KR100684539B1 - 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 방법, 디지털 질량 유량 제어기, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 방법, 디지털 질량 유량 제어기, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 디지털식 질량 유량 제어기를 통해서 실제 플로우 레이트를 보다 정확하게 나타내는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 계산한다. 이 디지털 인핸스트 플로우 레이트는 유량 센서로터 감지된 플로우 레이트 신호 출력, 이 감지된 플로우 레이트 신호의 스케일링된 1차 도함수, 스케일링된 감지된 플로우 레이트 신호의 필터링된 2차 도함수를 사용하여 계산된다. 설정값 신호는 디지털 오차 신호를 발생시키기 위해 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호와 비교된다. 이 디지털 오차 신호는 디지털식으로 구현되는 PI(비례적분) 제어기에 제공된다. 이 PI 제어기는 디지털 질량 유량 제어기내의 밸브를 제어하기 위해 사용되는 디지털 제어 신호를 발생시킨다.
Figure 112002000462042-pct00017
질량 유량 제어기, 유량 센서, 선형화 모듈, A/D 컨버터, 도함수, 가중치, 이득, 필터링, 미분 모듈, 설정값 신호, 오차 신호, 제어 신호

Description

디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 방법, 디지털 질량 유량 제어기, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 시스템 및 방법{METHOD FOR CONTROLLING A GAS FLOW WITHIN A DIGITAL MASS FLOW CONTROLLER, DIGITAL MASS FLOW CONTROLLER, METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING A DIGITALLY ENHANCED FLOW RATE SIGNAL}
본 발명은 일반적으로 질량 유량 제어기내의 가스의 유량을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는 디지털 질량 유량 제어기내의 설정값 스텝 입력에 빠르게 반응하는 디지털 제어 신호를 발생시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
질량 유량 제어기(MFC)는 프로세스 가스의 유량을 설정, 측정 및 제어하는 폐루프 디바이스이다. 반도체 애플리케이션은 질량 유량 제어기 기술에서의 제품 개발의 원동력이었고 그리고 여전히 그러하다. 그럼에도 불구하고, 유량 제어는 제약 산업 및 식품 산업과 같은 다른 산업에서 유용하다.
열 질량 유량 제어기는 유량 센서를 포함하는 전반 절반부 및 제어 밸브를 포함하는 후반 절반부로 구성되어 있다. 유량 센서는 종종 미세관 둘레에 감겨진 2개의 저항 온도 센서로 구성된다. 가스가 센서를 통해 흐를 때, 열은 하류로 이동되고 온도차는 가스의 플로우 레이트에 비례한다. 제어 밸브는 가스 유량을 관리하기 위해 유량 센서로부터 신호를 전자장치를 통하여 수신한다. 솔레노이드 작동식 밸브는 그 단순성, 빠른 응답, 견고함 및 저렴한 가격으로 인해 제어 밸브로서 자주 사용된다.
불행하게도, 열유량 센서는 열 변화가 상대적으로 긴 시간주기에 걸쳐서 일어나기 때문에 느린 응답 시간을 갖는다. 예를 들어, 도 1에서, 시간에 대한 실제 유량의 그래프 표시가 시간에 대한 감지된 유량의 그래프 표시를 따라 도시되어 있다. y축은 플로우 레이트를 나타내고 x축은 시간을 나타낸다. 실제 유량은 플로우 레이트가 매우 적은 시간내에 정상 상태값에 이르는 단위 스텝 함수 u(t)로의 근사치로서 나타내어졌다. τ은 감지된 유량이 실제 유량의 63%에 도달하는데 걸리는 시상수로서 표시되었다. 이것은 1.7초일 수 있다. 적어도 실제 유량의 99%에 도달하는데에는 약 5τ가 걸린다. 불행하게도, 감지된 유량으로부터 실제 유량을 정밀하게 측정하는데 필요한 시간 지연은 밸브 제어에 있어서 오차를 유발할 수 있다. 제어 밸브를 통한 플로우 레이트에 대한 정보는 제어 밸브에 피드백된다. 이러한 정보의 정확한 피드백에 있어서의 지연은 프로세스 챔버로의 가스의 유량에 대해 불필요한 오차를 유발할 수 있다.
도 2는 실제 유량에 비교하여 감지된 유량에서의 시간 지연을 보상하기 위해 종래 기술에서 사용된 방법을 도시하고 있다. 실제 유량은 진폭(f0)의 단위 스텝 함수이다. 도 2는 유량 감지 신호(12)가 이득 1을 갖는 제1 이득 스테이지(14) 및 미분기 스테이지(16) 모두에 입력되는 1차 도함수 피드백 제어 루프(10)를 도시한다. 미분기(16)의 출력은 이득 τ을 가진 제2 이득 스테이지(18)에 입력된다. 이득 스테이지(14) 및 이득 스테이지(18)의 출력은 가산되어 1차 도함수 피드백 제어 루프(10)의 출력(20)을 생성시킨다.
이러한 방법은
(방정식 1)
Figure 112002000462042-pct00009
로 주어진 지수 신호와 같은 유량 신호(12)에 접근하는데, 여기에서, f0는 최종 정상상태 유량이고, t는 시간이고 τ는 유량 센서에 관련된 시상수이다. 출력(20)은
(방정식 2)
Figure 112002000462042-pct00010
로 주어진다. 방정식 1을 방정식 2에 삽입하면,
(방정식 3)
Figure 112002000462042-pct00011
가 된다. 1차 도함수 피드백 제어 시스템(10)의 출력은 실제 유량 f0u(t)과 동일한 진폭 f0의 스텝 응답이다. 따라서, 실제 유량은 방금 막 감지된 유량 신호(12)를 사용하기 보다는 1차 도함수 피드백 제어 시스템(10)을 사용하여 더 가깝게 접근된다.
도 2에 도시된 종래 기술 방법은 3가지 단점을 갖고 있다. 제1 단점은 유량 센서가 전형적으로 선형 연산을 나타내지 않는다는 것이다. 따라서, 제어 시스템에 입력되는 유량 센서 신호에 특정 양의 본질적인 오차가 존재한다.
제2 단점은 미분기가 전형적으로 아날로그 디바이스이라는 것이다. 이 미분기 디바이스의 하드웨어 구현은 아날로그 영역에 구현되기가 곤란하고 결과적으로 이러한 방법은 자주 선형 회로에 의해 구현되는 대략적인 미분값을 사용하게 된다.
마지막으로, 1차 도함수 피드백 제어 시스템은 질량 유량 제어기를 통한 가스의 유량이 실제로는 트루 1차 지수가 아니라는 것을 인식하지 못한다라는 것이다. 따라서, 이런 타입의 시스템에는 특정 양의 본질적인 오차가 존재한다.
결국, 질량 유량 제어기내의 실제 가스 유량을 정확하게 계산하는 방법이 필요하게 된다. 이러한 방법은 유량 센서의 비선형성을 감소시키거나 제거해야 한다. 또한 이러한 방법은 트루 지수 신호가 아닌 유량 감지 신호에 보다 더 정확하게 접근해야 한다.
본 발명은 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 이전에 개발된 시스템 및 방법과 관련된 단점 및 문제를 실질적으로 제거하거나 감소시키는 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 디지털 질량 유량 제어기를 통해 실제 플로우 레이트를 보다 정확하게 나타내는 디지털 인핸스트(digitally enhanced) 플로우 레이트 신호를 계산하는 방법을 제공한다. 이 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호는 유량 센서로부터의 감지된 플로우 레이트 신호 출력, 감지된 플로우 레이트 신호의 스케일링된 1차 도함수 및 감지된 플로우 레이트 신호의 스케일링된 2차 도함수를 사용하여 계산된다. 설정값 신호는 디지털 오차 신호를 생성시키기 위해 디지털 인핸스트 플로우 레이트에 비교된다. 이 디지털 오차 신호는 디지털식으로 구현된 PI(비례적분) 제어기에 제공된다. 이 PI 제어기는 디지털 질량 유량 제어기내의 밸브를 제어하기 위해 사용되는 디지털 제어 신호를 발생시킨다.
본 발명의 한 장점은 2차 도함수를 사용하여 1차 도함수만을 사용할 때 보다 센서 신호로의 보다 정확한 접근을 가능하게 한다는 것이다. 센서 플로우 레이트 신호로의 보다 정확한 접근은 프로세스에서의 가스 유량의 보다 더 정확하고 응답적인 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 장점은 디지털 신호를 사용하여 컴퓨터와 같은 디지털 프로세서와 용이하게 인터페이스할 수 있게 한다는 것이다. 고속 디지털 프로세서는 질량 유량 제어기내의 임의의 온보드 DSP 컨트롤러에 대하여 너무 길 수 있는, 예를 들어, 보정 동안에 정확한 계산을 수행하기 위해 액세스될 수 있다.
도 1은 시간에 대하여 질량 유량 제어기내의 실제 플로우 레이트와 비교된 유량 센서의 출력을 도시한 도면,
도 2는 감지된 유량으로부터 실제 유량에 더 잘 접근하기 위한 아날로그 1차 미분 및 피드백의 종래 방법의 기본 제어도,
도 3은 디지털 질량 유량 제어기에 대한 시스템을 도시하는 본 발명의 일실시예를 도시한 도면,
도 4는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호의 연속 표시상에 제1 이득 스테이지의 효과를 표시한 그래프,
도 5는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호의 연속 표시상에 제2 이득 스테이지의 효과를 표시한 그래프, 및
도 6은 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호의 연속 표시상에 필터 시상수의 효과를 표시한 그래프.
본 발명의 바람직한 실시예가 다양한 도면의 동일하고 상응하는 부분을 언급하도록 동일한 번호가 사용된 도면에 도시되었다.
본 발명은 디지털 질량 유량 제어기내에 가스 유량을 제어하는 방법을 제공한다. 이 방법은 디지털 질량 유량 제어기를 통해 실제 플로우 레이트를 보다 정확하게 표시하는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 계산한다. 이 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호는 유량 센서로부터 감지된 플로우 레이트 신호 출력, 감지된 플로우 레이트 신호의 제1 스케일링된 도함수, 및 감지된 플로우 레이트 신호의 제2 스케일링된 도함수를 사용하여 계산한다. 설정값 신호는 디지털 오차 신호를 생성하기 위해 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호에 비교된다. 이 디지털 오차 신호는 디지털식으로 구현된 PI(비례 적분) 제어기에 제공된다. 이 PI 제어기는 디지털 질량 유량 제어기에서 밸브를 제어하기 위해 사용되는 디지털 제어 신호를 발생시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 도 3에서, 질량 유량 제어기(22)에서의 실제 유량(24)은 센서(26)에 의해 측정된다. 센서(26)는 모세관(32) 둘레에 감겨진 2개의 저항성 권선형 코일(28,30)을 포함할 수 있다. 센서(26) 출력은 A-D 컨버터(36)에 입력될 수 있는 감지된 플로우 레이트 신호(34)이다. A-D 컨버터(36)의 출력은 디지털 감지된 유량 신호(38)이다. 이 디지털 감지된 유량 신호(38)는 마이크로컨트롤러(44)에 입력된다.
이 마이크로컨크롤러(44)는 선형화 모듈(40), 미분 모듈(46), 및 PI 제어기(54)에 의해 표시되는 프로세스의 계산적 필요조건을 실행하도록 프로그램되어 있다. 이 마이크로컨트롤러(44), 즉, 디지털 신호 프로세서(DSP) 컨트롤러는 복수번 재프로그램될 수 있는 온-칩 플래시 프로그램 메모리 어레이에 프로그램된 소프트웨어를 갖는다. 이 소프트웨어는 마이크로컨트롤러(44)내에 설명된 함수의 구현에 필요한 모든 명령을 포함한다. 상수 계수(필터 계수, 선형화 계수, 및 다양한 이득 인자)는 컴퓨터(55)에서 계산되고 사용되기 위해 마이크로컨트롤러(44)에 다운로드된다. 선형화 모듈(40)은 디지털 유량 신호(38)를 선형화하기 위해 최소제곱법을 구현시킬 수 있다. 디지털 감지된 유량 신호(38)는 센서(26)가 일반적으로 실제 유량(24)의 비선형 함수인 감지된 유량 신호(34)를 생성시키기 때문에 선형화될 필요가 있다. 선형화 모듈(40)은 디지털 감지된 유량 신호(42)를 출력한다. 디지털 감지된 유량 신호를 선형화하는 많은 방법이 있다. 이러한 방법은 최소제곱법 및 당업자에게 알려진 다른 회귀 기술을 포함한다. 또한 이러한 선형화 모듈에는 "System and Method for Sensor Response Linearization"으로 표제된 T.I. Pattantyus 등에게 허여되고 1999년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/350,747호에 개시된 방법이 포함되어 있다. 디지털식으로 선형화된 유량 신호(42)는 미분 모듈(46)에 입력될 수 있다. 이 미분 모듈(46)은 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)를 생성시킨다. 이 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)는 보다 정확하게 실제 유량(24)를 표시하고 센서(26)의 오차를 보상한다. 미분 모듈(46)에 대한 상세한 설명은 나중에 상세하게 논의된다.
디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)는 설정값 신호(50)와 비교된다. 사용자에 의해 제공된 설정값 신호(50)는 요구되는 실제 유량(24)에 대한 스텝 입력일 수 있다. 이 설정값 신호(50)는 마이크로컨트롤러(44)내에 내장된 A/D 컨버터에 의해 디지털화된 아날로그 신호이거나 마이크로컨트롤러(44)에 전송되는 디지털 신호일 수 있다. 마이크컨트롤러(44)내에 내장된 A/D 컨버터는 본 발명의 마이크로컨트롤러(44)가 종래 기술 시스템에서 대체물로 사용될 수 있게 한다. 설정값 신호(50) 및 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호 사이의 차는 오차 신호(52)이다. 이 오차 신호(52)는 솔레노이드 작동식 밸브(58)를 구동하는 디지털 제어 신호(56)를 발생시키기 위해 PI 제어기(54)에 입력될 수 있다. 이 솔레노이드 작동식 밸브(58)는 질량 유량 제어기(22)내의 실제 유량(24)을 관리한다. PI 제어기(54)는 "System and Method for a Variable Gain Proportional-Integral (PI) controller"로 표제가 붙여진 E. Vyers에게 허여되고 1999년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/351,098호에 개시된 방법을 사용하여 구현될 수 있다.
도 3의 미분 모듈(46)은 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)를 발생시키기 위해 컴퓨터(55)에 의해 계산되고 다운로드되는 파라미터를 사용하여 마이크로컨트롤러(44)에 의해 실행되는 프로세스를 표시한다. 미분 모듈(46)내의 블록도는 1차 미분 연산(60), 2차 미분 연산(68), 및 시상수 τ2를 갖는 필터 연산(72)을 표시하는 라플라스 변환으로써 연속시간 표시되었다. 그러나, 시스템은 디지털식으로 구현된다. 선형화된 디지털 센서 신호(42)는 1차 미분 연산(60)으로 그리고 제1 이득 스테이지(62)로 입력되어 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 가중된 1차 도함수(64)를 출력시킨다. 이어서, 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 1차 도함수는 2차 미분 연산(66)으로 그리고 이득 스테이지(68)로 입력되어 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 가중된 2차 도함수(70)를 생성한다. 이러한 가중된 2차 도함수(70)는 저역 필터 연산(72)으로 입력되어 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 가중된 2차 도함수(74)를 생성한다. 가중된 1차 도함수(64)는 가산기(78)에 피드포워드되고, 선형화된 디지털 센서 신호(42)는 피드포워드 루프(76)를 통하여 가산기(78)에 피드포워드된다. 가산기(78)에서, 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 필터링된 가중된 2차 도함수(74)는 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 가중된 1차 도함수 및 선형화된 디지털 센서 신호(42)와 조합되어 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)를 구성한다. 이 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)는 센서(26)로부터 얻어진 감지된 플로우 레이트 신호(34)보다도 보다 더 가깝게 질량 유량 제어기(22)내의 실제 유량(24)을 나타낸다.
이전에 언급한 바와 같이, 마이크로컨트롤러(44), 즉 DSP에 의해 실행되는 연산은 디지털식으로 구현된다. 아날로그 라플라스 표시 및 그 이산 시간 대응부 사이의 일대일 변환은 쉽게 이루어질 수 있다. 선형 상수 계수 미분 방정식은 이 산 시간 선형 상수 계수 차분 방정식으로 쉽게 변환될 수 있다. 상수 계수 미분 방정식의 이산 등가식,
(방정식 4)
Figure 112002000462042-pct00012
은
(방정식 5)
Figure 112002000462042-pct00013
이고, 여기에서, ak 및 bk 는 상수 계수이고, f(t)는 아날로그 시스템으로의 아날로그 입력이고, y(t)는 아날로그 시스템의 아날로그 출력이고, dky(t)/dtk 및 dkf(t)/dtk 는 y(t) 및 f(t)의 k번째 도함수이고, f[n]은 등가 이산 시스템으로의 이산 입력이고, y[n]은 등가 이산 시스템으로부터의 이산 출력이고, f[n-k] 및 y[n-k]는 f[n] 및 y[n]의 k번째 지연값이고, t는 시간이며, n 및 k는 특정 샘플링 구간에서의 이산 함수의 이산 샘플을 나타내는 정수값이다.
또한 연속 저역 필터 연산은 차분 방정식을 사용하여 이산 모드에서 구현될 수 있다. 라플라스 저역 필터 연산(72)의 아날로그 시간 영역 표시는 미분 방정식,
(방정식 6)
Figure 112002000462042-pct00014
이고, 여기에서, ak 및 bk 는 상수 계수이고, f(t)는 필터로 입력되는 아날로그 입력이고, y(t)는 필터에서 나오는 아날로그 출력이고, dky(t)/dtk 는 y(t)의 k번째 도함수이고, τf는 필터 연산에 관련된 시상수이다. 방정식 6은 방정식 5에 따른 차분 방정식을 사용하여 이산적으로 구현될 수 있다. 그러나, 단순화하기 위해, 시스템은 선형화된 디지털 센서 신호(42)의 미분 및 필터링을 나타내기 위해 다양한 라플라스 변환으로 표현되었다.
제1 이득 스테이지(62; 이득1)는 센서(26)에 연관된 시상수τ1을 소거하도록 설계된다. 제1 이득 스테이지(62)는 안정하는데 긴 시간이 걸리는 센서(26)로부터의 센서 응답을 보정하도록 조절된다. 도 4는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속적인 표현에 대하여 가변 제1 이득 스테이지(62)의 효과를 도시한다. 만약 이득 스테이지(62)가 너무 작으면, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속 표현이 정상 상태값으로 안정하기 전에 초기 오버슈트가 있을 수 있다. 만약 이득 스테이지(62)가 너무 크면, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속적인 표현이 정상 상태값으로 안정하기 전에 초기 언더슈트가 있을 수 있다. 시스템의 가변성으로 인해, 제1 이득 스테이지(62)는 프로세스 가스 종류 및 주어진 기계적 플랫폼에 대하여 고유하게 계산된다. 제1 이득 스테이지(62)는 고유하게 결정되고 센서 구성 및 프로세스 가스의 함수이다. 계산 유체 역학(CFD) 모듈, 실험적 테스팅 및 수학적 솔루션은 주로 센서의 시상수(τ1)를 최소화하기 위한 노력으로 개발되었다. 온동 상승, 코일 길이, 코일 간의 갭, 튜브 내경, 튜브 벽 두께, 튜브 열전도성 및 절연성의 관계는 분석되었고 더 논의될 것이다. 실제적으로, 본 발명의 일 실시예에서 사용된 하나의 센서는 1.7초 시상수(τ1)를 디스플레이한다. 가스 타입의 효과는 센서 시상수(τ1)가 가스 무게에 비례하여 증가하는 경향을 디스플레이한다(전형적으로 최대 5%). 이 시상수(τ1)는 디폴트값(1.7)으로 설정되고 실제 응답을 관찰함으로써 미세하게 조정된다.
플로우 레이트 신호(34)가 트루 지수 신호가 아니기 때문에, 가중된 1차 도함수(64)는 정확하게 실제 유량(24)에 접근하기 위해, 감지된 플로우 레이트 신호(34)를 완전히 보정하지는 않는다. 보다 정확하게 실제 유량(24)에 접근하기 위해, 제2 시상수(τ2)는 감지된 플로우 레이트 신호(34)에 접근하는데 있어서 포함되어진다. 따라서, 감지된 플로우 레이트 신호(34)는
(방정식 7)
Figure 112002000462042-pct00015
로서 접근될 수 있으며, 여기에서 t는 시간이고, f(t)는 감지된 플로우 레이트 신호(34)이고, τ1는 제1 시상수이고 τ2는 제2 시상수이다. 도 3에서 정상 상태 스텝 입력(f0)을 가정하면, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)는 이득 1 = τ1+τ2 및 이득 2 = τ1×τ2 를 갖는
Figure 112002000462042-pct00016
아날로그 영역으로서 나타낼 수 있다. τ1 및 τ2 에 영향을 줄 수 있는 시간 지연은 센서(26) 및 솔레노이드 작동식 밸브(58)의 시트 사이의 공기 지연(pnuematic lag)이고, 히스테리시스, 마찰 및, 솔레노이드 작동식 밸브(58)의 시트 차단을 유지시키는 선압력 종속 사전부하력을 다룰 때 솔레노이드는 제한된 범위까지 솔레노이드 작동식 밸브(58)를 작동시킨다.
따라서, 2차 도함수 연산(66)은 상응하는 제2 이득 스테이지(68; 이득 2)로서 구현된다. 2차 도함수 연산(66)은 트루 지수 상승에 정확하게 근사하지 않은 감지된 플로우 레이트 신호(34)의 전단부를 보정한다. 제1 이득 스테이지(62)에서와 같이, 제2 이득 스테이지(68)는 프로그램함으로써 조정가능하다. 도 5는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속적인 표시로 변하는 제2 이득 스테이지(68)의 효과를 도시한다. 제2 이득 스테이지(68)가 작으면, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속적인 표시가 정상상태값으로 안정되기 전에 초기 오버슈트가 있을 수 있고, 제2 이득 스테이지(68)가 크면, 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)의 연속적 표시가 정상상태값으로 안정되기 전에 언더슈트가 있을 수 있다. 따라서, 제2 이득 스테이지(68)는 언더슈트를 최소화하거나 제거하기 위해 적절하게 조정될 수 있다. 제2 이득 스테이지(68)는 또한 상술된 바와 같이 관찰함으로써 조정될 수 있다.
저역 필터 연산(72)은 2차 미분 연산(66)을 구현할 때 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)에서 발생되는 잡음을 감소시키기 위해 구현된다. 저역 필터 연산(72)은 관련된 시상수(τf)를 갖는다. 시상수(τf)를 조정함으로써, 저역 필터 연산(72)의 응답은 과도하게 보정되거나 부족하게 보정될 수 있다. 도 6은 디지털식 플로우 레이트 신호(48)의 연속 표시에서 변하는 시정(τf)의 효과를 도시한다. 큰 필터 시상수(τf)에 대하여, 필터 응답은 너무 느릴 수 있고, 반면, 작은 필터 시상수(τf)에 대하여, 필터 응답은 너무 빠를 수 있다. 이 필터 시상수(τf)는 신호(48)의 속도를 조정하기 위해 선택된다.
도 3의 시스템은 또한 조정(calibration) 및 테스트 동안 마이크로컨트롤러(44)에서 사용가능한 것보다 더 빠른 속도 및 전력을 요구하는 정확한 계산을 실행하기 위해 컴퓨터(55)를 사용할 수 있다. 계산 결과는 컴퓨터(55)로부터 마이크로컨트롤러(44)로 버스 또는 케이블과 같은 전기 통신 커넥션(57)을 통해서 다운로드될 수 있다.
도 3의 전체 시스템은 1.7초에 이르는 초기 시상수를 갖는 컨디셔닝 회로로써 열유량 센서를 실행시킴으로써 용이하게 구현될 수 있다. "Improved Mass Flow Sensor Interface Circuit"으로 표제가 붙은 T.I.Pattantyus 등에게 허여되고 1999년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/350,746호에 개시된 유량 센서 회로가 참조되었다. 610㎐의 샘플링 속도를 갖는 16 비트 정확도 A/D 컨버터, 16 비트 디지털 신호 프로세서 마이크로컨트롤러, PC, 및 솔레노이드 작동식 저전력, 스로틀 링 볼/시트 밸브를 제어하는 펄스폭 변조되거나 연속적인 밸브 구동 회로가 또한 포함될 수 있다. 많은 회로 구성이 밸브 구동 회로를 위해 구현될 수 있다. 여기서는 "Method and System for Driving a Solenoid"의 표제가 붙은 T.I.Pattantyus 등에게 허여된 1999년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/351,111호에 개시된 회로가 참조되었다.
질량 유량 제어기는 폐루프 제어 알고리즘을 구현시킬 수 있다. "System and Method of Operation of a Digital Mass Flow Controller"의 표제가 붙은 K.Tinsley에게 허여되고 1999년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/350,744에 개시된 확장 디지털 제어 알고리즘이 참조되었다.
본 발명의 주요 기술적 장점은 본 발명이 이산 시간 영역에서 구현된다는 것이다. 정확한 수학적 계산이 컴퓨터(55)에 의해 실행되거나 지원될 수 있다. 다수의 종래 방법이 이산 제어기를 구현하지만, 이러한 방법은 전형적으로 1차 도함수 및 2차 도함수 양쪽을 모두 포함하는 수학식을 발생시키도록 파워를 갖는 디지털 플랫폼을 소유하지는 않는다. 결과적으로, 이러한 방법은 1차 도함수의 디지털 구현으로 제한된다. 그러나, 강력한 컴퓨터(55)를 사용함으로써, 본 발명은 정확한 수학적 계산을 수행할 수 있다. 제1 이득 스테이지(62), 제2 이득 스테이지(68), 및 시상수(τf)와 같은 파라미터 계산은 컴퓨터(55)에서 수행된 후에 마이크로컨트롤러(44)내의 EEPROM과 같은 소거가능한 메모리 어레이에 다운로드될 수 있다. 그후에, 마이크로컨트롤러(44)는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)을 계산할 때 EEPROM으로부터 이러한 값에 액세스할 수 있다.
본 발명의 또 다른 중요한 기술적 장점은 2차 미분 연산(66)의 구현을 통해 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호(48)가 실제 유량(24)에 근접하게 접근한다는 것이다. 감지된 플로우 레이트 신호(34)가 순수한 지수 신호가 아니기 때문에 1차 미분 연산(60)의 구현만으로 실제 유량(24)에 접근하지는 않는다. 가중된 1차 도함수(64) 및 가중된 2차 도함수(70)는 실제 유량(24)에 더 근접하게 접근하기 위해 상기 감지된 플로우 레이트 신호(34)의 응답을 가속화시킨다. 가중된 2차 도함수(70)의 연속적인 필터링은 2차 미분 연산(66)을 구현하는데 관련된 잡음을 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 기술적 장점은 마이크로컨트롤러(44)내에 내장된 A/D 컨버터의 사용을 통해 마이크로컨트롤러(44)가 제조 공정에서 가스를 제어하기 위해 사용된 종래 시스템을 용이하게 교체할 수 있다라는 것이다. 가스 유량을 제어하기 위해 아날로그 방법 및 연속적인 설정값 전압 입력을 사용한 이러한 프로세스는 여전히 마이크로컨트롤러(44)를 사용할 수 있다. 감지된 플로우 레이트 신호(34) 및 설정값 신호(50)와 같은 아날로그 신호는 디지털화된 후에 마이크로컨트롤러 유닛(44)에서 계산되기 위해 사용된다.
본 발명이 예로 든 실시예에 대하여 여기에 상세하게 설명되었지만, 그것은 단지 예시일 뿐이고 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 따라서 본 발명의 상세부분에 있어 다양한 변경 및 본 발명의 추가적인 실시예가 본 발명을 참조하는 당업자에 의해 만들어질 수 있다는 것을 또한 이해해야한다. 모든 그러한 변경 및 추가적인 실시예는 다음에 청구된 바와 같이 본 발명의 정신 및 취지를 벗어나지 않는 것으로 생각되어진다.

Claims (49)

  1. 디지털 질량 유량 제어기내의 가스의 플로우 레이트를 관리하는 밸브 및, 상기 디지털 질량 유량 제어기를 통해 실제 가스 플로우 레이트를 측정하고 감지된 플로우 레이트 신호를 출력시키는 유량 센서를 갖는 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 유량을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 가중된 1차 도함수, 상기 감지된 플로우 레이트 신호의 필터링된 가중된 2차 도함수 및 상기 감지된 플로우 레이트 신호의 합산에 기초하여 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 최종 정상상태 플로우 레이트를 나타내는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 단계;
    디지털 피드백 오차 신호를 발생시키기 위해 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호와 설정값 신호를 비교하는 단계; 및
    상기 디지털 피드백 오차 신호를 비례적분(PI) 제어기에 입력시키고 상기 PI 제어기로부터 상기 디지털 제어 신호를 출력시킴으로써 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 상기 밸브를 제어하는 디지털 제어 신호를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 인핸스트 유량 신호를 발생시키기 전에 AD 컨버터를 사용하여 상기 감지된 플로우 레이트 신호를 디지털 감지된 플로우 레이트 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키기 전에 최소 제곱법을 사용하여 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호를 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수를 발생시키기 위해 제1 가중치로써 1차 도함수를 가중하는 단계를 더 포함하고 있으며, 상기 제1 가중치는 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 종류 및 주어진 기계적 플랫폼에 기초하여 고유하게 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 제2 가중치로써 2차 도함수를 가중하는 단계를 더 포함하고 있으며, 상기 제2 가중치는 상기 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호가 트루 지수 상승에 근사하지 않은 부분을 보정하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 필터링된 가중된 2차 도함수를 발생시키고 상기 가중된 2차 도함수로 인해 상기 디지털 인핸스트 신호에 포함된 잡음을 보상하기 위해 상기 가중된 2차 도함수를 필터링하도록 디지털 저역 필터 연산을 구현시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 디지털 저역 필터 연산은 실험적으로 결정된 시상수를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 설정값 신호를 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호와 비교하는 단계 전에 상기 설정값 신호를 디지털 설정값 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 단계, 상기 설정값 신호를 상기 디지털 인핸스트 신호와 비교하는 단계, 및 상기 디지털 제어 신호를 발생시키는 단계는 디지털 신호 프로세서 컨트롤러에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러는 컴퓨터와 통신하도록 실행가능하고, 상기 컴퓨터는 상기 제1 가중치, 상기 제2 가중치 및 상기 시상수를 포함하는 계산을 수행하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러가 상기 디지털 제어 신호를 계산할 수 있도록 상기 컴퓨터와 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러 사이의 커넥션을 통하여 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤로내의 기억장치에 상기 컴퓨터에 의해 수행된 계산값을 다운로드하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 기억장치는 EEPROM인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수, 상기 필터링된 가중된 2차 도함수, 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호, 및 상기 디지털 제어 신호는 차분 방정식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 디지털 질량 유량 제어기내의 유량 센서에 의해 제공되는 감지된 플로우 레이트 신호로부터 최종 정상상태 플로우 레이트를 나타내는 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 방법에 있어서, 상기 방법은 컴퓨터에 의한,
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 1차 도함수를 계산하는 단계;
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 2차 도함수를 계산하는 단계;
    가중된 1차 도함수 신호를 발생시키기 위해 제1 가중치로써 상기 1차 도함수를 가중하는 단계;
    가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 제2 가중치로써 상기 2차 도함수를 가중하는 단계;
    필터링된 가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 상기 가중된 2차 도함수에 디지털 저역 필터 연산을 구현시키는 단계; 및
    상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키기 위해 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 신호 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수 신호를 합산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 컴퓨터에 의한 1차 도함수를 계산하는 단계 및 상기 컴퓨터에 의한 2차 도함수를 계산하는 단계 전에 AD 컨버터를 사용하여 상기 감지된 플로우 레이트 신호를 디지털 감지된 플로우 레이트 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 컴퓨터에 의한 1차 도함수를 계산하는 단계 및 상기 컴퓨터에 의한 2차 도함수를 계산하는 단계 전에 선형화 모듈에 의한 최소 제곱법을 사용하여 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호를 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수에 대한 상기 제1 가중치는 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 종류 및 주어진 기계적 플랫폼에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 가중된 2차 도함수에 대한 상기 제2 가중치는 상기 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호가 트루 지수 상승에 근사하지 않은 부분을 보정하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디지털 저역 필터 연산은 실험적으로 결정된 시상수를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 1차 도함수를 계산하는 단계, 상기 2차 도함수를 계산하는 단계, 상기 1차 도함수를 가중하는 단계, 상기 2차 도함수를 가중하는 단계, 상기 디지털 저역 필터 연산을 구현시키는 단계, 및 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수를 합산시키는 단계는 디지털 신호 프로세서 컨트롤러에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러는 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러와 컴퓨터 사이의 커넥션을 통해 상기 컴퓨터와 통신하도록 실행가능하고, 상기 컴퓨터는 상기 제1 가중치, 상기 제2 가중치, 및 상기 시상수를 포함하는 계산을 수행하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러가 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 계산할 수 있도록 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러내의 기억장치에 상기 컴퓨터에 의해 수행된 계산값을 다운로드하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 기억장치는 EEPROM인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 14 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수, 상기 필터링된 가중된 2차 도함수, 및 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호는 차분 방정식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 프로세스에서 가스의 유량을 제어하는 디지털 질량 유량 제어기에 있어서,
    상기 디지털 질량 유량 제어기를 통해 실제 가스 플로우 레이트를 측정하고 감지된 플로우 레이트 신호를 출력시키는 유량 센서;
    상기 감지된 플로우 레이트 신호, 상기 감지된 플로우 레이트 신호의 1차 도함수, 상기 감지된 플로우 레이트 신호의 필터링된 2차 도함수, 및 설정값 신호를 사용하여 디지털 제어 신호를 발생시키는 디지털 마이크로컨트롤러; 및
    상기 디지털 제어 신호에 의해 제어되는, 상기 디지털 질량 유량 제어기내의, 가스의 플로우 레이트를 관리하는 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러는
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 상기 1차 도함수를 계산하고,
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 2차 도함수를 계산하고,
    가중된 1차 도함수를 발생시키도록 제1 가중치로써 상기 1차 도함수를 가중하고,
    가중된 2차 도함수를 발생시키도록 제2 가중치로써 상기 2차 도함수를 가중하고,
    필터링된 가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 상기 가중된 2차 도함수에 디지털 저역 필터 연산을 구현시키고, 그리고
    디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키기 위해 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 신호 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수 신호를 합산시키도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 1차 도함수를 계산하고 상기 2차 도함수를 계산하고 그리고 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 신호 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수 신호를 합산시키기 전에 상기 감지된 플로우 레이트 신호가 디지털 감지된 플로우 레이트 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 1차 도함수를 계산하고 상기 2차 도함수를 계산하고 그리고 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 신호 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수 신호를 합산시키기 전에 최소 제곱법을 사용하여 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호가 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제1 가중치는 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 종류 및 주어진 기계적 플랫폼에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제2 가중치는 상기 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호가 트루 지수 상승에 근사하지 않은 부분을 보정하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 디지털 저역 필터 연산은 실험적으로 결정된 시상수를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 디지털 마이크로컨트롤러는, 또한,
    디지털 오차 신호를 발생시키기 위해 상기 설정값 신호를 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호와 비교하고, 상기 디지털 제어 신호를 발생시키기 위해 상기 디지털 오차 신호에 디지털 PI(비례적분) 제어 연산을 구현하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 설정값 신호는 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 설정값 신호는 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호와 상기 설정값 신호를 비교하기 전에 디지털 설정값 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 디지털 마이크로컨트롤러는 디지털 신호 프로세서 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 마이크로컨트롤러는 컴퓨터와 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러 사이의 커넥션을 통하여 상기 컴퓨터와 통신하도록 실행가능하고, 상기 컴퓨터는 상기 제1 가중치, 상기 제2 가중치, 및 상기 시상수를 포함하는 계산을 수행하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 컴퓨터는, 또한, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러가 상기 디지털 제어 신호를 계산할 수 있도록 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러내의 기억장치에 상기 컴퓨터에 의해 실행된 계산값을 다운로드하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 기억장치는 EEPROM인 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  39. 제 26 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수, 상기 가중된 2차 도함수, 상기 필터링된 가중된 2차 도함수, 및 상기 디지털 제어 신호는 차분 방정식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 질량 유량 제어기.
  40. 질량 유량 제어기내의 유량 센서에 의해 제공된 감지된 플로우 레이트 신호로부터 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키는 시스템에 있어서, 상기 시스템은 디지털 신호 프로세서 컨트롤러에 저장된 컴퓨터 프로그램을 갖고, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러는
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 1차 도함수를 계산하고,
    상기 감지된 플로우 레이트 신호의 2차 도함수를 계산하고,
    가중된 1차 도함수 신호를 발생시키기 위해 제1 가중치로써 상기 1차 도함수를 가중하고,
    가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 제2 가중치로써 상기 2차 도함수를 가중하고,
    필터링된 가중된 2차 도함수를 발생시키기 위해 상기 가중된 2차 도함수에 디지털 저역 필터 연산을 수행하고, 그리고
    상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시키기 위해 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 신호 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수 신호를 합산시키도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 1차 도함수를 계산하고 상기 2차 도함수를 계산하고 그리고 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수를 합산시키기 전에 상기 감지된 플로우 레이트 신호가 디지털 감지된 플로우 레이트 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 1차 도함수를 계산하고 상기 2차 도함수를 계산하고 그리고 상기 감지된 플로우 레이트 신호에 상기 가중된 1차 도함수 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수를 합산시키기 전에 최소 제곱법을 사용하여 상기 디지털 감지된 플로우 레이트 신호가 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수에 대한 상기 제1 가중치는 상기 디지털 질량 유량 제어기내의 가스 종류 및 주어진 기계적 플랫폼에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 가중된 2차 도함수에 대한 상기 제2 가중치는 상기 디지털 선형화된 감지된 플로우 레이트 신호가 트루 지수 상승에 근사하지 않은 부분을 보정하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 디지털 저역 필터 연산은 실험적으로 결정된 시상수를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러는 컴퓨터와 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러 사이의 커넥션을 통하여 상기 컴퓨터와 통신하도록 실행가능하고, 상기 컴퓨터는 상기 제1 가중치, 상기 제2 가중치, 및 상기 시상수를 포함하는 계산을 수행하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 컴퓨터는 또한, 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러가 상기 디지털 인핸스트 플로우 레이트 신호를 발생시킬 수 있도록 상기 디지털 신호 프로세서 컨트롤러내의 기억장치에 상기 컴퓨터에 의해 수행된 계산값을 다운로드하도록 실행가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 기억장치는 EEPROM인 것을 특징으로 하는 시스템.
  49. 제 40 항에 있어서, 상기 가중된 1차 도함수, 상기 가중된 2차 도함수 및 상기 필터링된 가중된 2차 도함수는 차분 방정식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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