JP2003504750A - 可変ゲイン比例積分（ｐｉ）制御器のためのシステムおよび方法 - Google Patents

可変ゲイン比例積分（ｐｉ）制御器のためのシステムおよび方法

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Abstract

(57)【要約】 マスフローコントローラにおける可変ゲインＰＩ制御器を用いてバルブ駆動信号を生成する方法である。積分関数は、ＰＩ制御器における可変ゲインとして機能する積分ゲイン係数を含む。設定点信号が、最大設定点の正規化された所定の割合よりも小さい場合、ゲイン係数は、Ａが第１のゲイン係数でありＢが第２のゲイン係数である式（Ｉ）に等しい。その他の場合、積分ゲイン係数は、Ａが第１のゲイン係数でありＢが第２のゲイン係数でありｘが正規化された設定点信号である式（ＩＩ）である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の技術分野） 本発明は、概して、比例積分制御システムおよび方法に関し、より詳細には、
マスフローコントローラにおける比例積分制御方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） 多くの製造プロセスは、プロセス気体のプロセスチャンバ内への導入速度が厳
密に制御されることを要求する。これらのタイプのプロセスは、気体の流量を制
御するために、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）を使用し得る。マスフローコ
ントローラは、プロセス気体のプロセスチャンバ内への質量のフローを設定し、
測定し、制御する閉ループデバイスである。半導体アプリケーションが、マスフ
ローコントローラ技術における製品開発の背景となる駆動力であったし、また、
駆動力であり続ける。とはいえ、マスフロー制御は、製薬産業および食品産業等
の他の産業においても有用である。
【０００３】 熱式マスフローコントローラは、フローセンサを含む前半部と、制御バルブを
含む後半部とから構成されている。フローセンサは、しばしば、毛細管に巻き付
けられた対の測温抵抗体から構成される。気体がセンサを通って流れる場合、熱
が下流へ運ばれ、温度差は気体の質量流量に比例する。温度差は、センサ素子の
差動抵抗の変化を引き起こす。制御バルブは、電子回路を介して、気体フローを
調整するための信号をフローセンサから受け取る。ソレノイドによりアクティブ
化されるバルブが、その単純さ、素早い応答、ロバスト性、および低コスト性か
ら、しばしば、制御バルブとして使用される。
【０００４】 伝統的なフィードバック制御方法が、しばしば、マスフローコントローラにお
ける気体のフローを制御するために使用される。マスフローコントローラでは、
システムは、マスフローコントローラの中の気体の所望のフローを表す設定点と
、マスフローコントローラの中の実際の流量を感知するセンサと、コントローラ
と、プラントとを含む。コントローラは、プラントの動作を制御する電子回路部
からなる。マスフローコントローラの場合、プラントは、ソレノイドによりアク
ティブ化され、プロセスチャンバ内への気体の実際の流量を直接的に制御するバ
ルブであり得る。コントローラの中の電子回路部は、誤差信号に基づいて制御信
号（バルブ駆動信号）を生成し得る。誤差信号は、設定点信号とフィードバック
信号との間の差である。マスフローコントローラの場合、設定点信号は、所望の
流量の関数であり、フィードバック信号は実際の流量の関数である。
【０００５】 しばしば採用されるフィードバック制御モードは、比例制御、積分制御、およ
び微分制御である。比例制御では、制御信号は誤差信号に比例する。コントロー
ラゲインは、制御信号が、設定点信号とフィードバック信号との間の小さなずれ
に敏感になるように調節され得る。コントローラゲインの設計はまた、制御信号
が、設定点信号とフィードバック信号との間のずれが増加または減少するにつれ
て、増加または減少するように選択され得る。比例のみの制御の固有の欠点は、
定常状態誤差を取り除くことができないことである。
【０００６】 積分制御は、誤差を取り除くという利点を提供するので、しばしば、広く用い
られる。積分制御では、制御信号は、誤差信号の時間にわたる積分に依存する。
システムの定常状態動作の間では、制御誤差が一定である場合、誤差の積分は時
刻とともに変化し、最終的に誤差をゼロにするようなプラントでの動作を生み出
す。積分コントローラは、誤差信号がいくらかの時間持続するまではプラントに
おける制御動作がほとんど起こらないので、単独で使用されることは多くない。
しかしながら、比例制御は、誤差信号を直ちに増幅する。従って、積分制御はし
ばしば、いわゆる比例積分（ＰＩ）コントローラにおいて、比例制御とともに使
用され、バルブ駆動信号（制御信号）を生成する。
【０００７】 微分制御は、誤差信号の挙動に先行するように機能する。微分制御では、制御
信号は誤差信号の変化の速度に依存する。微分制御はまた、プロセスが定常状態
に達するのに要する時間を低減する傾向がある。微分制御は、比例制御または比
例積分制御のいずれとも使用される。
【０００８】 通常のマスフローコントローラに根強く存在する問題は、ソレノイドバルブの
動作が、バルブ駆動信号（制御信号）の１次関数ではないことである。ソレノイ
ドバルブの場合、バルブ駆動信号と、マスフローコントローラを通る実際のフロ
ーとの間の関係は、ヒステリシスを伴う。図１は、バルブ駆動信号の、マスフロ
ーコントローラを通る実際のフローに対する関係をグラフで示す。バルブのゲイ
ンは、フローとともに増加する。バルブ駆動信号は、ｘ軸に沿ってグラフ化され
、マスフローコントローラを通る実際のフローは、ｙ軸に沿ってグラフ化されて
いる。バルブ駆動信号が増加する際に、マスフローコントローラを通る実際のフ
ローは、バルブ駆動信号がＸ3の値に達するまでは増加し始めない。バルブ駆動
信号がＸ3まで達するのにかかるこの時間が、不感時間として示されている。い
ったんバルブ駆動信号がＸ3の値に達すると、実際のフローは、バルブ駆動信号
の関数として、相応して（ただし、非線形に）増加し始める。いったんバルブ駆
動信号がＸ4の最大値に達すると、バルブ駆動信号を減少させても、マスフロー
コントローラを通る実際のフローは、直ちには減少しない。実際のフローがバル
ブ駆動信号の関数として相応して（ただし、非線形に）減少し始めるまでには、
バルブ駆動信号は、Ｘ2のレベルにまで減少しなければらならい。いったんバル
ブ駆動信号がＸ1のレベルに達すると、実際のフローは、途絶え得る。図１から
、バルブ駆動信号が弱い場合には、バルブの応答は無視できるが、バルブ駆動信
号がある「しきい値」（Ｘ3）を通過すると、バルブの応答は非常に増加するこ
とが理解され得る。バルブのゲインは、フローとともに増加する。ソレノイドバ
ルブに関連するこのタイプの非線形特性は、制御するのが非常に困難であり、完
全に補償することはできない。
【０００９】 結局、バルブ駆動信号とソレノイドによりアクティブ化されるバルブを通る実
際のフローとの間の非線形な関係によって引き起こされる、マスフローコントロ
ーラの中の実際のフローの非線形な挙動を補償する必要がある。
【００１０】 （発明の要旨） 本発明は、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供し、そのシス
テムおよび方法は、これまで開発されたバルブ駆動信号を生成するシステムおよ
び方法に関連する欠点および問題点を実質的に取り除くか、または低減する。
【００１１】 より詳細には、本発明は、マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコ
ントローラを使用して、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供す
る。その方法は、誤差信号を比例ゲイン係数によって乗算し、比例信号を生成す
ることを含む。その方法はまた、誤差信号上で積分関数を実行することを含む。
積分関数は、ＰＩコントローラにおける可変ゲインとして機能する積分ゲイン係
数を含む。設定点信号が、最大の設定点の正規化された所定の割合ｐよりも小さ
い場合、積分ゲイン係数は
【００１２】
【数７】 に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは、第２のゲイン定数であ
り、ｍａｘ（ｘ）は、正規化された設定点信号の最大値である。そうでない場合
、積分ゲイン係数は、
【００１３】
【数８】 に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン係数であり、Ｂは、第２のゲイン係数であ
り、ｘは正規化された設定点信号である。積分関数の実行により、積分信号が生
み出される。最後に、積分信号と比例信号とが合計され、バルブ駆動信号が生成
される。誤差信号は、設定点信号とフィードバック信号との間の差の関数である
。設定点信号は、マスフローコントローラの中の所望の流量の関数であり、一方
、フィードバック信号は、マスフローコントローラを通る実際の流量の関数であ
る。
【００１４】 本発明は、ＰＩコントローラにおける積分ゲイン係数が可変ゲインであること
を可能ならしめるという点で、重要な技術的利点を提供する。積分ゲイン係数は
、設定点信号の関数である。従って、設定点信号が低い場合、より低いバルブゲ
インの効果は、より高い積分ゲインによって補償され得る。このメカニズムによ
り、動作点にかかわらず、同じ制御システムフィードバックループゲインが維持
され、応答速度と、外乱排除特性とにおいてシステム応答を均一にさせることが
可能になり、低い設定点（または動作点）で動作している間の、遅延したステッ
プ応答と取り込み口の圧力外乱からの緩慢な回復とを効果的に覆い隠す。
【００１５】 本発明の他の技術的利点は、マスフローコントローラの中のバルブに関連する
不感時間を低減し、マスフローコントローラが最大フローの１００％に向けて立
ち上がっていようが、最大フローの５％に向けて立ち上がっていようが同じ効率
で、制御信号がバルブ不感時間を通じて立ち上がることを可能にすることである
。
【００１６】 本発明とその利点のより完璧な理解は、以下の説明を添付の図面とともに参照
することによって獲得され得る。図面では、同じ参照番号は、同じ特徴を示す。
【００１７】 （発明の詳細な説明） 本発明の好適な実施形態が図面に示されており、同じ番号は、異なる図面の同
じ、対応する部分を参照するために使用されている。
【００１８】 本発明は、マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコントローラを使
用して、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供する。その方法は
、バルブ駆動信号を出力する可変ゲインＰＩコントローラに、誤差信号を入力す
ることを含む。可変ゲインＰＩコントローラの積分ゲイン係数は、設定点の関数
である。誤差信号は、設定点信号とフィードバック信号との間の差の関数である
。設定点信号は、マスフローコントローラの中の所望の流量の関数であり、一方
、フィードバック信号は、マスフローコントローラを通る実際の流量の関数であ
る。
【００１９】 図２は、本発明の１つの実施形態のブロック図を示す。図２において、可変ゲ
インＰＩコントローラ１０は、比例ゲイン段１４と、積分ゲイン段１６と、積分
器１８と、加算段２４とからなる。誤差信号１２は、比例ゲイン段１４において
、比例ゲイン定数ＫPによって乗算され、比例信号２０が生み出される。誤差信
号１２はまた、積分ゲイン段１６において、積分ゲイン係数ＫIによって乗算さ
れ、積分器１８に入力され、積分信号２２が生み出される。積分ゲイン段１６と
積分器１８との順序は、積分信号２２を変えることなく逆にし得る。加算段２４
において、積分信号２２と比例信号２０とは組み合わされて、駆動信号２６が形
成される。積分ゲイン係数ＫIおよび誤差信号１２の両方は、所望の設定点の関
数である。
【００２０】 図３は、可変ゲインＰＩコントローラ１０が、マスフローコントローラ２８の
中で使用されている本発明の１つの実施形態を示す。図３において、設定点信号
３０は、加算段３４においてフィードバック信号３２と比較され得、誤差信号１
２が生み出される。誤差信号１２は、ＰＩコントローラ１０に入力され得る。Ｐ
Ｉコントローラ１０は、比例ゲイン段１４と、積分ゲイン段１６と、積分器１８
と、加算段２４とからなる。誤差信号１２は、比例ゲイン段１４において比例ゲ
イン定数ＫPによって乗算され、比例信号２０が生み出される。誤差信号１２は
また、積分ゲイン段１６において積分ゲイン係数ＫIによって乗算され、積分器
１８に入力され得、積分信号２２が生み出される。比例信号２０および積分信号
２２は、加算段２４に入力され、駆動信号２６が生成される。駆動信号２６は、
バルブ駆動回路部３８およびバルブ４０を制御するために使用され得る。バルブ
４０は、マスフローコントローラ２８の中の実際の流量４２を生み出す。実際の
流量４２は、フローセンサ４４によって測定され得る。フローセンサ４４は、感
知流量信号４６を出力する。感知流量信号４６は、微分コントローラ４８に入力
され得る。微分コントローラ４８は、フィードバック信号３２を生み出し得る。
【００２１】 比例ゲイン定数ＫPは、固定値に設定される。この値は、出力（駆動信号２６
）が、ステップ入力に等しい設定点信号３０に対する所望の応答であるように、
実験的に決定され得る。
【００２２】 積分ゲイン段１６における積分ゲイン係数ＫIは、設定点信号３０の関数であ
る。積分ゲイン段１６は、設定点信号３０が低い場合に、バルブ４０の応答の遅
延を補償するように設計される。
【００２３】 図４は、積分ゲイン係数ＫIと設定点信号３０との間の関係を示すグラフであ
る。設定点信号３０（正規化されている）は、ｘ軸に沿ってグラフ化され、一方
、積分ゲイン係数ＫIはｙ軸に沿ってグラフ化されている。積分ゲイン係数ＫIと
設定点信号３０との間の関係は、
【００２４】
【数９】 によって与えられる。ここで、ｘは正規化された設定点信号３０であり、ｍａｘ
（ｘ）は設定点信号３０の最大値（ｍａｘ（ｘ）＝１）であり、Ａは第１の定数
であり、Ｂは第２の定数である。設定点信号３０が設定点信号３０の最大値の１
０％よりも低い場合には、積分ゲイン係数ＫIは飽和し、積分ゲイン係数ＫIが無
限大に増大することが防止されることに注意されたい。
【００２５】 第２の定数Ｂは、設定点信号３０の０→１００％のステップにおけるバルブ４
０からの最適応答を得るための観測によって調節される。第２の定数Ｂを計算す
るために、設定点信号３０が、最大の設定点信号の０→１００％におけるステッ
プ入力であるように設定される。駆動信号２６は、データ取得ソフトウェアを使
用して観測され得る。第２の定数Ｂは、０→１００％のステップ入力についての
所望のステップ応答を達成するためのソフトウェア中の変数として調節される。
この設定のみでは、設定点信号３０のより低い値に対するバルブ４０の応答は、
遅すぎることがある。従って、第１の定数Ａが、観測の同じ方法を使用して、設
定点信号３０のより低い値（０→１０％）に向かうステップ応答の同じ品質を得
るように、調節される。第１の定数Ａおよび第２の定数Ｂを用いて、適切な応答
が、設定点信号３０の全ての要求にわたって均一になる。
【００２６】 ＰＩコントローラ１０と微分コントローラ４８との両方は、デジタルシグナル
プロセッサ（ＤＳＰ）コントローラにおける差分方程式を使用して、デジタル的
に実施され得る。設定点信号３０または感知流量信号４６がアナログ信号である
場合、これらの信号は、設定点信号３０をＰＩコントローラ１０に入力する前に
、または感知流量信号４６を微分コントローラ４８に入力する前にＡ／Ｄコンバ
ータを実施することにより、容易にデジタル信号に変換され得る。Ａ／Ｄコンバ
ータは、ＤＳＰコントローラの外部であってもよいし、ＤＳＰコントローラの内
部であってもよい。ＤＳＰコントローラを使用する場合、誤差信号１２、駆動信
号２６、およびフィードバック信号３２は、デジタル信号である。
【００２７】 ＤＳＰコントローラは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータと
通信するように動作可能であってもよい。コンピュータは、大量の数学的計算で
ＤＳＰコントローラを補助し得る。コンピュータは、コンピュータとＤＳＰコン
トローラとの間の接続を介して、実行された計算の結果をＤＳＰコントローラに
ダウンロードし得る。ＤＳＰコントローラは、コンピュータからダウンロードさ
れた計算結果を格納するために、ＥＥＰＲＯＭ等の格納デバイスを有し得るか、
またはそのような格納デバイスとインタフェースし得る。
【００２８】 微分コントローラ４８は、当業者に公知の標準的な１次微分インプリメンテー
ションを使用して実施され得る。あるいは、実際の流量４２のより正確な近似を
得、フローセンサ４４により導入された遅延を補償するために、微分コントロー
ラ４８は、１９９９年７月９日にＥ．Ｖｙｅｒｓらによって出願され、「Ａ Ｓ
ｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍａｓｓ
Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」と題する米国特許出願シリアル番号第０９／
３５１，１２０号に開示される方法を使用して実施され得る。
【００２９】 ＤＳＰコントローラはまた、感知流量信号４６を微分コントローラ４８に入力
する前に、感知流量信号４６の線形化を実施し得る。線形化のためには、最小自
乗法および他の回帰技術等の多くの方法が存在する。１９９９年７月９日にＴ．
Ｉ．ＰａｔｔａｎｔｙｕｓおよびＦ．Ｔａｒｉｑによって出願され、「Ｍｅｔｈ
ｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｌｉ
ｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ」と題する米国特許出願シリアル番号第０９／３５０，
７４７号に開示される方法が参照される。
【００３０】 センサ４４は、毛細管に巻き付けられた２個の測温抵抗体からなり得る。２個
の測温抵抗体は、その２個の測温抵抗体によって生み出された信号を調整するた
めのインタフェース回路部と結合し得る。１９９９年７月９日にＴ．Ｉ．Ｐａｔ
ｔａｎｔｙｕｓらによって出願され、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題する米国特許出願
シリアル番号第０９／３５０，７４６号に開示されるインタフェース回路が具体
的に参照される。
【００３１】 バルブ４０は、ソレノイドによりアクティブ化されるバルブであり得る。バル
ブ駆動回路部３８に使用され得る多くの回路構成がある。これらの構成は、駆動
信号２６をバルブ４０を駆動するソレノイドのための駆動電流に変換し得る。駆
動信号２６は、デジタル信号であり得る。バルブ駆動回路部３８のために使用さ
れ得る回路のほとんどは、トランジスタ等の制御素子を含む。制御素子は、ソレ
ノイドにかかる電圧を連続的にスイッチングする。スイッチングは、駆動信号２
６の関数である。今度はソレノイドにかかる電圧のスイッチング速度の関数であ
る平均ソレノイド電流が、ソレノイド中に生成され得る。ソレノイド電流は、バ
ルブ４０をアクティブ化する。１９９９年７月９日にＴ．Ｉ．Ｐａｔｔａｎｔｙ
ｕｓによって出願され、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｒ
ｉｖｉｎｇ ａ Ｓｏｌｅｎｏｉｄ」と題する米国特許出願シリアル番号第０９
／３５１，１１１号に開示されるバルブ駆動回路が具体的に参照される。
【００３２】 マスフローコントローラは、閉ループ制御アルゴリズムを実施し得る。１９９
９年７月９日にＫ．Ｔｉｎｓｌｅｙによって出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍａ
ｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」と題する米国特許出願シリアル番号第
０９／３５０，７４４号に開示される先進的なデジタル制御アルゴリズムが参照
される。
【００３３】 本発明は、上で言及した構成要素および方法を含むマスフローコントローラで
の使用に限定されないことに留意することが重要である。
【００３４】 本発明は、ＰＩコントローラ１０における積分ゲイン係数ＫIが可変であるこ
とを可能ならしめるという点で、重要な技術的利点を提供する。積分ゲイン係数
ＫIは、設定点信号３０の関数である。従って、設定点信号３０が低い場合、シ
ステムの応答が高速化され得る。
【００３５】 本発明の他の技術的利点は、バルブ４０に関連する不感時間が低減されること
である。バルブ４０の不感時間は、マスフローコントローラ２８がコントローラ
を通る可能な最大フローの１００％に向けて立ち上がっていようが、コントロー
ラを通る可能な最大フローの５％に向けて立ち上がっていようが、同じ効率で低
減される。
【００３６】 本発明のさらに他の技術的利点は、設定点信号３０の変化の大きさにかかわら
ず、バルブ４０の反応の速度が均一であることである。換言すると、設定点信号
３０が、マスフローコントローラ２８を通る可能な最大フローの１００％または
マスフローコントローラ２８を通る可能な最大フローの５％に設定されている場
合に、バルブ４０は、同じ速度で応答する。積分ゲイン係数ＫIに可変ゲインを
使用することによって、バルブ４０は均一な応答の速度を有する。積分ゲイン係
数ＫIは、バルブ４０に固有の非線形な挙動を補償する。
【００３７】 本発明の他の技術的利点は、均一な外乱排除（取り込み口の圧力外乱）である
。ＰＩコントローラ１０の閉ループの全体のゲインは、定数である。
【００３８】 本発明の他の技術的利点は、バルブ４０についての不感時間が低減されること
である。積分ゲイン係数ＫIについてのゲインが調整可能であることに起因して
、バルブ４０についての不感時間は、ゲインを増加させ、バルブ４０の応答を速
めることによって低減される。
【００３９】 本発明は、例示的な実施形態を参照して明細書中で詳細に説明されてきたが、
説明はもっぱら例示のためであり、限定的な意味に解釈されるべきでないことが
理解されるべきである。従って、本発明の実施形態の詳細の変更および本発明の
追加の実施形態は、この説明を参照した当業者にとって明らかであり、また、そ
のような当業者によってなされ得ることが、さらに理解されるべきである。すべ
てのそのような変更および追加の実施形態は、特許請求の範囲によって請求され
る本発明の精神および真の範囲内であることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バルブ駆動信号とバルブを通るフローとの間の非線形な関係を示すグラフであ
る。
【図２】 可変ＰＩコントローラのブロック図である。
【図３】 本発明の１つの実施形態を示す図である。
【図４】 積分ゲイン係数と設定点信号との間の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5H004 GA02 GB01 HA02 HB02 JA04 JA09 JB19 KA42 KA45 KA47 KA53 KA62 KB02 KB04 KC52 LA06 LA07 LA17 5H307 AA01 BB01 DD03 EE02 EE07 FF06 FF15 GG06 GG13 HH02 HH12

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコントロー
    ラを使用してバルブ駆動信号を生成する方法であって、 誤差信号を比例ゲイン係数によって乗算し、比例信号を生成する工程と、 該誤差信号上で、積分ゲイン係数を含む積分関数を実施し、積分信号を生成す
    る工程であって、該積分ゲイン係数は、 正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも
    小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、 該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よ
    りも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、工程と、 該積分信号と該比例信号とを合計し、該バルブ駆動信号を生成する工程と を包含する、方法。
  2. 【請求項２】 前記所定の割合は、１０％である、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第１のゲイン関数は、 【数１】 に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である
    、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第２のゲイン関数は、 【数２】 に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定
    数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラ
    への、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入力
    に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項４に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラ
    への、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力に
    対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項５に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記誤差信号は、前記マスフローコントローラの中の所望の
    流量信号の関数である設定点信号と、該マスフローコントローラの中の実際の流
    量の関数であるフィードバック信号との間の差である、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記設定点信号と、前記フィードバック信号とは、デジタル
    信号である、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 誤差信号を比例ゲイン係数で重み付けし、比例信号を生成す
    る比例関数と、 積分ゲイン係数を含み、積分信号を生成する積分関数であって、該積分ゲイン
    係数は、 正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも
    小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、 該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よ
    りも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、積分関数と、 該比例信号と該積分信号とを合計し、制御信号を生成する加算器と を含む、可変ゲインＰＩコントローラ。
  10. 【請求項１０】 前記所定の割合は、１０％である、請求項９に記載のシス
    テム。
  11. 【請求項１１】 前記第１のゲイン関数は、 【数３】 に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である
    、請求項９に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記第２のゲイン関数は、 【数４】 に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定
    数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項１１に記載のシステ
    ム。
  13. 【請求項１３】 前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントロー
    ラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入
    力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１２に記
    載のシステム。
  14. 【請求項１４】 前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントロー
    ラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力
    に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１３に記載
    のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記誤差信号は、前記マスフローコントローラの中の所望
    の流量信号の関数である設定点信号と、該マスフローコントローラの中の実際の
    流量の関数であるフィードバック信号との間の差である、請求項９に記載のシス
    テム。
  16. 【請求項１６】 前記設定点信号と、前記フィードバック信号とは、デジタ
    ル信号である、請求項１５に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 製造プロセスにおける液体または気体のフローを制御する
    マスフローコントローラであって、該マスフローコントローラは、 該製造プロセスにおける該液体または気体の実際の流量を制御する、ソレノイ
    ドによりアクティブ化されるバルブを制御する該バルブ駆動回路部と、 該物質の該実際の流量を測定し、感知流量信号を出力するフローセンサと、 該感知流量信号を、該感知流量信号よりも正確に該実際の流量を近似するフィ
    ードバック信号に変換する微分コントローラと、 設定点信号と該フィードバック信号との間の誤差信号を該バルブ駆動信号に変
    換する可変ゲインＰＩコントローラと を備え、 該可変ゲインＰＩコントローラは、 誤差信号を比例ゲイン係数で重み付けし、比例信号を生成する比例関数と、 該誤差信号の積分ゲイン係数での重み付け積分を実施し、積分信号を生成する
    積分関数であって、該積分ゲイン係数は、 正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも
    小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、 該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よ
    りも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、積分関数と、 該比例信号と該積分信号とを合計し、該バルブ駆動回路部に入力されるバルブ
    駆動信号を生成する加算器と を含む、マスフローコントローラ。
  18. 【請求項１８】 前記第１のゲイン関数は、 【数５】 に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である
    、請求項１７に記載のマスフローコントローラ。
  19. 【請求項１９】 前記第２のゲイン関数は、 【数６】 に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定
    数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項１８に記載のマスフ
    ローコントローラ。
  20. 【請求項２０】 前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントロー
    ラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入
    力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１９に記
    載のマスフローコントローラ。
  21. 【請求項２１】 前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントロー
    ラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力
    に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項２０に記載
    のマスフローコントローラ。
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