CN105247434B - 流量控制装置和流量控制方法 - Google Patents

Abstract

流量控制部包括：传感器模型存储部；输出流量模拟值的流量模拟值输出部，所述流量模拟值是当输入了流量设定值时所述传感器模型输出的流量值；反馈控制部，基于流量测量值和流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及阀控制部，基于根据流量设定值计算出的流量前馈值和流量反馈值，控制向所述阀施加的阀施加电压，所述流量模拟值输出部在相对于流量设定值具有规定的时间延迟的状态下输出流量模拟值。

Description

流量控制装置和流量控制方法

技术领域

本发明涉及用于控制流体的流量的流量控制装置和流量控制程序。

背景技术

在半导体制造工序中使用的流量控制装置被要求使实际流量值在短时间内追随由用户设定的流量设定值。

为了满足所述的要求，例如专利文献1所示的流量控制装置包括流量传感器、阀以及通过所述阀控制流量的流量控制部，所述流量控制部通过二自由度控制来控制所述阀的开度，所述二自由度控制组合了基于从所述流量传感器输出的流量测量值进行的反馈控制和基于设定的流量设定值进行的前馈控制。

即，所述流量控制装置的意图在于，通过反馈控制对超调等进行补偿，并且通过前馈控制使实际流量值高速地追随流量设定值。

但是，在专利文献1中记载的二自由度型流量控制装置中，难以将过度响应时的实际流量值的响应特性整形为理想的特性。

具体地说，考虑输入了阶跃输入作为流量设定值时的实际流量值的响应。由于从所述流量传感器输出的流量测量值相对于在流道内流动的流体的实际流量值具有时间延迟，所以如果单纯地对流量设定值和流量测量值的偏差进行反馈，则在过度响应初期会产生大的偏差。因此，变成在过度响应初期以比通过前馈控制指定的本来需要的固定开度大的开度来控制阀，从而产生超调。此后，通过反馈控制以使阀的开度变小的方式进行控制，以消除所述超调。

由此，如果由所述流量传感器测量的流量测量值存在时间延迟，则会产生超调、提高增益时控制变得不稳定等情况，从而难以使实际流量值追随流量设定值。因这种时间延迟产生的控制的问题在流量传感器为热式流量传感器时特别显著。

即，现状是在进行二自由度型流量控制时不能仅在适当的条件下进行反馈控制。

现有技术文献

专利文献1：美国专利公开公报US2011/0054702号。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明是鉴于所述的问题而做出的发明，本发明的目的在于提供一种流量控制装置，能够使从流量传感器输出的流量测量值的时间延迟对流量控制造成的影响变小，并且能够使实际流量值高速地追随流量设定值。

解决技术问题的技术方案

即，本发明的流量控制装置，其包括：流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；阀，设置在所述流道上；以及流量控制部，基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，所述流量控制部包括：传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器单体的响应特性；流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。

按照该流量控制装置，由于所述流量反馈控制部基于包含时间延迟的流量测量值和通过所述流量模拟值输出部再现时间延迟的流量模拟值的偏差，输出流量反馈值，所以能够使输出的流量反馈值是反映了流量传感器的时间延迟的流量反馈值。

因此，能够防止如下的问题：在过度响应初期因流量传感器的时间延迟引起反馈过剩的流量反馈值，导致所述阀的开度改变而造成超调等。更具体地说，在过度响应初期，从所述流量反馈控制部未输出流量反馈值，所述阀控制部将适合于由流量前馈值指定的流量设定值的电压向所述阀施加，从而可以使阀的开度固定并使实际流量值的上升速度成为高速。

此外，为了使所述传感器模型成为不包含时间延迟的简单且正确的模型，并且能够准确地再现时间延迟，只要采用下述方式即可：所述流量模拟值输出部从由所述流量传感器测量出的所述流量测量值成为规定的阈值以上开始，基于所述传感器模型和所述流量设定值开始输出所述流量模拟值。按照该方式，由于可以在流量模拟值的输出的开始时点准确地再现时间延迟，所以仅通过对从所述流量模拟值输出部输出的流量模拟值进行简单的模型化，就能够接近实际上从所述流量传感器输出的流量测量值，从而能够改进二自由度型流量控制的响应特性。

为了即使在因外部温度的变化等的影响使所述阀的Q-V特性变化了的情况下，也能够通过始终基于流量前馈值的流量控制，从流量控制开始时起维持为所需要的开度，从而实现高速响应，只要采用下述方式即可：所述阀控制部包括：Q-V特性存储部，存储Q-V特性，所述Q-V特性是阀施加电压和当向所述阀施加所述阀施加电压时在所述流道内流动的流体的流量的关系；以及电压输出部，基于所述Q-V特性计算与作为所述流量前馈值和所述流量反馈值的和的流量输入值对应的阀施加电压，并且将计算出的阀施加电压向所述阀输出，所述流量控制装置还包括Q-V特性修正部，所述Q-V特性修正部基于所述流量反馈值对存储在所述Q-V特性存储部内的Q-V特性进行修正。

为了降低超调量等并以在过度响应结束时使实际流量值大体成为与流量设定值相同的值的方式对Q-V特性进行修正，只要采用下述方式即可：当从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值为正时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴正方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正，当所述积分值为负时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴负方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正。此外，如果所述Q-V特性修正部基于从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值的绝对值，确定所述Q-V特性的V轴方向的偏移量，则能够反映存储的Q-V特性和当前的Q-V特性的偏离度地进行修正。

为了即使是简单的模型也能够高精度地确定流量传感器的响应特性，并尽可能地减小模型化误差，从而能够提高流量控制的精度，只要采用下述方式即可：所述流量控制装置还包括传感器模型确定部，所述传感器模型确定部基于作为所述流量设定值输入阶跃输入时从所述流量传感器输出的所述流量测量值超过了所述阈值以后的开环响应特性，确定所述传感器模型。

对于当进行了通常的电压控制时在所述阀的Q-V特性中出现滞后现象的情况，为了使滞后现象难以出现，从而能够改进流量控制的响应特性，只要采用下述方式即可：所述阀是压电阀，所述流量控制装置还包括基准电容器，所述基准电容器与所述压电阀串联，并且一端接地，所述阀控制部将向所述压电阀施加的电压保持为阀施加电压。

作为从所述流量传感器输出的流量测量值的时间延迟大，特别是容易表现本发明的流量控制装置的流量控制的效果的方式，可以例举的是所述流量传感器是热式流量传感器。

为了能够对现有的流量控制装置重写(overwrite)流量控制程序等，从而实现与本发明的流量控制装置同等的流量控制性能，只要使用存储有流量控制程序的流量控制程序存储介质即可，所述流量控制程序用于流量控制装置，所述流量控制装置包括：流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；以及阀，设置在所述流道上，所述流量控制程序使计算机发挥作为流量控制部的功能，所述流量控制部基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，所述流量控制部包括：传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器的响应特性；流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。此外，所述流量控制程序可以预先存储在CD、DVD、HDD和闪存器等存储介质中，在安装等时使用。

发明效果

由此，按照本发明的流量控制装置，由于所述反馈控制部根据基于所述传感器模型输出且反映了时间延迟的流量模拟值和由所述流量传感器测量出的流量测量值的偏差，输出流量反馈值，所以能够进行反映了所述流量传感器的时间延迟的流量反馈。因此，由于流量控制开始时的流量反馈值大体成为零，仅利用流量前馈值对所述阀的开度进行控制，所以能够使实际流量值的响应高速化而不会引起超调等。此外，由于通过从流量测量值成为规定的阈值以上开始，基于所述传感器模型和流量设定值开始输出流量模拟值，来再现时间延迟，所以能够通过简单的传感器模型高精度地再现时间延迟，从而能够改进响应特性。

附图说明

图1是表示本发明一种实施方式的流量控制装置的示意图。

图2是表示与图1为相同实施方式的流量控制部的详细构成和控制系统的示意性框图。

图3是表示与图1为相同实施方式的用于传感器模型的确定的测量数据的示意性图。

图4是表示与图1为相同实施方式的电压输出部和压电阀的结构的电路图。

图5是表示与图1为相同实施方式的进行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。

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。

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。

附图标记说明

100···质量流量控制器(流量控制装置)

1···压电阀(阀)

11···基准电容器

12···运算放大器

2···热式流量传感器(流量传感器)

21···层流元件(流体阻力)

22···细管

23···发热电阻

24···流量测量值计算部

3···流量控制部

SM···传感器模型部

31···传感器模型存储部

32···流量模拟值输出部

33···反馈控制部

34···传感器模型确定部

VC···阀控制部

35···Q-V特性存储部

36···电压输出部

37···Q-V特性修正部

具体实施方式

<本实施方式的构成>

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。

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Q_r导入进行蒸镀的容器。

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COM，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。

对各部分进行说明。

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。

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Q_M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。

所述计算机构COM是所谓的计算机，该计算机包括：CPU、存储器、A/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。

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Q_M和由用户设定的流量设定值Q_r，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Q_M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。

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Q_r和由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值Q_M，生成流量反馈值Q_FB；前馈控制系统FFS，基于流量设定值Q_r生成流量前馈值Q_FF；以及阀控制部VC，基于流量反馈值Q_FB和流量前馈值Q_FF来控制向所述压电阀1施加的阀施加电压V_SET，从而控制所述压电阀1的开度。

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Q_SIM，该流量模拟值Q_SIM基于流量设定值Q_r模拟从所述热式流量传感器2正在输出的流量测量值Q_M；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Q_SIM和由所述热式流量传感器2实际测量出的流量测量值Q_M，输出流量反馈值Q_FB。

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Q_r作为输入、将流量测量值Q_M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Q_SIM，该流量模拟值Q_SIM是输入流量设定值Q_r时所述传感器模型输出的流量值。

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。即，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。

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Q_M，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Q_r输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Q_M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。

从由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值Q_M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Q_r，开始输出流量模拟值Q_SIM。更具体地说，即使流量设定值Q_r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Q_M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Q_SIM。当由所述热式流量传感器2测量出的流量测量值Q_M超过阈值TH时，流量模拟值输出部32将流量测量值Q_M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Q_r来计算流量模拟值Q_SIM。

图2所示的所述反馈控制部33对流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的偏差进行PID计算，计算出流量反馈值Q_FB。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Q_SIM和流量测量值Q_M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Q_FF来控制所述压电阀1。另一方面，仅用流量前馈值Q_FF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Q_M与流量模拟值Q_SIM成为了不同的值时，流量反馈值Q_FB成为某一值。因此，仅在像设想那样未输出流量测量值Q_M时，成为利用流量反馈值Q_FB修正流量前馈值Q_FF并修正所述压电阀1的开度的、附有条件的反馈结构。

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Q_r直接作为流量前馈值Q_FF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Q_r为1倍的值作为流量前馈值Q_FF输出的前馈控制部(未图示)。

所述阀控制部VC将流量前馈值Q_FF和流量反馈值Q_FB的和作为流量输入值Q_IN输入，并且将与实现该流量输入值Q_IN的所述压电阀1的开度对应的阀施加电压V_SET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-V特性，该Q-V特性是所述阀施加电压V_SET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Q_IN对应的阀施加电压V_SET，并将计算出的阀施加电压V_SET向所述压电阀1输出，所述流量输入值Q_IN是流量前馈值Q_FF和流量反馈值Q_FB的和。

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干扰影响而变化的基准电容器11的一端与所述压电阀1串联，并且使另一端接地，所述阀控制部VC将向所述压电阀1施加的电压保持为所述阀施加电压V_SET。即，以在所述压电阀1的电容的两端保持为施加电压的方式由运算放大器12构成反馈电路。由于通过这样的构成，即使所述压电阀1中的电容变化了，施加了相同的施加电压时也始终成为相同的电荷，所以能够大体消除Q-V特性的滞后现象。由于以这样的构成为前提，所以在表示用于以下的说明的Q-V特性的附图中未表示滞后现象。

此外，如图2所示，在本实施方式中还包括Q-V特性修正部37，该Q-V特性修正部37基于流量反馈值Q_FB对存储在所述Q-V特性存储部35内的Q-V特性进行修正。所述Q-V特性修正部37将流量反馈值Q_FB维持为大体为零，在能够仅通过利用流量前馈值Q_FF进行的流量控制就能实现所希望的响应特性的情况下，不对所述Q-V特性进行修正。另一方面，当流量反馈值Q_FB成为零以外的值时，利用所述流量反馈值Q_FB的积分值，对存储在所述Q-V特性存储部35内的Q-V特性以使其向规定方向平行移动的方式进行修正，在下一次阶跃响应时，能够仅通过流量前馈值Q_FF就能得到所希望的响应特性。

更具体地说，在从流量控制开始时起的规定时间以内的流量反馈值Q_FB的积分值为正的情况下，所述Q-V特性修正部37以使所述Q-V特性向V轴正方向偏移的方式对Q-V特性进行修正，在所述积分值为负的情况下，所述Q-V特性修正部37以使所述Q-V特性向V轴负方向偏移的方式对Q-V特性进行修正。

<本实施方式的动作>

以下利用具体的流量控制例子，说明本实施方式的质量流量控制器100的控制动作和所述Q-V特性修正部37的修正动作。

首先，参照图5，说明在第一次阶跃响应中未能仅通过流量前馈值Q_FF得到理想的响应特性的情况。

图5的(a)中表示了将阶跃输入作为流量设定值Q_r输入时的实际流量值Q_real、流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的响应。另外，通过将所述热式流量传感器2的输出代入所述传感器模型的传递函数的倒数，可以得到实际流量值Q_real。

由于在图5中因某种原因而使所述压电阀1的Q-V特性从初始设定变化了，所述实际流量值Q_real首先临时稳定于比通过FF控制实现的流量设定值Q_r小的流量，此后通过FB控制来修正偏差而稳定于流量设定值Q_r。

成为所述的流量控制的理由大体如下所述。

由于从所述热式流量传感器2输出的流量测量值Q_M相对于实际流量值Q_real具有时间延迟，所以如图5的(a)所示，流量测量值Q_M从实际流量值Q_real的上升点起经过规定时间后上升。在作为从所述实际流量值Q_real的上升点到流量测量值Q_M的上升点的区间的第一区间中，由于流量测量值Q_M是未超过阈值TH的状态，所以所述传感器模型部SM持续输出零作为流量模拟值Q_SIM。因此，由于在所述第一区间内流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的偏差为零，所以如图5的(b)所示，所述反馈控制部33也持续输出零作为流量反馈值Q_FB。即，由于在第一区间内仅进行FF控制，所以即使在流量设定值Q_r和实际流量值Q_real之间产生了偏差，也不对该偏差进行修正。此外，如图5的(c)所示，在所述第一区间内，所述阀控制部VC仅利用流量前馈值Q_FF并参照当前的Q-V特性，取得电压V_SET1作为应该施加的阀施加电压V_SET，并且持续向所述压电阀1施加该电压V_SET1。

接着，在作为流量测量值Q_M的上升点以后的区间的第二区间内，从流量测量值Q_M超过阈值TH的时点起，所述传感器模型部SM使基于传感器模型进行的流量模拟值Q_SIM的输出开始。因此，由于在第二区间内，如图5的(a)的阴影线部分所示，在流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M之间产生零以外的偏差，所以如图5的(b)所示，所述反馈控制部33输出零以外的流量反馈值Q_FB并使FB控制开始。流量反馈值Q_FB最终固定为消除了流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的偏差的时点的值，实际流量值Q_real也稳定为流量设定值Q_r。此外，如图5的(c)所示，在所述第二区间内，所述阀控制部VC利用流量前馈值Q_FF和流量反馈值Q_FB的和并参照当前的Q-V特性，取得电压V_SET2作为应该施加的阀施加电压V_SET，并且施加该电压V_SET2。

由此，不仅进行FF控制而且也进行FB控制的理由如下：相对于如图5的(c)所示的用粗线表示的存储在所述Q-V特性存储部35内的当前的Q-V特性，实际的Q-V特性是用虚拟线所示的方式，参照了比实际应施加的阀施加电压V_SET小的值。

因此，所述Q-V特性修正部37以对Q-V特性进行修正并存储在所述Q-V特性存储部35内的方式进行动作，使得仅利用流量前馈值Q_FF根据Q-V特性取得实际应施加的阀施加电压V_SET。

具体地说，如图5的(b)的阴影线部分所示，当输出流量反馈值Q_FB且规定期间内的积分值为正时，所述Q-V特性修正部37将当前的Q-V特性修正为使其向V轴正方向平行移动后的Q-V特性。此时的平行移动量设定成，利用当前的流量前馈值Q_FF参照在第二区间的稳定状态下被参照了的电压V_SET2。

相反地，当实际流量值Q_real稳定为比流量设定值Q_r大的值、且流量反馈值Q_FB的积分值为负时，所述Q-V特性修正部37将当前的Q-V特性修正为将其向V轴负方向平行移动后的Q-V特性。

由此，参照图6说明通过所述Q-V特性修正部37对Q-V特性进行修正后的第二次阶跃响应。

在图6的(a)的第一区间内，与图5同样地仅输出流量前馈值Q_FF，但是由于通过第一次阶跃响应所述Q-V特性修正部37对Q-V特性进行了修正，所以如图6的(c)所示，仅利用流量前馈值Q_FF，所述阀控制部VC取得的阀施加电压V_SET变化为电压V_SET2。因此，由于仅利用流量前馈值Q_FF，也能够大体达成作为目标的流量设定值Q_r，所以如图6的(a)、图6的(b)所示，基本上不会产生流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的偏差，几乎不进行FB控制。即，仅通过FF控制，实现了在实质上按照流量设定值Q_r的流量控制。

<实施方式的效果>

如上所述，按照本实施方式的质量流量控制器100，由于所述传感器模型部SM能够以将流量测量值Q_M的值作为触发点使时间延迟产生的方式，输出FF控制正常地实现了时的理想的流量模拟值Q_SIM，所以能够与从所述热式流量传感器2输出的流量测量值Q_M的时间延迟一致。因此，能够防止发生如下问题：因流量控制开始时流量模拟值Q_SIM和流量测量值Q_M的时间延迟不一致而产生大的偏差，并且因过度进行FB控制而引起超调、控制变得不稳定。

此外，由于将流量测量值Q_M的值作为触发点使时间延迟产生，所以所述传感器模型确定部34能够无需将传感器模型确定为包含时间延迟形式的传递函数，从而能够提高模型化精度。由此，能够使模型化误差变小并提高流量控制的稳定性。

此外，由于所述Q-V特性修正部37基于流量反馈值Q_FB以仅利用流量前馈值Q_FF施加适当的阀施加电压V_SET的方式，适当地修正Q-V特性，所以大体能够始终实现高速的响应。换句话说，所述质量流量控制器100在Q-V特性正常的期间仅大体通过利用流量前馈值Q_FF进行的FF控制来控制流量，并实现了高速响应，但是万一当Q-V特性因干扰影响等而变化了时，FB控制工作，虽然稍微产生延迟，但是能够可靠地实现流量设定值Q_r。此外，由于当存在所述的Q-V特性的变化并进行了FB控制时，所述Q-V特性修正部37同时以成为表示实际状态的方式对Q-V特性进行修正，所以对于下一次以后的阶跃响应，能够再次仅利用FF控制来实现高速响应。

对其它实施方式进行说明。

在所述实施方式中，作为阀使用了压电阀、作为流量传感器使用了热式流量传感器，但是也可以使用其它的装置。更具体地说，作为阀可以使用电磁阀等，作为流量传感器可以使用压力式流量传感器。此外，阀和流量传感器在内部流道上排列的顺序并不限于图示的方式，可以是各种顺序。

例如，可以以省略所述传感器模型确定部和所述Q-V特性修正部的方式构成质量流量控制器。即，可以构成所述实施方式所示的二自由度型流量控制装置，并将传感器模型和Q-V特性保持为出厂时的状态。此外，所述流量模拟值输出部可以构成为输出包含规定的时间延迟的流量模拟值，并不限于所述实施方式所示的将流量测量值作为触发点而开始流量模拟值的输出。

例如，在存储在所述传感器模型存储部内的流量传感器的传感器模型是未以包含时间延迟要素而被确定的传感器模型的情况下，所述流量模拟值输出部可以从使流量设定值的输入开始并使流量控制开始起经过规定时间后基于流量设定值和传感器模型，开始输出流量模拟值。或者在所述传感器模型存储部存储有包含相对于实际流量值的流量测量值的时间延迟并被模型化了的传感器模型的情况下，所述流量模拟值输出部可以与流量设定值的输入同时地基于该流量设定值和传感器模型，开始流量模拟值的计算和输出。

在所述实施方式中，流量前馈值与流量设定值相同，但是例如也可以将根据流量设定值对时间变化率过大的部分等进行S形插补等过滤后的值用作流量前馈值。

所述Q-V特性修正部基于流量反馈值的积分值来确定Q-V特性的修正的方向，但是也可以基于所述积分值来确定修正量。此外，在所述实施方式中，通过使Q-V特性沿V轴方向平行移动来进行Q-V特性的修正，但是也可以通过各种方法等来进行修正，例如使Q-V特性沿Q轴方向平行移动、将基于流量反馈值生成的规定的系数乘以Q-V特性来进行修正。

此外，在所述实施方式中，以通过平行移动对Q-V特性的整体进行修正的方式构成所述Q-V特性修正部，但是也可以以仅对Q-V特性的一部分进行修正的方式构成所述Q-V特性修正部。例如，可以仅对与作为流量设定值设定的流量对应的部分的阀施加电压在Q轴或V轴方向上进行修正。

所述实施方式的阀控制部通过电荷控制对阀的开度进行控制，但是也可以是其他控制方式。例如，如图7所示，可以使用对阀的开度进行直接测量的开度传感器38来构成阀控制部VC，该阀控制部VC形成了与流量测量值的反馈回路不同的阀开度控制用的小回路。

更具体地说，图7所示的阀控制部VC包括开度计算部40，该开度计算部40基于通过前馈控制系统FFS和反馈控制系统FBS计算出的流量输入值Q_IN，计算应设定的开度。所述开度计算部40参照Q-C特性存储部39，计算与流量输入值Q_IN对应的开度设定值，所述Q-C特性存储部39存储作为与所述压电阀1的流量-开度(电导)的关系的Q-C特性。构成所述小回路的所述电压输出部36的结构与所述实施方式不同，基于由所述开度传感器38测量出的压电阀1的当前的开度测量值与所述开度设定值的偏差，确定向压电阀1施加的施加电压V_SET并将其向所述压电阀1输出。按照这种构成，由于对所述压电阀1的开度直接进行监测，以使其开度成为开度设定值的方式进行通过小回路进行的反馈控制，所以可以降低阀的电压-开度间的滞后现象，从而能够实现精度良好的流量控制。另外，对于开度，可以直接测量阀体的位置并根据该位置求出开度，也可以利用其他装置间接地计算开度。此外，也可以对阀体的位置自身进行反馈并进行流量控制。

如上所述的所述阀控制部不仅能够通过电荷控制或开度控制对阀的开度进行控制，还能够通过对向阀施加的电压进行控制的电压控制、或对电流进行控制的电流控制来得到所希望的开度或流量。

此外，基于流量输入值Q_IN、以及阀的Q-V特性或Q-C特性确定从所述电压输出部向阀输出的电压，但是此外也可以考虑阀的上游的压力，以利用阀实现与实现了的流量对应的开度的方式构成阀控制部。更具体地说，在所述实施方式等中，作为阀的特性，将二维的Q-V特性或Q-C特性存储在存储部内，但是也可以预先存储追加了压力轴而成为三维的图的Q-V-P特性和Q-C-P特性，以输出与输入的流量输入值Q_IN和当前的阀上游的压力对应的电压V和开度C的方式构成阀控制部。此外，所述实施方式的Q-V特性修正部可以构成为基于流量反馈值对Q-V-P特性和Q-C-P特性进行修正的Q-V-P特性修正部和Q-C-P特性修正部。除此以外，在以对由位移传感器等测量出的阀体的位置或开度T进行反馈来控制流量Q的方式构成流量控制装置的情况下，可以将所述实施方式的Q-V特性存储部作为Q-T特性存储部，并且将Q-V特性修正部作为基于流量反馈值对Q-T特性进行修正的Q-T特性修正部。此外，如上所述，当也考虑所述阀的上游的压力并进行控制时，所述Q-T特性存储部可以作为存储包含压力轴的三维流量特性的Q-T-P特性存储部。此外，所述Q-T特性修正部可以作为基于流量反馈值对Q-T-P特性进行修正的Q-T-P特性修正部。

所述实施方式的二自由度型控制系统用于流量控制，但是例如也可以用于压力控制。在该情况下，所述流量传感器成为压力传感器，传感器模型部的传感器模型可以模拟所述压力传感器的输出特性。

此外，如果将用于构成在所述实施方式中记载的流量控制部的程序安装到现有的流量控制装置中，则能够得到同样的流量控制效果。

此外，只要不违反本发明的宗旨，可以进行各种变形和实施方式的组合。

工业实用性

如果使用本发明的流量控制装置，则能够在例如半导体制造工序中以规定的流量、高精度地向容器内导入成分气体。

Claims (9)

1.一种流量控制装置，其特征在于，

所述流量控制装置包括：

流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；

阀，设置在所述流道上；以及

流量控制部，基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，

所述流量控制部包括：

传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器单体的响应特性；

流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；

反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及

阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，

所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。

2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量模拟值输出部从由所述流量传感器测量出的所述流量测量值成为规定的阈值以上开始，基于所述传感器模型和所述流量设定值开始输出所述流量模拟值。

3.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，

所述阀控制部包括：

Q-V特性存储部，存储Q-V特性，所述Q-V特性是阀施加电压和当向所述阀施加所述阀施加电压时在所述流道内流动的流体的流量的关系；以及

电压输出部，基于所述Q-V特性计算与作为所述流量前馈值和所述流量反馈值的和的流量输入值对应的阀施加电压，并且将计算出的阀施加电压向所述阀输出，

所述流量控制装置还包括Q-V特性修正部，所述Q-V特性修正部基于所述流量反馈值对存储在所述Q-V特性存储部内的Q-V特性进行修正。

4.根据权利要求3所述的流量控制装置，其特征在于，当从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值为正时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴正方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正，当所述积分值为负时，所述Q-V特性修正部以使所述Q-V特性向V轴负方向偏移的方式对所述Q-V特性进行修正。

5.根据权利要求4所述的流量控制装置，其特征在于，所述Q-V特性修正部基于从流量控制开始时起在规定时间以内的所述流量反馈值的积分值的绝对值，确定所述Q-V特性的V轴方向的偏移量。

6.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量控制装置还包括传感器模型确定部，所述传感器模型确定部基于作为所述流量设定值输入阶跃输入时从所述流量传感器输出的所述流量测量值超过了所述阈值以后的开环响应特性，确定所述传感器模型。

7.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，

所述阀是压电阀，

所述流量控制装置还包括基准电容器，所述基准电容器与所述压电阀串联，并且一端接地，

所述阀控制部将向所述压电阀施加的电压保持为阀施加电压。

8.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量传感器是热式流量传感器。

9.一种流量控制方法，其用于流量控制装置，所述流量控制装置包括：流量传感器，测量在流道内流动的流体的流量；以及阀，设置在所述流道上，

所述流量控制方法的特征在于，

所述流量控制方法使计算机发挥作为流量控制部的功能，所述流量控制部基于由所述流量传感器测量出的流量测量值和流量设定值，通过所述阀控制流量，

所述流量控制部包括：

传感器模型存储部，存储传感器模型，所述传感器模型模拟所述流量传感器单体的响应特性；

流量模拟值输出部，输出流量模拟值，所述流量模拟值是基于所述流量设定值和所述传感器模型计算出的流量值；

反馈控制部，基于所述流量测量值和所述流量模拟值的偏差，输出流量反馈值；以及

阀控制部，基于根据所述流量设定值计算出的流量前馈值和所述流量反馈值，控制所述阀，

所述流量模拟值输出部输出包含规定的时间延迟的所述流量模拟值。