(57)【要約】【課題】従来よりも流量制御の遅れを小さくしながら、ノイズを低減できる流量制御装置を提供する。【解決手段】流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部と、下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定部と、設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、を備え、前記重み付け係数が変更可能に構成した。【選択図】図1
2020021176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられた流体抵抗と、
前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、
前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、
前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部と、
下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、
前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定部と、
設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、を備え、
前記重み付け係数が変更可能に構成されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記バルブ流量推定部が、前記設定流量の目標値に応じて前記重み付け係数を変更して前記抵抗流量と前記換算流量との加重平均を算出し、前記バルブ流量を推定する請求項１記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記バルブ流量推定部が、
前記下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、
前記設定流量の目標値に対応する前記重み付け係数を記憶する重み付け係数記憶部と、
前記抵抗流量と、前記下流側圧力の時間変化量と、前記重み付け係数とに基づいて前記バルブ流量を算出するバルブ流量算出部と、を備えた請求項２記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記バルブ流量算出部が、下記の式に基づいてバルブ流量を算出するように構成されている請求項３記載の流量制御装置。
【数１】
2020021176.tif 000010
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、ＦｌｏｗＣｏｖ：換算流量、Ｐ２：下流側圧力である。
【請求項５】
前記バルブ流量算出部が、下記の式に基づいてバルブ流量を算出するように構成されている請求項３記載の流量制御装置。
【数２】
2020021176.tif 000011
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、Ｐ２：下流側圧力である。
【請求項６】
前記流体抵抗の上流側に設けられた上流側圧力センサをさらに備え、
前記抵抗流量算出部が、前記上流側圧力センサで測定される上流側圧力、及び、前記下流側圧力に基づいて、前記抵抗流量を算出する請求項１乃至５いずれかに記載の流量制御装置。
【請求項７】
前記上流側圧力センサの上流側に設けられた上流側バルブと、
設定圧力と、前記上流側圧力との偏差に基づいて前記上流側バルブを制御する圧力制御部と、をさらに備えた請求項１乃至６いずれかに記載の流量制御装置。
【請求項８】
流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置を用いた流量制御方法であって、
前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出ステップと、
下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出ステップと、
前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定ステップと、
設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御ステップと、を備え、
前記重み付け係数が変更可能であることを特徴とする流量制御方法。
【請求項９】
流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられる流量制御装置用プログラムであって、
前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部と、
下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、
前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定部と、
設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、としての機能をコンピュータに発揮させ、
前記重み付け係数が変更可能に構成されていることを特徴とする流量制御装置用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、流量センサと、流量センサの上流側に設けられた上流側バルブと、流量センサの下流側に設けられた下流側バルブと、を備えた流量制御装置がある。このような流量制御装置では、上流側バルブは圧力センサで測定される測定圧力がフィードバックされ、その開度が制御される。また、下流側バルブは、流量センサで測定される測定流量がフィードバックされ、その開度が制御される。
【０００３】
ところで、流量センサの位置と下流側バルブの位置は流れ方向に対してずれているため、流量センサで測定される測定流量には下流側バルブを実際に通過している流量に対して時間遅れが生じている。
【０００４】
このような時間遅れは流量制御の遅れの原因となるので、下流側バルブを通過している実際の流量をバルブ流量として推定し、推定されたバルブ流量をフィードバックすることで制御点と測定点を一致させた流量制御を行うことが試みられている。
【０００５】
具体的には、流量センサと下流側バルブとの間の圧力を測定し、その圧力の時間微分値に気体の状態方程式から定まる定数を乗じた値を流量センサで測定される流量から引くことでバルブ流量が推定されている。
【０００６】
しかしながら、バルブ流量を推定するために圧力の時間微分値を用いているため、微分により測定されている圧力に重畳しているノイズが増幅されてしまい、推定されるバルブ流量にも大きなノイズが発生し続ける場合がある。このようなバルブ流量によって流量制御を行うと、例えば定常状態となった場合でも許容範囲内でバルブ流量が安定しない恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４―２８０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、従来よりも流量制御の遅れを小さくしながら、ノイズを低減できる流量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る流量制御装置は、流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部と、下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定部と、設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、を備え、前記重み付け係数が変更可能に構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、前記抵抗流量と、前記下流側圧力のノイズを含む前記換算流量と、変更可能な重み付け係数に基づいて加重平均が算出されて前記バルブ流量が推定されるので、バルブ流量における遅れとノイズの大きさを各流量の前記重み付け係数を変更することで調節できる。
【００１１】
したがって、流量制御における応答速度を向上させながら、例えば定常状態において実現される流量のノイズによる変動範囲を要求仕様内に収めることが可能となる。
【００１２】
例えば前記下流側バルブを通過させる流量の大小に応じた応答速度とノイズ低減効果が得られる流量制御が実現されるようにするには、前記バルブ流量推定部が、前記設定流量の目標値に応じて前記重み付け係数を変更して前記抵抗流量と前記換算流量との加重平均を算出し、前記バルブ流量を推定すればよい。
【００１３】
前記バルブ流量推定部の具体的な構成例としては、前記バルブ流量推定部が、前記下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、前記設定流量の目標値に対応する前記重み付け係数を記憶する重み付け係数記憶部と、前記抵抗流量と、前記下流側圧力の時間変化量と、前記重み付け係数とに基づいて前記バルブ流量を算出するバルブ流量算出部と、を備えたものが挙げられる。
【００１４】
前記バルブ流量を算出するには、前記バルブ流量算出部が、下記の式に基づいてバルブ流量を算出するように構成されていればよい。
【００１５】
【数１】
2020021176.tif 000003
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、ＦｌｏｗＣｏｖ：換算流量、Ｐ２：下流側圧力である。
【００１６】
前記バルブ流量算出部についてさらに簡略化した別の構成例としては、前記バルブ流量算出部が、下記の式に基づいてバルブ流量を算出するように構成されているものが挙げられる。
【００１７】
【数２】
2020021176.tif 000004
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、Ｐ２：下流側圧力である。
【００１８】
前記抵抗流量を精度よく測定するには、前記流体抵抗の上流側に設けられた上流側圧力センサをさらに備え、前記抵抗流量算出部が、前記上流側圧力センサで測定される上流側圧力、及び、前記下流側圧力に基づいて、前記抵抗流量を算出すればよい。
【００１９】
前記抵抗流量と前記下流側バルブとの間に十分な量の流体がチャージされるようにし、流量制御の応答速度を向上させられるようにするには、前記上流側圧力センサの上流側に設けられた上流側バルブと、設定圧力と、前記上流側圧力との偏差に基づいて前記上流側バルブを制御する圧力制御部と、をさらに備えたものであればよい。
【００２０】
流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置において、流量の測定点と制御点を一致させて制御の遅れを小さくしつつ、ノイズを低減できるようにするには、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出ステップと、下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出ステップと、前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定ステップと、設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御ステップと、を備え、前記重み付け係数が変更可能であることを特徴とする流量制御方法を用いればよい。
【００２１】
既存の流量制御装置において例えばプログラムを更新することにより本発明に係る流量制御装置とほぼ同じ効果を享受できるようにするには、流路に設けられた流体抵抗と、前記流体抵抗の下流側に設けられた下流側バルブと、前記流体抵抗と前記下流側バルブとの間に設けられた下流側圧力センサと、を備えた流量制御装置に用いられる流量制御装置用プログラムであって、前記流体抵抗を流れる流体の流量である抵抗流量を算出する抵抗流量算出部と、下流側圧力センサで測定される下流側圧力の時間変化量を算出する変化量算出部と、前記抵抗流量と、前記抵抗流量と前記下流側圧力の時間変化量との差である換算流量と、重み付け係数と、に基づいて加重平均を算出して前記下流側バルブを通過するバルブ流量を推定するバルブ流量推定部と、設定流量と、前記バルブ流量との偏差に基づいて前記下流側バルブを制御する流量制御部と、としての機能をコンピュータに発揮させ、前記重み付け係数が変更可能に構成されていることを特徴とする流量制御装置用プログラムを用いればよい。
【００２２】
なお、流量制御装置用プログラムは電子的に配信されるものであってもよいし、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ等のプログラム記録媒体に記録されているものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
このように本発明に係る流量制御装置であれば、応答の遅れは大きいがノイズは小さい前記抵抗流量と、応答の遅れは小さいが大きなノイズを含む可能性のある前記換算流量との加重平均により前記バルブ流量を推定できる。さらに加重平均を算出する際に用いられる重み付け係数が変更可能であるので、要求される仕様を満たすように制御遅れとノイズの大きさを加重平均の重み付けによって適宜調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量制御装置を示す模式図。
【図２】同実施形態の流量制御装置において設定される重み付け係数の設定例を示す模式グラフ。
【図３】同実施形態の流量制御装置の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施形態に係る流量制御装置において設定される重み付け係数の設定例を示す模式グラフ。
【図５】本発明のさらに別の実施形態に係る流量制御装置において設定される重み付け係数の設定例を示す模式グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜構成の説明＞
本発明の一実施形態に係る流量制御装置について各図を参照しながら説明する。
【００２６】
第１実施形態の流量制御装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいてチャンバに対して流体であるガスを設定流量で供給するために用いられるものである。ここで、設定流量は、ある流量値から別の流量値へ階段状に立ち上がる、あるいは、立ち下がるステップ信号である。このような設定流量に対して流量制御装置１００が実現する流量が所定時間内に追従するとともに、定常状態におけるノイズの大きさが許容範囲内となるようにしてある。
【００２７】
すなわち、流量制御装置は、図１に示すように、流路に設けられたセンサ、バルブからなる流体機器と、当該流体機器の制御を司る制御機構ＣＯＭと、を備えている。
【００２８】
流路に対して上流側から順番に供給圧センサＰ０、上流側バルブＶ１、上流側圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、下流側圧力センサＰ２、下流側バルブＶ２が設けてある。ここで、流体抵抗Ｒは例えば層流素子であり、その前後に流れるガス流量に応じた差圧を発生する。
【００２９】
供給圧センサＰ０は、上流側から供給されるガスの圧力をモニタリングするためのものである。なお、供給圧センサＰ０については供給圧が安定していることが保証されている場合等には省略してもよい。
【００３０】
上流側圧力センサＰ１は、流路において上流側バルブＶ１と流体抵抗Ｒとの間における容積である上流側容積内にチャージされているガスの圧力である上流側圧力を測定するものである。
【００３１】
下流側圧力センサＰ２は、流路において流体抵抗Ｒと下流側バルブＶ２との間における容積である下流側容積Ｖにチャージされているガスの圧力である下流側圧力を測定するものである。
【００３２】
このように上流側圧力センサＰ１と下流側圧力センサＰ２は、上流側バルブＶ１、流体抵抗Ｒ、下流側バルブＶ２で形成される２つの容積の圧力をそれぞれ測定している。また、別の表現をすると、上流側圧力センサＰ１と下流側圧力センサＰ２は、流体抵抗Ｒの前後に配置されたそれぞれの容積内の圧力を測定するものである。
【００３３】
上流側バルブＶ１、及び、下流側バルブＶ２は、第１実施形態では同型のものであり、例えばピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブである。上流側バルブＶ１、及び、下流側バルブＶ２はそれぞれ操作量として入力される電圧に応じて開度が変更される。
【００３４】
次に制御機構ＣＯＭについて詳述する。
【００３５】
制御機構ＣＯＭは、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流量制御プログラムが実行されて各種機器が協業することにより、少なくとも抵抗流量算出部１、バルブ流量推定部２、制御器Ｃを構成する流量制御部３及び圧力制御部４としての機能を発揮する。
【００３６】
抵抗流量算出部１は、上流側圧力センサＰ１、流体抵抗Ｒ、下流側圧力センサＰ２とともにいわゆる差圧式の流量センサＦＭを構成するものである。つまり、抵抗流量算出部１は、上流側圧力センサＰ１で測定される上流側圧力と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力を入力として、流体抵抗Ｒを流れるガス流量である抵抗流量を算出し、出力するものである。ここで、抵抗流量算出部１で用いられる流量の算出式は既存のものを用いることができる。抵抗流量算出部１が算出する抵抗流量は、連続的に変化するものであるが、下流側バルブＶ２の制御により実現される当該下流側バルブＶ２を通過している実際の流量に対して所定の時間遅れが発生している。
【００３７】
バルブ流量推定部２は、抵抗流量算出部１で算出される抵抗流量と、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力とに基づいて、下流側バルブＶ２から流出するガス流量であるバルブ流量を算出し、出力する。
【００３８】
ここで、本実施形態におけるバルブ流量推定部２によるバルブ流量の算出方法の特徴を明示するために、従来のバルブ流量の算出方法についてまず詳述する。
【００３９】
従来、流体抵抗Ｒと下流側バルブＶ２との間の下流側容積に対して流入するガス流量である抵抗流量と、下流側容積Ｖから流出するガス流量であるバルブ流量の差の定数倍が、下流側圧力の時間変化量と等しいことに基づいてバルブ流量を算出している。
【００４０】
すなわち、流量センサで測定される抵抗流量から、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力の時間微分値の定数倍を引いた値をバルブ流量として従来は推定している。
【００４１】
具体的には、下流側圧力をＰ２、下流側容積の体積をＶ、ガスの温度をＴ、気体定数をＲ，質量をｎとした場合、気体の状態方程式からＰ２＝ｎＲＴ/Ｖとなる。この式について時間微分を取ると、
【００４２】
【数３】
2020021176.tif 000005
【００４３】
また、質量の時間微分は単位時間当たりに下流側容積Ｖに流出入するガス流量と比例関係にあるので、抵抗流量をFlowRes、従来の推定方法によるバルブ流量をＱPA、定数をａとすると、
【００４４】
【数４】
2020021176.tif 000006
【００４５】
各式からバルブ流量ＱPAについて解くと、
【００４６】
【数５】
2020021176.tif 000007
【００４７】
ＡはＲ、Ｔ、Ｖ、ａをまとめた関数であり、温度Ｔが一定であると仮定するとＡは定数とみなすことができる。また、下流側圧力の時間微分値に対して関数Ａを乗じた値は、下流側容積に対する流出入流量である。この式から、実測される値である抵抗流量と下流側圧力の時間変化量である時間微分に基づいて、バルブ流量を算出可能であることが分かる。
【００４８】
数５に示したような従来のバルブ流量の算出式に対して、本実施形態のバルブ流量推定部２は、予め定められた重み付け係数を用いて、抵抗流量と、抵抗流量から下流側圧力の時間変化量を引いた換算流量の加重平均によりバルブ流量を算出している点が異なっている。
【００４９】
具体的には、本実施形態のバルブ流量推定部２は、変化量算出部２１、重み付け係数記憶部２２と、バルブ流量算出部２３と、を備えている。
【００５０】
変化量算出部２１は、下流側圧力センサＰ２から下流側圧力が入力され、下流側圧力センサＰ２で測定される下流側圧力の時間変化量として時間微分を算出する。なお、時間微分は、下流側圧力の時系列データから差分を取ることで算出できる。
【００５１】
重み付け係数記憶部２２は、加重平均を算出するために必要な重み付け係数を記憶している。本実施形態では、ユーザによって設定されている設定流量の目標値に応じた重み付け係数が設定されている。また、抵抗流量に乗じられる係数をＫとした場合、換算流量に乗じられる係数は１−Ｋに設定してある。
【００５２】
バルブ流量算出部２３は、重み付け係数記憶部２２を参照して入力される設定流量に応じた重み付け係数Ｋを取得し、その重み付け係数Ｋに応じた抵抗流量と換算流量の加重平均をバルブ流量として算出する。すなわち、バルブ流量算出部２３は以下のような算出式に基づいてバルブ流量を算出する。
【００５３】
【数６】
2020021176.tif 000008
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、ＦｌｏｗＣｏｖ：換算流量、Ｐ２：下流側圧力である。
【００５４】
なお、バルブ流量算出部２３は、実際には換算流量を算出することなく、以下のような上記の数式を整理した下記の算出式により抵抗流量と下流側圧力の微分値と重み付け係数を使用してバルブ流量を算出し、流量制御部３に対して算出されたバルブ流量を出力する。
【００５５】
【数７】
2020021176.tif 000009
ここで、Ｑ：バルブ流量、Ｋ：重み付け係数、ＦｌｏｗＲｅｓ：抵抗流量、Ｐ２：下流側圧力である。数６から数７が導かれることから分かるように数６によるバルブ流量の推定は、数７によるバルブ流量の推定を含む。
【００５６】
注意すべき点として、数５の従来の算出式と、数７の本実施形態の算出式は一見すると下流側圧力の微分に乗じられる係数がＡかＫの文字の違いでしかなく、実質的な違いが無いように見える。しかしながら、従来方式で用いているＡは気体の状態方程式に用いられる各パラメータで定まる固定値であるのに対して、本実施形態の重み付け係数Ｋは様々な値を取り得る変数である。すなわち、本実施形態では下流側圧力の微分に乗じられる値が適宜変更できるので、遅れと微分演算により増幅されるノイズとのバランスを取れる。
【００５７】
この実施形態では、図２のグラフに示すように設定流量の目標値（Set）に対して、重み付け係数Ｋの値が比例して変更されるようにしてある。なお、設定流量の目標値が１００％のときには従来の定数Ａと同じ値となるように比例定数ｎを設定してもよいし、異なる値となるように設定してもよい。
【００５８】
流量制御部３は、ユーザにより設定される設定流量と、バルブ流量算出部２３で算出されるバルブ流量との偏差である流量偏差が小さくなるように、下流側バルブＶ２の開度を流量フィードバック制御するものである。具体的には、流量制御部３は流量偏差によるＰＩＤ演算を行い、下流側バルブ３に対して出力する操作量である電圧を算出し、その値の電圧を出力する。
【００５９】
圧力制御部４は、例えば設定圧力と上流側圧力の偏差である圧力偏差が小さくなるように上流側バルブＶ１の圧力フィードバック制御を行う。この圧力フィードバック制御も、例えば設定圧力と上流側圧力の偏差に基づくPID演算を行って操作量が算出され、その操作量に応じた電圧が上流側バルブＶ１に対して出力される。
【００６０】
＜動作の説明＞
このように構成された流量制御装置１００について、設定流量が例えば０％から８０％に立ち上がるステップ入力された場合の流量制御動作について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６１】
まず、バルブ流量算出部２３は設定流量の現在の目標値を取得する（ステップＳ１）。
【００６２】
バルブ流量算出部２３は、重み付け係数記憶部２２を参照して設定されている目標値に応じた重み付け係数Ｋを取得する（ステップＳ２）。例えば目標値がゼロの間は、重み付け係数Ｋとしてゼロが設定される。また、目標値が立ち上がり、８０％の目標値が入力されている場合には、図２のグラフにおける設定流量の目標値が８０％のときに対応する所定の重み付け係数Ｋが設定される。このように設定流量がステップ入力の場合には、その最終的な目標値が大きくなるほど、大きい値の重み付け係数Kが設定される。
【００６３】
抵抗流量算出部１は、例えば制御周期ごとに上流側圧力と下流側圧力を各圧力センサＰ１、Ｐ２から取得し、それらの値に基づいて抵抗流量を算出する（ステップＳ３）。
【００６４】
変化量算出部２１も、例えば制御周期ごとに下流側圧力を下流側圧力センサＰ２から取得し、その微分演算を行う（ステップＳ４）。
【００６５】
バルブ流量算出部２３は、算出された抵抗流量、下流側圧力の時間微分値、及び、重み付け係数Ｋに基づいてバルブ流量を算出する（ステップＳ５）。
【００６６】
流量制御部３は、設定流量とバルブ流量算出部２３が算出したバルブ流量との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行って操作量を算出し、下流側バルブＶ２の開度を制御する（ステップＳ６）。
【００６７】
また、圧力制御部４は、設定圧力と上流側圧力の偏差に基づいてＰＩＤ演算を行って操作量を算出し、上流側バルブＶ１の開度を制御する（ステップＳ７）。
【００６８】
＜効果の説明＞
このように構成された流量制御装置１００であれば、設定流量の目標値の値に応じて下流側圧力の時間微分値に対して乗じる重み付け係数を変更し、応答速度とノイズとのバランスを取って両立させることができる。
【００６９】
具体的には設定流量の目標値が立ち上がると、バルブ流量は所定の重み付け係数Kの分だけ換算流量もしくは下流側圧力の微分値が考慮された値となる。このように設定流量の目標値が大きい場合ほどバルブ流量における下流側圧力の微分値の寄与が大きくなる。このため、バルブ流量は流量が大きい場合ほど制御点で実際に流れているガスの流量に対する時間遅れが小さくなり、微分演算により発生するノイズがバルブ流量に対して大きく重畳するようになる。この場合は、目標値が大きい場合には相対的にノイズの振幅がバルブ流量の値に占める割合は小さくなるので許容差内に収めることができる。
【００７０】
一方、設定流量の目標値が小さい場合には、重み付け係数はゼロに近づいていき、バルブ流量に発生する遅れは大きくなるものの、重畳する時間微分によるノイズの大きさは小さくできる。したがって、設定流量の目標値が小さい場合にはそれに伴って微分演算により発生するノイズの振幅を小さくでき、ノイズを許容差内に収めることができる。また、バルブ流量に発生している遅れが大きくなっても必要となるガスの量は小さいので、応答速度についても要求仕様内に収めることができる。
【００７１】
上述したような効果が得られる機序については以下のようにも説明できる。すなわち、本実施形態のバルブ流量は、下流側バルブＶ２を通過する実際の流量に対して所定の時間遅れは発生するもののノイズは小さい抵抗流量と、抵抗流量の時間遅れを回復させるものの下流側圧力の時間微分による大きなノイズを含む換算流量との混合割合を重み付け係数Ｋにより調節したものである。したがって、ノイズが問題となる場合には重み付け係数Ｋを小さくし、時間遅れが問題になる場合には重み付け係数Ｋを大きくすることができる。このため、流量制御の要求仕様に応じた重み付け係数Ｋを設定することで、応答速度とノイズの低減を両立させることが可能となる。
【００７２】
その他の実施形態について説明する。
【００７３】
図４及び図５に示すように重み付け係数Ｋについてはそれぞれ様々な態様に設定することができる。
【００７４】
例えば図４に示すように、設定流量の目標値によらず常に重み付け係数が常に同じ値が設定されるようにしてもよい。この場合には、重み付け係数Ｋは従来技術における定数Ａとは異なる値に設定される。また、前記実施形態では設定流量の値に応じて重み付け係数が変更されるように構成されていたが、その他の構成によって重み付け係数が変更可能に構成されていてもよい。例えば、バルブ流量推定部がユーザからの重み付け係数の設定指令を受け付け、その設定指令に応じて重み付け係数を変更するものであってもよい。また、設定流量において目標値が立ち上がっている部分が検出された場合には、バルブ流量推定部はその時点からの流量制御の継続時間に応じて重み付け係数を変更するものであってもよい。具体的には過渡応答状態が継続していると考えられる期間の間は重み付け係数を定常状態よりも大きく設定し、抵抗流量よりも換算流量の重みを大きくすれば、遅れを小さくして過渡応答における応答速度を向上させることができる。また、定常状態では過渡状態よりも重み付け係数を小さくして抵抗流量に対する換算流量の重みを小さくしてノイズ影響を低減し、流量を一定の目標値で安定させることができる。
【００７５】
また、図５に示すように設定流量の目標値において所定のレンジ内においてのみ設定流量の目標値に応じて重み付け係数Ｋが変更され、その他のレンジでは重み付け係数Ｋが一定の値に設定されるようにしてもよい。この例では例えば設定流量の目標値が０％〜１０％の間には重み付け係数がゼロから所定値まで設定流量の目標値に比例して大きくなるように構成されている。つまり、設定流量の目標値が小さく、ノイズの大きさが問題になりやすい場合のみバルブ流量における下流側圧力の時間微分値の寄与を小さくしてノイズの振幅が小さくなるようにしてある。一方、ノイズが問題となりにくいレンジにおいては、所定値の重み付け係数Ｋを設定し、応答速度を向上させることを優先できる。
【００７６】
前述した実施形態では流量センサは上流側圧力センサ、流体抵抗、下流側圧力センサ、抵抗流量算出部からなる圧力式の流量センサであったが、その他の測定原理を用いた流量センサであっても構わない。例えば流体抵抗の上流側と下流側をバイパスする細管を設け、この細管の上流側と下流側の温度に基づいて流量を測定する熱式の流量センサを設けても構わない。
【００７７】
前述した実施形態から上流側バルブ、及び、圧力制御部を省略し、下流側バルブのみで流量制御を行うようにしてもよい。
【００７８】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の一部又は全部を組み合わせたり、各実施形態の一部を変形したりしても構わない。
【符号の説明】
【００７９】
１００・・・流量制御装置
Ｖ１  ・・・上流側バルブ
Ｖ２  ・・・下流側バルブ
Ｐ１  ・・・上流側圧力センサ
Ｐ２  ・・・下流側圧力センサ
Ｒ    ・・・流体抵抗
Ｖ    ・・・下流側容積
１    ・・・抵抗流量算出部
２    ・・・バルブ流量推定部
２１  ・・・変化量算出部
２２  ・・・重み付け係数記憶部
２３  ・・・バルブ流量算出部
３    ・・・流量制御部
４    ・・・圧力制御部
【図１】
2020021176.tif 000012
【図２】
2020021176.tif 000013
【図３】
2020021176.tif 000014
【図４】
2020021176.tif 000015
【図５】
2020021176.tif 000016