(57)【要約】  半導体プロセスのようなプロセスに供給される冷却剤の温度を制御するための方法。本方法は、所定温度までの冷却剤の冷却、所定温度での冷却剤の制御、及び半導体プロセスへの冷却剤の送給のための方法を提供する。本方法は、定常状態条件下で約±０．１℃以内まで、並びに最大熱負荷及び熱除荷条件下で約±０．７５℃以内まで温度を制御するフィードバック及びフィードフォワード制御アルゴリズムを含む。本発明は、あらゆる流体又は構成要素の温度制御用途（例えば、半導体、製剤、又は食品用途）で用いることができる。
2009543377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスの温度を制御するための方法であって、
蒸発器から前記プロセスに冷却剤を供給する段階と、
前記プロセスに供給される前記冷却剤の温度を測定する段階と、
冷却剤供給温度と冷却剤供給温度設定点との間の差を求める段階と、
前記蒸発器を通って冷媒を流すことによって前記冷却剤から熱を除去する段階と、
前記プロセスから戻る前記冷却剤の温度を測定する段階と、
前記測定された冷却剤供給温度及び前記測定された冷却剤戻り温度から差動指数加重移動平均（ＤＥＷＭＡ）を計算する段階と、
前記ＤＥＷＭＡを所定の論理規則と比較することによって熱変化状態を判定する段階と、
前記熱変化状態に基づいて前記プロセスから戻る前記冷却剤の温度を予測する段階と、
前記予測温度に基づいて前記冷媒の流量を調節する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記熱変化状態を判定する段階が、ファジー理論及びファジー化規則を適用する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷媒の流量を調節する段階が、液体膨張弁を制御する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
凝縮器を通して前記冷媒を流すことによって該冷媒から熱を除去する段階を含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記凝縮器から上流側の高温ガスバイパスラインを通って前記蒸発器内に前記冷媒の一部分を流す段階を含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
高温ガスバイパス弁を制御することによって、前記高温ガスバイパスライン中の前記冷媒の流量を調節する段階を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記熱変化状態を判定する段階が、ＤＥＷＭＡ＞０．５の場合の状態１と、−０．２＜ＤＥＷＭＡ＜０．２の場合の状態２と、ＤＥＷＭＡ＜−０．５の場合の状態３とを含む所定の論理規則と前記ＤＥＷＭＡを比較する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記熱変化状態を判定する段階が、ファジー理論及びファジー化規則を適用する段階を含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プロセスが半導体プロセスである、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
半導体プロセスツール内の構成要素の温度を制御するための方法であって、
蒸発器から前記構成要素に冷却剤を供給する段階と、
前記構成要素に供給される前記冷却剤の温度を測定する段階と、
冷却剤供給温度と冷却剤供給温度設定点との間の差を求める段階と、
前記蒸発器を通して冷媒を流すことによって前記冷却剤から熱を除去する段階と、
前記構成要素から戻る前記冷却剤の温度を測定する段階と、
前記測定された冷却剤戻り温度データをフィルタ処理して不確実性及びノイズを除去する段階と、
前記フィルタ処理された冷却剤戻り温度データを所定の論理規則と比較することによって熱変化状態を判定する段階と、
前記熱変化状態に基づいて前記構成要素から戻る前記冷却剤の温度を予測する段階と、
前記予測温度に基づいて前記冷媒の流量を調節する段階と、
を含む方法。
【請求項１１】
前記熱変化状態を判定する段階が、ファジー理論及びファジー化規則を適用する段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記冷媒の流量を調節する段階が、液体膨張弁を制御する段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
凝縮器を通して前記冷媒を流すことによって該冷媒から熱を除去する段階を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記凝縮器から上流側の高温ガスバイパスラインを通って前記蒸発器内に前記冷媒の一部分を流す段階を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
高温ガスバイパス弁を制御することによって、前記高温ガスバイパスライン内の前記冷媒の流量を調節する段階を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱変化状態を判定する段階が、ＤＥＷＭＡ＞０．５の場合の状態１と、−０．２＜ＤＥＷＭＡ＜０．２の場合の状態２と、ＤＥＷＭＡ＜−０．５の場合の状態３とを含む所定の論理規則と前記ＤＥＷＭＡを比較する段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱変化状態を判定する段階が、ファジー理論及びファジー化規則を適用する段階を含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記構成要素が、静電チャック、石英窓及びチャンバ壁からなるグループから選択される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記測定された冷却剤戻り温度データをフィルタ処理して不確実性及びノイズを除去する段階が、低速指数加重移動平均と高速指数加重移動平均との間の差を計算して差動指数加重移動平均を求める段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記測定された冷却剤戻り温度データをフィルタ処理して不確実性及びノイズを除去する段階が、単純移動平均を計算する段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定された冷却剤戻り温度データをフィルタ処理して不確実性及びノイズを除去する段階が、加重移動平均を計算する段階を含む、
請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスに供給される冷却剤の温度を制御するための方法に関する。より具体的には、本発明は、所定温度までの冷却剤の冷却、所定温度での冷却剤の制御、及び半導体プロセスへの冷却剤の送給のための方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
冷却装置は、プロセス流体及び構成要素の温度を制御する多くの産業界で用いられている。例えば、半導体業界では、典型的なウェーハ処理ステップでは、一連の熱負荷及び熱除荷セグメントを含み、冷却装置を用いて静電チャック、石英窓及びチャンバ壁の温度を制御する。
【０００３】
半導体プロセスに供給される冷却剤の温度を制御するための公知の冷却装置は、ＢＯＣ  Ｅｄｗａｒｄｓ，  Ｉｎｃ．のＴＣＵ４０／８０及びＴＣＵ４０／８０＋である。ＴＣＵ４０／８０冷却装置は、所定の設定点で半導体プロセスツールに供給される冷却剤の温度を維持するためフィードバック制御を利用している。ＴＣＵ４０／８０冷却装置は、プロセスツールから熱を除去するための冷却剤ループ、冷却剤ループから熱を除去するための冷媒ループ、及び冷媒ループから熱を除去するための冷却水ループを含む。ＴＣＵ４０／８０冷却装置は、プロセスツールに供給される冷却剤の温度を測定し、測定された冷却剤温度と所定の設定点との間の差を比較し、冷媒ループ内の膨張弁に信号を送信して冷媒の流量を調節することによる、標準的なフィードバック法を用いて作動する。
【０００４】
ＴＣＵ４０／８０及びＴＣＵ４０／８０＋冷却装置は、定常状態条件下で約±１℃及び最大熱負荷又は熱除荷下で約±１．５℃まで冷却剤温度を制御することができるが、これらの冷却装置は、著しい温度オーバーシュート、温度振動、漸次的な性能の劣化、或いは、特にプロセスによる動的な熱負荷及び熱除荷時に制御不能に至る問題を有する。従って、プロセスに供給される冷却剤の温度を制御するため、及びプロセスに起因する動的熱負荷及び熱除荷（熱変化）に速やかに対応するための改善された方法が必要である。
【発明の開示】
【０００５】
プロセスの温度を制御するための方法は、蒸発器からプロセスに冷却剤を供給する段階と、プロセスに供給される冷却剤の温度を測定する段階と、冷却剤供給温度と冷却剤供給温度設定点との間の差を求める段階と、蒸発器を通して冷媒を流すことによって冷却剤から熱を除去する段階と、処理から戻る冷却剤の温度を測定する段階と、測定された冷却剤供給温度及び測定された冷却剤戻り温度から差動指数加重移動平均（ＤＥＷＭＡ）を計算する段階と、ＤＥＷＭＡを所定の論理規則と比較することによって熱変化状態を判定する段階と、熱変化状態に基づいて処理から戻る冷却剤の温度を予測する段階と、予測温度に基づいて冷媒の流量を調節する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、プロセスの温度を制御するための方法を提供する。より具体的には、本発明は、プロセス内で作動する流体又は構成要素の温度を制御するための方法を提供する。本方法は、温度を定常状態条件下で約±０．１℃内に、及び最大熱負荷及び熱除荷条件下で約±０．７５℃内に制御するフィードバック及びフィードフォワード制御アルゴリズムを含む。本発明は、事実上あらゆる種類の流体又は構成要素の温度制御用途（例えば、半導体、製剤、又は食品用途）で用いることができるが、本明細書では、半導体製造中の半導体プロセス構成要素の冷却剤温度の制御に適用されるものとして説明する。
【０００７】
図１は、本発明による冷却装置１００の実施形態の概略図である。冷却装置１００の熱圧縮サイクルは、冷却剤ループ１０２、冷媒ループ１０４、及び水冷ループ１０６の３つのループを含み、これらの動作は制御システムにより制御される。冷却剤ループ１０２の目的は、プロセス１０８に特定の流量１１８及び温度１１６で冷却剤を供給することである。通常、冷却剤流量１１８は、制御システムによって直接制御されない。冷却剤供給温度１１６の制御は、制御システムの目的であり、本発明の主な対象である。
【０００８】
冷却剤ループ１０２は、冷却剤ヒータ１１１を有する冷却剤リザーバ１１０と、ポンプ１１２と、蒸発器１２０の高温側と、冷却剤戻り温度（ＴCR）、冷却剤供給温度（ＴCS）及び冷却剤流量（ＦC）をそれぞれ測定するためのセンサ１１４、１１６及び１１８を備えた幾つかのタッピングポイントとを含む。冷却剤ループ１０２は、冷却剤（例えば、非導電性ペルフルオロカーボン）を半導体プロセス１０８に供給し、更にループ１０２は、蒸発器１２０の高温側を通って半導体プロセス１０８により生じた熱を除去する。冷却剤ループ１０２を用いて、プロセス１０８内の構成要素又は流体の温度を制御することができる。例えば、冷却剤ループ１０２は、半導体ツールを通り、静電チャック、石英窓又はチャンバ壁の温度を維持又は調節することができる。冷却剤ループ１０２は閉ループであり、冷却剤は、蒸発器１２０の高温側からプロセス１０８に連続的に流れ、プロセス１２２から戻り、リザーバ１１０、ヒータ１１１、循環ポンプ１１２を通って元の蒸発器１２０の高温側に流れる。
【０００９】
冷媒ループ１０４は、冷却剤から熱を除去し、冷却剤からの熱除去率を制御するように作動する。蒸発器１２０に加えて、冷媒ループ１０４は、圧縮機１２４、凝縮器１２６、調節可能冷媒弁１３０を有する主要冷媒ライン１２８及び高温ガスバイパス弁１３４を有する調節可能高温ガスバイパスライン１３２を含む。冷媒ループ１０４はまた、蒸発温度（Ｔre）、蒸発圧力（Ｐre）及び凝縮圧力（Ｐrc）をそれぞれ測定するためのセンサ１３６、１３８及び１４０を有するタッピングポイントを含むことができる。センサ１３６、１３８及び１４０は、主として、圧縮機１２４が好適な条件下で作動することを保証するために用いられる。冷却剤ループ１０２と同様に、冷媒ループもまた閉ループであり、ここでは冷媒は、圧縮機１２４、凝縮器１２６の高温側、液体膨張弁１３０、及び蒸発器１２０の低温側を連続的に流れる。冷媒は蒸発器１２０の低温側から蒸気として出ていく。次いで蒸気は圧縮され、圧縮高温ガスとして高温ガスバイパスライン１３２を通って蒸発器１２０に流れるか、又は凝縮器１２６を通って流れ、ここで水冷ループ１０６が圧縮高温ガスから熱を除去し、該圧縮高温ガスは凝縮して蒸発器１２０に戻る。
【００１０】
冷却水ループ１０６は、凝縮器１２６を通る時に冷媒から熱を除去するように作動する。凝縮器１２６に加えて、冷却水ループは、調節可能冷却水制御弁１４２、冷却水供給装置１４８、冷却水リターン部１５０、並びに冷却水供給温度（Ｔews）及び冷却水戻り温度（Ｔcwr）をそれぞれ測定するためのセンサ１４４及び１４６を有するタッピングポイントを含む。作動中、冷却水は、冷却水制御弁１４２、及び圧縮機１２６の低温側を通って再循環し、冷媒から熱を除去する。
【００１１】
典型的な熱圧縮サイクルでは、第１の低蒸発圧力１３８及び温度１３６で蒸発器１２０から出る冷媒蒸気は、圧縮機１２４を通って流れてより高い凝縮圧力１４０に達する。次に高温蒸気は、凝縮器１２６内で凝縮され、ここで冷却水ループ１０６によって凝縮熱が放散される。凝縮冷媒は、凝縮器１２６の高温側から出て、蒸発器１２０の低温側に入り、ここで戻り冷却剤１２２から熱を吸収して、蒸発圧力１３８に相当する温度で再度蒸発する。冷却剤戻り温度１１４に応じて、液体膨張弁１３０及び高温ガスバイパス弁１３４により冷却剤を冷却するのに必要な冷媒の量が制御される。
【００１２】
本発明の方法は、ユーザ定義の設定点で冷却剤供給温度１１６を維持し、且つプロセス１０８により熱負荷及び熱除荷が生じた時のこの温度を調節する際の高速な応答を可能にするフィードバック及びフィードフォワード制御法を含む。制御システムのフィードバック態様の目的は、液体膨張弁１３０及び高温ガスバイパス弁１３４を常に調節することによって制御される一定の冷却剤供給温度１１６を維持することである。液体膨張弁１３０が更に開く（すなわち、オリフィスサイズが増大する）と、付加的な冷媒が蒸発器１２０の低温側を通って流れ、すなわち、冷却剤からより多くの熱が除去される。その結果、冷却剤供給温度１１６が低下する。対照的に、高温ガスバイパス弁１３４が更に開くと、付加的な高温ガスが蒸発器１２０の低温側を通って流れ、これにより蒸発器１２０の冷却能力が低下するので、冷却剤から除去される熱がより少なくなる。その結果、冷却剤供給温度１１６が上昇する。すなわち、冷却剤供給温度１１６は、液体膨張弁１３０及び高温ガスバイパス弁１３４の位置（すなわち、オリフィスサイズ）のバランスを取ることによって制御される。例えば、冷却剤供給温度１１６がユーザ定義の設定点（ＴSP）よりも高い場合には、制御システムは、液体膨張弁１３０により多く開くように、高温ガスバイパス弁１３４により少なく開くように命令する。特に、設定点は、ヒューマン・マシン・インターフェイス（ＨＭＩ）を通じて又は何らかの他の電子入力によって常時ユーザが変更することができる。
【００１３】
プロセスが、不特定量の熱利得又は熱損失を伴う一連の熱負荷及び熱除荷ステップを含む場合には、制御システムは、フィードフォワード法に加えて前述のフィードバック制御法を用いる。図２は、典型的な熱変化（すなわち、熱負荷及び熱除荷）プロセスを示しており、ここでは冷却剤戻り温度１１４が時間の関数としてグラフ化されている。冷却剤供給温度１１６は、ユーザ定義の設定点で制御される理由から、熱負荷及び熱除荷の良好な指標ではない。図２に示す熱変化プロセスは、状態１、状態２、及び状態３の３つの状態で説明することができる。状態１の間、冷却剤がプロセス１０８から熱負荷を受けると、冷却剤戻り温度１１４は一定の比率（すなわち、状態１のラインの勾配）で上昇する。従って、状態１は、温度１１４が時間の関数として上昇する条件を表わしている。熱負荷が続く間、冷却剤戻り温度１１４は、最終的には状態２の始まりとなる定常状態値に到達する。すなわち、状態２は、冷却剤戻り温度１１４に対する定常状態条件を表わしている。状態３は、加えられた熱が除荷されて冷却剤戻り温度１１４が一定の比率（すなわち、状態３のラインの勾配）で低下する時のプロセスを示す。状態３は、温度１１４が時間の関数として低下する条件を表わしている。状態３は、熱除荷プロセスが新しい定常状態温度に達して状態２が再び始まると終了する。図２は、熱負荷及び熱除荷プロセスの例証を提供しているに過ぎない。特に、熱負荷及び熱除荷シーケンスは、プロセス１０８又はユーザの要件に応じて変えることができる。例えば、プロセス１０８は、状態１が再び始まるように状態２の終わりに付加的な熱負荷を与えることができる。
【００１４】
本発明は更に、熱負荷の変化の早期検出のための新規の方法を含む。熱負荷率に応じて、制御システムは、制御変数を操作して一定の冷却剤戻り温度１１４を得るようにする様々な技術を利用する。
【００１５】
従来技術の温度制御システムは通常、受動的フィードバック制御を用いて、冷却剤供給温度と冷却剤温度設定点との間の誤差に応じて冷媒流れが調整されるようにされる。しかしながら、熱負荷又は熱除荷（蒸発器の上流側で生じた）に起因する冷却剤温度の実際の上昇と測定された冷却剤供給温度（蒸発器から下流側で測定された）との間には時間遅延（すなわち、タイムラグ）があるので、冷却剤供給温度と温度設定点との間の誤差は、システムが冷却剤供給温度の緩い制御を開始する時にのみ検出される。従って、制御システムは、冷却剤供給温度の大きなオーバーシュート又はアンダーシュートを引き起こす。本発明は、熱負荷及び熱除荷状態（すなわち、状態１及び状態３）を迅速且つ正確に検出して、制御不能が起こる前にプロセス要求１０８に適合するように冷媒温度及び流量を調節することでこれらの変化に対応することによって、この問題を克服する。
【００１６】
熱負荷及び熱除荷状態を検出するために、本発明の制御システムは、上昇、下降、又は定常保持のいずれであるかについて発生源温度信号を連続的に監視する。発生源温度信号は、冷却剤戻り温度１１４、冷却剤戻り温度１１４と冷却剤供給温度１１６との間の差、又はこれらの信号のいずれかの変化率とすることができる。方法が効果的で且つ正確であるためには、源信号から測定不確実性又はノイズを除去する必要がある。
【００１７】
源信号中の測定不確実性又はノイズをフィルタ除去するために、本発明の方法は、指数加重移動平均（ＥＷＭＡ）を用いる。信号Ｓにおいて、時間ｔにおけるＥＷＭＡは、時間と共に以下の式を再帰的に適用することによって定義される。
【数１】
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式中、ｔ0は信号Ｓが予め走査された時の時間、ｗは重み係数又は０から１（含める）のフィルタ定数である。
【００１８】
ＥＷＭＡは、フィルタ定数（すなわち、重み係数ｗ）に強く依存する。図３は、より大きなフィルタに相当する低速の次のＥＷＭＡ（ＳＥＷＭＡ）及びより小さなフィルタに相当する高速の次のＥＷＭＡ（ＦＥＷＭＡ）の２つのフィルタ定数を有する２つのＥＷＭＡを示す（例証の目的で、ライン間のギャップは、誇張されている可能性がある）。ＦＥＷＭＡラインは、ＳＥＷＭＡラインよりも元の信号に近い。源信号が増加する（例えば、冷却剤戻り温度１１４が、熱負荷に起因して上昇する）と、高速及び低速ＥＷＭＡのラインが分岐し始め、高速ＥＷＭＡラインが低速ＥＷＭＡラインの上になる。反対に、源信号が減少する（例えば、冷却剤戻り温度１１４が、熱除荷に起因して低下する）と、高速及び低速ＥＷＭＡラインが分岐し始めるが、ＦＥＷＭＡラインはＳＥＷＭＡラインの下になる。源信号が、定常状態値に達すると、高速及び低速ＥＷＭＡラインが分岐し始める。
【００１９】
高速ＥＷＭＡのフィルタ定数ｗが０に設定されると、高速ＥＷＭＡが源信号自体になる点に留意されたい。すなわち、熱負荷又は熱除荷は、ＳＥＷＭＡ及び信号自体だけを用いて検出することができる。また熱変化は、個々のＥＷＭＡの勾配（すなわち、変化率）を求めることによって検出することができる。例えば、勾配が正であるときには、熱負荷状態にある。ＥＷＭＡの勾配はまた、信号が変化する速さを示す。
【００２０】
ＥＷＭＡは、源信号をフィルタ処理するための好ましい方法であるが、当業者であれば、源信号をフィルタ処理して移動傾向を検出する他の方法があることを理解するであろう。また、例えば、一定数の直近の測定結果から平均値が計算される「単純移動平均」を用いることができ、又は直近の測定結果がこれらの「経年」により直線的に加重される「加重移動平均」を用いて、源信号をフィルタ処理することができる。すなわち、適切なフィルタを適切な源信号に適用することによって、熱負荷又は熱除荷の意味のある変化を検出することができる。
【００２１】
図３はまた、高速ＥＷＭＡから遅いＥＷＭＡを差し引くことによって算出された、図の下部に示される差動ＥＷＭＡ（ＤＥＷＭＡ）を示している。差動ＥＷＭＡは、源信号が変化する速さ、又は本発明で用いられる場合の熱負荷の強度を示すことができる。差動ＥＷＭＡは、熱変化状態に関連付けることができる。ＤＥＷＭＡが正であるときには、状態１を示す。ＤＥＷＭＡが負であるときには状態３を示し、状態２は、ＤＥＷＭＡ変動がほぼゼロであることに相当する。
【００２２】
以下の実施例は、制御システムがＤＥＷＭＡをどのように用いることができるかを示している。冷却剤戻り温度１１４と冷却剤供給温度１１６との間の変化率を生の源信号として用いて、且つ高速及び低速ＥＷＭＡの両方を用いる場合には、ある正のパラメータｘ1及びｘ2（０＜ｘ2＜ｘ1）を適用して、熱変化状態を検出することができる。ｘ1＝０．５及びｘ2＝０．２と仮定すると、表１は、プロセスがどの熱変化状態にあるかを判断するのに用いることができる幾つかの規則を示している。
【表１】
2009543377.tif 000004
以下の公式（式２）は、上記３つの状態を判断する際に非常に良好に機能することが分かっている。
【数２】
2009543377.tif 000005
式中、ａ1からａ4は定数、ＴSPは温度設定点である。
【００２３】
表１に示す規則及び実施例によれば、熱変化状態は、ＤＥＷＭＡが０．２から０．５又は−０．５から−０．２である場合は不確定である。ＤＥＷＭＡ＝０．３の場合、人による判定は、状態１におけるよりも状態２において「より可能性が高い」信号とみなすことになり、ＤＥＷＭＡ＝０．４の場合、人の判定は、状態２におけるよりも状態１において「より可能性が高い」信号とみなすことになり、以下同様である。すなわち、本方法は、どの出力関数を用いるかを選択することできないので、補正される「可能性が高い」状態のみについて判断されることになる場合には成功しないことになる。ファジー理論を用いてこの問題を解決することができる。
【００２４】
ファジー理論は、単に「一方の」状態であるか又は「他方」であるかではなく、０から１の間の数として２つの状態間の不確実性又は確率を扱う。すなわち、ＤＥＷＭＡ＝０．３５の場合、単純ファジー規則は、「状態」が状態１に５０パーセントの確率があり、状態２に５０パーセントの確率があるとすることができる。クリスプなＤＥＷＭＡ値を「ファジー」熱変化状態に移行するこのプロセスがファジー化である。このファジー化プロセスは図４に示されている。図４では、実線の下の区域が状態１を含み、点線の下の区域が状態２を含み、一点鎖線の下の区域が状態３を含む。状態２は、−０．５から−０．２と０．２から０．５との間のそれぞれのＤＥＷＭＡの範囲で状態１及び３の両方に重なる点に留意されたい。ＤＥＷＭＡが、これらの２つの重なり範囲にある時には、状態を確定的に決定することができないので、ファジー化規則を適用する必要がある。図４の点線は、上記５０パーセントの確率がＤＥＷＭＡ＝０．３５に対してどのように決定されるかをグラフィックに示している。
【００２５】
上記確率値はまた、制御出力の計算を可能にする。制御出力は、関係している各状態（すなわち、上記実施例で状態１及び２）に対して計算することができる。次いで、最終の合計制御出力は、状態１からの出力が５０パーセント及び状態２からの出力が５０パーセントとして計算される。
【００２６】
上記の実施例は、単純線形補間を用いたファジー化を示している。すなわち、ファジー又は不確定状態は、線形補間によって求められ（図４の直線に沿って）、最終出力は、線形総和によって得られる。本発明の別の実施形態では、式３に示すような非線形伝達関数を補間に用いることができる。
【数３】
2009543377.tif 000006
式中、小文字は定数を示し、ｄはＤＥＷＭＡを示す。
【００２７】
図５は、この非線形伝達関数のグラフである。図２は、平滑化されたコーナーを除いて図４と類似している。図５の曲線の形状は、様々な定数を適用することによって修正することができる点に留意されたい。すなわち、この非線形伝達関数は、図４に示す線形関数と比較して制御出力においてより柔軟性があり且つ滑らかな連続性を提供する。特に、図４に示す実施例では、熱負荷は３つの状態で特徴付けられ、及び検出変数ＤＥＷＭＡは５つの領域に分けられ、各状態は１つの領域に割り当てられ、残りの２つの領域がファジー化による状態にリンクされている。しかしながら図５では、３つの状態には、ＤＥＷＭＡ値の領域でなく、ポイント値が割り当てられる。状態１、２、及び３には、＋∞、０、及び−∞をそれぞれ割り当てる。全てのＤＥＷＭＡの他の数値は、図３に示すタイプの連続関数を介してファジー化による３つの状態に割り当てられる。
【００２８】
図６は、周期的にヘッド負荷及び除荷して０℃で制御された冷却装置についての実験データを示している。この実験では、冷却剤流量は固定され、高温ガスバイパス弁１３４、液体膨張弁１３０及び冷却水弁１４２は、３つの標準的なＰＩＤ制御装置によって別個に制御された。温度は、熱変化中は１℃未満、定常状態に達した後は０．５℃未満に制御された。
【００２９】
要約すると、本発明は、温度制御システムに関し、熱負荷が、プロセス変数の数値に基づき且つ論理規則のセットに従って状態のセットに特徴付けられる。各状態及び各制御変数に対し、当該状態に対する当該変数の制御出力を予測するように調整された制御アルゴリズムが存在する。
【００３０】
作動中、プロセス変数を用いて、熱負荷の状態を検出し、１つ又はそれ以上の制御変数に対してフィードフォワード制御出力を提供する。プロセス変数は、測定される変数、又は測定された変数の変化率とすることができ、或いは、１つ又はそれ以上の測定された変数から算出又は変換された導出変数である。測定された変数は、冷却剤戻り温度とすることができる。導出変数は、冷却剤戻り温度と冷却剤供給温度との間の差又は差の変化率とすることができる。導出変数はまた、冷却剤戻り温度と温度設定点との間の差又は差の変化率とすることができる。加えて、導出変数は、プロセス変数の「単純移動平均」又はプロセス変数の「加重移動平均」とすることができる。導出変数はまた、プロセス変数の「指数加重移動平均」、又は２つの異なる重み係数を有するプロセス変数の２つの「指数加重移動平均」間の差とすることができる。平均値が約５から５０の頻度で評価されると、重み係数の１つは、０．７から０．９５とすることができるが、他の重み係数はより大きな数値を有する。
【００３１】
導出変数は、コンピュータ計算予測技術又は数値モデリング法を用いてプロセス変数から予測することができる。状態のセットは、熱負荷の増加、熱負荷の減少、及び熱負荷の維持の３つの状態を含むことができる。プロセス変数の数値の全範囲は、少なくとも３つの連続領域に分けられる。各状態には１つの領域を割り当てられ、プロセス変数の数値が当該領域にある時に、システムが十分に高い信頼度で当該状態にあることを温度制御の目的でアサートできるようにされる。割り当てられていない領域がある場合には、それらの領域は、ファジー化により３つの状態にリンクされる。制御変数の制御出力は、当該制御変数及びファジー化に伴う全状態に対して出力に非ファジー化規則を適用することによって得られる。３つの連続領域は、５つの連続領域に分けることができる。第１、第２、及び第３の領域がそれぞれ求められると、熱負荷の増加、減少、又は維持の状態は、プロセス変数の数値が第１の領域にある時に十分に高い信頼度で求めることができるようになる。第４及び第５の領域は、第１と第２の領域との間、並びに第２と第３の領域との間にそれぞれある。
【００３２】
上述し図示された本発明は、プロセスの温度を制御する、或いはプロセス内の構成要素又は流体の流れを制御する正確且つ応答性の良い方法を提供する。本発明の他の実施形態及び変形形態は、前述の説明及び実施例に照らすと当業者には容易に明らかになることが予想され、このような実施形態及び変形形態も同様に、添付の請求項に記載された本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による装置の概略図である。
【図２】熱負荷及び熱除荷プロセスの図である。
【図３】測定源信号と比較した指数加重移動平均の図である。
【図４】線形補間を用いた確率関数としての差動指数加重移動平均の図である。
【図５】非線形補間を用いた確率関数としての差動指数加重移動平均の図である。
【図６】本発明の性能を示す実験データである。
【符号の説明】
【００３４】
１００  冷却装置
１０２  冷却剤ループ
１０４  冷凍剤ループ
１０６  水冷ループ
１０８、１２２  処理
１１０  冷却剤リザーバ
１１１  ヒータ
１１２  ポンプ
１１４、１１６、１１８、１３６、１３８、１４０、１４４、１４６  センサ
１１４  冷却剤戻り温度
１１６  冷却剤供給温度
１１８  冷却剤流量
１２０  蒸発器
１２２  戻り冷却剤
１２４  圧縮機
１２６  凝縮器
１２８  冷媒ライン
１３０  冷凍剤弁、液体膨張弁
１３２  バイパスライン
１３４  バイパス弁
１３８  蒸発圧力
１４２  冷却水制御弁
１４８  冷却水供給装置
１５０  冷却水リターン部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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