(57)【要約】  この発明の実施例は、複数流路バルブ制御のためのシステムおよび方法を提供する。この発明の一実施例は、バルブ制御のシステムを含み、これは、プロセッサ（５０４）と、プロセッサ（５０４）によってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体（５１８）と、アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号を第１の流路（５０６）で出力するため（８０６）、およびバルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を第２の流路（５０８）で出力するため（８１０）にプロセッサによって実行可能なコンピュータ命令（５１６）のセットとを含む。
2008506190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ制御のシステムであって、
プロセッサと、
前記プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、
前記コンピュータ読取可能な媒体に記憶されるコンピュータ命令のセットとを含み、前記コンピュータ命令のセットは、
バルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号を第１の流路で出力するため、および、
前記バルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を第２の流路で出力するために実行可能な命令を含む、システム。
【請求項２】
前記初期力はバルブしきい値にほぼ等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御力は少なくとも残余力の一部分である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記残余力は総力から前記初期力を差し引いたものに等しい、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の信号は前記初期力に比例するパルス幅を有する第１のパルス幅変調信号であり、前記第２の信号は前記制御力に比例するパルス幅を有する第２のパルス幅変調信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
基準電圧を生成する基準電圧源と、
前記基準電圧源および前記プロセッサに接続される第１のオープンドレインバッファとをさらに含み、前記第１のオープンドレインバッファは前記第１の信号を受取り、前記初期力に比例する第１の電圧を有する第３の信号を出力し、前記システムはさらに、
前記プロセッサに接続される第２のオープンドレインバッファを含み、前記第２のオープンドレインバッファは前記第２の信号を受取り、前記制御力に比例する第２の電圧を有する第４の信号を出力する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
第１の加算器をさらに含み、前記第１の加算器は前記第１の電圧を前記基準電圧から減じて残余電圧を有する第５の信号を生成する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のオープンドレインバッファは第２の加算器に接続され、前記第２のオープンドレインバッファは前記残余電圧および前記第２の信号に基づいて前記第４の信号を生成する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第３の信号をフィルタリングする第１のローパスフィルタと、
前記第４の信号をフィルタリングする第２のローパスフィルタとをさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第３の信号および前記第４の信号を加えてバルブ制御信号を生成する第２の加算器をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記バルブ制御信号を前記バルブに適用されるべきバルブ力へと変換する前記第２の加算器に接続されるアクチュエータ制御モジュールをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の信号を前記初期力に比例する第１の電圧を有する第３の信号へと変換する前
記プロセッサに接続される第１のデジタルアナログ変換器と、
前記第２の信号を前記制御力に比例する第２の電圧を有する第４の信号へと変換する前記プロセッサに接続される第２のデジタルアナログ変換器とをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１のデジタルアナログ変換器、および前記第３の信号および前記第４の信号を加えてバルブ制御信号を生成する前記第２のデジタルアナログ変換器に接続される加算器をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御力は残りの力に比例するように示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コンピュータ命令は、
設定点信号を受取るため、
前記設定点信号に応答して前記第１の信号を出力するために実行可能な命令をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コンピュータ命令は、
設定点信号を受取るため、および
前記設定点信号に基づいて前記第２の信号を生成するために実行可能な命令をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コンピュータ命令は、新しい初期力を示すために前記第１の信号を変化させるために実行可能な命令をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コンピュータ命令は、圧力の変化に応答して前記第１の信号を変化させるために実行可能な命令をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
バルブ制御のための方法であって、
前記バルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号を第１の制御流路で出力するステップと、
前記バルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を第２の制御流路で出力するステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号から第３の信号を生成するステップとを含み、前記第３の信号は前記初期力および前記制御力に等しいバルブ力を示す、方法。
【請求項２０】
前記初期力を第１のパルス幅変調信号で示すステップ、および前記制御力を第２のパルス幅変調信号で示すステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記初期力を前記初期力に比例する第１の電圧で示すステップと、
前記制御力を残余力に対して前記制御力に比例する第２の電圧で示すステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記残余力は総力から前記初期力を差し引いたものである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３の信号を生成するステップは、前記第１の信号および前記第２の信号を加えるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記初期力は、ほぼバルブしきい値力である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
新しい初期力を示すために前記第１の信号を変更するステップをさらに含む、請求項１
９に記載の方法。
【請求項２６】
バルブを制御する方法であって、
総力に比例する基準電圧を備えた基準信号を生成するステップと、
前記基準電圧に基づいて第１の電圧を有する第１の信号を生成するステップとを含み、前記第１の電圧は初期力に比例し、前記方法はさらに、
残余電圧を有する第２の信号を生成するステップと、
制御力に比例する前記残余電圧に基づいて第２の電圧を生成するステップと、
前記第１の電圧および前記第２の電圧に等しい制御電圧を有するバルブ制御信号を生成するステップとを含む、方法。
【請求項２７】
第３の電圧を適用される力へと変換するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
新しい初期力を示すために前記第１の電圧を変更するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
バルブ制御システムであって、
プロセッサを含み、前記プロセッサはさらに、
しきい値出力と、
制御出力とを含み、前記制御システムはさらに、
前記プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、
前記コンピュータ読取可能な媒体に記憶されるコンピュータ命令のセットとを含み、前記コンピュータ命令のセットは、
アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１のパルス幅変調信号を前記しきい値出力で出力するため、および
前記バルブに適用されるべき制御力を示す第２のパルス幅変調信号を制御流路で出力するために実行可能な命令を含み、前記制御システムはさらに、
基準電圧源と、
第１のオープンドレインバッファとを含み、前記第１のオープンドレインバッファは、
前記基準電圧源に接続される基準電圧入力と、
前記しきい値出力に接続されるしきい値入力と、
第１のオープンドレインバッファ出力とをさらに含み、前記制御システムはさらに、
前記第１のオープンドレインバッファ出力に接続される第１のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタおよび前記基準電圧源に接続される第１の加算器入力を有する第１の加算器と、
第２のオープンドレインバッファとを含み、前記第２のオープンドレインバッファは、
第１の加算器出力に接続される残余電圧入力と、
前記制御出力に接続される制御入力と、
第２のオープンドレインバッファ出力とをさらに含み、前記制御システムはさらに、
前記第２のオープンドレインバッファ出力に接続される第２のローパスフィルタを含み、前記第２のローパスフィルタは第２のローパスフィルタ出力を有し、前記制御システムはさらに、
前記第２のローパスフィルタ出力に接続される第２の加算器を含む、制御システム。
【請求項３０】
前記第２の加算器の出力に接続される比例アクチュエータ制御モジュールをさらに含む、請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３１】
バルブを制御するための方法であって、
第１のパルス幅変調信号を生成するステップを含み、パルス幅は初期力に比例し、前記
方法はさらに、
第２のパルス幅変調信号を生成するステップを含み、パルス幅は制御力に比例し、前記方法はさらに、
前記第１のパルス幅変調信号および基準電圧に基づいて、前記第１のパルス幅変調信号を前記初期力に比例する第１の電圧を有する第１の直流信号へと変換するステップと、
残余電圧を生成するステップと、
前記第２のパルス幅変調信号および前記残余電圧に基づいて、前記第２のパルス幅変調信号を前記制御力に比例する第２の電圧を有する第２の直流信号へと変換するステップと、
前記第１の直流信号および前記第２の直流信号を総計してバルブ制御信号を生成するステップとを含む、方法。
【請求項３２】
バルブ制御システムであって、
プロセッサを含み、前記プロセッサは、
しきい値出力と、
制御出力とをさらに含み、前記システムはさらに、
前記プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、
前記コンピュータ読取可能な媒体に記憶されるコンピュータ命令のセットとを含み、前記コンピュータ命令のセットは、
アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号を前記しきい値出力で出力するため、および、
前記バルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を制御流路で出力するために実行可能な命令を含み、前記システムはさらに、
基準電圧源と、
前記しきい値出力および前記基準電圧源に接続される第１のデジタルアナログ変換器と、
前記第１のデジタルアナログ変換器の出力および前記基準電圧源に接続される第１の加算器とを含み、前記第１の加算器は残余電圧を生成し、前記システムはさらに、
前記制御出力および前記第１の加算器ならびに前記しきい値出力に接続される第２のデジタルアナログ変換器と、
前記第１のデジタルアナログ変換器および前記第２のデジタルアナログ変換器の出力に接続される第２の加算器とを含む、システム。
【請求項３３】
バルブを制御するための方法であって、
初期力を示すデジタル信号を生成するステップと、
制御力を示す第２のデジタル信号を生成するステップと、
第１のデジタル信号および基準電圧に基づいて、前記第１のデジタル信号を第１のデジタルアナログ変換器で前記初期力に比例する第１の電圧を有する第１の直流信号へと変換するステップと、
残余電圧を生成するステップと、
前記第２のデジタル信号および前記残余電圧に基づいて、前記第２のデジタル信号を第２のデジタルアナログ変換器で前記制御力に比例する第２の電圧を有する第２の直流信号へと変換するステップと、
前記第１の直流信号および前記第２の直流信号を総計するステップと含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
この発明の実施例は、流量制御の分野に関する。特に、この発明の実施例は、複数流路流量制御のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
多くの熱式質量流量コントローラは、力で作動される「グローブ」バルブを利用してコントローラを通る気体の流量を制御する。図１に示されるようなグローブバルブは、典型的には、円形または円錐形のバルブシート１２をふさぐ球形のポペット１０を含む。バルブ軸１４に接続される可変のフォースアクチュエータは、バルブシート１２からポペット１０を開くために力を作用させることができる。図１に示されるもののようなバルブは、制御されている流体の差圧力１６がバルブを閉じるか、またはバルブを開くように作用するように設計することができる。図１の例では、差圧力１６はバルブを開くように作用する。この力を打消すため、事前加重ばねは、作動力なしにバルブを閉じておくためにポペットにばね力１８を作用させることができる。この事前加重力は、一般に、最高の予想入口圧力での流れを防ぐために十分高く設定される。
【０００３】
多くの質量流量コントローラでは、アクチュエータによる、力の最初の適用は、感知できるほどの流量には繋がらない。というのはバルブが事前加重ばね力によって閉じられているからである。作動力が、ばね力から差圧によって生じる力を差し引いたものにほぼ等しくなったとき、ポペットは開き、流体が流れ始める。さらに作動力がバルブ軸に適用されると、ポペットはバルブシートからさらに動かされ、流れのオリフィスが拡大される。これはバルブを通る流量を増加させる。
【０００４】
図２は、バルブに対する例としての流量／力の曲線を示す。流れが生じていない力の流量／力の曲線の領域は、デッドバンドと称される。デッドバンド領域の幅は、事前加重閉鎖力および差圧力によってポペットに作用される開放力に比例する。流れが生じている領域は有用な制御領域である。漏れが生じ始め、かつバルブが開き始める点は、バルブしきい値と称される。制御領域の流量は、典型的には事前加重ばねに対して作用する作動力によって生じるバルブの変位、バルブシート／ポペットの直径、および差圧に比例する。図２の制御領域は一般に線形として示されるが、制御領域は非線形でもよく、機械的なヒステリシスがあってもよい。
【０００５】
（動的および静的の両方の）いくつかの要因は、バルブのしきい値およびゲイン（すなわち、流量／力の曲線の傾き、制御領域）を変えることができる。たとえば、事前加重の変化は、制御領域のゲインに影響することなくバルブしきい値を変える。バルブの直径の変化は、比較的小さなしきい値の変化を伴って、ゲインに影響する。これは、より大きいバルブポペットの同じ線形の変位が同じ差圧でバルブを通るより大きな流量に繋がるからである。同様に、差圧の変化はゲインに影響し、差圧の増加はより大きなゲインに繋がる。
【０００６】
図３は、バルブの直径および事前加重設定の３つの組合せに対する３つの例としての流量／力の曲線を示す。３つの応答曲線の各々は、バルブの直径および対応する事前加重設定の変動にかかわらず、１００パーセントの流量に到達することができる。しかしながら、バルブはそれらの制御領域内で異なるしきい値レベルおよびゲインを示す。バルブの直径がより大きいか、または予想される差圧がより高いとき、バルブの事前加重は漏れを防
ぐために増加される。同様に、バルブの直径がより小さいか、または予想される差圧がより低いとき、事前加重は減少され得る。これは確実にバルブが適切な最大の流量に到達することができるように、より小さいバルブのより低いゲインまたはより低い圧力を補償する。先行技術のシステムでは、各質量流量コントローラは、しきい値およびゲインの変化を補償するために個々に調整される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術の質量流量コントローラバルブシステムは、バルブ軸に適用される開放力を設定するために単一の制御システム出力流路を利用していた。非ゼロの質量流量設定点が受取られるとき、制御システムは、流量が確立され、かつ最終的に設定点値に等しくなるまで出力値を増加させ始める。しきい値を超えるまでバルブ力を増加させるのに必要な時間は、低速な応答時間に貢献する。さらに、単一の流路でデッドバンドを通る遷移を考慮しなければならないことは、典型的な制御アルゴリズムの積分項が設定点を行き過ぎることを生じさせ得る。
【０００８】
これらの結果に対抗するため、一部の先行技術のシステムは、非ゼロの流量設定点がアサートされるたびにバルブドライブがすぐに流量のしきい値へと駆動されるように制御システム出力にプリチャージを適用する。このシステムは、デッドタイムおよび制御システムの行き過ぎの低減には有効であるが、他の問題をもたらす。１つのそのような問題は、制御領域における分解能の損失である。ポペットに適用される作動力は、一般に、デジタルアナログ変換システムを介してデジタルコントローラによってアサートされる量子化されたステップの数に比例する。バルブしきい値に打ち勝つために固定された初期力を適用することは、単一流路システムが初期力に対してすべての利用可能なステップのうちのいくつかを使用することを必要とする。例として、単一流路制御システムがそれらのステップのうちの１００でバルブ開放力を調整することができる場合、初期力はそれらステップのうちの４５を必要とし得る。これは制御領域で流量を制御するために５５ステップのみを残す。必要なしきい値力が増加すると、初期力に対してより多くのステップが必要とされるため、制御領域の分解能は減少する。
【０００９】
さらに、バルブしきい値に到達するための初期力の付加は制御システムを複雑にする。理想的には、制御システムは、制御出力が最低限のオフセットで線形関数によって制御されるパラメータに関連付けられるときに最も容易に実現される。しかしながら、しきい値力の使用は、大きなオフセットをもたらす。オフセットの値は、バルブの直径および差圧などの静的および動的な要因に基づいて大きく変動する可能性があり、初期力を同じ流路を通じて制御力として適用する質量流量コントローラを較正するのを難しくする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
この発明の実施例は、先行技術のバルブ制御システムおよび方法の短所を排除するか、または少なくとも実質的に低減する、バルブ制御のシステムおよび方法を提供する。特に、この発明の実施例は、複数流路バルブ制御のためのステムおよび方法を提供する。
【００１１】
この発明の一実施例は、バルブ制御のシステムを含み、これはプロセッサと、プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号を第１の流路で出力するため、およびバルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を第２の流路で出力するためにプロセッサによって実行可能なコンピュータ命令のセットとを含む。
【００１２】
この発明の別の実施例は、バルブを制御するための方法を含み、これは、バルブに適用
されるべき初期力を示す第１の信号を第１の制御流路で出力するステップと、バルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を第２の制御流路で出力するステップと、第１の信号および第２の信号から第３の信号を生成するステップとを含み、第３の信号は初期力および制御力に等しいバルブ力を示す。
【００１３】
この発明のさらに別の実施例は、バルブを制御するための方法を含み、これは、総力に比例する基準電圧を備えた基準信号を生成するステップと、基準電圧に基づいて第１の電圧を有する第１の信号を生成するステップとを含み、第１の電圧は初期力に比例し、この方法はさらに、残余電圧を有する第２の信号を生成するステップと、制御力に比例する残余電圧に基づいて第２の電圧を生成するステップと、第１の電圧および第２の電圧に等しい第３の電圧を有するバルブ制御信号を生成するステップとを含む。
【００１４】
この発明の別の実施例は、バルブ制御システムを含み、これは、しきい値出力および制御出力を備えたプロセッサと、プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１のパルス幅変調信号をしきい値出力で出力するため、およびバルブに適用されるべき制御力を示す第２のパルス幅変調信号を制御流路で出力するために実行可能なコンピュータ命令のセットとを有する。この実施例は、基準電圧源、ならびに基準電圧源に接続される基準電圧入力、しきい値出力に接続されるしきい値入力、および第１のオープンドレインバッファ出力を有する第１のオープンドレインバッファも含み得る。バルブ制御システムはさらに、第１のオープンドレインバッファ出力に接続される第１のローパスフィルタと、第１のローパスフィルタおよび基準電圧源に接続される第１の加算器入力を有する第１の加算器とを含み得る。この発明のこの実施例は、第１の加算器出力に接続される残余電圧入力、制御出力に接続される制御入力、および第２のドレインバッファ出力を有する第２のオープンドレインバッファも含み得る。制御システムはさらに、第２のオープンドレインバッファ出力に接続される第２のローパスフィルタも含んでもよく、第２のローパスフィルタは、第２のローパスフィルタ出力、および第２のローパスフィルタ出力に接続される第２の加算器を有する。
【００１５】
この発明のさらに別の実施例は、バルブを制御するための方法を含んでもよく、これは、第１のパルス幅変調信号を生成するステップを含み、パルス幅は初期力に比例し、この方法はさらに、第２のパルス幅変調信号を生成するステップを含み、パルス幅は制御力に比例し、この方法はさらに、第１のパルス幅変調信号および基準電圧に基づいて、第１のパルス幅変調信号を初期力に比例する第１の電圧を有する第１の直流信号へと変換するステップと、残余電圧を生成するステップと、第２のパルス幅変調信号および残余電圧に基づいて、第２のパルス幅変調信号を制御力に比例する第２の電圧を有する第２の直流信号へと変換するステップと、第１の直流信号および第２の直流信号を総計してバルブ制御信号を生成するステップとを含む。
【００１６】
この発明の別の実施例は、バルブ制御システムを含んでもよく、これは、しきい値出力制御出力を備えたプロセッサと、プロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読取可能な媒体と、アクチュエータによってバルブに適用されるべき初期力を示す第１の信号をしきい値出力で出力するため、およびバルブに適用されるべき制御力を示す第２の信号を制御流路で出力するために実行可能なコンピュータ読取可能な媒体に記憶されるコンピュータ命令のセットとを含む。制御システムはさらに、基準電圧源と、しきい値出力および基準電圧源に接続される第１のデジタルアナログ変換器と、第１のデジタルアナログ変換器の出力、および残余電圧を生成する基準電圧源に接続される第１の加算器とを含み得る。制御システムはさらに、制御出力および第１の加算器に接続される第２のデジタルアナログ変換器を含み得る。制御システムはさらに、第１のデジタルアナログ変換器および第２のデジタルアナログ変換器の出力に接続される第２の加算器を含み得る。
【００１７】
この発明のさらに別の実施例は、３１を含むバルブを制御するための方法を含み得る。バルブを制御するための方法は、初期力を示すデジタル信号を生成するステップと、制御力を示す第２のデジタル信号を生成するステップと、第１のデジタル信号および基準電圧に基づいて、第１のデジタル信号を第１のデジタルアナログ変換器で初期力に比例する第１の電圧を有する第１の直流信号へと変換するステップと、残余電圧を生成するステップと、第２のデジタル信号および残余電圧に基づいて、第２のデジタル信号を第２のデジタルアナログ変換器で制御力に比例する第２の電圧を有する第２の直流信号へと変換するステップと、第１の直流信号および第２の直流信号を総計してバルブ制御信号を生成するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付の図面とともに以下の説明を参照することで、この発明およびその利点がさらに完全に理解されるであろう。図面中、同様の参照番号は同様の特徴を示す。
【００１９】
詳細な説明
この発明の実施例は、複数流路バルブ制御のためのシステムおよび方法を提供する。特に、この発明の実施例は、質量流量コントローラにおけるデュアル流路バルブドライブのシステムおよび方法を提供する。
【００２０】
この発明の目的のため、「総力」という用語は、特定のバルブ構成に対して１００％の流量を達成するために必要な力を指し、「初期力」は、バルブに対する力／流量の曲線の初期部分上でバルブに適用されるベースライン力を指し、残余力は、総力と初期力との差であり、「制御力」という用語は、初期力に加えて適用される力を示し、「バルブ力」という用語は、バルブに適用される力の量を示す。
【００２１】
この発明の実施例は、初期力が第１の流路で示され、かつ制御力が別の流路で示され得るバルブ制御システムを提供する。２つの流路の出力を組合せてバルブ力を決定することができる。初期力および制御力の制御を複数の流路で分割することにより、制御システムは、制御力を制御する分解能を増加させ、かつバルブに対する力／流量の曲線に影響する動的な条件（たとえば、圧力の変化）により容易に反応することができる。
【００２２】
図４は、流量コントローラの一実施例の図である。質量流量コントローラ４００は、入口継手４１０、流量制限器４２０、熱式質量流量センサ４３０、制御バルブ４４０、ソレノイド４５０、出口継手４６０、および制御システムまたはプロセス管理システムと通信するための入出力カップリング４７０を含む。上流および下流の抵抗器ならびにソレノイド４５０を含み得る熱式質量流量センサ４３０は、組込み制御システムに結合されてもよい。制御バルブは、電流が制御されたソレノイドバルブ駆動回路によって駆動される。
【００２３】
流体（たとえば、気体、液体、気体‐蒸気の混合）は、入口継手４１０を通って質量流量コントローラ４００に入り、流量制限器４２０、制御バルブ４４０および出口継手４６０を通って流れる。出口継手４６０を通って流れる気体の量は、制御バルブ４４０によって制御され、これはソレノイド４５０によって制御される。組込み制御システムは、設定点入力および流量センサ出力を監視する。組込み制御システムによって実行される閉ループ制御アルゴリズムなどの制御アルゴリズムは、バルブ制御信号をソレノイド４５０に出力するように動作する。バルブ制御信号に応答して、ソレノイド４５０はバルブ軸４６２に力を作用させて、ポペット４６４をバルブシート４６６から離すように動かす。制御バルブ４４０を通る特定の流量を可能にするためにソレノイドが作用させなければならない力の量は、事前加重ばねによって作用される事前加重力、隔壁によって作用される力、および差圧力に基づき得る。図４の質量流量コントローラは例として提供されるものに過ぎ
ず、この発明の実施例は、Tinsleyらによって２００４年７月８日に出願された、「圧力感度が低減された質量流量コントローラのための方法およびシステム（“Method and System for a Mass Flow Controller with Reduced Pressure Sensitivity”）」と題される、米国特許出願連続番号第１０／８８６，８３６号（代理人事務処理予定表番号ＭＹＫＲ１４９０）に記載されるものを含む、さまざまな質量流量コントローラで実現可能であり、この出願をここに全体として引用により援用する（「圧力感度低減出願」）。
【００２４】
図５は、この発明の一実施例による制御システム５００の一実施例の図である。制御システム５００は、上流および下流の検出要素（たとえば、抵抗器）の抵抗に基づいて検出された流量を出力するためにセンサロジックを含み得る。センサロジック５０１は、ここに全体として引用により援用される、Larsonらに対して２００３年６月１０日に発行された、「質量流量センサインターフェイス回路（“Mass Flow Sensor Interface Circuit”）」と題される、米国特許第６，５７５，０２７号のインターフェイスロジックなどのセンサロジックを含み得る。プロセッサ５０５（たとえば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、または当該技術分野で知られる他のプロセッサ）は、アナログデジタル（「Ａ／Ｄ」）変換器５０２によってセンサロジック３０２に接続され得る。Ａ／Ｄ変換器５０２は、センサロジック５０１から検出された流量信号を受取り、受取られた信号を検出された流量のデジタル表現に変換することができる。プロセッサ５０４は、Ａ／Ｄ変換器５０２から検出された流量を受取ることができる。コントローラ５００に適用されるデジタルまたはアナログの設定点５０５、および検出された流量に基づいて、プロセッサ５０５は、流体の流量を規制するためにどれくらいバルブを開くべきかまたは閉じるべきかを表わすデジタル制御信号を生成することができる。制御信号を生成する際、コントローラ５００は、ここに全体として引用により援用される、Dwight Larsonによって２００４年７月８日に出願された、「姿勢不感流量装置システムおよび方法（“Attitude Insensitive Flow Device System and Method”）」と題される、米国特許出願第１０／８８７，０４８号（代理人事務処理予定表番号ＭＹＫＲ１５２０）に記載されるように、熱式質量流量センサ（たとえば、熱式質量流量センサ４３０）の姿勢を考慮することもできる。
【００２５】
一実施例によると、この発明は、複数の流路を利用してバルブをどれくらい開くべきかまたは閉じるべきかを規制することができる。第１の流路５０６の出力は、たとえば、ソレノイドによって適用されるべき初期力を示すことができる。第２の流路５０８の出力は、所望の流量を生成するようにバルブを開くためにバルブに適用されるべき、付加的な、または制御力を示すことができる。この発明の一実施例によると、制御力は、残りの力の一部分として表わすことができる。
【００２６】
例として、１００％の流量の対してバルブを開くために必要な総力が１００％の力と見なされる場合、第１の流路５０６は、アクチュエータがたとえば４４％の力を適用すべきだと示すために信号を出力することができる。この発明の一実施例によると、第１の流路５０６によって示される力は、ほぼバルブしきい値力であり得る。第２の流路５０８は、アクチュエータが適用すべき残りの力（たとえば、残りの６６％の力）のパーセンテージを示すために信号を出力することができる。たとえば、第２の流路５０８は、アクチュエータが残りの力の５０％を適用すべきだと示すことができる。第１の流路および第２の流路の出力を組合せて、アクチュエータによって適用されるべきバルブ力を示すことができる。上述の例を続けると、第１の流路および第２の流路の出力を組合せて、アクチュエータが総力の７７％（たとえば、初期力としての総力の４４％に制御力としての残りの力の５０％を足す）をバルブに適用すべきだと示すことができる。流路の出力はこの発明の一実施例によると、たとえば、図６および図７に示されるような付加的なロジックを使用して組合せることができる。
【００２７】
第１の流路５０６の出力がバルブしきい値力で適用されるかまたはその近くで適用され
るべき力を示す場合、第２の流路５０８の分解能全体は、バルブの制御領域に対して使用することができる。以前の例に戻ると、バルブしきい値力が１００％の流量を達成するためにバルブを開くために必要な力の約４４％であり、かつ第１の流路５０６の出力が総力の約４４％のアクチュエータによって適用されるべき力を示すように構成される場合、総力の残り６６％は、事前加重を克服するためでなく、実際にバルブを開くために使用される力である。使用されるこの残りの６６％の量は、第２の流路５０８の出力によって決められる。
【００２８】
第１の流路５０６および第２の流路５０８は、当該技術分野で知られるあらゆるデジタルまたはアナログのスキームによって適用されるべきそれぞれの力を示すことができる点に注目されたい。たとえば、各流路は、適用されるべき力のデジタル表現を出力することができるか、または各流路に対して適用されるべき力に対する電圧を出力することができる。この発明の一実施例によると、各制御流路の出力はパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号であり得る。当業者によって理解されるように、ＰＷＭ信号はプリセット周波数を有する。デューティサイクルと称される、各期間（Ｐ）において、信号を出力するピンは、時間ｔ1に対してハイに設定し、（Ｐ-ｔ1）に等しい時間ｔ2に対してローに設定することができる。時間ｔ1は、予め設定された増分でデューティサイクルの０％〜１００％であり得る。たとえば、ＰＷＭ出力は１００ＭＨｚの周波数を有し、ｔ1は．１μｓの増分で０〜１０μｓであり得る。この場合、ＰＷＭ信号はデューティサイクルごとに１００ステップを有する。
【００２９】
この発明の一実施例によると、第１の流路の出力は、総力に対して初期力に比例するパルス幅を備えたＰＷＭ信号を出力することができる。たとえば、初期力が総力の４４％である場合、ＰＷＭ信号はデューティサイクルのステップの４４％に対してハイである。第２の流路５０８については、ＰＷＭ信号は、適用されるべき残りの力の量に比例する（すなわち、総力から適用されるべき初期力を差し引いた量に比例する）デューティサイクルの部分に対してハイである。たとえば、第２の流路５０８が残りの力の５０％が適用されるべきだと示す場合、第２の流路５０８からのＰＷＭ信号はデューティサイクルの半分に対してハイに設定され得る。
【００３０】
プロセッサ５０５は、プロセッサ５０５によってアクセス可能な、コンピュータ読取可能な媒体５１８（たとえば、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、光記憶装置または当該技術分野で知られる他のコンピュータ読取可能なメモリ）にコンピュータ命令５１６のセットとして記憶される、制御アルゴリズムを含み得るソフトウェアプログラムを実行することによって、第１の流路および第２の流路で信号を生成することができる。この発明の一実施例では、コントローラ５００は、適用されるべき初期力がほぼしきい値力であることを示すためにプロセッサ５０５が第１の流路でしきい値信号を出力するように較正することができる。プロセッサ５０５は、動作の１つのモードによると、設定点信号がコントローラ５００に適用されるたびにしきい値信号を出力することができる。
【００３１】
制御アルゴリズムは、ＰＩＤ、オフセットを備えた改良されたＰＩＤ、または当該技術分野で知られる他の制御アルゴリズムを含むが、これらに限らない、当該技術分野で知られるあらゆる制御スキームを使用して、第２の流路５０８でデジタル制御信号出力を計算することができる。制御アルゴリズムは、たとえば、バルブに対する較正曲線、バルブを通って流れる気体、および適用される設定点に基づいて、どれくらいバルブを開くべきかを決定する。第１の流路がほぼバルブしきい値力である初期力を示すと仮定すると、完全に閉じられたところから完全に開かれるまでの、バルブが開くべき量は、一般に、比例アクチュエータによって適用される残余力の量に比例する。したがって、プロセッサ５０５は、第１の流路が適用されるべき初期力がほぼしきい値力であると示していると仮定する
と、バルブに適用されるべき残りの力の量を示すことによって、どれくらいバルブを開くべきかを示すことができる。たとえば、バルブを５０％開く場合、プロセッサ５０５は、バルブを５０％開くべきだと決定する制御アルゴリズムに応答して、残りの力の５０％が適用されるべきだと第２の流路５０８で示すことができる。第１の流路によって特定される初期力、および第２の流路によって特定される付加的な力を組合せて、バルブに適用されるべきバルブ力を決定することができる。
【００３２】
コントローラ５００は、付加的な入力／出力の能力を含み得る。たとえば、コントローラ５００は、コンピュータ命令５１６を更新するなどの管理的な機能を支援するためにシリアルインターフェイスを含み得る。さらに、コントローラ５００は、他の流量制御装置、管理コンピュータ、またはネットワーク上で通信することのできる他の装置と通信するためにネットワークインターフェイスを含み得る。
【００３３】
図６は、流路を組合せるために付加的なロジックを含むコントローラシステム６００の図である。制御システム６００は、当該技術分野で知られるあらゆる制御アルゴリズムを実現するためにコンピュータ読取可能な媒体に記憶されるコンピュータ命令を実行することのできるプロセッサ６０２（マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣまたは当該技術分野で知られる他のプロセッサ）を含み得る。この発明の一実施例によると、プロセッサ６０２は、第１の出力６０４（しきい値出力６０４）、および第２の出力６０６（制御出力６０６）の、少なくとも２つの出力を含み得る。各出力は、デューティサイクルごとに特定のパルス幅を有する信号を出力することのできるＰＷＭ出力であり得る。制限ではなく、例として、しきい値出力６０４および制御出力６０６の各々は、デューティサイクルごとに１６，０００ステップを備えた信号を出力することができ、ページ：１４、２ｋＨｚの基礎周波数、または５００μｓ期間である。ステップサイズは３１．２５ｎｓである（５００μｓで１６０００ステップが可能）。ＤＳＰは、Texas Instruments TMS320LF2407A、オープンドレインバッファデュアルパッケージFairchild Semiconductor NC7WZ07P6X、ｆc＝１００Ｈｚのローパスフィルタ・サレンキー・トポロジ・アクティブ二次フィルタ、およびｏｐ−ａｍｐ線形技術LT1057S8であり得る。
【００３４】
この発明の他の実施例では、しきい値出力６０４および制御出力６０６は、デューティサイクルごとに異なる数のステップ、およびデューティサイクルごとに互いに異なる数のステップを出力することができる。
【００３５】
しきい値出力６０４は、基準電圧源６１０にも接続されるオープンドレインバッファ６０８に接続され得る。オープンドレインバッファ６０８は、基準電圧（Ｖref）に対してＰＷＭ信号を実質的に二乗する。言い換えると、オープンドレインバッファ６０８は、オープンドレインバッファ６０８からのＰＷＭ信号出力が規制された時間幅およびピーク電圧の両方を有するように、しきい値出力６０４でのＰＷＭ信号出力のパルスに特定の高さを与える。１つのデューティサイクルに対するＰＷＭ信号の時間積分（すなわち、パルスが図に表わされる場合パルスの下の領域）は初期力に比例する。オープンドレインバッファ６０８の出力は、ＰＷＭ信号の幅に比例する電圧を備えたＤＣ出力を作るためにＰＷＭ信号を整流するローパスフィルタ６１２に接続される。ＰＷＭパルスの幅がすべての利用可能なステップのパーセンテージ（Ｐt）として表現される場合、これも初期力に比例するローパスフィルタの出力電圧は、ほぼ以下のとおりである。
【００３６】
Ｔ＝ＶrefＰt          ［式１］
Ｔ＝ローパスフィルタの出力
Ｖref＝基準電圧
Ｐt＝利用可能なパルス幅のパーセンテージとしてのしきい値信号のパルス幅。
【００３７】
ローパスフィルタ６１２の出力は、基準電圧源６１０にも接続される加算器６１４に接続され得る。加算器６１４は、ローパスフィルタ６１２の出力Ｔを基準電圧から減じて、ほぼ次のような残余電圧をもたらす。
【００３８】
Ｖremainder＝Ｖref−Ｔ          ［式２］
残余電圧は、この発明の一実施例によると、残余力に比例する。ローパスフィルタ６１２の出力は、以下に説明されるように加算器６２０にも接続され得る。
【００３９】
制御出力６０６は、第２のオープンドレインバッファ６１６に接続されてもよく、これは加算器６１４の出力にも接続され得る。オープンドレインバッファ６１６は、加算器６１４によって提供される残余電圧に対して制御ＰＷＭ信号を二乗する。オープンドレインバッファ６１６の出力は、ローパスフィルタ６１８に接続され得る。ローパスフィルタ６１８は、オープンドレインバッファ６１６の出力信号を整流する。ローパスフィルタ６１８の出力は、ほぼ次のような、信号出力信号６０６上のＰＷＭ信号出力のパルス幅に比例する電圧（Ｃ）を備えたＤＣ信号である。
【００４０】
Ｃ＝（Ｖremainder）Ｐc          ［式３］
Ｃ＝ローパスフィルタの出力
Ｐt＝利用可能なパルス幅のパーセンテージとしての制御信号のパルス幅。
【００４１】
ローパスフィルタ６１８の出力は加算器６２０に接続される。加算器６２０は、ローパスフィルタ６１８の出力信号を加算器６１４の出力に加えて、ほぼ以下の関係よる制御電圧（Ｖc）を有するバルブ制御信号を生成する。
【００４２】
【数１】
2008506190.tif 000003
【００４３】
制御電圧は、この発明の一実施例によると、バルブ力にほぼ比例する。加算器６２０は比例アクチュエータ制御モジュール６２２に接続され、これは、ソレノイドの場合、バルブ制御信号の電圧に比例する電流を生成するように構成される。
【００４４】
動作中の図６の制御システムの例として、しきい値出力６０４および制御出力６０６の各々がデューティサイクルごとに１６，０００ステップまでを有するＰＷＭ信号を出力することができると仮定する。さらに制御システム６００が総力の４４％のバルブしきい値を有するシステムに対して較正されていると仮定する。言い換えると、ソレノイドはバルブしきい値に到達するためにバルブを完全に開くのに必要な総力の４４％を必要とする。さらに、この例では、基準電圧が２．５ボルトであると仮定する。しきい値出力６０４は、バルブしきい値にほぼ到達するために適用されるべき初期力を示す信号を出力することができる。これは、たとえば、制御されているバルブを完全に開くために必要な総力のパーセンテージに比例する出力を生成することによって行なわれ得る。この場合、プロセッサ６０２は、デューティサイクルごとに７０４０ステップ、またはデューティサイクルで利用可能なステップの４４％を出力することができる。オープンドレインバッファ６０８
は、本質的に基準電圧をＰt（この例では．４４）で乗じて、ローパスフィルタ６１２に渡される出力を作る。ローパスフィルタ６１２の出力信号は、式１によってＰtをＶrefで乗じたものに等しい電圧を有するＤＣ信号である。Ｐtに対してデューティサイクルで７０４０ステップが出力され、かつ基準電圧が２．５ボルトである場合、Ｔは１．１ボルトに等しい。加算器６１４は、式２によってＶrefからＴを減じて、１．４ボルトのＶremainderを生成するように構成される。
【００４５】
プロセッサ６０２は、どれぐらいの制御出力がバルブに適用されるべきかを示すために制御出力６０６で信号を出力することもできる。たとえば、制御アルゴリズムの決定に基づいてバルブが５０％開かれるべきであり、かつしきい値流路６０４がバルブしきい値にほぼ等しい初期力を示すように較正される場合、適用される残りの力（すなわち、総力から初期力を差し引いたもの）のパーセンテージはバルブが開くべきパーセンテージにほぼ等しい。たとえば、バルブが５０％開く場合、プロセッサ６０２は、残余力の５０％である制御力が適用されるべきであることを示すために、制御出力６０６でデューティサイクルごとに８，０００ステップを出力することができる。この場合、Ｐcは．５に等しい。
【００４６】
オープンドレインバッファ６１６は、制御出力６０６からの信号を残余力に比例する残余電圧で乗じ、結果的な信号をローパスフィルタ６１８に渡すことができる。ローパスフィルタの出力は、一実施例によると、式３によって．７ボルトのＤＣ信号であり得る。加算器６２０は、式４によって、ローパスフィルタ６０８の出力信号に対してローパスフィルタ４１８からの出力信号を総計して、１．８ボルトの制御電圧Ｖcを有するバルブ制御信号を生成することができる。比例アクチュエータ制御モジュール６２２は、たとえば、ソレノイドを５０％開かせるために１．８ボルトを比例する電流に変換することができる。
【００４７】
上述の例では、しきい値出力６０４および制御出力６０６は、適用されるべき力に比例するパルス幅を備えたＰＷＭ信号を使用して、適用されるべき初期力および制御力を示す。各ＰＷＭ信号は、電圧、すなわち、しきい値出力６０４の場合は基準電圧、制御出力６０６の場合は残余電圧に対して二乗される。しかしながら、プロセッサ６０２は、バルブに適切な力を生成するように処理されたデジタルおよびアナログの出力経由を含む、他の態様で、適用されるべき初期および制御の力を示すことができることに注目されたい。さらに、上述の例のしきい値出力６０４は、ほぼバルブしきい値力である初期力を示すため、制御出力６０６上の総計のデューティサイクル出力のパーセンテージとしてのパルス幅は、バルブが開くべきパーセンテージにほぼ対応することに注目されたい。この発明の他の実施例では、しきい値出力６０４によって示される初期力は、バルブしきい値とは異なり得る。
【００４８】
さらに、上述の例では、バルブしきい値は変化せず、したがって、しきい値出力６０４上のＰＷＭ信号のパルス幅は安定している。この発明の他の実施例によると、しかしながら、しきい値出力６０４で示される初期力は変化し得る。たとえば、流量コントローラによって経験される圧力が変化すると、バルブしきい値も変化し得る。プロセッサ６０２は、どのバルブしきい値がしきい値出力６０４で対応するＰＷＭ信号を適用かつ生成すべきかを決定するために圧力センサを監視することができる。
【００４９】
例として、差圧が増加したために上述の例のバルブしきい値が４４％から３０％に変化したが、設定点は変化しない場合、ローパスフィルタ６１２の出力は、．７５ボルト（式１によって．３０＊２．５）の電圧を備えたＤＣ信号である。加算器６１４からのＶremainderは１．７５ボルトである。この例では、設定点が依然としてバルブが５０％開くべきだと命じるため、制御出力４０６は同じ信号を出力し続け得る。ローパスフィルタ６２０の出力信号は、この場合、．８７５ボルトである。結果として、加算器４２０の出力は
、１．６２５ボルトの制御電圧を備えたバルブ制御信号である。アクチュエータ制御モジュール６２２は、この電圧を、アクチュエータに適切な力をバルブに適用させる電流へと変換することができる。バルブを５０％開くためにアクチュエータによって必要とされる力は前の例より小さいが、これはより大きな差圧がより小さなしきい値を生じさせるからである。
【００５０】
図７は、流路を組合せるためのロジックを含む複数流路バルブ制御を利用する制御システム７００の別の実施例の図である。制御システム７００は、当該技術分野で知られるあらゆる制御アルゴリズムを実現することができるプロセッサ７０２（マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣまたは当該技術分野で知られる他のプロセッサ）を含み得る。この発明の一実施例によると、プロセッサ７０２は、第１の出力７０４（しきい値出力７０４）、および第２の出力７０６（制御出力７０６）の、少なくとも２つの出力を含み得る。各出力は、デジタル信号を通じて適用されるべき力を示すデジタル出力であり得る。
【００５１】
しきい値出力７０４は、デジタル信号をしきい値出力７０４のデジタル信号によって示される初期力に比例する電圧を有するアナログ信号へと変換することのできる第１のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ７０８）に接続され得る。たとえば、しきい値出力７０４の信号が総力の４４％が初期力として適用されるべきであると示す場合、ＤＡＣ７０８の出力は、基準電圧源７０９によって提供される基準電圧の４４％であり得る。加算器７１０は、ＤＡＣ７０８の出力を基準電圧から減じて、残余力に比例する残余電圧を生成することができる。
【００５２】
制御出力７０６は、第２のＤＡＣ７１２に接続され得る。ＤＡＣ７１２は残余電圧を受取り、制御出力７０６の信号を残余電圧で乗じることができる。たとえば、制御出力７０６が残りの力の５０％がバルブに適用されるべきであると示す場合、ＤＡＣ７１０の出力信号の電圧は残余電圧の半分である。ＤＡＣ７１２およびＤＡＣ７０８の出力信号は、加算器７１４で総計して、制御電圧を有する制御信号を生成することができる。アクチュエータ制御モジュール７１６は、アクチュエータが、制御信号の制御電圧に比例するバルブ力をバルブに適用するように制御信号を処理することができる。
【００５３】
図８は、複数流路制御のための方法の一実施例を示すフローチャートである。図８のプロセスは、たとえば、コンピュータ読取可能な媒体（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、磁気ディスクまたは当該技術分野で知られる他のコンピュータ読取可能な媒体）に記憶され、かつ流量コントローラのプロセッサおよび／または流量コントローラのハードウェアプログラミングによって実行されるソフトウェア命令のセットとして実現され得る。ステップ８０２では、バルブしきい値が記憶され得る。バルブしきい値は、バルブ構成およびバルブが経験するであろう予想される最大の差圧に基づき得る。特定のソレノイド（または他のアクチュエータ）、バルブの組合せは、所与の差圧に対してほぼ同じしきい値を有するため、しきい値は、同じバルブ／制限器の組合せを有する流量コントローラのビンに対して決定することができる。これは流量コントローラの較正を、コントローラごとにではなく、ビン（すなわち、バルブ／制限器の構成）ごとに行なうのを可能にする。特定の流量コントローラは、たとえば、バルブしきい値に到達するのに必要な総力のパーセンテージ、たとえば、総力の４４％を経験的に決定することによって較正することができる。
【００５４】
しきい値は、コントローラによって示される初期力がバルブしきい値であるか、またはしきい値を下回るように選択することができる。たとえば、コントローラに対して記憶されたしきい値は、初期力が総力の４３％であるべきだと示すことができる。初期力が経験的に決定されたバルブしきい値よりわずかに小さくなるようにコントローラを較正することは、初期力が適用されたときに漏れが起こらないようにする。特定のコントローラに対
して決定されたしきい値は、同様のバルブ制限器の配列を有する複数の流量コントローラに記憶することができる。さらに、複数のしきい値は、流量コントローラが経験し得るさまざまな最大の差圧を考慮するためにコントローラに記憶することができる。
【００５５】
コントローラは、ステップ８０４で設定点値を受取ることができる。設定点値は、典型的には、どれくらいの流量を流量コントローラが可能にすべきかを示すためにプロセスツールまたは管理コンピュータによってアサートされる。ステップ８０６で、第１の流路は、記憶されたしきい値に基づいて初期力を出力することができる。この場合、示される初期力は、ほぼバルブしきい値力であり得る。さらに、ステップ８０８で、コントローラは、設定点によって命じられた流量を可能にするためにどれぐらいバルブを開くべきかを決定することができる。ステップ８１０では、コントローラは、適用されるべき残余力（すなわち、総力から初期力を差し引いたもの）の量を示す信号を第２の流路で生成することができる。言い換えると、コントローラは、適用されるべき制御力の量を第２の流路上で示すことができる。
【００５６】
ステップ８１２では、コントローラは、バルブに適用されるべきバルブ力を示す信号を生成することができる。バルブ力は、この発明の一実施例によると、初期力に制御力を加えたものに等しくてもよい。図６および図７に関して論じたように、これは、たとえば、初期力に比例する電圧を制御力に比例する電圧に加えて、バルブ力に比例する制御電圧を備えた制御信号を生成することによって行なうことができる。バルブ制御信号は、アクチュエータに適切な量の力をバルブに適用させるアクチュエータ制御に入力されてもよい。図８のプロセスは、必要に応じて、または所望のように繰返されてもよい。
【００５７】
この発明の実施例は、変化するしきい値力の複雑な影響が大きく減じられるため、先行技術のバルブ制御システムおよび方法を上回る利点を提供する。先行技術のバルブ制御システムでは、バルブの直径の差は広い範囲のゲインに繋がる可能性があった。流量制御のゲインのこの広い範囲は、類似の流量制御性能を１つのバルブから次のものへと維持する単一流路デジタル制御システムに大きな要求を課す。出力ゲインの範囲は制御システムに対して全体的なループゲインを設定するときに考慮しなければならず、特定の質量流量コントローラの安定性および応答時間に潜在的に悪影響を及ぼす。
【００５８】
これに対して、この発明は、１つの流路をしきい値力を出力するために利用し、別の流路を制御力を出力するために利用することができる。しきい値およびゲインにかかわりなく、制御流路は制御領域において制御に対してほぼ同じ数のステップを有する。上述の例を使用すると、制御流路は、バルブしきい値およびバルブゲインにかかわりなく、制御領域において流量を制御するために約１６，０００ステップを有する。したがって、制御流路は、しきい値が増加するときに分解能を失わない。
【００５９】
２流路方法は、バルブ構成間の特性差を有効に排除することができる。特に、制御流路は、バルブ構成にかかわりなく、流量を制御するために利用可能なほぼ同じ数のステップを有するため、制御流路に対する力／流量の曲線はほぼ同じである。この発明の制御システムは、制御流路に対してバルブのゲインを正規化する。これは先行技術のシステムを上回る利点を提供することができるが、なぜなら、制御流路は先行技術のシステムより一貫し、かつ予想可能なゲインを呈示するからである。さらに、全体的な制御応答および安定性を幅広い範囲のバルブ構成に対して実現することができる。
【００６０】
この発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、実施例は例示的であり、かつこの発明の範囲はこれらの実施例に制限されないことを理解されたい。上述の実施例に対して多くの変形、修正、付加および改良が可能である。これらの変形、修正、付加および改良は特許請求の範囲に詳細に示される発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】グローブバルブの図である。
【図２】バルブに対する力／流量のグラフである。
【図３】バルブの直径または差圧の変化の影響を示す力／流量のグラフである。
【図４】流量制御装置の図である。
【図５】制御システムの一実施例の図である。
【図６】制御システムの別の実施例の図である。
【図７】制御システムの別の実施例の図である。
【図８】バルブを制御するための方法の一実施例を示すフローチャートである。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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