【手続補正書】
【提出日】平成19年6月13日(2007.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  可変ゲイン比例積分（ＰＩ）制御器のためのシステムおよび方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコントローラを使用してバルブ駆動信号を生成する方法であって、
誤差信号を比例ゲイン係数によって乗算し、比例信号を生成する工程と、
該誤差信号上で、積分ゲイン係数を含む積分関数を実施し、積分信号を生成する工程であって、該積分ゲイン係数は、
正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、
該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、工程と、
該積分信号と該比例信号とを合計し、該バルブ駆動信号を生成する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】  前記所定の割合は、１０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】  前記第１のゲイン関数は、
【数１】
2003504750.tif 000001
に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】  前記第２のゲイン関数は、
【数２】
2003504750.tif 000002
に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】  前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】  前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】  前記誤差信号は、前記マスフローコントローラの中の所望の流量信号の関数である設定点信号と、該マスフローコントローラの中の実際の流量の関数であるフィードバック信号との間の差である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】  前記設定点信号と、前記フィードバック信号とは、デジタル信号である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】  誤差信号を比例ゲイン係数で重み付けし、比例信号を生成する比例関数と、
積分ゲイン係数を含み、積分信号を生成する積分関数であって、該積分ゲイン係数は、
正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、
該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、積分関数と、
該比例信号と該積分信号とを合計し、制御信号を生成する加算器と
を含む、可変ゲインＰＩコントローラ。
【請求項１０】  前記所定の割合は、１０％である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】  前記第１のゲイン関数は、
【数３】
2003504750.tif 000003
に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】  前記第２のゲイン関数は、
【数４】
2003504750.tif 000004
に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】  前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】  前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】  前記誤差信号は、前記マスフローコントローラの中の所望の流量信号の関数である設定点信号と、該マスフローコントローラの中の実際の流量の関数であるフィードバック信号との間の差である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】  前記設定点信号と、前記フィードバック信号とは、デジタル信号である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】  製造プロセスにおける液体または気体のフローを制御するマスフローコントローラであって、該マスフローコントローラは、
該製造プロセスにおける該液体または気体の実際の流量を制御する、ソレノイドによりアクティブ化されるバルブを制御する該バルブ駆動回路部と、
該物質の該実際の流量を測定し、感知流量信号を出力するフローセンサと、
該感知流量信号を、該感知流量信号よりも正確に該実際の流量を近似するフィードバック信号に変換する微分コントローラと、
設定点信号と該フィードバック信号との間の誤差信号を該バルブ駆動信号に変換する可変ゲインＰＩコントローラと
を備え、
該可変ゲインＰＩコントローラは、
該誤差信号を比例ゲイン係数で重み付けし、比例信号を生成する比例関数と、
該誤差信号の積分ゲイン係数での重み付け積分を実施し、積分信号を生成する積分関数であって、該積分ゲイン係数は、
正規化された設定点信号が最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも小さい場合には、第１のゲイン関数に等しく、
該正規化された設定点信号が該最大の正規化された設定点信号の所定の割合よりも大きい場合には、第２のゲイン関数に等しい、積分関数と、
該比例信号と該積分信号とを合計し、該バルブ駆動回路部に入力されるバルブ駆動信号を生成する加算器と
を含む、マスフローコントローラ。
【請求項１８】  前記第１のゲイン関数は、
【数５】
2003504750.tif 000005
に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは第２のゲイン定数である、請求項１７に記載のマスフローコントローラ。
【請求項１９】  前記第２のゲイン関数は、
【数６】
2003504750.tif 000006
に等しく、ここで、Ａは前記第１のゲイン定数であり、Ｂは前記第２のゲイン定数であり、ｘは前記正規化された設定点信号である、請求項１８に記載のマスフローコントローラ。
【請求項２０】  前記第２のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１００％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項１９に記載のマスフローコントローラ。
【請求項２１】  前記第１のゲイン定数は、前記可変ゲインＰＩコントローラへの、前記最大の正規化された設定点信号の０％から１０％へのステップ入力に対する所望の応答を達成するように、実験的に求められる、請求項２０に記載のマスフローコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、概して、比例積分制御システムおよび方法に関し、より詳細には、マスフローコントローラにおける比例積分制御方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
多くの製造プロセスは、プロセス気体のプロセスチャンバ内への導入速度が厳密に制御されることを要求する。これらのタイプのプロセスは、気体の流量を制御するために、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）を使用し得る。マスフローコントローラは、プロセス気体のプロセスチャンバ内への質量のフローを設定し、測定し、制御する閉ループデバイスである。半導体アプリケーションが、マスフローコントローラ技術における製品開発の背景となる駆動力であったし、また、駆動力であり続ける。とはいえ、マスフロー制御は、製薬産業および食品産業等の他の産業においても有用である。
【０００３】
熱式マスフローコントローラは、フローセンサを含む前半部と、制御バルブを含む後半部とから構成されている。フローセンサは、しばしば、毛細管に巻き付けられた対の測温抵抗体から構成される。気体がセンサを通って流れる場合、熱が下流へ運ばれ、温度差は気体の質量流量に比例する。温度差は、センサ素子の差動抵抗の変化を引き起こす。制御バルブは、電子回路を介して、気体フローを調整するための信号をフローセンサから受け取る。ソレノイドによりアクティブ化されるバルブが、その単純さ、素早い応答、ロバスト性、および低コスト性から、しばしば、制御バルブとして使用される。
【０００４】
伝統的なフィードバック制御方法が、しばしば、マスフローコントローラにおける気体のフローを制御するために使用される。マスフローコントローラでは、システムは、マスフローコントローラの中の気体の所望のフローを表す設定点と、マスフローコントローラの中の実際の流量を感知するセンサと、コントローラと、プラントとを含む。コントローラは、プラントの動作を制御する電子回路部からなる。マスフローコントローラの場合、プラントは、ソレノイドによりアクティブ化され、プロセスチャンバ内への気体の実際の流量を直接的に制御するバルブであり得る。コントローラの中の電子回路部は、誤差信号に基づいて制御信号（バルブ駆動信号）を生成し得る。誤差信号は、設定点信号とフィードバック信号との間の差である。マスフローコントローラの場合、設定点信号は、所望の流量の関数であり、フィードバック信号は実際の流量の関数である。
【０００５】
しばしば採用されるフィードバック制御モードは、比例制御、積分制御、および微分制御である。比例制御では、制御信号は誤差信号に比例する。コントローラゲインは、制御信号が、設定点信号とフィードバック信号との間の小さなずれに敏感になるように調節され得る。コントローラゲインの設計はまた、制御信号が、設定点信号とフィードバック信号との間のずれが増加または減少するにつれて、増加または減少するように選択され得る。比例のみの制御の固有の欠点は、定常状態誤差を取り除くことができないことである。
【０００６】
積分制御は、誤差を取り除くという利点を提供するので、しばしば、広く用いられる。積分制御では、制御信号は、誤差信号の時間にわたる積分に依存する。システムの定常状態動作の間では、制御誤差が一定である場合、誤差の積分は時刻とともに変化し、最終的に誤差をゼロにするようなプラントでの動作を生み出す。積分コントローラは、誤差信号がいくらかの時間持続するまではプラントにおける制御動作がほとんど起こらないので、単独で使用されることは多くない。しかしながら、比例制御は、誤差信号を直ちに増幅する。従って、積分制御はしばしば、いわゆる比例積分（ＰＩ）コントローラにおいて、比例制御とともに使用され、バルブ駆動信号（制御信号）を生成する。
【０００７】
微分制御は、誤差信号の挙動に先行するように機能する。微分制御では、制御信号は誤差信号の変化の速度に依存する。微分制御はまた、プロセスが定常状態に達するのに要する時間を低減する傾向がある。微分制御は、比例制御または比例積分制御のいずれとも使用される。
【０００８】
通常のマスフローコントローラに根強く存在する問題は、ソレノイドバルブの動作が、バルブ駆動信号（制御信号）の１次関数ではないことである。ソレノイドバルブの場合、バルブ駆動信号と、マスフローコントローラを通る実際のフローとの間の関係は、ヒステリシスを伴う。図１は、バルブ駆動信号の、マスフローコントローラを通る実際のフローに対する関係をグラフで示す。バルブのゲインは、フローとともに増加する。バルブ駆動信号は、ｘ軸に沿ってグラフ化され、マスフローコントローラを通る実際のフローは、ｙ軸に沿ってグラフ化されている。バルブ駆動信号が増加する際に、マスフローコントローラを通る実際のフローは、バルブ駆動信号がＸ3の値に達するまでは増加し始めない。バルブ駆動信号がＸ3まで達するのにかかるこの時間が、不感時間として示されている。いったんバルブ駆動信号がＸ3の値に達すると、実際のフローは、バルブ駆動信号の関数として、相応して（ただし、非線形に）増加し始める。いったんバルブ駆動信号がＸ4の最大値に達すると、バルブ駆動信号を減少させても、マスフローコントローラを通る実際のフローは、直ちには減少しない。実際のフローがバルブ駆動信号の関数として相応して（ただし、非線形に）減少し始めるまでには、バルブ駆動信号は、Ｘ2のレベルにまで減少しなければらならい。いったんバルブ駆動信号がＸ1のレベルに達すると、実際のフローは、途絶え得る。図１から、バルブ駆動信号が弱い場合には、バルブの応答は無視できるが、バルブ駆動信号がある「しきい値」（Ｘ3）を通過すると、バルブの応答は非常に増加することが理解され得る。バルブのゲインは、フローとともに増加する。ソレノイドバルブに関連するこのタイプの非線形特性は、制御するのが非常に困難であり、完全に補償することはできない。
【０００９】
結局、バルブ駆動信号とソレノイドによりアクティブ化されるバルブを通る実際のフローとの間の非線形な関係によって引き起こされる、マスフローコントローラの中の実際のフローの非線形な挙動を補償する必要がある。
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供し、そのシステムおよび方法は、これまで開発されたバルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法に関連する欠点および問題点を実質的に取り除くか、または低減する。
【００１１】
より詳細には、本発明は、マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコントローラを使用して、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供する。その方法は、誤差信号を比例ゲイン係数によって乗算し、比例信号を生成することを含む。その方法はまた、誤差信号上で積分関数を実行することを含む。積分関数は、ＰＩコントローラにおける可変ゲインとして機能する積分ゲイン係数を含む。設定点信号が、最大の設定点の正規化された所定の割合ｐよりも小さい場合、積分ゲイン係数は
【００１２】
【数７】
2003504750.tif 000007
に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン定数であり、Ｂは、第２のゲイン定数であり、ｍａｘ（ｘ）は、正規化された設定点信号の最大値である。そうでない場合、積分ゲイン係数は、
【００１３】
【数８】
2003504750.tif 000008
に等しく、ここで、Ａは第１のゲイン係数であり、Ｂは、第２のゲイン係数であり、ｘは正規化された設定点信号である。積分関数の実行により、積分信号が生み出される。最後に、積分信号と比例信号とが合計され、バルブ駆動信号が生成される。誤差信号は、設定点信号とフィードバック信号との間の差の関数である。設定点信号は、マスフローコントローラの中の所望の流量の関数であり、一方、フィードバック信号は、マスフローコントローラを通る実際の流量の関数である。
【００１４】
本発明は、ＰＩコントローラにおける積分ゲイン係数が可変ゲインであることを可能ならしめるという点で、重要な技術的利点を提供する。積分ゲイン係数は、設定点信号の関数である。従って、設定点信号が低い場合、より低いバルブゲインの効果は、より高い積分ゲインによって補償され得る。このメカニズムにより、動作点にかかわらず、同じ制御システムフィードバックループゲインが維持され、応答速度と、外乱排除特性とにおいてシステム応答を均一にさせることが可能になり、低い設定点（または動作点）で動作している間の、遅延したステップ応答と取り込み口の圧力外乱からの緩慢な回復とを効果的に覆い隠す。
【００１５】
本発明の他の技術的利点は、マスフローコントローラの中のバルブに関連する不感時間を低減し、マスフローコントローラが最大フローの１００％に向けて立ち上がっていようが、最大フローの５％に向けて立ち上がっていようが同じ効率で、制御信号がバルブ不感時間を通じて立ち上がることを可能にすることである。
【００１６】
本発明とその利点のより完璧な理解は、以下の説明を添付の図面とともに参照することによって獲得され得る。図面では、同じ参照番号は、同じ特徴を示す。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
本発明の好適な実施形態が図面に示されており、同じ番号は、異なる図面の同じ、対応する部分を参照するために使用されている。
【００１８】
本発明は、マスフローコントローラにおいて可変ゲインＰＩコントローラを使用して、バルブ駆動信号を生成するシステムおよび方法を提供する。その方法は、バルブ駆動信号を出力する可変ゲインＰＩコントローラに、誤差信号を入力することを含む。可変ゲインＰＩコントローラの積分ゲイン係数は、設定点の関数である。誤差信号は、設定点信号とフィードバック信号との間の差の関数である。設定点信号は、マスフローコントローラの中の所望の流量の関数であり、一方、フィードバック信号は、マスフローコントローラを通る実際の流量の関数である。
【００１９】
図２は、本発明の１つの実施形態のブロック図を示す。図２において、可変ゲインＰＩコントローラ１０は、比例ゲイン段１４と、積分ゲイン段１６と、積分器１８と、加算段２４とからなる。誤差信号１２は、比例ゲイン段１４において、比例ゲイン定数ＫPによって乗算され、比例信号２０が生み出される。誤差信号１２はまた、積分ゲイン段１６において、積分ゲイン係数ＫIによって乗算され、積分器１８に入力され、積分信号２２が生み出される。積分ゲイン段１６と積分器１８との順序は、積分信号２２を変えることなく逆にし得る。加算段２４において、積分信号２２と比例信号２０とは組み合わされて、駆動信号２６が形成される。積分ゲイン係数ＫIおよび誤差信号１２の両方は、所望の設定点の関数である。
【００２０】
図３は、可変ゲインＰＩコントローラ１０が、マスフローコントローラ２８の中で使用されている本発明の１つの実施形態を示す。図３において、設定点信号３０は、加算段３４においてフィードバック信号３２と比較され得、誤差信号１２が生み出される。誤差信号１２は、ＰＩコントローラ１０に入力され得る。ＰＩコントローラ１０は、比例ゲイン段１４と、積分ゲイン段１６と、積分器１８と、加算段２４とからなる。誤差信号１２は、比例ゲイン段１４において比例ゲイン定数ＫPによって乗算され、比例信号２０が生み出される。誤差信号１２はまた、積分ゲイン段１６において積分ゲイン係数ＫIによって乗算され、積分器１８に入力され得、積分信号２２が生み出される。比例信号２０および積分信号２２は、加算段２４に入力され、駆動信号２６が生成される。駆動信号２６は、バルブ駆動回路部３８およびバルブ４０を制御するために使用され得る。バルブ４０は、マスフローコントローラ２８の中の実際の流量４２を生み出す。実際の流量４２は、フローセンサ４４によって測定され得る。フローセンサ４４は、感知流量信号４６を出力する。感知流量信号４６は、微分コントローラ４８に入力され得る。微分コントローラ４８は、フィードバック信号３２を生み出し得る。
【００２１】
比例ゲイン定数ＫPは、固定値に設定される。この値は、出力（駆動信号２６）が、ステップ入力に等しい設定点信号３０に対する所望の応答であるように、実験的に決定され得る。
【００２２】
積分ゲイン段１６における積分ゲイン係数ＫIは、設定点信号３０の関数である。積分ゲイン段１６は、設定点信号３０が低い場合に、バルブ４０の応答の遅延を補償するように設計される。
【００２３】
図４は、積分ゲイン係数ＫIと設定点信号３０との間の関係を示すグラフである。設定点信号３０（正規化されている）は、ｘ軸に沿ってグラフ化され、一方、積分ゲイン係数ＫIはｙ軸に沿ってグラフ化されている。積分ゲイン係数ＫIと設定点信号３０との間の関係は、
【００２４】
【数９】
2003504750.tif 000009
によって与えられる。ここで、ｘは正規化された設定点信号３０であり、ｍａｘ（ｘ）は設定点信号３０の最大値（ｍａｘ（ｘ）＝１）であり、Ａは第１の定数であり、Ｂは第２の定数である。設定点信号３０が設定点信号３０の最大値の１０％よりも低い場合には、積分ゲイン係数ＫIは飽和し、積分ゲイン係数ＫIが無限大に増大することが防止されることに注意されたい。
【００２５】
第２の定数Ｂは、設定点信号３０の０→１００％のステップにおけるバルブ４０からの最適応答を得るための観測によって調節される。第２の定数Ｂを計算するために、設定点信号３０が、最大の設定点信号の０→１００％におけるステップ入力であるように設定される。駆動信号２６は、データ取得ソフトウェアを使用して観測され得る。第２の定数Ｂは、０→１００％のステップ入力についての所望のステップ応答を達成するためのソフトウェア中の変数として調節される。この設定のみでは、設定点信号３０のより低い値に対するバルブ４０の応答は、遅すぎることがある。従って、第１の定数Ａが、観測の同じ方法を使用して、設定点信号３０のより低い値（０→１０％）に向かうステップ応答の同じ品質を得るように、調節される。第１の定数Ａおよび第２の定数Ｂを用いて、適切な応答が、設定点信号３０の全ての要求にわたって均一になる。
【００２６】
ＰＩコントローラ１０と微分コントローラ４８との両方は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）コントローラにおける差分方程式を使用して、デジタル的に実施され得る。設定点信号３０または感知流量信号４６がアナログ信号である場合、これらの信号は、設定点信号３０をＰＩコントローラ１０に入力する前に、または感知流量信号４６を微分コントローラ４８に入力する前にＡ／Ｄコンバータを実施することにより、容易にデジタル信号に変換され得る。Ａ／Ｄコンバータは、ＤＳＰコントローラの外部であってもよいし、ＤＳＰコントローラの内部であってもよい。ＤＳＰコントローラを使用する場合、誤差信号１２、駆動信号２６、およびフィードバック信号３２は、デジタル信号である。
【００２７】
ＤＳＰコントローラは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータと通信するように動作可能であってもよい。コンピュータは、大量の数学的計算でＤＳＰコントローラを補助し得る。コンピュータは、コンピュータとＤＳＰコントローラとの間の接続を介して、実行された計算の結果をＤＳＰコントローラにダウンロードし得る。ＤＳＰコントローラは、コンピュータからダウンロードされた計算結果を格納するために、ＥＥＰＲＯＭ等の格納デバイスを有し得るか、またはそのような格納デバイスとインタフェースし得る。
【００２８】
微分コントローラ４８は、当業者に公知の標準的な１次微分インプリメンテーションを使用して実施され得る。あるいは、実際の流量４２のより正確な近似を得、フローセンサ４４により導入された遅延を補償するために、微分コントローラ４８は、１９９９年７月１０日にＥ．Ｖｙｅｒｓらによって出願され、「Ａ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」と題する米国特許第６，３８９，３６４号に開示される方法を使用して実施され得る。
【００２９】
ＤＳＰコントローラはまた、感知流量信号４６を微分コントローラ４８に入力する前に、感知流量信号４６の線形化を実施し得る。線形化のためには、最小自乗法および他の回帰技術等の多くの方法が存在する。１９９９年７月９日にＴ．Ｉ．ＰａｔｔａｎｔｙｕｓおよびＦ．Ｔａｒｉｑによって出願され、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ」と題する米国特許第６，４４９，５７１号に開示される方法が参照される。
【００３０】
センサ４４は、毛細管に巻き付けられた２個の測温抵抗体からなり得る。２個の測温抵抗体は、その２個の測温抵抗体によって生み出された信号を調整するためのインタフェース回路部と結合し得る。１９９９年７月９日にＴ．Ｉ．Ｐａｔｔａｎｔｙｕｓらによって出願され、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題する米国特許第６，５７５，０２７号に開示されるインタフェース回路が具体的に参照される。
【００３１】
バルブ４０は、ソレノイドによりアクティブ化されるバルブであり得る。バルブ駆動回路部３８に使用され得る多くの回路構成がある。これらの構成は、駆動信号２６をバルブ４０を駆動するソレノイドのための駆動電流に変換し得る。駆動信号２６は、デジタル信号であり得る。バルブ駆動回路部３８のために使用され得る回路のほとんどは、トランジスタ等の制御素子を含む。制御素子は、ソレノイドにかかる電圧を連続的にスイッチングする。スイッチングは、駆動信号２６の関数である。今度はソレノイドにかかる電圧のスイッチング速度の関数である平均ソレノイド電流が、ソレノイド中に生成され得る。ソレノイド電流は、バルブ４０をアクティブ化する。１９９９年７月１０日にＴ．Ｉ．Ｐａｔｔａｎｔｙｕｓによって出願され、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  ａ  Ｓｏｌｅｎｏｉｄ」と題する米国特許第６，４０４，６１２号に開示されるバルブ駆動回路が具体的に参照される。
【００３２】
マスフローコントローラは、閉ループ制御アルゴリズムを実施し得る。１９９９年７月９日にＫ．Ｔｉｎｓｌｅｙによって出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」と題する米国特許第６，３４３，６１７号に開示される先進的なデジタル制御アルゴリズムが参照される。
【００３３】
本発明は、上で言及した構成要素および方法を含むマスフローコントローラでの使用に限定されないことに留意することが重要である。
【００３４】
本発明は、ＰＩコントローラ１０における積分ゲイン係数ＫIが可変であることを可能ならしめるという点で、重要な技術的利点を提供する。積分ゲイン係数ＫIは、設定点信号３０の関数である。従って、設定点信号３０が低い場合、システムの応答が高速化され得る。
【００３５】
本発明の他の技術的利点は、バルブ４０に関連する不感時間が低減されることである。バルブ４０の不感時間は、マスフローコントローラ２８がコントローラを通る可能な最大フローの１００％に向けて立ち上がっていようが、コントローラを通る可能な最大フローの５％に向けて立ち上がっていようが、同じ効率で低減される。
【００３６】
本発明のさらに他の技術的利点は、設定点信号３０の変化の大きさにかかわらず、バルブ４０の反応の速度が均一であることである。換言すると、設定点信号３０が、マスフローコントローラ２８を通る可能な最大フローの１００％またはマスフローコントローラ２８を通る可能な最大フローの５％に設定されている場合に、バルブ４０は、同じ速度で応答する。積分ゲイン係数ＫIに可変ゲインを使用することによって、バルブ４０は均一な応答の速度を有する。積分ゲイン係数ＫIは、バルブ４０に固有の非線形な挙動を補償する。
【００３７】
本発明の他の技術的利点は、均一な外乱排除（取り込み口の圧力外乱）である。ＰＩコントローラ１０の閉ループの全体のゲインは、定数である。
【００３８】
本発明の他の技術的利点は、バルブ４０についての不感時間が低減されることである。積分ゲイン係数ＫIについてのゲインが調整可能であることに起因して、バルブ４０についての不感時間は、ゲインを増加させ、バルブ４０の応答を速めることによって低減される。
【００３９】
本発明は、例示的な実施形態を参照して明細書中で詳細に説明されてきたが、説明はもっぱら例示のためであり、限定的な意味に解釈されるべきでないことが理解されるべきである。従って、本発明の実施形態の詳細の変更および本発明の追加の実施形態は、この説明を参照した当業者にとって明らかであり、また、そのような当業者によってなされ得ることが、さらに理解されるべきである。すべてのそのような変更および追加の実施形態は、特許請求の範囲によって請求される本発明の精神および真の範囲内であることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
バルブ駆動信号とバルブを通るフローとの間の非線形な関係を示すグラフである。
【図２】
可変ＰＩコントローラのブロック図である。
【図３】
本発明の１つの実施形態を示す図である。
【図４】
積分ゲイン係数と設定点信号との間の関係を示すグラフである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003504750.tif 000010
【図２】
2003504750.tif 000011
【図３】
2003504750.tif 000012
【図４】
2003504750.tif 000013