TW202221440A - 流量控制裝置、流量控制方法以及儲存流量控制裝置用程序的程序儲存媒體 - Google Patents

流量控制裝置、流量控制方法以及儲存流量控制裝置用程序的程序儲存媒體 Download PDF

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Abstract

本發明提供流量控制裝置、流量控制方法和程序儲存媒體，能以基本不發生時間延遲且以雜訊大幅降低的形式得到流過下游側閥的流體的流量，而且比以往提高響應性。所述流量控制裝置包括：下游側閥流量測定器（VFS），測定作為流過下游側閥（V2）的流體的流量的下游側閥流量；以及觀測器（3），包括根據改變所述下游側閥（V2）的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型（31），所述下游側閥流量測定器（VFS）輸出的所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器（3）。

Description

流量控制裝置、流量控制方法以及儲存流量控制裝置用程序的程序儲存媒體
本發明涉及例如在半導體製造工序中控制流體的流量的流量控制裝置等。
例如為了控制導入處理腔室內的各種氣體的流量，使用將被稱為質量流量控制器的各種流體設備和控制機構組件化後的流量控制裝置。
典型的流量控制裝置具備：對流道設置的流量感測器；設置在流量感測器的下游側的下游側閥；以及下游側閥控制器，控制下游側閥的開度，以使流量感測器測定的測定流量與用戶設定的隨時間變化的設定流量一致。
可是，由於流量感測器的流體的測定點與下游側閥的流體的控制點在流動方向上錯開規定距離，所以流量感測器的測定流量相對於流過下游側閥的流量存在時間延遲。這種在測定流量中包含的時間延遲，在實現半導體製造工序所追求的流量控制的響應性方面構成問題。
為了解決這種問題，嘗試將可測定流過下游側閥的實際的流量（以下，也稱下游側閥流量）的下游側閥流量測定器應用於流量控制裝置。例如下游側閥流量測定器具備現有的壓力式流量感測器以及計算下游側閥流量的下游側閥流量計算器。下游側閥流量計算器使用壓力式流量感測器測定的流過層流元件的流體的流量（以下，也稱阻力流量）以及壓力式流量感測器和下游側閥之間的容積中的壓力（以下，也稱下游側壓力），計算下游側閥流量。具體下游側閥流量計算器透過從阻力流量減去對下游側壓力的時間微分值乘以規定係數後的值來計算下游側閥流量。
可是，用這種方法測定的下游側閥流量，有時包含會影響流量控制的程度的大幅雜訊。這是因為，如果下游側壓力包含例如電氣性雜訊等，則因為下游側壓力的時間微分而導致雜訊被放大。
這種情況下，也可以考慮使下游側壓力或下游側閥流量通過低通濾波器從而將雜訊除去，但是這樣做會產生由過濾器帶來的時間延遲，所以得不到無時間延遲的實際的下游側閥流量。
現有技術文獻
專利文獻1：日本專利公開公報特開2004-280688號
本發明鑒於如上所述的問題，目的是提供流量控制裝置，能以基本不發生時間延遲且以雜訊大幅降低的形式得到流過下游側閥的流體的流量，而且比以往提高響應性。
本發明的流量控制裝置，包括：設置在流道上的流體阻力；設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥；下游側閥流量測定器，根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及觀測器，包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
此外，本發明的流量控制方法，採用流量控制裝置，所述流量控制裝置包括設置在流道上的流體阻力和設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥，所述流量控制方法的特徵在於，包括：根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及使用觀測器推定所述下游側閥流量，所述觀測器包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
按照這種構成，所述觀測器可以根據所述下游側閥流量推定模型，以不含時間延遲和例如電雜訊的形式推定所述下游側閥流量。此外，由於所述下游側閥流量的測定值與推定值的偏差被反饋到所述觀測器，所以在初始值等中測定值與推定值背離的情況下，會迅速消除這種背離，得到表示實際的流量控制裝置的狀態的推定值。因此，根據所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值，能使流量控制的響應性比以往提高。
為了充分模擬流量控制裝置的控制特性並高精度推定所述下游側閥流量，優選還包括向所述下游側閥輸出與輸入的開度指令對應的電壓的第一電壓生成電路，所述下游側閥流量推定模型是將所述第一電壓生成電路、所述下游側閥以及所述下游側閥流量測定器的特性模型化的，向所述觀測器輸入作為所述輸入參數的所述開度指令，推定所述下游側閥流量。
作為用於提高所述下游側閥流量的推定值的精度的具體結構例，可以列舉所述下游側閥流量推定模型模擬所述第一電壓生成電路中的時間延遲。
為了使所述觀測器能儘早消除由推定值與初始值的不同導致的推定值的誤差，優選所述觀測器還包括觀測器增益部，所述觀測器增益部在所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差上乘以觀測器增益。
為了在所述下游側閥流量的推定值大幅背離測定值而所述觀測器不能反映實際的狀態的情況下能儘早消除這種背離，並且為了在所述觀測器能以足夠的精度推定所述下游側閥流量的情況下使所述觀測器相對於來自系統以外的突發雜訊等保持穩健，優選所述觀測器增益部包括：第一觀測器增益，在流過所述流道的流體的流量穩定在規定值的情況下使用；以及第二觀測器增益，數值大於所述第一觀測器增益，在流過所述流道的流體的流量變化的情況下使用。
為了比以往提高有關所述下游側閥流量的控制的響應性，優選還包括控制所述下游側閥的開度的下游側閥控制器，所述下游側閥控制器根據設定流量的目標值與所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差，生成所述開度指令。
作為基於所述觀測器推定的所述下游側閥流量的反饋控制的具體結構，可以列舉所述下游側閥控制器包括：PID控制器，根據設定流量的目標值與所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差進行PID計算；以及開度指令生成器，生成與來自所述PID控制器的PID計算結果對應的所述開度指令。
為了利用在現有流量控制裝置中使用的流量感測器等硬體構成所述下游側閥流量測定器，可以列舉所述下游側閥流量測定器包括：上游側壓力感測器，設置在所述流體阻力的上游側，測定上游側壓力；下游側壓力感測器，設置在所述流體阻力和所述下游側閥之間，測定所述下游側壓力；阻力流量計算器，根據所述上游側壓力和所述下游側壓力計算所述阻力流量；以及下游側閥流量計算器，透過從所述阻力流量減去將所述下游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值來計算所述下游側閥流量。
為了透過加大所述下游側閥的控制餘量或抑制流體的供給壓的變動來進一步提高響應性，優選流量控制裝置還包括：設置在所述上游側壓力感測器的上游側的上游側閥；以及控制所述上游側閥的開度的上游側閥控制器。
在設定流量上升或下降的情況下所述上游側閥和所述下游側閥的開度的變化方向分別相反，為了使所述流體阻力的前後壓高速變化以高速得到期望的流量，並且為了將所述流體阻力的前後的平均壓力保持在較低壓力以便能夠保持作為壓力式的流量感測器的高靈敏度，優選還包括上游側閥流量計算器，所述上游側閥流量計算器在所述阻力流量上加上將所述上游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值，計算流過所述上游側閥的上游側閥流量，所述上游側閥控制器以使設定流量與所述上游側閥流量的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
為了還對所述上游側閥流量降低雜訊影響，從而進一步提高控制性能，優選還包括：上游側閥流量計算器，在所述阻力流量上加上將所述上游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值，計算流過所述上游側閥的上游側閥流量；以及副觀測器，包括根據改變所述上游側閥的開度的輸入參數來推定所述上游側閥流量的上游側閥流量推定模型，所述上游側閥控制器以使設定流量的目標值與所述副觀測器輸出的所述上游側閥流量的推定值的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
作為能夠將對所述流量控制裝置供給的流體的供給壓保持為一定的具體結構例，可以列舉所述上游側閥控制器以使設定壓力與所述上游側壓力的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
透過即使設定流量的目標值變化也使所述下游側閥的開度保持在規定開度，以便將所述流體阻力的前後的壓力的絕對值保持在低壓，優選所述上游側閥控制器以使相當於在所述下游側閥維持的開度的設定電壓與所述下游側閥上施加的電壓的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。按照這種構成，可以提高進行基於壓力的流量測定的所述下游側閥流量測定器的靈敏度。例如只要使所述下游側閥的開度保持完全打開狀態或其附近的開度，將所述流體阻力的前後的壓力保持在低壓即可。這樣，在使用壓力式的流量檢測方法的情況下，透過提高測定靈敏度，可以提高控制的響應性。
作為所述下游側閥流量測定器進行所述下游側閥流量的測定的前提條件，為了能夠明確隔開所述流體阻力與所述下游側閥之間的容積而得到準確的容積值以提高所述下游側閥流量的測定精度，優選所述流體阻力為層流元件、分流元件或節流孔。
以往，在半導體製造工序中使用的流量控制裝置中，在流量感測器等產生某種異常的情況下，透過向用戶或控制者的控制裝置輸出警報或將向外部顯示的流量設為負值等異常值來通知異常情況。而且，在產生異常的情況下，即使在工序進行中也透過將控制閥變更為完全關閉等的安全狀態來中斷工序。在工序中斷的情況下，即使再次開始，大多也得不到與中斷前相同的結果和效果。因此，特別是在分批處理式的工序裝置中由中斷導致的晶片廢料的傷害增加，例如中斷情況下的成品率為零或基本為零。
為了能降低如上所述工序的中斷帶來的損失，例如即使在用於測定流量的各種感測器中產生了異常，也可以繼續工序以保證一定程度的成品率，優選還包括異常模式切換部，所述異常模式切換部至少在所述下游側閥流量測定器產生異常的情況下，使所述觀測器以異常模式進行動作，在所述異常模式中所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值不反饋到所述觀測器。
按照這種構成，可以在異常模式中不使用因故障等而導致數值不可靠的所述下游側閥流量測定器的輸出，而僅以所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值繼續進行流量控制。因此，由於能夠根據一定程度接近實際流動的流量的值，繼續進行流量控制，所以例如能將工序中的晶片的成品率保持在規定值。
為了在所述下游側閥流量測定器產生異常的情況下，使所述觀測器透過使用正常的時點中使用的參數可以輸出接近該時點中流動的流量的推定值，從而將晶片的成品率等保持較高的值，優選所述觀測器還包括：觀測器增益部，至少在所述下游側閥流量測定器正常動作的狀態下，將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差乘以觀測器增益；正常值儲存部，至少在所述下游側閥流量測定器正常動作的狀態下，將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差或對該偏差進行了規定計算後的值作為正常值儲存；以及恢復部，在所述異常模式中，將基於所述正常值的值輸入到所述下游側閥流量推定模型。
為了以簡單的結構在所述下游側閥流量測定器中產生異常的情況下，能夠在流量控制中不使用所述下游側閥流量測定器的測定值而僅以所述觀測器的推定值繼續進行流量控制，可以列舉所述觀測器包括觀測器增益部，所述觀測器增益部將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差乘以觀測器增益，所述觀測器增益部在所述異常模式中使用零值作為所述觀測器增益。
作為所述異常模式切換部的具體方式，可以列舉根據所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值或在該下游側閥流量測定器中使用的內部參數，判定所述下游側閥流量測定器是在正常動作還是產生了異常。
為了透過對包括設置在流道上的流體阻力和設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥的現有的流量控制裝置例如更新程序，得到與本發明的流量控制裝置同等的流量控制特性，優選使用流量控制裝置用程序，電腦透過執行所述流量控制裝置用程序而發揮下述功能：下游側閥流量測定器，根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及觀測器，包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
另外，流量控制裝置用程序可以電子發送，也可以儲存在CD、DVD、隨身碟等程序儲存媒體中。
這樣本發明的流量控制裝置，由於具備用以推定作為流過所述下游側閥的流體的流量的所述下游側閥流量的所述觀測器，所以能夠得到降低了時間延遲和雜訊的下游側閥流量。因此，按照本發明，相比以往能提高流量控制中的響應性和精度。
參照圖1至圖3說明第一實施方式的流量控制裝置100。
第一實施方式的流量控制裝置100用於在例如半導體製造工序中按設定流量向腔室供給處理氣體和稀有氣體等的稀釋氣體等。這裡，設定流量例如包括從某個目標值向另一目標值階梯狀上升的或者下降的階躍狀的時間變化。所述流量控制裝置100構成為在規定時間內追隨這種設定流量的階躍流量指令。另外規定時間可設定為能滿足製造的半導體的品質的時間。
具體如圖1所示，流量控制裝置100具備由設置在流道上的感測器和閥組成的流體設備以及負責所述流體設備的控制的控制裝置COM。另外，流道例如形成為在未圖示的模組內形成的多個內部流道，所述內部流道在所述模組中在安裝有流體設備的部件安裝面上至少一端部開口。
針對流道從上游側依次設有供給壓感測器（未圖示）、上游側閥V1、上游側壓力感測器P1、流體阻力R、下游側壓力感測器P2、下游側閥V2。這裡，流體阻力R例如為層流元件，在其前後產生與流過的氣體流量對應的壓差。
上游側壓力感測器P1測定充入上游側容積VL1內的氣體的壓力，所述上游側容積VL1是流道中上游側閥V1與流體阻力R之間的容積。在以後的說明中，由上游側壓力感測器P1測定的壓力也稱上游側壓力。
下游側壓力感測器P2測定充入下游側容積VL2的氣體的壓力，所述下游側容積VL2是流道中流體阻力R與下游側閥V2之間的容積。在以後的說明中，由下游側壓力感測器P2測定的壓力也稱下游側壓力。
在第一實施方式中上游側壓力感測器P1和下游側壓力感測器P2例如為同型的，例如將氣體從流道引導至由薄膜形成的壓敏面。例如用電容型的位移感測器測定壓敏面的位移，根據該位移測定各壓力。這樣上游側壓力感測器P1和下游側壓力感測器P2，分別測定由上游側閥V1、流體阻力R、下游側閥V2形成的兩個容積的壓力。
上游側閥V1以及下游側閥V2在第一實施方式中是同型的，例如是透過壓電元件將閥體相對於閥構件而驅動的壓電閥。第一實施方式中的上游側閥V1根據上游側壓力感測器P1測定的上游側壓力控制上游側容積內的壓力。另一方面，在流體設備中設置在最下游側的下游側閥V2，控制從流體設備流出的氣體流量整體。
接著具體說明控制裝置COM。
控制裝置COM例如是具備CPU、儲存器、A/D轉換器、D/A轉換器、輸入輸出手段的所謂電腦。具體使用微電腦板實現其功能，也可以使用一般的電腦。控制裝置COM透過執行儲存器中儲存的流量控制裝置用程序使各種設備協同作業，至少作為阻力流量計算器1、下游側閥流量計算器2、觀測器3、下游側閥控制器4、第一電壓生成電路5、上游側閥流量計算器6、上游側閥控制器7、第二電壓生成電路8發揮功能。
阻力流量計算器1和上游側壓力感測器P1、流體阻力R、下游側壓力感測器P2一起構成所謂壓力式的流量感測器。即，阻力流量計算器1將上游側壓力感測器P1測定的上游側壓力和下游側壓力感測器P2測定的下游側壓力作為輸入，計算作為流過流體阻力R的氣體流量的阻力流量，並將其結果向下游側閥流量計算器2輸出。
這裡，在阻力流量計算器1中使用的流量的計算式，可以使用現有的壓力式流量感測器所採用的。由阻力流量計算器1算出的阻力流量連續性變化，但是相對於利用下游側閥V2的控制實現的流過所述下游側閥V2的實際的流量產生規定的時間延遲。
以後將流過下游側閥V2的流量也稱為下游側閥流量。此外，第一實施方式中把根據上游側壓力感測器P1和下游側壓力感測器P2的輸出算出的值定義為下游側閥流量的測定值。另一方面，把不直接使用上游側壓力感測器P1和下游側壓力感測器P2的輸出，而根據下游側閥控制器4的內部輸出和數學模型計算的下游側閥流量定義為推定值。
下游側閥流量計算器2根據阻力流量計算器1計算的阻力流量和下游側壓力感測器P2測定的下游側壓力，計算作為從下游側閥V2流出的氣體流量的下游側閥流量，並將其結果向觀測器3輸出。更具體地，下游側閥流量計算器2根據阻力流量與下游側閥流量的差的常數倍等於下游側壓力的時間變化量，計算下游側閥流量，所述阻力流量是流入流體阻力R和下游側閥V2之間的下游側容積VL2的氣體流量，所述下游側閥流量是從下游側容積VL2流出的氣體流量。具體在設下游側壓力為P2、下游側容積VL2的大小為V 2、氣體的溫度為T、氣體常數為R G、質量為n 2的情況下，若以下游側容積VL2為對象而應用氣體的狀態方程式，則導出P 2＝n 2R GT/V 2。此外，由於流入下游側容積VL2的阻力流量Q R與從下游側容積VL2流出的下游側閥流量Q V2的差和質量n 2的時間微分值成比例，因此最終可以由以下的公式計算下游側閥流量Q V2。Q V2＝Q R-A・d/dt（P 2）：這裡d/dt是時間微分算子，A為由氣體的溫度T、氣體常數R G等決定的常數。
在第一實施方式中，上游側壓力感測器P1、流體阻力R、下游側壓力感測器P2以及阻力流量計算器1構成所謂壓力式的流量感測器。此外，透過在壓力式的流量感測器的基礎上再加上下游側閥流量計算器2，構成下游側閥流量測定器VFS。
觀測器3根據數學控制系統的模型和改變下游側閥V2的開度的輸入參數，推定下游側閥流量。由觀測器3推定的下游側閥流量向下游側閥控制器4輸出。
下游側閥控制器4以使由用戶設定的設定流量與由觀測器3推定的下游側閥流量的偏差減小的方式控制下游側閥V2的開度。在第一實施方式中，下游側閥控制器4生成與偏差對應的開度指令，並向第一電壓生成電路5輸出。
第一電壓生成電路5向下游側閥V2施加與開度指令對應的電壓。在所述第一電壓生成電路5中相對於開度指令產生例如主要延遲的時間延遲。
上游側閥流量計算器6根據阻力流量計算器1計算的阻力流量和上游側壓力感測器P1測定的上游側壓力，計算作為從上游側閥V1流入上游側容積VL1的氣體流量的上游側閥流量，並將其結果向上游側閥控制器7輸出。更具體地，上游側閥流量計算器6根據上游側閥流量與阻力流量的差的常數倍等於上游側壓力的時間變化量，計算上游側閥流量，所述上游側閥流量是流入上游側閥V1和流體阻力R之間的上游側容積VL1的氣體流量，所述阻力流量是從上游側容積VL1流出的氣體流量。具體在設上游側壓力為P 1、上游側容積VL1的大小為V 1、氣體的溫度為T、氣體常數為R G、質量為n 1的情況下，若以上游側容積VL1為對象而應用氣體的狀態方程式，則導出P 1＝n 1R GT/V 1。此外，由於流入上游側容積VL1的上游側閥流量Q V1與從上游側容積VL1流出的阻力流量Q R的差和質量n 1的時間微分值成比例，所以最終可以由以下的公式計算上游側閥流量Q V1。Q V1＝Q R＋A・d/dt（P 1）：這裡d/dt為時間微分算子，A為由氣體的溫度T、氣體常數R G等決定的常數。
另外，上游側閥流量計算器6共用在下游側閥流量測定器VFS中構成壓力式的流量感測器的上游側壓力感測器P1、流體阻力R、下游側壓力感測器P2以及阻力流量計算器1。即，上游側閥流量計算器6透過和下游側閥流量測定器VFS共用壓力式的流量感測器，來發揮作為上游側閥流量測定器的功能。
上游側閥控制器7根據用戶設定的設定流量和上游側閥流量計算器6計算的上游側閥流量控制上游側閥V1。即，上游側閥控制器7以使由用戶設定的設定流量的目標值與上游側閥流量的測定值的偏差減小的方式控制上游側閥V1。更具體地上游側閥控制器7利用基於設定流量與上游側閥流量的偏差的PID計算，生成表示上游側閥V1應達到的開度的開度指令，並將該開度指令輸入第二電壓生成電路。第二電壓生成電路向上游側閥V1施加與開度指令對應的電壓。即，上游側閥V1與下游側閥V2不同，不是根據觀測器的推定值，而是根據測定值控制。此外，輸入上游側閥控制器7和下游側閥控制器4的設定流量分別相同，且同步輸入。
接著參照圖2和圖3的框圖具體說明有關下游側閥V2的控制系統、觀測器3以及下游側閥控制器4。
如圖2的框圖所示，下游側閥V2的控制系統包括：根據硬體的輸出測定下游側閥流量並且影響實際的下游側閥流量的真實系統；以及根據數學模型推定下游側閥流量的假想系統。真實系統由下游側閥控制器4、第一電壓生成電路5、下游側閥V2以及下游側閥流量測定器VFS組成。另一方面，假想系統由觀測器3構成。
由觀測器3推定的下游側閥流量被反饋到下游側閥控制器4。即，設定流量的目標值與下游側閥流量的推定值的偏差被輸入到下游側閥控制器4。此外，由觀測器3推定的下游側閥流量與下游側閥流量測定器測定的下游側閥流量的偏差被反饋到觀測器3。與從下游側閥控制器4向真實系統輸入的相同的開度指令輸入到觀測器3，並輸出與開度指令對應的下游側閥流量的推定值。
具體如圖3的框圖所示，觀測器3具備用於模擬作為真實系統中的控制對象的第一電壓生成電路5、下游側閥V2以及下游側閥流量測定器VFS的下游側閥流量推定模型31。即，下游側閥流量推定模型31由分別與第一電壓生成電路5、下游側閥V2以及下游側閥流量測定器VFS對應的第一電壓生成電路模擬部5M、下游側閥模擬部V2M以及下游側閥流量測定器模擬部VFM組成。
第一電壓生成電路模擬部5M對第一電壓生成電路5相對於開度指令實際輸出的電壓的時間延遲進行模擬。此外，下游側閥模擬部V2M例如參照理論公式對下游側閥V2即壓電閥的控制特性進行模擬，並輸出與下游側閥V2上施加的電壓對應的下游側閥流量。另外，下游側閥模擬部V2M可以透過參照例如儲存有流量、閥的前後壓、溫度、相當於開度的電壓等之間的關係的查找表，模擬該閥特性。此外，下游側閥流量測定器模擬部VFM模擬相對於實際的下游側閥流量在測定值中所出現的時間延遲。這裡，下游側閥流量測定器模擬部VFM模擬的時間延遲，並非因控制點與測定點的錯開而引起，而是因電路內和計算而引起。由於下游側閥流量推定模型31是數學模型，所以根據輸入開度指令而輸出的下游側閥流量的推定值中沒有重疊電雜訊，僅表現出下游側閥流量的變化。
此外，觀測器3還具備觀測器增益部32，所述觀測器增益部32將下游側閥流量的測定值與推定值的偏差乘以規定的觀測器增益OG。對應觀測器增益OG設有積分器，積分器的輸出被加在第一電壓生成電路模擬部5M輸出的電壓上。
最後說明下游側閥控制器4。下游側閥控制器4具備：PID控制器41，設定流量與觀測器3推定的下游側閥流量的偏差輸入所述PID控制器41；以及開度指令生成器42，輸出與PID控制器41輸出的PID計算結果對應的開度指令。即，由下游側閥流量測定器VFS測定的下游側閥流量僅用於向觀測器3的反饋，而不直接用於決定對下游側閥V2施加的電壓。根據不含電雜訊的設定流量的目標值與觀測器3的流量的推定值的偏差，控制下游側閥V2。
按照這種結構的流量控制裝置100，可以透過觀測器3以基本不含時間延遲和電雜訊的形式，推定流過下游側閥V2的流體的下游側閥流量。由於下游側閥控制器4根據這種推定值控制下游側閥V2的開度，所以能夠實現響應性比以往更好的流量控制。
此外，由於上游側閥V1以使測定的上游側閥流量與設定流量的偏差減小的方式被控制，下游側閥V2以使觀測器3推定的推定流量與設定流量的偏差減小的方式被控制，所以可以高速改變流體阻力R的前後的壓差。例如在使設定流量比現狀變大的情況下，上游側閥控制器7以使上游側壓力變大的方式控制上游側閥V1，並且下游側閥控制器4以使下游側壓力變小的方式控制下游側閥V2。在使設定流量比現狀變小的情況下，實現與前述相反的動作。因此，由於能利用兩個閥使上游側壓力和下游側壓力分別逆向變化，所以能高速調節流量的增減。而且，上游側壓力和前下游側壓力的平均壓力可以基本保持一定的壓力。此外，透過將該平均壓力調節到適合阻力流量的計算的低壓力，還能高度保持壓力式的流量感測器的靈敏度。其結果，還能夠提高上游側閥流量的測定值和下游側閥流量的推定值的靈敏度，進一步提高流量控制中的響應性。
接著參照圖4說明第一實施方式的流量控制裝置100的第一變形例。在所述第一變形例中，觀測器3的觀測器增益部32的結構與前述的實施方式不同。具體觀測器增益部32具備：在流道流動的流體的流量穩定的情況下使用的第一觀測器增益OG1；在流道流動的流體的流量發生規定量以上變化的情況下使用的比第一觀測器增益OG1的數值大的第二觀測器增益OG2；以及根據流量的狀態決定使用哪個觀測器增益的切換器SW。與各觀測器增益OG1、OG2對應設置有積分器，積分器的輸出被加在第一電壓生成電路模擬部5M輸出的電壓上。
切換器SW例如在設定流量的目標值保持在一定值的區間，使第一觀測器增益OG1乘以下游側閥流量的測定值與推定值的偏差，在設定流量的目標值從某個值上升或下降到另一值的情況下，使第二觀測器增益OG2乘以前述的偏差。
由於如上構成，所以在流量大幅變化的情況下使用第二觀測器增益OG2對第一電壓生成電路模擬部5M輸出的電壓的值進行大幅修正。其結果，觀測器3的推定值的背離在短時間內得到修正。另一方面，設定流量的目標值為一定值的區間且流量穩定的情況下使用第一觀測器增益OG1抑制相對於偏差的修正靈敏度。即，推定值和測定值基本沒有差別的情況下，觀測器3不易受到突發性干擾影響，成為穩健性較高的狀態。
接著參照圖5說明第一實施方式的流量控制裝置100的第二變形例。在第二變形例中，由觀測器不僅對下游側閥流量進行推定，還對上游側閥流量進行推定，進一步實現了高響應性的流量控制。具體還具備副觀測器9，所述副觀測器9具備根據改變上游側閥V1的開度的輸入參數來推定所述上游側閥流量的上游側閥流量推定模型，上游側閥控制器7以使設定流量的目標值與副觀測器9輸出的上游側閥流量的推定值的偏差減小的方式控制上游側閥V1的開度。另外，副觀測器9的具體結構與圖2和圖3所示的推定下游側閥流量的觀測器3對應。即，副觀測器9根據上游側閥控制器7輸出的開度指令來推定上游側閥流量，並且將該推定值與上游側閥流量計算器6計算的測定值的偏差乘以規定的觀測器增益，反饋到上游側閥流量推定模型內。
按照這種第二變形例，能夠對上游側閥流量和下游側閥流量雙方獲得由基於數學模型的觀測器得到的推定值，能夠實現響應性和控制的穩定性進一步提高的流量控制。
接著參照圖6說明本發明的第二實施方式的流量控制裝置100。另外，以下各實施方式的說明中，對於和第一實施方式中說明的各部分對應的部分標注相同的附圖標記。
在第二實施方式的流量控制裝置中，下游側閥V2的控制結構和第一實施方式相同，但是不同點在於，不是基於流量而是基於壓力對上游側閥V1進行控制。
具體上游側閥控制器根據由用戶設定的設定壓力與由上游側壓力感測器P1測定的上游側壓力的偏差，控制上游側閥V1。這裡，在下游側閥流量穩定於設定流量的情況下，根據在流體阻力R的前後應保持的壓力差設定所述設定壓力。
按照這種流量控制裝置100，可以在供給壓保持為一定、且不易受到來自上游側的壓力變動的干擾影響的狀態下，控制流過下游側閥V2的下游側閥流量。換句話說，流體阻力R的前後的壓差不易像第一實施方式那樣高速變化，但是取而代之，流量控制的穩定性提高。例如供給的流體是將液體原料等汽化後的原料氣體等的情況下，即使在生成量不穩定的情況下也容易持續以一定的流量進行供給。此外，由於用觀測器3推定下游側閥流量，並根據其推定值進行控制，所以相比現有的簡單組合了壓力反饋控制和流量反饋控制的情況，可以提高流量控制的響應性。
接著參照圖7說明本發明的第三實施方式的流量控制裝置100。另外，在以下各實施方式的說明中，對於和第一實施方式中說明的各部分對應的部分標注相同的附圖標記。
和第一實施方式相比，第三實施方式的流量控制裝置100中上游側閥控制器7的結構不同。即，從第一電壓生成電路5施加到下游側閥V2的電壓被反饋到上游側閥控制器7，根據與用戶設定的設定電壓的偏差對上游側閥V1的開度進行控制。設定電壓例如被輸入相當於在下游側閥V2中維持的開度的電壓。在採用上游側壓力感測器P1、流體阻力R以及下游側壓力感測器P2的壓力式的流量測定中，越是低壓，靈敏度越高。因此，由用戶設定的設定電壓為相當於減壓至能夠實現期望的流量靈敏度的低壓的開度的電壓。下游側閥控制器4根據上游側的壓力對施加於下游側閥V2的電壓進行控制，以使觀測器3的下游側閥流量的推定值和設定流量一致的方式進行控制。在該狀態下，上游側閥控制器7以使流體阻力R的前後中的壓力的絕對值減小的方式關小上游側閥V1的開度，從而減少氣體的供給。其結果，在能夠邊實現期望的流量邊使流量控制裝置100內的氣體的壓力下降，提高流量的測定靈敏度。
接著參照圖8說明本發明的第四實施方式的流量控制裝置100。
第四實施方式的流量控制裝置100如圖8所示，與第一實施方式相比，不同點在於省略上游側閥V1和上游側閥控制器7。
即使是這種第三實施方式的流量控制裝置100，和現有的具備單個閥的流量控制裝置100比較，也能根據觀測器3推定的時間延遲和雜訊較少的下游側閥流量，進行響應性良好的流量控制。
接著參照圖9至圖11說明本發明的第五實施方式的流量控制裝置100。
第五實施方式的流量控制裝置100例如在下游側閥流量測定器VFS或構成下游側閥流量測定器VFS的感測器中產生異常的情況下，在流量控制中不使用下游側閥流量測定器VFS的測定值，而是僅以從觀測器3輸出的推定值繼續流量控制。具體第五實施方式的流量控制裝置100如圖9和圖10所示，與第一實施方式相比不同點在於具備異常模式切換器AMS、正常值儲存部、恢復部RB。以下具體說明各部分。
異常模式切換器AMS至少在下游側閥流量測定器VFS中產生異常的情況下，將流量控制裝置100的控制結構從圖9所示的正常模式切換到圖10所示的異常模式。更具體地異常模式切換器AMS監視下游側閥流量測定器VFS輸出的流量的測定值或在下游側閥流量測定器VFS內使用的內部參數，根據監測值判定下游側閥流量測定器VFS是否產生了異常。此外，異常模式切換器AMS若判定為下游側閥流量測定器VFS產生了異常，則將流量控制裝置100的控制結構如圖10所示切斷循環（loop），以使在流量控制循環內不使用下游側閥流量測定器VFS輸出的流量的測定值。取而代之，異常模式切換器AMS將控制結構切換為僅以觀測器3推定的流量構成流量控制循環。
由異常模式切換器AMS進行的異常模式的判定，例如在流動的流量基本保持一定值的穩定狀態下進行。換句話說，在設定流量的目標值階躍狀變化、流動的流量處於過渡狀態的情況下，異常模式切換器AMS不進行基於前述的偏差的異常判定。即，異常模式切換器AMS在設定流量的目標值保持為一定的期間中，例如監視下游側閥流量測定器VFS測定的流量值與設定流量的目標值的偏差，在偏差的絕對值超過預定的異常模式切換判定閾值的情況下，判定為在下游側閥流量測定器VFS產生了異常。另外，在異常判定後，異常模式切換器AMS還繼續對用戶進行用以通知產生了異常的警報顯示。
在流量控制裝置100以正常模式動作的狀態下，正常值儲存部NM將下游側閥流量測定器VFS測定的流量與觀測器3推定的流量的偏差（innovation，刷新）滿足規定的基準的情況下的值作為正常值儲存。具體正常值儲存部NM在設定流量的目標值保持為一定值的穩定狀態下，當該設定流量的目標值與下游側閥流量測定器VFS輸出的流量值的差的絕對值小於正常值採用判定閾值的情況下，將前述的刷新作為正常值儲存。正常值儲存部NM例如可以僅保持最新的正常值，也可以與日期和時間一起保持多個正常值。
當由異常模式切換器AMS將流量控制裝置100的控制結構切換為異常模式的情況下，恢復部RB將正常值儲存部NM中儲存的正常值乘以規定值後算出的固定值輸入下游側閥流量推定模型31。即，在異常模式下下游側閥流量測定器VFS和下游側閥流量測定器模擬部VFM的輸出不輸入構成觀測器增益部32的恢復部RB中。取而代之恢復部RB使用在以正常模式動作時輸入的正常值，計算作為觀測器增益部32的輸出。因此，在異常模式下從觀測器增益部32輸出的值是假定下游側閥流量推定模型31的模型化誤差和正常模式時相同的基礎上輸出的。
參照圖11說明這種結構的第五實施方式的流量控制裝置100在正常模式和異常模式下的控制動作。
正常模式下的動作與第一實施方式中的控制動作基本相同，在穩定狀態下，在下游側閥流量測定器VFS測定的流量值與下游側閥流量測定器模擬部VFM推定的流量值的偏差即刷新的絕對值小於正常值採用判定閾值的情況下，該值被作為正常值儲存到正常值儲存部NM。
此外，在下游側閥流量測定器VFS中產生某種異常，在穩定狀態下，在下游側閥流量測定器VFS輸出的測定值與設定流量的差的絕對值大於異常模式切換閾值的情況下，異常模式切換部判定為產生了異常。異常模式切換部將流量控制裝置100的控制結構切換為異常模式，一邊使下游側閥流量測定器VFS的輸出不被觀測器3使用，一邊從恢復部RB輸出來自觀測器增益部32的輸出。即，恢復部RB將正常值儲存部NM中儲存的正常值乘以規定值後的固定值向下游側閥流量推定模型31輸出。其結果，觀測器3的狀態恢復至產生異常前的狀態，從該狀態，流量控制裝置100中的流量反饋控制僅以觀測器3的推定值繼續。
按照這種結構的第五實施方式的流量控制裝置100，即使在構成下游側閥流量測定器VFS的感測器等產生了異常的情況下，也可以不中斷流量控制而僅根據觀測器3輸出的流量的推定值繼續流量控制。此外，由於透過觀測器3推定的流量是以根據正常模式下的刷新而計算的值修正過模型化誤差的，所以可以減小從實際流動的流量的背離。因此，能夠使從流量控制裝置100供給的流量相對於設定流量僅產生可允許程度的誤差，相比工序中斷的情況，能夠保持更高的晶片成品率。
說明第五實施方式的流量控制裝置100的變形例。
正常值儲存部NM中儲存的正常值可以不是前述的刷新，而是正常模式下觀測器增益部32輸出的值本身。這種情況下恢復部RB只要將正常值原狀輸入下游側閥流量推定模型31即可。
異常模式切換器AMS中的異常判定算法不限於如上所述的。例如，可以在下游側閥流量測定器VFS的輸出超範圍的情況下判定為產生了異常。此外，可以根據構成下游側閥流量測定器VFS的各種感測器的輸出和電路的輸出判定是否產生了異常。
例如為了將第一實施方式的流量控制裝置100的結構原狀使用，並且即使在異常模式下也能以規定的控制精度繼續進行流量控制，只要異常模式切換器AMS構成為在異常模式中對觀測器增益部32將觀測器增益變更為零即可。
說明其他的實施方式。
上游側閥以及下游側閥不限於壓電閥，可以是由其他的致動器驅動的。各閥例如可以是電磁閥，各閥也不一定分別是同型號。
流體阻力不限於層流元件，例如可以是用於構成節流孔和熱式流量感測器的分流元件。總之流體阻力是設置在流道上的阻力體，只要將流體阻力與下游側閥之間的容積隔開，使其變化為與其他的部分呈現不同的壓力即可。
流過流體阻力的阻力流量，不限於由壓力式的流量感測器測定。例如可以使用分流元件作為流體阻力，並透過在由繞過所述分流元件的細管形成的分路流道上設置一對溫度測定元件的熱式流量感測器來測定阻力流量。在這種情況下，為了測定在分流元件與下游側閥之間的下游側容積的壓力，單獨設置下游側壓力感測器，由此能夠進行與第一實施方式的流量控制裝置同等的控制。
為了推定下游側閥流量而向觀測器輸入的輸入參數，不限於開度指令。輸入參數例如可以是設定流量或向下游側閥輸入的電壓。只要根據輸入參數的種類，使真實系統內的要素中被包含在下游側閥流量推定模型內的要素增減即可。此外，對於各要素中進行基本可無視時間延遲等的理想性響應的，可以從構成下游側閥流量推定模型的要素去除。即，流量推定模型不限於在各實施方式中所示的部件。下游側閥流量推定模型可以是例如根據控制系統的各要素滿足的物理定律建立數學方程式的，也可以是根據階躍響應等實驗性建立的。
此外，在不脫離本發明思想的範圍中，可以將各種實施方式的變形和各實施方式的要素彼此組合。
100:流量控制裝置 P1:上游側壓力感測器 P2:下游側壓力感測器 V1:上游側閥 V2:下游側閥 VL1:上游側容積 VL2:下游側容積 COM:控制裝置 1:阻力流量計算器 2:下游側閥流量計算器 3:觀測器 31:下游側閥流量推定模型 V2M:下游側閥模擬部 5M:第一電壓生成電路模擬部 VFM:下游側閥流量測定器模擬部 32:觀測器增益部 OG1:第一觀測器增益 OG2:第二觀測器增益 SW:切換器 4:下游側閥控制器 41:PID控制器 42:開度指令生成器 5:第一電壓生成電路 6:上游側閥流量計算器 7:上游側閥控制器 8:第二電壓生成電路 9:副觀測器 AMS:異常模式切換器 NM:正常值儲存部 RB:恢復部
圖1是本發明的第一實施方式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖2是有關第一實施方式的流量控制裝置的下游側閥的控制系統的簡要示意框圖。 圖3是第一實施方式的觀測器和下游側閥控制器的詳細框圖。 圖4是第一實施方式中的流量控制裝置的第一變形例的結構框圖。 圖5是第一實施方式中的流量控制裝置的第二變形例的結構示意圖。 圖6是本發明的第二實施方式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖7是本發明的第三實施方式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖8是本發明的第四實施方式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖9是本發明的第五實施方式中的正常模式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖10是第五實施方式中的異常模式中的流量控制裝置的結構示意圖。 圖11是第五實施方式中的正常模式和異常模式中的流量控制裝置的動作示意圖。
100:流量控制裝置
P1:上游側壓力感測器
P2:下游側壓力感測器
V1:上游側閥
V2:下游側閥
VL1:上游側容積
VL2:下游側容積
COM:控制裝置
1:阻力流量計算器
2:下游側閥流量計算器
3:觀測器
4:下游側閥控制器
5:第一電壓生成電路
6:上游側閥流量計算器
7:上游側閥控制器
8:第二電壓生成電路

Claims (20)

  1. 一種流量控制裝置，包括：設置在流道上的流體阻力；設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥；下游側閥流量測定器，根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及觀測器，包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
  2. 如請求項1所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括向所述下游側閥輸出與輸入的開度指令對應的電壓的第一電壓生成電路，所述下游側閥流量推定模型是將所述第一電壓生成電路、所述下游側閥以及所述下游側閥流量測定器的特性模型化的，向所述觀測器輸入作為所述輸入參數的所述開度指令，推定所述下游側閥流量。
  3. 如請求項2所述的流量控制裝置，其中，所述下游側閥流量推定模型模擬所述第一電壓生成電路中的時間延遲。
  4. 如請求項1所述的流量控制裝置，其中，所述觀測器還包括觀測器增益部，所述觀測器增益部在所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差上乘以觀測器增益。
  5. 如請求項4所述的流量控制裝置，其中，所述觀測器增益部包括：第一觀測器增益，在流過所述流道的流體的流量穩定在規定值的情況下使用；以及第二觀測器增益，數值大於所述第一觀測器增益，在流過所述流道的流體的流量變化的情況下使用。
  6. 如請求項2所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括控制所述下游側閥的開度的下游側閥控制器，所述下游側閥控制器根據設定流量的目標值與所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差，生成所述開度指令。
  7. 如請求項6所述的流量控制裝置，其中，所述下游側閥控制器包括：PID控制器，根據設定流量的目標值與所述觀測器輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差進行PID計算；以及開度指令生成器，生成與來自所述PID控制器的PID計算結果對應的所述開度指令。
  8. 如請求項1所述的流量控制裝置，其中，所述下游側閥流量測定器包括：上游側壓力感測器，設置在所述流體阻力的上游側，測定上游側壓力；下游側壓力感測器，設置在所述流體阻力和所述下游側閥之間，測定所述下游側壓力；阻力流量計算器，根據所述上游側壓力和所述下游側壓力計算所述阻力流量；以及下游側閥流量計算器，透過從所述阻力流量減去將所述下游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值來計算所述下游側閥流量。
  9. 如請求項8所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括：設置在所述上游側壓力感測器的上游側的上游側閥；以及控制所述上游側閥的開度的上游側閥控制器。
  10. 如請求項9所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括上游側閥流量計算器，所述上游側閥流量計算器在所述阻力流量上加上將所述上游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值，計算流過所述上游側閥的上游側閥流量，所述上游側閥控制器以使設定流量與所述上游側閥流量的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
  11. 如請求項9所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括：上游側閥流量計算器，在所述阻力流量上加上將所述上游側壓力的時間變化量乘以規定係數的值，計算流過所述上游側閥的上游側閥流量；以及副觀測器，包括根據改變所述上游側閥的開度的輸入參數來推定所述上游側閥流量的上游側閥流量推定模型，所述上游側閥控制器以使設定流量的目標值與所述副觀測器輸出的所述上游側閥流量的推定值的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
  12. 如請求項9所述的流量控制裝置，其中，所述上游側閥控制器以使設定壓力與所述上游側壓力的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
  13. 如請求項9所述的流量控制裝置，其中，所述上游側閥控制器以使相當於在所述下游側閥維持的開度的設定電壓與所述下游側閥上施加的電壓的偏差減小的方式控制所述上游側閥的開度。
  14. 如請求項1所述的流量控制裝置，其中，所述流體阻力為層流元件、分流元件或節流孔。
  15. 如請求項1所述的流量控制裝置，其中，所述流量控制裝置還包括異常模式切換部，所述異常模式切換部至少在所述下游側閥流量測定器產生異常的情況下，使所述觀測器以異常模式進行動作，在所述異常模式中所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值不反饋到所述觀測器。
  16. 如請求項15所述的流量控制裝置，其中，所述觀測器還包括：觀測器增益部，至少在所述下游側閥流量測定器正常動作的狀態下，將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差乘以觀測器增益；正常值儲存部，至少在所述下游側閥流量測定器正常動作的狀態下，將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差或對該偏差進行了規定計算後的值作為正常值儲存；以及恢復部，在所述異常模式中，將基於所述正常值的值輸入到所述下游側閥流量推定模型。
  17. 如請求項15所述的流量控制裝置，其中，所述觀測器包括觀測器增益部，所述觀測器增益部將所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量的推定值的偏差乘以觀測器增益，所述觀測器增益部在所述異常模式中使用零值作為所述觀測器增益。
  18. 如請求項15所述的流量控制裝置，其中，所述異常模式切換部根據所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值或在該下游側閥流量測定器中使用的內部參數，判定所述下游側閥流量測定器是在正常動作還是產生了異常。
  19. 一種流量控制方法，採用流量控制裝置，所述流量控制裝置包括設置在流道上的流體阻力和設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥，所述流量控制方法包括：根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及使用觀測器推定所述下游側閥流量，所述觀測器包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
  20. 一種儲存流量控制裝置用程序的程序儲存媒體，儲存有在流量控制裝置上使用的程序，所述流量控制裝置包括設置在流道上的流體阻力和設置在所述流體阻力的下游側的下游側閥，其中，電腦透過執行所述程序而發揮下述功能：下游側閥流量測定器，根據作為處於所述流體阻力和所述下游側閥之間的內部容積內的壓力的下游側壓力的時間變化量與作為流過所述流體阻力的流體的流量的阻力流量，測定作為流過所述下游側閥的流體的流量的下游側閥流量；以及觀測器，包括根據改變所述下游側閥的開度的輸入參數來推定所述下游側閥流量的下游側閥流量推定模型，所述下游側閥流量測定器輸出的所述下游側閥流量的測定值與所述下游側閥流量推定模型輸出的所述下游側閥流量的推定值的偏差被反饋到所述觀測器。
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