KR20210045460A - 질량 유량 제어기, 제어기 알고리즘 및 셋포인트 필터 - Google Patents
질량 유량 제어기, 제어기 알고리즘 및 셋포인트 필터 Download PDFInfo
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Abstract
밸브 제어 시스템은 밸브의 선형 응답을 제어하기 위한 게인 제어기를 포함한다. 밸브 제어 시스템은 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해 게인값을 결정하는 게인 제어기에 커플링되는 선형화 제어 시스템과, 셋포인트값을 필터링하기 위해 선형화 제어 시스템에 커플링되는 셋포인트 필터를 포함한다. 선형화 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정한다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 발명의 명칭이 “질량 유량 제어기, 제어기 알고리즘 및 셋포인트 필터”인, 2018년 8월 29일자로 출원된 미국 가특허출원 제16/116,786호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 미국 가특허출원의 전체 내용은 모든 목적으로 참조에 의해 여기에 포함된다.
개시분야
본 개시는 일반적으로 유로를 통과하는 유체 흐름을 제어하는 질량 유량 제어기(MFC), 특히 질량 유량 제어기 밸브의 선형 응답을 제어하는 것에 의해 질량 유량 제어기의 게인을 제어하는 MFC, 제어기 알고리즘 및 셋포인트 필터에 관한 것이다.
MFC는 원하는 유량과, 측정 온도, 압력 및 유체 유량의 실시간 피드백 측정치에 기초하여 유로를 통과하는 유체의 흐름을 제어하는 디바이스이다. 이러한 프로세스를 제어하고 원하는 유량을 유지하기 위해, 질량 유량 제어기는 피드백 측정치에 따라 원하는 유량을 달성하도록 밸브 개폐를 전자 기계식으로 제어한다. 현재, 가용 MFC는 다양한 비선형 아티팩트(artifact)로 인한 시스템 내로의 노이즈의 도입 없이 원하는 유량을 일정하게 그리고 계속해서 유지하기 위해 필요한 제어의 유한 레벨을 유지하는 데 필요한 정교함이 부족하다.
실시예에서, 밸브의 작동을 제어하는 밸브 제어 시스템이 제공된다. 밸브 제어 시스템은 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해 구동값을 밸브 액추에이터로 전송하는 게인 제어기와, 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해 게인값을 결정하도록 게인 제어기와 커플링되는 선형화 제어 시스템을 포함한다. 밸브 제어 시스템은 또한 셋포인트값을 필터링하기 위해 선형화 제어 시스템에 커플링되는 셋포인트 필터도 포함하고; 선형화 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델값, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정한다.
또 다른 실시예에서는, 밸브 작동 제어 방법이 제공된다. 상기 방법은, 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 게인 제어기에서 구동값을 밸브 액추에이터로 전송하는 단계; 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 게인 제어기와 커플링된 선형화 제어 시스템에서 게인값을 결정하는 단계; 및 선형화 제어 시스템 - 선형화 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정함 - 에 커플링되는 셋포인트 필터에서 셋포인트값을 필터링하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서는, 밸브 기반 시스템의 밸브 응답 시간을 제어하는 제어 시스템이 제공된다. 제어 시스템은 밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해 게인값을 결정하도록 밸브 기반 시스템의 액추에이터에 커플링되는 피드백 제어 시스템; 및 셋포인트값을 필터링하기 위해 게인 제어 시스템에 커플링되는 셋포인트 필터를 포함하고, 선형화 제어 시스템이 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정한다.
실시예에서, 셋포인트 필터는 슬루율(slew-rate) 제한 필터와 로우 패스 필터를 포함하고; 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값이 유체 압력, 유체 타입 및 유체 온도를 포함하는 그룹으로부터 선택되며; 게인값은 dY/dx = f'(g(x))g'(x)에 의해 정의되며, 상기 식에서 Y는 제어기 구동이고, f'(g(x))는 액추에이터 게인이며, g'(x)는 밸브 모델 게인이고; 선형 응답 시간은 300 ms 미만이고 출력 응답은 셋포인트값의 98 % 이내이며; 게인은 유체 유량과 게인 제어기의 출력을 나타내는 피드백 신호의 역수와 동일하다.
추가의 실시예, 장점 및 신규한 피쳐(feature)가 상세한 설명에서 기술된다.
본 개시의 피쳐 및 장점에 관한 보다 완벽한 이해를 위해, 이제 첨부도면 - 상이한 도면에서의 대응하는 참조부호는 대응하는 부분을 가르킴 - 과 함께 상세한 설명을 참조한다.
도 1은 특정 예시적인 실시예에 따른 MFC의 블럭선도의 예시이다.
도 2는 특정 예시적인 실시예에 따른 MFC의 제어 밸브의 선형 응답을 제어하는 제어기 시스템의 예시이다.
도 3a는 특정 예시적인 실시예에 따른, 제어기 시스템의 밸브 및 유체 흐름 모델링 알고리즘의 예시이다.
도 3b는 특정 예시적인 실시예에 따른, 제어기 시스템의 유체 흐름 제어 알고리즘의 예시이다.
도 4a는 특정 예시적인 실시예에 따라, 제어기 시스템의 필터링 프로세스를 통과한 후의 제어 명령 필터링 램프 신호의 예시이다.
도 4b는 특정 예시적인 실시예에 따라, 관련 프로세스 신호에 대해 필터링된 셋포인트값의 정밀 프로세스 제어를 설명하는 성능 그래프의 예시이다.
도 4c는 압력 기반 MFC 응답 시간 대 상이한 제어기 시스템 세팅을 위한 셋포인트값의 성능 그래프의 예시이다.
도 5는 특정 예시적인 실시예에 따른 컴퓨팅 장치 및 시스템 어플리케이션을 도시하는 블럭선도이다.
도 1은 특정 예시적인 실시예에 따른 MFC의 블럭선도의 예시이다.
도 2는 특정 예시적인 실시예에 따른 MFC의 제어 밸브의 선형 응답을 제어하는 제어기 시스템의 예시이다.
도 3a는 특정 예시적인 실시예에 따른, 제어기 시스템의 밸브 및 유체 흐름 모델링 알고리즘의 예시이다.
도 3b는 특정 예시적인 실시예에 따른, 제어기 시스템의 유체 흐름 제어 알고리즘의 예시이다.
도 4a는 특정 예시적인 실시예에 따라, 제어기 시스템의 필터링 프로세스를 통과한 후의 제어 명령 필터링 램프 신호의 예시이다.
도 4b는 특정 예시적인 실시예에 따라, 관련 프로세스 신호에 대해 필터링된 셋포인트값의 정밀 프로세스 제어를 설명하는 성능 그래프의 예시이다.
도 4c는 압력 기반 MFC 응답 시간 대 상이한 제어기 시스템 세팅을 위한 셋포인트값의 성능 그래프의 예시이다.
도 5는 특정 예시적인 실시예에 따른 컴퓨팅 장치 및 시스템 어플리케이션을 도시하는 블럭선도이다.
아래에서는 본 개시의 다양한 실시예의 형성 및 이용을 상세히 설명하지만, 본 개시는 많은 응용 가능한 본 발명의 개념을 제공하며, 이는 다양한 특별한 내용으로 구현될 수 있다. 여기에서 설명하는 특정 실시예는 단지 예시적인 것일뿐, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다. 명확성을 위해, 실제 구현예의 모든 피쳐가 본 개시에서 설명되지 않을 수도 있다. 임의의 그러한 실제 실시예에서, 구현마다 변할 수 있는 시스템 관련 및 사업 관련 제약과 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해, 다양한 구현 특정 결정이 이루어져야만 한다는 점을 이해해야만 하는 것은 물론이다. 더욱이, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시의 이점을 향유하는 당업자에게 있어서 일상적인 일이라는 점이 이해될 것이다.
여기에서 제시되는 MFC 및 제어 알고리즘은 여러 실제 어플리케이션을 갖고, 예컨대 MFC 및 제어 알고리즘은 반도체 처리 분야에서 사용될 때에 두드러진 장점을 제공한다. 제어 알고리즘은, 예컨대 전체 제어 범위에 걸쳐 그리고 모든 작동 조건 하에서 신속, 정확하고 일관된 과도 응답 특징을 달성하는 제어 알고리즘을 구현하는 것에 의해 기존의 MFC에 비해 장점을 제공한다. 여기에서 제공되는 제어 알고리즘은 흐름 제어 알고리즘, 흐름 모델링 알고리즘 및 밸브 모델링 알고리즘을 포함하며, 이들 알고리즘은 함께, MFC의 밸브 작동의 정확한 선형 응답 제어를 제공하는 것에 의해 MFC 작동을 현저히 개선할 수 있다. 더욱이, 셋포인트 제어 명령 입력 필터링은 원치 않는 비선형의 과도적인 응답을 제어하도록 안정성 및 일관성을 추가할 수 있다.
제어 알고리즘은 MFC 내에서 완벽히 독립적일 수 있다. 상기한 것의 장점은, 상이한 유체 타입이 구성되고, 실제 온도, 압력 및 유량이 변할 때에 유체 특성이 실시간으로 모델링될 수 있다는 것이다. 상기한 것의 다른 장점은, 유체 모델링 알고리즘에 의해 제공되는 유체 특성을 사용하여 원하는 유량을 위해 필요한 밸브 개방과, 해당 유량을 달성하기 위해 필요한 구동 신호 간의 관계를 설정할 수 있다는 것이다. 여기에서 설명되는 흐름 제어 알고리즘은, GLL(Gain-Lead-Lag) 제어기, PID 제어기 형태일 수 있으며, 이는 시스템의 플랜트 게인을 선형화하기 위해 가변 동적 게인 입력 - 이후 GLL 게인이라고 하고, 제어기의 출력에 대한 피드백 신호의 도함수임 - 을 포함한다. 비실시간 GLL 게인 계산을 수행하는 대안의 방법은 오프라인 2차원 테이블과 외부 소프트웨어를 사용하는 것이다. 이러한 구현의 바람직하지 않은 속성은, GLL 게인 테이블 생성이 실제 온도 및 압력보다는 미리 정해진 압력 범위 및 온도에 기초하고, 2차원 게인 테이블이 대량의 저장 공간을 필요로 하며, 테이블 생성이 시간 소모적일 수 있다는 것이다.
MFC 펌웨어에서 구현되는 흐름 모델링 알고리즘과 밸브 모델링 알고리즘은 현저한 장점을 제공한다. 예컨대, GLL 게인 계산은 각각의 프로세싱 사이클에서 수행될 수 있다. 테이블 생성은 필요 없다. 밸브 모델링 알고리즘은 압력, 온도 및 유량을 실시간으로 처리할 수 있으며, 이와 같이 상이한 유체 타입을 위한 흐름이 보다 정확하게 관리될 수 있다. GLL 게인은 흐름에서의 주어진 변화를 위해 요구되는 구동 변화량이다. GLL 게인은 1/(dFlow/dDrive) 또는 간단히 dDrive/dFlow로 나타낼 수 있다. GLL 게인을 dDrive/dFlow로 나타낼 수 있기 때문에, 구동 대 흐름의 관계가 결정될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하겠지만, 밸브 모델링 알고리즘을 이용하여, 흐름으로부터 리프트가 결정될 수 있고 그 반대도 가능하다.
더욱이, 압력 변환기의 신속한 응답 시간으로 인해 과도적 흐름 제어 응답 시간을 보다 엄격한 공차로 특정하는 것이 가능하다. 예컨대, 과도 흐름 응답 시간은 200 ms +/- 10 ms 내로 제어될 수 있다. 이것은 통상의 시스템에 비해 두드러진 개선이다. 이것은 흐름 제어기 명령 입력에 대한 다양한 필터링 기능을 이용하여 달성될 수 있다. 명령 필터링의 다른 장점은, GLL 제어기가 이제 명령 입력과 프로세스 간의 오차가 작게 제어되기만 하면 되고, 이에 따라 GLL 제어기가 안정성의 악화 없이 보다 즉각 응답하도록 조정 가능하다는 것이다. 명령 필터링 없는 경우, 명령 입력에서의 임의의 변화로 인해 GLL 제어기에 크고 순간적인 오차가 발생한다. 또 다른 장점은, 매우 적은 시간과 노력으로 단계별 응답 시간을 용이하게 제공하는 수단이 마련된다는 것이다. 통상, 보다 타이트한 과도 응답 시간 공차나 일반적으로 보다 빠른 과도 응답 시간이 요구되는 경우에는, 원하는 결과를 얻기 위해 다수의 튜닝 파라메터를 개선하는 데에 현저한 시간과 노력이 요구되었다. 명령 필터링을 사용함으로써, 대부분의 경우에 단일 속성을 조정하는 것에 의해 이것이 신속하고 용이하게 달성될 수 있다.
이제 도 1을 참고하면, 특정 예시적인 실시예에 따른 MFC - 전체적으로 참조부호 100으로 나타냄 - 의 블럭선도가 도시되어 있다. MFC(100)는 단차부(102)와, 질량 유량계(104), 그리고 밸브(108) 및 액추에이터(110)를 포함하는 밸브 조립체(106)를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 유체 유입구(114)와 유체 유출구(116) 사이에서 단차부(102) 상에 장착될 수 있다. MFC(100)는 질량 유량계(104)와 밸브 조립체(106) 사이에 통신 가능하게 커플링되는 밸브 제어 시스템(118)을 더 포함할 수 있다. 추가로, 질량 유량계(100)는 상류 및 하류 위치에서 유로에 커플링되고 밸브 제어 시스템(118)과 통신 가능하게 커플링되는 유입 압력 변환기(120) 및 유출 압력 변환기(122)를 포함할 수 있다. 질량 유량계(104)는 유체가 흐르는 바이패스 채널(124)과, 유체의 보다 적은 부분이 흐르고 유량 센서(126)를 지닌 다른 채널을 포함할 수 있다. 추가로, 질량 유량 제어기(100)는 온도 및 유량을 측정하기 위해 열적 질량 유량 센서를 사용할 수 있지만, 코리올리계 센서 및 차압 센서를 포함하는 다른 센서 타입도 사용할 수 있다, 코리올리계 센서는 온도, 흐름 프로파일, 밀도, 점성 및 균질성과 독립적으로 질량 유량을 결정할 수 있다.
사실상, 유체는 압력 변환기(120, 122)와 유량 센서(126)를 거쳐 흐르기 때문에, 실시간 압력 데이터, 유량 데이터 및 온도 데이터가 밸브 제어 시스템(118)에 제공될 수 있다. 유체의 유량은 민감할 수 있고, 유체 타입, 유입 및 유출 압력, 온도, 유량 셋포인트값 및 밸브 작동 특징을 포함하는 다수의 작동 조건 모두가 유체 유량에 영향을 줄 수 있으며, 즉 유량에 있어서 원하는 설정 유량으로부터의 편차를 유발할 수 있다. 밸브 제어 시스템(118)은 밸브(108)의 작동을 제어하기 위해 밸브(108), 유체 타입에 기초한 유량, 유입 및 유출 압력 변환기 판독치, 유량 셋포인트값 및 밸브 사양에 대한 조정을 유발하는 오차 교정 구동 신호를 밸브 액추에이터(110)에 제공하는 것에 의해 밸브(10)의 작동을 실시간으로 제어할 수 있다. 비례 제어, 적분 제어, 비례 적분(PI) 제어, 미분 제어, 비례 미분(PD) 제어, 적분 미분(ID) 제어, 및 비례 적분 미분(PID) 제어와 같은 피드백 제어 방법이 질량 유량 제어기에서의 유체 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있다.
이제 도 2를 참고하면, 특정 예시적인 실시예에 따른, 제어 밸브(170)의 선형 응답을 제어하는 MFC 제어기 시스템 - 전체적으로 참조부호 200으로 표시함 - 이 도시되어 있다. 제어 시스템(200)은 MFC(100)의 게인을 보다 정확하게 제어하기 위해 흐름 모델링 알고리즘, 밸브 모델링 알고리즘 및 흐름 제어 알고리즘을 포함하는 제어를 실행한다. 제어기 시스템(200)은 셋포인트(SP) 필터(202), 게인-리드-래그(GLL) 제어기(204) 및 흐름 제어 및 모델링 시스템(206)을 포함한다. GLL 제어기(204)는, 밸브(170)의 응답을 제어하기 위해 SP값 및 피드백(FB), 예컨대 압력 또는 온도 또는 이들 양자 모두를 수신한다. 흐름 제어 및 모델링 시스템(206)은 SP 명령, 센서 입력 데이터 및 밸브 사양에 따라 그 응답을 더욱 제어하는 것에 의해 GLL 제어기(204)의 튜닝을 보강한다. 프로세싱 전에 셋포인트값을 필터링하고 프로세싱 중에 모델링 알고리즘을 사용하는 것에 의해, 밸브(170)의 응답 시간이 보다 타이트하게 제어될 수 있고, 넓은 작동 조건 범위에 걸쳐 보다 일관될 수 있다. 더욱이, 프로세싱 이전에 셋포인트값을 적절히 필터링하는 것에 의해, 밸브 응답 시간에 영향을 주는 비선형의 과도적 아티팩트가 제거되거나 현저히 감소될 수 있다.
SP 필터(202)는 수신된 셋포인트(SP)값을 필터링하여, 필터링된 값을 GLL 제어기(204)와 모델링 및 흐름 제어 시스템(206)으로 전송한다. SP값은 유체 유량값일 수 있다. SP 필터(202)는 명령 변경율에 대한 급작스럽고 불연속적인 변화가 일어나지 않는 것을 보장하기 위해 슬루율 제한 필터, 로우 패스 필터와 같은 구성 가능한 레이트 제한 필터를 포함할 수 있다. 셋포인트를 지연시키는 것에 의해, 셋포인트 데이터 및 측정값의 프로세싱이 보다 정확해지고, 이에 따라 비선형의 과도적 아티팩트가 현저히 감소되거나 제거될 수 있다. GLL 제어기(204)는 밸브 액추에이터(208)에 구동 명령을 제공하는 것에 의해 밸브(170)의 리프트를 제어하는 기능을 한다. 모델링 및 흐름 시스템(206)은 SP값 및 입력/출력 압력값, 온도값, 유체 타입값에 대한 실시간 측정치를 수신한다. 모델링 및 흐름 시스템(206)은 결정된 유체 모델링 특징에 기초하여 밸브 사양 데이터에 접근하고 이 데이터를 처리할 수 있고, 벨브 사양 데이터는 적절한 게인을 결정할 수 있고, 이에 따라 밸브(170)의 리프트를 제어할 수 있다.
도 3a를 참고하면, 특정 예시적인 실시예에 따른 밸브 및 유체 흐름 모델링 알고리즘 - 전체적으로 참조부호 250으로 나타냄 - 이 도시되어 있다. 알고리즘(250)은, 필터링된 SP값이 판독되는 블럭 252에서 시작한다. SP값은 사용자에 의해 제공될 수도 있고, MFC에 프로그래밍되고 사용자 케이스에 따라 주기적으로 조정될 수 있다. 블럭 254에서, 특별한 밸브의 구동값이 스캐닝되어, 주어진 압력 및 온도에서 대응하는 유량값이 결정된다. 블럭 256에서, 알고리즘(250)은 가용 밸브 사양을 이용하여, 결정된 유량을 예상 리프트(lift)값으로 변환한다. 블럭 258에서, 유량에서의 주어진 변화에 대한 구동과 리프트 사이의 관계, 즉 GLL 게인이 계산된다.
필터링된 SP값의 도입은 비선형의 과도적 효과를 초래하는 오버슈트를 제거하거나 현저히 감소시키고, 압력 및 선택적으로 다른 환경적 판독치에 따라 보다 정확한 GLL 게인의 결정을 가능하게 한다. 아래 표에 나타난 배와 같이, 필터링된 셋포인트값과 유체 측정 판독치 세트를 위한 게인 계산에 대해, 오버슈트가 검출되지 않았다.
표 - 과도적 응답 시간 성능
GLL 게인은 플랜트 게인의 역수로 정의될 수 있다. 플랜트 게인은 GLL 제어기의 출력, 즉 구동에 대한 유체 흐름을 나타내는 피드백 제어 신호의 도함수로서 정의될 수 있다. 셋포인트값을 적절히 필터링하고, 플랜트 게인의 역수와 동일한 GLL 게인을 설정하는 것에 의해, 일정한 루프 게인(loop gain)이 달성될 수 있다. 이와 같이, 넓은 작동 조건 범위, 예컨대 넓은 가스, 온도, 유입 및 유출 압력 및 유량 범위에 대해 일정한 밸브 응답 시간이 달성될 수 있다.
GLL 게인은 dDrive/dFlow로서 표현될 수 있고, 구동의 변화는 흐름의 변화에 관한 함수이며, 이 때문에 밸브의 응답 시간을 보다 정확히 제어하기 위해 구동과 흐름 사이의 적절한 관계가 결정될 수 있다. 일반적으로, g(x)가 유체 흐름(SCCM)에 따른 밸브 모델로부터 예상된 리프트이고, f(x)가 제어기 구동(전체 스케일 구동의 일부)이면, Y는 흐름에 따른 제어기 구동이며, Y=f(g(x))이다. GLL 게인은 dY/dx=f'(g(x))g'(x), 즉 dDrive/dFlow를 이용하여 결정될 수 있으며, 상기 식에서 f'(g(x))는 액추에이터 게인, 즉 dDrive/dLift이고, g'(x)는 밸브 모델 게인, 즉 dLift/dDrive이다. 액추에이터 게인 f'(g(x))은 예상 리프트에 대한 구동의 도함수이다. 밸브 특성화 프로세스를 이용하여, 구동 대 예상 리프트 곡선을 얻을 수 있다. 구동 대 예상 리프트의 도함수는 액추에이터 게인 곡선을 생성하기 위해 계산될 수 있다. 상기 곡선은 디바이스에서 임의의 형태, 예컨대 n차 다항식, 부분 선형 함수, 스파인(spine) 등으로 나타낼 수 있다. 밸브 모델 게인 g'(x)는 현재 작동 조건 주변의 흐름에 대해 예측된 리프트의 도함수에 대한 유한 차이 계산이다. 이것은 흐름과 제어기 셋포인트의 오차가 0에 근접하기 때문이다. 사용되는 밸브 모델에 따라, 관련 방정식을 직접 미분할 수 있으며, 폐쇄형 도함수로 표현할 수 있다. 구현, 유한 계산 또는 폐쇄 형식 모두 동일하게 잘 작동할 수 있다.
이제 도 3b를 참고하면, 특정 예시적인 실시예에 따른 유체 흐름 제어 알고리즘 - 전체적으로 참조부호 300으로 나타냄 - 이 도시되어 있다. 아래에 제시되는 GLL 게인을 결정하기 위한 알고리즘 방법이 효율적이지만, GLL 게인을 계산하기 위한 다른 방법도 사용될 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 이것은 단순히 GLL 게인을 결정할 수 있는 한가지 방법이다. 유체 흐름 제어 알고리즘은 주어진 흐름 변화에 있어서의 구동값과 리프트 간의 관계를 계산한다. 알고리즘은, 유량에 있어서의 리프트 대 유량 관계가 식 1을 이용하여 결정되는 블럭 302에서 시작한다:
g'(x) = (Y2 - Y1) / (X2 - X1) [식 1]; 및
상기 식에서 Y1, Y2는 유량 X1, X2의 +/-1% 또는 대략 +/-1%에 상응하는 리프트값이다. X1 및 X2 또는 그 차이는 셋포인트값과 실제 유량 측정치로부터 얻어진 유량의 변화를 규정한다. 리프트값은 메모리에 저장된 밸브 사양으로부터 검색될 수 있다. 블럭 304에서, 알고리즘(300)은 식 2를 이용하여 리프트의 함수로서 액추에이터 게인을 결정한다:
f'(g(x)) = A*liftx 3 + B*liftx 2 + C*liftx + D [식 2]; 및
호너의 방법(Horner’s rule). 미분계수는 메모리에 저장되어 메모리로부터 검색될 수 있다. 블럭 306에서, 알고리즘(300)은 식 3을 이용하여 GLL 게인을 결정한다:
dY/dx = f'(g(x))g'(x) [식 3]
그 후, 밸브 액추에이터(208)를 제어하기 위해 대응하는 구동 신호값이 GLL 제어기(204)로 전송된다.
GLL 게인 유닛은 fractionalDrive/fractionalFlow로 나타낼 수 있다. 실제 GLL 게인 계산을 위해, 사용되는 단위는 Drive(Volts)/Flow(SCCM - Standard Cubic Centimeters per Minute)으로 나타낼 수 있다 이러한 표현의 이유는 특성화 후에 디바이스의 구동 전체 스케일 범위를 변경하거나 특성화 후에 디바이스의 구성된 전체 스케일 범위를 변경하기 때문일 수 있다. 알고리즘은 GLL 게인값을 사용하기 전에 Drive(Volts)/Flow(SCCM)에서 fractionalDrive/fractionalFlow로 GLL 게인값의 필요한 변환을 실행할 수 있다. 그러나, GLL 게인 단위는 GLL 제어기(204)가 작동하도록 구성되는 단위로 표현될 수 있다.
도 4a에는, 필터(202)에서 필터링하기 전후의 설정값 명령의 예가 예시되어 있다. "LPF_RAMP"로 표시된 트레이스는 슬루율 제한 및 로우 패스 필터를 통과한 후에 결합된 램프 신호를 예시한다. 이 경우, 로우 패스 필터 20 ms 시간 상수와 결합된 200 ms의 램프 시간은 250 ms에서 최종값의 98 % 이내의 출력을 생성한다. 도 4b에는, 공급 전압에 대한 필터링된 셋포인트값 및 정규화된 흐름, 부분 흐름 및 필터링된 SP값의 정밀 프로세스 제어를 보여주는 예시적인 그래프이다. 쉽게 식별할 수 있듯이, 필터링된 SP값과 흐름 사이의 차이 또는 오류는 미미하며 거의 존재하지 않는다. 도 4c에는, 제어기 시스템(200)이 필터(202)를 사용하지 않고 흐름 제어 및 모델링 시스템(206)이 비활성화될 때와, 제어기 시스템(200)이 필터(202) 및 흐름 제어 및 모델링 시스템(206)을 사용하지 않을 때, 그리고 제어기 시스템(200)이 필터(202)를 사용하고 흐름 제어 및 모델링 모델(206)이 활성화될 때에 SP값의 백분율에 대한 상이한 응답 시간의 그래프가 예시되어 있다. 필터 및 게인 제어가 없으면, 응답 시간은 셋포인트 전체에서 135 ms 내지 315 ms(180 ms 확산)일 수 있다. 게인 제어를 가능하게 함으로써 일관성을 3배 증가시켰다. SP 필터링과 게인 제어 모두를 활성화하는 것은 +/- 10 ms 대역의 셋포인트에 있어서 최상의 일관성을 제공한다.
이제 도 5를 참고하면, 예시적인 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(400) 및 시스템 어플리케이션 모듈(500)이 예시되어 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 다양한 컴퓨터, 모바일 디바이스, 랩탑 컴퓨터, 서버, 내장형 시스템 또는 여기에서 제시되는 컴퓨팅 시스템 중 임의의 것에 상응할 수 있다. 모듈(500)은 여기에서 제시되는 다양한 방법 및 프로세싱 기능을 수행하는 데 있어서 컴퓨팅 장치(400)를 용이하게 하도록 설계된 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 요소, 예컨대 다른 OS 어플리케이션과 사용자 및 커널 스페이스 어플리케이션(kernel space application)을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 프로세서(410), 시스템 버스(420), 시스템 메모리(430), 저장 매체(440), 입출력 인터페이스(450), 네트워크(470)와의 통신을 위한 네트워크 인터페이스(460), 예컨대 셀룰러/GPS, Bluetooth 또는 WIFI와 같은 다양한 내부 또는 부착형 구성요소를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 종래의 컴퓨터 시스템, 내장형 제어기, 랩탑, 서버, 모바일 디바이스, 스마트폰, 웨어러블 컴퓨터, 맞춤형 장치, 임의의 다른 하드웨어 플랫폼 또는 이들의 조합이나 이들 중 다수로서 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 데이터 네트워크나 버스 시스템을 통해 상호 접속된 다수의 컴퓨팅 장치를 사용하여 기능하도록 구성된 분산형 시스템일 수 있다.
프로세서(410)는 여기에서 설명한 공정 및 기능을 수행하고, 요청 흐름을 운영하며, 맵핑을 해결하기 위해 코드 명령을 실행하도록 그리고 계산과 명령을 생성하도록 설계될 수 있다. 프로세서(410)는 컴퓨팅 장치에 있는 구성요소들의 작동을 모니터링 및 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(410)는 범용 프로세서, 프로세서 코어, 멀티 프로세서, 재구성 가능 프로세서, 마이크로 제어기, 디지털 신호 프로세서("DSP"), 주문형 집적 회로("ASIC"), 제어기, 스테이트 머신(state machine), 게이트 로직, 개별 하드웨어 구성요소, 기타 처리 장치, 또는 이들의 조합이나 이들 중 다수일 수 있다. 프로세서(410)는 단일 프로세싱 유닛, 다중 프로세싱 유닛, 단일 프로세싱 코어, 다중 프로세싱 코어, 전용 프로세싱 코어, 코프로세서 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 프로세서(410)는 컴퓨팅 장치(400)의 다른 구성요소와 함께, 하나 이상의 기타 컴퓨팅 장치 내에서 실행되는 소프트웨어 기반 또는 하드웨어 기반 가상 컴퓨팅 장치일 수 있다,
시스템 메모리(430)는 읽기 전용 메모리( "ROM"), 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리( "PROM"), 삭제 가능 및 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리( "EPROM"), 플래시 메모리, 또는 전력 공급 없이 프로그램 명령 또는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 기타 디바이스를 포함할 수 있다. 시스템 메모리(430)는 또한 랜덤 액세서 메모리("RAM"), 스태틱 랜덤 액세서 메모리("SRAM"), 다이나믹 랜덤 액세스 메모리("DRAM"), 및 동기식 다이나믹 랜덤 액세서 메모리("SDRAM")와 같은 휘발성 메모리도 또한 포함할 수 있다. 다른 타입의 RAM도 또한 시스템 메모리(430)를 구현하는 데 사용될 수 있다. 시스템 메모리(430)는 단일 메모리 모듈 또는 다중 메모리 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 시스템 메모리(430)는 컴퓨팅 장치의 부분인 것으로 도시되어 있지만, 당업자라면 시스템 메모리(430)는 본 기술의 범위에서 벗어나는 일 없이 컴퓨팅 장치(400)로부터 분리될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 시스템 메모리(430)가 저장 매체(440)와 같은 비휘발성 저장 디바이스를 포함하거나, 이 비휘발성 저장 디바이스와 함께 작동할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.
저장 매체(440)는 하드 디스크, 플로피 디스크, 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(“CD-ROM”), DVD(digital versatile disc), 블루레이 디스크, 자기 테이프, 플래시 메모리, 기타 비휘발성 메모리 디바이스, 솔리드 스테이트 드라이브(“SSD”), 임의의 자기 저장 디바이스, 임의의 광 저장 디바이스, 임의의 전기 저장 디바이스, 임의의 반도체 저장 디바이스, 임의의 물리적 기반 저장 디바이스, 임의의 기타 데이터 저장 디바이스 또는 이들의 임의의 조합 또는 이들 중 다수를 포함할 수 있다. 저장 매체(440)는 하나 이상의 작동 시스템, 어플리케이션 프로그램 및 프로그램 모듈, 데이터 또는 다른 정보를 저장할 수 있다. 저장 매체(440)는 컴퓨팅 장치의 일부일 수도 있고 컴퓨팅 장치에 접속될 수도 있다. 저장 매체(440)는 또한, 서버, 데이터베이스 서버, 클라우드 저장부, 네트워크 부착 저장부 등과 같이 컴퓨팅 장치와 통신하는 하나 이상의 기타 컴퓨팅 장치의 부분일 수 있다.
어플리케이션 모듈(500)과 다른 OS 어플리케이션 모듈은 컴퓨팅 장치가 여기에서 제시한 다양한 방법 및 프로세싱 기능을 수행하는 것을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 요소를 포함할 수 있다. 어플리케이션 모듈(500)과 기타 OS 어플리케이션 모듈은 시스템 메모리(430), 저장 매체(440), 또는 이들 양자 모두와 관련 있는 소프트웨어 또는 펌웨어로서 저장되는 하나 이상의 알고리즘 또는 일련의 명령을 포함할 수 있다. 저장 매체(440)는 이에 따라, 명령 또는 코드가 프로세서(410)에 의해 실행되도록 저장될 수 있는 장치 또는 컴퓨터 판독 가능 매체의 예를 나타낼 수 있다. 장치 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 일반적으로 프로세서(410)에 명령을 제공하는 데 사용되는 임의의 매체 또는 매체들을 일컬을 수 있다. 어플리케이션 모듈(500) 및 기타 OS 어플리케이션 모듈과 연관된 상기한 장치 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 소프트웨어 제품을 포함할 수 있다. 어플리케이션 모듈(500) 및 기타 OS 어플리케이션 모듈을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어 제품은 또한, 네트워크, 임의의 단일 관련 매체 또는 기타 통신 또는 전달 기술을 통해 어플리케이션 모듈(500) 또는 기타 OS 어플리케이션 모듈이 컴퓨팅 장치에 명령을 내리게 하는 하나 이상의 프로세서 또는 방법과 연관될 수 있다. 어플리케이션 모듈(500)과 기타 OS 어플리케이션 모듈은 하드웨어 회로 또는 마이크로코드와 같은 하드웨어 회로를 구성하는 정보나 FPGA 또는 기타 PLD를 위한 구성 정보도 또한 포함할 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 어플리케이션 모듈(500)과 기타 OS 어플리케이션 모듈은 여기에서 제시되는 흐름도와 컴퓨터 시스템에 의해 기술되는 기능적 작동을 수행할 수 있는 알고리즘을 포함할 수 있다.
입출력(“I/O”) 인터페이스(450)는 하나 이상의 외부 디바이스에 커플링되도록 구성되어, 하나 이상의 외부 디바이스로부터 데이터를 수신하고 데이터를 하나 이상의 외부 디바이스로 전송할 수 있다. 상기한 외부 디바이스는 다양한 내부 디바이스와 함께 주변기기로도 알려져 있다. I/O 인터페이스(450)는 다양한 주변기기를 컴퓨팅 장치 또는 프로세서(410)에 커플링하기 위한 전기 접속부 및 물리적 접속부 모두를 포함할 수 있다. I/O 인터페이스(450)는 주변기기, 컴퓨팅 장치 또는 프로세서(410) 사이에서 데이터, 어드레스 및 제어 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. I/O 인터페이스(450)는 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스("SCSI"), 직렬 연결 SCSI("SAS"), 섬유 채널, 주변 구성요소 상호 접속부("PCI"), PCI 익스프레스(PCIe), 직렬 버스, 병렬 버스, 고급 기술 연결("ATA"), 직렬 ATA("SATA"), 범용 직렬 버스("USB"), Thunderbolt, FireWire, 다양한 비디오 버스 등과 같은 표준 인터페이스를 구현하도록 구성될 수 있다. I/O 인터페이스(450)는 단 하나의 인터페이스 또는 버스 기술을 구현하도록 구성될 수 있다. 대안으로서, I/O 인터페이스(450)는 다중 인터페이스 또는 버스 기술을 구현하도록 구성될 수 있다. I/O 인터페이스(450)는 시스템 버스(420) 일부, 시스템 버스(420) 전체로 구성될 수도 있고, 시스템 버스(420)와 함께 작동하도록 구성될 수도 있다. I/O 인터페이스(450)는 하나 이상의 외부 디바이스, 내부 디바이스, 컴퓨팅 장치 또는 프로세서(420) 사이의 전송을 버퍼링하기 위한 하나 이상의 버퍼를 포함할 수 있다.
I/O 인터페이스(420)는 컴퓨팅 장치를 마우스, 터치스크린, 스캐너, 전자 디지타이저(electronic digitizer), 센서, 리시버, 터치패드, 트랙볼, 카메라, 마이크로폰, 키보드, 임의의 기타 포인팅 디바이스 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 입력 디바이스에 커플링할 수 있다. I/O 인터페이스(420)는 컴퓨팅 장치를, 비디오 디스플레이, 스피커, 프린터, 프로젝터, 택타일 피드백 디바이스, 자동 제어, 로봇 구성요소, 액추에이터, 모터, 팬, 솔레노이드, 밸브, 펌프, 트랜스미터, 신호 이미터, 조명 등을 포함하는 다양한 출력 디바이스에 커플링할 수 있다.
컴퓨팅 장치(400)는 NIC(460)를 통한 네트워크에 걸친 하나 이상의 다른 시스템 또는 컴퓨팅 장치에 대한 국소 접속부를 사용하여 네트워크형 환경에서 작동할 수 있다. 네트워크는 광역 네트워크(WAN), 근거리 통신망(LAN), 인트라넷, 인터넷, 무선 접속 네트워크, 유선 네트워크, 모바일 네트워크, 전화망, 광 네트워크 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 네트워크는 임의의 토폴로지(topology)의 패킷 스위칭형 또는 회로 스위칭형일 수 있고, 임의의 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 네트워크 내의 통신 링크는 광섬유 케이블, 자유 공간 광학(free-space optics), 도파관, 전기 도전체, 무선 링크, 안테나, 무선 주파수 통신 등과 같은 다양한 디지털 또는 아날로그 통신 매체를 포함할 수 있다.
프로세서(410)는 시스템 버스(420)를 통해 여기에서 설명하는 컴퓨팅 장치의 다른 요소나 다양한 주변기기에 접속될 수 있다. 시스템 버스(420)는 프로세서(410) 내부, 프로세서(410) 외부 또는 이들 양자 모두에 위치할 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 몇몇 실시예에 따르면, 프로세서(410), 컴퓨팅 장치의 다른 요소 또는 여기에서 설명한 다양한 주변기기들 중 임의의 것이 SOC(System On Chip), SOP(System On Package) 또는 ASIC 디바이스와 같은 단일 디바이스 내에 통합될 수 있다.
실시예는 여기에서 설명되고 예시된 기능을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있고, 컴퓨터 프로그램은 장치 판독 가능한 매체에 저장된 명령과 명령을 실행하는 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템에 구현된다. 그러나, 컴퓨터 프로그래밍으로 실시예를 구현하는 여러 상이한 방식이 존재할 수 있다는 점이 명백하며, 예시적인 실시예에 대해서 달리 개시되지 않는 한 실시예는 임의의 한가지 세트의 컴퓨터 프로그램 명령으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 더욱이, 숙련된 프로그래머는 첨부한 흐름도, 알고리즘 및 본 출원의 본문의 관련 설명에 기초하여 개시된 실시예를 구현하는 컴퓨터 그로그램을 작성할 수 있을 것이다. 따라서, 특정 세트의 프로그램 코드 명령의 개시는 실시예를 제조하고 사용하는 방법에 관한 적절한 이해를 위해 필요한 것으로 간주되지 않는다. 더욱이, 당업자라면, 여기에서 설명한 실시예들의 하나 이상의 양태가 하나 이상의 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 더욱이, 컴퓨터에 의해 수행되고 있는 작용에 대한 임의의 인용은 하나의 컴퓨터에 의해 수행되는 것으로 해석되어서는 안 되는데, 그 이유는 2대 이상의 컴퓨터가 상기 작용을 수행할 수 있기 때문이다.
여기에서 설명되는 예시적인 실시예는, 앞서 설명한 방법 및 프로세싱 기능을 수행하는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 여기에서 설명되는 시스템, 방법 및 절차는 프로그램 가능한 컴퓨터, 컴퓨터 실행 가능한 소프트웨어 또는 디지털 회로에서 구현될 수 있다. 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 판독 가능 매체는 플로피 디스크, RAM, ROM, 하드디스크, 제거 가능한 매체, 플래시 메모리, 메모리 스틱, 광 매체, 자기 광학 매체, CD-ROM 등을 포함할 수 있다. 디지털 회로는 집적 회로, 게이트 어레이, 빌딩 블럭 로직(building block logic), FPGA(Field Programmable Gate Array; 필드 프로그래머블 게이트 어레이) 등을 포함할 수 있다.
앞서 제시한 실시예에서 설명되는 예시적인 시스템, 방법 및 작용은 예시적인 것이며, 변형예에서 특정 작용은 상이한 순서로, 서로 병행하여 수행될 수 있고, 전체적으로 생략될 수 있고, 및/또는 상이한 실시예들 간에 조합될 수 있고, 및/또는 특정 추가 작용이 다양한 실시예의 범위 및 사상으로부터 벗어나는 일 없이 수행될 수 있다. 따라서, 상기한 변형예는 여기의 설명에 포함된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수 표현은 문맥에서 달리 명시적으로 나타내지 않는다면, 복수의 형태도 포함하고자 한 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 언급한 피쳐, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 구성요소들의 존재를 기술하는 것이며, 하나 이상의 다른 피쳐, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성 요소, 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 여기에서 사용되는 용어 “및/또는”은 관련하여 열거된 아이템 모두 또는 이들 아이템 중 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 여기에서 사용되는, “X와 Y 사이” 및 “약 X와 Y 사이”와 같은 구문은 X 및 Y를 포함하는 것으로 해석되어야만 한다. 여기에서 사용되는, “약 X와 Y 사이”는 “약 X와 약 Y 사이”를 의미한다. 여기에서 사용되는, “약 X 내지 Y”는 “약 X 내지 약 Y”를 의미한다.
여기에서 사용되는, “하드웨어”는 개별 구성요소, 집적 회로, 어플리케이션 고유 집적 회로, FPGA 또는 다른 적절한 하드웨어의 조합을 포함할 수 있다. 여기에서 사용되는 “소프트웨어”는 하나 이상의 프로세서(프로세서는 하나 이상의 마이크로컴퓨터나 기타 적절한 데이터 처리 유닛, 메모리 디바이스, 입출력 디바이스, 디스플레이, 키보드나 마우스와 같은 데이터 입력 디바이스, 프린터 및 스피커, 관련 드라이버, 제어 카드, 전원, 네트워크 디바이스, 도킹 스테이션 디바이스 또는 프로세서 또는 기타 디바이스와 함께 소프트웨어 시스템의 제어 하에서 작동하는 기타 적절한 디바이스와 같은 주변기기를 포함함)의 2개 이상의 소프트웨어 어플리케이션에서 작동하는 하나 이상의 객체, 스레드, 코드열, 서브루틴, 별개의 소프트웨어 어플리케이션, 2줄 이상의 코드나 기타 적절한 소프트웨어 구조, 또는 다른 적절한 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 소프트웨어는 작동 시스템과 같은 범용 소프트웨어 어플리케이션에서 작동하는 1줄 이상의 코드 또는 기타 적절한 소프트웨어 구조와, 전용 소프트웨어 어플리케이션에서 작동하는 1줄 이상의 코드 또는 기타 적절한 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다. 여기에서 사용되는, “커플링한다”라는 용어와 “커플링하는”, “커플링되는”과 같은 유사 용어는 (구리 도전체와 같은) 물리적 접속, (데이터 메모리 디바이스의 무작위 할당 메모리 위치에 의한 것과 같은) 가상 접속, (반도체 디바이스의 논리 게이트에 의한 것과 같은) 논리 접속, 기타 적절한 접속이나 상기한 접속들의 적절한 조합을 포함할 수 있다. “데이터”라는 용어는 데이터 필드, 데이터 버퍼, 데이터값 및 전송자/수신자 어드레스 데이터를 갖는 데이터 메세지, 데이터값 및 데이터의 전자적 프로세싱을 위한 수신 시스템이나 구성요소가 해당 데이터나 기타 적절한 하드웨어나 소프트웨어 구성요소를 사용하여 기능을 수행하게 하는 제어 메세지와 같은 데이터를 사용, 이송 또는 보관하는 적절한 구조를 일컬을 수 있다.
대체로, 소프트웨어 시스템은, 예정된 데이터 필드에 응답하여 예정된 기능을 수행하기 위해 프로세서에서 작동하는 시스템이다. 예컨대, 시스템은 이 시스템이 수행하는 기능 및 이 시스템이 기능을 수행하는 데이터 필드에 의해 규정될 수 있다. 여기에서 사용되는, NAME 시스템 - 여기에서 NAME은 통상적으로 시스템에 의해 수행되는 일반적인 기능의 명칭임 - 은 프로세서에서 작동하고 개시된 데이터 필드에서 개시된 기능을 수행하도록 구성된 소프트웨어 시스템을 일컫는다. 특정알고리즘이 개시되지 않는다면, 당업자에게 알려진, 관련 데이터 필드를 이용하여 기능을 수행하기 위한 임의의 적절한 알고리즘이 본 개시의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 예컨대, 전송자 어드레스 필드, 수신자 어드레스 필드 및 메세지 필드를 포함하는 메시지를 생성하는 메세지 시스템은, 버퍼 디바이스 또는 버퍼 시스템과 같은 프로세서의 적절한 시스템 또는 디바이스로부터 전송자 어드레스 필드, 수신자 어드레스 필드 및 메세지 필드를 얻을 수 있는, 프로세서에서 작동하는 소프웨어를 포함할 것이고, 전송자 어드레스 필드, 수신자 어드레스 필드 및 메세지 필드를 (전송자 어드레스 필드, 수신자 어드레스 필드 및 메세제 필드를 갖는 전자 메일 메세지, TCP/IP 메세지 또는 임의의 기타 적절한 메세지 포맷과 같은) 적절한 전자 메세지 포맷으로 형성할 수 있고, 네트워크와 같은 통신 매체를 이용하는 전자 메세징 시스템과 프로세서의 디바이스를 사용하여 전자 메세지를 전송할 수 있다. 당업자라면, 본 개시의 예시적인 실시예를 기술하는 것으로 의도된 전술한 개시에 기초하여 전용 어플리케이션을 위한 고유한 코딩은 제공할 수 있지만, 당업자보다 미숙한 사람들 - 적절한 프로그래밍 언어의 프로그래밍이나 프로세서에 친숙하지 않은 사람들 - 을 위한 사용 지침서는 제공하지 않을 것이다. 기능 수행을 위한 고유한 알고리즘이 흐름도 형태나 다른 적절한 포맷으로 제공될 수 있고, 이 경우 데이터 필드와 관련 기능이 예시적인 작동 순서로 기술될 수 있고, 상기 순서는 적절하다면 재구성될 수 있고, 명시적으로 제한하는 것으로 언급되지 않는 한 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시의 실시예에 관한 전술한 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제시되었다. 전술한 설명은 완벽하거나 본 개시를 개시된 정확한 형태로 제한하려는 의도는 없으며, 상기 교시의 견지에서 수정 및 변형이 가능하다. 본 개시의 원리와 그 실용적인 어플리케이션을 설명하기 위한 실시예를 선택하고 설명하였으므로, 당업자라면 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 통해 본 개시 및 다양한 실시예를 활용할 수 있다. 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 실시예의 설계, 작동 조건 및 구성에 있어서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예의 상기한 수정 및 조합과 다른 실시예는 설명을 참고로 할 때에 당업자에게 명백해질 것이다. 이에 따라, 첨부된 청구범위는 그러한 수정 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 밸브의 작동을 제어하기 위한 밸브 제어 시스템으로서,
밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 구동값을 밸브 액추에이터로 전송하는 게인 제어기;
밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 게인 제어기와 커플링되어 게인값을 결정하는 선형화 제어 시스템; 및
셋포인트값을 필터링하기 위해 선형화 제어 시스템에 커플링되는 셋포인트 필터
를 포함하고, 선형화 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정하는 것인 밸브 제어 시스템. - 제1항에 있어서, 셋포인트 필터는 슬루율(slew-rate) 제한 필터를 포함하는 것인 밸브 제어 시스템.
- 제2항에 있어서, 셋포인트 필터는 로우 패스 필터를 포함하는 것인 밸브 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값은 유체 압력, 유체 타입, 유량 및 유체 온도를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인 밸브 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 게인값은 dY/dx = f'(g(x))g'(x)에 의해 정해지고, 상기 식에서 Y는 제어기 구동이고, f'(g(x))는 액추에이터 게인이며, g'(x)는 밸브 모델 게인인 것인 밸브 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 선형 응답 시간은 300 ms 미만이고, 출력 응답은 셋포인트값의 98 % 이내인 것인 밸브 제어 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 게인은 액추에이터 구동값의 변화와 유체 흐름의 변화, dDrive/dFlow를 결정하는 것에 의해 계산되는 것인 밸브 제어 시스템.
- 밸브 작동 제어 방법으로서,
밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 게인 제어기에서 구동값을 밸브 액추에이터로 전송하는 단계;
밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해, 게인 제어기와 커플링된 선형화 제어 시스템에서 게인값을 결정하는 단계; 및
선형화 제어 시스템에 커플링된 셋포인트 필터에서 셋포인트값을 필터링하는 단계
를 포함하고, 선형화 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정하는 것인 밸브 작동 제어 방법. - 제8항에 있어서, 셋포인트 필터는 슬루율 제한 필터를 포함하는 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 제9항에 있어서, 셋포인트 필터는 로우 패스 필터를 포함하는 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 제8항에 있어서, 게인값은 dY/dx = f'(g(x))g'(x)에 의해 정해지고, 상기 식에서 Y는 제어기 구동이고, f'(g(x))는 액추에이터 게인이며, g'(x)는 밸브 모델 게인인 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 게인은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값 및 밸브 사양으로부터 결정되는 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 제8항에 있어서, 선형 응답 시간은 300 ms 미만이고, 출력 응답은 셋포인트값의 98 % 이내인 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 게인값은 유체 흐름 및 게인 제어기의 출력을 나타내는 피드백 신호의 역수와 동일한 것인 밸브 작동 제어 방법.
- 밸브 기반 시스템의 밸브 응답 시간을 제어하는 제어 시스템으로서,
밸브의 선형 응답 시간을 제어하기 위해 게인값을 결정하도록 밸브 기반 시스템의 액추에이터에 커플링되는 피드백 제어 시스템; 및
셋포인트값을 필터링하기 위해 피드백 제어 시스템에 커플링되는 셋포인트 필터
를 포함하고, 피드백 제어 시스템은 필터링된 셋포인트값, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값, 밸브 모델 데이터, 액추에이터 게인 및 밸브 모델 게인으로부터 게인값을 결정하는 것인 제어 시스템. - 제15항에 있어서, 셋포인트 필터는 슬루율 제한 필터를 포함하는 것인 제어 시스템.
- 제16항에 있어서, 셋포인트 필터는 로우 패스 필터를 포함하는 것인 제어 시스템.
- 제15항에 있어서, 적어도 하나의 실시간 유체 파라메터값은 유체 압력, 유체 타입 및 유체 온도를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인 제어 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 게인값은 dY/dx = f'(g(x))g'(x)에 의해 정해지고, 상기 식에서 Y는 제어기 구동이고, f'(g(x))는 액추에이터 게인이며, g'(x)는 밸브 모델 게인인 것인 제어 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 게인값은 유체 흐름 및 게인 제어기의 출력을 나타내는 피드백 신호의 역수와 동일한 것인 제어 시스템.
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