JPH09217898A

JPH09217898A - 流量制御方法

Info

Publication number: JPH09217898A
Application number: JP4559596A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kazama; 洋一郎風間
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: JP3666107B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オーバーシュートを生ずることなく迅速に且
つ精度良く所定の流量になるように制御することができ
る流量制御方法を提供する。【解決手段】入力された指令流量設定値に基づいてテ
ーブル記憶部３８から対応するバルブ駆動電圧値を求め
てバルブ駆動信号を出力し、この信号により流体通路４
に介設した流量制御弁１０を制御して流体の流量を制御
する流量制御方法において、前記指令流量設定値がある
一定値以上変化した時には前記テーブル記憶部より対応
する学習値をバルブ駆動電圧値として求め、この値の所
定の割合の値を所定の時間だけバルブ駆動信号として出
力する初期工程と、その後、ＰＩＤ制御を行なうＰＩＤ
工程と、流量整定後において指令流量設定値に対応する
前記テーブル記憶部中のバルブ駆動電圧と実際のバルブ
駆動電圧との比に基づいて、前記ＰＩＤ記憶部の比例定
数、積分定数、学習値を選択的に書き換える書き換え工
程とを有するように構成する。これにより、実際の使用
条件に適合するように学習値やＰＩＤ制御定数等を適宜
補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス等の比較的小
流量の流体の流量を制御する流量制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製品等を製造するために
は、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチ
ング操作が繰り返し行われるが、この場合に微量のプロ
セスガスを精度良く制御する必要から例えば精密ガス流
量制御装置が用いられている。この種のガス流量制御装
置は、微量ガスの質量流量を検出するセンサ部と、バル
ブ部と、これを制御する制御回路部とにより主に構成さ
れている。センサ部は、全ガス量の僅かな比率の量が通
過するセンサ管に電熱コイルを巻回してなるセンサを有
しており、大部分のガスはバイパスを流れるようになっ
ている。そして、このセンサ部での検出値に基づいて制
御回路部はバルブ部の弁開度を制御し、設定値に合致し
たガス流量を流すようになっている。また、弁開度を制
御するには、全体のガス流量自体が非常に少ないことか
ら例えば数１０μｍ程度のストローク範囲内で精度良く
弁開度を制御しなければならず、このためにアクチュエ
ータとして大きな推力を持ち、微小変位を生ぜしめるこ
とができることから、一般的には積層型圧電素子体が用
いられており、これによりガス指令流量設定値に基づい
てダイヤフラムよりなる弁体を操作し、所望の弁開度に
制御するようになっている。

【０００３】ところで、バルブの弁開度すなわち操作量
を制御してガス流量をコントロールする方式としては、
位置ＰＩＤ制御方式や速度型ＰＩＤ制御方式等が知られ
ており、また、ガス流量の制御に際しては、急激なガス
流の流れ込みにより半導体処理室内に製品の欠陥の原因
となるパーティクルが巻き上がらないように制御する必
要がある。従って、パーティクル巻き上げの発生原因と
なるオーバシュートの発生は極力抑制しなければならな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】流量制御に一般的に使
用される速度型ＰＩＤ制御の制御式は一般的にはデジタ
ル系において下記に示す数１のように表される。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここでΔｍ_n は、現在のバルブ開度からの
修正分を示し、現在のバルブ開度ｍ_n を認めて、それに
対してどのような変化を与えるかという式を与えるもの
である。この制御によれば、式より明らかなようにバル
ブ開度の変化分のみ算出し、出力の前回位置との和は出
力処理部で行うために、内部での出力計算値が出力信号
域を越え難い点や、出力計算値が過大に変化し難い点や
積分値の内部計算において飽和することによる問題が生
じない点などの利点を有する反面、設定値が急激に変化
した時など、すなわちステップ応答時の応答速度がかな
り劣るという問題がある。図１４はこの状態を示してお
り、設定値が例えば０Ｖから５Ｖに急激にステップ状に
変化した時には、バルブの開度（操作量）は点線で示さ
れるように緩慢に上昇し、そのために実際の流量もオー
バシュートすることはないが流量は緩慢に設定値に向け
て上昇することになり、応答速度が悪いという問題があ
る。

【０００７】特に、実際のバルブ部の流量特性は、弁開
度が小さい時の流量変化は少なく、ある程度以上の弁開
度になると流量変化も大きくなるような特性を有してい
るので、バルブ全閉状態で流量ゼロからステップ状に設
定値が変化した時の応答性がかなり劣るという問題があ
った。

【０００８】そこで、本発明者は、先の出願（特願平５
−３３９７３７号）において、上記問題点を解決するた
めに、指令流量設定値が変化した場合には、予め作成し
ておいたテーブルに基づいて、定常操作量よりも低めの
初期操作量を求めてその値を流量制御弁に出力し、その
後、直ちに速度型ＰＩＤ制御に移行するようにした流量
制御方法を開示した。この制御方法によれば、ある程度
迅速に所望の流量に設定できるが、場合によっては流量
のオーバシュートが発生することが判明した。

【０００９】このようにオーバシュートが生じる原因
は、上述のように最初に初期操作量のバルブ駆動電圧を
オンオフ的にステップ状に出力することから、このステ
ップ状のバルブ開度の変化によるガス流量の急変がＰＩ
Ｄ制御系にとって外乱として作用し、これがためにオー
バシュートやハンチングが発生する。また、ある種の精
密ガス流量制御装置には、センサ部の後段に、センサの
応答速度を早めるために微分回路を設けるようにしたも
のもあるが、上記したようなステップ状の変化が発生す
ると、この微分回路が過度に応答してしまい、これがハ
ンチングの原因にもなっていた。また、上記した先の出
願の方法例においては、流量制御弁のヒステリシス特性
を考慮してテーブルを作成するようにしているため、こ
の作成が非常に煩雑になるという欠点もあった。

【００１０】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、オーバシュートを生ずることなく迅速に、且
つ精度良く所定の流量になるように制御することができ
る流量制御方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、複数の指令流量設定値に対応したバル
ブ駆動電圧値を学習値としてテーブル化して記憶したテ
ーブル記憶部と、ＰＩＤ制御の比例定数と積分定数とを
少なくとも記憶したＰＩＤ定数記憶部とを有する流量制
御装置を用いて、入力された指令流量設定値に基づいて
前記テーブル記憶部から対応するバルブ駆動電圧値を求
めてバルブ駆動信号を出力し、この信号により流体通路
に介設した流量制御弁を制御して流体の流量を制御する
流量制御方法において、前記指令流量設定値がある一定
値以上変化した時には前記テーブル記憶部より対応する
学習値をバルブ駆動電圧値として求め、この値の所定の
割合の値を所定の時間だけバルブ駆動信号として出力す
る初期工程と、その後、ＰＩＤ制御を行なうＰＩＤ工程
と、流量整定後において指令流量設定値に対応する前記
テーブル記憶部中のバルブ駆動電圧と実際のバルブ駆動
電圧との比が所定の範囲内の場合には、前記ＰＩＤ定数
記憶部の比例定数と積分定数の少なくとも一方を書き換
え、所定の範囲外の場合には前記テーブル記憶部に記憶
された各バルブ駆動電圧としての学習値を書き換える書
き換え工程とを備えるように構成したものである。

【００１２】本発明は、以上のように、例えば工場出荷
時等において、流量制御弁を介設した流体通路にある一
定の圧力をかけた状態で、複数の指令流量設定値を与
え、ＰＩＤ制御の結果、最終的に整定したバルブ駆動信
号の値を初期値としてテーブル記憶部に記憶しておく。
また、ＰＩＤ制御を行なうための最適と思われる比例定
数、積分定数、微分定数及び休止期間等も工場出荷段階
においてＰＩＤ定数記憶部に記憶させておく。この流量
制御弁を実際に使用する場合は、これを使用系の流体通
路に接続し、指令流量設定値に応じてテーブル記憶部に
基づいて対応する初期値をバルブ駆動信号として出力す
る。この場合、当初の所定時間だけは求めた初期値の所
定の割合、例えば８０〜９０％程度の出力とし、その
後、一定の休止期間を設け、或いは設けないで、ＰＩＤ
制御へ移行する。

【００１３】そして、所定の時間、例えば１．５秒程度
が経過して流量が整定したならば、上記したバルブ駆動
電圧の初期値やＰＩＤ制御の各種定数等が適正か否かを
学習判断し、初期値が不適正な場合には初期値を学習値
で置き換え、また、各種定数等が不適正な場合にはこれ
らの定数を補正する。このような学習操作或いは補正操
作（書き換え操作）は定期的に頻繁に行なわれ、使用系
の圧力条件等が反映されて常にその系に適応した最適な
値となるようにアップデートされる。これにより、流量
にオーバシュートを生じることなく所定の流量値まで迅
速に変化させることが可能となる。

【００１４】テーブル記憶部に記憶したバルブ駆動電圧
である初期値（学習値）の書き換えは、その流量に対応
するテーブル記憶中のバルブ駆動電圧を実際のバルブ駆
動電圧との比が所定の範囲、例えば指令流量設定値が増
加する場合には８０〜８５％の範囲以外の時には、テー
ブル記憶部中の学習値が不適切であることから応答性が
遅過ぎる、或いは早過ぎるとしてこの学習値をアップデ
ートする。尚、指令流量設定値が減少する場合には例え
ば１１５〜１２０％の範囲が基準となる。また、両駆動
電圧の比が、上記範囲内に収まっている場合であって
も、流量変化過渡時の所定の時点の流量センサ出力値と
指令流量設定値との比で表される応答係数に応じて比例
定数や積分定数或いは休止期間の長さを適切に補正す
る。この時の補正値は、応答係数と各補正対象値との関
係を予めＰＩＤ定数記憶部に記憶させており、これより
適切な値を選択することにより行なう。

【００１５】具体的には、応答係数が１００％よりも大
きくずれている時は、応答変位量に大きな影響を与える
比例定数を少なくとも補正し、小さくずれている時に
は、応答変位量に小さな影響しか与えない積分定数のみ
を補正する。ここで、応答係数を算出するにあたり、用
いる流量センサの出力値は、応答が速くてピーク値が生
じている場合にはそのピーク値を用い、逆に応答が遅く
てピーク値が判別しにくい場合には、例えば、指令流量
設定値の変動後、０．５秒経過した時のセンサ出力値を
用いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る流量制御方
法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本
発明に係る流量制御方法を実施するためのガス質量流量
制御装置を示す概略構成図、図２は図１に示す制御装置
の流量制御部の構成を示すブロック図、図３はセンサ制
御回路の出力からバルブ駆動信号を出力するまでの間の
一般的な制御状態を示す概略ブロック図である。

【００１７】まず、本発明に係る流量制御方法を実施す
るためのガス質量流量制御装置について説明する。図示
するようにこのガス質量流量制御装置２は、実際の使用
系である、例えば半導体製造装置のガス配管系ＰＡに着
脱可能に設けられる。この制御装置２は、例えばステン
レススチール等により成形された流体通路４を有してお
り、この流体通路４のガス流体の流れ方向の上流側には
大部分の流量を流すバイパス６が設けられ、下流側には
ガス流体の流量を制御するために弁体として例えばダイ
ヤフラム８を備えた流量制御弁１０が設けられる。

【００１８】上記バイパス６の両端側には、質量流量検
出センサ部１２のセンサ管１４が接続されており、これ
にバイパス６と比較して少量のガス流体を流し得るよう
になっている。このセンサ管１４には制御用の一対の電
熱コイル１６が巻回されており、これに接続されたセン
サ入力回路１８によりガス流体の質量流量を検出するよ
うになっている。

【００１９】ここでの検出値は、例えば２チャンネルの
Ａ／Ｄコンバータ２０を介して例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなる流量制御部２２へ入力されている。ま
た、外部から入力される指令流量設定値を示す設定信号
もこのＡ／Ｄコンバータ２０を介して上記流量制御部２
２へ入力される。この設定信号は、通常０〜５Ｖのアナ
ログ信号であり、上記Ａ／Ｄコンバータ２０にてデジタ
ル信号へ変換された後に流量制御部２２へ入力される。

【００２０】また、上記流量制御弁１０は上記ダイヤフ
ラム８を上下駆動するためのアクチュエータとして大き
な推力を有し、微小変位を生ずる例えば積層型圧電素子
２４を有しており、圧電素子駆動部２６からの駆動信号
で制御される。上記駆動部２６へは、流量制御部２２か
らのデジタル駆動信号がＤ／Ａコンバータ２８によりア
ナログ信号へ変換された後に入力されており、上記指令
流量設定値に対応した流量が流れるように流量制御弁１
０の操作量すなわち弁開度を制御している。

【００２１】本発明においては、例えば工場出荷段階で
予め複数の指令流量設定値に応じて得られたバルブ駆動
信号（電圧）を初期の学習値としてテーブル化して後述
するテーブル記憶部に記憶させてあり、そして、この装
置を実際の使用系に取り付けた後に、流体を流しつつ実
際のバルブ駆動信号（電圧）と各設定値に対応するテー
ブル上の上記学習値とに基づいて上記複数の指令流量設
定値に対応した学習値を求めてこの学習値に基づいてバ
ルブ駆動信号を出力するようにプログラムされている。

【００２２】また、この学習値は、必要に応じて、例え
ば流量整定後において実際のバルブ駆動電圧と対応する
学習値との比が所定の範囲、例えば指令流量設定値が増
加した時には８０〜８５％の範囲外の時にはアップデー
トされて補正するようにプログラムされている。また、
同様に工場出荷段階でＰＩＤ制御に必要とされる各種定
数、例えば比例定数、積分定数、微分定数や制御の休止
期間が後述する応答係数との関係でテーブル化して後述
するＰＩＤ定数記憶部に予め記憶させてあり、実際の使
用系において動作後、必要に応じて適切にアップデート
されて補正するようにプログラムされている。この補正
は、上記実際のバルブ駆動電圧値と学習値との比が例え
ば指令流量設定値が増加した時は８０〜８５％の範囲内
に収まっているときに、上記応答係数に依存して行なわ
れることになる。

【００２３】このプログラム内容を機能的に表現する
と、図２のように示され、大きくは工場等においてバル
ブ特性の初期値を学習するバルブ特性初期値用ブロック
３０と実際の使用系にて実際の流量制御バルブ特性の学
習を行なう学習ブロック３２とよりなり、それぞれのブ
ロックは、バルブ特性初期値演算制御部３４及び学習演
算制御部３６を含んでいる。各制御部３４、３６には、
指令流量設定値とバルブ駆動電圧である学習値との関係
を示す表１に示すようなテーブルを記憶するテーブル記
憶部３８及び表中の各指令流量設定値の順列をカウント
するテーブルカウンタ４０が共通に接続される。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記バルブ特性初期値演算制御部３４に
は、初期設定時に種々の指令流量設定値を電気的に発生
させる指令流量設定値発生部４２が接続されており、ま
た、制御部３４は、センサ出力とその時の指令流量設定
値とを比較して偏差を求めるための比較部４４の出力が
接続されている。

【００２６】そして、両２つのブロック３０、３２間を
選択的に切り替えるために学習フラグ４６が設けられて
いる。このフラグ４６は図示例では理解を容易にするた
めにスイッチとして記載されてるが、実際にはプログラ
ムで特定のビットを立てるか否かで選択されることにな
る。

【００２７】また、学習演算制御部３６には、以下のも
のが接続されている。センサ出力記憶部４８は、指令流
量設定値変化後のセンサ出力値を順次数秒間に亘って記
憶するメモリである。ＰＩＤ定数テーブル記憶部５０
は、ＰＩＤ制御時に必要となる比例定数Ｋｐ、積分定数
Ｋｉ、微分定数Ｋｄ及び制御の休止期間Ｐｔと応答係数
Ｒｋとの関係を予めテーブル化しておくメモリであり、
例えば表２に示すようなテーブルが記憶されており、後
述するように応答係数Ｒｋの値に応じて最適な値を選択
できるようになっている。

【００２８】

【表２】

【００２９】ＰＩＤ定数記憶部５２は、上記ＰＩＤ定数
テーブル記憶部５０にて選択された各定数や休止期間或
いは計算で求められた休止期間を記憶するメモリであ
り、工場出荷時には一定条件下での適正な値でそれぞれ
初期設定されており、動作後においては、必要に応じて
アップデートされ、補正される。尚、実施例では、微分
定数Ｋｄは固定値として、変更しないものとする。タイ
マ５４は、指令流量設定値が変化した時からの時間をカ
ウントするカウンタである。Ｖｇ／Ｖｎ記憶部５６は、
実際のバルブ駆動電圧Ｖｎとその時の対応するテーブル
上の学習値Ｖｇとの比の許容範囲を記憶するメモリであ
り、本実施例では指令流量設定値が増加する場合には、
例えば８０〜８５％の範囲に予め初期設定されている。

【００３０】所定の時点記憶部５８は、応答が遅い時、
すなわち指令流量設定値が増加した時にセンサ出力にピ
ーク値（山部）が判別し難い場合において、指令流量設
定値がある一定値以上、例えば１０％以上変化した時か
ら、例えば０．５秒経過した時のセンサ出力値を記憶す
るメモリであり、この値は上記応答係数Ｒｋを算出する
時に用いる。変化点記憶部６０は、指令流量設定値があ
る一定値以上増加した時にセンサ出力にピーク値が存在
した場合において、そのピーク値のセンサ出力値を記憶
するメモリであり、上述のように応答係数Ｒｋを算出す
る時に用いる。

【００３１】整定時間記憶部６２は、指令流量設定値が
ある一定値以上変化した後に、流量修正が収まって整定
するであろうと予期される時間を記憶するメモリであ
り、本実施例では例えば１．５秒に設定されている。後
述するようにこの整定時間１．５秒が経過した時に、テ
ーブル中の学習値を書き換える補正をすべきか否か、或
いはＰＩＤ制御定数等を補正すべきか否かの判断処理を
開始することになる。ＳＯｍ／ＳＰ記憶部６３は、指令
流量設定値ＳＰとセンサ出力の反動出力値ＳＯｍとの比
の基準値を記憶するメモリであり、ここでは例えば９８
％が記憶される。学習演算制御部３６は、学習値補正ブ
ロック３６ＡとＰＩＤ定数補正ブロック３６Ｂとに区分
され、両者はＶｇ／Ｖｎ判断部６４の判断結果によりい
ずれか一方が選択される。すなわち、Ｖｇ／Ｖｎ×１０
０の値が、Ｖｇ／Ｖｎ記憶部５６に記憶する範囲、８０
〜８５％の範囲外の時は学習値を補正するために学習値
補正ブロック３６Ａが選択され、逆に、８０〜８５％の
範囲内の時は、ＰＩＤ制御定数等を補正するためにＰＩ
Ｄ定数補正ブロック３６Ｂが選択される。

【００３２】上記学習値補正ブロック３６Ａは、センサ
出力とその時の指令流量設定値とを比較してこれらの偏
差を求める比較部６６、指令流量設定値が変化したか否
かを検出するための設定値変化検出部６８及びこれらの
出力値に応じて最新の学習値を求めてテーブル中の学習
値を書き換える学習値演算部７０を有している。

【００３３】一方、上記ＰＩＤ定数補正ブロック３６Ｂ
は、応答係数Ｒｋに応じてＰＩＤ定数テーブル記憶部５
０から対応するＰＩＤ制御定数等を選択し、この値でＰ
ＩＤ定数記憶部５２の定数や休止期間の長さを書き換え
るＰｋ判断部７２と、ＰＩＤ制御定数が最適値である場
合にはおいてもキックバック量を最低に制御するために
指令流量設定値ＳＰとセンサ出力の反動出力値ＳＯｍと
の比ＳＯｍ／ＳＰに応じて休止期間を増減させるための
ＳＯｍ／ＳＰ判断部７４を有している。反動出力値ＳＯ
ｍとしては、指令流量設定値が増加する場合には、セン
サ出力がピーク値（山部）を越えた後の最小値が用いら
れ、上記比ＳＯｍ／ＳＰ×１００の値が９８よりも小さ
い時に、現在の休止期間よりも例えば１０ｍ秒だけ休止
期間を長くし、しかし、最長は１００ｍ秒とする。

【００３４】上記した流量制御弁の駆動は、設定値が変
化した後の僅かな時間を除き、通常の動作時にはＰＩＤ
制御が行われる。この時の制御ブロック図の概要は、図
３に示すように表される。すなわち、センサ入力回路１
８からのセンサ出力は、微分回路７６にてその位相が早
められ、その出力は比較部７８にて指令流量設定値と比
較されてその偏差が求められる。そして、この偏差に応
じてＰＩＤ制御され、バルブ駆動信号出力部８０から所
定の電圧を示すバルブ駆動信号が出力される。

【００３５】また、バルブ駆動信号出力部８０の出力側
には、指令流量設定値がある一定値以上変化した時に、
その後の僅かな時間の間に学習値を出力する加算部８４
が設けられると共に、この学習値を出力している間はＰ
ＩＤ制御を停止するためのスイッチ部８６を設けてい
る。これらの動作は、ソフトウエア的に行なわれるのは
勿論である。尚、図１中、８８は流量出力を例えば０〜
５Ｖのアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータであ
り、９０は外部との通信を行う例えばＲＳ２３２Ｃ規格
のインタフェースである。

【００３６】次に、以上のように構成されたガス質量流
量制御装置を用いて行われる本発明方法の一例を具体的
に説明する。図１において、例えば差圧３ｋｇｆ／ｃｍ
² の流体通路４にガス流体が流れると、この一部はセン
サ部１２のセンサ管１４を流れ、大部分はバイパス６を
流れて行き、流体制御弁１０によりその流量が制御され
つつ、例えば半導体製造装置へ向かう。

【００３７】センサ管１４を流れるガス流体の流量はセ
ンサ入力回路１８により検出されて流体通路４全体に流
れる質量流量が求められ、流量制御部２２へ入力され
る。そして、この検出値が外部から入力されている指令
流量設定値と同一になるようにフィードバック制御がか
けられて流量制御弁１０の積層型圧電素子２４を駆動す
ることにより弁開度をＰＩＤ制御することになる。

【００３８】さて、図４に基づいて上記制御動作を具体
的に説明する。図４は指令流量設定値ＳＰが増加した時
のセンサ出力ＳＯと実際のバルブ駆動電圧Ｖｎの関係を
示すグラフである。この場合は、センサ出力ＳＯにオー
バーシュートが見られ、応答が少し速い場合を示してい
る。まず、指令流量設定値ＳＰがステップ状にある一定
値以上変化すると、図２中のテーブル記憶部３８に記憶
されている表１から対応する学習値を求め、この値の８
０〜９０％の値をバルブ駆動電圧として出力する。この
ように学習値の１００％の値を出力しない理由は、１０
０％の値を出力すると制御系が過度に応答してオーバー
シュートを生ずることが考えられるからである。また、
出力値が８０％よりも少な過ぎると制御性に大きな遅れ
が生じて好ましくなく、逆に、９０％よりも大きくなる
と上記したオーバーシュートが生ずる可能性が大きくな
るので同様に好ましくない。この８０〜９０％の出力値
は、ステップ状に出力してもよく、或いは図示するよう
に例えば３００ｍ秒程度の時間をかけて漸増し、リニア
に出力させるようにしてもよい。

【００３９】上記８０〜９０％の出力が終了したなら
ば、このままの状態を維持する休止期間に入り、ＰＩＤ
制御によるキックバックを抑制するようにする。この休
止期間は、ＰＩＤ制御定数等にもよるが、通常は５０ｍ
秒〜１００ｍ秒の範囲内に設定する。尚、この休止期間
は、上述のようにキックバックを抑制するために好まし
くは設けるのがよいが、より速い応答性を望む場合には
設けなくてもよい。休止期間が終了したならば、次に、
通常のＰＩＤ制御へ移行して弁開度を制御する。

【００４０】図４では応答が速くなるように、ＰＩＤ制
御定数を調整しているのでセンサ出力特性に山部（ピー
ク値）Ｐ１が生じ、その後、キックバックが生じて最低
値Ｐ２を記録して、流量が安定する整定状態へと入って
行く。そして、指令流量設定値ＳＰの変化後、略１．５
秒経過した頃には略確実に整定状態となっている。ここ
では、設定値変動後、１．５秒経過して整定状態に入っ
た時に、学習値を補正するか否か、或いはＰＩＤ制御定
数等を補正するか否かの判断操作が行なわれることにな
る。

【００４１】本発明においては、流量制御装置２をユー
ザにおける実際の使用系に取り付ける前に、例えば組み
立て工場にて行なう初期設定モードと、ユーザの実際の
使用系に取り付けた後に行なう学習モード（通常動作モ
ード）があり、これらの選択は図２に示す学習フラグ４
６の切り替えで行なう。まず、全体の流れについて説明
すると、テーブル記憶部３８は、前記表１に示すように
なテーブルで構成される。表１中のテーブルカウンタ値
ｎは、０〜１０まで１１段階に区分され、この値はテー
ブルカウンタ４０でカウントされる。尚、カウンタ値は
１１段階に限定する必要はなく、もっと細かく多段階に
してもよい。

【００４２】指令流量設定値は、カウンタ値と対応させ
て２％〜１００％までの間で、適当に略等間隔に設定さ
れる。また、初期値は、学習値の計算のベースとなる値
であり、工場レベルにて計測されて記憶されるバルブ駆
動信号の電圧値である。これに対して、学習値は流量制
御装置を実際の使用系に組み付けた後に計測されて記憶
されるバルブ駆動信号の電圧値である。工場出荷時には
この初期値が学習値の欄にコピーされて記憶されてい
る。この学習値は後述するように、適当時にアップデー
トされ、必要に応じて常に補正される。

【００４３】このように学習値を設ける理由は、工場に
て行なうテスト圧力条件と実際の使用系における使用圧
力条件とは通常異なるものであり、工場での評価をその
まま、実際の使用系に適用できないからである。例え
ば、同じ弁開度でも流すガス圧力によってその流量も異
なるので評価をし直す必要が生ずるからである。この表
１の内容は、図５に示すグラフに表されており、初期値
を求める場合には、そのテーブルカウンタ４０の値ｎを
順次増加することによって指令流量設定値を２％〜１０
０％まで順次１１段階に変化させ、その時のバルブ駆動
信号の電圧値をリードする。尚、１回目の学習値の補正
については、後述するように、ある所定の指令流量設定
値ＳＰの時の実際のバルブ駆動信号の電圧（実際の使用
系なので初期値とは異なるのが一般的である）をリード
し、この時の学習値（コピーされた初期値）との関係よ
り比例配分で学習値をシフトすることにより演算で求め
る。以後、２回目の学習値の補正は、直前の学習値を参
照して行なわれることになる。

【００４４】ここで、工場段階において、先の表１に示
す学習値を求めるために行われるバルブ特性初期設定操
作を図６に示すフローを参照して説明する。

【００３０】バルブ特性は、個々の流量制御装置の固有
の特性であり、工場での装置組み立て調整時に一定圧力
（例えば１．５ｋｇｆ／ｃｍ² ）のガス圧のもとで初期
設定させるが、この操作は、学習フラグを初期設定側へ
セットすることで自動的に開始される。この場合、前述
のように表１に示す１１段階の各指令流量設定値は、テ
ーブルカウンタ３４の内容を１つずつインクリメントす
ることにより指令流量設定値発生部４２から発生させ
る。

【００４５】図６ににおいて、まず、学習フラグ４６が
初期設定側へセットされたか否かをチェックする（Ｓ
１）。図２では、学習フラグ４６としては、便宜上、ス
イッチとして表されているが、実際にはＣＰＵの所定の
メモリに［１］を書き込むことでセットが行われる。以
後の動作はバルブ特性初期値演算制御部３４の制御下で
行われる。学習フラグ４６がバルブ特性初期設定側にセ
ットされると、指令流量設定値を０％にし（Ｓ２）、更
にテーブルカウンタ４０の値ｎをクリアする（Ｓ３）。
次に、テーブルカウンタのカウント値ｎに従い、指令流
量設定値をセットする（Ｓ４）。この場合、カウント値
ｎは０なので例えば５秒間、指令流量設定値を０％（バ
ルブ全閉）とした後、指令流量設定値を２％にセットす
る。これにより、流量制御弁１０は、ＰＩＤ制御で実際
のガス流量がセンサ出力（流量）に一致するように動作
する（Ｓ５）。そして、次に、例えば５秒後、実際の流
量を示すセンサ出力と現在の指令流量設定値（２％）と
が比較部４４にて比較されてこれらの偏差を求め、この
偏差値が所定の範囲内、例えば±１．０％以下であるか
否かが判断される（Ｓ６）。この動作は、偏差値が所定
の範囲内に入るまで行われる。

【００４６】ここで、偏差値が所定の範囲内に収まった
ならば（ＹＥＳ）、流量が安定して整定状態になってい
ることを示していることから、その時のバルブ駆動信号
の電圧をリードし、このリード値をテーブルの対応する
初期値の欄に記憶する（Ｓ７）。ここでは指令流量設定
値が２％であるのに対して、初期値Ｃ０が記憶される。
次に、テーブルカウンタ４０の値ｎが、１０に達したか
否かが判断され（Ｓ８）、ＮＯの場合には、テーブルカ
ウンタ４０が値ｎを１つインクリメントし（Ｓ９）、上
記Ｓ４からＳ８のステップを繰り返し行なう。これによ
り、指令流量設定値は１０〜１００％まで段階的に上げ
られ、表１のＣ１０まで埋められることになる。そし
て、カウンタ４０の値ｎが１０まで達すると、Ｓ８にて
ＹＥＳとなり、得られた初期値を学習値の欄にコピーし
（Ｓ１０）、学習フラグ４６をクリアし（Ｓ１１）、バ
ルブ特性初期設定操作を終了する。

【００４７】また、上述のようなＰＩＤ制御を行なう場
合、センサ出力ＳＯは、例えば図４に示すような曲線を
描くのであるが、ここで、ＰＩＤ制御定数、すなわち比
例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｉ、微分定数Ｋｄも種々変更し
て流量制御を行い、各定数の最適値と思われる値を基準
値として予め設定しておく。この場合、制御系の過敏な
応答を抑制し得、しかも過度な制御遅れを生ずることな
くキックバックを抑制することが可能な休止期間の範囲
を予め設定しておく。そして、実際の流量制御時におい
て、各制御定数や休止期間をより最適な値に補正するた
めに求められた各制御定数及び休止期間を応答係数Ｒｋ
との関係を表２に示すように予めテーブル化して記憶し
ておく。

【００４８】尚、微分定数Ｋｄは応答特性に他の定数程
影響を与えないので、ここでは固定値とする。表２にお
いて、横線は補正しないで現状維持する場合を示し、休
止期間Ｐｔは、本実施例では５０ｍ秒から１００ｍ秒ま
での範囲とし、後述するように必要に応じてこの間を１
０ｍ秒ずつ増減する。また、応答係数Ｒｋが１００％よ
りも上下に大きくずれている時には、比例定数Ｋｐと微
分定数Ｋｉの両方を補正し、小さくずれている時には積
分定数Ｋｉのみを補正することとした理由は以下の理由
による。バルブ駆動電圧修正量△ｍは以下の数２で与え
られる。

【００４９】

【数２】

【００５０】この数２から明らかなように比例定数Ｋｐ
の変化は、修正量△ｍに大きな変動を与えるのに対し
て、積分定数Ｋｉの変化は、修正量に対して小さな変動
しか与えないからである。従って、本実施例では応答係
数Ｒｋが１００％より大きくずれている時にはＫｐ、Ｋ
ｉの相方を補正するようにしたが、少なくともバルブ駆
動電圧修正量に大きな影響を与えるＫｐを補正するよう
にすればよい。このように、テーブル記憶部３８には表
１に示す数値が埋められた状態で、また、ＰＩＤ定数テ
ーブル記憶部５０には表２に示す数値が埋められた状態
で、流量制御装置２は工場より出荷され、ユーザの実際
の使用系の配管類に接続される。尚、ＰＩＤ定数記憶部
５２には初期値として、例えば先に求められたＫｉ、Ｋ
ｐ、Ｋｄ、Ｐｔがコピーされて記憶される。次に、この
実際の使用系の配管系に接続された状態で行われる実際
の流量制御動作と、これに併せて行なわれる学習値と制
御定数等の補正操作について説明する。

【００５１】まず、流量制御全体の流れについて説明す
る。図７は流量制御の全体の流れを示すフローであり、
図４に示すような制御形態を例にとって説明する。ま
ず、図２中の学習フラグ４６は、学習（通常動作）側へ
たおされ、ホストコンピュータ等より入力される指令流
量設定値ＳＰがある一定値以上、例えば１０％以上変化
したか否かが常時判断されており（Ｓ１、Ｓ１’）、こ
の変化すなわち流量変更指令が確認されると、タイマ５
４（図１参照）のカウントが開始される（Ｓ２）。以下
の時間的基準はこのカウント値を参照して判断される。
そして、この指令流量設定値ＳＰ値に対応する学習値、
すなわちバルブ駆動電圧Ｖｇを表１から求める。表１中
に存在しない場合には補完法により求める（Ｓ３）。

【００５２】次に、上記指令流量設定値が上がったか
（増加）、或いは下がったか（減少）が判断され（Ｓ
４）、上がった場合には、まず、上記求めた学習値の所
定の割合、例えば８５％の値をステップ状或いは図４に
示すように僅かな時間、例えば３００ｍ秒程度の時間を
かけてリニアに出力する（Ｓ５）。この所定の割合の範
囲は、例えば８０〜９０％の範囲とし、これよりも小さ
いと制御に遅れが生じ、大き過ぎるとオーバショートが
発生する恐れが生ずる。また、指令流量が下がった場合
には、求めた学習値の所定の割合、例えば１１０〜１２
０％の範囲内の値、例えば１１５％の値を出力する（Ｓ
６）。この場合は、図８に示すように弁開度が小さくな
って流量が低下するのでオーバショート等を防止するた
めにはＳ５の場合と異なり、初期出力時には学習値より
も大きなバルブ駆動電圧を出力する。

【００５３】このように学習値の所定の割合の出力を行
なったならば、キックバックの発生を抑制するために所
定の長さの休止期間を設ける（Ｓ７）。この期間は、キ
ックバックの抑制と過度の制御遅れを生じないようにす
るために、例えば５０〜１００ｍ秒の範囲内に設定し、
本実施例では、後述するように、この範囲内で可変とな
っている。この休止期間中に、応答性の遅いセンサ出力
が次第に増加して行く。尚、この休止期間は、制御系の
過剰応答を抑制するためのものであり、図示例のように
設けるのが好ましいが、設けなくてもよい。この所定の
長さの休止期間が終了したならば（Ｓ８）、通常のＰＩ
Ｄ制御へと移行する（Ｓ９）。そして、指令流量設定値
の変化後、流量が整定するであろう所定の時間、例えば
１．５秒経過したならば（Ｓ１０）、次に、表１の学習
値の補正操作やＰＩＤ制御定数及び休止期間の長さの補
正操作へ移行して行く（Ｓ１１）。この時の所定の時間
の基準値１．５秒は、、整定時間記憶部６２に記憶され
ている。このような補正操作が終了したならば、また、
最初のステップＳに戻り、同じ操作が繰り返し行なわれ
ることになる。

【００５４】上記補正操作の概略的フローについて図９
を参照して説明する。まず、流量整定後において実際の
流量を示すセンサ出力と指令流量設定値との差、すなわ
ち偏差が許容範囲内、例えば±２％以内に収まっている
か否かが判断され（Ｓ１）、これが収まっていない場合
には、機械的故障と考えられるので（Ｓ２）、処理を終
了する。

【００５５】上記偏差が、±２％の範囲内に入っている
場合には、まず、表１の学習値が適切か否かが判断され
る（Ｓ３）。この判断に際しては、後述するように実際
のバルブ駆動電圧Ｖｎとその時の流量に対する学習値Ｖ
ｇの比が参照される。ここで、学習値が適切でない場合
には（ＮＯ）、学習値の補正操作が実際に実行されるこ
とになる（Ｓ４）。また、Ｓ３において学習値が適切な
場合には（ＹＥＳ）、次に、応答係数Ｒｋが適切か否か
が判断され（Ｓ５）、ＮＯの場合、すなわち不適切な場
合には、ＰＩＤ制御定数Ｋｐ，Ｋｉや休止期間の長さな
どを表２に基づいて選択的に補正する（Ｓ６）。また、
Ｓ５において応答係数Ｒｋが適切な場合には（ＹＥ
Ｓ）、より適正な制御を行なうために、必要に応じて休
止期間の長さを微調整する（Ｓ７）。このように制御性
が劣る場合には、まず、学習値が適正な値になっている
か否かを判断し、これが適正な場合に初めてＰＩＤ制御
定数等を補正するようにしている。

【００５６】次に、表１中の学習値の補正操作について
説明する。この学習操作は、主にガス流の圧力条件で決
まる実使用条件に適合させるための操作であり、例えば
次の条件を満足する時に学習を行なう。応答係数Ｒｋが所定の範囲外となること。指令流量設定値に変化がないこと。指令流量設定値とセンサ出力（流量）との偏差が、所
定の範囲、例えば±１．０％以内に一定時間、例えば５
秒間、収まっていること。この学習操作は、上記
の条件を満たしている時に、現在の指令流量設定値ＳＰ
と上記表１中の学習値の内、ＳＰを挟む２つの学習値に
より仮の学習値（バルブ駆動電圧）Ｖｃを数３により求
め、次に、現実のバルブ駆動電圧Ｖｍと上記仮の学習値
Ｖｃの比から各指令流量設定値の新たな学習値ｍ_n を数
４により求める。従って、図５に示すように新たな学習
値のグラフは、初期値或いは旧学習値のグラフを所定の
量だけシフトしたような形態となる。

【００５７】

【数３】

【００５８】

【数４】

【００５９】尚、ｍ_n ，ｍ_n-1 は表１中のＳＰに対応す
る指令流量設定値の両側の指令流量設定値（ｎ：１〜１
０）。そして、新たな学習値が計算された後は、指令流
量設定値が変化した場合にはこの学習値を基にしてバル
ブ駆動電圧が出力される。ここでは、現在の指令流量設
定値が６５％の場合を例にとって説明する。図１０にお
いて、指令流量設定値が変化した後、所定時間、例えば
１．５秒が経過して応答係数Ｒｋが所定の範囲外となっ
ていることを前提とし、設定値変化検出部６８（図２参
照）にて指令流量設定値が変化しているか否かを判断す
る（Ｓ１）。ここで、指令流量設定値が変化していない
ものと判断されたならば、比較部６６にて現在の指令流
量設定値（６５％）と実際の流量を示すセンサ出力とを
比較して偏差を求め、この偏差が所定の範囲内、例えば
±１．０％以内に一定の時間、例えば５秒間収まってい
るか否かが判断される（Ｓ２）。

【００６０】そして、上記判断の結果、ＹＥＳの場合に
は現在のバルブ駆動信号の電圧Ｖｍをリードする（Ｓ
３）。次に、上記バルブ電圧Ｖｍと表１中の学習値よ
り、数３、数４に基づいて新たな学習値を求める（Ｓ
４）。ここでは指令流量設定値ＳＰは６５％に設定され
ることからこれを挟む両側の学習値はｍ６、ｍ７とな
る。まず、数３より仮の学習値Ｖｃは以下の数５のよう
になる。

【００６１】

【数５】

【００６２】この仮の学習値Ｖｃを数４に代入して、ｍ
_n を０から１０まで変化させることにより、表１中の全
ての新たな学習値ｍ０〜ｍ１０を得ることができ、この
新たな学習値で旧学習値を置き換える。尚、ＳＰ値が表
１中に示す指令流量設定値ならば、仮の学習値Ｖｃとし
てそれに対応する学習値を用いればよい。また、新たな
学習値が前の旧学習値から変化が少ない場合（例えば、
１〜２％）は、指令流量設定値を挟む両側の学習値だけ
を書き換えてもよい。

【００６３】このように、実際の流量の制御過程におい
て、例えば指令流量設定値が変化した時には、繰り返し
上記学習値が更新（アップデート）されて、常に補正が
なされる。尚、表１中に示されていない指令流量設定値
に対する学習値を求めるには、補完法を用い、その値を
出力すればよい（図５参照）。例えば、指令流量設定値
が０％から８５％（ＳＰ値）に変化した時には、補完法
により出力すべき学習値（バルブ駆動電圧）Ｖｍは数６
に示すように求められる。

【００６４】

【数６】

【００６５】次に、図１１及び図１２に基づいてＰＩＤ
制御定数等の補正操作の詳細について説明する。ここで
は、指令流量設定値がステップ状に増加した時を例にと
って説明する。この時の制御態様は大きく分けて図１２
に示すように３つに分けられ、図１２（Ａ）は応答が遅
い場合、図１２（Ｂ）はオーバショートが生じて応答が
速い場合、図１２（Ｃ）は応答が略適正な場合をそれぞ
れ示している。図１１において、まず、前述したように
指令流量設定値が変化した後、１．５秒経過して流量が
整定したか否かが判断され（Ｓ１）、流量が整定したな
らばＶｇ／Ｖｎ判断部６４（図２参照）にてＶｇ／Ｖｎ
×１００の値が８０〜８５％の範囲内に入っているか否
かを判断する（Ｓ２、Ｓ３）。ここで、Ｖｎは実際のバ
ルブ駆動電圧、Ｖｇはその時の流量に対応する学習値で
ある。

【００６６】Ｖｇ／Ｖｎ×１００の値が８０％よりも小
さくて図１２（Ａ）に示すような応答性を示すような場
合（Ｓ２のＹＥＳ）及び８５％よりも大きくで図１２
（Ｂ）に示すような応答性を示すような場合（Ｓ３のＹ
ＥＳ）には、ともに学習値と実際のバルブ駆動電圧との
差が大き過ぎることを意味しているので、表１中の学習
値を補正する（Ｓ４）。この時の補正操作は先に説明し
た図１０に示すフローに従って行なわれる。尚、基準値
８０〜８５％は、Ｖｇ／Ｖｎ記憶部５６に予め記憶され
ている。

【００６７】Ｖｇ／Ｖｎ×１００が８０〜８５％の範囲
内の場合には（Ｓ３のＮＯ）、学習値は適正であること
から実質的にＰＩＤ制御定数等の補正操作に入る。ま
ず、流量変化過渡時にセンサ出力に凸部（山部）があっ
たか否かに応じて（Ｓ５）、Ｒｋ判断部７２にて応答係
数Ｒｋを求める。ここで応答係数Ｒｋは、応答の速さを
表す係数であり、センサ出力に凸部が存在しなかった場
合（Ｓ５のＮＯ）、例えば図１２（Ａ）に示すような遅
い応答の場合には例えば設定値変化後、０．５秒後のセ
ンサ出力と設定値との比（ＳＯ_0.5／ＳＰ）×１００で
表され（Ｓ６）、センサ出力に凸部（ピーク）が存在し
た場合（Ｓ５のＹＥＳ）、例えば図１２（Ｂ）に示すよ
うな速い応答の場合には、ピーク時点のセンサ出力と設
定値との比（ＳＯｐｋ／ＳＰ）×１００で表される（Ｓ
７）。尚、図１２（Ｃ）に示すような応答性の場合にも
上記いずれか一方の方法で応答係数Ｒｋが求められる。
また、指令流量設定変化後のセンサ出力はセンサ出力記
憶部４８に記憶されており、上記した０．５秒経過時の
センサ出力値及びピーク時のセンサ出力値は、センサ出
力記憶部４８よりピックアップされて、それぞれ所定の
時点記憶部５８及び変曲点記憶部６０に記憶されてい
る。

【００６８】次に、上記求めた応答係数Ｒｋが所定の範
囲、例えば９８〜１０２％の範囲内に入っているか否か
が判断され（Ｓ８）、ＮＯの場合、すなわち上記範囲内
に入っていない場合には、応答係数Ｒｋに基づいて表２
から対応するＫｐ、Ｋｉ、休止期間Ｐｔを求め（Ｓ
９）、この値でＰＩＤ定数記憶部５２に記憶されていた
各値をアップデートし、補正する（Ｓ１０）。前述し
たように表２中において横線は変更しない場合を示し、
また、例えばＫｐ×０．９は、工場にて設定された基準
値Ｋｐに対して０．９を乗算した値を設定することを意
味する。

【００６９】応答係数Ｐｋが９８〜１０２％の範囲内の
場合には（Ｓ８のＹＥＳ）、図１２（Ｃ）に示すように
応答性がかなり良好な場合であるが、この場合にはキッ
クバックをより少なくして制御性を向上させるために必
要ならば休止期間Ｐｔを微調整する。そのために、ＳＯ
ｍ／ＳＰ判断部７４において、ＳＯｍ／ＳＰ×１００の
値が所定の値、例えば９８％よりも小さいか否かを判断
する（Ｓ１１）。ここで、ＳＯｍは、ここではセンサ出
力の最小値を示し、ＳＰは設定値を示す。また、基準値
９８％は、予めＳＯｍ／ＳＰ記憶部６３に記憶されてい
る。

【００７０】この判断の結果、両者の比が９８％よりも
小さい場合には（Ｓ１１のＹＥＳ）、現在の休止期間Ｐ
ｔに対して１０ｍ秒を加えた値を新たな休止期間として
ＰＩＤ定数記憶部５２の対応する値を補正し（Ｓ１
２）、ＰＩＤ制御の修正動作を穏やかにすることによっ
てキックバックをより抑制させる。ただし、この休止期
間は５０ｍ秒を最小とし、１００ｍ秒を最大とする。従
って、５０ｍ秒から１００ｍ秒の範囲内で適宜選択され
ることになる。また、Ｓ１１において両者の比が９８％
から１００％の範囲内の場合には（Ｓ１１のＮＯ）、適
正な値であることから何ら補正は行なわない（Ｓ１
３）。このように、本発明においては実際の流量制御の
特性を参照して指令流量設定値に対応した学習値（バル
ブ駆動電圧）を補正したり、学習値が適正な場合にはＰ
ＩＤ制御定数等を選択的に補正するようにしたので、常
に、実際の流量制御特性に対応させて各値を適正値に変
更、補正することが可能となる。

【００７１】従って、オーバシュートを生ずることなく
迅速且つ高精度な流量制御が可能となる。尚、上記実施
例における各判断基準の定数、例えばＳＯｍ／ＳＰ基準
値の９８％、整定基準値の１．５秒、Ｖｇ／Ｖｍ基準範
囲の８０〜８５％、表２中の各制御定数Ｋｐ、Ｋｉ、休
止期間Ｐｔの長さ等はすべて一例を示したに過ぎず、こ
れに限定されない。また、これらの値は、バルブ使用系
に対応させて可変的に記憶できる構造としてもよい。ま
た、図１１に示すフローは、指令流量設定値が増加した
場合のフローを示しているが、指令流量設定値が減少し
た時のフローは図１３に示される。この場合には、図８
において説明したように流量が減少することから、この
場合にもアンダーシュート等が生じないようにするため
に図１１に示すフローの各基準値が、１００％を越えて
相補的な関係となる。すなわち、図１３中のＳ２及びＳ
３においては、Ｖｇ／Ｖｎ×１００の値が１１５％〜１
２０％の範囲内に収まっているか否かが判断され、ま
た、Ｓ４においては流量変化過渡時にピーク値ではなく
谷部が存在するか否かが判断される。図８においてはセ
ンサ出力に谷部Ｐ２が存在している時の曲線を示してい
る。

【００７２】また、Ｓ７においては応答係数Ｒｋの算出
にあたり、凸部ではなく、上記谷部Ｐ２におけるセンサ
出力値を用いている。更には、Ｓ１１においては、ＳＯ
ｍ／ＳＰを算出するにあたり、ＳＯｍの値としては、谷
部Ｐ２を経過した後の最大値を用いている。このよう
に、指令流量設定値が増加する時と減少する時の制御方
向は互いに逆方向となるので、各基準値も上述のように
相補的となるように設定すればよい。また、本実施例で
はダイヤフラム８を駆動するアクチュエータとして圧電
素子を用いているが、これに限定されず、例えば電磁式
のアクチュエータを用いることもできる。バルブ駆動電
圧は、圧電素子の場合には、０〜１２０Ｖ程度の範囲内
になるのに対し、電磁式のアクチュエータの場合は、０
〜１５Ｖ程度の範囲内となる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。実際の流量制御特性を参照して、指令流量
設定値に対応した学習値（バルブ駆動電圧）やＰＩＤ制
御定数等を選択的に適切に補正して制御特性に合致させ
るようにしたので、常に、高速で、且つオーバシュート
等が生ずることのない制御性の良好な流量制御を行なう
ことができる。また、制御途中に可変になされた休止期
間を設けることにより、ＰＩＤ制御の修正動作を適正に
制御でき、制御の遅延等を生ずることなく一層精度の高
い流量制御を行なうことができる。更に、上述のように
学習値やＰＩＤ制御定数等は、所定の条件下において常
にアップデートされるので、バルブの経年変化や流体の
圧力変化によってバルブ特性が変化してもこれに追従す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量制御方法を実施するためのガ
ス質量流量制御装置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す制御装置の流量制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図３】センサ制御回路の出力からバルブ駆動信号を出
力するまでの間の一般的な制御状態を示す概略ブロック
図である。

【図４】本発明の流量制御方法を説明するための特性図
である。

【図５】表１中の初期値（学習値）から新たな学習値へ
補正する場合のバルブ駆動電圧の変化を示すグラフであ
る。

【図６】バルブ特性の初期設定を行なう時のフローを示
す図である。

【図７】全体の流量制御フローを示す図である。

【図８】指令流量設定値が減少した時の制御特性の一例
を示すグラフである。

【図９】補正の概略的フローを示す図である。

【図１０】表１の設定値を補正する時の学習フローを示
す図でる。

【図１１】流量増加時のＰＩＤ制御定数等の補正の詳細
フローを示す図である。

【図１２】流量制御時の特性パターンを示す図である。

【図１３】流量減少時のＰＩＤ制御定数等の補正の詳細
フローを示す図である。

【図１４】一般的な流量制御特性を示すグラフである。

【符号の説明】

２ガス質量流量制御装置４流体通路１０流量制御弁１２質量流量検出センサ部１８センサ入力回路２２流量制御部２４積層型圧電素子２６圧電素子駆動部３０バルブ特性初期値用ブロック３２学習ブロック３４バルブ特性初期値演算ブロック３６学習演算制御部３６Ａ学習値補正ブロック３６ＢＰＩＤ定数補正ブロック３８テーブル記憶部４２流量設定発生部５０ＰＩＤ定数テーブル記憶部５２ＰＩＤ定数記憶部６４Ｖｇ／Ｖｎ判断部７０学習値演算部７２Ｒｋ判断部７４ＳＯｍ／ＳＰ判断部８２ＰＩＤ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の指令流量設定値に対応したバルブ
駆動電圧値を学習値としてテーブル化して記憶したテー
ブル記憶部と、ＰＩＤ制御の比例定数と積分定数とを少
なくとも記憶したＰＩＤ定数記憶部とを有する流量制御
装置を用いて、入力された指令流量設定値に基づいて前
記テーブル記憶部から対応するバルブ駆動電圧値を求め
てバルブ駆動信号を出力し、この信号により流体通路に
介設した流量制御弁を制御して流体の流量を制御する流
量制御方法において、前記指令流量設定値がある一定値
以上変化した時には前記テーブル記憶部より対応する学
習値をバルブ駆動電圧値として求め、この値の所定の割
合の値を所定の時間だけバルブ駆動信号として出力する
初期工程と、その後、ＰＩＤ制御を行なうＰＩＤ工程
と、流量整定後において指令流量設定値に対応する前記
テーブル記憶部中のバルブ駆動電圧と実際のバルブ駆動
電圧との比が所定の範囲内の場合には、前記ＰＩＤ定数
記憶部の比例定数と積分定数の少なくとも一方を書き換
え、所定の範囲外の場合には前記テーブル記憶部に記憶
された各バルブ駆動電圧としての学習値を書き換える書
き換え工程とを有するように構成したことを特徴とする
流量制御方法。
【請求項２】前記テーブル記憶部のバルブ駆動電圧の
書き換えは、前記テーブル記憶部のバルブ駆動電圧と実
際のバルブ駆動電圧との比に基づいて行なわれることを
特徴とする請求項１記載の流量制御方法。
【請求項３】前記比例定数と積分定数の少なくとも一
方の書き換えは、流量変化過渡時の所定の時点の流量セ
ンサの出力値と指令流量設定値との比で表される応答係
数と比例定数または／及び積分定数との関係を予めテー
ブル化したＰＩＤ定数テーブル記憶部から選択した値を
用いて書き換えるように構成したことを特徴とする請求
項１または２記載の流量制御方法。
【請求項４】前記比例定数と積分定数の少なくとも一
方の書き換えは、前記応答係数が１００％よりも大きく
ずれている時には比例定数と積分定数の内、少なくとも
比例定数の書き換えを行い、小さくずれている時には積
分定数のみの書き換えを行なうことを特徴とする請求項
１乃至３記載の流量制御方法。
【請求項５】前記初期工程と前記ＰＩＤ工程との間に
は、前記初期工程の終点状態を保持する休止期間を設け
るように構成したことを特徴とする請求項１乃至４記載
の流量制御方法。
【請求項６】前記休止期間の長さは、前記比例定数ま
たは／及び積分定数と共に補正されることを特徴とする
請求項５記載の流量制御方法。
【請求項７】前記初期工程における所定の割合は、流
量が増加する時は求められた学習値の８０〜９０％の範
囲内であり、流量が減少する時には１１０〜１２０％の
範囲内であることを特徴とする請求項１乃至６記載の流
量制御方法。
【請求項８】前記流量変化過渡時の所定の時点は、流
量が増加する場合において前記流量センサの出力値に山
部が存在する時にはその山部の時点であり、流量が減少
する場合において前記流量センサの出力値に谷部が存在
する時にはその谷部であることを特徴とする請求項３乃
至７記載の流量制御方法。
【請求項９】前記流量変化過渡時の所定の時点は、前
記流量センサの出力値に山部及び谷部が存在しない場合
には、指令流量設定値の変化後、所定の時間が経過した
時点であることを特徴とする請求項３乃至７記載の流量
制御方法。