JP7455113B2 - マスフローコントローラおよびコントローラアルゴリズム - Google Patents
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Description
本願は、「Mass Flow Controller and controller algorithm」と題する2018年8月29日に出願された米国仮特許出願第16/116,780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]
流体の流量を制御するマスフローコントローラであって、
前記流体を受け取る流入口と、
バルブの動作を制御することによって前記マスフローコントローラの流出口から出る前記流体の前記流量を調節する、前記バルブに結合されたバルブアクチュエータと、
流路を通る前記流体の流量に関する流体タイプ、圧力、および温度値信号のうちの少なくとも1つを測定する少なくとも1つのセンサと、
所望の流体流速および前記信号値のうちの前記少なくとも1つを使用して前記バルブアクチュエータの線形応答を制御するために該マスフローコントローラのゲイン値を決定する、前記バルブアクチュエータに結合された線形化制御システムと、を備え、
前記線形化制御システムは、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、マスフローコントローラ。
[構成2]
前記線形化制御システムは、
前記少なくとも1つの値信号に従って流体特性を決定する流量モデル化システムと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って前記バルブの要求される動作特性を決定するバルブモデル化システムと、をさらに備える、構成1に記載のマスフローコントローラ。
[構成3]
前記バルブモデル化システムは、前記所望の流体流速を得るために、前記バルブのリフトを制御するドライブ値を決定するようにさらに構成され、
前記ドライブ値は、流体流速の変化に対するバルブリフト間の関係によって決定される、構成2に記載のマスフローコントローラ。
[構成4]
前記線形化制御システムは、
前記マスフローコントローラのメモリデバイスに記憶された前記バルブのドライブ値をスイープし、
前記圧力および温度値信号に基づいて対応する流量値を決定し、
前記決定された流量値をリフト値に変換し、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定する、ように構成される、構成1に記載のマスフローコントローラ。
[構成5]
前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶するメモリモジュールをさらに備える、構成4に記載のマスフローコントローラ。
[構成6]
前記線形化制御システムは、
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定し、
f’(g(x))=A*lift x 3 +B*lift x 2 +C*lift x +D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し、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してコントローラゲインを決定する、ように構成され、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、構成4に記載のマスフローコントローラ。
[構成7]
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に記載のマスフローコントローラ。
[構成8]
マスフローコントローラを通る流体の流量を制御する方法であって、
流入口を通る前記流体を受け取ることと、
バルブアクチュエータを使用してバルブの動作を制御することによって前記マスフローコントローラの流出口から出る前記流体の前記流量を調節することと、
所望の流体流速と、少なくとも1つのセンサから、流路を通る前記流体の流量に関する圧力、温度値、流速、および流体タイプ信号のうちの少なくとも1つと、を受信することと、
前記信号値のうちの前記少なくとも1つを使用して前記バルブの線形応答を制御することによって、前記マスフローコントローラのゲインを制御することと、を有し、
前記線形応答は、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制御される、方法。
[構成9]
前記少なくとも1つの値信号に従って流体特性を決定することと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って前記バルブの要求される動作特性を決定することと、をさらに有する、構成8に記載の方法。
[構成10]
前記所望の流体流速を得るために、前記バルブのリフトを制御するドライブ値を決定することをさらに有し、
前記ドライブ値は、流体流速の変化に対するバルブリフト間の関係によって決定される、構成9に記載の方法。
[構成11]
前記マスフローコントローラのメモリユニットに記憶された前記バルブのドライブ値をスイープすることと、
前記圧力および温度値信号に基づいて対応する流量値を決定することと、
前記決定された流量値をリフト値に変換することと、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定することと、をさらに有する、構成8に記載の方法。
[構成12]
メモリモジュールに前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶することをさらに有する、構成11に記載の方法。
[構成13]
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定することと、
f’(g(x))=A*lift x 3 +B*lift x 2 +C*lift x +D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ことと、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してコントローラゲインを決定することと、をさらに有し、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、構成11に記載の方法。
[構成14]
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、バルブモデルゲインである、構成13に記載のマスフローコントローラ。
[構成15]
マスフローコントローラにおいて使用するためのプロセス制御システムであって、
バルブアクチュエータおよびメモリデバイスと通信可能に結合され、所望の流体流速と、少なくとも1つのセンサからの、流路を通る前記流体の流量に関する圧力、温度値、流速、および流体タイプのうちの少なくとも1つと、を使用してバルブの線形応答を制御することによって、前記マスフローコントローラのゲインを制御する線形化モジュールを備え、
前記線形化モジュールは、
前記少なくとも1つの値信号に従って流体特性を決定する流量モデル化システムと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って前記バルブの要求される動作特性を決定するバルブモデル化システムと、をさらに備える、プロセス制御システム。
[構成16]
前記線形応答は、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制御される、構成15に記載のプロセス制御システム。
[構成17]
前記バルブモデル化システムは、
前記マスフローコントローラのメモリユニットに記憶された前記バルブのドライブ値をスイープし、
前記圧力および温度値信号に基づいて対応する流量値を決定し、
前記決定された流量値をリフト値に変換し、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定する、ようにさらに構成される、構成15に記載のプロセス制御システム。
[構成18]
前記メモリデバイスは、前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶する、構成17に記載のプロセス制御システム。
[構成19]
前記線形化モジュールは、
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定し、
f’(g(x))=A*lift x 3 +B*lift x 2 +C*lift x +D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し、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してゲインを決定する、ようにさらに構成され、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、構成17に記載のプロセス制御システム。
[構成20]
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、バルブモデルゲインである、構成19に記載のプロセス制御システム。
Claims (16)
- 流体の流量を制御するマスフローコントローラであって、
前記流体を受け取る流入口と、
バルブの動作を制御することによって前記マスフローコントローラの流出口から出る前記流体の前記流量を調節する、前記バルブに結合されたバルブアクチュエータと、
流路を通る前記流体の流量に関する圧力、および温度信号値のうちの少なくとも1つを測定する少なくとも1つのセンサと、
所望の流体流速および前記信号値のうちの前記少なくとも1つを使用して前記バルブアクチュエータの線形応答を制御するために、前記マスフローコントローラの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する、前記バルブアクチュエータに結合された線形化制御システムと、
前記少なくとも1つの信号値に従って流体特性を決定する流量モデル化システムと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って、前記バルブのリフトと前記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するバルブモデル化システムと、を備え、
前記線形化制御システムは、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、マスフローコントローラ。 - 前記線形化制御システムは、
前記マスフローコントローラのメモリデバイスに記憶された前記バルブのドライブ値を除去し、
前記圧力および温度信号値に基づいて対応する流量値を決定し、
前記決定された流量値をリフト値に変換し、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定する、ように構成される、請求項1に記載のマスフローコントローラ。 - 前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶するメモリモジュールをさらに備える、請求項2に記載のマスフローコントローラ。
- 前記線形化制御システムは、
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定し、
f’(g(x))=A*liftx 3+B*liftx 2+C*liftx+Dを使用してリフト(liftx)の関数として前記アクチュエータゲインを決定し、ここで、A、B、C、Dは比例定数であり、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してコントローラゲインを決定する、ように構成され、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、請求項2に記載のマスフローコントローラ。 - 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に記載のマスフローコントローラ。 - マスフローコントローラを通る流体の流量を制御する方法であって、
流入口を通る前記流体を受け取ることと、
バルブアクチュエータを使用してバルブの動作を制御することによって前記マスフローコントローラの流出口から出る前記流体の前記流量を調節することと、
所望の流体流速と、少なくとも1つのセンサから、流路を通る前記流体の流量に関する圧力、温度値、および流速の信号値のうちの少なくとも1つと、を受信することと、
前記信号値のうちの前記少なくとも1つを使用して前記バルブの線形応答を制御するために、前記マスフローコントローラの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することと、
前記少なくとも1つの信号値に従って流体特性を決定することと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って、前記バルブのリフトと前記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することと、を有し、
前記線形応答は、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制御される、方法。 - 前記マスフローコントローラのメモリユニットに記憶された前記バルブのドライブ値を除去することと、
前記圧力および温度信号値に基づいて対応する流量値を決定することと、
前記決定された流量値をリフト値に変換することと、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定することと、をさらに有する、請求項6に記載の方法。 - メモリモジュールに前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶することをさらに有する、請求項7に記載の方法。
- g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定することと、
f’(g(x))=A*liftx 3+B*liftx 2+C*liftx+Dを使用してリフト(liftx)の関数として前記アクチュエータゲインを決定することであって、ここで、A、B、C、Dは比例定数である、ことと、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してコントローラゲインを決定することと、をさらに有し、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、請求項7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9に記載の方法。 - マスフローコントローラにおいて使用するためのプロセス制御システムであって、
バルブアクチュエータおよびメモリデバイスと通信可能に結合され、所望の流体流速と、少なくとも1つのセンサからの、流路を通る流体の流量に関する圧力、温度、および流速の信号値うちの少なくとも1つと、を使用してバルブの線形応答を制御するために、前記マスフローコントローラの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する線形化モジュールを備え、
前記線形化モジュールは、
前記少なくとも1つの信号値に従って流体特性を決定する流量モデル化システムと、
バルブ仕様および前記決定された流体特性に従って、前記バルブのリフトと前記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するバルブモデル化システムと、をさらに備える、プロセス制御システム。 - 前記線形応答は、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制御される、請求項11に記載のプロセス制御システム。
- 前記バルブモデル化システムは、
前記マスフローコントローラのメモリユニットに記憶された前記バルブのドライブ値を除去し、
前記圧力および温度信号値に基づいて対応する流量値を決定し、
前記決定された流量値をリフト値に変換し、
流量の所与の変化に対するドライブ値とリフト値との間の関係を決定する、ようにさらに構成される、請求項11に記載のプロセス制御システム。 - 前記メモリデバイスは、前記バルブの複数のドライブ値およびリフト値を記憶する、請求項13に記載のプロセス制御システム。
- 前記線形化モジュールは、
g’(x)=(Y2-Y1)/(X2-X1)を使用して流速に対するリフト対流量関係の導関数を決定し、
f’(g(x))=A*liftx 3+B*liftx 2+C*liftx+Dを使用してリフト(liftx)の関数として前記アクチュエータゲインを決定し、ここで、A、B、C、Dは比例定数であり、
dY/dx=f’(g(x))g’(x)を使用してゲインを決定する、ようにさらに構成され、
X1およびX2は、流速値であり、Y1およびY2は、対応するリフト値である、請求項13に記載のプロセス制御システム。 - 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に記載のプロセス制御システム。
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