TW202022268A

TW202022268A - 質量流控制器、控制器演算法及設定點濾器

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Publication number: TW202022268A
Application number: TW108129979A
Authority: TW
Inventors: 約翰洛; 柏溫貝納斯; 傑佛瑞懷特利
Original assignee: 美商伊利諾工具工程公司
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-06-16
Also published as: EP3844590B1; WO2020047110A1; US20200073415A1; EP3844590A1; CN113272758A; KR20210045460A; TWI799635B; JP7401528B2; US10969797B2; JP2021535506A

Abstract

一種閥控制系統，其包括用於控制一閥之線性回應之一增益控制器。該系統包括：一線性化控制系統，其耦接至該增益控制器以判定一增益值以控制該閥之線性回應時間；及一設定點濾器，其耦接至該線性化控制系統以濾波一設定點值。該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。

Description

質量流控制器、控制器演算法及設定點濾器

本揭露內容大體係關於用於控制流體經由一流徑之流量之質量流控制器（Mass Flow Controller; MFC），且詳言之，係關於一種用於藉由控制一質量流控制器閥之線性回應來控制質量流控制器之增益之MFC、控制器演算法及設定點濾器。

MFC為用於基於所要的流動速率及流體之量測之溫度、壓力及流動速率之即時回饋量測結果來控制液體經由一流徑的流量之裝置。為了控制此過程且維持所要的流動速率，質量流控制器以機電方式控制閥之打開及閉合，以根據回饋量測結果達成所要的流動速率。當前，可用MFC缺乏維持有限控制水準所必要的精密性，該有限控制水準為不斷且連續地維持所要的流動速率而不將雜訊引入至系統內（歸因於各種非線性假影）所必要。

在一實施例中，提出一種用於控制一閥之操作之閥控制系統。該閥控制系統包括用於將一驅動值發送至一閥致動器以控制一閥之線性回應時間的一增益控制器，及與該增益控制器耦接以判定一增益值以控制該閥之該線性回應時間的一線性化控制系統。該閥控制系統亦包括一設定點濾器，其耦接至該線性化控制系統以濾波一設定點值；其中該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。

在又一實施例中，提出一種用於控制一閥之操作之方法。該方法包括在一增益控制器處將一驅動值發送至一閥致動器以控制一閥之線性回應時間；在與該增益控制器耦接之一線性化控制系統處判定一增益值以控制該閥之該線性回應時間；及在耦接至該線性化控制系統之一設定點濾器處濾波一設定點值，其中該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。

在再一實施例中，提出一種用於控制一基於閥之系統之閥回應時間之控制系統。該控制系統包括：一回饋控制系統，其耦接至該基於閥之系統之一致動器以判定一增益值以控制一閥之該線性回應時間；及一設定點濾器，其耦接至增益控制系統以濾波一設定點值；其中該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。

在該等實施例中，該設定點濾器包括一轉換速率限制濾器及一低通濾器；至少一個即時流體參數值係選自包含流體壓力、流體類型及流體溫度之群組；該增益值由dY /dx=f'(g(x))g'(x) 定義，其中Y 為控制器驅動，f'(g(x)) 為致動器增益，且g'(x) 為該閥模型增益；該線性回應時間少於300 ms，且一輸出回應在該設定點值之98%內；且該增益等於指示流體流量及該增益控制器之一輸出的一回饋信號之倒數。

額外實施例、優勢及新穎特徵闡述於詳細描述中。

雖然以下詳細論述本揭露內容之各種實施例之製造及使用，但應瞭解，本揭露內容提供許多可適用之發明性概念，其可在廣泛多種具體上下文中體現。本文中論述之具體實施例僅為說明性，且不劃定本揭露內容之範疇。為了清晰起見，並非實際實施之所有特徵皆可在本揭露內容中描述。當然，應瞭解，在任何此實際實施例之發展中，必須作出眾多實施具體決策，以達成開發者之具體目標，諸如，遵從將因不同實施而有變化之系統有關及事務有關約束。此外，應瞭解，此開發精力可能複雜且耗時，但將為受益於本揭露內容之一般熟習此項技術者之日常任務。

本文中提出之MFC及控制演算法具有許多實際應用，例如，MFC及控制演算法當在半導體加工領域中使用時提供顯著優勢。該等控制演算法提供較之傳統MFC之優勢，例如，藉由實施在全部控制範圍上及所有操作條件下達成快速、精密且一致性瞬態回應特性之控制演算法。此處提出之控制演算法包括流量控制演算法、流量模型化演算法及閥模型化演算法，其一起可藉由提供MFC之閥操作的精密線性回應控制來顯著改良MFC操作。此外，設定點控制命令輸入濾波可增添穩定性及一致性以控制非吾人所樂見之非線性瞬態回應。

該等控制演算法可完全自含於該MFC內。此優勢在於，在組態不同流體類型時，及在實際溫度、壓力及流動速率改變時，可即時地模型化流體性質。此另一優勢在於，由流量模型化演算法提供之流體性質可用以建立針對所要的流動速率之所需閥打開與達成彼流量需要之驅動信號之間的關係。本文中描述之流量控制演算法可為增益超前落後（Gain-Lead-Lag，GLL）控制器，其為一種形式之PID控制器，其併有可變且動態增益輸入，下文被稱作GLL增益，用於使系統之工廠增益線性化，該增益為回饋信號關於控制器之輸出的導數。執行非即時GLL增益計算之一替代方法為使用離線2維表及外部軟體。此實施之不良屬性為，GLL增益表產生係基於預定義之壓力範圍及溫度，而非實際溫度及壓力，2維增益表需要大量儲存，且表之創建可能耗時。

在MFC韌體中實施之流量模型化演算法及閥模型化演算法提供顯著優勢。例如，可對每一處理循環執行GLL增益計算。不需要表產生。閥模型化演算法可即時處理壓力、溫度及流動速率，且因而，可更準確地管理不同流體類型之流量。GLL增益基本上為對於給定流量改變所需要的驅動改變之量。GLL增益可表達為1/(dFlow/dDrive) ，或簡單地為dDrive /dFlow 。由於GLL增益可表達為dDrive /dFlow ，因此可判定驅動對流量之關係。使用閥模型化演算法，可判定自流量之升程，且反之亦然，如將在下文更詳細地論述。

此外，歸因於壓力換能器之快速回應時間，可指定對一較緊密公差之瞬態流量控制回應時間。舉例而言，可將瞬態流量回應時間控制在200 ms +/- 10 ms內。此係較之傳統系統之顯著改良。此可使用關於流量控制器命令輸入之各種濾波函數來實現。命令濾波之另一優勢在於，現在僅需要GLL控制器來按命令輸入與過程變數之間的小誤差控制，因此可將GLL控制器調諧為更具回應性，而不危害穩定性。在無命令濾波之情況下，命令輸入之任何改變給GLL控制器帶來大且瞬時誤差。又一優勢在於，提供易於按極少時間及精力來提供分層回應時間之方式。傳統地，當需要較緊密之瞬態回應時間公差或一般地較快瞬態回應時間時，通常需要大量時間及精力來改進調諧參數之量值以獲得所要的結果。藉由命令濾波，此可快速地且在多數情況中易於藉由調整單一屬性來實現。

現參看第1圖，所圖示為根據某些實例實施例的一MFC之方塊圖，其大體表示為100。MFC 100可包括一臺階102、一質量流量計104及含有一閥108及致動器110之一閥總成106，該等所有者可在一流體入口114與一流體出口116之間安裝於臺階102上。該MFC 100可進一步包括一閥控制系統118，其可通信地耦接於質量流量計104與閥總成106之間。此外，質量流控制器100可包括入口壓力換能器120及出口壓力換能器122，其在一上游及下游位置耦接至流徑且與閥控制系統118可通信地耦接。質量流量計104可包括流體流過之一旁路通道124，及具有一流動速率感測器126之另一通道，流體之較少部分流過該另一通道。此外，質量流控制器100可使用一熱質量流量感測器來量測溫度及流動速率，但可使用其他感測器類型，包括基於科氏之感測器及差分壓力感測器。基於科氏之感測器能夠獨立於溫度、流量分佈、密度、黏度及均質性判定質量流量。

實務上，當流體流過壓力換能器120及122及流動速率感測器126時，可將即時壓力資料、流動速率資料及溫度資料提供至閥控制系統118。流體之流動速率可為敏感的，且許多操作條件（包括流體類型、入口及出口壓力、溫度、流動速率設定點值及閥操作特性）皆可影響流體流動速率，亦即，引起速率與一所要的設定速率之偏差。閥控制系統118可藉由將一誤差校正驅動信號提供至閥致動器110來控制閥10之操作，該誤差校正驅動信號引起基於流體類型、入口及出口壓力換能器讀數、流動速率設定點值及閥規格對閥108之調整以便控制閥108之操作。可使用回饋控制信號（諸如，比例控制、積分控制、比例積分（proportional-integral; PI）控制、導數控制、比例導數（proportional-derivative; PD）控制、積分導數（integral-derivative; ID）控制及比例積分導數（proportional-integral-derivative; PID）控制）來控制質量流控制器中的流體之流量。

現參看第2圖，所圖示為根據某些實例實施例的用於控制控制閥170之線性回應之一MFC控制器系統，其大體表示為200。控制系統200執行包含流量模型化演算法、閥模型化演算法及流量控制演算法之一控制演算法以便更準確地控制MFC 100之增益。控制器系統200包括一設定點（Set Point; SP）濾器202、一增益超前落後（Gain-Lead-Lag ; GLL）控制器204及一流量控制與模型化系統206。GLL控制器204接收SP值及回饋（feedback; FB）信號，例如，壓力或溫度或兩者，用於控制閥170之回應。流量控制與模型化系統206藉由進一步根據SP命令、感測器輸入資料及閥規格控制其回應來擴增GLL控制器204之調諧。藉由在處理前濾波設定點值及在處理期間使用模型化演算法，閥170之回應時間可更緊密地控制，且可在一系列廣泛操作條件上更一致。此外，藉由在處理前恰當地濾波設定點值，影響閥回應時間之非線性瞬態假影可消除或顯著減少。

SP濾器202濾波接收之設定點（set point; SP）值，且將經濾波值發送至GLL控制器204，及模型化與流量控制系統206。SP值可為流體流動速率值。SP濾器202可包括一可組態速率限制濾器（諸如，轉換速率限制濾器），及一低通濾器以確保不存在命令改變速率之突然及不連續改變。藉由延遲設定點，設定點資料及量測結果之處理更精確，且因此，可顯著減少或消除非線性瞬態假影。GLL控制器204用以藉由將一驅動命令提供至閥致動器208來控制閥170之升程。模型化與流量系統206接收一SP值及針對入口/出口壓力值、溫度值、流體類型值之即時量測結果。模型化與流量系統206可存取且處理閥規格資料，且基於判定之流體模型化特性及閥規格資料，可判定適當增益且相應地控制閥170之升程。

現參看第3A圖，所圖示為根據某些實例實施例的一閥及流體流量模型化演算法，其大體表示為250。演算法250開始於區塊252，在該區塊，讀取一經濾波SP值。該等SP值可由一使用者提供，或經程式化至MFC內，且取決於使用情況週期性地調整。在區塊254，掃描用於一具體閥之驅動值以判定在一給定壓力及溫度下之一對應的流動速率。在區塊256，該演算法250使用可用閥規格將判定之流動速率轉換至一預測之升程值。在區塊258，計算針對一給定流量改變的驅動與升程之間的關係，亦即，GLL增益。

經濾波SP值之引入消除或顯著減少了導致非線性瞬態效應之過衝，且允許根據壓力及視情況其他環境讀數更準確地判定GLL增益。如在下表中圖示，在針對流體量測讀數之集合的經濾波設定點值及增益計算之範圍上，偵測不到過衝。

表——瞬態回應時間效能

可將GLL增益定義為工廠增益之倒數。可將工廠增益定義為指示關於GLL控制器之輸出的流體流量之一回饋控制信號（亦即，驅動）之導數。藉由恰當地濾波設定點值及設定GLL增益等於工廠增益之倒數，可達成恆定迴路增益。因而，可達成跨一系列廣泛操作條件上之一致閥回應時間，例如，氣體、溫度、入口及出口壓力及流動速率。

可將GLL增益表達為dDrive /dFlow ，亦即，驅動之改變為流量之改變的函數，且因而，可判定驅動與流量之間的恰當關係以便更準確地控制閥之回應時間。一般而言，若g(x) 為隨流體流量（SCCM）而變的來自閥模型之預測之升程，則f(x) 為控制器驅動（全尺度驅動之部分），且Y為隨流量而變之控制器驅動，Y = f(g(x)) 。可使用dY /dx = f'(g(x))g '(x)來判定GLL增益，亦即，dDrive /dFlow ，其中f'(g(x)) 為致動器增益，亦即，dDrive /dLift ，且g'(x) 為閥模型增益，亦即，dLift /dDrive 。致動器增益f'(g(x)) 為驅動相關於預測之升程的導數。可使用閥特性化過程來獲得驅動對預測之升程曲線。可計算驅動對預測之升程的導數以產生致動器增益曲線。該曲線可在裝置中以任一形式來表示，例如，n階多項式、分段線性函數、樣條等。閥模型增益g'(x) 為大約在當前操作條件下預測之升程關於流量之導數的有限差分計算。此伴有接近於0的在流量與控制器設定點之間的誤差。取決於使用之閥模型，可直接對涉及之方程式求微分，且可表達為閉型導數。實施、有限值計算及閉型皆可同等地工作良好。

現參看第3B圖，所圖示為根據某些實例實施例的一流體流量控制演算法，其大體表示為300。雖然以下針對判定GLL增益提供之演算方法係有效的，但應理解，可使用計算GLL增益之其他方法。此僅為可判定GLL增益之一個方式。該流體流量控制演算法計算針對一給定流量改變的驅動值與升程之間的關係。該演算法開始於區塊302，在該區塊，使用方程式1判定針對一流動速率的升程對流動速率關係： g'(x) = (Y2 - Y1)/(X2 - X1)（方程式1）；且其中Y1、Y2為對應於流動速率X1、X2之+/-1%或大致+/-1%之升程值。X1及X2或其差定義自設定點值及實際流動速率量測結果獲得的流動速率之改變。可自儲存於記憶體中之閥規格擷取升程值。在區塊304，演算法300使用方程式2： f'(g(x)) = A * lift_x ³ + B * lift_x ² + C * lift_x + D（方程式2）；及荷馬規則判定作為升程之函數的致動器增益。導數之係數可儲存於記憶體中及自記憶體擷取。在區塊306，演算法300使用方程式3判定GLL增益： dY/dx = f'(g(x))g'(x)（方程式3）；接著將對應的驅動信號值發送至GLL控制器204，以便控制閥致動器208。

GLL增益單位可按fractionalDrive /fractionalFlow 來表達。對於實際GLL增益計算，使用之單位可表達為驅動（伏特） / 流量（ SCCM—— 每分鐘標準立方公分） 。此表達之一原因可為，在特性化後改變裝置之驅動全尺度範圍，或在特性化後改變裝置之組態之全尺度範圍。在使用GLL增益值前，該等演算法可執行GLL增益值自驅動（伏特） / 流量（ SCCM ）至fractionalDrive /fractionalFlow 之必要轉換。然而，可按GLL控制器204經組態以操作之單位來表達GLL增益單位。

在第4A圖中，所圖示為在於濾器202處濾波前及後的一設定值命令之一實例。描繪為「lpf_ramp」之跡線圖示在穿過速率限制及低通濾器後的一組合斜變信號。在此情況中，200 ms之斜變時間與低通濾器20 ms時間常數組合產生一輸出，其在250 ms中的最終值之98%內。在第4B圖中，為演示一經濾波設定點值相對於一供電電壓及正規化之流量、分流量及一經濾波SP值之精密過程控制的一實例曲線圖。如可易於辨別，經濾波SP值與流量之間的差或誤差最小，或幾乎不存在。在第4C圖中，所圖示為當控制器系統200不使用濾器202且停用流量控制與模型化系統206時、當控制器系統200不使用濾器202且啟用流量控制與模型化系統206時及當控制器系統200使用濾器202且啟用流量控制與模型化系統206時，針對SP值之一百分比的不同回應時間之曲線圖。在無濾器及增益控制之情況下，回應時間可在跨設定點的自135 ms至315 ms（180 ms散佈）之任一處。啟用增益控制將一致性增大3倍。啟用SP濾波及增益控制兩者提供跨設定點（具有+/- 10 ms之帶）之最佳一致性。

現在參看第5圖，所圖示為根據實例實施例的一計算機器400及一系統應用程式模組500。計算機器400可對應於本文中提出的各種電腦、行動裝置、膝上型電腦、伺服器、內嵌型系統或計算系統中之任一者。模組500可包含經設計成有助於計算機器400執行本文中提出之各種方法及處理功能的一或多個硬體或軟體元件，例如，其他OS應用程式及使用者與核心空間應用程式。計算機器400可包括各種內部或附接組件，諸如，處理器410、系統匯流排420、系統記憶體430、儲存媒體440、輸入/輸出介面450、用於與網路470通信之網路介面460（例如，蜂巢式/GPS、藍芽或WIFI）。

該等計算機器可實施為習知電腦系統、內嵌型控制器、膝上型電腦、伺服器、行動裝置、智慧型電話、可佩戴電腦、定製機器、任一其他硬體平臺或其任何組合或多樣性。該等計算機器可為分散式系統，其經組態以使用經由一資料網路或匯流排系統互連之多個計算機器發揮功能。

處理器410可經設計成執行程式碼指令，以便執行本文中描述之操作及功能性，管理請求流量及位址映射，及執行計算並產生命令。處理器410可經組態以監視並控制計算機器中的組件之操作。處理器410可為通用處理器、處理器核心、多處理器、可重組態處理器、微控制器、數位信號處理器（digital signal processor; 「DSP」）、特殊應用積體電路（application specific integrated circuit; 「ASIC」）、控制器、狀態機、閘控邏輯、離散硬體組件、任一其他處理單元或其任何組合或多樣性。處理器410可為一單一處理單元、多個處理單元、一單一處理核心、多個處理核心、專用處理核心、共處理器或其任何組合。根據某些實施例，處理器410連同計算機器400之其他組件一起可為在一或多個其他計算機器內執行的基於軟體或基於硬體之虛擬化之計算機器。

系統記憶體430可包括非揮發性記憶體，諸如，唯讀記憶體（read-only memory; 「ROM」）、可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory; 「PROM」）、可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory; 「EPROM」）、快閃記憶體，或能夠在有或無施加之電力之情況下儲存程式指令或資料之任一其他裝置。系統記憶體430亦可包括揮發性記憶體，諸如，隨機存取記憶體（random access memory; 「RAM」）、靜態隨機存取記憶體（static random access memory; 「SRAM」）、動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory; 「DRAM」）及同步動態隨機存取記憶體（synchronous dynamic random access memory; 「SDRAM」）。亦可使用其他類型之RAM實施系統記憶體430。可使用一單一記憶體模組或多個記憶體模組實施系統記憶體430。雖然將系統記憶體430描繪為計算機器之部分，但熟習此項技術者將認識到，在不脫離本技術之範疇之情況下，系統記憶體430可與計算機器400分開。亦應瞭解，系統記憶體430可包括諸如儲存媒體440之非揮發性儲存裝置，或與該非揮發性儲存裝置一起操作。

儲存媒體440可包括硬碟、軟性磁碟、緊密光碟唯讀記憶體（compact disc read-only memory; 「CD-ROM」）、數位多功能光碟（digital versatile disc; 「DVD」）、藍光光碟、磁帶、快閃記憶體、其他非揮發性記憶體裝置、固態碟（solid state drive; 「SSD」）、任一磁性儲存裝置、任一光學儲存裝置、任一電儲存裝置、任一半導體儲存裝置、任何基於實體之儲存裝置、任一其他資料儲存裝置或其任何組合或多樣性。儲存媒體440可儲存一或多個作業系統、應用程式及程式模組、資料或任何其他資訊。儲存媒體440可為計算機器之部分或連接至計算機器。儲存媒體440亦可為與諸如伺服器、資料庫伺服器、雲端儲存、網路附接式儲存等等之計算機器通信的一或多個其他計算機器之部分。

應用程式模組500及其他OS應用程式模組可包含經組態以有助於計算機器執行本文中提出之各種方法及處理功能的一或多個硬體或軟體元件。應用程式模組500及其他OS應用程式模組可包括作為與系統記憶體430、儲存媒體440或兩者相關聯之軟體或韌體儲存之一或多個演算法或指令序列。儲存媒體440可因此表示其上可儲存指令或程式碼以用於由處理器410執行的機器或電腦可讀媒體之實例。機器或電腦可讀媒體可大體指用以對處理器410提供指令之任何一或多個媒體。與應用程式模組500及其他OS應用程式模組相關聯的此等機器或電腦可讀媒體可包含一電腦軟體產品。應瞭解，包含應用程式模組500及其他OS應用程式模組之電腦軟體亦可與用於經由網路、任一信號承載媒體或任一其他通信或傳遞技術將應用程式模組500及其他OS應用程式模組傳遞至計算機器的一或多個處理程序或方法相關聯。應用程式模組500及其他OS應用程式模組亦可包含用於組態硬體電路之硬體電路或資訊（諸如，微程式碼），或用於FPGA或其他PLD之組態資訊。在一個例示性實施例中，應用程式模組500及其他OS應用程式模組可包括能夠執行由本文中提出之流量圖表及電腦系統描述之函數運算的演算法。

輸入/輸出（input/output; 「I/O」）介面450可經組態以耦接至一或多個外部裝置，以自一或多個外部裝置接收資料，及將資料發送至該一或多個外部裝置。此等外部裝置連同各種內部裝置一起可亦被稱為周邊裝置。I/O介面450可包括用於將各種周邊裝置耦接至計算機器或處理器410之電及實體連接。該I/O介面450可經組態以在周邊裝置、計算機器或處理器410之間傳達資料、位址及控制信號。該I/O介面450可經組態以實施任何標準介面，諸如，小電腦系統介面（small computer system interface; 「SCSI」）、串列附接式SCSI（serial-attached SCSI; 「SAS」）、光纖通道、周邊組件互連（peripheral component interconnect; 「PCI」）、高速PCI（PCIe）、串列匯流排、並列匯流排、進階技術附接（advanced technology attached; 「ATA」）、串列ATA（「SATA」）、通用串列匯流排（universal serial bus; 「USB」）、Thunderbolt、FireWire、各種視訊匯流排及類似者。該I/O介面450可經組態以實施僅一種介面或匯流排技術。替代地，該I/O介面450可經組態以實施多個介面或匯流排技術。該I/O介面450可經組態為系統匯流排420之部分、全部，或與系統匯流排420一起操作。該I/O介面450可包括一或多個緩衝器，用於緩衝一或多個外部裝置、內部裝置、計算機器或處理器420之間的傳輸。

該I/O介面420可將計算機器耦接至各種輸入裝置，包括滑鼠、觸控式螢幕、掃描儀、電子數位板、感測器、接收器、觸控墊、軌跡球、相機、麥克風、鍵盤、任何其他指標裝置或其任何組合。該I/O介面420可將計算機器耦接至各種輸出裝置，包括視訊顯示器、揚聲器、印表機、投影儀、觸覺回饋裝置、自動控制、機器人組件、致動器、馬達、扇、螺線管、閥、泵、傳輸器、信號發射器、燈等等。

計算機器400可使用經由NIC 460至跨網路之一或多個其他系統或計算機器之邏輯連接在一網路連接之環境中操作。該網路可包括廣域網路（wide area network; WAN）、區域網路（local area network; LAN）、企業內部網路、網際網路、無線存取網路、有線網路、行動網路、電話網路、光學網路或其組合。該網路可為封包交換式、電路交換式、具有任何拓撲，且可使用任何通信協定。在該網路內之通信鏈路可涉及各種數位或類比通信媒體，諸如，光纖纜線、自由空間光學元件、波導、電導體、無線鏈路、天線、射頻通信等等。

處理器410可經由系統匯流排420連接至計算機器之其他元件或本文中論述之各種周邊設備。應瞭解，系統匯流排420可在處理器410內、在處理器410外，或兩者。根據一些實施例，處理器410、計算機器之其他元件或本文中論述之各種周邊設備中之任一者可整合至一單一裝置內，諸如，系統單晶片（system on chip; 「SOC」）、系統級封裝（system on package; 「SOP」）或ASIC裝置。

實施例可包含體現本文中描述及說明之功能的電腦程式，其中該電腦程式實施於包含儲存於機器可讀媒體中之指令的一電腦系統及執行該等指令之一處理器中。然而，應顯而易見，在電腦程式化時，可存在許多不同實施實施例之方式，且不應將該等實施例解釋為限於僅一個電腦程式指令集合，除非另外針對一例示性實施例揭露。另外，熟練之程式設計師將能夠基於所附流程圖、演算法及在申請本文中之相關聯描述撰寫此電腦程式以實施揭露之實施例中之一實施例。因此，程式碼指令之一特定集合之揭露不被考慮為對於充分理解如何製造及使用實施例係必要的。另外，熟習此項技術者將瞭解，本文中描述的實施例之一或多個態樣可由如可在一或多個計算系統中體現的硬體、軟體或其組合執行。此外，對一動作由一電腦執行之任何參考不應被解釋為由一單一電腦執行，因為多於一個電腦可執行該動作。

本文中描述之實例實施例可供執行先前描述之方法及處理功能之電腦硬體及軟體使用。本文中描述之該等系統、方法及程序可體現於可程式化電腦、電腦可執行軟體或數位電路中。該軟體可儲存於電腦可讀媒體上。舉例而言，電腦可讀媒體可包括軟性磁碟、RAM、ROM、硬碟、可移除媒體、快閃記憶體、記憶體棒、光學媒體、磁光媒體、CD-ROM等。數位電路可包括積體電路、閘陣列、建置區塊邏輯、場可程式化閘陣列（field programmable gate array; FPGA）等。

先前提出之該等實施例中描述的實例系統、方法及動作係說明性，且在替代實施例中，在不脫離各種實施例之範疇及精神之情況下，某些動作可按不同次序、相互並行地執行，全部省略，及/或在不同實例實施例之間加以組合，及/或可執行某些額外動作。因此，此等替代實施例包括於本文中之描述中。

如本文中所使用，單數形式「一（a及an）」及「該」意欲亦包括複數形式，除非上下文另有清晰指示。應進一步理解，術語「包含（comprises及/或comprising）」當在本說明書中使用時，指定所陳述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之一或多者之任何及所有組合。如本文中所使用，諸如「在X與Y之間」及「在約X與Y之間」的片語應解釋為包括X及Y。如本文中所使用，諸如「在約X與Y之間」的片語意謂「在約X與約Y之間」。如本文中所使用，諸如「自約X至Y」的片語意謂「自約X至約Y」。

如本文中所使用，「硬體」可包括離散組件、積體電路、特殊應用積體電路、場可程式化閘陣列或其他合適硬體之組合。如本文中所使用，「軟體」可包括一或多個物件、代理程式、線緒、程式碼行、次常式、單獨軟體應用程式、兩個或更多個程式碼行，或在兩個或更多個軟體應用程式中、在一或多個處理器（其中處理器包括一或多個微電腦或其他合適資料處理單元、記憶體裝置、輸入-輸出裝置、顯示器、諸如鍵盤或滑鼠之資料輸入裝置、諸如印表機及揚聲器之周邊設備、相關聯之驅動器、控制卡、電源、網路裝置、銜接台裝置或在軟體系統結合處理器或其他裝置之控制下操作的其他合適裝置）或其他合適軟體結構上操作之其他合適軟體結構。在一個例示性實施例中，軟體可包括在通用軟體應用程式（諸如，作業系統）中操作之一或多個程式碼行或其他合適軟體結構，及在專用軟體應用程式中操作之一或多個程式碼行或其他合適軟體結構。如本文中所使用，術語「耦接（couple）」及其同詞源術語（諸如，「couples」及「coupled」）可包括實體連接（諸如，銅導體）、虛擬連接（諸如，經由資料記憶體裝置的隨機指派之記憶體位置）、邏輯連接（諸如，經由半導性裝置之邏輯閘）、其他合適連接或此等連接之合適組合。術語「資料」可指用於使用、傳送或儲存資料之一合適結構，諸如，資料欄位、資料緩衝器、具有資料值及發送方/接收方位址資料之資料訊息、具有資料值及使接收系統或組件使用資料執行功能之一或多個運算子之控制訊息或用於資料之電子處理的其他合適硬體或軟體組件。

一般而言，軟體系統為在處理器上操作以回應於預定資料欄位執行預定功能之一系列。舉例而言，系統可由其執行之功能及其執行功能所在之資料欄位定義。如本文中所使用，NAME系統（其中NAME典型地為由系統執行的一般功能之名稱）指經組態以在一處理器上操作及在揭露之資料欄位上執行揭露之功能的軟體系統。除非揭露一具體演算法，否則預料到將為熟習此項技術者已知用於使用相關聯之資料欄位執行功能的任一合適演算法屬於本揭露內容之範疇。舉例而言，產生包括發送方位址欄位、接收方位址欄位及訊息欄位之訊息的訊息系統將涵蓋在一處理器上操作之軟體，該處理器可自該處理器之一合適系統或裝置（諸如，緩衝器裝置或緩衝器系統）獲得發送方位址欄位、接收方位址欄位及訊息欄位，可將發送方位址欄位、接收方位址欄位及訊息欄位組譯成一合適的電子訊息格式（諸如，電子郵件訊息、TCP/IP訊息，或具有發送方位址欄位、接收方位址欄位及訊息欄位之任一其他合適訊息格式），且可使用處理器之電子訊息傳遞系統及裝置經由諸如網路之一通信媒體傳輸電子訊息。一般熟習此項技術者將能夠基於前述揭露內容提供針對一具體應用程式之具體寫碼，前述揭露內容意欲闡述本揭露內容之例示性實施例，且並不為一般不太熟習此項技術者（諸如，不熟悉處於一合適程式化語言下之程式化或處理器之人）提供教導。用於執行一功能之一具體演算法可以一流程圖形式或以其他合適格式提供，其中資料欄位及相關聯之功能可按一例示性操作次序闡述，其中該次序可合適地重新排列，且並不意欲為限制性，除非明確地陳述為限制性。

本揭露內容之實施例之前述描述已為了說明及描述之目的而提出。其並不意欲為詳盡的或將本揭露內容限制於揭露之精密形式，且依據以上教示，修改及變化係可能的，或可自本揭露內容之實踐來獲取。該等實施例經選擇及描述以便解釋本揭露內容之原理及其實際應用，以使熟習此項技術者能夠在各種實施例中利用本揭露內容，及具有如適合於預料之特定用途的各種修改。在不脫離本揭露內容之範圍之情況下，可在該等實施例之設計、操作條件及佈置方面進行其他取代、修改、改變及省略。在參考本說明書後，該等說明性實施例以及其他實施例之此等修改及組合將對熟習此項技術者顯而易見。因此，意欲所附申請專利範圍涵蓋任何此等修改或實施例。

100:質量流控制器（MFC） 102:臺階 104:質量流量計 106:閥總成 108:閥 110:致動器 114:流體入口 116:流體出口 118:閥控制系統 120:入口壓力換能器 122:出口壓力換能器 124:旁路通道 126:流動速率感測器 200:控制系統/控制器系統 202:設定點（SP）濾波器 204:增益超前落後（GLL）控制器 206:流量控制與模型化系統/模型化與流量控制系統 208:閥致動器 250:閥及流體流量模型化演算法 252:區塊 254:區塊 256:區塊 258:區塊 300:流體流量控制演算法 302:區塊 304:區塊 306:區塊 400:計算機器 410:處理器 420:系統匯流排 430:系統記憶體 440:儲存媒體 450:輸入/輸出介面 460:網路介面 470:網路 500:系統應用程式模組

為了更完整地理解本揭露內容之特徵及優勢，現在對連同附圖一起之詳細描述進行參考，其中，在不同圖中之對應的數字指代對應的部分，且其中：

第1圖為根據某些實例實施例的MFC之方塊圖之圖示；

第2圖為根據某些實例實施例的用於控制MFC之控制閥之線性回應的一控制器系統之圖示；

第3A圖為根據某些實例實施例的控制器系統之閥及流體流量模型化演算法之圖示；

第3B圖為根據某些實例實施例的控制器系統之流體流量控制演算法之圖示；

第4A圖為根據某些實例實施例的一控制命令濾波斜變信號在其已穿過控制器系統之濾波過程後之圖示；

第4B圖為根據某些實例實施例的演示一經濾波設定點值相對於相關過程信號之精密過程控制之一效能曲線圖之圖示；

第4C圖為針對不同控制器系統設定的基於壓力之MFC回應時間對設定點值之一效能曲線圖之圖示；及

第5圖為根據某些實例實施例的描繪一計算機器及系統應用程式之方塊圖。

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100:質量流控制器(MFC)

102:臺階

104:質量流量計

106:閥總成

108:閥

110:致動器

114:流體入口

116:流體出口

118:閥控制系統

120:入口壓力換能器

122:出口壓力換能器

124:旁路通道

126:流動速率感測器

Claims

一種閥控制系統，其用於控制一閥之操作，該閥控制系統包含：一增益控制器，其用於將一驅動值發送至一閥致動器以控制一閥之線性回應時間；一線性化控制系統，其與該增益控制器耦接以判定一增益值以控制該閥之該線性回應時間；及一設定點濾器，其耦接至該線性化控制系統以濾波一設定點值；其中該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。
如請求項1所述之閥控制系統，其中該設定點濾器包括一轉換速率限制濾器。
如請求項2所述之閥控制系統，其中該設定點濾器包括一低通濾器。
如請求項1所述之閥控制系統，其中該至少一個即時流體參數值係選自包含流體壓力、流體類型、流動速率及流體溫度之群組。
如請求項1所述之閥控制系統，其中該增益值由dY /dx = f'(g(x))g'(x) 定義，其中Y 為控制器驅動，f'(g(x)) 為致動器增益，且g'(x) 為該閥模型增益。
如請求項1所述之閥控制系統，其中該線性回應時間少於300 ms，且一輸出回應在該設定點值之98%內。
如請求項1所述之閥控制系統，其中該增益係藉由判定一致動器驅動值之改變及該流體之流量之一改變來計算，dDrive /dFlow 。
一種用於控制一閥之操作之方法，該方法包含以下步驟：在一增益控制器處將一驅動值發送至一閥致動器以控制一閥之線性回應時間；在與該增益控制器耦接之一線性化控制系統處判定一增益值以控制該閥之該線性回應時間；及在耦接至該線性化控制系統之一設定點濾器處濾波一設定點值；其中該線性化控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。
如請求項8所述之方法，其中該設定點濾器包括一轉換速率限制濾器。
如請求項9所述之方法，其中該設定點濾器包括一低通濾器。
如請求項8所述之方法，其中該增益值由dY /dx = f'(g(x))g'(x) 定義，其中Y 為控制器驅動，f'(g(x)) 為致動器增益，且g'(x) 為該閥模型增益。
如請求項8所述之方法，其中該增益係自該經濾波設定點值、該至少一個即時流體參數值及一閥規格判定。
如請求項8所述之方法，其中該線性回應時間少於300 ms，且一輸出回應在該設定點值之98%內。
如請求項8所述之方法，其中該增益值等於指示流體流量及該增益控制器之一輸出的一回饋信號之倒數。
一種用於控制一基於閥之系統之閥回應時間之控制系統，該控制系統包含：一回饋控制系統，其與該基於閥之系統之一致動器耦接以判定一增益值以控制一閥之該線性回應時間；及一設定點濾器，其耦接至該回饋控制系統以濾波一設定點值；其中該回饋控制系統自該經濾波設定點值、至少一個即時流體參數值、閥模型資料、一致動器增益及一閥模型增益判定該增益值。
如請求項15所述之控制系統，其中該設定點濾器包括一轉換速率限制濾器。
如請求項16所述之控制系統，其中該設定點濾器包括一低通濾器。
如請求項15所述之控制系統，其中該至少一個即時流體參數值係選自包含流體壓力、流體類型及流體溫度之群組。
如請求項15所述之控制系統，其中該增益值由dY /dx = f'(g(x))g'(x) 定義，其中Y 為控制器驅動，f'(g(x)) 為致動器增益，且g'(x) 為該閥模型增益。
如請求項15所述之控制系統，其中該增益等於指示流體流量及該增益控制器之一輸出的一回饋信號之倒數。