KR20190107579A - 유량 제어 장치, 유량 제어 방법, 및 유량 제어 장치용 프로그램 - Google Patents

유량 제어 장치, 유량 제어 방법, 및 유량 제어 장치용 프로그램 Download PDF

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유코 이마사토
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가즈히로 마츠우라
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

제어점에 있어서 실제로 흐르고 있는 유량을 큰 노이즈를 포함시키지 않고 추정하고, 유량 제어의 고속화를 실현하면서, 유량 제어의 안정성도 얻을 수 있는 유량 제어 장치를 제공하기 위해서, 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구와, 상기 유량 특성 기억부에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정부와, 설정 유량과, 상기 대상 유량 추정부에 의해 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어부를 구비했다.

Description

유량 제어 장치, 유량 제어 방법, 및 유량 제어 장치용 프로그램{FLOW RATE CONTROL APPARATUS, FLOW RATE CONTROL METHOD, AND PROGRAM FOR A FLOW RATE CONTROL APPARATUS}
본 발명은, 예를 들면 반도체 제조 장치에 이용되는 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서, 예를 들면 에칭 챔버 내에 도입되는 각종 가스의 유량을 제어하기 위해서 매스 플로우 컨트롤러라고 불리는 각종 유체 기기와 제어 기구가 패키지화된 유량 제어 장치가 이용되고 있다.
예를 들면 매스 플로우 컨트롤러는, 유로에 대해서 마련된 유량 센서와, 유량 센서의 하류측에 마련된 밸브와, 유량 센서로 측정되는 측정 유량이 목표치인 설정 유량이 되도록 상기 밸브의 개도(開度)를 제어하는 유량 제어부를 구비한 것이 있다(특허 문헌 1 참조).
그런데, 이러한 매스 플로우 컨트롤러에서는, 유로에 있어서의 유량 센서의 측정점과 밸브의 제어점이 각 기기의 설치 간격분만큼 어긋나 버리기 때문에, 특히 과도 응답시에 있어서 제어에 지연이 생겨 버린다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 제어점에서 실제로 흐르고 있는 밸브 유량을 추정하고, 이 추정된 밸브 유량을 피드백함으로써 제어의 지연을 해소하는 것이 시도되고 있다. 구체적으로는, 유량 센서와 밸브 사이의 용적 내의 압력을 압력 센서로 측정하고, 그 압력의 미분치와, 유량 센서로 측정되는 유량으로부터 제어점에서의 유량인 밸브 유량이 추정된다.
그렇지만, 압력 센서로 측정되는 압력에 예를 들면 고주파의 노이즈가 존재하고 있는 경우에 미분 연산이 행해지면, 추정되는 밸브 유량에는 보다 큰 노이즈가 실려 버리게 된다. 이러한 큰 노이즈 성분을 포함한 밸브 유량이 피드백되면 밸브의 제어가 불안정하게 되어 버릴 우려가 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2004－280688호 공보
본 발명은 상술한 것 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 제어점에 있어서 실제로 흐르고 있는 유량을 큰 노이즈를 포함시키지 않고 추정하고, 유량 제어의 고속화를 실현하면서, 유량 제어의 안정성도 얻을 수 있는 유량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 유량 제어 장치는 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적(容積)으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구와, 상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치와, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력과, 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 기억하는 유량 특성 기억부와, 상기 유량 특성 기억부에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정부와, 설정 유량과, 상기 대상 유량 추정부에 의해 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어부를 구비하고, 상기 대상 유량 추정부가, 상기 유량 제어부에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 유량 제어 방법은 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치를 이용한 유량 제어 방법으로서, 상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력, 및 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 취득하는 유량 특성 취득 스텝과, 상기 유량 특성 취득 스텝에서 취득된 유량 특성에 기초하여, 밸브 유량을 추정하는 밸브 유량 추정 스텝과, 설정 유량과, 상기 대상 유량 추정 스텝에서 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어 스텝을 구비하고, 상기 대상 유량 추정 스텝이 상기 유량 제어 스텝에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 예를 들면 실험 등에 의해 미리 유량 특성을 취득해 둠으로써, 이 유량 특성과, 상기 유량 제어부에 의해 실현되는 개도 관련치 및 측정되는 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력으로부터 대응하는 밸브 유량을 미분 연산없이 추정하는 것이 가능해진다. 여기서, 실현되는 개도 관련치는 상기 하류측 밸브의 개도를 변위 센서 등으로 측정한 것이어도 되고, 상기 하류측 밸브에 인가되는 전압 등이어도 되고, 상기 유량 제어부로부터 출력되는 조작량이어도 된다.
따라서, 상기 대상 유량 추정부가 밸브 유량을 추정해도 밸브 유량에는 큰 노이즈 성분이 중첩되기 어렵다. 이 때문에, 추정된 밸브 유량에 의해 유량 제어의 고속화를 실현하면서, 유량 제어의 안정성도 얻는 것이 가능해진다.
밸브 유량의 추정에 있어서 노이즈가 중첩되어 있는 실측치끼리의 차분 연산이나 미분 연산이 행해지지 않도록 하여 노이즈가 증폭되는 것을 방지하면서, 예를 들면 외란 등으로 상태가 크게 변화했을 경우에도 그 변화가 추정되는 밸브 유량에는 반영되도록 하려면, 상기 대상 유량 추정부가, 개도 관련치, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력, 및 유량 특성에 기초하여, 용적 내 유량을 추정하는 용적 내 유량 추정부와, 측정된 저항 유량과, 추정된 용적 내 유량에 기초하여, 상기 하류측 밸브를 통해서 상기 용적으로부터 유출되는 밸브 유량을 추정하는 밸브 유량 추정부를 구비한 것이면 된다.
상기 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 용적 내에 유출입하는 유량의 관계로부터 밸브 유량을 정확하게 추정할 수 있도록 하려면, 상기 밸브 유량 추정부가 저항 유량과 용적 내 유량의 차에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 것이면 된다.
유량 제어 장치에 있어서 산출 또는 측정되는 값인 개도 관련치나 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력에 포함되는 노이즈 성분이 추정되는 밸브 유량에 증폭되어 나타나지 않도록 하려면, 유량 특성이 개도 관련치 및 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력을 입력 변수, 밸브 유량을 출력 변수로 하는 다변수 함수이고, 당해 다변수 함수가, 입력 변수에 작용하는 미분 연산자를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 것이면 된다.
본 발명에 따른 유량 제어 장치의 구체적인 실시 태양으로서는, 상기 저항 유량 측정 기구가 상기 유체 저항의 상류측에 마련된 상류측 압력 센서와, 상기 유체 저항, 및 상기 하류측 밸브의 사이에 있어서의 상기 유로의 용적 중의 압력을 측정하는 하류측 압력 센서와, 상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력과, 상기 하류측 압력 센서로 측정되는 하류측 압력에 기초하여 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출부를 구비하고, 상기 유량 제어부가 설정 유량과 밸브 유량의 편차에 기초하여 상기 하류측 밸브에 입력되는 조작량을 출력하도록 구성되어 있고, 상기 대상 유량 추정부가 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력인 상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력과, 개도 관련치인 상기 유량 제어부가 출력하는 조작량과, 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.
이러한 것이면, 용적 내의 압력인 하류측 압력이 아니라, 상기 유체 저항의 상류측의 압력을 이용하여 대상 유량 추정부를 추정하므로, 상기 하류측 밸브의 개도가 변경됨으로써, 용적 내의 압력이 급격하게 변화했을 경우에도 그 영향이 나타나기 어렵게 할 수 있다. 이 때문에, 추정되는 용적 내 유량, 및 밸브 유량이 크게 변동하는 것을 방지하여, 유량 제어의 안정성을 더 높일 수 있다.
또, 개도 관련치로서 상기 유량 제어부가 출력하는 조작량을 이용하고 있으므로, 상기 하류측 밸브의 개도를 직접 측정하지 않아도 되어, 제어계를 간편하게 구성하는 것도 가능해진다.
상기 하류측 밸브에 의해서 밸브 유량이 설정 유량으로 안정된 후는 상기 유체 저항의 상류측의 압력 변동이 생겨도 밸브 유량이 변동하기 어려운 로버스트한 제어를 실현할 수 있도록 하려면, 상기 유체 저항보다도 상류측에 마련된 상류측 밸브와, 설정 압력과, 상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력에 기초하여 상기 상류측 밸브를 제어하는 압력 제어부를 추가로 구비한 것이면 된다.
예를 들면 기존의 유량 제어 장치에 대해서 프로그램을 업데이트하는 것만으로, 본 발명에 따른 유량 제어 장치와 마찬가지의 효과를 달성할 수 있도록 하려면, 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 프로그램으로서, 상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치와, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력과, 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 기억하는 유량 특성 기억부와, 상기 유량 특성 기억부에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정부와, 설정 유량과 상기 대상 유량 추정부에 의해 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하고, 상기 대상 유량 추정부가 상기 유량 제어부에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치용 프로그램을 이용하면 된다.
덧붙여 유량 제어 장치용 프로그램은 전자적으로 전송되는 것이어도 되고, CD, DVD, HDD, 플래쉬 메모리 등의 기록 매체에 기록되는 것이어도 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 유량 제어 장치에 의하면, 미분 연산을 이용하지 않고 하류측 밸브에서 실제로 흐르고 있는 유량을 밸브 유량으로서 추정할 수 있다. 따라서, 측정되는 압력에 노이즈가 있었다고 해도, 그 잡음이 증폭되어 밸브 유량에 반영되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 유량 제어의 고속화를 실현하면서, 유량 제어의 안정성도 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유량 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 용적 내 유량 추정부의 초기치에서의 동작을 나타내는 모식적 블록도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 용적 내 유량 추정부의 2회째 제어 주기 이후에서의 동작을 나타내는 모식적 블록도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 유량 제어 장치의 제어 동작에 대해 나타내는 순서도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 유량 제어 장치의 변형예에 대해 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유량 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유량 제어 장치를 나타내는 모식도이다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유량 제어 장치(100)에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.
제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)는, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에 있어서 에칭 챔버에 대해서 가스를 설정 유량으로 공급하기 위해서 이용되는 것이다. 여기서, 설정 유량은 어느 유량치로부터 다른 유량치로 계단 모양으로 상승하거나, 혹은 하강하는 스텝 신호이다. 이 스텝 신호에 대해서 예를 들면 제조되는 반도체의 품질에 따라 설정되는 소정 시간 내에 추종하도록, 이 유량 제어 장치(100)는 구성되어 있다.
즉, 유량 제어 장치(100)는 도 1에 도시하는 것처럼, 유로에 마련된 센서와, 밸브로 이루어지는 유체 기기와, 당해 유체 기기의 제어를 담당하는 제어기(COM)를 구비하고 있다. 덧붙여 도 1의 기능 블록도에 대해서는 초기치에 의한 1회째의 제어 주기에서의 동작이 종료되고, 2회째 이후의 제어 주기에서의 동작 상태를 나타내는 것이다.
유로에 대해서 상류측으로부터 차례로 상류측 밸브(V1), 상류측 압력 센서(P1), 유체 저항(R), 하류측 압력 센서(P2), 하류측 밸브(V2)가 마련되어 있다. 여기서, 유체 저항(R)은 예를 들면 층류(層流) 소자이며, 그 전후에 흐르는 가스 유량에 따른 차압이 발생한다.
상류측 압력 센서(P1)는 유로에 있어서 상류측 밸브(V1)와 유체 저항(R)의 사이에 있어서의 용적인 상류측 용적 내에 차지(charge)되어 있는 가스의 압력인 상류측 압력을 측정하는 것이다.
하류측 압력 센서(P2)는 유로에 있어서 유체 저항(R)과 하류측 밸브(V2)의 사이에 있어서의 용적인 하류측 용적 VL에 차지되어 있는 가스의 압력인 하류측 압력을 측정하는 것이다.
이와 같이 상류측 압력 센서(P1)와 하류측 압력 센서(P2)는, 상류측 밸브(V1), 유체 저항(R), 하류측 밸브(V2)로 형성되는 2개의 용적의 압력을 각각 측정하고 있다. 또, 다른 표현을 하면, 상류측 압력 센서(P1)와 하류측 압력 센서(P2)는, 유체 저항(R)의 전후에 배치된 각각의 용적 내의 압력을 측정하는 것이다.
상류측 밸브(V1), 및 하류측 밸브(V2)는, 제1 실시 형태에서는 동형(同型)의 것이며, 예를 들면 피에조 소자에 의해서 밸브 몸체가 밸브 재에 대해서 구동되는 피에조 밸브이다. 상류측 밸브(V1)는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력에 기초하여 상류측 용적 내의 압력을 제어한다. 한편, 유체 기기에 있어서 가장 하류측에 마련되어 있는 하류측 밸브(V2)는, 유체 기기로부터 유출되는 가스 유량 전체를 제어하는 것이다.
다음에 제어기(COM)에 대해 상술한다.
제어기(COM)는, 예를 들면 CPU, 메모리, A/D·D/A 컨버터, 입출력 수단을 구비하는 이른바 컴퓨터로서, 메모리에 격납되어 있는 유량 제어 장치용 프로그램이 실행되어 각종 기기가 협업함으로써, 도 1의 기능 블록도에 도시하는 것처럼 적어도 저항 유량 산출부(1), 유량 특성 기억부(2), 대상 유량 추정부(FE), 밸브 유량 추정부(4), 유량 제어부(5), 압력 제어부(6)로서의 기능을 발휘한다.
저항 유량 산출부(1)는 상류측 압력 센서(P1), 하류측 압력 센서(P2)와 함께 유체 저항(R)을 흘러, 유체 저항(R), 하류측 용적 VL에 유입되는 가스 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구를 구성한다. 또, 유체 저항(R)과 저항 유량 측정 기구는, 이른바 압력식의 유량 센서를 구성하는 것이다. 구체적으로는, 저항 유량 산출부(1)는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력과 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력을 입력으로 하여, 유체 저항(R)을 흐르는 가스 유량인 저항 유량 QR을 산출하여, 출력하는 것이다. 여기서, 저항 유량 산출부(1)에서 이용되는 유량의 산출식은 기존의 것을 이용할 수 있다. 저항 유량 산출부(1)에서 산출되는 저항 유량 QR은 연속적으로 변화하는 것이지만, 하류측 밸브(V2)의 제어에 의해 실현되는 당해 하류측 밸브(V2)를 통과하고 있는 실제의 유량에 대해서 소정의 시간 지연이 발생하고 있다. 이것은, 유체 저항(R)이 하류측 밸브(V2)에 대해서 소정 거리 상류측에 존재하기 때문에 유량의 변화가 전달되는데 시간이 걸리기 때문이다.
유량 특성 기억부(2)는 하류측 밸브(V2)의 개도에 관련하는 개도 관련치와, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력과, 유량의 제어점인 하류측 밸브(V2)를 통과하는 유량인 밸브 유량 QOUT 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 기억한다. 제1 실시 형태에서는 개도 관련치는, 후술하는 유량 제어부(5)에 의해서 하류측 밸브(V2)에 입력되는 조작량이다. 또, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력은, 유체 저항(R)과 하류측 밸브(V2) 사이의 용적 내의 압력이다.
유량 특성은, 예를 들면 개도 관련치와 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력을 입력 변수로 하고, 유량의 제어점인 하류측 밸브(V2)를 통과하는 유량인 밸브 유량 QOUT을 출력 변수로 하는 함수로 나타내지는 맵이다. 이 함수에 대해서는 미리 실험을 행함으로써 구해져 있다. 구체적으로는, 제1 실시 형태에서는 하류측 밸브(V2)의 하류측은 진공 흡인(vacuum-drawing)되어 있으므로 거의 일정 압으로서 취급되고, 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 용적 VL 내의 압력인 하류측 압력과, 하류측 밸브(V2)로 입력되는 조작량의 조합을 변경하여, 정상 상태가 되었을 경우에 압력식의 유량 센서에 의해서 저항 유량 QR을 측정함과 아울러, 하류측 밸브(V2)를 통과하는 밸브 유량 QOUT을 측정한다. 여기서, 하류측 밸브(V2)의 제어점에서 유량을 직접 측정할 수 없으므로, 예를 들면 유량이 일정하게 된 정상 상태에서의 유량을 하류측 밸브(V2)의 하류측에 마련한 기준 유량 센서(도시하지 않는다)로 측정한다.
또, 이와 같이 하여 얻어진 유량 특성을 나타내는 함수는, 각 입력 변수에 대해서 작용하는 시간 미분 연산자를 포함하지 않고, 예를 들면 각 입력 변수의 다항식으로 나타내지는 것이다.
대상 유량 추정부(FE)는 개도 관련치, 및 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력이 입력되고, 유량 특성 기억부(2)에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량 QOUT을 추정한다. 제1 실시 형태에서는, 개도 관련치로서 유량 제어부(5)로부터 개도 관련치로서 하류측 밸브(V2)로의 조작량이 유량 제어부(5)로부터 입력된다. 또, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력으로서, 1회째의 제어 주기만 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력과 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력의 양쪽이 입력된다. 2회째 제어 주기 이후에 대해서는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력만이 입력된다. 이 대상 유량 추정부(FE)는, 처음에 후술하는 용적 내 유량 QP2를 추정하고, 그 추정된 용적 내 유량 QP2와 압력식의 유량 센서로 실측되는 저항 유량 QR의 차분으로부터 밸브 유량 QOUT을 추정한다. 이러한 기능을 실현하기 위해서 제1 실시 형태에서는 대상 유량 추정부(FE)는, 용적 내 유량 QP2를 추정하는 용적 내 유량 추정부(3)와, 밸브 유량 QOUT을 추정하는 밸브 유량 추정부(4)를 구비하고 있다.
용적 내 유량 추정부(3)는 개도 관련치, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력, 및 유량 특성에 기초하여, 용적 내 유량 QP2를 추정한다. 용적 내 유량 QP2는 유체 저항(R)과 하류측 밸브(V2) 사이의 유로의 용적 VL 내를 흐르는 유량이다. 보다 구체적으로는 용적 내 유량 QP2는 유로의 용적 VL 내를 유출입하는 유체의 유량이며, 용적 VL 내에 유입되는 유량인 저항 유량 QR과 용적 VL 내로부터 유출되는 유량인 밸브 유량 QOUT의 차로서 정의된다. 이 실시 형태에서는, 저항 유량 QR이 밸브 유량 QOUT보다도 큰 경우에는 용적 내 유량 QP2는 양의 값이 되고, 저항 유량 QR이 밸브 유량 QOUT보다도 작은 경우에는 용적 내 유량 QP2는 음의 값이 되도록 정의되어 있다. 즉, 용적 내 유량 QP2의 양음은 유로 내에 있어서의 유체의 흐름의 방향을 나타내는 것이 아니라, 용적 VL 내에 유입되는 유량과 유출되는 유량 중 어느 것이 큰지를 나타낸다.
또, 용적 내 유량 추정부(3)로는, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력으로서 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력이 입력된다. 덧붙여 도 1에서는 2회째 제어 주기 이후에서의 동작 상태를 나타내고 있기 때문에, 용적 내 유량 추정부(3)에는 실측치로서 조작량과 상류측 압력만이 입력되고 있는 상태를 나타내고 있다. 초기치에서의 동작시만, 하류측 압력 센서(P2)로 실측되는 하류측 압력이 1회만 입력된다.
다음에 용적 내 유량 추정부(3)의 상세 구성에 대해 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 2는 처음의 제어 주기에서의 용적 내 유량 추정부(3)의 상태를 나타내는 제어 블록도이고, 도 3은 2회째 제어 주기 이후에서의 용적 내 유량 추정부(3)의 상태를 나타내는 제어 블록도이다.
용적 내 유량 추정부(3)는, 도 3에 도시하는 것처럼 2회째 제어 주기 이후에 있어서는, 하류측 압력의 실측치를 이용하지 않고, 현재의 제어 주기에서 추정된 용적 내 유량 QP2를 적분하여 얻어지는 하류측 압력의 추정치를 이용하여, 그 다음의 제어 주기에서의 용적 내 유량 QP2를 추정하고 있다.
보다 구체적으로는 용적 내 유량 추정부(3)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 것처럼 맵 유량 출력기(31)와, 저항 유량 추정기(32)와, 유량 연산기(33)와, 하류측 압력 추정기(34)와, 루프 전환기(35)를 구비하고 있다.
루프 전환기(35)는 도 2 및 도 3과 같이 제어 루프의 전환을 행하는 것이다. 구체적으로는 루프 전환기(35)는, 처음의 제어 주기인 경우에는, 도 2에 도시하는 것처럼 맵 유량 출력기(31)에 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력이 맵 유량 출력기(31) 및 저항 유량 추정기(32)에 입력되어 하류측 압력 추정기(34)를 동작시키지 않도록 한다. 한편, 2회째 제어 주기 이후에서는 루프 전환기(35)는, 도 3에 도시하는 것처럼 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력을 이용하지 않고, 하류측 압력 추정기(34)에 의해 추정되는 하류측 압력이 맵 유량 출력기(31) 및 저항 유량 추정기(32)에 입력되도록 한다.
맵 유량 출력기(31)는 개도 관련치, 하류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정된 밸브 유량 QOUT인 맵 유량을 출력한다. 여기서, 맵 유량은 제어점인 하류측 밸브(V2)를 통과하는 유량인 밸브 유량 QOUT을 추정하고 있지만, 후술하는 밸브 유량 추정부(4)에서 추정되는 밸브 유량 QOUT과는 추정 방법이 상이하고, 추정 정밀도 등도 상이하기 때문에 맵 유량과 같은 명칭을 별도로 부여하고 있다.
이 맵 유량 출력기(31)는 초기치만 실측된 하류측 압력이 입력되고, 이후는 후술하는 하류측 압력 추정기(34)에서 추정되는 하류측 압력이 입력된다. 또, 맵 유량 출력기(31)에는, 유량 제어부(5)로부터 그 제어 주기에 있어서 출력되고 있는 조작량이 개도 관련치로서 입력된다. 맵 유량 출력기(31)는 이들 입력되고 있는 하류측 압력과 조작량을 유량 특성을 나타내는 함수에 대입함으로써, 밸브 유량의 추정치인 맵 유량을 산출하여, 출력한다.
저항 유량 추정기(32)는 초기치만 실측된 하류측 압력이 입력되고, 이후는 추정된 하류측 압력이 입력된다. 또, 저항 유량 추정기(32)에는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력이 각 제어 주기에서 입력된다. 저항 유량 추정기(32)는 입력되는 상류측 압력과 하류측 압력의 차분과, 유체 저항(R)의 특성을 나타내는 함수에 기초하여, 저항 유량 QR을 산출하여 추정한다. 여기서, 압력식의 유량 센서로 실측되는 값은 첫회의 제어 주기에서는 완전하게 일치하지만, 2회째 이후의 제어 주기에서는 추정된 하류측 압력이 이용되고 있기 때문에 저항 유량 추정기(32)에서 추정되는 저항 유량 QR과, 압력식의 유량 센서로 실측되는 저항 유량 QR의 사이에는 차이가 생긴다. 구체적으로는, 저항 유량 추정기(32)에서는 산술적으로 추정되어, 노이즈가 실질적으로 포함되지 않는 하류측 압력을 이용하고 있으므로 추정치로서 출력되는 저항 유량에 나타나는 노이즈도 작게 할 수 있다.
유량 연산기(33)는 맵 유량 출력기(31)에서 추정되는 맵 유량과, 저항 유량 추정기(32)에서 추정되는 저항 유량에 기초하여 용적 내 유량 QP2를 추정한다. 여기서, 용적 내에 유입하는 유량으로부터 유출하는 유량을 감산한 값이 용적 내 유량 QP2에 상당하므로, 유량 연산기(33)는 추정된 저항 유량 QR로부터 추정된 맵 유량을 감산한 값을 용적 내 유량 QP2로서 출력한다.
하류측 압력 추정기(34)는 유량 연산기(33)로부터 출력되는 추정된 용적 내 유량 QP2를 적분하여 하류측 압력을 추정한다.
상술한 것처럼 초기치만 하류측 압력의 실측치를 이용하고 있고, 이후는 하류측 압력 추정기(34)에서 추정되는 하류측 압력을 이용하여 용적 내 유량 QP2의 추정이 반복되게 된다. 이 때문에, 첫회 이외의 용적 내 유량 QP2의 추정에서는 노이즈가 중첩되는 일 없이, 용적 내 유량 QP2의 추정은 수렴한다. 또, 추정의 과정에 있어서 미분 연산자는 이용되지 않고, 적분 연산만이 행해지고 있으므로, 용적 내 유량 QP2 및 하류측 압력의 추정에 있어서 노이즈가 증폭되는 일은 없다.
밸브 유량 추정부(4)는 저항 유량 측정 기구에 의해 측정된 저항 유량 QR과, 용적 내 유량 추정부(3)에 의해 추정된 용적 내 유량 QP2에 기초하여, 유량의 제어점인 하류측 밸브(V2)에서의 유량을 추정한다. 구체적으로는 밸브 유량 추정부(4)는, 각 제어 주기에서 저항 유량 QR로부터 용적 내 유량 QP2를 감산한 값을 밸브 유량 QOUT으로서 추정한다. 여기서, 밸브 유량 추정부(4)에서 추정되는 밸브 유량 QOUT은 실측된 저항 유량 QR을 이용하고 있는 분만큼 맵 유량 출력기(31)에서 추정되는 밸브 유량인 맵 유량보다도 추정 정밀도가 높아진다. 이 때문에, 하류측 밸브(V2)의 조작량을 결정하기 위한 추정량으로서는 이쪽의 값을 사용하고 있다. 한편, 맵 유량 출력기(31)에서 추정되는 맵 유량은 절대적인 유량의 값보다도 상승시의 변화 경향이 실제의 상태에 가깝게 하는 것을 목적으로 하여 이용하고 있다.
이와 같이 용적 내 유량 QP2 및 밸브 유량 QOUT의 양쪽의 추정에 있어서 시간 미분 연산은 행해지지 않도록 하고 있다.
유량 제어부(5)는 유저에 의해서 설정되는 설정 유량과, 밸브 유량 추정부(4)로부터 입력되는 밸브 유량 QOUT에 기초하여 하류측 밸브(V2)를 제어한다. 즉, 유량 제어부(5)는 설정 유량과 밸브 유량 QOUT의 편차가 작아지도록, 하류측 밸브(V2)로부터 유출되는 가스 유량으로서 추정되는 밸브 유량 QOUT의 피드백에 의해서 하류측 밸브(V2)를 제어한다. 제1 실시 형태에서는, 유량 제어부(5)는 조작량인 하류측 밸브(V2)에 인가하는 전압의 값을 설정 유량과 추정된 밸브 유량 QOUT의 편차에 PID 연산을 행하여 결정한다. 이 때 유량 제어부(5)에서 PID 연산에 의해 산출된 값에 상당하는 전압이 하류측 밸브(V2)에 인가됨과 아울러, 그 때의 전압치가 용적 내 유량 추정부(3)에도 출력된다.
한편, 압력 제어부(6)는 유저에 의해서 설정되는 설정 압력과, 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력에 기초하여 상류측 밸브(V1)를 PID 제어한다. 즉, 압력 제어부(6)는 설정 압력과 상류측 압력의 편차가 작아지도록 상류측 압력의 피드백에 의해서 상류측 압력을 제어한다. 여기서, 설정 압력은 밸브 유량 QOUT이 설정 유량으로 안정된 경우에 있어서 유체 저항(R)의 전후에 있어서 유지되어야 할 압력차에 기초하여 설정된다.
이와 같이 하여, 상류측 밸브(V1)에 의한 압력의 제어와, 하류측 밸브에 의한 유량의 제어가 각각 독립적으로 행해진다.
다음에 이와 같이 구성된 유량 제어 장치(100)의 2회째 제어 주기 이후에 있어서의 동작에 대해 도 4의 순서도를 참조하면서 설명한다.
우선, 용적 내 유량 추정부(3)는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력과, 유량 제어부(5)에 의해 현재의 제어 주기에서 하류측 밸브(V2)에 입력되고 있는 조작량인 전압의 값을 취득한다(스텝 S1).
또, 용적 내 유량 추정부(3)의 하류측 압력 추정기(34)는, 전(前)의 제어 주기에 있어서 추정된 용적 내 유량 QP2를 적분하여 하류측 압력의 값을 추정한다(스텝 S2).
그리고, 용적 내 유량 추정부(3)의 맵 유량 출력기(31)는, 기억되어 있는 유량 특성의 함수에 실측되는 조작량과, 하류측 압력 추정기(34)에서 추정되고 있는 하류측 압력을 대입하여 추정된 밸브 유량인 맵 유량을 출력한다(스텝 S3). 여기서, 맵 유량 출력기(31)에는 추정치로서, 실측치와 비교하여 노이즈가 포함되기 어려운 하류측 압력이 입력되고 있으므로, 출력되는 맵 유량에도 노이즈가 중첩되기 어렵다. 또, 맵 유량은 특히 과도 응답시에 있어서의 실제의 밸브 유량 QOUT의 변화 경향을 실측되어 있는 저항 유량 QR 보다도 반영한 것으로 할 수 있다.
또, 병행하여 용적 내 유량 추정부(3)의 저항 유량 추정기(32)는, 실측되어 있는 상류측 압력과 추정된 하류측 압력의 차분으로부터 저항 유량 QR의 값을 추정한다(스텝 S4). 여기서, 상류측 압력은 실측치이고, 하류측 압력은 노이즈 성분이 포함되기 어려운 추정치이므로, 차분 연산을 행해도 추정되는 저항 유량 QR은 노이즈가 중첩되기 어렵다.
다음에 용적 내 유량 추정부(3)의 유량 연산기(33)는, 추정된 저항 유량으로부터 추정된 맵 유량을 감산함으로써 현 제어 주기에서의 용적 내 유량 QP2를 추정한다(스텝 S5).
다음에, 밸브 유량 추정부(4)는 유량 센서로 측정되고 있는 저항 유량 QR로부터 추정되고 있는 용적 내 유량 QP2를 감산하여 밸브 유량 QOUT으로서 추정한다(스텝 S6). 이와 같이 맵 유량 출력기(31)에서 출력되는 밸브 유량인 맵 유량을 그대로 사용하는 것이 아니라, 맵 유량으로부터 추정되는 용적 내 유량 QP2로부터 유량 센서로 실측되는 저항 유량 QR을 감산하여 밸브 유량 QOUT을 산출하고 있으므로, 유로 내에서 어떠한 외란이 있었다고 해도 그 변화를 추정치인 밸브 유량 QOUT에 곧바로 반영시켜 유량 제어의 로버스트성을 높일 수 있다.
덧붙여 스텝 S2로부터 스텝 S6에서는 미분 연산은 행해지고 있지 않다. 또, 차분 연산이 행해지는 경우에도 적어도 한쪽의 값은 노이즈가 작은 추정치이고, 연산 결과에 노이즈가 증폭되지 않도록 하고 있다. 이 때문에, 최종적으로 얻어지는 밸브 유량 QOUT의 추정 정밀도도 높일 수 있다.
유량 제어부(5)는 추정된 밸브 유량 QOUT과 설정 유량의 편차에 기초하여 이 제어 주기에서의 조작량을 결정하고, 대응하는 전압을 하류측 밸브(V2)에 대해서 인가한다(스텝 S7).
이후 각 제어 주기에 있어서 마찬가지의 동작이 반복된다. 덧붙여 압력 제어부(6)에 의한 상류측 밸브(V1)의 제어는, 유량 제어부(5)와는 독립적으로 행해지고 있고, 항상 상류측 용적 내에 있어서 측정되는 상류측 압력이 설정 압력으로 유지되도록 상류측 밸브(V1)의 개도가 계속 제어된다.
이와 같이 구성된 제1 실시 형태의 유량 제어 장치(100)에 의하면, 하류측 밸브(V2)로부터 유출되는 유량인 밸브 유량 QOUT을, 실측할 수 있는 저항 유량 QR과, 하류측 밸브(V2)로 입력되는 조작량인 전압치, 상류측 압력에 기초하여, 미리 측정된 유량 특성에 기초하여 시간 미분 연산을 행하는 일 없이 추정할 수 있다.
이 때문에, 추정되는 밸브 유량 QOUT에는, 실측되고 있는 값에 중첩되어 있는 노이즈가 미분 연산에 의해서 확대되지 않고, 노이즈를 작게 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 추정되는 밸브 유량 QOUT이 유량 제어부(5)에 피드백되어도, 제어가 불안정하게 되기 어렵다.
또, 용적 내 유량 QP2가 흐르고 있는 하류측 용적 VL의 압력인 하류측 압력이 아니라, 유체 저항(R)의 상류측이기 때문에 하류측 밸브(V2)의 개도가 변화하는 등 하여도 급격한 압력 변화가 생기기 어려운 상류측 압력을 참조하여, 용적 내 유량 QP2의 추정을 행하고 있으므로, 추정되는 용적 내 유량 QP2 및 밸브 유량 QOUT을 안정된 것으로 하기 쉽다. 이 때문에, 추정치가 크게 변동함으로써, 하류측 밸브(V2)의 제어가 불안정하게 되는 것을 막을 수 있다.
추가로, 제어점인 하류측 밸브(V2)로부터 유출되는 유량으로서 추정되는 밸브 유량 QOUT을 피드백하여 하류측 밸브(V2)를 제어하고 있으므로, 과도 상태에 있어서의 실제의 유량과 피드백되고 있는 유량 사이의 시간 지연을 작게 하여, 설정 유량의 변화에 대한 추종 속도를 종래보다도 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 제조 프로세스에 있어서 요구되고 있는 응답 속도를 실현할 수 있게 된다.
이에 더하여, 상류측 밸브(V1)에 의해서 유체 저항(R)의 상류측의 압력이 항상 설정 압력으로 유지되도록 제어되므로, 압력 변동이 생기기 어렵고, 하류측 밸브(V2)의 제어에 의해서 당해 하류측 밸브(V2)를 통과하는 가스 유량이 설정 유량으로 안정된 후는 그 유량을 계속 유지하기 쉽다. 즉, 정상 상태에 있어서는 하류측 밸브(V2)로부터 유출되는 가스 유량의 제어에 대해 로버스트성을 높일 수 있다.
다음에 제1 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다. 용적 내 유량 추정부(3)에 대해서는, 우선 밸브 유량인 맵 유량 QOUT을 추정한 후에, 추정된 저항 유량 QR을 감산하여 용적 내 유량 QP2를 추정하도록 구성되어 있었지만, 예를 들면 입력되는 실측치인 개도 관련치와 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력으로부터 용적 내 유량 QP2를 직접 출력하도록 해도 된다.
구체적으로는, 유량 특성으로서 미리 조작량과, 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력 또는 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력을 입력 변수로 하고, 용적 내 유량 QP2를 출력 변수로 하는 유량 특성을 작성해 두고, 용적 내 유량 추정부(3)가 실측되는 각 값을 대입하여 용적 내 유량 QP2를 얻도록 해도 된다. 이러한 것이어도, 미분 연산을 이용하지 않고 밸브 유량 QOUT을 추정하여, 종래보다도 노이즈를 저감시키는 것이 가능하다.
추가로 제1 실시 형태의 다른 변형예에 대해 설명한다. 도 5에 도시하는 것처럼, 대상 유량 추정부(FE)가 하류측 압력 센서(P2)에 의해 실측되고 있는 하류측 압력, 및 유량 제어부(5)로부터 출력되고 있는 개도 관련치인 조작량을 입력으로 하여, 유량 특성에 기초하여 용적 내 유량 QP2를 추정하지 않고 밸브 유량 QOUT을 직접 출력하도록 해도 된다. 즉, 도 2 및 도 3에서 도시한 것 같은 연산을 행하는 일 없이, 2개의 실측치로 유량 특성의 맵으로부터 밸브 유량 QOUT이 출력되도록 하고, 그 값으로 유량 제어부(5)가 하류측 밸브(V2)의 개도를 제어하도록 해도 된다.
이러한 것이어도, 밸브 유량 QOUT을 추정하기 위해서 미분 연산을 행할 필요가 없으므로, 추정되는 밸브 유량 QOUT의 노이즈 성분을 미분 연산이 필요한 추정 방법과 비교하여 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 유량 제어를 고속으로 응답시킬 수 있도록 하면서, 종래의 미분 연산을 사용하여 추정한 밸브 유량을 사용한 유량 제어와 비교하여 제어의 안정성을 향상시킬 수 있다.
다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 6을 참조하면서 설명한다. 덧붙여 제1 실시 형태에서 설명한 부재에 대응하는 부재에는 같은 부호를 부여하는 것으로 한다.
제2 실시 형태의 유량 제어 장치(100)는 용적 내 유량 QP2를 추정하기 위해서 이용되는 입력 변수가 제1 실시 형태와는 다르다. 즉, 제2 실시 형태의 유량 제어 장치(100)의 하류측 밸브(V2)는, 그 개도를 측정하기 위한 변위 센서(D)를 구비하고 있다.
또, 용적 내 유량 추정부(3)는 개도 관련치로서 변위 센서(D)가 나타내는 개도의 출력치를 이용함과 아울러, 하류측 밸브(V2)의 상류측의 압력으로서 하류측 압력 센서(P2)로 측정되는 하류측 압력을 이용하여, 용적 내 유량 QP2를 추정하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 유량 특성에 대해서는, 변위 센서(D)가 나타내는 개도와 하류측 압력에 대응하는 용적 내 유량 QP2를 미리 실측해 두고, 이들 2개의 값을 입력 변수로 하는 함수로서 정의하고 있다.
밸브 유량 추정부(4)는 변위 센서(D)의 출력치와 하류측 압력에 기초하여 추정된 용적 내 유량 QP2와, 유량 센서로 측정되는 저항 유량 QR에 기초하여 밸브 유량 QOUT을 추정한다.
이러한 것이어도, 밸브 유량 QOUT을 추정하기 위해서 각 입력 변수에 대해서 시간 미분 연산을 행할 필요가 없고, 추정되는 밸브 유량 QOUT에 노이즈가 크게 반영되어 버리는 것을 막을 수 있다. 또, 과도 응답 상태에 있어서 저항 유량 QR이 하류측 밸브(V2)를 실제로 통과하는 유량에 대해서 시간 지연이 발생해 있는 경우에도, 보다 시간 지연이 작은 추정된 밸브 유량 QOUT을 이용하여 피드백 제어가 행해짐으로써, 유량 제어의 응답 속도를 개선할 수 있다.
추가로 제3 실시 형태에 대해 도 7을 참조하면서 설명한다. 덧붙여 제1 실시 형태에서 설명한 부재에 대응하는 부재에는 같은 부호를 부여하는 것으로 한다.
제3 실시 형태의 유량 제어 장치(100)에서는, 저항 유량 QR의 산출 원리가 제1 실시 형태와는 다름과 아울러, 하류측 압력 센서(P2)를 생략하고 있다. 구체적으로는, 제3 실시 형태의 유량 제어 장치(100)는, 유체 저항(R)의 전후에 마련된 압력 센서의 측정치를 이용하는 것이 아니라, 별도 유량을 측정하기 위한 열식 유량 검출 기구(F)를 마련하고, 저항 유량 산출부(11)는 이 열식 유량 검출 기구(F)의 출력에 기초하여 저항 유량 QR을 산출하도록 구성되어 있다.
즉, 제3 실시 형태에서는 열식 유량 검출 기구(F)로서, 유체 저항(R)의 전후를 걸치도록 분기(分岐)시켜서 마련된 세관(細管, F1)과, 당해 세관(F1)에 권회(卷回)된 2개의 전열 코일(F2)과, 각 전열 코일(F2)을 소정의 온도로 유지하도록 구성된 브릿지 회로로 이루어지는 유량 검출기(F3)를 구비하고 있다. 각 전열 코일(F2)에 인가되는 전압은 세관(F1)을 흐르는 유체의 유량에 따라 변화한다. 저항 유량 산출부(11)는 유량 검출기(F3)로부터 출력되는 전압의 차에 기초하여 저항 유량 QR을 산출한다. 즉, 제3 실시 형태에서는, 유량 검출 기구(F)와 저항 유량 산출부(11)에 의해서 열식의 유량 센서가 구성되도록 하고 있다.
덧붙여 제3 실시 형태도 용적 내 유량 추정부(3)는 제1 실시 형태와 마찬가지로 상류측 압력 센서(P1)로 측정되는 상류측 압력과, 유량 제어부(5)로부터 출력되고 있는 하류측 밸브(V2)의 조작량에 기초하여 용적 내 유량 QP2를 추정한다.
이러한 것이어도, 저항 유량 QR과, 추정된 용적 내 유량 QP2에 기초하여 하류측 밸브(V2)에 있어서 실제로 흐르고 있는 유량을 밸브 유량 QOUT으로서 추정하고, 추정된 밸브 유량 QOUT에 기초하여 시간 지연을 저감시켜 유량 제어를 행할 수 있다. 또, 제3 실시 형태에서도 용적 내 유량 QP2 및 밸브 유량 QOUT의 추정시에 측정되어 있는 값에 시간 미분 연산을 행하는 일이 없으므로, 측정되어 있는 값에 중첩되어 있는 노이즈가 확대되어 추정치에 반영되어 버리는 것을 막을 수 있다. 따라서, 특히 과도 응답 상태에서의 응답 특성을 개선하면서, 유량 제어의 안정성도 유지할 수 있다.
그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.
유량 제어 장치가 상류측 밸브를 구비하지 않고, 상류측 압력 센서, 유체 저항, 하류측 압력 센서, 하류측 밸브만을 유체 기기로서 구비하고 있는 것이어도 된다. 즉, 유체 저항의 상류측의 압력을 일정하게 유지하는 압력 제어를 행하지 않고, 제1 실시 형태에서 설명한 것 같이 제2 유량에 기초하는 유량의 피드백 제어를 하류측 밸브에서 행하도록 해도 된다. 이러한 것이어도, 유량의 측정점과 제어점을 일치시킴으로써, 응답 속도를 향상시킨다고 하는 효과는 얻을 수 있다.
유량 제어 장치가 제어하는 유체는 가스로 한정되지 않고, 액체여도 상관없다.
상류측 밸브도 변위 센서를 구비하고, 상류측 밸브의 개도를 검출할 수 있도록 해도 된다.
또, 본 발명에 따른 유량 제어 장치에 의해서 극히 단시간에 실현되는 유량을 예를 들면 챔버 등으로 그대로 공급할 수 있도록 하려면, 하류측 밸브를 유로에 있어서 챔버의 도입구의 근방에 배치하면 된다.
유량 특성에 대해서는, 함수가 아니라, 테이블 형식의 것이고, 용적 내 유량 추정부(3)가 테이블을 참조하여 개도 관련치 및 상류측의 압력에 대응하는 용적 내 유량 QP2를 픽업하는 것이어도 상관없다. 또, 용적 내 유량 QP2를 추정하기 위해서 이용되는 파라미터는 2종류에만 한정되지 않고, 추가로 다변수여도 상관없다. 예를 들면 유체의 종류나 환경 온도 등을 파라미터로서 추가하여, 용적 내 유량 QP2의 추정 정밀도를 더욱 높이도록 해도 된다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서, 실시 형태의 변형을 행해도 되고, 각 실시 형태의 일부 또는 전체를 각각 조합해도 상관없다.
100···유량 제어 장치
V1 ···상류측 밸브
V2 ···하류측 밸브
P1 ···상류측 압력 센서
P2 ···하류측 압력 센서
R ···유체 저항
VL ···하류측 용적
1 ···저항 유량 산출부
2 ···유량 특성 기억부
FE ···대상 유량 추정부
3 ···용적 내 유량 추정부
31 ···맵 유량 출력기
32 ···저항 유량 추정기
33 ···유량 연산기
34 ···하류측 압력 추정기
35 ···루프 전환기
4 ···밸브 유량 추정부
5 ···유량 제어부
6 ···압력 제어부

Claims (9)

  1. 유로에 마련된 유체 저항과,
    유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와,
    상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적(容積)으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구와,
    상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치와, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력과, 상기 하류측 밸브를 통해서 상기 용적으로부터 유출되는 밸브 유량 또는 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 기억하는 유량 특성 기억부와,
    상기 유량 특성 기억부에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정부와,
    설정 유량과, 상기 대상 유량 추정부에 의해 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어부를 구비하고,
    상기 대상 유량 추정부가, 상기 유량 제어부에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대상 유량 추정부가,
    개도 관련치, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력, 및 유량 특성에 기초하여, 용적 내 유량을 추정하는 용적 내 유량 추정부와,
    상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량과, 추정된 용적 내 유량에 기초하여, 상기 하류측 밸브를 통해서 상기 용적으로부터 유출되는 밸브 유량을 추정하는 밸브 유량 추정부를 구비한 유량 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 유량 추정부가 저항 유량과 용적 내 유량의 차에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 유량 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    유량 특성이 개도 관련치 및 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력을 입력 변수, 밸브 유량을 출력 변수로 하는 다변수 함수이고,
    당해 다변수 함수가 입력 변수에 작용하는 미분 연산자를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하류측 밸브의 상류측의 압력이, 상기 유체 저항, 및 상기 하류측 밸브의 사이에 있어서의 상기 유로의 용적 중의 압력인 하류측 압력이고,
    상기 용적 내 유량 추정부가,
    개도 관련치, 하류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정된 밸브 유량인 맵 유량을 출력하는 맵 유량 출력기와,
    상기 유체 저항의 상류측의 압력인 상류측 압력과, 하류측 압력에 기초하여 추정 저항 유량을 출력하는 저항 유량 추정기와,
    상기 맵 유량 출력기로부터 출력되는 맵 유량과, 상기 저항 유량 추정기로 추정되는 저항 유량에 기초하여 용적 내 유량을 산출하는 유량 연산기와,
    유량 연산기로 산출된 용적 내 유량을 적분하여, 하류측 압력을 추정하는 하류측 압력 추정기를 구비하고,
    상기 맵 유량 출력기가, 상기 하류측 압력 추정기로 추정된 하류측 압력에 기초하여 맵 유량을 출력하도록 구성된 유량 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 유량 측정 기구가
    상기 유체 저항의 상류측에 마련된 상류측 압력 센서와,
    상기 유체 저항, 및 상기 하류측 밸브의 사이에 있어서의 상기 유로의 용적 중의 압력을 측정하는 하류측 압력 센서와,
    상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력과, 상기 하류측 압력 센서로 측정되는 하류측 압력에 기초하여 저항 유량을 산출하는 저항 유량 산출부를 구비하고,
    상기 유량 제어부가,
    설정 유량과 밸브 유량의 편차에 기초하여 상기 하류측 밸브에 입력되는 조작량을 출력하도록 구성되어 있고,
    상기 대상 유량 추정부가, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력인 상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력과, 개도 관련치인 상기 유량 제어부가 출력하는 조작량과, 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유체 저항보다도 상류측에 마련된 상류측 밸브와,
    설정 압력과, 상기 상류측 압력 센서로 측정되는 상류측 압력에 기초하여 상기 상류측 밸브를 제어하는 압력 제어부를 추가로 구비한 유량 제어 장치.
  8. 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치를 이용한 유량 제어 방법으로서,
    상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력, 및 상기 하류측 밸브를 통해서 상기 용적으로부터 유출되는 밸브 유량 또는 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 취득하는 유량 특성 취득 스텝과,
    상기 유량 특성 취득 스텝에서 취득된 유량 특성에 기초하여, 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정 스텝과,
    설정 유량과, 상기 대상 유량 추정 스텝에서 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어 스텝을 포함하고,
    상기 대상 유량 추정 스텝이, 상기 유량 제어 스텝에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 방법.
  9. 유로에 마련된 유체 저항과, 유체 저항의 하류측에 마련된 하류측 밸브와, 상기 유체 저항을 흘러, 당해 유체 저항과 상기 하류측 밸브 사이의 유로 내 용적으로 유입되는 저항 유량을 측정하는 저항 유량 측정 기구를 구비한 유량 제어 장치에 이용되는 프로그램이 기록된 프로그램 기록 매체로서, 상기 프로그램이,
    상기 하류측 밸브의 개도에 관련하는 개도 관련치와, 상기 하류측 밸브의 상류측의 압력과, 상기 하류측 밸브를 통해서 상기 용적으로부터 유출되는 밸브 유량 또는 상기 용적 내를 흐르는 용적 내 유량 사이의 관계를 나타내는 유량 특성을 기억하는 유량 특성 기억부와,
    상기 유량 특성 기억부에 기억되어 있는 유량 특성에 기초하여 밸브 유량을 추정하는 대상 유량 추정부와,
    설정 유량과, 상기 대상 유량 추정부에 의해 추정된 밸브 유량에 기초하여 상기 하류측 밸브를 제어하는 유량 제어부로서의 기능을 컴퓨터에 발휘시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 대상 유량 추정부가, 상기 유량 제어부에 의해서 실현되는 개도 관련치, 측정되는 상류측 압력, 및 유량 특성에 기초하여 추정되는 유량과, 상기 저항 유량 측정 기구로 측정되는 저항 유량에 기초하여 밸브 유량을 추정하도록 구성되어 있는 유량 제어 장치용 프로그램을 기록한 프로그램 기록 매체.
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