KR100621830B1 - 가변 이득 비례 적분 (ｐｉ) 제어기용 시스템 및 방법 - Google Patents

가변 이득 비례 적분 (ｐｉ) 제어기용 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

가변 이득 PI 제어기를 이용해서 밸브 구동 신호를 생성하는 방법이 개시된다. 적분 함수는 PI 제어기내의 가변 이득의 기능을 하는 적분 이득 요소를 포함한다. 최대 설정값의 정규화된 소정의 백분율보다 작은 설정값 신호에서, 이득 요소는 공식(Ⅰ)과 같고, 여기서 A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수이다. 그렇지 않으면, 적분 이득 요소는 공식(Ⅱ)와 같고, 여기서 A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수이고, χ는 정규화된 설정값 신호이다.
Figure 112002000720869-pct00015
적분 이득 요소, 설정값 신호, 이득 상수, 유량 조절기, 밸브 구동 회로

Description

가변 이득 비례 적분 (ＰＩ) 제어기용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A VARIABLE GAIN PROPORTIONAL-INTEGRAL (PI) CONTROLLER}
본 발명은 비례적분 제어 시스템 및 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 유량 조절기에서의 비례적분 제어 방법에 관한 것이다.
많은 제조과정에서 처리 챔버로의 처리가스의 도입 속도는 엄격하게 제어될 필요가 있다. 이런 타입의 처리는 유량 조절기(MFC)를 사용해서 가스의 플로우 레이트(flow rate)를 조절한다. 유량 조절기는 처리 챔버로의 처리 가스의 유량을 설정하고, 측정하고, 조절하는 폐루프 디바이스이다. 반도체 어플리케이션은 유량 조절기 기술에서 제품 개발에 숨은 구동력이 되어왔고, 계속 되고 있다. 그럼에도 불구하고, 유량 조절기는 제약 산업이나 식품 산업과 같은 다른 산업에도 유용하다.
열 유량 조절기는 유량 센서를 포함하고 있는 전반부와 제어 밸브를 포함하고 있는 후반부로 이루어져 있다. 유량 센서는 흔히 캐필러리 튜브를 권회한 한쌍의 저항 열 센서로 이루어져 있다. 가스가 센서를 통과할 때, 열이 하류로 이송되고, 온도차는 가스의 플로우 레이트에 비례한다. 이 온도차는 다른 저항을 센서 소자내에서 변화시킬 것이다. 조절 밸브는 전자부품을 통해서 유량 센서로부터 신 호를 수신해서 가스의 흐름을 조정한다. 솔레노이드 작동식 밸브는 간편성, 빠른 응답, 견고성, 및 저렴성으로 인해서 제어 밸브로서 흔히 사용된다.
종래의 피드백 제어 방법은 종종 유량 조절기내에서 가스의 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 유량 조절기에서, 상기 시스템은 유량 조절기내의 가스의 소망의 흐름을 나타내는 설정값(set-point), 유량 조절기 내의 가스의 실제 속도를 감지하는 센서, 제어기, 및 플랜트를 포함한다. 제어기는 플랜트의 액션을 제어하는 전자회로로 이루어져 있다. 유량 조절기의 경우에, 플랜트는 처리 챔버로의 가스의 실제 속도를 직접제어하는 솔레노이드 작동식 밸브가 될 수 있다. 제어기 내의 전자 회로는 오차 신호에 기초해서 제어 신호(밸브 구동 신호)를 생성할 수 있다. 오차 신호는 설정값 신호와 피드백 신호와의 차이다. 유량 조절기의 경우에, 설정값 신호는 소망의 플로우 레이트의 함수이고, 피드백 신호는 실제 플로우 레이트의 함수이다.
흔히 사용되는 피드백 제어 모드는 비례제어, 적분 제어 및 미분 제어이다. 비례제어에서, 제어 신호는 오차 신호에 비례한다. 제어기 이득은 제어 신호가 설정값 신호와 피드백 신호와의 사이의 작은 편차에도 반응하도록 조정될 수 있다. 제어기 이득의 설계는 설정값과 피드백 신호와의 사이의 편차가 증가하고 감소함에 따라 제어 신호가 증가하고 감소하도록 선택될 수 있다. 비례만의 제어의 근본적인 결함은 정상 상태 오차를 제거할 수 없다는 것이다.
적분 제어는 오차를 제거하는 이점 때문에 흔히 널리 사용된다. 적분 제어에서, 제어 신호는 시간에 대한 오차 신호의 적분에 의존한다. 시스템의 정상상태 동작 동안, 제어 오차가 상수라면, 오차의 적분은 시간에 따라 변화하고, 궁극적으로 오차를 제로로 만드는 플랜트의 액션을 낸다. 오차 신호가 일정 시간 유지되기 때문에, 적분 제어기는 단독으로는 잘 사용되지 않는다. 그러나 비례제어는 오차 신호를 순간적으로 증폭시킨다. 따라서, 적분 제어는 밸브 구동 신호(제어 신호)를 생성하기 위해 소위 비례적분(PI) 제어기에서 비례제어와 관련되어서 흔히 사용된다.
오차 신호의 동작을 예측하기 위해 미분 제어를 행한다. 미분 제어에서, 제어 신호는 오차 신호의 변화속도에 의존한다. 미분 제어는 또한 정상 상태에 도달하기까지의 처리에 필요한 시간을 감소시키는 경향이 있다. 미분 제어는 비례 제어 또는 비례적분 제어와 관련되어서 사용된다.
종래의 유량 조절기에 있어서의 지속적인 문제는 솔레노이드 밸브 액션이 밸브 구동 신호(제어 신호)의 선형함수가 아니라는 것이다. 솔레노이드 밸브에 대해 밸브 구동 신호와 유량 조절기에 실제 플로우 사이의 관계는 이력현상을 가지고 있다. 도 1은 유량 조절기의 실제 흐름에 대한 밸브 구동 신호의 그래프 표현이다. 밸브의 이득은 유량의 증가에 따라 증가한다. 밸브 구동 신호는 x축을 따라서 표현되고, 유량조절기의 실제 흐름은 y축을 따라서 표현된다. 밸브 구동 신호가 증가함에 따라서, 유량 조절기의 실제 흐름은 밸브 구동 신호가 X3의 값에 도달하기 전까지는 증가하기 시작하지 않는다. 밸브 구동 신호가 X3에 도달하기까지 걸리는 시간은 대드 타임으로 나타나 있다. 일단 밸브 구동 신호가 X3에 도달하면, 실제 플로우는 밸브 구동 신호의 함수에 따라서 비례 방식으로(그러나 비선형으로)증가하기 시작한다. 일단 밸브 구동 신호가 X4의 최대값에 도달하면, 밸브 구동 신호의 증가가 유량 조절기의 실제 플로우를 즉시 증가시키지는 않는다. 실제 플로우가 밸브 구동 신호의 함수에 따라서 비례 방식(그러나, 비선형)으로 증가할 때까지, 밸브 구동 신호는 X2의 값까지 증가해야 한다. 일단 밸브 구동신호가 X1의 레벨에 도달하면, 실제 플로우는 중지된다. 밸브 구동 신호가 밸브의 응답을 무시할만큼 약할 때나 밸브 구동 신호가 임의의 "임계값"(X3)을 지나면, 밸브응답이 크게 증가한다는 것을 도 1로부터 알 수 있다. 밸브의 이득은 유량에 따라 증가한다. 솔레노이드 밸브와 관련된 이러한 타입의 비선형 특성은 극도로 제어하기 어렵고, 완전하게 보상될 수 없다.
궁극적으로, 솔레노이드 작동식 밸브를 통한 실제 플로우와 밸브 구동 신호와의 사이의 비선형관계에 의해 야기된 유량 조절기의 실제 플로우의 비선형 동작을 보상할 필요가 있다.
본 발명은 이전에 개발된 밸브 구동 신호를 생성하는 시스템 및 방법과 관련된 단점 및 문제를 상당히 제거하거나 감소시킨 밸브 구동 신호를 생성하는 시스템 및 방법을 제공한다.
더 상세하게는, 본 발명은 유량 조절기내의 가변 이득 PI 제어기를 사용해서 밸브 구동 신호를 생성하는 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 방법은 오차 신호와 비례 이득을 곱해서 비례 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 오차 신호에 대해 적분 함수를 구현하는 단계를 포함한다. 이 적분 함수는 PI 제어기내의 가변 이득으로 작용하는 적분 이득 요소를 포함한다. 최대 설정값의 정규화된 소정의 백분율(p)보다 작은 설정값 신호에 대하여, 적분 이득 요소는
Figure 112005023034821-pct00001
와 같고, 여기서, A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수이고, max(χ)는 정규화된 설정값 신호의 최대값이다. 그렇지 않은 경우에, 적분 이득 요소는
Figure 112005023034821-pct00002
이고, 여기서, A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수이고, χ는 정규화된 설정값 신호이다. 적분 함수를 구현함으로써, 적분신호가 생성된다. 마침내, 적분 신호와 비례 신호가 합해져서, 밸브 구동 신호를 생성한다. 오차 신호는 설정값 신호와 피드백 신호와의 사이의 차의 함수이다. 설정값 신호는 유량 조절기의 소망의 플로우 레이트의 함수이고, 피드백 신호는 유량 조절기의 실제 플로우 레이트의 함수이다.
본 발명은 PI 제어기내의 적분 이득 요소가 가변 이득이 될 수 있게 한다는 점에서 중요한 기술적인 이점을 제공한다. 적분 이득 요소는 설정값 신호의 함수이다. 이와 같이, 낮은 설정값 신호에 대해서, 더 낮은 밸브 이득의 영향은 더 높은 적분 이득으로 보상받을 수 있다. 이 메카니즘은 동작 포인트에 관계없이 동일한 제어 시스템 피드백 루프 이득을 유지해서, 시스템 응답을 응답속도와 외란 제거 특성이 일정하게 유지되게 해서, 낮은 설정값(또는 동작 포인트)에서 동작하는 동안 인렛 응답 외란으로부터의 완만한 회복과 지연된 스텝응답을 효과적으로 감춘다.
본 발명의 다른 기술적인 이점은 유량 조절기내의 밸브와 관련된 대드 타임이 감소되어서, 유량 조절기가 최대 유량의 100%까지 상승하던지 최대 유량의 5%까지 상승하던지 상관없이 동일한 효율로 밸브 대드 타임전체에서 제어 신호가 상승하게 한다.
도 1은 밸브 구동 신호와 밸브를 흐르는 유량과의 관계를 도시한 그래프,
도 2는 가변 PI 제어기의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면,
도 4는 적분 이득 소자와 설정값사이의 관계를 도시한 그래프.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고, 여러 도면에서 동일하고 대응하는 부분에는 동일한 부재 번호가 붙여진다.
본 발명은 유량 조절기내의 가변 이득 PI 제어기를 사용해서 밸브 구동 신호를 생성하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이 방법은 오차 신호를 밸브 구동 신호를 입력하는 가변 이득 PI 제어기에 입력하는 단계를 포함한다. 가변 이득 PI 제어기의 적분 이득 요소는 설정값의 함수이다. 오차 신호는 설정값 신호와 피드백 신호 사이의 차의 함수이다. 설정값 신호는 유량 조절기내의 소망의 플로우 레이트의 함수인 반면에, 피드백 신호는 유량 조절기를 통과하는 실제 플로우 레이트의 함수이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 블록도를 도시하고 있다. 도 2에서, 가변 이득 PI 제어기(10)는 비례이득 스테이지(14), 적분 이득 스테이지(16), 적분기(18), 및 가산기 스테이지(24)로 이루어져 있다. 오차 신호(12)는 비례이득 스테이지(14)에서 비례 이득 상수(Kp)와 곱해진다. 오차 신호(12)는 또한 적분 이득 스테이지(16)에서 적분 이득 요소(KI)와 곱해지고, 적분기(18)에 입력되어서 적분 신호(22)를 생성한다. 적분 이득 스테이지(12) 및 적분기(18)의 시퀀스는 적분 신호(22)를 변경하지 않고도 역이 될 수 있다. 가산기 스테이지(24)에서, 적분 신호(22) 및 비례 신호(20)는 결합되어서 구동 신호(26)를 형성할 수 있다. 적분 이득 요소(KI)와 오차 신호(12)는 소망의 설정값의 함수이다.
도 3은 유량 조절기(28)에서 가변 이득 PI 제어기(10)가 사용되는 본 발명의 일 실시예를 도시하고 있다. 도 3에서, 설정값 신호(30)는 가산기 스테이지(34)에서 피드백 신호(32)와 비교되어서 오차 신호(12)를 생성할 수 있다. 오차 신호(12)는 PI 제어기(10)에 입력될 수 있다. PI 제어기(10)는 비례 이득 스테이지(14), 적분 이득 스테이지(16), 적분기(18) 및 가산기 스테이지(24)로 이루어진다. 오차 신호(12)는 비례 이득 스테이지(14)에서 비례 이득 상수(KP)와 곱해져서 비례 신호(20)를 생성한다. 오차 신호(12)는 적분 이득 스테이지(16)에서 적분 이득 요소(KI)와 곱해지고 적분기에 입력되어서 적분 신호(22)를 생성할 수 있다. 비 례 신호(20) 및 적분 신호(22)는 가산기 스테이지(24)에 입력되어서 구동 신호(26)를 생성한다. 구동 신호(26)는 밸브 구동 회로(38) 및 밸브(40)를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 밸브(40)는 유량 조절기(28)에서 실제 플로우 레이트를 생성한다. 실제 플로우 레이트(42)는 유량 센서(44)에 의해 측정될 수 있다. 유량 센서(44)는 감지된 플로우 레이트 신호(46)를 출력한다. 감지된 플로우 레이트 신호(46)는 미분 제어기(48)에 입력될 수 있다. 미분 제어기(48)는 피드 백 신호(32)를 생성할 수 있다.
비례 이득 상수(KP)는 고정된 값으로 설정된다. 이 값은 출력(구동 신호(26))이 스텝 입력과 동일한 설정값 신호(30)에 대한 소망의 응답이 되도록 실험적으로 결정될 수 있다.
적분 이득 스테이지(16)에서 적분 이득 요소(KI)는 설정값 신호(30)의 함수이다. 적분 이득 스테이지(16)는 설정값 신호(30)가 낮을 때, 값(38)의 응답에서의 지연을 보상하도록 설계된다.
도 4는 적분 이득 요소(KI)와 설정값 신호(30)사이의 관계를 도시한 그래프이다. 설정값 신호(30:정규화된)는 x축을 따라서 도시되고, 반면에 적분 이득 요소(KI)는 y축을 따라서 도시된다. 적분 이득 요소(KI)와 설정값 신호(30)와의 사이의 관계는
Figure 112002000720869-pct00003
[식 1]
x는 정규화된 설정값 신호(30)이고, max(x)는 (max(x)=1) 설정값 신호(30)의 최대값이고, A는 제 1 상수이고, B는 제 2 상수이다. 설정값 신호(30)가 설정값(30)의 최대값의 10%보다 더 낮기 때문에, 적분 이득 요소(KI)는 적분 이득 요소(KI)가 무한대로 커지지 않도록 새츄레이트된다.
제 2 상수(B)는 설정값(30)의 0→100%스텝에서 밸브(40)로부터 최저의 응답을 얻도록 관찰에 의해 조정된다. 제 2 상수(B)를 계산하기 위해서, 설정값 신호(30)는 최대 설정값 신호의 0→100%에서 스텝 입력으로 설정된다. 구동 신호(26)는 데이터 입수 소프트웨어를 사용해서 관찰될 수 있다. 제 2 상수(B)는 0→100% 스텝 입력에 대해서 소망의 스텝 응답을 수행하기 위해서 소프트웨어에서 변수로서 조정된다. 이를 단독으로 설정할 때, 설정값 신호(30)의 더 낮은 값에 대한 밸브(40)의 응답은 지나치게 느려질 수 있다. 따라서, 제 1 상수(A)는 동일한 관찰 방법을 사용해서 더 낮은 값의 설정값 신호(30:0→10%)를 향하는 동일한 양의 스텝 응답을 얻도록 조정된다. 제 1 상수(A)와 제 2 상수(B)를 사용해서, 적절한 응답이 설정값 신호(30)의 모든 응답에 대해 일정하게 된다.
PI 제어기(10)와 미분 제어기(48) 모두 디지털 신호 프로세서(DSP) 제어기내의 차분 방정식을 사용해서 디지털 방식으로 수행될 수 있다. 설정값 신호(30) 또는 감지된 플로우 레이트 신호(46)가 아날로그 신호이면, 이들 신호는 A/D 변환기 를 구동함으로써 용이하게 디지털 신호로 변환되어서, 설정값 신호(30)를 PI 제어기(10)로 입력하거나 감지된 플로우 레이트 신호를 미분 제어기(48)로 용이하게 입력할 수 있다. A/D 변환기는 DSP 제어기에 외부로 또는 내부로 연결될 수 있다. DSP 제어기를 사용할 때, 오차 신호(12), 구동 신호(36), 및 피드백 신호(32)는 디지털 신호이다.
DSP 제어기는 개인용 컴퓨터(PC)와 같은 컴퓨터와 연결되도록 동작할 수도 있다. 이 컴퓨터는 컴퓨터와 DSP 제어기의 사이의 접속을 통해서 수행된 계산 결과를 DSP에 다운로드할 수 있다. 이 DSP 제어기는 컴퓨터로부터 다운로드된 계산 결과를 저장하기 위해 EEPROM과 같은 저장 장치를 구비하거나 저장 장치와 인터페이스할 수 있다.
미분 제어기(48)는 당업자에게 공지된 표준 제 1 미분 임플러먼테이션을 사용해서 구현될 수 있다. 대안적으로, 더 정확한 실제 플로우 레이트(42)의 근사값을 얻고, 유량 센서(44)에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해서 미분 제어기(48)는 E.Vyers등에 의해 1999년 7월 9일에 출원된 미국 출원번호 제 09/351,120호, "A System and Method For A Digital Mass Flow Controller"에 개시된 방법을 사용해서 구현될 수 있다.
DSP 제어기는 감지된 플로우 레이트 신호(46)를 미분 조절기(48)에 입력하기 이전에 감지된 플로우 레이트 신호(46)의 선형화를 또한 구현할 수 있다. 최소 제곱 방법 및 다른 회귀(regression) 기술과 같은 다양한 선형화 방법이 존재한다. T.I Pattantyus 및 F.Tariq등에 의해 1999년 7월 9일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/350,747호, "Method and System for Sensor Response Linearization"에 개시된 방법에 적합한 특정 기준이 만들어진다.
센서(44)는 캐필러리 튜브를 권회하고 있는 두개의 저항성 열 센서로 구성될 수 있다. 두개의 저항성 열 센서는 두개의 저항성 열 센서에 의해 생성되는 신호를 조정하기 위한 인터페이스 회로에 연결될 수 있다. T.I Pattantyus 등에 의해 1999년 7월 9일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/350,746호, "Improved Mass Flow Sensor Interface Circuit"에 개시된 인터페이스 회로에 적합한 특정 기준이 만들어진다.
밸브(40)는 솔레노이드 작동식 밸브가 될 수 있다. 밸브 구동 회로(38)에 사용될 수 있는 다양한 회로 구성이 존재한다. 이들 구성은 구동 신호(26)를 밸브(40)를 구동하는 솔레노이드용 구동 전류로 변환시킬 수 있다. 구동 신호(26)는 디지털 신호가 될 수 있다. 대부분의 이들 회로는 트랜지스터와 같은 제어 소자를 포함한다. 제어 소자는 솔레노이드를 통하는 전압을 지속적으로 스위칭한다. 스위칭은 구동 신호(26)의 함수이다. 즉, 솔레노이드를 통과하는 전압의 스위칭 레이트의 함수인 정규화된 솔레노이드 전류가 솔레노이드 내에서 생성될 수 있다. 솔레노이드 전압은 밸브(40)를 작동시킨다. T.I Pattantyus에 의해 1999년 7월 9일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/351,111호, "Method and System For Driving A Solenoid"에 개시된 밸브 구동 회로에 적합한 특정 기준이 만들어진다.
유량 조절기는 폐루프 조절 알고리즘을 구현할 수 있다. K. Tinsley에 의해 1999년 7월 9일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/350,744호, "System and Method of Operation of Digital Mass Flow Controller"에 개시된 디지털 제어 알고리즘에 적합한 특정 기준이 만들어진다.
본 발명이 상술한 소자 및 방법을 포함하고 있는 유량 조절기에 사용되는 것에 한정되지 않을 것이 라는 것을 주목하는 것은 중요하다.
본 발명은 PI 제어기(10)내의 적분 이득 요소(KI)를 가변이게 한다는 점에서 중요한 기술적인 이점을 제공한다. 적분 이득 요소(KI)는 설정값 신호(30)의 함수이다. 이와같이, 낮은 설정값 신호(30)에서, 시스템 응답은 가속화될 수 있다.
본 발명의 다른 기술적인 이점은 밸브와 관련된 대드 타임이 감소한다는 것이다. 밸브(40)의 대드 타임은 유량 조절기(28)가 조절기를 통과하는 최대 가능 플로우의 100%로 되고 있든지 또는 조절기를 통과하는 최대 가능 플로우의 5%로 되고 있든지 동일한 효율로 감소된다.
본 발명의 또 다른 기술적인 이점은 설정값 신호(30)의 변화량에 관계없이 밸브(40)의 응답의 속도가 균일하다는 것이다. 즉, 밸브(40)는 설정값 신호(30)가 유량 조절기(28)를 통과하는 최대 가능 플로우의 100%일 때나 유량 조절기(28)를 통과하는 최대 가능 플로우의 5%일 때나 동일한 스피드로 응답한다. 적분 이득 요인(KI)용 가변 이득을 사용함에도 불구하고, 밸브(40)는 균일한 응답 속도를 가지고 있다. 적분 이득 요인(KI)은 밸브(40)의 고유한 비선형 특성을 보상한다.
본 발명의 또 다른 기술적인 이점은 균일한 외란 제거(인렛 압력 외란)이다. PI 제어기(10)의 폐루프의 전체 이득은 상수이다.
본 발명의 또 다른 기술적인 이점은 밸브(40)의 대드 타임이 감소된다는 것이다. 적분 이득 요소(KI)의 조정 가능한 이득으로 인해서, 밸브(40)의 대드 타임은 이득을 증가시키고 밸브(40)의 응답을 빠르게 함으로써 감소된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 해서 상세하게 설명되었지만, 설명은 단지 예시일 뿐이고, 제한해서 구성하려는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 실시예의 상세에 대한 다수의 변화 및 본 발명의 추가적인 실시예가 본 발명을 참조하는 당업자에게 나타날 수 있고, 만들어 질 수 있다는 것을 더 이해해야 한다. 이러한 모든 변화 및 추가적인 실시예는 첨부된 청구의 범위에 따라 본 발명의 사상과 범위에 속한다고 사료된다.

Claims (21)

  1. 유량 조절기내의 가변 이득 PI 제어기를 사용해서 밸브 구동 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    비례 신호를 생성하기 위해 오차 신호를 비례 이득 요소와 곱하는 단계;
    적분 신호를 생성하기 위해 상기 오차 신호에 대해 적분 이득 요소를 포함하는 적분 함수를 구현하는 단계; 및
    상기 밸브 구동 신호를 생성하기 위해 상기 적분 신호와 상기 비례 신호를 합하는 단계;를 포함하고,
    상기 적분 이득 요소는:
    최대 정규화된 설정값 신호의 소정의 백분율보다 작은 정규화된 설정값 신호에 대한 제 1 이득 함수;
    상기 최대 정규화된 설정값 신호의 소정의 백분율보다 큰 상기 정규화된 설정값 신호에 대한 제 2 이득 함수;와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 백분율은 10%인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00004
    와 같고, 여기서 A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00005
    와 같고, 여기서 A는 상기 제 1 이득상수이고, B는 상기 제 2 이득 상수이고, χ는 상기 정규화된 설정값 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 이득 상수는, 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0%내지 100%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 이득 상수는, 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0%내지 10%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 오차 신호는 상기 유량 조절기내의 소망의 플로우 레이트 신호의 함수인 설정값 신호와 상기 유량 조절기를 통하는 실제 플로우 레이트의 함수인 피드백 신호와의 차인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 설정값 신호와 상기 피드백 신호는 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 비례 신호를 생성하기 위해 오차 신호에 비례 이득 요소를 가중시키는 비례 함수;
    적분 신호를 생성하기 위해 적분 이득 요소를 포함하는 적분 함수; 및
    제어 신호를 생성하기 위해 상기 비례 신호와 상기 적분신호를 합하는 가산기;를 포함하고,
    상기 적분 이득 요소는:
    최대 정규화된 설정값 신호의 소정의 백분율보다 작은 정규화된 설정값 신호에 대한 제 1 이득 함수;
    상기 최대 정규화된 설정값 신호의 상기 소정의 백분율보다 큰 상기 정규화된 설정값 신호에 대한 제 2 이득 함수;와 동일한 것을 특징으로 하는 가변 이득 PI 제어기 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 소정의 백분율은 10%인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00006
    와 같고, 여기서 A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00007
    와 같고, 여기서 A는 상기 제 1 이득상수이고, B는 상기 제 2 이득 상수이고, χ는 상기 정규화된 설정값 신호인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 이득 상수는 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0% 내지 100%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 이득 상수는 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0% 내지 10%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 오차 신호는 상기 유량 조절기내의 소망의 플로우 레이트 신호의 함수인 설정값 신호와 상기 유량 조절기를 통하는 실제 플로우 레이트의 함수인 피드백 신호와의 차인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 설정값 신호 및 상기 피드백 신호는 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제조 과정에서 액체 또는 가스의 플로우를 제어하는 유량 조절기에 있어서, 상기 유량 조절기는:
    상기 제조 과정에서 상기 액체 또는 가스의 실제 플로우 레이트를 제어하는 솔레노이드 작동식 밸브를 제어하는 밸브 구동 회로;
    상기 물질의 상기 실제 플로우 레이트를 측정해서 감지된 플로우 레이트 신호를 출력하는 유량 센서;
    상기 감지된 플로우 레이트 신호를, 상기 감지된 플로우 레이트 신호보다 상기 실제 플로우 레이트에 더 가까운 피드백 신호로 변환하는 미분 제어기; 및
    설정값 신호와 상기 피드백 신호와의 사이의 오차 신호를 상기 밸브 구동 신호로 변환하는 가변 이득 PI 제어기;를 포함하고, 상기 가변 PI 제어기는:
    비례 신호를 생성하기 위해 오차 신호에 비례 이득 요소를 가중시키는 비례 함수;
    적분 신호를 생성하기 위해 적분 이득 요소를 가지고 상기 오차 신호의 가중된 적분을 구현하는 적분 함수; 및
    상기 밸브 구동 회로에 입력될 밸브 구동 신호를 생성하기 위해 상기 비례 신호와 상기 적분신호를 합하는 가산기;를 포함하고,
    상기 적분 이득 요소는:
    최대 정규화된 설정값 신호의 소정의 백분율보다 작은 정규화된 설정값 신호에 대한 제 1 이득 함수;
    상기 최대 정규화된 설정값 신호의 소정의 백분율보다 큰 상기 정규화된 설정값 신호에 대한 제 2 이득 함수;와 동일한 것을 특징으로 하는 유량 조절기.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00008
    와 같고, 여기서 A는 제 1 이득 상수이고, B는 제 2 이득 상수인 것을 특징으로 하는 유량 조절기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 이득 함수는
    Figure 112002000720869-pct00009
    와 같고, 여기서 A는 상기 제 1 이득상수이고, B는 상기 제 2 이득 상수이고, χ는 상기 정규화된 설정값 신호인 것을 특징으로 하는 유량 조절기.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 이득 상수는, 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0% 내지 100%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 유량 조절기.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 이득 상수는, 상기 최대 정규화된 설정값 신호의 0% 내지 10%의 상기 가변 이득 PI 제어기로의 스텝 입력에 대해 소망의 응답을 얻기 위해, 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 유량 조절기.
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