CN114484039B - 阀控制装置、真空阀以及阀控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阀控制装置、真空阀以及阀控制方法，可确保反馈控制的控制稳定性并且实现响应性提高。阀控制装置(2)包括：存储部(23)，存储反馈增益，所述反馈增益是与依存于阀本体(1)的阀体开度的参数对应地设定；以及调压控制器(21)，基于反馈增益而对阀体开度进行反馈控制，反馈增益是以由阀体驱动系统的主要振动所引起的、调压控制器(21)的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下的方式设定。
Description
技术领域
本发明涉及一种阀控制装置、真空阀以及阀控制方法。
背景技术
在化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)装置等真空处理装置中，在工艺腔室(process chamber)与真空泵之间设置调压用的真空阀(例如参照专利文献1)，控制真空阀的开度而将腔室压力自动调整为规定压力。这种真空阀中，进行反馈控制，即：针对腔室的目标设定压Ps与检测压Pr的差(压力偏差)利用控制器(比例元件或积分元件)来生成设定开度信号，以阀体开度成为所述设定开度值的方式来驱动阀体。
此时，专利文献1中，相对于阀体开度变化量的压力变化量的特性根据阀体开度而不同，因而使用表示开度变化量与压力变化量的关系的受控设备增益(plant gain)来进行修正处理。通过进行这种增益修正处理而阀体开度依存性变小，在不同的压力区域中以同一反馈控制参数值获得良好的压力控制响应。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2018-112263号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，所述增益修正处理止于静态特性的增益修正，无法进行动态特性的增益修正。因此，视压力区域(目标压力值)不同，有时压力响应容易成为振动性，压力控制的稳定性有问题。
[解决问题的技术手段]
基于本发明的第一形态的阀控制装置包括：存储部，存储反馈增益，所述反馈增益是与依存于阀的阀体开度的参数对应地设定，以及反馈控制器，基于所述反馈增益对所述阀体开度进行反馈控制，所述反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动所引起的所述反馈控制器的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下。
基于本发明的第二形态的真空阀包括：阀体；阀体驱动部，驱动所述阀体；以及所述阀控制装置，控制所述阀体驱动部而对所述阀体的开度进行反馈控制。
基于本发明的第三形态的阀控制方法基于相对于目标压力的压力偏差来对阀体开度进行反馈控制，且所述阀控制方法中，所述反馈控制的反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动所引起的所述反馈控制的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下。
[发明的效果]
根据本发明，可确保反馈控制的控制稳定性并且实现响应性提高。
附图说明
图1为表示阀装置的概略结构的框图。
图2为反馈控制系统的传递函数框图。
图3为表示开度θ与实效排气速度Se的关系的图。
图4为表示与传递函数G3(S)的振幅相关的波德图(Bode plot)的图。
图5为表示与传递函数G2(S)的振幅相关的波德图的图。
图6为表示与传递函数G1(S)的振幅相关的波德图的图。
图7为对利用奈奎斯特图(Nyquist diagram)的稳定性评价进行说明的图。
图8为表示与传递函数G1'(S)的振幅相关的波德图的图。
图9为表示与传递函数G3'(S)的振幅相关的波德图的图。
图10为开环传递函数G_opn(S)的传递函数框图。
图11为表示拐角频率(Se/V)与灵敏度函数Gs(jω)的关系的图。
图12为表示线L2的图，所述线L2表示拐角频率(Se/V)的各值中应设定的Gfb(Se/V)的上限值。
图13为表示变形例1的图。
图14为表示变形例2的图。
图15为表示变形例3的图。
图16为表示变形例4的图。
图17为表示变形例5的图。
图18为表示变形例6的图。
图19为表示第一实施方式及变形例1～变形例6中的调压控制器的结构的图。
图20为表示第二实施方式中的调压控制器的结构的图。
图21为表示反馈控制的顺序的一例的流程图。
[符号的说明]
1：阀本体
2：阀控制装置
3：真空腔室
4：真空泵
12：阀体
13：马达
21：调压控制器
22：马达驱动部
23：存储部
具体实施方式
以下，参照图对本发明的实施方式进行说明。
-第一实施方式-
图1为表示安装于真空处理装置的真空阀的概略结构的框图。真空阀包含设有阀体12的阀本体1、及对阀体驱动进行控制的阀控制装置2。阀本体1安装于真空腔室3与真空泵4之间。向真空腔室3经由流量控制器32而导入工艺气体(process gas)等气体。流量控制器32为对导入至真空腔室3的气体的流量Qin进行控制的装置，且由设有真空腔室3的真空处理装置的主控制器(未图示)进行控制。真空腔室3内的压力(腔室压力)是由真空计31测量。
在阀本体1，设有对阀体12进行开闭驱动的马达13。此外，图1所示的示例中，设为使阀体12滑动(slide)而进行开闭驱动的结构，但本发明不限于此，可适用于各种开闭形态的真空阀。阀体12由马达13进行摇动驱动。在马达13，设有用于检测阀体12的开闭角度的编码器130。编码器130的检测信号作为阀体12的开度信号θr(以下称为开度测量值θr)而输入至阀控制装置2。
控制阀本体1的阀控制装置2包括调压控制器21、马达驱动部22以及存储部23。在存储部23，存储控制阀所需要的参数(包含下文将述的反馈增益Gfb)。马达驱动部22包括马达驱动用的逆变器电路及对其进行控制的马达控制部，输入来自编码器130的开度测量值θr。向调压控制器21输入由真空计31所测量的腔室压力Pr，并且从上文所述的真空处理装置的主控制器输入有真空腔室3的目标压力Ps。
调压控制器21以所测量的腔室压力Pr成为目标压力Ps的方式，向马达驱动部22输出用于控制阀体12的开度θ的开度θset。马达驱动部22基于从调压控制器21输入的开度θset及从编码器130输入的阀体12的开度测量值θr，以阀体12的开度θ成为开度θset的方式来驱动马达13。阀控制装置2例如包括具有中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、存储器(只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM))及外围电路等的微计算机(micro-computer)等运算处理装置，通过存储于ROM的软件程序(software program)来实现调压控制器21及马达驱动部22的马达控制部的功能。存储部23包含微计算机的存储器。另外，也可包含现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)等数字运算器及其外围电路。
图2为本实施方式的反馈控制系统的传递函数框图。专利文献1所记载的以往的反馈控制中，仅以图2的结构中的、调压控制器系统的传递函数来考虑排气系统受控设备的静态影响。另一方面，本实施方式中，导入阀体驱动系统的传递函数G2(S)、及排气系统受控设备的传递函数G3(S)，考虑这些两个传递函数的动态影响而实现调压控制器系统的传递函数G1(S)的最优化后，利用此种三个控制块来进行调压反馈控制。
[排气系统受控设备的传递函数G3(S)]
对排气系统受控设备的传递函数G3(S)的导出进行说明。关于腔室压力Pr，通常下式(1)所示的排气的式子成立。
Qin＝V×(dPr/dt)+Se×Pr···(1)
式(1)中，左边的Qin为向真空腔室3的导入气体流量。在式(1)的右边，V为真空腔室3的容积，dPr/dt为腔室压力Pr的时间微分，Se为与真空腔室3的排气相关的、真空排气系统统的实效排气速度。实效排气速度Se为由下述因素决定的量，即：由腔室结构及阀体12的开度θr所决定的传导率(conductance)、及真空泵4的排气速度。阀体12的开度θ与实效排气速度Se的关系一般来说处于图3所示那样的单调增加的关系。
排气系统受控设备的传递函数G3(S)是通过在收敛至目标压力Ps的某平衡状态(状态0)的附近产生微小变化，对排气的式(1)进行线性化及拉普拉斯变换(Laplacetransform)而获得。将平衡状态(状态0)下的Pr、Qin、Se及θr分别如P0、Qin0、Se0及θ0那样表示。平衡状态的附近的Pr、Qin、Se及θr是使用微小变化量ΔP、ΔQin、ΔSe及Δθ，如Pr＝P0+ΔP、Qin＝Qin0+ΔQin、Se＝Se0+ΔSe、θr＝θ0+Δθ那样表示。
若将所述平衡状态的附近的Pr、Qin、Se、θr适用于排气的式(1)，则可获得在平衡状态(状态0)的附近经线性化的排气的式(2)。
ΔQin＝V×(d(ΔP)/dt)+Se0×ΔP+P0×ΔSe···(2)
此处，在平衡状态下使用Qin0＝Se0×P0、dP0/dt＝0，并且将ΔSe×ΔP作为二次微小量而忽视。
平衡状态(状态0)的附近的ΔSe是表示为因而式(2)成为下式(3)那样。此外，/>表示平衡状态(状态0)下的/>的值。
进而，若对式(3)实施拉普拉斯变换，则d/dt由拉普拉斯变换的复变量S替换，获得下式(4)。其中，拉普拉斯变换后的各量的表述与变换前的表述相同。
式(4)可如式(5)那样变形。
式(5)表示ΔQin及Δθ与压力响应ΔP的关系。此处，ΔQin为扰乱输入，Δθ为控制输入。
若在式(5)中仅着眼于由控制输入Δθ所得的压力响应ΔP，则式(5)是如下式(6)那样表示。
若将式(7)进一步变形，则获得式(8)。
即，排气系统受控设备的一次系统的传递函数G3(S)是由下式(9)表示。
若在式(9)中与S＝jω(ω为角频率(angular frequency)，j为虚数)替换而变换为频率区域的传递函数G3(jω)，则成为式(10)。
在式(10)的右边将角频率ω设为ω→0的情况下，成为 此处，/>为专利文献1所记载的受控设备增益Gp＝(dSe/dθ)/Se本身。即，Gp表示静态受控设备增益，式(9)所示的传递函数G3(S)表示动态受控设备增益。
式(9)中，若以静态受控设备增益Gp来替换的部分，则成为式(11)。
G3(S)＝[P0×Gp]/[(V/Se0)×S+1]···(11)
如上文所述，平衡状态(状态0)为收敛至目标压力Ps的状态，因而若将目标压力Ps时的开度设为θs，则式(9)的P0、θ0可由Ps、θs替换。另外，若将平衡状态(状态0)下的实效排气速度Se0及受控设备增益Gp表示为Se(θ0)及Gp(θ0)，则由于Se(θ0)＝Se(θs)、Gp(θ0)＝Gp(θs)，因而式(11)是如下式(12)那样表示。将与传递函数G3(S)的振幅相关的波德图的一例示于图4。
G3(S)＝[Ps×Gp(θs)]/[S×V/Se(θs)+1]···(12)
[阀体驱动系统的传递函数G2(S)]
阀体驱动系统为利用马达13对具有惯性力矩的阀体12进行回旋驱动，并以由编码器130所检测的开度检测值θr成为设定开度θset的方式进行反馈控制的系统。此外，图2中虽未图示，但由阀体驱动系统进行的反馈控制相对于由调压控制系统进行的调压控制的反馈环(feedback loop)而成为负环(minor loop)。
若将阀体12的惯性力矩设为Ip、阀体12的旋转角速度设为Ω、阻力系数设为B、马达的驱动扭矩设为T，则阀体驱动系统的运动方程式是如“Ip×(dΩ/dt)+B×Ω＝T”那样表示。进而，若使用下述情况，即，设定开度θset与实际开度(开度检测值)θr的差量偏差和马达的驱动扭矩T处于比例关系，而且旋转速度Ω为实际开度θr的微分值，则将输入设为设定开度θset且将输出设为实际开度(开度检测值)θr的传递函数G2(S)一般来说如下式(13)那样，成为二次系的传递函数。
G2(S)＝1/[(1/ωc)2×S2+(1/(Q×ωc)×S+1)···(13)
式(13)中，ωc为阀体12的主要振动的角频率[rad/s]，Q为与衰减的倒数有关的系数。附带而言，Q越大于1/2，则越以ωc更大地振动。图5表示与传递函数G2(S)的振幅相关的波德图的一例。
[调压控制器系统的传递函数G1(S)]
调压控制中，通常适用比例积分(Proportional Integral，PI)控制(比例元件+积分元件)，积分元件仅对比所述主要振动的角频率ωc低的频率造成影响。因此，以下设仅操作比例元件，传递函数是以一定值的反馈增益Gfb表示。
进而，同样地适用专利文献1中提出的使用受控设备增益Gp的静态增益修正处理、即增益处理“1/(Ps×Gp(θs))”。因此，调压控制系统的传递函数G1(S)在目标压收敛的平衡状态(状态0)的附近，如下式(14)那样成为一定值的Gfb/(Ps×Gp(θs))。图6表示与传递函数G1(S)的振幅相关的波德图的一例。
G1(S)＝Gfb/(Ps×Gp(θs))···(14)
[关于控制稳定性]
一般来说，闭环系统的稳定性评价可利用奈奎斯特图(参照图7)来相对地评价，所述奈奎斯特图是使开环传递函数(G_opn(S))的角频率ω(S＝jω)在作为对象的振动性角频率附近扫描(sweep)，并将G_opn(jω)描绘在复平面上而成。图7中，作为一例，描绘G_opn1(jω)、G_opn2(jω)、G_opn3(jω)三个轨迹。
奈奎斯特图中，复平面上的轨迹越远离实轴上的(-1)的点P0，则稳定性富余越大，即稳定性越高。图7中，轨迹G_opn1(jω)在点P1处最接近点P0，此时的距离成为Lmin1，轨迹G_opn2(jω)在点P2处最接近点P0，此时的距离成为Lmin2，轨迹G_opn3(jω)在点P3处最接近点P0，此时的距离成为Lmin3。图7中，成为Lmin1＜Lmin2＜Lmin3，稳定性以G_opn1(jω)＜G_opn2(jω)＜G_opn3(jω)的顺序变高。
越是轨迹上的接近点P0的位置，稳定性越低而越成为振动性，因而最接近点P0的点处的角频率ω_min成为调压控制器系统的振动性频率。例如，轨迹G_opn1(jω)的情况下，点P1处的角频率成为ω_min。
另外，若使用由点P0至轨迹上的点的距离(＝|1+G_opn(jω)|)的倒数所定义的灵敏度函数Gs(jω)＝1/|1+G_opn(jω)|来表现稳定性，则如以下那样。灵敏度函数Gs(jω)的大小|Gs(jω)|的极大值为|Gs(jω_min)|，越是所述极大值|Gs(jω_min)|小的轨迹G_opn(jω)，可谓稳定性越高。
为了评价图2所示的闭环系统的稳定性，考虑打开环的开环传递函数G_opn(S)＝G1(S)×G2(S)×G3(S)。而且，将开环传递函数G_opn(S)在阀体驱动系统所具有的主要振动的角频率ωc附近进行频率扫描，描绘奈奎斯特图。在S＝jωc附近最接近图7的点P0的点的角频率为上文所述的角频率ω_min，此时的距离的倒数为灵敏度函数Gs(jω)的大小的极大值|Gs(jω_min)|。此外，角频率ω_min虽位于角频率ωc附近，但未必一致。
此处，通过导入排气系统受控设备的传递函数G3(S)，在式(14)所示的传递函数G1(S)与式(12)所示的传递函数G3(S)中，将与静态受控设备增益Gp(θs)相关的部分抵消。因此，重新分别以式(15)、式(16)的G1'(S)、G3'(S)来表示抵消后的开环的调压控制器系统及排气系统受控设备的传递函数。
G1'(S)＝Gfb···(15)
G3'(S)＝1/[S×V/Se(θs)+1]···(16)
与传递函数G1'(S)、传递函数G3'(S)的振幅相关的波德图分别成为图8、图9那样。而且，如图10所示，开环传递函数G_opn(S)成为G_opn(S)＝G1'(S)×G2(S)×G3'(S)。此外，传递函数G2(S)直接使用上文所述的式(13)。
G2(S)＝1/[(1/ωc)2×S2+(1/(Q×ωc)×S+1)]···(13)
(具体例)
以下，以口径250mm的自动调压阀为例，基于阀特性来具体提供各传递函数G1'(S)、传递函数G2(S)及传递函数G3'(S)的参数值，尝试比较开度不同的情况的稳定性。此外，传递函数G1'(S)的增益系数Gfb设为Gfb＝1。关于传递函数G2(S)，将阀体响应的主要振动(振动性角频率)设为ωc＝20[rad/s]，与衰减的倒数有关的系数Q设为Q＝2。关于传递函数G3'(S)，将真空腔室3的容积V设为V＝50[L]，设使开度θ从0％变化至100％时，实效排气速度Se从20[L/s](θ＝0％)变化至2000[L/s](θ＝100％)。
此处，对Se＝20[L/s](θ＝0％)、Se＝200[L/s]、Se＝2000[L/s](θ＝100％)的三个案例尝试比较稳定性。若在包含ωc＝20[rad/s]的ω＝2[rad/s]至ω＝200[rad/s]扫描角频率ω，并根据奈奎斯特图来求出距离Lmin及此时的角频率ω_min，则Se＝20[L/s]时(ω_min、Lmin)＝(18.5、0.96)，Se＝200[L/s]时(ω_min、Lmin)＝(19.9、0.62)，Se＝2000[L/s]时(ω_min、Lmin)＝(25.7、0.21)。若将这些三个情况进行比较，则可知Lmin最小的Se＝2000[L/s]的情况下稳定性最差，Lmin最大的Se＝20[L/s]的情况下最稳定。
如此，实效排气速度Se越小则稳定性越变高是出于以下那样的原因。在开环传递函数G_opn(jω)中，传递函数G1'、传递函数G2的参数Gfb、参数ωc、参数Q固定。另一方面，作为新导入的传递函数G3'的参数的实效排气速度Se因与目标压力Ps对应的阀体开度调整而变化。因此，在决定开环传递函数G_opn(jω)的轨迹的多个参数中，仅实效排气速度Se成为可变参数。即，可知通过对排气系统受控设备导入上文所述那样的传递函数G3，可将实效排气速度Se作为参数，来控制反馈控制的稳定性。
例如，在使阀体开度变化而使实效排气速度Se如20[L/s]、200[L/s]、2000[L/s]那样变化的情况下，真空腔室3的容积V为V＝50[L]，因而图9所示的传递函数G3'(jω)的振幅的拐角频率、即时间常数(V/Se)的倒数(Se/V)分别成为0.4[rad/s]、4[rad/s]、40[rad/s]。
若如Se/V＝40[rad/s]那样排气系统受控设备的传递函数G3'(jω)的拐角频率(Se/V)高，则在阀体驱动系统的传递函数G2(jω)的主要振动的角频率ωc＝20[rad/s]附近，开环传递函数G_opn(jω)的增益变高。另一方面，随着实效排气速度Se变小至200[L/s]、20[L/s]而拐角频率(Se/V)如4[rad/s]、0.4[rad/s]那样变小，角频率ωc＝20[rad/s]附近的传递函数G3'(jω)的振幅的大小大幅度地减少。即，在角频率ωc＝20[rad/s]附近，开环传递函数G_opn(jω)的增益降低，稳定性得到改善。
使用上文所述的灵敏度函数Gs(jω)＝1/|1+G_opn(jω)|的大小|Gs(jω)|的极大值|Gs(jω_min)|，对上文所述的具体例的稳定性进行说明。若求出拐角频率(Se/V)为Se/V＝0.4～40[rad/s]的情况下的、ω＝ωc＝20[rad/s]附近的灵敏度函数Gs(jω)的极大值|Gs(jω_min)|，则成为图11的线L1那样。图11以Se/V＝0.4～40[rad/s]作为定义域(横轴)来描绘极大值|Gs(jω_min)|。
图11所示的示例中，作为与灵敏度函数相关的稳定性的基准的一例，以依据国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)标准ISO14839-3的2.5作为稳定性基准值。即，若极大值|Gs(jω_min)|为2.5以下则判定为稳定性良好，在极大值|Gs(jω_min)|超过2.5的情况下，判定为稳定性不适当。表示|Gs(jω_min)|的线L1在Se/V 7.2时成为|Gs(jω_min)|2.5，此区域中稳定性变良好。另一方面，在成为|Gs(jω_min)|＞2.5的Se/V＞7.2时，稳定性变得不适当。换句话说，若为实效排气速度Se成为Se7.2×V＝360[L/s](其中，容积V为V＝50[L]的情况)的开度则稳定性良好，若为成为Se＞360[L/s]的开度则稳定性变得不适当。
此外，图11中，若拐角频率(Se/V)大于主要振动的角频率ωc＝20[rad/s]，则极大值|Gs(jω_min)|减少而稳定性稍许改善。其原因在于，在此频率区域中，虽然增益不进一步增加，但相位延迟稍许改善。但是，改善效果终究有限。
(稳定性改善方法)
上文所述的图11的线L1为将作为调压控制器系统的增益参数的反馈增益Gfb如图8所示那样设为Gfb＝1的情况。图11的线L1中，在Se/V＞7.2的区域中稳定性不适当，以下，以稳定性在整个区域中变良好的方式将反馈增益Gfb设定为拐角频率(Se/V)的函数。这可谓与以往的静态受控设备增益修正处理无关而另需要的、动态受控设备增益的修正处理。
若参照表示Gfb＝1的情况的、图11的线L1，则为了使稳定性在整个区域中良好，只要以成为Gfb(Se/V)＝2.5/|Gs(jω_min)|＝1的点(Se/V＝7.2)为界，在Se/V＜7.2时以Gfb(Se/V)＞1的方式设定，在Se/V＞7.2时以Gfb(Se/V)＜1的方式设定即可。例如，在即便在Se/V＝7.2以外也以成为|Gs(jω_min)|＝2.5的方式设定了反馈增益Gfb的情况下，Gfb(Se/V)是如图12的线L2那样表示。此外，图12的线L2成为与2.5/|Gs(jω_min)|所表示的线类似的曲线倾向，非线形性强，因而值与2.5/|Gs(jω_min)|不同。
图12所示的线L2成为拐角频率(Se/V)的各值中应设定的Gfb(Se/V)的上限值。实际的适用中，除了本发明中作为对象的阀体驱动系统的主要振动以外，也存在各种问题，因而理想上未必切合于上限值。即，根据实际的控制环境来设定从上限值打折扣的增益值。然而，在(Se/V)＜7.2的区域中，线L2超过表示Gfb＝1的线L0。因此，特别在(Se/V)小的区域中，即在排气系统受控设备的响应慢的区域中，可使增益大幅度地上升(up)，可维持调压控制的稳定性并且实现响应性的提高。
另一方面，在图12的(Se/V)＞7.2的区域中，优先确保稳定性而使增益Gfb(Se/V)比线L0的增益Gfb＝1进一步降低。此外，(Se/V)＞7.2的区域为响应快的区域，因而即便将响应性提高至驱动系统响应以上，也无法期待调压性能提高。如此，通过在(Se/V)＞7.2时使增益Gfb(Se/V)比1低，可实现控制稳定性的提高。
图21为表示反馈控制的顺序的一例的流程图。步骤S1中，读入存储于存储部23的反馈增益Gfb。存储于存储部23的反馈增益Gfb的设定方法如上文所述，若简单总结，则是按以下那样的顺序设定。首先，导入阀体驱动系统的传递函数G2(S)及排气系统受控设备的传递函数G3(S)，基于调压控制器系统的传递函数G1(S)和传递函数G2(S)及传递函数G3(S)来设定灵敏度函数Gs(jω)。接下来，以灵敏度函数Gs(jω)的大小的极大值|Gs(jω_min)|成为与控制稳定性相关的规定基准值以下的方式，例如像图12那样设定反馈增益Gfb。当然，反馈增益Gfb也可预先求出并存储、设定于存储部23。
步骤S2中，基于步骤S1中读入的反馈增益Gfb而开始反馈控制。步骤S3中，读入压力测量值(腔室压力)Pr。步骤S4中，判定偏差ε(＝Pr－Ps)的绝对值|ε|是否成为目标压力到达的阈值以上。若步骤S4中判定为|ε|＜阈值，则进入步骤S6。另一方面，若步骤S4中判定为|ε|阈值，则进入步骤S5而变更阀体开度后，回到步骤S3。步骤S6中，判定是否接收了目标压力Ps的变更指令。若接收目标压力Ps的变更指令，则从步骤S6回到步骤S3，基于经变更的目标压力Ps来进行反馈控制。此外，所述阈值也可为0。
(变形例1)
图13为表示与增益Gfb(Se/V)的设定相关的变形例1的图。变形例1中，如线L3那样设定增益Gfb(Se/V)。线L3中，比点P10更靠左侧与图12所示的线L2相同，比点P10更靠右侧与线L2不同而设定为一定值。点P10为作为Gfb(Se/V)的上限曲线(plot)的线L2中增益Gfb达到最小的点。因此，线L3成为单调减少函数(非增加函数)。
(变形例2)
图14为表示变形例2的图。变形例2中，将(Se/V)的范围分割为多个区间，通过利用单调减少的直线或赋予一定值的直线将各区间的起点(与前一区间的终点一致)与终点连结的线L4来设定增益Gfb(Se/V)。任一区间的直线均是以Gfb(Se/V)的值成为所述线L2的值以下的方式设定。图14所示的示例中，(Se/V)的范围0～40[rad/s]被分割为5个区间，在第一区间及第五区间中设定为Gfb(Se/V)＝一定，在其他区间中Gfb(Se/V)设定为斜率一定的单调减少函数。
(变形例3)
图15为表示变形例3的图。变形例3中，以阶梯状地变化的线L5来设定增益Gfb。线L5也与图14的线L4同样地，以不超过所述的线L2的方式设定。
(变形例4)
图16为表示变形例4的图。变形例4中，与变形例3的情况同样地使增益Gfb如线L6那样阶梯状地变化，进而设有滞后(hysteresis)。通过设置滞后，例如可防止下述情况：在(Se/V)即开度夹持线L6阶梯状地变化的边界而前后时，开环传递函数G_opn(jω)与开度的前后对应地上下。
(变形例5)
图17为表示变形例5的图。所述图14所示的示例中，以拐角频率(Se/V)来表示增益Gfb的设定的定义域，但变形例5中，如图17所示那样，以实效排气速度Se来表示增益Gfb的设定的定义域。通常，腔室容积V为一定的固定值，因而可将实效排气速度Se作为定义域来表示增益Gfb。图17所示的示例中，增益Gfb(Se)是设定为如线L7所示那样相对于实效排气速度Se的增加而单调减少的函数。此外，图12、图13、图15、图16所示的增益设定中，也可用实效排气速度Se来表示定义域。
(变形例6)
图18为表示变形例6的图。变形例6中，以开度θ来表示线L8所示的增益Gfb的设定的定义域。如图3所示，实效排气速度Se相对于开度θr而处于单调增加的关系，因而可用开度θ来表示增益Gfb的设定的定义域。此外，图12、图13、图15、图16所示的增益设定中，也可用开度θ来表示定义域。
-第二实施方式-
所述第一实施方式及变形例1～变形例6中，如图19所示那样，适用在调压控制器系统的传递函数G1(S)中使用受控设备增益Gp的静态增益修正处理(1/(Gp(θs)×Ps))。但是，如图20所示，即便在调压控制器系统中不适用静态增益修正处理的情况下，也可通过进行以稳定性在整个区域中变良好的方式将增益Gfb设定为拐角频率(Se/V)等的函数等、动态受控设备增益的修正处理，而实现调压控制性能的提高。
本领域技术人员可理解，所述多个例示性实施方式及变形例为以下形态的具体例。
[1]一形态的阀控制装置包括：存储部，存储反馈增益，所述反馈增益是与依存于阀的阀体开度的参数对应地设定；以及反馈控制器，基于所述反馈增益对所述阀体开度进行反馈控制，所述反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动引起的所述反馈控制器的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下。
通过如图12所示那样来设定反馈增益Gfb，即，通过以由阀体驱动系统的主要振动(角频率ωc)所引起的、调压控制器21的振动性频率ω_min的灵敏度函数的大小的极大值|Gs(jω_min)|成为与控制稳定性相关的规定基准值(例如，图11的稳定性基准值2.5)以下的方式设定，可在拐角频率(Se/V)高的开度区域中实现稳定性提高，在拐角频率(Se/V)低的开度区域中实现响应性的提高。其结果为，可确保反馈控制的控制稳定性并且实现响应性提高。此外，反馈增益Gfb向存储部23的输入既可由操作员(operator)手动输入，也可从真空处理装置的主控制器输入。
[2]所述[1]所记载的阀控制装置中，关于依存于阀的阀体开度θ的所述参数，可使用由与阀体开度θ对应的实效排气速度Se及安装有阀的腔室的容积V所算出的时间常数的倒数(Se/V)、实效排气速度Se及阀体开度θ的任一个。
[3]所述[1]或[2]所记载的阀控制装置中，作为所述反馈控制器的调压控制器21的传递函数G1(S)包含基于排气系统受控设备所设定的静态增益修正处理1/(Gp(θs)×Ps)和所述反馈增益Gfb(Se/V)，所述排气系统受控设备包含所述阀。
排气系统受控设备的传递函数G3(S)是如“G3(S)＝[Ps×Gp(θs)]/[S×V/Se(θs)+1]”那样表示，但右边分子的Ps×Gp(θs)与传递函数G1(S)所含的静态增益修正处理的1/(Gp(θs)×Ps)抵消。其结果为，决定反馈控制系统的开环传递函数G_opn(jω)的轨迹的参数中，仅实效排气速度Se成为可变参数，通过如图12那样设定反馈增益Gfb，可容易地实现稳定性及响应性的提高。
[4]所述[1]至[3]中任一项所记载的阀控制装置中，也可如图13的线L3那样相对于参数(Se/V)将反馈增益Gfb设定为单调减少。图12所示的线L2是描绘灵敏度函数的大小|Gs(jω_min)|与稳定性基准值(＝2.5)相等的反馈增益Gfb而成，Gfb在比图13所示的点P10(极小点)更靠图示右侧稍许上升。因此，通过如图13所示的线L3那样相对于参数(Se/V)设定为单调减少，设计变得容易。
[5]一形态的真空阀包括：阀体；阀体驱动部，驱动所述阀体；以及根据所述[1]至[4]中任一项所记载的阀控制装置，控制所述阀体驱动部而对所述阀体的开度进行反馈控制。由此，可提供反馈控制的控制稳定性及响应性优异的真空阀。
[6]一形态的阀控制方法基于相对于目标压力的压力偏差来对阀体开度进行反馈控制，且所述阀控制方法中，所述反馈控制的反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动所引起的所述反馈控制的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下。例如，通过如图12那样设定反馈增益Gfb，灵敏度函数的大小的极大值|Gs(jω_min)|被抑制为稳定性基准值以下，在拐角频率(Se/V)低于7.2的区域中维持稳定性并且响应性提高，在拐角频率(Se/V)高于7.2的区域中稳定性提高。
上文中对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内可想到的其他形态也包含在本发明的范围内。
Claims (5)
1.一种阀控制装置，其中，包括：
存储部，存储反馈增益，所述反馈增益是与依存于阀的阀体开度的参数对应地设定，
所述参数为由与所述阀体开度对应的实效排气速度及安装有阀的腔室的容积所算出的时间常数的倒数；以及
反馈控制器，基于所述反馈增益对所述阀体开度进行反馈控制，
所述反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动引起的所述反馈控制器的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下，所述反馈增益设定为1时并且所述灵敏度函数的大小的极大值等于所述规定基准值时的所述参数的点值为界限值，若所述参数小于所述界限值时，将所述反馈增益设定为大于1，若所述参数大于所述界限值时，将所述反馈增益设定为小于1。
2.根据权利要求1所述的阀控制装置，其中，
所述反馈控制器的传递函数包含基于排气系统受控设备所设定的静态增益修正处理和所述反馈增益，所述排气系统受控设备包含所述阀。
3.根据权利要求1所述的阀控制装置，其中，
所述反馈增益相对于所述参数而设定为单调减少。
4.一种真空阀，其中，包括：
阀体；
阀体驱动部，驱动所述阀体；以及
根据权利要求1所述的阀控制装置，控制所述阀体驱动部而对所述阀体的开度进行反馈控制。
5.一种阀控制方法，基于相对于目标压力的压力偏差来对阀体开度进行反馈控制，其中，
所述反馈控制的反馈增益是与依存于所述阀体开度的参数对应地设定，所述参数为由与所述阀体开度对应的实效排气速度及安装有阀的腔室的容积所算出的时间常数的倒数，所述反馈控制的所述反馈增益设定为由阀体驱动系统的主要振动所引起的所述反馈控制的振动性频率的灵敏度函数的大小的极大值成为与控制稳定性相关的规定基准值以下，所述反馈增益设定为1时并且所述灵敏度函数的大小的极大值等于所述规定基准值时的所述参数的点值为界限值，若所述参数小于所述界限值时，将所述反馈增益设定为大于1，若所述参数大于所述界限值时，将所述反馈增益设定为小于1。
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