(57)【要約】適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して流体の流れを制御するための、システムおよび方法が記述される。一実施形態は、設定値指標および／またはセンサによって生成されるセンサ指標を受け取るための方法を含む。閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、少なくとも１つの閾値が、センサ指標および／または設定値指標に基づいて満たされるときに、修正される。流量制御器によって実装される閉ループ制御アルゴリズムは、閉ループ制御アルゴリズムと関連する少なくとも１つのパラメータを調整することによって、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正することに応答して安定化する。
2009535716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値指標、またはセンサによって生成されるセンサ指標のうちの、少なくとも１つを受け取るステップと、
少なくとも１つの閾値条件が、該センサ指標または該設定値指標のうちの該少なくとも１つに基づいて満たされるときには、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正するステップであって、該閉ループ制御アルゴリズムは流量制御器と関連する、ステップと、
該閉ループ制御アルゴリズムと関連する少なくとも１つのパラメータを調整することによって、該閉ループ制御アルゴリズムの該応答時間を該修正するステップに応答して、該閉ループ制御アルゴリズムを安定化するステップと、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つの変化を検出するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの閾値条件は、該変化によって満たされる、方法。
【請求項３】
前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つの変化率を検出するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの閾値条件は、該変化率によって満たされる、方法。
【請求項４】
前記センサ指標は、流体の流速を示す流量センサ指標であり、
前記設定値指標は、流体の流量設定値を示し、
前記少なくとも１つの閾値条件は、流速エラー値に基づき、該流速エラー値は、該流体の流量設定値と該流体の該流速との間の差である、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記修正するステップは、加速するステップまたは減速するステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記修正するステップは、前記流量制御器を通過する流体の流速の変化に応答して、かつ数学的方程式に従って修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つに基づいて適応ゲインを修正するステップによって、前記流量制御器と関連する少なくとも１つの非線形的特性を補正するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法であって、該適応ゲインは前記閉ループ制御アルゴリズムと関連し、該適応ゲインを該修正するステップは、該流量制御器を通過する流体の流速の変化に応答して、かつ数学的方程式に従って修正するステップを含む、方法。
【請求項８】
前記修正するステップは、前記閉ループ制御アルゴリズムと関連する少なくとも１つのフィルタを修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記修正するステップは、フィードバックフィルタと関連する時定数を調整することによって、該フィードバックフィルタの応答時間を修正するステップを含み、該フィードバックフィルタは前記閉ループ制御アルゴリズムと関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記閉ループ制御アルゴリズムと関連するチューニングパラメータである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記安定化するステップは、前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つに基づいて、安定化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記閉ループ制御アルゴリズムは、比例制御、積分制御、または微分制御のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサは、流量センサ、タイマ、圧力センサ、または温度センサのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
設定値指標、またはセンサによって生成されるセンサ指標のうちの、少なくとも１つを受け取るステップと、
該センサ指標または該設定値指標のうちの該少なくとも１つに基づいて、フィードバックフィルタを第１のモードから第２のモードへと修正するステップであって、該フィードバックフィルタは閉ループ制御アルゴリズムと関連し、該閉ループ制御アルゴリズムは流量制御器と関連する、ステップと、
該フィードバックフィルタを該修正するステップに基づいて、該閉ループ制御アルゴリズムと関連するチューニングパラメータを変更するステップであって、該チューニングパラメータは、該フィードバックフィルタが修正されるときには、該閉ループ制御アルゴリズムを安定化するように変更される、ステップと、
を包含する、方法。
【請求項１５】
前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つに基づいて、適応ゲインを修正するステップをさらに包含する、請求項１４に記載の方法であって、該適応ゲインは、前記流量制御器と関連する少なくとも１つの非線形的特性を補正するために、前記閉ループ制御アルゴリズムにおいて使用される、方法。
【請求項１６】
前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つに基づいて、適応ゲインを修正するステップをさらに包含する、請求項１４に記載の方法であって、該適応ゲインは、前記流量制御器と関連する少なくとも１つの非線形的特性を補正するために、前記閉ループ制御アルゴリズムにおいて使用され、該適応ゲインを該修正するステップは、該流量制御器を通過する流体の流速の変化に応答して、かつ数学的方程式に従って修正するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィードバックフィルタを前記修正するステップは、該フィードバックフィルタと関連する時定数を調整することによって、該フィードバックフィルタと関連する応答時間を修正するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記閉ループ制御アルゴリズムは、比例制御、積分制御、または微分制御のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記チューニングパラメータは、前記閉ループ制御アルゴリズムの積分制御部分と関連する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサは、流量センサ、タイマ、圧力センサ、または温度センサのうちの少なくとも１つである、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
前記フィードバックフィルタを前記修正するステップは、前記流量制御器を通過する流体の流速の変化に応答して、かつ数学的方程式に従って修正するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、前記フィードバックフィルタが第１のモードにあるときには、該フィードバックフィルタが第２のモードにあるときとは異なる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記フィードバックフィルタを前記修正するステップは、前記センサ指標または前記設定値指標のうちの前記少なくとも１つと関連する、少なくとも１つの閾値を参照して修正するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィードバックフィルタを前記修正するステップは、前記流量制御器を通過する流体の流速の変化に応答して、かつ数学的方程式に従って、該フィードバックフィルタを徐々に修正するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの閾値が、センサによって生成されるセンサ指標または設定値指標のうちの少なくとも１つに基づいて満たされるときには、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正するように構成される、プロセッサであって、該プロセッサは、該閉ループ制御アルゴリズムと関連するフィードバックフィルタと、該閉ループ制御アルゴリズムと関連するチューニングパラメータとを修正することによって、該閉ループ制御アルゴリズムの該応答時間を修正する、プロセッサと、
該フィードバックフィルタと該チューニングパラメータとのうちの、少なくとも１つと関連するパラメータを保存するように構成されるメモリであって、該プロセッサは、該メモリの該パラメータにアクセスする、メモリと、
を備える、装置。
【請求項２６】
制御指標に応答して開閉するように構成される弁をさらに備える、請求項２５に記載の装置であって、該制御指標は、前記閉ループ制御アルゴリズムに基づいて前記プロセッサによって生成される、装置。
【請求項２７】
前記センサは、流量センサ、タイマ、圧力トランスデューサ、または温度センサのうちの少なくとも１つである、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記プロセッサは、前記センサ指標または前記設定値指標のうちの任意の前記少なくとも１つに基づいて、前記閉ループ制御アルゴリズムと関連する適応ゲインを修正するように構成される、請求項２５に記載の装置であって、該適応ゲインは、弁に関連する少なくとも１つの非線形的特性を補正するために、該閉ループ制御アルゴリズムにおいて使用される、装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの閾値を保存するように構成されるメモリをさらに備える、請求項２５に記載の装置であって、前記プロセッサは、該メモリの該少なくとも１つの閾値にアクセスするように構成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムに関し、より具体的には、これに制限するものではないが、本発明は、適応閉ループ制御（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ−ｃｏｎｔｒｏｌ）アルゴリズムを使用して、流体の流れを制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉ループ比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムは、流体の流れに関する用途の、制御要件に合致する応答時間（例えば、加速応答時間）を有するように調整され得る。しかし、特定の用途の要件に合致するように、閉ループＰＩＤ制御アルゴリズムの応答時間を調整することは、望ましくない副作用を有し得る。例えば、流体の流れの急激で重大な変化に迅速に対応する、高速アルゴリズムとしてチューニングされた閉ループＰＩＤ制御アルゴリズムは、流体の流れが安定しているときにも、ノイズを含む流れの原因となり得る。高速アルゴリズムは、高周波数センサ、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）量子化、および電子的ノイズを増幅し、ノイズを含んだ制御信号を生み出す結果となる。
【０００３】
その一方で、低速応答時間を有するようにチューニングされた閉ループＰＩＤ制御アルゴリズムは、安定した流体の流れにノイズを導入し得ないものの、流れの条件の急激で重大な変化（例えば、設定値の急激な変化または圧力の変化）に対しては、正確および迅速に補正できない場合がある。高速または低速のみの応答時間アルゴリズムの実装に関連する問題は、例えば、流量センサの読み取り遅れまたは流量制御器の構成要素の非線形性のような、非理想性によって複雑化され得る。従って、現在の方法論の欠点に対処し、他の新しい革新的な機能を提供する必要性が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
図面に示される本発明の例示的な実施形態が、以下に要約される。これらのおよび他の実施形態は、発明を実施するための最良の形態の項、においてより完全に記載される。しかしながら、本発明を、本発明の課題を解決するための手段の項、または発明を実施するための最良の形態の項、に記載される形態に限定する意図はないことが、理解されるべきである。請求項で述べられる本発明の精神および範囲に含まれる、多数の修正、均等物、または代替的な構成が存在することを、当業者は認識し得る。
【０００５】
本発明は、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して、流体の流れを制御するためのシステムおよび方法を提供し得る。一実施形態では、方法は、設定値指標および／またはセンサによって生成されるセンサ指標を受け取るステップを含む。閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、少なくとも１つの閾値条件がセンサ指標および／または設定値指標に基づいて満たされるときに、修正される。流量制御器によって実装される閉ループ制御アルゴリズムは、閉ループ制御アルゴリズムと関連する少なくとも１つのパラメータを調整することによって、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間の修正に応答して安定化される。
【０００６】
別の実施形態では、方法は、設定値指標および／またはセンサによって生成されたセンサ指標を受け取る。閉ループ制御アルゴリズムと関連するフィードバックフィルタは、センサ指標および／または設定値指標に基づいて、第１のモードから第２のモードへと修正される。閉ループ制御アルゴリズムは流量制御器と関連付けられる。閉ループ制御アルゴリズムと関連するチューニングパラメータは、フィードバックフィルタが修正されるときに、閉ループ制御アルゴリズムを安定化するように変更される。
【０００７】
さらに別の実施形態では、装置はプロセッサおよび弁を含む。プロセッサは、１つ以上の閾値条件が設定値指標および／またはセンサによって生成されるセンサ指標に基づいて満たされるときには、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正するように構成される。プロセッサは、閉ループ制御アルゴリズムと関連するフィードバックフィルタ、および閉ループ制御アルゴリズムと関連するチューニングパラメータを修正することによって、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正する。弁は、閉ループ制御アルゴリズムに基づいて、プロセッサによって生成される制御指標に応答して、開閉するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の種々の目的および利点、ならびにより完全な理解が、添付の図面と共に、以下の詳細な説明および付随する請求項を参照することによって明らかとなり、より容易に理解される。
【０００９】
いくつかの実施形態において、本発明は、制御器で実装される適応閉ループアルゴリズム（例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズム）を対象とする。例えば、一部の実施形態における制御器は、気体状態（例えば、窒素）および／または液体状態（例えば、塩酸）のいずれかの流体を、例えば、半導体施設内の道具へと送達するように構成される、質量流量制御器である。
【００１０】
いくつかの実施形態における閉ループ制御アルゴリズムは、アルゴリズムの応答時間を修正することによって、変化する条件に適応される。一例として、適応アルゴリズムの多くの実施形態に従って作動する質量流量制御器は、実際の流速が望ましい流速よりもかなり遅いときには、高速応答で作動することが可能であり、実際の流速が望ましい流速に比較的近いときには、ノイズを起こす傾向が少ないより低速応答で作動することができる。
【００１１】
多くの実施形態では、例えば、１つ以上の指標に基づいて１つ以上の規定の閾値条件が満たされるときには、適応アルゴリズムの応答時間が調整される。これらの実施形態における適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、閾値条件が満たされるときには、センサ（例えば、圧力センサ、流量センサ）から受け取られるセンサ指標および／または設定値指標に応じて修正される。センサ指標は、例えば、流量制御器内の弁を通過して流れ、その弁によって制御される流体に関する属性（例えば、流速）の値を示す。設定値指標は、例えば、流体の流れを制御する流量制御器によって使用される設定値を示す。
【００１２】
いくつかの実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、少なくとも１つの指標（例えば、設定値指標および／またはセンサ指標）の値が、指標と関連する閾値を超えるか、または下回るときに、修正される。一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、センサ指標に基づく計算値が閾値条件（例えば、特定期間のあいだの変化率または最大許容変化）を満たすときに、修正される。例えば、一部の実施形態では、修正は、閾値条件を満たす設定値とセンサ指標との間の差であるエラー信号に基づく。他の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、少なくとも１つの指標（例えば、設定値および／またはセンサ）における変化の大きさが閾値を超えるかまたは下回るときに、修正される。
【００１３】
一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、例えば、閉ループ制御アルゴリズムと関連するフィルタ（例えば、フィードバックフィルタ）を加速および減速することによって修正される。一部の変形例では、応答時間が修正されるときに、適応閉ループ制御アルゴリズムを安定化するために、適応閉ループ制御アルゴリズムと関連するパラメータ（例えば、チューニングパラメータ）が調整される。いくつかの実施形態では、例えば、適応ゲインがまた、規定の閾値条件に基づくセンサ指標および／または設定値指標に応じて、修正される。一部の実装では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間の修正は、タイマに基づく。
【００１４】
次に図面を参照すると、図１は、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して、流体ディスペンサ１２０から反応槽１８０への流体の流れを制御する、流量制御器１００を図示している。測定値、計算値、および／または特定値（例えば、圧力指標値、設定値指標値、流量センサ指標値）の変化が、少なくとも１つの閾値条件を満たすときには、適応閉ループ制御アルゴリズムは、低速応答モードから高速応答モードへ、およびその反対へ、流量制御器１００によって修正される。流量制御器１００は設定値を使用して、低速または高速応答モードの適応閉ループ制御アルゴリズムに基づき、流体ディスペンサ１２０から反応槽１８０への流体の流れを制御する。
【００１５】
一部の実施形態では、流体は液体（例えば、硫酸）であり、他の実施形態では気体（例えば、窒素）であるが、本開示の利益を有する当業者は、流量制御器１００によって送達される流体は、例えば、気体または液体のような、任意の相の元素および／または化合物の混合物を含む、任意の種類の流体であり得ることを理解する。多くの実施形態の流量制御器１００は、高圧下で、低温下で、あるいは異なる種類の容器または槽へ、流体を送達するように構成される。
【００１６】
図１に図示されるように、例示的な実施形態の流量制御器１００は、流量制御器１００の上流にある流量センサ１４２および圧力センサ１４４から、指標を受け取る。流量センサ１４２からの指標は、流体ディスペンサ１２０から流出し、流量制御器１００によって制御される流体の、流速を示す。圧力センサ１４４からの指標は、流体ディスペンサ１２０からの、流量制御器１００によって制御される流体の、圧力を示す。流量制御器はまた、流体の流量設定値を示す設定値指標１４６を受け取る。一部の実施形態では、流量制御器１００は、温度センサのような、別の機器またはセンサから指標を受け取る。いくつかの実施形態では、センサのうちの１つ以上は、流量制御器１００の上流よりはむしろ、流量制御器１００の下流に配置される。
【００１７】
多くの実施形態における流量センサ１４２は、温度式（ｔｈｅｒｍａｌ）流量センサによって実現されるが、他の実施形態では、層流センサ、コリオリ流量センサ、超音波流量センサ、または差圧センサが利用される。圧力センサ１４４は、ゲージ圧力センサ、差圧センサ、絶対圧力センサ、またはピエゾ抵抗圧力センサによって実現される。変形例においては、流量センサ１０２および／または圧力センサ１４４が、他のセンサ（例えば、温度センサ）の任意の組み合わせと併用して使用され、流体の流れを正確に測定する。
【００１８】
本実施形態の流量制御器１００は、プロセッサ１０２、弁１０４、およびメモリ１０６を含む。メモリ１０６は、ＰＩＤ制御アルゴリズム、フィルタ方程式、ならびにＰＩＤ制御アルゴリズムおよびフィルタ方程式と関連するパラメータを含む、適応閉ループ制御アルゴリズムを保存する。メモリ１０６は、これに制限するものではないが、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および／またはハードディスクであり得る、任意の種類の記憶機器である。メモリ１０６はまた、適応閉ループ制御アルゴリズムの修正に関係するパラメータ（例えば、期間）および／または方程式（例えば、修正率変化方程式）を、閾値条件とともに保存する。本実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムおよび関連パラメータは、適応閉ループ制御アルゴリズムが低速応答時間（「低速モード」または「低速応答モード」とも呼ばれる）を有するように、バイアスされている。具体的な適応閉ループ制御アルゴリズム構成が、図５でより詳細に説明される。
【００１９】
可変弁１０４は、流体の流量を何らかの方法で変化させる、任意の適切な種類の可変弁である。例えば、可変弁１０４は、可変オリフィスを有する弁であるか、または多数のプリセット位置を有する弁である。図１は、プロセッサ１０２、弁１０４、およびメモリ１０６が、流量制御器１００の中で単一機器の形に統合されていることを示すが、一部の実施形態では、構成要素は組み合わされ、ならびに／あるいは、異なる構成要素および／または機器に分離される。例えば、一部の実施形態では、メモリ１０６は、例えば、キャッシュとしてプロセッサ１０２に組み込まれるか、または、流量制御器１００用あるいはいくつかの分散型および／または直列接続型の流量制御器用のデータを保存する、分離した集中サーバ（図示せず）に統合される。一部の実装において、弁１０４は、例えば、流量センサ１４２、圧力センサ１４４、および／または流量制御器１００の上流あるいは下流のいずれかにある、流量制御器１００から分離した構成要素である。他の実装においては、流量センサ１４２および／または圧力センサ１４４は、流量制御器１００に統合される。
【００２０】
図１に図示された例示的な実施形態では、センサ１４２および１４４からの指標と設定値指標１４６とに関連する閾値条件がまた、メモリ１０６に保存される。閾値条件は、閾値条件が満たされるときには、適応閉ループ制御アルゴリズムが高速応答時間（「高速モード」または「高速応答モード」とも呼ばれる）を有するように修正されるように、規定される。低速モードから高速モードへの修正は、加速として参照され得、高速モードから低速モードへの修正は、減速として参照され得る。適応閉ループ制御アルゴリズムは、アルゴリズムと関連するパラメータ（メモリ１０６に保存される）を変化させることによって、高速応答時間を有するように修正される。
【００２１】
一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、アルゴリズムと関連するパラメータを変化させることよりはむしろ、アルゴリズムと関連するフィルタ方程式を変化させることによって修正される。一部の実装においては、プロセッサ１０２は、例えば、メモリ１０６によって保存されるパラメータにアクセスし使用する、ハードウェアに実装された（例えば、ファームウェア）適応閉ループ制御アルゴリズムを考慮して設計される。このシナリオにおいては、プロセッサ１０２は、メモリ１０６に保存されたパラメータを調整し、適応閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正する。
【００２２】
本実施形態における、センサ１４２および１４４からの指標、ならびに設定値指標１４６は、プロセッサ１０２によって適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して処理され、設定値指標１４６によって規定された流速を生成するように弁１０４を制御する。設定値指標１４６によって示される、新しい設定値が受け取られるときには、流量制御器１００は、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して、新しい設定値と一致するように流体の流速を調整（例えば、弁１０４へ送られる制御指標を介して）する。
【００２３】
しかしながら、設定値の変化が閾値条件を満たす場合には、閉ループ制御アルゴリズムのモードが修正される。例えば、プロセッサ１０２によって決定される設定値の変化が、設定値変化の閾値条件（例えば、最大許容設定値変化）を超える場合には、プロセッサ１０２は、高速モードを有するように適応閉ループ制御アルゴリズムを修正する。プロセッサ１０２は次いで、高速モードの適応閉ループ制御アルゴリズムに従って新しい設定値に基づいて、弁１０４に制御信号を送ることによって流体の流れを制御する。新しい設定値が達成されると、プロセッサ１０２は、アルゴリズムと関連するパラメータを調整し、高速モードから低速モードへと戻すことによって、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正する。
【００２４】
同様に、センサ指標の変化が閾値条件を満たす場合には、プロセッサ１０２は、適応閉ループ制御アルゴリズムを、低速モードから高速モードへ、および／またはその逆の方向へ修正する。本実施形態では、流量制御器１００内のプロセッサ１０２は、流量センサ１４２によって示される流速が閾値条件を満たすときには、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するようにプログラムされる。例えば、適応閉ループ制御アルゴリズムの修正は、例えば、圧力の変化によって促される流速の変化の大きさが、規定の期間内の最大許容値を超えるときに、トリガされる。流体の流速が設定値指標１４６によって示される設定値と再び一致すると、プロセッサ１０２は、適応閉ループ制御アルゴリズムを、高速応答時間構成から低速応答時間構成へと戻すように修正する。一部の実施形態では、例えば、圧力センサ指標の変化が、圧力の変化と関連する閾値条件を超えることを、プロセッサ１０２が検出する場合には、プロセッサ１０２は適応閉ループ制御アルゴリズムを、低速モードから高速モードに、および／またはその逆の方向に修正するように構成される。
【００２５】
一部の実装においては、適応閉ループ制御アルゴリズムの修正のレベルは、閾値と対比した変化の大きさに基づく。例えば、設定値の変化が、設定値変化の閾値条件を大幅に超える場合には、適応閉ループ制御アルゴリズムと関連するパラメータおよび／またはフィルタは、設定値の変化が設定値変化の閾値条件をかろうじて満たした場合よりも大きく修正される。
【００２６】
次に図２を参照すると、図２は、規定の閾値条件に基づいて、適応閉ループ制御アルゴリズムを第１のモードから第２のモードへと修正するための、方法を示す流れ図を含む。第１のモードは、例えば、低速の低ノイズモードであり、第２のモードは、例えば、高速でノイズを含む可能性のあるモードである。本実施形態では、閾値条件はエラーの大きさ（例えば、閾値）として定義され、それが、計算されたエラー値によって超えられるときには、適応閉ループ制御アルゴリズムの第１のモードから第２のモードへの修正をトリガする。多くの実施形態におけるエラー値は、流速設定値と流量指標によって示される測定された流速との間の差である。後に、エラー値が閾値を下回る（例えば、もはや満たしていない）と、適応閉ループ制御アルゴリズムは、第２のモードから第１のモードへ戻るように修正される。本実施形態では、エラー値が流量設定値および測定値に基づいて計算されるが、他の実施形態においては、エラー値は、圧力設定値および測定値のような、他の設定値ならびに測定値に基づく。
【００２７】
図２に示されるように、２００において、流量センサ指標が受け取られ、流量センサ指標に基づいて、第１のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して、流量設定値に従って流体の流れが制御される。図示のとおり、２１０において、エラー値が、流量センサ指標によって示される流速と流量設定値との間の差として計算される。２２０において、エラー値が規定の閾値を超えない場合には、２００で、流量センサ指標は継続して受け取られ、流体の流れは、第１のモードの適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して継続して制御される。２２０において、２１０で計算されたエラー値が閾値を超えるときには、２３０で、適応閉ループ制御アルゴリズムは、第１のモードから第２のモードへと修正される。
【００２８】
図２に示されるように、適応閉ループアルゴリズムが、いったん第２のモードに修正されると、２４０において、流量センサ指標が受け取られ、流体の流れは、流量センサ指標に基づいて、第２のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。第２のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムは、流量設定値に従って流体の流れを制御するために使用される。２５０において、エラー値が、流量センサ指標および流量設定値に基づいて継続的に（または、一部の実施形態では断続的に）計算される。２６０において、計算されたエラー値が閾値を継続して超える場合には、２４０において、流量センサ指標が継続して受け取られ、流体の流れは第２のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。２６０において、２５０で計算されたエラー値が閾値を下回るときには、２７０において、適応閉ループ制御アルゴリズムは第２のモードから第１のモードへと戻るように修正される。
【００２９】
本実施形態は、流量センサ指標、および流量センサ指標に基づいて計算されるエラー値に関わる方法を説明しているが、一部の実施形態では、温度センサ指標が温度センサから受け取られ、温度と関連する閾値に関して分析される。いくつかの実施形態では、複数のセンサ（例えば、流量、温度、および圧力センサ）が、対応する閾値を参照して監視され、適応閉ループ制御アルゴリズムが第１のモードから第２のモードへと、およびその逆方向へと修正されるべきかを決定する。一部の実施形態では、閾値条件はセンサ指標エラー値よりはむしろ、設定値指標に基づいて規定される。
【００３０】
一部の変形例では、閾値条件は、例えば、指標からのエラー値の変化率に基づく。いくつかの実装においては、閾値条件内の値（すなわち、パラメータ）は、例えば、特定の流量制御器に関連する経験的データに基づいて規定される。
【００３１】
一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムを第１のモードから第２のモードへと修正するための閾値は、アルゴリズムの第２のモードから第１のモードへと戻る変更を決定するために使用される閾値とは異なる。さらに他の実施形態では、閾値条件は、値（例えば、時間、圧力、など）の複雑な組み合わせ（例えば、減じたり、乗じたり）またはブール条件（例えば、「論理和」ブール条件）に基づく。例えば、閾値条件は、温度指標および圧力指標の両方に由来する値（または計算値）が、それらのそれぞれに対応する閾値を超えるときにのみ、満たされる。いくつかの実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムは、１つ以上のモードに対応する閾値条件に基づいて、いくつかのモードのうちの１つ（例えば、適度な高速モード）に修正される。
【００３２】
一部の実施形態では、例えば、３つよりも多い連続した圧力指標値および／またはエラー値が閾値を超える場合にのみ、適応閉ループ制御アルゴリズムが修正されるように、閾値条件が規定される。この方法で閾値条件を規定することによって、適応閉ループ制御アルゴリズムは、修正される前に、特定の応答時間モードに維持される。一部の実施形態では、例えば、圧力指標値が３００ミリ秒間よりも長く閾値を超える場合にのみ、適応閉ループ制御アルゴリズムが修正されるように、閾値条件が規定される。
【００３３】
図３は、規定の閾値条件およびタイマに基づいて、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するための、方法を示す流れ図である。本実施形態では、閾値条件は圧力値であり、それが、圧力センサからの圧力センサ指標によって示される値によって超えられるときには、適応閉ループ制御アルゴリズムの第１のモードから第２のモードへの修正をトリガする。適応閉ループ制御アルゴリズムは、タイマが切れるときに、第２のモードから第１のモードへと戻るように修正される。
【００３４】
図３に示されるように、３００において、圧力センサ指標が受け取られ、流体の流れが、流量センサ指標に基づいて、第１のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。圧力センサ指標は、受け取られるときには、３１０において継続的に（または、一部の実施形態では断続的に）閾値を参照して分析される。３１０において、圧力センサ指標によって示される圧力値が閾値を超えない場合には、３００において、圧力センサ指標は継続して受け取られ、流体の流れは、第１のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して継続して制御される。
【００３５】
３１０において、圧力センサ指標によって示される圧力値が閾値を超えるときには、３２０において、適応閉ループ制御アルゴリズムが第１のモードから第２のモードへと修正され、３３０において、タイマが始動される。本実施形態では、タイマは３秒の時間のあいだ動く。その時間が切れるまで、３４０において、圧力センサ指標が受け取られ、流量センサ指標に基づいて、第２のモードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して流体の流れが制御される。
【００３６】
３５０において、時間がタイマによって決定された通りに切れなかった場合には、３４０において、圧力センサ指標が継続して受け取られ、第２のモードにあるアルゴリズムに基づいて、流体の流れが制御される。３５０において、時間が切れたときには、３６０において、適応閉ループ制御アルゴリズムが、第２のモードから第１のモードへと戻るように修正される。
【００３７】
一部の実施形態では、時間の長さは、流量制御器の応答時間のような、または対応する閾値よりも上のセンサ指標の偏差のような、要因に依存する。例えば、一部の実施形態では、タイマによって使用される時間は、センサからの値が閾値を少し超えるときよりも、センサからの値が閾値を大きく超えるときのほうが、より長くなる。いくつかの実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムは、修正が、例えば、急激にではなくむしろ低速で起こるようにするために、数学的方程式に従って第１のモードから第２のモードへと修正される。一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムの１つのモードから別のモードへの、修正の速度および／または修正のレベル（例えば、加速または減速のレベル）は、例えば、流量が増加しているか、または減少しているかに依存する。
【００３８】
次に図４を参照すると、図４は、設定値変化の閾値条件に基づいて、適応閉ループ制御アルゴリズムを低速応答モードから高速応答モードへと修正するための、方法を示す流れ図である。本実施形態では、設定値変化の閾値条件は、設定値変化の大きさであり、それが、設定値変化によって超えられるときには、適応閉ループ制御アルゴリズムの低速応答モードから高速応答モードへの修正をトリガする。
【００３９】
図４に示されるように、本実施形態では、４００において、流体の流れは、低速モードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。４１０において、新しい設定値を示す設定値指標が受け取られると、４２０において、設定値の変化が計算され、４３０において、設定値の変化が規定の閾値と比較される。４３０において、設定値の変化が閾値よりも小さいときには、４００において、流体の流れは、低速応答モードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御され、新しい設定値に調整される。４３０において、設定値の変化が閾値よりも大きいときには、４４０において、適応閉ループ制御アルゴリズムは、低速モードから高速モードへと加速（例えば、修正）される。
【００４０】
図４に示されるように、４４０において、流体の流れは次いで、４５０において新しい設定値が到達されるまで、高速応答モードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。新しい設定値が到達されていないときには、４４０において、流体の流れは、継続して高速応答モードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。新しい設定値が到達されると、４６０において、適応閉ループ制御アルゴリズムは高速応答モードから低速応答モードへと減速（例えば、修正）される。４００において、流体の流れは次いで、低速応答モードにある適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される。
【００４１】
本実施形態では、アルゴリズムは、低速応答モードで流体の流れを制御するようにバイアスされており、大きな設定値の変化が起こるときに、高速応答モードへと変化するのみである。一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムは、例えば、高速応答モードで流体の流れを制御するようにバイアスされる。一部の実施形態では、応答モードの速度は、設定値の変化の大きさに基づく。例えば、応答モードは、いくつかの高速応答モードのうちの１つにまで加速され、それは、１つ以上の閾値条件の中で定義される設定値の変化の大きさに依存する。他の実施形態では、設定値の変化に対する閾値はゼロであり、その結果として、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間は、任意の設定値の変化に対して変更される。
【００４２】
図５は、例示的な適応閉ループ制御アルゴリズムの信号の流れ図である。例示的な適応閉ループ制御アルゴリズムの中のブロックの各々は、関連するパラメータおよび定数を有する方程式の組み合わせによって実現される。本実施形態の適応閉ループ制御アルゴリズムは、比例制御ブロック５４２および積分制御ブロック５４４を含む、比例積分（ＰＩ）制御器に基づく。チューニングパラメータ５１０およびフィードバックフィルタ５２０は、設定値指標５５４、センサ指標５５６、ならびに／あるいは設定値指標５５４および／またはセンサ指標５５６を使用して導かれる値（例えば、計算エラー）に基づいて、閾値条件が満たされるときに、閉ループ制御アルゴリズムの応答時間を修正するために使用される。設定値指標５５４は、流体の流れの設定値を示す。センサ指標５５６は、圧力センサ（図示せず）からの圧力センサ指標、および流量センサ５３０によって生成される流量センサ指標を含む。一部の実施形態では、センサ指標５５６は、温度センサ指標のような、他のセンサ指標を含む。
【００４３】
図５に示されるように、本実施形態では、流量センサ５３０からの流量指標（例えば、信号）が、フィードバックフィルタ５２０を介して調整され、５７２において、設定値指標５５４によって示される設定値から減じられ、エラー５５２を生成する。エラー５５２と適応ゲイン５００との積５７４が、弁Ｋｖ５４６を制御するために、ＰＩ制御器によって使用される。ブロック５００、５１０、５２０、５３０、５４２、５４４、および５４６の中の方程式、パラメータ、ならびに／または定数は、適応閉ループ制御器アルゴリズムを安定化し、例えば、各応答時間モードの固有の応答時間および／または過渡波形（例えば、オーバーシュート、減衰）を達成するために、選択される。
【００４４】
本実施形態はまた、設定値指標５５４、センサ指標５５６、および／または設定値指標５５４とセンサ指標５５６との任意の組み合わせを使用して計算される値に基づいて、継続的に（または、一部の実施形態では、断続的に）調整される、適応ゲイン５００を含む。一部の実施形態では、適応ゲイン５００は、設定値指標５５４および／またはセンサ指標５５６に基づいて、閾値条件が満たされるときに、調整される。適応ゲイン５００は、例えば、Ｋｖ５４６の非線形性または非線形的圧力効果のような、非線形性を補正するように構成される。適応ゲイン５００は、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して計算されるとおりに、さらなる弁の位置の調整の速度に影響を与える。適応ゲイン５００は、例えば、流量感度、弁感度、および／または圧力感度に基づいて計算される。適切な適応ゲイン５００により、適応閉ループ制御アルゴリズムは安定化し、例えば、広範囲の圧力および／または設定値にわたって、同じ性能を有する。
【００４５】
チューニングパラメータ５１０およびフィードバックフィルタ５２０は、設定値指標５５４、センサ指標５５６、ならびに／あるいは設定値指標５５４および／またはセンサ指標５５６を使用して導かれる値（例えば、計算エラー）が、規定の閾値条件を満たすときに、修正される。フィードバックフィルタ５２０が加速および／または減速されるときに、チューニングパラメータ５１０は、フィードバックフィルタ５２０と実質的に同時に修正され、適応閉ループ制御アルゴリズムを安定化する。
【００４６】
一部の実施形態では、チューニングパラメータ５１０およびフィードバックフィルタ５２０は、異なる閾値条件、または組み合わせ閾値条件に基づいて調整される。一部の実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するときに調整される、パラメータの速度および波形でさえもが、流体の流量が増加しているのか、または減少しているのかに応じて修正される。いくつかの実施形態では、適応閉ループ制御アルゴリズムは、例えば、比例および積分制御に加えて、微分制御を含む。他の実施形態では、制御アルゴリズムは、比例、積分、および／または微分制御の他の組み合わせを含む。いくつかの変形例では、チューニングパラメータ５１０は、一部の閉ループ制御アルゴリズムと関連する（例えば、積分制御ブロック５４４のパラメータとして含まれるか、または微分制御ブロックと関連する）。
【００４７】
図６Ａ〜図６Ｇは、適応閉ループ制御アルゴリズム内のフィードバックフィルタの例示的な修正をトリガする、例示的な設定値の変化に関連する、例示的な測定値、信号、および計算値を示すグラフである。本実施形態の適応閉ループ制御アルゴリズムは、設定値に従って弁を介して流体の流れを制御する、流量制御器に実装される。
【００４８】
図６Ａは、設定値指標によって示される設定値を示すグラフである。図６Ａは、時刻Ｂにおける、設定値のＸからＹへの変化を示す。図６Ａは、設定値の変化６００の大きさが、設定値変化の閾値条件６１０よりも大きく、適応閉ループ制御アルゴリズムの修正をトリガすることを示す。
【００４９】
図６Ｂは、適応閉ループ制御アルゴリズム内のフィードバックフィルタと関連する、フィードバック時定数の値を示すグラフである。図６Ｂは、時刻Ｂにおいて、フィードバック時定数が、時刻Ａで示される高い値から時刻Ｂでの低い値へと、図６Ａに示すように満たされた設定値変化の閾値条件に応答して変化することを示す。高い値は、適応閉ループ制御アルゴリズムに遅い応答時間をもたらし、その一方で、フィードバック時定数に対する低い値は、適応閉ループ制御アルゴリズムに対してより速い応答時間をもたらす。図６Ｂは、フィードバック時定数の値が時刻Ｃからゆっくりと増加し、フィードバック時定数の値が時刻Ｄでその元の値に達するまで、増加することを示している。フィードバック時定数の値がゆっくりと増加する以前の、時刻ＢとＣとの間の規定の時間、フィードバック時定数の値は低い値に維持される。図示されていないが、チューニングパラメータが、フィードバック時定数と実質的に同時に調整され、適応閉ループ制御アルゴリズムを安定化する。
【００５０】
図６Ｃは、適応閉ループ制御アルゴリズムによって計算された、設定値エラーを示すグラフである。図６Ｃは、図６Ａで示される時刻Ｂにおいて設定値が変化する以前には、計算された設定値エラーがゼロであることを示す。図６Ｃは、設定値が時刻Ｂで変化するときに、計算された設定値エラーが瞬時に増加することを示す。適応閉ループ制御アルゴリズムが計算された設定値エラーに応答するにつれて、時刻Ｄにおいて設定値が到達されるまで、設定値エラーは減少し、時刻Ｄでエラーはゼロに減少する。図６Ｃは、本実施形態の適応閉ループ制御アルゴリズムが高速応答モードにある間には、計算された設定値エラーがノイズを含むことを示す。図６Ｄ〜図６Ｇの曲線は、図６Ｃの曲線と同様に、適応閉ループ制御アルゴリズムが高速応答モードにある間には、ノイズを示す。
【００５１】
図６Ｄは、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して計算された、積分制御信号を示すグラフである。図６Ｄは、積分制御信号が、時刻Ｂで設定値が変化するときに増加し、時刻Ｄで安定化するまで増加することを示す。
【００５２】
図６Ｅは、適応閉ループ制御アルゴリズムを実装する流量制御器によって制御される弁の、弁の位置を示すグラフである。図６Ｅは、弁の位置が、時刻Ｂにおける設定値の変化に応答して変化し、時刻Ｄで安定状態位置に達するまで変化することを示す。
【００５３】
図６Ｆは、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される弁を通過する流体の、実際の流量を示すグラフである。図６Ｆは、実際の流体の流量測定値が、図６Ｅの弁の位置に追随することを示す。
【００５４】
図６Ｇは、適応閉ループアルゴリズムを使用して制御される弁を通過して流れる流体の、流れを測定する流量センサからの信号を示すグラフである。図６Ｇは、低速応答時間を有する流量センサ信号が、図６Ｆの実際の流体の流量測定値からの遅れを有することを示す。
【００５５】
結論として、本発明は、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して流体の流れを制御するための、システムおよび方法を提供する。当業者は、本明細書に記載の実施形態によって達成されるものと同じ結果を達成するために、本発明、その使用、およびその構成において数々の変形および置換が行われ得ることを、容易に理解し得る。従って、本発明を、開示された例示的な形態に制限しようとする意図は、全く存在しない。多くの変形、修正、および代替的な構成が、請求項において表明される、開示された本発明の範囲および精神に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、流量制御器が流体ディスペンサから反応槽への流体の流れを制御するために、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用する環境を図示する、ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するための方法を示す、流れ図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するための方法を示す、流れ図である。
【図４】図４は、本発明のさらに別の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを修正するための方法を示す、流れ図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムの信号の流れ図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態に従った、設定値指標によって示される設定値を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズム内のフィードバックフィルタと関連する、フィードバック時定数の値を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムによって計算される、設定値エラーを示すグラフである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して計算される、積分制御信号を示すグラフである。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを実装する流れ制御器によって制御される弁の、弁の位置を示すグラフである。
【図６Ｆ】図６Ｆは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御される弁を通過する流体の、実際の流量を示すグラフである。
【図６Ｇ】図６Ｇは、本発明の実施形態に従った、適応閉ループアルゴリズムを使用して制御される弁を通過する流体の、流れを測定する流量センサからの信号を示すグラフである。
【図１】
2009535716.tif 000003
【図２】
2009535716.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2009535716.tif 000009
【図６Ｃ】
2009535716.tif 000010
【図６Ｄ】
2009535716.tif 000011
【図６Ｅ】
2009535716.tif 000012
【図６Ｆ】
2009535716.tif 000013
【図６Ｇ】
2009535716.tif 000014
【国際調査報告】
2009535716.tif 000015
2009535716.tif 000016