器102利用多模控制算法来进行处理，以控制阀门104来产生设置点指示146指定的流动速率。处于闭环模式中收到新的设置点时，如同设置点 指示146所表明的一样，流量控制器100利用闭环控制算法，调整流体的 流动速率(例如通过发送给阀门104的控制指示)，使之符合新的设置点。
这个示例性的实施例中的处理器102还基于从压力传感器144收到的 压力测量结果计算压力变化率。可以直接从压力传感器144接收压力测量 结果和/或对应的测量时间，和/或从存储器106访问。处理器102利用存储 器106中储存的门限条件和计算出来的压力改变来判断多模控制算法是否 应当从一种模式改变成另一种模式(例如从开环模式改变成闭环模式)。在 一些实施例中，利用或者代替例如处理器102，采用绝对值检测器模块(没 有画出)来检测压力变化率。
在这个实施例中，处理器102还用来调整存储器106中储存的常数、 滤波器等式、控制算法和/或参数，以便当压力改变门限条件得到满足时， 将多模控制算法从例如闭环模式改变成开环模式。在一些实现方式中，将 处理器102设计成例如具有硬件实现的(例如固件)多模控制算法，这个 多模控制算法访问和使用储存在存储器106中的参数和/或常数。
阀门104是用任意方式改变流体的流动的任何合适类型的阀门(例如 可变阀门)。例如，在一些实施例中，阀门104是具有可变孔的阀门，或者 具有多个预置位置的阀门。流量控制器100根据设置点指示146表明的流 体流设置点来调整阀门104的位置，以此控制流体从流量分配器120向反 应容器180的流动。在这个实施例中，按照阀门位置指示来调整阀门104 的位置，这些阀门位置指示建立在流量控制器100中的处理器102执行的 计算的基础之上。
虽然图1说明处理器102、阀门104和存储器106被集成为单个装置中 的流量控制器100，但是在一些实施例中，这些组件被组合起来和/或分开 成不同的组件和/或装置。例如，在一些实施例中，存储器106被嵌入处理 器102，作为例如高速缓存，或者被集成到分开的中央服务器(没有画出) 中去，为流量控制器100或者为几个分布式的和/或高速缓存的流量控制器 储存数据。在一些实现方式中，阀门104是与流量控制器100分开的组件， 例如在流量传感器142、压力传感器144和/或流量控制器100的上游或下游。在其它实现方式中，流量传感器142和/或压力传感器144被集成到流 量控制器100。还有，尽管结合上面描述的实施例描述了处理器102、阀门 104和存储器106，但是本领域技术人员明白，可以将这些组件用来实现多 模控制算法的许多变化。
图2A 2F说明与示例性压力改变有关的示例性的测量结果、信号和计 算出来的值，这个压力改变触发多模控制算法从闭环模式向开环模式的修 改。图2A 2F说明相应x轴上的时间，以及它们的相应y轴上的各个测量
结果和计算值。在这个实施例中的多模控制算法是在流量控制器上实现的， 这个流量控制器按照流体流设置点控制着流体通过阀门的流动。
图2A说明来自压力传感器的压力传感器指示表明的压力测量结果。图 2A说明从时刻A的X到时刻D的Y的压力改变。图2A说明时刻A和C 之间压力的变化率超过线条240的斜率表明的门限压力变化率门限值。在 时刻B基于时间周期210上的压力改变200检测到相对于门限值过分大的 压力变化率。在时刻B检测到过分大的压力变化率触发多模控制算法从闭 环模式向开环模式的修改。在时刻C和D，压力变化率(如同时间周期230 上的压力改变220所表明的一样)下降到低于线条240的斜率表明的门限 压力变化率。结果，在时刻D，多模控制算法从开环模式改变回闭环模式。
总之，图2A中的压力测量曲线说明在时刻B以前，多模控制算法处于 闭环模式，在时刻B和D之间处于开环模式，在时刻D以后处于闭环模式。 到各模式的所有改变都是压力变化率触发的，压力变化率要么超过要么下 降到低于线条240的斜率表明的门限压力速率改变门限值。
图2B说明从图2A所示压力改变产生的寄生流。图2B说明，在时刻A， 当如图2A所示压力开始上升时，寄生流开始增大。在图2A中的时刻B， 寄生流随着压力速率增大而显著增大，如图2B所示。在时刻C，作为如图 2A所示压力变化率慢下来的结果，图2B中的寄生流显著减小，直到在时 刻D以后短时间内消失。
图2C说明流体流的流量传感器读数/测量结果。图2C包括图2B所示 的寄生流。图中说明流量传感器的工作范围在流量传感器测量结果0和R 之间。高出y轴上的流量传感器测量结果R的流量传感器测量结果不那么可靠，在流量传感器测量结果S处流量传感器发生饱和。图2C说明将门限 压力变化率值选择成使得在时刻B，在流量传感器测量结果到达不可靠范 围不久，多模控制算法就改变成开环模式。图2C说明将门限压力变化率值 选择成在时刻D，在流量传感器测量结果回到流量传感器的指定工作范围 以后，多模控制算法从开环模式变回到闭环模式。
图2D说明如果没有实施与多模控制算法有关的开环控制算法，基于图 2B中的寄生流补偿过的流。没有从闭环模式到开环模式的改变，图2D说 明流量控制器会为图2A中压力改变引起的图2B中的寄生流而被错误地过 分补偿(特别是在时刻B和C之间)。
图2E说明采用多模控制算法的流量控制器控制的阀门的阀门位置。在 时刻B和D之间，按照将压力测量结果与阀门位置关联起来的数学关系， 基于开环控制算法来控制阀门位置。图2E说明在这个实施例中，当多模控 制算法在时刻D以后从开环模式改变成闭环模式时，闭环控制算法纠正多 模控制算法工作于开环模式时阀门位置的略微过调(overshoot)。
图2F说明流体通过采用多模控制算法控制的阀门的实际流动。图2F 说明实际的流体流量测量结果因为在闭环和开环模式之间的改变而紧密跟 踪y轴上F说明的指定流体流设置点。如果只是工作于闭环模式，实际流 已经因为基于图2C所示流量传感器的不可靠和/或饱和测量结果而出现的 粗略过补偿流(类似于图2D所示的那种情况)明显地偏离流体流设置点。
虽然图2A 2F所示的实施例涉及在几种实现方式中的压力增大，但是 多模控制算法还被配置成当压力快速降低并且引起负寄生流时，从闭环模 式改变成开环模式。本领域普通技术人员明白应用于图2A 2F的原理同样 适用于涉及压力下降的情形。
图3是一个流程图，它说明基于规定好的压力改变门限条件并且基于 定时器来修改多模控制算法的一种方法。在这个实施例中，门限条件包括 被压力变化率超过时，压力变化率值触发多模控制算法从闭环模式修改成 开环模式。压力变化率是利用来自压力传感器的至少两个压力测量结果以 及与每个压力测量结果对应的测量时刻计算出来的。在这个实施例中，当 定时器停止计时时，多模控制算法从开环模式修改回到闭环模式。如图3所示，在300处，收到表明流体流量测量结果的流量传感器指 示，并且基于这一流量传感器指示，利用闭环模式中的多模控制算法来控 制流体的流动。根据流体流设置点来控制流体流。如图所示，在310处基 于压力测量结果(例如在指定的时间周期上至少两个压力测量结果之差) 来计算压力变化率。在320处，如果压力变化率不超过规定的压力改变门 限值，那么在300中，继续接收流量传感器指示(也就是流量传感器测量 结果)，并且继续用闭环模式中的多模控制算法控制流体流。在许多实施例 中，框300~320中的操作同时或者基本同时进行/执行。
当310处计算出来的压力变化率在320处超过压力改变门限值时，在 330处多模控制算法从闭环模式修改成开环模式，在340处定时器启动。在 这个实施例中，定时器运行3秒钟的时间周期。在350处接收压力传感器 指示，并基于压力传感器指示利用开环模式中的多模控制算法控制流体流， 直到这个时间周期结束。
如果在360处定时器确定的时间周期还没有结束，就在350处继续接 收压力传感器指示，并基于开环模式中的多模控制算法控制流体流。利用 数学关系(例如流量順门敏感度曲线)在开环模式中控制流体流。当在360 处这个时间周期已经结束时，在370处多模控制算法从开环模式修改回到 闭环模式。
在一些实施例中，这个时间周期的长度取决于多个因素，例如流量控 制器的响应时间，或者压力测量结果偏离到对应门限值以上。例如，在几 个实施例中，当指定时间周期内的压力改变超过和域降低到低于门限值指 定量时，延长和/或縮短定时器使用的时间周期。在其它实施例中，在定时 器启动以后，当检测到以后的压力改变或压力变化率时，修改定时器的时 间周期(例如延长或縮短)
在几个实施例中，基于与几个模式中的每一个对应的门限条件，将多 模控制算法修改为几个模式之一。例如，如果满足第一门限条件，就将多 模控制算法改变成开环模式，这个开环模式不同于满足第二门限条件时的 开环模式，在一些实施例中，多模控制算法从第一闭环模式改变成开环模 式，然后改变成第二闭环模式。在一些实施例中，定义一个或多个门限条件，来利用门限条件/值的组合，例如压力变化率值和定时器的组合。在几个实施例中，多模控制算法根据数学等式或基于规则的算法从闭 环模式修改到开环模式，从而使修改慢速发生而不是突然发生。在一些实 施例中，多模控制算法从一个模式到另一个模式的修改速率和/或修改程度(例如修改到几个开环模式之一)取决于例如流量和/或压力是在增大还是 下降。同样，在其它实现方式中，多模控制算法的改变由压力测量值触发(例如基于指定压力测量值的门限条件)，而不是压力测量值或压力变化率 的改变。在一些实施例中，除了压力测量结果以外，或者代替压力测量结果的一个或多个传感器测量结果被用于判断多模控制算法是否应该从闭环模式改变成开环模式。例如，在几个实现方式中，流量传感器测量结果和对应的门限条件被用于确定什么时候多模控制算法应该从更多一个改变成另一 个。现在参考图4，它是一个流程图，说明基于规定好的门限条件将多模控 制算法从闭环模式修改到开环模式的一种方法。在这个实施例中，将门限 条件定义为最大压力变化率，当计算出来的压力变化率超过这个值时，触 发多模控制算法从闭环模式修改到开环模式。压力变化率被计算为指定时 间周期上压力改变的幅度。在晚些时候，当压力变化率下降到低于这个门 限值(例如不再满足这个门限条件)时，将多模控制算法从开环模式修改 回到闭环模式。虽然在这个实施例中，从开环模式改变成闭环模式是由压 力变化率触发的，但是在其它实施例中，除了压力变化率以外，这一改变 取决于其它测量结果(例如温度测量结果和/或流量测量结果)。如图4所示，在400处，收到表明流体流动速率的流量传感器指示， 并基于流量传感器指示，利用闭环模式中的多模控制算法，根据流体流设 置点来控制流体的流动。如图所示，在410处基于压力测量结果计算压力 变化率。将压力变化率计算为指定时间周期上至少两个压力测量结果之差。 如果在420处压力变化率不超过规定的压力改变门限值，在400处继续接 收流量传感器指示，并继续利用闭环模式中的多模闭环控制算法控制流体 流。在许多实施例中，框400~420中的操作同时或基本同时进行/执行。如图4所示，当410处计算出来的压力变化率在420处超过门限值， 在430处多模控制算法从闭环模式修改成开环模式。 一旦多模闭环算法修 改回到开环模式，在440处基于压力测量结果和数学关系，利用开环模式 中的多模控制算法控制流体流。基于从压力传感器收到的压力测量结果， 在450处继续(或者在一些实施例中间歇性地)计算压力变化率。如果在460处计算出来的压力变化率继续超过门限值，在450处继续 接收压力测量结果，并且利用开环模式中的多模控制算法控制流体流。当 在450处计算出来的压力变化率在460处下降到低于门限值，在470处多 模控制算法从开环模式修改回到闭环模式。在几个实施例中，参考对应的门限值来监视多个传感器(例如流量、 温度和压力传感器)，以确定多模控制算法是否应该从闭环模式修改到开环 模式，以及反过来。在几个实施方式中，基于与例如具体流量控制器有关 的经验数据来规定门限条件中的值(也就是参数)。在一些实施例中，将多模控制算法从闭环模式修改到开环模式的第一 门限值不同于确定是否让这一算法从开环模式改变回到闭环模式的第二门 限值。在另一些实施例中，门限条件基于值(例如时间、压力等)或布尔 条件(例如"或"布尔条件)的复杂组合(例如相减、相乘)。例如，只有 当从温度指示和压力指示导出的值和域计算值超过它们的对应门限值时， 门限条件才得到满足。在一些多模算法中，将一个或多个门限条件定义为当测量和/或计算值 超过或低于一个或多个门限条件时，多模算法从一个模式改变成另一个模 式。例如，在一些实施例中，门限条件中的门限压力变化率值是绝对值， 并且压力变化率被计算为绝对值。在一些应用中，定义一个或多个门限条件，以适应狭窄的流量传感器 范围。例如，在利用具有狭窄流量传感器范围的低流量流量传感器的低流 量应用中，将门限条件定义成以非常小的压力改变触发多模控制算法改变 成开环模式，以防止闭环控制算法依赖于来自低流量流量传感器的饱和流例如在一些实施例中，定义门限条件，从而只有在多于三个连续的压 力变化率超过门限值时才修改多模控制算法。通过按照这种方式定义门限 条件，多模控制算法在修改到另一模式例如开环模式之前，保持指定模式， 例如闭环模式。总之，本发明提供用于利用多模控制算法控制流体的流动的系统和方 法。本领域技术人员很容易发现在本发明的范围之内可以做出数不清的变 化和替环，它的使用和它的配置以获得这里描述的实施例能够获得的基本 相同的结果。因此，根本不打算将本发明限制在所公开的示例性的形式。 许多变化、改进和替换构成都落在后面的权利要求表示的本发明的范围和 精神之内。
权利要求
1.一种方法，包括接收压力传感器生成的流体的压力测量结果；以及当已经断开反馈控制环时，基于所述压力测量结果来计算阀门位置，当流体的压力变化满足门限条件时，断开所述反馈控制环，所述阀门用于控制所述流体的流动。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述反馈控制环用于根据设置点并 基于传感器提供的所述流体的特性来控制所述流体的流动。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述反馈控制环用于利用流量传感 器来控制所述流体的流动，所述流量传感器检测所述流体的流动，基于所 述流量传感器的特性来定义所述门限条件。
4. 如权利要求l所述的方法，其中所述反馈控制环用于利用流量传感 器来控制所述流体的流动，所述流量传感器检测所述流体的流动，基于所 述流量传感器的工作范围来定义所述门限条件。
5. 如权利要求l所述的方法，其中所述控制包括基于校准数据或特性 数据中的至少一个来计算所述阀门位置。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括当定时器的时间周期结束或者所 述门限条件从得到满足变成未得到满足这两种情况中的至少一种时，重新 闭合所述反馈控制环。
7. 如权利要求1所述的方法，还包括当定时器的时间周期结束时，重 新闭合所述反馈控制环，基于所述压力变化的幅度来定义所述时间周期。
8. 如权利要求1所述的方法，其中所述压力变化是利用每个具有对应测量时刻的至少两个测量结果计算出来的压力变化率。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述压力测量结果是第二时刻的第 二压力测量结果；所述方法还包括检测所述流体的压力变化，所述压力变化是第一时刻 的第一压力测量结果和所述第二压力测量结果之差，所述第二时刻在所述 第一时刻之后。
10. 如权利要求l所述的方法，所述门限条件是第一门限条件； 所述方法还包括当满足第二门限条件时，重新闭合所述反馈控制环。
11. 如权利要求1所述的方法，其中所述压力测量结果是第一时刻的 第一压力测量结果，所述门限条件是第一门限条件；所述方法还包括当定时器的时间周期结束时，重新闭合所述反馈控制 环，当第二时刻的第二压力测量结果和所述第一时刻的第一压力测量结果 之差的幅度满足所述第一门限条件或第二门限条件中的至少一个时，改变 所述时间周期的持续时间。
12. —种方法，包括接收传感器生成的至少一个传感器指示；以及当基于所述至少一个传感器指示满足门限条件时，将多模控制算法从 闭环模式变成开环模式，流量控制器用所述多模控制算法根据设置点来控 制流体的流动。
13. 如权利要求12所述的方法，还包括利用所述开环模式并利用所述 至少一个传感器指示来计算阀门的阀门位置，从而根据所述设置点来输送 所述流体。
14. 如权利要求12所述的方法，还包括利用所述开环控制算法并利用 所述至少一个传感器指示来计算阀门的阀门位置，从而根据所述设置点来输送所述流体，所述阀门位置是基于数学关系计算出来的。
15. 如权利要求12所述的方法，其中所述传感器是压力传感器，所述 至少一个传感器指示是压力传感器指示。
16. 如权利要求12所述的方法，其中所述传感器是流量传感器、定时 器、压力传感器或温度传感器中的至少一个。
17. 如权利要求12所述的方法，还包括检测所述传感器指示的变化， 所述变化满足所述门限条件。
18. 如权利要求12所述的方法，其中所述传感器指示表明与所述流体 有关的特性。
19. 如权利要求12所述的方法，其中所述闭环模式用于利用流量传感 器来控制所述流体的流动，所述流量传感器检测所述流体的流动，基于所 述流量传感器的特性或所述流量传感器的工作范围中的至少一种定义所述 门限条件。
20. 如权利要求12所述的方法，还包括当定时器的时间周期结束时， 将所述控制算法从所述开环模式变成所述闭环模式。
21. 如权利要求12所述的方法，还包括当与所述传感器指示有关的门 限条件从得到满足变成未得到满足时，将所述控制算法从所述开环模式变 成所述闭环模式。
22. 如权利要求12所述的方法，其中所述门限条件是第一门限条件， 所述至少一个传感器指示是在第一时刻接收到的；所述方法还包括当基于在第二时刻从所述传感器接收到的第二传感器 指示，而使第二门限条件得到满足时，将所述控制算法从所述开环模式变成所述闭环模式。
23. 如权利要求12所述的方法，其中所述开环模式是响应所述门限条 件得到满足，而从一组开环模式中选择出来的。
24. —种设备，包括处理器，用于当己经断开反馈控制环时，基于压力测量结果来计算阀 门位置，当流体的压力变化满足门限条件时，断开所述反馈控制环，阀门 响应所述阀门位置来控制所述流体的流动；以及存储器，用于储存所述阀门位置，所述流体的流动和所述压力测量结 果之间的数学关系，所述数学关系被所述处理器用来计算所述阀门位置。
25. 如权利要求24所述的设备，还包括用于储存所述门限条件的存储 器，所述处理器用于从所述存储器访问所述门限条件。
26. 如权利要求24所述的设备，其中所述反馈控制环用于根据设置点 并且利用检测所述流体的流动的流量传感器来控制所述流体的流动，基于 所述流量传感器的工作范围来定义所述门限条件。
27. 如权利要求24所述的设备，其中当定时器的时间周期结束或者所 述门限条件从得到满足变成未得到满足这两种情况中的至少一种时，重新 闭合所述反馈控制环。
全文摘要
描述了利用多模控制算法控制流体流动的系统和方法。一个实施例包括用于将多模控制算法从闭环模式改变成开环模式的一种方法。这种方法包括接收传感器生成的至少一个传感器指示。当基于所述至少一个传感器指示满足门限条件时，将多模控制算法从闭环模式改变成开环模式。流量控制器用所述多模控制算法根据设置点来控制流体的流动。
文档编号G05B13/02GK101517495SQ200780025529
公开日2009年8月26日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年7月5日
发明者A·斯米尔诺夫, B·李, M·J·佐洛克, M·韦斯特拉 申请人:先进能源工业公司