JP2018147218A - 流体制御装置及び流体制御装置用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定流量にピークが発生することを抑制する。
【解決手段】流体の流量を測定する流量測定部と、流体制御バルブと、予め設定された設定流量及び流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部とを具備し、測定流量が安定している安定状態及び設定流量の変動により測定流量が変動する過渡状態において、過渡状態の方が安定状態よりも前記偏差に対する前記開度操作量の変動が緩やかになるように、制御係数が設定されており、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、開度操作量出力部が、安定状態における複数のタイミングで出力した各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば半導体製造プロセスで用いられる材料ガスの流量等を制御する流体制御装置及びこの流体制御装置に用いられる流体制御装置用プログラムに関するものである。

この種の流体制御装置としては、特許文献１に示すように、流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、流路に設けられた流体制御バルブとを具備し、流量測定部の測定流量が予め設定された設定流量に追従するように流体制御バルブの開度を制御するように構成されたものがある。

より具体的には、測定流量及び設定流量の偏差と、予め設定されているＰＩＤ係数等の制御係数とを用いて、前記偏差が小さくなるように流体制御バルブの開度操作量を出力している。以下ではこの制御について、開度操作量が流体制御バルブへの印加電圧である場合を詳述する。

まず、測定流量及び設定流量の偏差が小さく、測定流量の挙動が安定している安定状態を考える。この安定状態では、上述した制御係数のゲインを大きめに設定して、前記偏差に対する印加電圧の変動が大きくなるようにしている。これは、安定状態において制御上適切なある値（以下、中央値という）付近で安定している印加電圧が外乱等により変動（以下、ノイズ変動という）したとしても、そのノイズ変動後の印加電圧をすぐに中央値付近に戻し、測定流量の挙動を安定状態に維持できるようにするためである。

一方、例えば設定流量を変動させることで、測定流量が変動後の設定流量に向かって変動する過渡状態を考える。この場合、制御係数が大きいと、設定流量が変動した後の印加電圧の変動が大きくなり過ぎて、所謂アンダーシュートやオーバーシュートが生じてしまう。そこで、過渡状態では、安定状態よりも制御係数のゲインを小さめに設定することで、偏差に対する印加電圧の変動を安定状態よりも緩やかにして、アンダーシュートやオーバーシュートを抑制している。

ところが上述した制御方法において、図１２に示すように、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングで印加電圧にノイズ変動が生じていた場合、過渡状態では印加電圧の変動が緩やかになるように制御係数が設定されているので、過渡状態においてノイズ変動後の印加電圧がなかなか戻らない。
これにより、ノイズ変動が増大方向であれば、過渡状態において流体制御バルブの開度が不測に大きくなり、逆にノイズ変動が減少方向であれば、過渡状態において流体制御バルブの開度が不測に小さくなる。その結果、図１３に示すように、測定流量に例えばスパイク状のピークが発生してしまう。

特開２００７−３４５５０号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、測定流量と設定流量との偏差に対する開度操作量が、安定状態よりも過渡状態において緩やかになるように制御係数が設定された制御において、測定流量にピークが発生することを抑制することをその主たる課題とするものである。

すなわち、本発明の流体制御装置は、流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、前記流路に設けられた流体制御バルブと、予め設定された設定流量及び前記流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる前記流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部とを具備し、前記測定流量が安定している安定状態及び前記設定流量の変動により前記測定流量が変動する過渡状態において、前記過渡状態の方が前記安定状態よりも前記偏差に対する前記開度操作量の変動が緩やかになるように、前記制御係数が設定されており、前記安定状態から前記過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、前記開度操作量出力部が、前記安定状態における複数のタイミングで出力した前記各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力することを特徴とするものである。

このように構成された流体制御装置であれば、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、安定状態における複数のタイミングで出力した各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を出力するので、その切り替わったタイミングで開度操作量にノイズ変動が生じていたとしても、ノイズ変動していた開度操作量はすぐに切替時用開度操作量となる。従って、切替時用開度操作量を例えば安定状態における開度操作量の中央値付近にすることで、切替時用開度操作量の出力後は、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングでノイズ変動が生じていない場合とほぼ同じ制御状態となる。従って、切替時用開度操作量の出力後における過渡状態では、流体制御バルブの開度が不測に変わることなく、外乱等による開度操作量の変動に起因して測定流量にピークが発生してしまうことを防ぐことが可能となる。

切替時用開度操作量を安定状態における開度操作量の中央値又はその付近の値にするためには、前記安定状態において前記開度操作量出力部が出力した前記開度操作量の平均値を前記切替時用開度操作量として算出する切替時用開度操作量算出部を具備することが好ましい。

ところで、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に切替時用開操作量を出力したとしても、切替時用開度操作量と安定状態における切替操作量の中央値との間には多少の差が生じ得る。このため、その差が大きければ、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングにおける開度操作量の変動が大きくなり、ノイズ変動の場合と同様、過渡状態において流体制御バルブの開度が不測に変わって測定流量にピークが発生することがある。

こうした測定流量のピークを抑制する方法としては、安定状態から過渡状態に切り替わった後、すなわち設定流量が変動した後においても、安定状態におけるゲインの大きい制御係数を継続して用いることで、その切り替わったタイミングで生じた開度操作量の変動をすぐに中央値付近に戻す方法が考えられる。
しかしながら、ゲインの大きい制御係数を継続して用いると、設定流量の変動が大きい場合に、上述したアンダーシュートやオーバーシュートが生じることが懸念される。

そこで、アンダーシュートやオーバーシュートを抑制しつつ、測定流量のピークをより抑えるためには、前記設定流量が第１流量から第２流量に変動し、且つ、前記第１流量と前記第２流量との差分が所定の閾値よりも小さい場合に、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動する前の前記安定状態における前記制御係数を、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミング以降も継続して用いるように構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、安定状態における制御係数が、設定流量が変動したタイミング以降も継続して用いられるように構成されているので、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングで開度操作量にノイズ変動とは別の変動が生じていたとしても、その開度操作量をすぐに安定状態における中央値付近に戻すことができる。これにより、過渡状態において流体制御バルブの開度が不測に変わってしまうことを防ぎ、測定流量にピークが発生することをより抑えることができる。
さらに、第１流量と第２流量との差分が所定の閾値よりも小さい場合、すなわち設定流量の変動が小さい場合に、安定状態における制御係数を継続して用いるようにしているので、アンダーシュートやオーバーシュートの発生をも抑えることができる。

安定状態における制御係数を設定流量の変動後も継続して用いるか否かを自動的に切り替えるためには、前記第１流量及び前記第２流量の差分と前記所定の閾値とを比較する過渡／安定状態判断部をさらに具備し、前記過渡／安定状態判断部が、前記所定の閾値よりも前記差分が大きい場合は、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミングから所定期間を過渡状態であると判断し、前記所定の閾値よりも前記差分が小さい場合は、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミングから前記設定流量が前記第２流量である期間を前記安定状態と判断する構成が挙げられる。

前記設定流量が、所定時間に亘って段階的に減少又は増加する流量として設定されている場合、上述した作用効果は顕著に発揮される。

また、本発明に係る流体制御装置用プログラムは、流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、前記流路に設けられた流体制御バルブとを具備する流体制御装置に用いられるプログラムであって、予め設定された設定流量及び前記流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる前記流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部としての機能をコンピュータに発揮させるものであり、前記測定流量が安定している安定状態及び前記設定流量の変動により前記測定流量が変動する過渡状態において、前記過渡状態の方が前記安定状態よりも前記偏差に対する前記開度操作量の変動が緩やかになるように、前記制御係数が設定されており、前記安定状態から前記過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、前記開度操作量出力部が、前記安定状態における複数のタイミングで出力した前記各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力することを特徴とするプログラムである。
このような流体制御装置用プログラムであれば、上述した流体制御装置と同様の作用効果を得ることができる。

このように構成した本発明によれば、測定流量及び設定流量の偏差に対する開度操作量が、安定状態よりも過渡状態において緩やかになるように制御係数が設定された制御において、測定流量にピークが発生することを抑えることができる。

第１実施形態の流体制御装置の全体構成を模式的に示す図。 第１実施形態の制御装置の機能を示す機能ブロック図。 第１実施形態の設定流量を説明するための図。 第１実施形態の安定状態及び過渡状態を説明するための図。 第１実施形態の流体制御装置の動作を示すフローチャート。 第１実施形態の外乱等による印加電圧の変動を説明するための図。 第１実施形態の切替時用印加電圧を説明するための図。 第１実施形態の流体制御装置を用いた実験結果を示す図。 第１実施形態において生じ得る測定流量のピークを説明するための図。 第２実施形態の安定状態及び過渡状態を説明するための図。 第２実施形態の流体制御装置を用いた実験結果を示す図。 従来の流体制御装置における測定流量に生じるピークを説明するための図。 従来の流体制御装置における測定流量に生じるピークを説明するための図。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明に係る流体制御装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態の流体制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスで用いられる材料ガスの流量等を制御するマスフローコントローラであり、具体的には図１に示すように、流体が流れる流路Ｌ１と、流路Ｌ１に設けられ、当該流路Ｌ１に流れる流量を測定する流量測定部１０と、前記流量測定部１０の上流に設けられた流体制御バルブ２０と、前記流体制御バルブ２０の開度を制御する制御装置３０と具備したものである。

流量測定部１０は、流路Ｌ１を流れる流体の物理量たる流量を測定するものであり、本実施形態ではいわゆる熱式流量センサである。
具体的にこの流量測定部１０は、流路Ｌ１に設けてある流路抵抗たる層流素子１３と、層流素子１３の上流において流路Ｌ１から分岐し、当該層流素子１３の下流において流路Ｌ１に合流するセンサ流路Ｌ２と、センサ流路Ｌ２における上流側と下流側とにそれぞれ設けられた第１温度センサ１１及び第２温度センサ１２と、第１温度センサ１１及び第２温度センサ１２で測定される温度差に基づいて流路Ｌ１に流れる流量を算出する流量算出部１４と、を備えたものである。
なお、流量算出部１４は後述する制御装置３０の演算機能を利用して構成してある。

流体制御バルブ２０は、その開度を調整することにより流路Ｌ１に流れる流量を制御するものであり、本実施形態ではピエゾ式のものであって、開度をピエゾ素子からなるアクチュエータによって変化させ得るように構成されている。
より詳細にこの流体制御バルブ２０は、外部（本実施形態では後述する開度操作量出力部３２）から開度操作量信号を与えられることによって前記アクチュエータを駆動し、その開度操作量信号の値に応じて開度を調整し、流量を制御するものである。

制御装置３０は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、入力手段等を有した所謂コンピュータであり、前記メモリに格納された各種プログラムをＣＰＵによって実行することによって、図２に示すように、流量算出部１４、設定流量受付部３１、開度操作量出力部３２、制御係数格納部３３、過渡／安定状態判断部３４、及び切替時用開度操作量算出部３５としての機能を有するものである。

以下、各部について説明する。

流量算出部１４は、上述したように、各温度センサ１１、１２で測定される温度差に基づいて流路Ｌ１に流れる流量を算出するものであり、具体的には、前記温度差に基づいてセンサ流路Ｌ２に流れる質量流量を算出するとともに、流路Ｌ１とセンサ流路Ｌ２との分流比に基づいて流路Ｌ１に流れる質量流量を算出している。

設定流量受付部３１は、例えばキーボード等の入力手段によりユーザから入力された設定流量を受け付けるものである。
設定流量は、ユーザによって適宜変更され得るところ、例えば制御の途中で流量が減少又は増加するように設定されている場合や、流量の減少及び増加が繰り返されるように設定されている場合など、流量が時間経過に伴って変動する場合がある。
ここでは設定流量の一例として、図３に示すように、所定時間に亘って流量が微視的には段階的に減少し、巨視的には徐々に減少するように設定されている場合について説明する。もちろん設定流量は、所定時間に亘って流量が微視的には段階的に増加し、巨視的には徐々に増加するように設定されていても構わない。

開度操作量出力部３２は、設定流量受付部３１が受け付けた設定流量を取得するとともに、流量算出部１４が算出した測定流量を取得し、設定流量及び測定流量の偏差と予め設定された制御係数とに基づいて、前記偏差が小さくなるように流体制御バルブ２０の開度操作量を示す開度操作量信号を流体制御バルブ２０に出力するものである。
より具体的にこの開度操作量出力部３２は、前記メモリの所定領域に形成された制御係数格納部３３に格納されている比例係数、積分係数及び微分係数を取得し、これらの制御係数を用いて設定流量と測定流量との偏差にＰＩＤ演算を施すことで開度操作量たる印加電圧を算出する。そして、算出した印加電圧の大きさを示す開度操作量信号を流体制御バルブ２０に出力し、流体制御バルブ２０の開度をフィードバック制御するように構成されている。
なお、制御係数は、比例係数、積分係数及び微分係数のみならず、温度等を含む関数であっても良い。

ここで、上述のＰＩＤ演算を用いたフィードバック制御による流量（本実施形態では、流量測定部１０による測定流量）の挙動について図４を参照して説明する。
本実施形態では上述したように、微視的には流量が段階的に減少するように設定流量が設定されていることから、測定流量の挙動としては、測定流量と設定流量との偏差が小さく測定流量が安定している安定状態と、この安定状態から設定流量が変動（減少）することにより、測定流量が変動後の設定流量に向かって変動する過渡状態とが繰り返し現われる。なお、ここでの安定状態とは、測定流量と設定流量との偏差が所定値よりも小さい状態のことをいる。また、ここでの過渡状態とは、測定流量と設定流量との偏差が前記所定値よりも大きい状態のことをいい、例えば設定流量が変動したタイミングから１００ｍｓｅｃ〜３００ｍｓｅｃの期間である。

そこで本実施形態では、安定状態及び過渡状態それぞれにおいて精度良く流量制御すべく、安定状態におけるＰＩＤ演算に用いられる安定状態用制御係数と、過渡状態におけるＰＩＤ演算に用いられる過渡状態用制御係数とをそれぞれ別々に設定し、制御係数格納部３３に格納してある。つまり、本実施形態の制御係数格納部３３には、安定状態用制御係数としての比例係数、積分係数及び微分係数と、過渡状態用制御係数としての比例係数、積分係数及び微分係数とが格納されている。

より具体的に説明すると、安定状態用制御係数は、測定流量の挙動を安定状態に維持すべくゲインが大きめに設定されており、過渡状態用制御係数は、設定流量の変動直後におけるアンダーシュートやオーバーシュートを防ぐべくゲインが小さめに設定されている。
すなわち、設定流量と測定流量との偏差に対する開度操作量（印加電圧）の変動が、安定状態よりも過渡状態の方が緩やかになるように、言い換えれば、前記偏差が同じであった場合に、過渡状態の方が安定状態よりも開度操作量（印加電圧）が小さくなるように、各制御係数が設定されている。

過渡／安定状態判断部３４は、測定流量の挙動が安定状態又は過渡状態の何れであるかを判断し、何れの状態であるかを示す挙動状態信号を前記開度操作量出力部３２に出力するものである。
具体的にこの過度／安定状態判断部３４は、例えば設定流量が第１流量から第１流量とは異なる第２流量に変動したタイミングから所定期間を過渡状態と判断し、前記所定期間の経過後であって設定流量が第２流量である期間を安定状態と判断するように構成されている。
なお、前記所定期間は、実験等の結果によって決定されるものであり、例えば第１流量と第２流量との差分などに基づいて予め算出された時間として設定されており、ここでは例えば１００ｍｓｅｃ〜３００ｍｓｅｃとしてある。

切替時用開度操作量算出部３５は、安定状態において開度操作量出力部３２が複数のタイミングで出力した複数の開度操作量に基づき、その安定状態における開度操作量の中央値又はその近傍の値を切替時用開度操作量として算出するものである。
具体的にこの切替時用開度操作量算出部３５は、安定状態において開度操作量出力部３２が出力した開度操作量の平均値を前記切替時用開度操作量として算出するように構成されており、ここでは開度操作量出力部３２が出力した印加電圧を逐次取得して、その平均値を切替時用開度操作量たる切替時用印加電圧として逐次算出する。

次に、本実施形態の流体制御装置１００の動作について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ユーザが例えばキーボード等の入力手段を用いて設定流量を設定し、流量制御が開始される（Ｓ１）。

流量制御が開始されると、過渡／安定状態判断部３４が、測定流量の挙動が安定状態又は過渡状態の何れかであるかを判断し、何れの状態であるかを示す挙動状態信号を開度操作量出力部３２に送信する（Ｓ２）。なお、安定状態と過渡状態との判断方法は上述した通りである。

ここで、測定流量及び設定流量の偏差が小さく測定流量の挙動が安定している状態において、設定流量が変動すると、測定流量の挙動は安定状態から過渡状態に切り替わる。

このような場合、図６に示すように、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングで外乱等による印加電圧の変動（以下、ノイズ変動という）が生じていると、そのノイズ変動後の印加電圧は過渡状態においてすぐには戻らず、過渡状態の印加電圧は、安定状態における中央値よりも高い又低い状態に維持される。この原因は、測定流量と設定流量との偏差に対する開度操作量の変動が、安定状態よりも過渡状態の方が緩やかになるように各制御係数が設定されているからである。その結果、流体制御バルブ２０の開度は不測に大きく又は小さくなり、測定流量に例えばスパイク状のピークが発生する。

そこで本実施形態では、過渡／安定状態判断部３４から送信された挙動状態信号に基づき、開度操作量出力部３２が、安定状態から過渡状態に切り替わったか否かを判断するようにしている（Ｓ３）。

測定流量の挙動が切り替わっていない場合、開度操作量出力部３２は、挙動状態信号の示す状態に対応した安定状態用制御係数又は過渡状態用制御係数を制御係数格納部３３から取得する（Ｓ４）。そして、その制御係数を設定流量と測定流量との偏差に施して流体制御バルブ２０の開度操作量たる印加電圧を算出し、この印加電圧の値を示す開度操作量信号を流体制御バルブ２０に出力する（Ｓ５）。このとき、切替時用開度操作量算出部３５は、安定状態において開度操作量出力部３２から出力された開度操作量の平均値を切替時用開度操作量として常時算出している。

一方、測定流量の挙動が安定状態から過渡状態に切り替わった場合、開度操作量出力部３２は、その切り替わるタイミングで、切替時用開度操作量算出部３５により算出されている切替時用印加電圧を取得する（Ｓ６）。そして、その切替時用印加電圧の大きさを示す切替時用開度操作量信号を流体制御バルブ２０に出力する（Ｓ７）。

このように、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングで切替時用印加電圧を流体制御バルブ２０に印加することにより、図７に示すように、過渡状態における印加電圧を安定状態における印加電圧の中央値付近で安定させることができる。

このように構成された本実施形態に係る流体制御装置１００によれば、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングでノイズ変動が生じていたとしても、そのタイミングで切替時用印加電圧を流体制御バルブ２０に印加するので、ノイズ変動後の印加電圧はすぐに切替時用印加電圧となって安定状態における中央値付近に戻る。これにより、切替時用印加電圧を印加した後は、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングでノイズ変動が生じていない場合とほぼ同じ制御状態となる。従って、過渡状態において、流体制御バルブの開度が不測に変わることなく、ノイズ変動に起因して測定流量にピークが発生してしまうことを防ぐことが可能となる。
この作用効果は、図８に示す実験結果からも分かり、本実施形態に係る流体制御装置１００を用いることで、従来の流体制御装置を用いた場合に生じていたスパイク状のピークを抑えられている。

なお、本発明は前記第１実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の開度操作量出力部３２は、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングで切替時用開度操作量信号を出力するものであったが、切り替わるタイミングから所定時間経過する前に切替時用開度操作量信号を出力するように構成されていても良い。
この場合、前記所定時間としては、例えば安定状態から過渡状態に切り替わった後、流体制御バルブ２０が動き始めるまでの時間、すなわち流体制御バルブ２０に印加電圧がチャージされるまでの時間とすることができる。
このような構成であれば、例えば安定状態から過渡状態に切り替わった後、流体制御バルブ２０が動き始める前に切替時用開度操作量信号を出力することができ、前記実施形態と同様に、ノイズ変動に起因して測定流量にピークが生じてしまうことを抑制できる。

また、前記実施形態の切替時用開度操作量算出部３５は、安定状態における開度操作量の平均値を切替時用開度操作量として算出するものであったが、例えば安定状態における開度操作量の最大値と最小値との平均値や、安定状態における所定の制御時間内に含まれる開度操作量の平均値などを切替時用開度操作量として算出するように構成されていても良い。
さらに、切替時用開度操作量を算出する機能は、開度操作量出力部３２が有していても良い。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る流体制御装置の第２実施形態について説明する。

前記第１実施形態では、設定流量が変動した後、その変動前に用いていた安定状態用制御係数とは異なる過渡状態用制御係数を用いていたが、第２実施形態に係る流体制御装置は、設定流量が変動した後、必ずしも過渡状態用制御係数を用いるとは限らない点において、前記第１実施形態とは異なる。
この点について説明すべく、まず第１実施形態における流体制御装置１００に起こりうる測定流量の挙動について述べる。

前記第１実施形態の流体制御装置１００は、安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングで切替時用印加電圧を出力するように構成されていたが、切替時用印加電圧が安定状態における印加電圧の平均値であるので、切替時用印加電圧と安定状態における印加電圧の中央値との間には多少の差が生じ得る。
このため、その差が大きければ、図６に示した場合と同様、すなわち安定状態から過渡状態に切り替わるタイミングでノイズ変動が生じた場合と同様、過渡状態において流体制御バルブ２０の開度が不測に変わってしまい、図８に示したスパイク状のピークよりは小さいものの、図９に示すように測定流量にピークが発生することがある。

そこで、第２実施形態における流体制御装置１００は、設定流量の変動量が所定の閾値よりも小さい場合に、変動前の安定状態における制御係数が、変動したタイミング以降も継続して用いられるように構成されている。

より詳細に説明すると、第２実施形態では、過渡／安定状態判断部３４が、設定流量受付部３１が受け付けた設定流量に基づき、その設定流量が例えば第１流量から第１流量とは異なる第２流量に変動する場合に、第１流量及び第２流量の差分と前記所定の閾値とを比較するように構成されている。

そして前記差分が閾値よりも大きい場合、過渡／安定状態判断部３４は、前記第１実施形態と同様、図１０の上段に示すように、設定流量が第１流量から第２流量に変動したタイミングから所定期間を過渡状態と判断する。
一方、前記差分が閾値よりも小さい場合、過渡／安定状態判断部３４は、図１０の下段に示すように、第１流量から第２流量に変動したタイミングから、前記所定期間を設けることなく、設定流量が第２流量である期間を安定状態と判断する。

かかる構成により、第１流量と第２流量との差分が閾値よりも小さい場合、設定流量が第１流量から第２流量に変動した後においても、過渡／安定状態判断部３４から開度操作量出力部３２に送信される挙動状態信号は安定状態を示す。
したがって、開度操作量出力部３２は、設定流量が第１流量から第２流量に変動した後も、設定流量の変動前の安定状態において用いた安定状態用制御係数を取得し、設定流量の変動後もこの安定状態用制御係数を用いて開度操作量たる印加電圧を算出する。

このように構成された第２実施形態に係る流体制御装置１００によれば、安定状態における制御係数が、設定流量が変動したタイミング以降も継続して用いられるように構成されているので、安定状態から過渡状態に切り替わったタイミングで開度操作量が変動していたとしても、その開度操作量をすぐに安定状態における中央値付近に戻すことができる。これにより、図１１に示すように、測定流量のピークを第１実施形態よりもさらに抑えることができ、測定流量を設定流量により精度良く追従させることができる。

さらに、第１流量と第２流量との差分が所定の閾値よりも小さい場合に、安定状態における制御係数を継続して用いるようにしているので、アンダーシュートやオーバーシュートの発生をも抑えることができる。

なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。

例えば、流量測定部１０としては、熱式流量センサを用いたものに限られるものではなく、例えば圧力式流量センサであっても構わない。

また、流路抵抗１３としては、層流素子を用いていたが、例えばオリフィス等を用いても構わない。

さらに、流体制御バルブ２０としては、ピエゾ式に限られるものではなく、ソレノイド式等の他方式のものであっても構わない。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・流体制御システム
１０ ・・・流量測定部
２０ ・・・流体制御バルブ
３１ ・・・設定流量受付部
３２ ・・・開度操作量出力部
３３ ・・・制御係数格納部
３４ ・・・過渡／安定状態判断部
３５ ・・・切替時用開度操作量算出部

Claims (7)

1. 流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、
   前記流路に設けられた流体制御バルブと、
   予め設定された設定流量及び前記流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる前記流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部とを具備し、
   前記測定流量が安定している安定状態及び前記設定流量の変動により前記測定流量が変動する過渡状態において、前記過渡状態の方が前記安定状態よりも前記偏差に対する前記開度操作量の変動が緩やかになるように、前記制御係数が設定されており、
   前記安定状態から前記過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、前記開度操作量出力部が、前記安定状態における複数のタイミングで出力した前記各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力する流体制御装置。
2. 前記安定状態において前記開度操作量出力部が出力した前記開度操作量の平均値を前記切替時用開度操作量として算出する切替時用開度操作量算出部を具備する請求項１記載の流体制御装置。
3. 前記設定流量が第１流量から第２流量に変動し、且つ、前記第１流量と前記第２流量との差分が所定の閾値よりも小さい場合に、
   前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動する前の前記安定状態における前記制御係数を、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミング以降も継続して用いるように構成されている請求項１又は２記載の流体制御装置。
4. 前記第１流量及び前記第２流量の差分と前記所定の閾値とを比較する過渡／安定状態判断部をさらに具備し、
   前記過渡／安定状態判断部が、前記所定の閾値よりも前記差分が大きい場合は、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミングから所定期間を過渡状態であると判断し、前記所定の閾値よりも前記差分が小さい場合は、前記設定流量が前記第１流量から前記第２流量に変動したタイミングから前記設定流量が前記第２流量である期間を前記安定状態と判断する請求項３記載の流体制御装置。
5. 前記設定流量が、所定時間に亘って段階的に減少又は増加する流量として設定されている請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の流体制御装置。
6. 流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、前記流路に設けられた流体制御バルブとを具備する流体制御装置に用いられるプログラムであって、
   予め設定された設定流量及び前記流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる前記流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部としての機能をコンピュータに発揮させるものであり、
   前記測定流量が安定している安定状態及び前記設定流量の変動により前記測定流量が変動する過渡状態において、前記過渡状態の方が前記安定状態よりも前記偏差に対する前記開度操作量の変動が緩やかになるように、前記制御係数が設定されており、
   前記安定状態から前記過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、前記開度操作量出力部が、前記安定状態における複数のタイミングで出力した前記各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力する流体制御装置用プログラム。
7. 流路内を流れる流体の流量を測定する流量測定部と、
   前記流路に設けられた流体制御バルブと、
   予め設定された設定流量及び前記流量測定部の測定流量の偏差と、予め設定された制御係数とに基づいて得られる前記流体制御バルブの開度操作量を開度操作量信号として出力する開度操作量出力部とを具備し、
   前記測定流量が安定している安定状態及び前記設定流量の変動により前記測定流量が変動する過渡状態において、前記制御係数がそれぞれ設定されており、
   前記安定状態から前記過渡状態に切り替わるタイミング又はそのタイミングから所定時間経過する前に、前記開度操作量出力部が、前記安定状態における複数のタイミングで出力した前記各開度操作量から算出される切替時用開度操作量を切替時用開度操作量信号として出力する流体制御装置。