JP7401528B2 - マスフローコントローラ、コントローラアルゴリズム、および設定点フィルタ - Google Patents
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Description
本願は、「Mass Flow Controller, controller algorithm, and set point filter」と題する2018年8月29日に出願された米国仮特許出願第16/116,786号への優先権を主張する。その内容全体が全ての目的で引用することにより本明細書の一部をなす。
[式1]
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)
ここで、Y1、Y2は、流速X1、X2の±1%、またはおよそ±1%に対応するリフト値である。X1およびX2、またはそれらの差は、設定点値および実際の流速測定値から取得された流速の変化を定義する。リフト値は、メモリに記憶されたバルブ仕様から索出することができる。ブロック304において、アルゴリズム300は、以下の式2、
[式2]
f’(g(x))=A*liftx 3+B*liftx 2+C*liftx+D
およびホーナ法(Horner’s rule)を使用してリフトの関数としてアクチュエータゲインを決定する。導関数の係数は、メモリに記憶するとともに、メモリから索出することができる。ブロック306において、アルゴリズム300は、以下の式3を使用してGLLゲインを決定する。
[式3]
dY/dx=f’(g(x))g’(x)
その後、対応するドライブ信号値は、バルブアクチュエータ208を制御するためにGLLコントローラ204に送信される。
上述の実施形態は下記のように記載され得るが、下記に限定されるものではない。
[構成1]
バルブの動作を制御するバルブ制御システムであって、
バルブの線形応答時間を制御するためにドライブ値をバルブアクチュエータに送信するゲインコントローラと、
前記バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定する、前記ゲインコントローラに結合された線形化制御システムと、
設定点値をフィルタリングする、前記線形化制御システムに結合された設定点フィルタと、を備え、
前記線形化制御システムは、前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、バルブモデルデータ、アクチュエータゲイン、およびバルブモデルゲインから前記ゲイン値を決定する、バルブ制御システム。
[構成2]
前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、構成1に記載のバルブ制御システム。
[構成3]
前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、構成2に記載のバルブ制御システム。
[構成4]
前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値は、流体圧力、流体タイプ、流速、および流体温度を有する群から選択される、構成1に記載のバルブ制御システム。
[構成5]
前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、構成1に記載のバルブ制御システム。
[構成6]
前記線形応答時間は、300msよりも少なく、出力応答は、前記設定点値の98%以内である、構成1に記載のバルブ制御システム。
[構成7]
前記ゲインは、アクチュエータドライブ値の変化および前記流体の流量の変化dDrive/dFlowを決定することによって計算される、構成1に記載のバルブ制御システム。
[構成8]
バルブの動作を制御する方法であって、
ゲインコントローラにおいて、バルブの線形応答時間を制御するためにドライブ値をバルブアクチュエータに送信することと、
前記ゲインコントローラに結合された線形化制御システムにおいて、前記バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定することと、
前記線形化制御システムに結合された設定点フィルタにおいて、設定点値をフィルタリングすることと、を有し、
前記線形化制御システムは、前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、バルブモデルデータ、アクチュエータゲイン、およびバルブモデルゲインから前記ゲイン値を決定する、方法。
[構成9]
前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、構成8に記載の方法。
[構成10]
前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、構成9に記載の方法。
[構成11]
前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、
Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、構成8に記載の方法。
[構成12]
前記ゲインは、前記フィルタリングされた設定点値、前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、およびバルブ仕様から決定される、構成8に記載の方法。
[構成13]
前記線形応答時間は、300msよりも少なく、出力応答は、前記設定点値の98%以内である、構成8に記載の方法。
[構成14]
前記ゲイン値は、流体流量を示すフィードバック信号および前記ゲインコントローラの出力の逆数に等しい、構成8に記載の方法。
[構成15]
バルブベースシステムのバルブ応答時間を制御する制御システムであって、
バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定する、前記バルブベースシステムのアクチュエータに結合されたフィードバック制御システムと、
設定点値をフィルタリングする、前記フィードバック制御システムに結合された設定点フィルタと、を備え、
前記フィードバック制御システムは、前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、バルブモデルデータ、アクチュエータゲイン、およびバルブモデルゲインから前記ゲイン値を決定する、制御システム。
[構成16]
前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、構成15に記載の制御システム。
[構成17]
前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、構成16に記載の制御システム。
[構成18]
前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値は、流体圧力、流体タイプおよび流体温度を有する群から選択される、構成15に記載の制御システム。
[構成19]
前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、
Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、構成15に記載の制御システム。
[構成20]
前記ゲインは、流体流量を示すフィードバック信号およびゲインコントローラの出力の逆数に等しい、請求項15に記載の制御システム。
Claims (20)
- バルブの動作を制御するバルブ制御システムであって、
バルブの線形応答時間を制御するためにドライブ値をバルブアクチュエータに送信するゲインコントローラと、
前記バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定する、前記ゲインコントローラに結合された線形化制御システムと、
設定点値をフィルタリングする、前記線形化制御システムに結合された設定点フィルタと、を備え、
前記線形化制御システムは、
前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記バルブのリフトとの関係を示すゲイン値をアクチュエータゲインとして決定し、
前記バルブのリフトと流体の流量との関係を示す動作特性をバルブモデルゲインとして決定し、
前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、前記アクチュエータゲイン、および前記バルブモデルゲインから、前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記流体の流量との関係を示すゲイン値を決定する、バルブ制御システム。 - 前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、請求項1に記載のバルブ制御システム。
- 前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、請求項2に記載のバルブ制御システム。
- 前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値は、流体圧力、流体タイプ、流速、および流体温度を有する群から選択される、請求項1に記載のバルブ制御システム。
- 前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、前記アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、請求項1に記載のバルブ制御システム。
- 前記線形応答時間は、300msよりも少なく、出力応答は、前記設定点値の98%以内である、請求項1に記載のバルブ制御システム。
- 前記ゲイン値は、前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記流体の流量との関係を示すdDrive/dFlowを決定することによって計算される、請求項1に記載のバルブ制御システム。
- バルブの動作を制御する方法であって、
ゲインコントローラにおいて、バルブの線形応答時間を制御するためにドライブ値をバルブアクチュエータに送信することと、
前記ゲインコントローラに結合された線形化制御システムにおいて、前記バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定することと、
前記線形化制御システムに結合された設定点フィルタにおいて、設定点値をフィルタリングすることと、を有し、
前記線形化制御システムは、
前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記バルブのリフトとの関係を示すゲイン値をアクチュエータゲインとして決定し、
前記バルブのリフトと流体の流量との関係を示す動作特性をバルブモデルゲインとして決定し、
前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、前記アクチュエータゲイン、および前記バルブモデルゲインから、前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記流体の流量との関係を示すゲイン値を決定する、方法。 - 前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、請求項8に記載の方法。
- 前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、請求項9に記載の方法。
- 前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、
Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、前記アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、請求項8に記載の方法。 - 前記ゲイン値は、前記フィルタリングされた設定点値、前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、およびバルブ仕様から決定される、請求項8に記載の方法。
- 前記線形応答時間は、300msよりも少なく、出力応答は、前記設定点値の98%以内である、請求項8に記載の方法。
- 前記ゲイン値は、流体の流量を示すフィードバック信号および前記ゲインコントローラの出力の逆数に等しい、請求項8に記載の方法。
- バルブベースシステムのバルブの線形応答時間を制御する制御システムであって、
バルブの前記線形応答時間を制御するためにゲイン値を決定する、前記バルブベースシステムのアクチュエータに結合されたフィードバック制御システムと、
設定点値をフィルタリングする、前記フィードバック制御システムに結合された設定点フィルタと、を備え、
前記フィードバック制御システムは、
前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記バルブのリフトとの関係を示すゲイン値をアクチュエータゲインとして決定し、
前記バルブのリフトと流体の流量との関係を示す動作特性をバルブモデルゲインとして決定し、
前記フィルタリングされた設定点値、少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値、前記アクチュエータゲイン、および前記バルブモデルゲインから、前記バルブのリフトを制御するドライブ値と前記流体の流量との関係を示すゲイン値を決定する、制御システム。 - 前記設定点フィルタは、スルーレート制限フィルタを有する、請求項15に記載の制御システム。
- 前記設定点フィルタは、ローパスフィルタを有する、請求項16に記載の制御システム。
- 前記少なくとも1つのリアルタイム流体パラメータ値は、流体圧力、流体タイプおよび流体温度を有する群から選択される、請求項15に記載の制御システム。
- 前記ゲイン値は、dY/dx=f’(g(x))g’(x)によって定義され、
Yは、コントローラドライブであり、f’(g(x))は、前記アクチュエータゲインであり、g’(x)は、前記バルブモデルゲインである、請求項15に記載の制御システム。 - 前記ゲイン値は、流体の流量を示すフィードバック信号およびゲインコントローラの出力の逆数に等しい、請求項15に記載の制御システム。
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