CN101454735A - 自适应响应时间闭环控制算法 - Google Patents

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CN101454735A CNA2007800195351A CN200780019535A CN101454735A CN 101454735 A CN101454735 A CN 101454735A CN A2007800195351 A CNA2007800195351 A CN A2007800195351A CN 200780019535 A CN200780019535 A CN 200780019535A CN 101454735 A CN101454735 A CN 101454735A
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Abstract

本发明描述了一种使用自适应闭环控制算法来控制流体流量的系统和方法。一个实施例包括用于接收设定点指示值和/或由传感器产生的传感器指示值的方法。当基于所述传感器指示值和/或设定点指示值满足至少一个阈值时修改闭环控制算法的响应时间。响应于对所述闭环控制算法的响应时间的修改，通过调节与闭环控制算法相关联的至少一个参数来稳定由流量控制器实现的闭环控制算法。

Description

自适应响应时间闭环控制算法
技术领域
本发明涉及控制系统，并且本发明尤其但并非仅限于涉及用于使用自适应闭环控制算法来控制流体流量的系统和方法。
背景技术
闭环比例积分微分(proportional-integral-derivative)(PID)控制算法可以被调整以具有响应时间(例如，加速的响应时间)来满足流体流量应用的控制要求。但是，调整闭环PID控制算法的响应时间来满足具体应用的要求可能具有不想要的副作用。例如，被调整为快速算法以迅速地响应在流体流量中突发的显著变化的闭环PID控制算法可在流体流量稳定时造成带噪声的流量。快速算法放大了高频率传感器、模数转换器(ADC)量化以及电子噪声，导致带噪声的控制信号。
另一方面，被调整为具有较慢的响应时间的闭环PID控制算法虽然没有向稳定的流体流量引入噪声，但是也不能准确且迅速地校正流量条件中突发的显著变化(例如，设定点中的突变或压力变化)。与仅实现快速或缓慢响应时间算法相关联的问题由于非理想的情况，例如流量传感器读取的滞后或者流量控制器元件中的非线性而变得更加复杂。因此，需要解决目前方法的不足并且提供其它新颖且创新的特征。
发明内容
下面概述了在附图中示出的本发明的示例性实施例。在具体实施方式部分中更详细地描述了这些及其它实施例。然而应当理解，并不存在将本发明限制为在发明内容部分或具体实施方式部分中所描述形式的意图。本领域技术人员可以认识到存在落入权利要求所表达的本发明的精神和范围内的多种修改、等同和替代构造。
本发明可以提供一种使用自适应闭环控制算法来控制流体流量的系统和方法。在一个实施例中，一种方法包括接收设定点指示值和/或由传感器产生的传感器指示值。当基于所述传感器指示值和/或设定点指示值，满足至少一个阈值条件时修改闭环控制算法的响应时间。响应于对所述闭环控制算法的响应时间的修改，通过调节与闭环控制算法相关联的至少一个参数来稳定由流量控制器实现的闭环控制算法。
在另一实施例中，一种方法包括接收设定点指示值和/或由传感器产生的传感器指示值。基于传感器指示值和/或设定点指示值，将与闭环控制算法相关联的反馈滤波器从第一模式修改为第二模式。闭环控制算法与流量控制器相关联。当反馈滤波器被修改时，改变与闭环控制算法相关联的调整参数以稳定闭环控制算法。
在又一实施例中，一种设备包括处理器和阀。处理器被配置为当基于设定点指示值和/或由传感器产生的传感器指示值满足一个或多个阈值条件时修改闭环控制算法的响应时间。处理器通过修改与闭环控制算法相关联的反馈滤波器和与所述闭环控制算法相关联的调整参数来修改所述闭环控制算法的响应时间。阀被配置为响应于由处理器基于闭环控制算法产生的控制指示值来打开及关闭。
附图说明
结合附图参考以下具体实施方式和所附权利要求，本发明的各个目的和优点及更完整的理解将更加明显并易于理解，其中：
图1是依照本发明实施例示出其中流量控制器使用自适应闭环控制算法来控制从流体分配器到反应容器的流体流量的环境的框图；
图2是依照本发明实施例示出用于修改自适应闭环控制算法的方法的流程图；
图3是依照本发明另一实施例示出用于修改自适应闭环控制算法的方法的流程图；
图4是依照本发明又一实施例示出用于修改自适应闭环控制算法的方法的流程图；
图5是依照本发明实施例的自适应闭环控制算法的信号流程图；
图6A是依照本发明实施例示出由设定点指示器指示的设定点的曲线图；
图6B是依照本发明实施例示出在自适应闭环控制算法内与反馈滤波器相关联的反馈时间常数值的曲线图；
图6C是依照本发明实施例示出由自适应闭环控制算法计算的设定点误差的曲线图；
图6D是依照本发明实施例示出使用自适应闭环控制算法计算的积分控制信号的曲线图；
图6E是依照本发明实施例示出由实施自适应闭环控制算法的流量控制器控制的阀的阀位置的曲线图；
图6F是依照本发明实施例示出通过阀的实际流体流量的曲线图，所述阀使用自适应闭环控制算法来控制；以及
图6G是依照本发明实施例示出来自用于测量通过阀的流体流量的流量传感器的信号的曲线图，所述阀使用自适应闭环算法来控制。
具体实施方式
依照若干实施例，本发明提出了一种在控制器上实现的自适应闭环算法(例如，比例积分微分(PID)算法)。例如，在一些实施例中该控制器是质量流量控制器，该质量流量控制器被配置为将处于气态(例如，氮)和/或液态(例如，盐酸)的流体运送到例如半导体设备中的工具。
在若干实施例中闭环控制算法适于通过修改算法的响应时间来改变条件。作为一个实例，依照自适应算法的许多实施例工作的质量流量控制器能够在现有流率(flow rate)基本上在所需流率以下时以快速响应来工作并且能够在现有流率相对接近于所需流率时以较慢响应来工作，这不易于产生噪声。
例如在许多实施例中，当基于一个或多个指示值满足一个或多个所定义的阈值条件时调节自适应算法的响应时间。在这些实施例中，当满足阈值条件时响应于从传感器(例如，压力传感器，流量传感器)接收的传感器指示值和/或设定点指示值来修改自适应闭环控制算法的响应时间。传感器指示值指示与流过例如流量控制器内的阀并受其控制的流体相关联的的属性值(例如，流率)。设定点指示值指示例如由流量控制器用来控制流体流量的设定点。
在若干实施例中，当至少一个指示值(例如，设定点指示值和/或传感器指示值)的值超过或低于与所述指示值相关联的阈值时，修改自适应闭环控制算法的响应时间。在一些实施例中，当基于传感器指示值所计算的值满足阈值条件时(例如，经过指定时段的变化率或最大可允许的变化)，修改自适应闭环控制算法的响应时间。例如在一些实施例中，该修改是基于满足阈值条件的误差信号，所述误差信号是在设定点与传感器指示值之间的差异。在其它实施例中，当至少一个指示值(例如，设定点和/或传感器)中的变化幅度超过或低于阈值时，修改自适应闭环控制算法的响应时间。
在一些实施例中，通过例如加速和减速与闭环控制算法相关联的滤波器(例如，反馈滤波器)来修改自适应闭环控制算法的响应时间。在一些变型中，当响应时间修改时，为了稳定自适应闭环控制算法，调整与所述自适应闭环控制算法相关联的参数(例如，调整参数)。在若干实施例中，例如还基于所定义的阈值条件响应于传感器指示值和/或设定点指示值来修改自适应增益。在一些实现方式中，修改自适应闭环控制算法的响应时间是基于定时器。
现在参照附图，图1示出了使用自适应闭环控制算法来控制从流体分配器120到反应容器180的流体流量的流量控制器100。当所测量、计算和/或指定的值(例如，压力指示值值、设定点指示值值、流量传感器指示值值)中的变化满足至少一个阈值条件时，自适应闭环控制算法由流量控制器100从缓慢响应模式修改为快速响应模式，反之亦然。流量控制器100基于缓慢或快速响应模式下的自适应闭环控制算法使用设定点值来控制流体从流体分配器120到反应容器180的流量。
在一些实施例中，流体是液体(例如，硫酸)并且在其它实施例中为气体(例如，氮气)，但是本领域技术人员应当理解，在掌握本公开有益效果的情况下，由流量控制器100运送的流体可以是任何种类的流体，例如包括任何状态的元素和/或化合物的混合物，诸如气体或液体。在许多实施例中，流量控制器100被配置为在高压、低温下向不同类型的容纳体或容器运送流体。
如在图1中所描述，在示例性实施例中，流量控制器100接收来自位于所述流量控制器100的上游的流量传感器142和压力传感器144的指示值。来自流量传感器142的指示值表明从流体分配器120流出并由流量控制器100控制的流体的流率。来自压力传感器144的指示值表明来自流体分配器120并由流量控制器100控制的流体的压力。流量控制器还接收表明流体流量设定点的设定点指示值146。在一些实施例中，流量控制器100接收来自诸如温度传感器的另一设备或传感器的指示值。在若干实施例中，一个或多个传感器位于流量控制器100的下游而不是所述流量控制器100的上游。
在许多实施例中，流量传感器142由热流量传感器来实现，但是在其它实施例中，利用层流量传感器、科里奥利(coriolis)流量传感器、超声波流量传感器或差压传感器。压力传感器144由表压力传感器、差分传感器、绝对压力传感器或压阻压力传感器来实现。在其它变型中，流量传感器102和/或压力传感器144结合其它传感器(例如，温度传感器)的任何组合来用于准确地测量流体的流量。
在该实施例中，流量控制器100包括处理器102、阀104和存储器106。存储器106存储自适应闭环控制算法，所述自适应闭环控制算法包括PID控制算法、滤波方程和与所述PID控制算法和滤波方程相关联的参数。存储器106是任何类型的适当存储设备，其可以是但不限于闪存、随机存取存储器(RAM)和/或硬盘。存储器106还存储与自适应闭环控制算法的修改以及阈值条件相关的参数(例如，时间周期)和/或方程(例如，修改速率变化方程)。在该实施例中，自适应闭环控制算法和相关联的参数被偏置，使得自适应闭环控制算法具有缓慢响应时间(也被称为“缓慢模式”或“缓慢响应模式”)。在图5中更详细地讨论了具体的自适应闭环控制算法配置。
可变阀104是以任何方式改变流体流量的任何适当类型的可变阀。例如，可变阀104是具有可变孔的阀或具有多个预设位置的阀。虽然图1示出了处理器102、阀104和存储器106被集成到单个设备的流量控制器100中，但是在一些实施例中，组件被组合和/或分离到不同的组件和/或设备中。例如在一些实施例中，存储器106被嵌入到处理器102中例如作为缓存，或者被集成到单独的集中式服务器(未图示)中，所述集中式服务器存储用于流量控制器100或若干分布式和/或级联流量控制器的数据。在一些实现方式中，阀104是与流量控制器100分离的组件，其位于例如流量传感器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中。
在图1所描绘的示例性实施例中，与来自传感器142和144的指示值以及设定点指示值146相关联的阈值条件也存储在存储器106中。阈值条件被定义为当满足所述阈值条件时，修改自适应闭环控制算法以具有快速响应时间(也被称为“快速模式”或“快速响应模式”)。从缓慢模式到快速模式的修改可以称为加速并且从快速模式到缓慢模式的修改可以称为减速。通过改变与算法相关联的参数(存储在存储器106中)来修改自适应闭环控制算法以具有快速响应时间。
在一些实施例中，通过改变与自适应闭环控制算法相关联的滤波方程而不是改变与所述算法相关联的参数来修改所述自适应闭环控制算法的响应时间。在一些实现方式中，处理器102被设计有例如硬件实现的(例如，固件)自适应闭环控制算法，用于访问并使用由存储器106存储的参数。在该方案中，处理器102调整在存储器106中存储的参数以修改自适应闭环控制算法的响应时间。
在该实施例中，来自传感器142和144的指示值以及设定点指示值146由处理器102使用自适应闭环控制算法来处理以控制阀104生成由所述设定点指示值146指定的流率。当接收到如设定点指示值146所指示的新的设定点时，流量控制器100使用自适应闭环控制算法来调节流体的流率(例如，经由被发送到阀104的控制指示值)以与该新的设定点相符。
然而，如果设定点的变化满足阈值条件，那么修改闭环控制算法的模式。例如，如果处理器102所确定的设定点的变化超过设定点变化阈值条件(例如，最大可允许的设定点变化)，那么处理器102修改自适应闭环控制算法以具有快速模式。随后，处理器102基于新的设定点并且依照快速模式下的自适应闭环控制算法通过将控制信号发送给阀104来控制流体的流量。当到达新的设定点时，处理器102通过将与自适应闭环控制算法相关联的参数从快速模式调回到缓慢模式来修改所述自适应闭环控制算法。
类似地，如果传感器指示值的变化满足阈值条件，那么处理器102将自适应闭环控制算法从缓慢模式修改为快速模式，和/或反之亦然。在该实施例中，对流量控制器100中的处理器102进行编程以在由流量传感器142所指示的流率满足阈值条件时修改自适应闭环控制算法。例如，当例如通过压力变化所引起的流率变化的幅度在指定时段内超过最大可允许值时，触发自适应闭环控制算法的修改。当流体的流率再次校准到由设定点指示值146所指示的设定点时，处理器102将自适应闭环控制算法从快速响应时间配置修改回到缓慢响应时间配置。在一些实施例中，如果处理器102检测到例如压力传感器指示值中的变化超过与压力变化相关联的阈值条件，那么所述处理器102被配置为将自适应闭环控制算法从缓慢模式修改到快速模式，和/或反之亦然。
在一些实现方式中，自适应闭环控制算法的修改级别基于变化相对于阈值的幅度。例如，如果设定点变化远远超过设定点变化的阈值条件，那么与如果设定点变化恰好满足所述设定点变化的阈值条件相比，更多地修改与自适应闭环控制算法相关联的参数和/或滤波器。
现在参照图2，其包括流程图，该流程图示出了基于所定义的阈值条件将自适应闭环控制算法从第一模式修改为第二模式的方法。第一模式例如是缓慢的低噪声模式，而第二模式例如是快速且潜在地带有噪声的模式。在该实施例中，阈值条件被定义为误差的幅度(例如，阈值)，当超过所计算的误差值时触发将自适应闭环控制算法从第一模式修改为第二模式。在许多实施例中，误差值是在流率设定点和由流量指示值所指示的已测量的流率之间的差异。随后，当误差值低于阈值时(例如，不再满足)，将自适应闭环控制算法从第二模式修改回到第一模式。虽然在该实施例中，基于流量设定点和测量来计算误差值，但是在其它实施例中，误差值是基于诸如压力设定点和测量的其它设定点和测量。
如图2所示，在200中，接收流量传感器指示值并且基于所述流量传感器指示值使用第一模式下的自适应闭环控制算法依照流量设定点来控制流体的流量。如同所示，在210中，误差值被计算为在由流量传感器指示值所指示的流率与流量设定点之间的差异。如果在220中该误差值未超过所定义的阈值，那么在200中继续接收流量传感器指示值并且使用第一模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。在220中，当在210中计算的误差值超过阈值时，在230中将自适应闭环控制算法从第一模式修改到第二模式。
如图2所示，一旦自适应闭环算法被修改到第二模式，那么在240中，接收流量传感器指示值并且基于所述流量传感器指示值使用在第二模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。第二模式下的自适应闭环控制算法用于依照流量设定点来控制流体的流量。在250中，基于流量传感器指示值和流量设定点来连续地(或者在一些实施例中间歇地)计算误差值。在260中，如果所计算的误差值继续超过阈值，那么在240中继续接收流量传感器指示值并且使用第二模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。在260中，当在250中所计算的误差值低于阈值时，在270中将自适应闭环控制算法从第二模式修改回到第一模式。
虽然该实施例描述了涉及流量传感器指示值以及基于所述流量传感器指示值计算的误差值的方法，但是在一些实施例中，也可从温度传感器接收温度传感器指示值并且相对于与温度相关联的阈值进行分析。在若干实施例中，参考相应的阈值来监视多个传感器(例如，流量、温度和压力传感器)以确定是否应当将自适应闭环控制算法从第一模式修改为第二模式或反过来从第二模式修改为第一模式。在一些实施例中，基于设定点指示值值而不是传感器指示值误差值来定义阈值条件。
在一些变型中，阈值条件例如是基于来自指示值的误差值的变化率。在若干实现方式中，根据例如与具体的流量控制器相关的经验数据来定义阈值条件中的值(即，参数)。
在一些实施例中，用于将自适应闭环控制算法从第一模式修改到第二模式的阈值不同于用于确定将所述算法从第二模式改变回到第一模式的阈值。在其它实施例中，阈值条件是基于值(例如，时间、压力等)的复杂组合(例如，相减，相乘)或者布尔条件(例如，“或”布尔条件)。例如，只有在当从温度指示值和压力指示值所导出的值(或计算值)超过它们各自的相应阈值时，才满足阈值条件。在若干实施例中，基于与一个或多个模式相对应的阈值条件来将自适应闭环控制算法修改为若干模式的其中之一(例如，适度快速模式)。
在一些实施例中，例如定义阈值条件使得只有当三个以上连续的压力指示值值和/或误差值超过阈值时才修改自适应闭环控制算法。通过以这种方式定义阈值条件，将自适应闭环控制算法在被修改之前保持为所指定的响应时间模式。在一些实施例中，例如定义阈值条件使得只有当压力指示值值超过阈值例如大于300毫秒时才修改自适应闭环控制算法。
图3是示出基于所定义的阈值条件并且基于定时器来修改自适应闭环控制算法的方法的流程图。在该实施例中，阈值条件是压力值，当由来自压力传感器的压力传感器指示值所指示的值超过该压力值时，触发自适应闭环控制算法从第一模式到第二模式的修改。当定时器期满时，自适应闭环控制算法被从第二模式修改回到第一模式。
如图3所示，在300中，接收压力传感器指示值并且基于流量传感器指示值使用第一模式下的自适应闭环控制算法来控制流体的流量。当接收到压力传感器指示值时，在310中参考阈值连续地(或在一些实施例中间歇地)分析所述压力传感器指示值。如果在310中由压力传感器指示值所指示的压力值没有超过阈值，那么在300中继续接收所述压力传感器指示值并且继续使用第一模式下的自适应闭环控制算法来连续地控制流体的流量。
当在310中由压力传感器指示值所指示的压力值超过阈值时，在320中将自适应闭环控制算法从第一模式修改到第二模式并且在330中启动定时器。在该实施例中，定时器运行的时间周期为3秒。在340中接收压力传感器指示值并且基于流量传感器指示值使用第二模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量直到该时间周期期满。
如果在350中定时器确定时间周期尚未期满，那么在340中继续接收压力传感器指示值并且基于第二模式下的算法来控制流体流量。当在350中时间周期已经期满时，在360中将自适应闭环控制算法从第二模式修改回到第一模式。
在一些实施例中，时间周期的长度取决于诸如流量控制器的响应时间或传感器指示值超过相应阈值的偏差等的因素。例如在一些实施例中，当来自传感器的值超过阈值较大量时由定时器所使用的时间周期比当来自传感器的值超过阈值较小量时定时器所使用的时间周期更长。在若干实施例中，根据数学方程将自适应闭环控制算法从第一模式修改到第二模式，使得例如以缓慢速率而不是突然地进行修改。在一些实施例中，自适应闭环控制算法从一个模式到另一个模式的修改速率和/或修改级别(例如，加速或减速级别)例如取决于流量是增加还是减少。
现在参照图4，其是示出了根据设定点变化阈值条件将自适应闭环控制算法从缓慢响应模式修改为快速响应模式的方法的流程图。在该实施例中，设定点变化阈值条件是设定点变化的幅度，当设定点变化超过该设定点变化的幅度时触发自适应闭环控制算法从缓慢响应模式到快速响应模式的修改。
如图4所示，在该实施例中，在400中使用缓慢模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。当在410中接收到指示新的设定点的设定点指示值时，在420中计算设定点的变化并且在430中将设定点的变化与所定义的阈值进行比较。在430中当设定点变化小于阈值时，在400中使用缓慢响应模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量并将其调节到新的设定点。在430中当设定点变化大于阈值时，在440中将自适应闭环控制算法从缓慢模式加速(例如，修改)到快速模式。
如图4所示，然后在440中使用快速响应模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量，直到在450中到达新的设定点。当尚未到达新的设定点时，在440中继续使用快速响应模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。当已经到达新的设定点时，在460中将自适应闭环控制算法从快速响应模式减速(例如，修改)到缓慢响应模式。然后，在400中使用缓慢响应模式下的自适应闭环控制算法来控制流体流量。
在该实施例中，所述算法被偏离以在缓慢响应模式下控制流体的流量并且仅在出现较大的设定点变化时才改变到快速响应模式。在一些实施例中，自适应闭环控制算法被偏离以例如在快速响应模式下控制流体的流量。在一些实施例中，响应模式的速度是基于设定点变化的幅度。例如，响应模式被加速到若干快速响应模式的其中之一，所述快速响应模式取决于在一个或多个阈值条件中所定义的设定点变化的幅度。在其它实施例中，用于设定点变化的阈值为零，使得对于任何设定点变化来说均改变闭环控制算法的响应时间。
图5是示例性的自适应闭环控制算法的信号流程图。在示例性的自适应闭环控制算法内的每个块通过将方程与相关联的参数和常数相组合来实现。在该实施例中，自适应闭环控制算法基于比例积分(PI)控制器，所述比例积分控制器包括比例控制块542和积分控制块544。调整参数510和反馈滤波器520用于在基于设定点指示值554、传感器指示值556的值和/或使用所述设定点指示值554和/或传感器指示值556所导出的值(例如，计算的误差)满足阈值条件时修改闭环控制算法的响应时间。设定点指示值554指示流体流量设定点。传感器指示值556包括来自压力传感器(未图示)的压力传感器指示值和由流量传感器530所生成的流量传感器指示值。在一些实施例中，传感器指示值556包括诸如温度传感器指示值的其它传感器指示值。
如图5所示，在该实施例中，来自流量传感器530的流量指示值(例如，信号)通过反馈滤波器520来调节并且在572处从由设定点指示值554所指示的设定点中被减去以生成误差552。误差552和自适应增益500的乘积574由PI控制器用来控制阀Kv546。选择在块500、510、520、530、542、544和546中的方程、参数和/或常数以稳定自适应闭环控制算法并且达到每个响应时间模式下例如所指定的响应时间和/或瞬态波形(例如，过冲，阻尼)。
该实施例还包括自适应增益500，其中基于设定点指示值554、传感器指示值556的值和/或使用所述设定点指示值554和传感器指示值556的任何组合所计算的值来连续地(或在一些实施例中间歇地)调节所述自适应增益500。在一些实施例中，当基于设定点指示值554和/或传感器指示值556满足阈值条件时调节自适应增益500。自适应增益500被配置为校正非线性，诸如Kv546非线性或非线性压力效应。自适应增益500影响按照使用自适应闭环控制算法所计算的进一步阀位置调节的速度。例如基于流量灵敏度、阀灵敏度和/或压力灵敏度来计算自适应增益500。利用适当的自适应增益500，自适应闭环控制算法是稳定的并且在例如压力和/或设定点的整个范围内具有相似的性能。
当设定点指示值554、传感器指示值556和/或使用所述设定点指示值554和/或传感器指示值556所导出的值(例如，所计算的误差)满足所定义的阈值条件时，修改调整参数510和反馈滤波器520。当加速和/或减速反馈滤波器520时，调整参数510基本上与反馈滤波器520同时被修改以稳定自适应闭环控制算法。
在一些实施例中，基于不同的阈值条件或阈值条件组合来调节调整参数510和反馈滤波器520。在一些实施例中，根据流体流量是增加还是减少来修改当修改自适应闭环控制算法时正在调节的参数的速率和平滑波形。在若干实施例中，自适应闭环控制算法除比例和积分控制之外例如还包括微分控制。在其它实施例中，控制算法包括比例、积分和/或微分控制的其它组合。在几个变型中，调整参数510与闭环控制算法的一部分相关联(例如，作为一个参数包括在积分控制块544中或与微分控制块相关联)。
图6A-6G是示出与示例性的设定点变化相关的示例性测量、信号和计算值的曲线图，该示例性的设定点变化用来触发在自适应闭环控制算法内反馈滤波器的示例性修改。在该实施例中，在流量控制器上实现自适应闭环控制算法，所述流量控制器依照设定点来控制通过阀的流体的流量。
图6A是示出如设定点指示值所指示的设定点的曲线图。图6A示出了在时间B处从X到Y的设定点变化。图6A示出了设定点变化600的幅度大于设定点变化阈值条件610，触发了自适应闭环控制算法的修改。
图6B是示出在自适应闭环控制算法内与反馈滤波器相关联的反馈时间常数值的曲线图。图6B示出了在时间B处，响应于如图6A所示的满足设定点变化阈值条件，反馈时间常数从时间A处所示出的高值改变为时间B处的低值。高值使自适应闭环控制算法具有缓慢响应时间，而反馈时间常数的低值产生自适应闭环控制算法的快速响应时间。图6B示出了反馈时间常数的值从时间C开始慢慢地增加直到在时间D处所述反馈时间常数的值到达其初始值。在反馈时间常数的值慢慢增加之前，其在所定义的B和C之间的时间周期保持为低值。虽然并未示出，但是调整参数基本上在与反馈时间常数相同的时间处来调节以稳定自适应闭环控制算法。
图6C是示出由自适应闭环控制算法所计算的设定点误差的曲线图。图6C示出了在图6A所示出的时间B处的设定点变化之前所计算的设定点误差为零。图6C示出了当在时间B处设定点变化时，所计算的设定点误差立即增加。随着自适应闭环控制算法对所计算的设定点误差作出响应，设定点误差减小直到当所述误差减小到零时在时间D处到达设定点。图6C示出了当在该实施例中的自适应闭环控制算法处于快速响应模式时，所计算的设定点误差是带有噪声的。图6D-6G中的曲线类似于图6C中的曲线，它们展示了当自适应闭环控制算法处于快速响应模式时的噪声。
图6D是示出使用自适应闭环控制算法所计算的积分控制信号的曲线图。图6D示出了当在时间B处设定点变化时积分控制信号增加直到所述信号在时间D处稳定下来。
图6E是示出阀的阀位置的曲线图，所述阀由实现自适应闭环控制算法的流量控制器来控制。图6E示出了阀位置响应于在时间B处的设定点变化而改变直到它在时间D处到达稳态位置。
图6F是示出通过阀的实际流体流量的曲线图，所述实际流体流量使用自适应闭环控制算法来控制。图6F示出了利用图6E中的阀位置来进行实际流体流量测量跟踪。
图6G是示出来自用于测量通过阀的流体流量的流量传感器的信号的曲线图，所述流体流量使用自适应闭环算法来控制。图6G示出了具有缓慢响应时间的流量传感器信号，所述流量传感器信号落后于图6F中的实际流体流量测量。
综上所述，本发明提供了用于使用自适应闭环控制算法来控制液体流量的系统和方法。本领域技术人员可以容易地认识到，在本发明中可以对其使用及其配置进行许多变化和替换，以实现基本上与这里所描述实施例达到的相同结果。因此，并不意在将本发明限制为所公开的示例性形式。许多变化、修改和候选设计落入在权利要求中所表达的公开发明的范围和精神内。

Claims (29)

1、一种方法，包括：
接收设定点指示值或由传感器产生的传感器指示值中的至少一个；
在基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个满足至少一个阈值条件时，修改闭环控制算法的响应时间，所述闭环控制算法与流量控制器相关联；以及
响应于对所述闭环控制算法的所述响应时间的修改，通过调节与所述闭环控制算法相关联的至少一个参数来稳定所述闭环控制算法。
2、如权利要求1所述的方法，还包括检测所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个的变化，所述至少一个阈值条件通过所述变化来满足。
3、如权利要求1所述的方法，还包括检测所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个的变化率，所述至少一个阈值条件通过所述变化率来满足。
4、如权利要求1所述的方法，其中：
所述传感器指示值是指示流体的流率的流量传感器指示值，
所述设定点指示值指示流体流量设定点，
所述至少一个阈值条件基于流率误差值，所述流率误差值是所述流体流量设定点与所述流体的所述流率之间的差异。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述修改包括加速或减速中的至少一个。
6、如权利要求1所述的方法，其中所述修改包括响应于通过所述流量控制器的流体流率的变化并且根据数学方程来进行修改。
7、如权利要求1所述的方法，还包括通过基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个修改自适应增益来补偿与所述流量控制器相关联的至少一个非线性特性，所述自适应增益与所述闭环控制算法相关联，修改所述自适应增益包括：响应于通过所述流量控制器的流体流率的变化并且根据数学方程来进行修改。
8、如权利要求1所述的方法，其中所述修改包括：修改与所述闭环控制算法相关联的至少一个滤波器。
9、如权利要求1所述的方法，其中所述修改包括：通过调节与反馈滤波器相关联的时间常数来修改所述反馈滤波器的响应时间，所述反馈滤波器与所述闭环控制算法相关联。
10、如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个参数是与所述闭环控制算法相关联的调整参数。
11、如权利要求1所述的方法，其中所述稳定包括：基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个来进行稳定。
12、如权利要求1所述的方法，其中所述闭环控制算法基于比例控制、积分控制或微分控制中的至少一个。
13、如权利要求1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。
14、一种方法，包括：
接收设定点指示值或由传感器产生的传感器指示值中的至少一个；
基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个，将反馈滤波器从第一模式修改到第二模式，所述反馈滤波器与闭环控制算法相关联，所述闭环控制算法与流量控制器相关联；以及
基于对所述反馈滤波器的所述修改来改变与所述闭环控制算法相关联的调整参数，当所述反馈滤波器被修改时，改变所述调整参数以稳定所述闭环控制算法。
15、如权利要求14所述的方法，还包括基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个来修改自适应增益，所述自适应增益在所述闭环控制算法中用于补偿与所述流量控制器相关联的至少一个非线性特性。
16、如权利要求14所述的方法，还包括基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个来修改自适应增益，所述自适应增益在所述闭环控制算法中用于补偿与所述流量控制器相关联的至少一个非线性特性，修改所述自适应增益的步骤包括：响应于通过所述流量控制器的流体流率的变化并且根据数学方程来进行修改。
17、如权利要求14所述的方法，其中修改所述反馈滤波器的步骤包括：通过调节与所述反馈滤波器相关联的时间常数来修改与所述反馈滤波器相关联的响应时间。
18、如权利要求14所述的方法，其中所述闭环控制算法基于比例控制、积分控制或微分控制中的至少一个。
19、如权利要求14所述的方法，其中所述调整参数与所述闭环控制算法的积分控制部分相关联。
20、如权利要求14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。
21、如权利要求14所述的方法，其中修改所述反馈滤波器的步骤包括：响应于通过所述流量控制器的流体流率的变化并且根据数学方程来进行修改。
22、如权利要求14所述的方法，其中所述反馈滤波器处于所述第一模式时所述闭环控制算法的响应时间不同于所述反馈滤波器处于所述第二模式时所述闭环控制算法的响应时间。
23、如权利要求14所述的方法，其中修改所述反馈滤波器的步骤包括：参考与所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个相关联的至少一个阈值来进行修改。
24、如权利要求14所述的方法，其中修改所述反馈滤波器的步骤包括：响应于通过所述流量控制器的流体流率的变化并且根据数学方程来逐渐地修改所述反馈滤波器。
25、一种设备，包括：
处理器，被配置为在基于由传感器产生的传感器指示值或设定点指示值中的至少一个满足至少一个阈值时修改闭环控制算法的响应时间，所述处理器通过修改与所述闭环控制算法相关联的反馈滤波器和与所述闭环控制算法相关联的调整参数来修改所述闭环控制算法的所述响应时间；以及
存储器，被配置为存储与所述反馈滤波器和所述调整参数中的至少一个相关联的参数，所述处理器从所述存储器访问所述参数。
26、如权利要求25所述的设备，还包括阀，所述阀被配置为响应于控制指示值而打开和关闭，所述控制指示值由所述处理器基于所述闭环控制算法来产生。
27、如权利要求25所述的设备，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。
28、如权利要求25所述的设备，其中所述处理器被配置为基于所述传感器指示值或所述设定点指示值中的至少一个来修改与所述闭环控制算法相关联的自适应增益，所述自适应增益在所述闭环控制算法中用于补偿与所述阀相关联的至少一个非线性特性。
29、如权利要求25所述的设备，还包括存储器，所述存储器被配置为存储所述至少一个阈值，所述处理器被配置为从所述存储器访问所述至少一个阈值。
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