JP7473397B2 - マスフローコントローラおよびハンチング抑制方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、ハンチング低減用の係数を予め決めておく必要があり、マスフローコントローラの計装環境に合わせることが難しいという課題があった。また、特許文献1に開示された技術では、比例係数Kpを通常の値から小さくしたものをハンチング低減用の係数としている。しかし、比例係数Kpを小さくする変更では、2次側の圧力損失が大きく、制御時に圧力が大きく変動するような場合に発生するハンチングを抑制できない可能性があった。このような場合には、マスフローコントローラの計装環境を見直す(例えば2次側の配管系を太くするなど)の対処を行う必要があった。
また、本発明のマスフローコントローラは、流路を流れる流体の流量を計測するように構成されたフローセンサと、前記流体の流量を制御するためのバルブと、流量設定値と前記フローセンサによって得られた流量計測値とを入力として操作量を制御周期毎に算出するように構成されたPID制御部と、前記操作量に応じた駆動電流を前記バルブに出力するように構成されたバルブ駆動回路と、前記流量設定値毎にPID定数を記憶するように構成された記憶部と、前記流量設定値が変更されたときに、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定するように構成されたPID定数設定部と、前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定するように構成されたハンチング検出部と、前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新するPID定数変更部とを備え、前記PID定数変更部は、前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの積分時間を所定の変更量だけ小さくするものであり、マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有することを特徴とするものである。
また、本発明は、PID定数を記憶している記憶部と、操作量を算出するPID制御部と、制御対象の流体の流量を制御するためのバルブを駆動するバルブ駆動回路とを備えたマスフローコントローラを用いる流量制御系におけるハンチング抑制方法であって、流量設定値が変更されたときに、流量設定値毎にPID定数を記憶している前記記憶部を参照し、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定する第1のステップと、前記流量設定値と制御対象の流体の流量計測値とを入力として前記PID制御部が操作量を制御周期毎に算出する第2のステップと、前記バルブ駆動回路に前記操作量を出力する第3のステップと、前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定する第4のステップと、前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新する第5のステップとを含み、前記第5のステップは、前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの積分時間を所定の変更量だけ小さくするステップを含み、前記マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有する前記マスフローコントローラを用いることを特徴とするものである。
P-Q特性、すなわちマスフローコントローラの1次側(上流側)の圧力と2次側(下流側)の圧力との差圧Pと、流体の流量Qとの関係は次のようにモデル化できる。
Q=CP1 (P0/P1<1/2の場合) ・・・(1)
Q=C√(P・P0) (P0/P1≧1/2の場合) ・・・(2)
C=-K0P+K1M-F ・・・(3)
P=P1-P0 ・・・(4)
Q=-K0{(P-m/2)2-m2/4} ・・・(5)
m=(K1M-F)/K0 ・・・(6)
流量Qのハンチングの要因としては、単純にPIDの標準設定に問題がある場合(比例係数Kpが大き過ぎる、積分時間Tiが小さ過ぎる)以外に、マスフローコントローラの2次側に絞りがあったり、流量Qにより差圧Pが動的に変動したりするような環境においては、これまでに述べたP-Q特性の問題により標準のPID定数でハンチングを起こす可能性が高い。このようなハンチングは、PID定数を変更することにより抑えることが可能である。
(I)比例係数Kpが大きい場合、差圧Pの変動が大きいことにより、動作領域が、差圧Pの増加に対して流量Qが減少する不安定領域(図1のm/2より右側の領域)から、差圧Pの増加に対して流量Qが増加する安定領域(図1のm/2より左側の領域)に移動し、この安定領域において流量制御動作を行うために安定となる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図8は本発明の実施例に係るマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。マスフローコントローラは、例えば樹脂製の流路ボディ1と、流路ボディ1に装着されたセンサパッケージ2と、流体の流量を制御するための比例ソレノイドバルブ3と、流量設定値SPと流量計測値Qとを入力として操作量MVを制御周期毎に算出するPID制御部4と、流量設定値SP毎にPID定数を記憶する記憶部5と、流量設定値SPが変更されたときに、変更後の流量設定値SPに対応するPID定数を記憶部5から取得してPID制御部4に設定するPID定数設定部6と、流量計測値Qにハンチングが発生しているかどうかを判定するハンチング検出部7と、ハンチング検出部7によって流量計測値Qのハンチングが検出されたときに、PID制御部4に設定されているPID定数を変更し、記憶部5に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値SPに対応するPID定数をPID制御部4に設定した変更後の値に更新するPID定数変更部8と、比例ソレノイドバルブ3を駆動するバルブ駆動回路9とを備えている。
なお、ステップS106,S107の処理は、流量設定値SPの変更後に最初にハンチングが検出されたときに1回だけ行えばよい。
(B)モデルを適応的に推定するようなものは演算に時間がかかり、実際の現場向きではない。
Claims (6)
- 流路を流れる流体の流量を計測するように構成されたフローセンサと、
前記流体の流量を制御するためのバルブと、
流量設定値と前記フローセンサによって得られた流量計測値とを入力として操作量を制御周期毎に算出するように構成されたPID制御部と、
前記操作量に応じた駆動電流を前記バルブに出力するように構成されたバルブ駆動回路と、
前記流量設定値毎にPID定数を記憶するように構成された記憶部と、
前記流量設定値が変更されたときに、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定するように構成されたPID定数設定部と、
前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定するように構成されたハンチング検出部と、
前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新するPID定数変更部とを備え、
前記PID定数変更部は、前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの比例係数を所定の変更量だけ大きくするものであり、
マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有することを特徴とするマスフローコントローラ。 - 流路を流れる流体の流量を計測するように構成されたフローセンサと、
前記流体の流量を制御するためのバルブと、
流量設定値と前記フローセンサによって得られた流量計測値とを入力として操作量を制御周期毎に算出するように構成されたPID制御部と、
前記操作量に応じた駆動電流を前記バルブに出力するように構成されたバルブ駆動回路と、
前記流量設定値毎にPID定数を記憶するように構成された記憶部と、
前記流量設定値が変更されたときに、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定するように構成されたPID定数設定部と、
前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定するように構成されたハンチング検出部と、
前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新するPID定数変更部とを備え、
前記PID定数変更部は、前記ハンチング検出部によって流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの積分時間を所定の変更量だけ小さくするものであり、
マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有することを特徴とするマスフローコントローラ。 - 請求項1または2記載のマスフローコントローラにおいて、
前記記憶部は、前記流量設定値の分割された範囲毎にPID定数を記憶し、
前記PID定数設定部は、前記流量設定値が変更されたときに、変更後の流量設定値を含む範囲に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定し、
前記PID定数変更部は、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値を含む範囲に対応するPID定数を、前記PID制御部に設定した変更後の値に更新することを特徴とするマスフローコントローラ。 - PID定数を記憶している記憶部と、操作量を算出するPID制御部と、制御対象の流体の流量を制御するためのバルブを駆動するバルブ駆動回路とを備えたマスフローコントローラを用いる流量制御系におけるハンチング抑制方法であって、
流量設定値が変更されたときに、流量設定値毎にPID定数を記憶している前記記憶部を参照し、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定する第1のステップと、
前記流量設定値と制御対象の流体の流量計測値とを入力として前記PID制御部が操作量を制御周期毎に算出する第2のステップと、
前記バルブ駆動回路に前記操作量を出力する第3のステップと、
前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定する第4のステップと、
前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新する第5のステップとを含み、
前記第5のステップは、前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの比例係数を所定の変更量だけ大きくするステップを含み、
前記マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有する前記マスフローコントローラを用いることを特徴とするハンチング抑制方法。 - PID定数を記憶している記憶部と、操作量を算出するPID制御部と、制御対象の流体の流量を制御するためのバルブを駆動するバルブ駆動回路とを備えたマスフローコントローラを用いる流量制御系におけるハンチング抑制方法であって、
流量設定値が変更されたときに、流量設定値毎にPID定数を記憶している前記記憶部を参照し、変更後の流量設定値に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定する第1のステップと、
前記流量設定値と制御対象の流体の流量計測値とを入力として前記PID制御部が操作量を制御周期毎に算出する第2のステップと、
前記バルブ駆動回路に前記操作量を出力する第3のステップと、
前記流量計測値にハンチングが発生しているかどうかを判定する第4のステップと、
前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数を変更し、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値に対応するPID定数を前記PID制御部に設定した変更後の値に更新する第5のステップとを含み、
前記第5のステップは、前記流量計測値のハンチングが検出されたときに、前記PID制御部に設定されているPID定数のうちの積分時間を所定の変更量だけ小さくするステップを含み、
前記マスフローコントローラの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧と、前記流体の流量との関係が、ある差圧で流量にピークが生じるような特性を有する前記マスフローコントローラを用いることを特徴とするハンチング抑制方法。 - 請求項4または5記載のハンチング抑制方法において、
前記記憶部は、前記流量設定値の分割された範囲毎にPID定数を記憶し、
前記第1のステップは、前記流量設定値が変更されたときに、変更後の流量設定値を含む範囲に対応するPID定数を前記記憶部から取得して前記PID制御部に設定するステップを含み、
前記第5のステップは、前記記憶部に記憶されているPID定数のうち、現在の流量設定値を含む範囲に対応するPID定数を、前記PID制御部に設定した変更後の値に更新するステップを含むことを特徴とするハンチング抑制方法。
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