壓力控制裝置、流量控制裝置、壓力控制方法及流量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供壓力控制裝置、流量控制裝置、壓力控制方法及流量控制方法，即使在PID系數(shù)等增益設(shè)定得大的情況下也能防止阻尼振蕩和上沖而不改變所述增益，即使在使設(shè)定了大的設(shè)定壓力值時(shí)也能在短時(shí)間內(nèi)變化到穩(wěn)定狀態(tài)，不論設(shè)定壓力值為多少都能使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間一致。閥控制部（3）包括：開度操作量輸出部（31），根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥的開度操作量；以及限制部（32），根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的上限值，當(dāng)從所述開度操作量輸出部（31）輸出的開度操作量超過上限值時(shí)，以上限值的開度操作量控制壓力控制閥（2）。
【專利說明】壓力控制裝置、流量控制裝置、壓力控制方法及流量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制流體的壓力的壓力控制裝置、通過所述壓力控制裝置的壓力控制進(jìn)行流體的流量控制的流量控制裝置、壓力控制方法、以及流量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造工序等中，為了以規(guī)定的一定壓力向保持真空的室Y > 〃'一)內(nèi)導(dǎo)入材料氣體等流體，使用壓力控制裝置。
[0003]具體而言，所述壓力控制裝置設(shè)置在所述室的上游的流路上，由壓力傳感器、壓力控制閥和閥控制部構(gòu)成，所述閥控制部控制所述壓力控制閥，使得由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值。
[0004]以往，在通過所述壓力控制裝置進(jìn)行的流體的壓力控制中，僅有從初始狀態(tài)經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后的穩(wěn)定狀態(tài)中的壓力控制的精度受到重視，但是近年，從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的過渡狀態(tài)中的壓力控制的精度和響應(yīng)性也逐漸受到重視。
[0005]例如，在半導(dǎo)體制造工序中，要求盡可能縮短過渡狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，即，要求盡可能縮短作為從初始狀態(tài)到成為穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間的響應(yīng)時(shí)間，并且進(jìn)一步提高過渡狀態(tài)中的壓力控制的精度和響應(yīng)性。具體而言，如果設(shè)定壓力值大，則需要向所述室內(nèi)填充的流體的流量也會(huì)變大，因此存在下述問題:與設(shè)定壓力值小的情況相比，響應(yīng)時(shí)間變長，從而導(dǎo)致響應(yīng)性變差。
[0006]作為對這種問題的一個(gè)解決方法，可以例舉當(dāng)所述閥控制部通過PID控制來控制所述壓力控制閥的開度操作量時(shí)，通過設(shè)定大的值作為各PID系數(shù)(增益)來優(yōu)化壓力控制的響應(yīng)性。
[0007]然而，如果簡單地設(shè)定大的值作為PID系數(shù)等增益，則雖然在設(shè)定壓力值大的情況下，通過輸入大的開度操作量能縮短響應(yīng)時(shí)間，但是在作為目標(biāo)值的設(shè)定壓力值小的情況下，盡管無需向室內(nèi)填充那么大程度的流體，但由于以過大的開度操作量控制壓力控制閥，從而導(dǎo)致壓力控制變得不穩(wěn)定。即，如果以設(shè)定壓力值大的情況作為基準(zhǔn)來設(shè)定大的PID系數(shù)，則在設(shè)定壓力值小的情況下會(huì)破壞控制的穩(wěn)定性，如圖10所示，在過渡狀態(tài)中會(huì)產(chǎn)生阻尼振蕩P」> O義)，還會(huì)發(fā)生大的上沖(才一A—卜)。為了在所有的設(shè)定壓力值時(shí)都能夠兼顧響應(yīng)性與穩(wěn)定性，可以根據(jù)設(shè)定壓力值改變PID系數(shù)，從而優(yōu)化響應(yīng)性并且保持穩(wěn)定性，但是需要對各設(shè)定壓力值以實(shí)驗(yàn)的方式預(yù)先確定PID系數(shù)，因此使參數(shù)調(diào)整非常費(fèi)事。
[0008]另一方面，專利文獻(xiàn)I公開的壓力控制裝置，不是根據(jù)設(shè)定壓力值適當(dāng)?shù)馗淖兯龅腜ID系數(shù)，而是通過對過渡狀態(tài)中的壓力控制閥的開度操作量設(shè)置上限值(極限)，來防止產(chǎn)生上沖并且得到令人滿意的響應(yīng)性。
[0009]所述壓力控制裝置包括:PID控制部，對設(shè)定壓力值和測量壓力值的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，并輸出壓力控制閥的開度操作量；以及限制部，在從升壓開始時(shí)的初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過渡響應(yīng)期間，對從PID控制部輸出的開度操作量設(shè)定上限值。
[0010]所述限制部以相對于從升壓開始時(shí)到成為穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)過的時(shí)間成比例的方式提高開度操作量的上限值。即，在以開度操作量的上限值對所述壓力控制閥從升壓開始時(shí)起持續(xù)控制的情況下，開度相對于所經(jīng)過的時(shí)間逐漸變大。
[0011]然而，按照所述壓力控制裝置，由于所述壓力控制閥的開度操作量的上限值相對于從升壓開始起所經(jīng)過的時(shí)間固定，因此根據(jù)設(shè)定壓力值，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間會(huì)大幅度地變化。具體而言，即使在設(shè)定壓力值被設(shè)定為100%等大的值，并希望在短時(shí)間內(nèi)使壓力上升到設(shè)定壓力值的情況下，由于所述限制部在升壓開始時(shí)設(shè)定的開度操作量的上限值小，所以導(dǎo)致流體不怎么向下游流入，從而壓力的上升量也變小。因而，與設(shè)定壓力值被設(shè)定為50%等值的情況相比，設(shè)定壓力值大的情況下達(dá)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的響應(yīng)時(shí)間變得非常長。
[0012]從別的方面考慮，如專利文獻(xiàn)I所示，如果使開度操作量的上限值相對于所經(jīng)過的時(shí)間變化，則根據(jù)設(shè)定壓力值，從初始狀態(tài)到成為穩(wěn)定狀態(tài)所需的響應(yīng)時(shí)間會(huì)各不相同，不能達(dá)到一致。因此，在半導(dǎo)體制造工序中，為了能夠?qū)⒉牧蠚怏w穩(wěn)定地導(dǎo)入至室內(nèi)，將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間最長的值設(shè)定為等待時(shí)間，但是特別是在設(shè)定壓力值小的情況下，將產(chǎn)生多余的待機(jī)時(shí)間，導(dǎo)致成品率降低。
[0013]此外，在根據(jù)從壓力式的流量傳感器輸出的測量流量值進(jìn)行流量控制的所謂的基于壓力的流量控制裝置中也同樣會(huì)發(fā)生所述的問題。即，在壓力式的流量傳感器的情況下，根據(jù)產(chǎn)生壓力損失的流體阻力的上游和下游的壓力來測量流量，例如如果在下游連接室等，則下游的壓力變成保持在大體真空或一定值，實(shí)際上與通過流量控制閥控制流體阻力的上游的流體的壓力的值大體等價(jià)。因而，與所述的壓力控制裝置相同，如果為了在設(shè)定流量值大的情況下也能夠縮短響應(yīng)時(shí)間而設(shè)定大的PID系數(shù)，則在設(shè)定流量值小的情況下會(huì)破壞穩(wěn)定性，導(dǎo)致產(chǎn)生上沖和阻尼振蕩。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開公報(bào)特開2001-241841號(hào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016]鑒于所述的問題，本發(fā)明的目的是提供一種壓力控制裝置以及壓力控制方法，SP使在例如PID系數(shù)等增益設(shè)定得大的情況下也能夠防止阻尼振蕩和上沖而不改變所述增益，即使在設(shè)定了大的設(shè)定壓力值的情況下也能夠在短時(shí)間內(nèi)變化到穩(wěn)定狀態(tài)，不論設(shè)定壓力值為多少都能夠使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的響應(yīng)時(shí)間一致。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種流量控制裝置以及流量控制方法，能夠解決流量控制中的與壓力控制對應(yīng)的技術(shù)問題。
[0017]S卩，本發(fā)明提供一種壓力控制裝置，其包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力；壓力控制閥，設(shè)置在所述流路上；以及閥控制部，控制所述壓力控制閥，使得由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值，所述閥控制部包括:開度操作量輸出部，根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥的開度操作量；以及限制部，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述壓力控制閥，所述限制部根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的極限值。
[0018]在此，本說明書中的“開度操作量”是表示所述壓力控制閥的絕對開度的量。
[0019]按照所述的壓力控制裝置，在使壓力上升的控制中，所述限制部根據(jù)設(shè)定壓力值來設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，因此在例如設(shè)定壓力值大、到產(chǎn)生上沖為止比較充裕的情況下，設(shè)定大的上限值作為開度操作量的極限值，從而縮短達(dá)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間，反之，在設(shè)定壓力值小、如果開度操作量過大則立即產(chǎn)生上沖等的區(qū)域中，設(shè)定小的開度操作量的上限值使穩(wěn)定性優(yōu)先。
[0020]另外，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量超過上限值時(shí)，所述限制部以所設(shè)定的上限值的開度操作量控制所述壓力控制閥，因此即使例如PID系數(shù)等增益設(shè)定得大，也能夠防止產(chǎn)生上沖等。而且，如果PID系數(shù)等增益設(shè)定得大，則能夠使過渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)中的對指令值的跟隨性和響應(yīng)性得到優(yōu)化。
[0021]反之，在從保持為一定壓力值的狀態(tài)到使壓力下降到設(shè)定壓力值的控制中，所述限制部根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定下限值作為開度操作量的極限值，并設(shè)定開度操作量的容許范圍，因此不論設(shè)定壓力值有多大都能夠縮短響應(yīng)時(shí)間，并且在壓力降低量小的情況下能夠防止產(chǎn)生上沖和阻尼振蕩。
[0022]在從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量為所述限制部中所設(shè)定的開度操作量的上限值以下的情況下，為了在兼顧響應(yīng)性和穩(wěn)定性的狀態(tài)下進(jìn)行壓力控制，優(yōu)選的是，所述限制部設(shè)定上限值作為開度操作量的極限值，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量為上限值以下時(shí)，以從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量控制所述壓力控制閥。
[0023]為了在設(shè)定了任意設(shè)定壓力值的情況下使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間基本固定，優(yōu)選的是，設(shè)定壓力值越大，所述限制部將開度操作量的上限值設(shè)定得越大。按照該結(jié)構(gòu)，設(shè)定壓力值越大將開度操作量的上限值設(shè)定得越大，因此設(shè)定壓力值越大就能夠使通過所述壓力控制閥的流體的量越多，設(shè)定壓力值越大就能夠使每單位時(shí)間的壓力變化量越大。因此，對于各設(shè)定壓力值，能夠使從初始狀態(tài)到成為穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間基本固定。
[0024]為了使設(shè)定壓力值與從初始狀態(tài)到成為穩(wěn)定狀態(tài)的每單位時(shí)間的壓力變化量大致成比例、且為了不論設(shè)定壓力值為多少都能夠使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間基本固定，優(yōu)選的是，所述限制部對于所經(jīng)過的時(shí)間使開度操作量的上限值針對設(shè)定壓力值非線性地變化。按照該結(jié)構(gòu)，即使所述壓力控制閥的開度和通過的流體的流量之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，也能夠以反映這種非線性關(guān)系的方式來確定開度操作量的上限值，因此能夠使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的響應(yīng)時(shí)間一致。
[0025]例如，為了即使作為壓力控制對象的室等的容積發(fā)生變化，也使從初始狀態(tài)到成為穩(wěn)定狀態(tài)之間所需的時(shí)間總是保持一定而不論設(shè)定壓力值為多少，優(yōu)選的是，在過渡狀態(tài)中所述限制部根據(jù)所述壓力控制閥的下游的容積來設(shè)定開度操作量的上限值。
[0026]特別是在所述壓力控制閥的下游的容積大的情況下，為了一邊保持響應(yīng)性和穩(wěn)定性一邊使壓力能夠在短時(shí)間內(nèi)從初始狀態(tài)變化到穩(wěn)定狀態(tài)，優(yōu)選的是，所述壓力控制閥的下游的容積越大，所述限制部將開度操作量的上限值設(shè)定得越大。
[0027]作為用于不論設(shè)定壓力值為多少都使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間一致的開度操作量的上限值的設(shè)定方法的具體例子，所述限制部將與所需的流量值對應(yīng)的開度操作量設(shè)定為上限值，所述所需的流量值用于在從壓力控制開始起經(jīng)過目標(biāo)時(shí)間后使所述壓力控制閥的下游的容積中的壓力成為設(shè)定壓力值。
[0028]為了通過更改現(xiàn)有壓力控制裝置中的程序等來實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的壓力控制裝置的功能，使用以下的壓力控制方法即可。所述壓力控制方法用于壓力控制裝置，所述壓力控制裝置包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力；以及壓力控制閥，設(shè)置在所述流路上，所述壓力控制方法包括閥控制步驟，所述閥控制步驟控制所述壓力控制閥，使得由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值，所述閥控制步驟包括:開度操作量輸出步驟，根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥的開度操作量；以及限制步驟，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)在所述開度操作量輸出步驟中輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述壓力控制閥，在所述限制步驟中，根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的極限值。
[0029]為了不論設(shè)定流量值的大小都能夠使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間基本一致、并且能夠防止上沖和阻尼振蕩，使用以下的流量控制裝置即可。所述流量控制裝置包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力；流量控制閥，設(shè)置在所述流路上；以及閥控制部，控制所述流量控制閥，使得根據(jù)由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值計(jì)算出的測量流量值成為設(shè)定流量值，所述閥控制部包括:開度操作量輸出部，根據(jù)測量流量值和設(shè)定流量值輸出所述流量控制閥的開度操作量；以及限制部，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述流量控制閥，所述限制部根據(jù)設(shè)定流量值設(shè)定開度操作量的極限值。
[0030]另外，為了通過更改現(xiàn)有流量控制裝置的程序來附加不論設(shè)定流量值為多少都使響應(yīng)時(shí)間保持一定且能防止上沖和阻尼振蕩的功能，使用以下的流量控制方法即可。所述流量控制方法用于流量控制裝置，所述流量控制裝置包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力，以及流量控制閥，設(shè)置在所述流路上，所述流量控制方法包括閥控制步驟，所述閥控制步驟控制所述流量控制閥，使得根據(jù)由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值計(jì)算出的測量流量值成為設(shè)定流量值，所述閥控制步驟包括:開度操作量輸出步驟，根據(jù)測量流量值和設(shè)定流量值輸出所述流量控制閥的開度操作量；以及限制步驟，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述流量控制閥，在所述限制步驟中，根據(jù)設(shè)定流量值設(shè)定開度操作量的極限值。
[0031]按照本發(fā)明的壓力控制裝置，所述限制部不根據(jù)從初始狀態(tài)經(jīng)過的時(shí)間來改變所述壓力控制閥的開度操作量的上限值，而是根據(jù)設(shè)定壓力值確定開度操作量的上限值，因此即使設(shè)定壓力值是不同的值也能夠使從初始狀態(tài)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間一致。另夕卜，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量超過所述限制部中所設(shè)定的開度操作量的上限值時(shí)，以該上限值對所述壓力控制閥進(jìn)行控制，所以即使在例如PID系數(shù)等增益設(shè)定得大而具有高響應(yīng)的情況下，也能夠防止產(chǎn)生上沖等。
【專利附圖】
【附圖說明】[0032]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的壓力控制裝置的示意圖。
[0033]圖2是表示第一實(shí)施方式的壓力控制裝置的控制系統(tǒng)的示意性框圖。
[0034]圖3是表示第一實(shí)施方式的壓力控制閥的閥特性的圖。
[0035]圖4是表示第一實(shí)施方式的設(shè)定壓力值與所需的流體的流量的關(guān)系的圖。
[0036]圖5是表示第一實(shí)施方式的設(shè)定壓力值和開度操作量的上限值的關(guān)系的圖。
[0037]圖6是表示第一實(shí)施方式的壓力控制裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0038]圖7是表示第一實(shí)施方式的壓力控制裝置的壓力控制結(jié)果的一個(gè)例子的圖。
[0039]圖8是表示第一實(shí)施方式的壓力控制裝置的變形例的設(shè)定壓力值和開度操作量的上限值的關(guān)系的圖。
[0040]圖9是表示第二實(shí)施方式的流量控制裝置的示意圖。
[0041]圖10是表示在以往的壓力控制裝置中提高PID系數(shù)時(shí)產(chǎn)生的問題的圖。
[0042]附圖標(biāo)記說明
[0043]100壓力控制裝置
[0044]I 壓力傳感器
[0045]2 壓力控制閥
[0046]3 閥控制部
[0047]31開度操作量輸出部
[0048]32限制部
[0049]4 流量傳感器
[0050]5 室
[0051]6 真空泵
[0052]7 流路
【具體實(shí)施方式】
[0053]裝置結(jié)構(gòu)
[0054]以下參照附圖對本發(fā)明的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0055]第一實(shí)施方式的壓力控制裝置100設(shè)置在室5的上游，用于在半導(dǎo)體制造工序中以規(guī)定的一定壓力向室5內(nèi)導(dǎo)入材料氣體和載氣等流體。第一實(shí)施方式的壓力控制裝置100不僅在穩(wěn)定狀態(tài)中跟隨性具有特征，而且在過渡狀態(tài)中的響應(yīng)性和穩(wěn)定性也具有特征，不論設(shè)定壓力值為多少都能夠使從初始狀態(tài)過渡到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間基本固定。
[0056]若對所述半導(dǎo)體制造工序的概況進(jìn)行說明，則如圖1的示意圖所示，從上游開始依次設(shè)置有:用于監(jiān)控流量的流量傳感器4、所述壓力控制裝置100、有規(guī)定容積的室5、以及將所述室5內(nèi)抽成真空的真空泵6。
[0057]如圖1所示，所述壓力控制裝置100包括:壓力傳感器1，測量流過流路7的流體的壓力；壓力控制閥2，設(shè)置在所述流路7上；以及閥控制部3，根據(jù)所述壓力傳感器I測量出的測量壓力值和設(shè)定壓力值對所述壓力控制閥2進(jìn)行控制。所述壓力控制閥2、所述壓力傳感器1、所述閥控制部3構(gòu)成一個(gè)模塊，并且各部件收容在未圖示的外殼內(nèi)。而且，在半導(dǎo)體制造工序的流路7上安裝所述壓力控制裝置100的流入口和流出口，由此可以向二次側(cè)的室5內(nèi)以規(guī)定的壓力導(dǎo)入流體。另外，圖2表示該壓力控制裝置100的控制系統(tǒng)的框圖。[0058]以下對所述壓力控制裝置100的各部分進(jìn)行說明。
[0059]所述壓力傳感器I設(shè)置在所述壓力控制閥2的下游，可以測量所述流路7以及所述室5內(nèi)的壓力。
[0060]所述壓力控制閥2例如為電磁閥，可以根據(jù)從所述閥控制部3施加的電壓改變其開度。具體而言，所述壓力控制閥2可以是從開度狀態(tài)為0%的全閉狀態(tài)到開度狀態(tài)為100%的全開狀態(tài)的各種開度狀態(tài)。如圖3的圖所示，該壓力控制閥2的開度和在該開度時(shí)通過的流體的流量具有非線性關(guān)系。即，開度和通過的流體的流量的關(guān)系具有以下特點(diǎn):開度小時(shí)流量緩慢上升、達(dá)到規(guī)定的開度以上則流量急劇上升、接近全開時(shí)流量的上升量再次變小，在第一實(shí)施方式中，在考慮該壓力控制閥2的流量特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行壓力控制。
[0061]所述閥控制部3由具有CPU、存儲(chǔ)器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、輸入輸出設(shè)備等的所謂的計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，并且通過執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序來實(shí)現(xiàn)其功能。所述閥控制部3對所述壓力控制閥2進(jìn)行控制，使得由所述壓力傳感器I測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值，并且至少具有作為圖2的框圖中所示的開度操作量輸出部31和限制部32的功能。
[0062]所述開度操作量輸出部31根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥2的開度操作量。在此，開度操作量表示所述壓力控制閥2的絕對開度，例如在全開開度為100%、全閉開度為0%的情況下，開度操作量對應(yīng)于與O?100%的數(shù)值相對應(yīng)的指令值、電壓值、信號(hào)量。即，開度操作量不是表示從當(dāng)前的壓力控制閥2的開度只要變化多少開度即可的相對值，而是表示絕對值。
[0063]具體而言，如圖2的框圖所示，所述開度操作量輸出部31接收測量壓力值和設(shè)定壓力值的偏差，并使用預(yù)先設(shè)定的PID系數(shù)對該偏差進(jìn)行PID計(jì)算，將開度操作量輸出至所述限制部32。在所述開度操作量輸出部31中使用的PID系數(shù)在本實(shí)施方式中相對于設(shè)定壓力值總是使用相同值，例如，考慮穩(wěn)定狀態(tài)中的設(shè)定壓力值和測量壓力值的容許差、過渡狀態(tài)中的響應(yīng)性、對干擾的穩(wěn)健性等來設(shè)定在所述開度操作量輸出部31中使用的PID系數(shù)。此外，由于以穩(wěn)定狀態(tài)中的響應(yīng)性和對干擾的穩(wěn)定性為優(yōu)先來設(shè)定在所述開度操作量輸出部31中設(shè)定的PID系數(shù)，因此當(dāng)直接使用從所述開度操作量輸出部31輸出的開度操作量時(shí)，在過渡狀態(tài)中有發(fā)生阻尼振蕩和上沖等的可能性。
[0064]所述限制部32接收作為指令值輸入的設(shè)定壓力值，根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的上限值(極限值)，并設(shè)定開度操作量的容許范圍，并且接收從所述開度操作量輸出部31輸出的開度操作量，當(dāng)該開度操作量超過上限值時(shí)，以上限值的開度操作量來控制所述壓力控制閥2。另外，當(dāng)從所述開度操作量輸出部31輸出的開度操作量在上限值以下時(shí)，所述限制部32以從所述開度操作量輸出部31輸出的開度操作量來控制所述壓力控制閥2。換句話說，所述限制部32具有以下功能:作為極限值設(shè)定部(未圖示)的功能，根據(jù)設(shè)定壓力值來設(shè)定極限值；以及作為開度控制部(未圖示)的功能，根據(jù)由極限值設(shè)定部設(shè)定的極限值和從所述開度操作量輸出部31輸出的開度操作量來控制所述壓力控制閥2的開度。
[0065]接下來，對用于確定所述限制部32的開度操作量的上限值、設(shè)定開度操作量的容許范圍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0066]所述限制部32根據(jù)設(shè)定壓力值、在第一實(shí)施方式中由室5的容積V代表的所述壓力控制閥2的下游的容積、以及所述壓力控制閥2的流量特性來設(shè)定開度操作量的上限值。[0067]具體而言，在第一實(shí)施方式中，所述開度操作量的上限值根據(jù)在目標(biāo)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定壓力所需的流體的流量來確定，所述目標(biāo)響應(yīng)時(shí)間是從開始進(jìn)行壓力控制的初始狀態(tài)到以設(shè)定壓力值附近的壓力保持在大體一定壓力的穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間的目標(biāo)值。
[0068]從初始狀態(tài)到成為設(shè)定壓力值所需的流量可以根據(jù)氣體的狀態(tài)方程式用以下的計(jì)算式I計(jì)算。
[0069]計(jì)算式1:
【權(quán)利要求】
1.一種壓力控制裝置，其特征在于， 所述壓力控制裝置包括: 壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力； 壓力控制閥，設(shè)置在所述流路上；以及 閥控制部，控制所述壓力控制閥，使得由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值， 所述閥控制部包括: 開度操作量輸出部，根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥的開度操作量；以及 限制部，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述壓力控制閥， 所述限制部根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的極限值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力控制裝置，其特征在于， 所述限制部設(shè)定上限值作為開度操作量的極限值， 當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量為上限值以下時(shí)，以從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量控制所述壓力控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述`的壓力控制裝置，其特征在于，設(shè)定壓力值越大，所述限制部將開度操作量的上限值設(shè)定得越大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力控制裝置，其特征在于，所述限制部將與所需的流量值對應(yīng)的開度操作量設(shè)定為上限值，所述所需的流量值用于從壓力控制開始經(jīng)過目標(biāo)時(shí)間后使所述壓力控制閥的下游的容積中的壓力成為設(shè)定壓力值。
5.一種壓力控制方法，用于壓力控制裝置，所述壓力控制裝置包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力；以及壓力控制閥，設(shè)置在所述流路上， 所述壓力控制方法的特征在于， 所述壓力控制方法包括閥控制步驟，所述閥控制步驟控制所述壓力控制閥，使得由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值成為設(shè)定壓力值， 所述閥控制步驟包括: 開度操作量輸出步驟，根據(jù)測量壓力值和設(shè)定壓力值輸出所述壓力控制閥的開度操作量；以及 限制步驟，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)在所述開度操作量輸出步驟中輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述壓力控制閥， 在所述限制步驟中，根據(jù)設(shè)定壓力值設(shè)定開度操作量的極限值。
6.一種流量控制裝置，其特征在于， 所述流量控制裝置包括: 壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力； 流量控制閥，設(shè)置在所述流路上；以及 閥控制部，控制所述流量控制閥，使得根據(jù)由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值計(jì)算出的測量流量值成為設(shè)定流量值， 所述閥控制部包括: 開度操作量輸出部，根據(jù)測量流量值和設(shè)定流量值輸出所述流量控制閥的開度操作量；以及 限制部，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述流量控制閥， 所述限制部根據(jù)設(shè)定流量值設(shè)定開度操作量的極限值。
7.一種流量控制方法，用于流量控制裝置，所述流量控制裝置包括:壓力傳感器，測量流過流路的流體的壓力，以及流量控制閥，設(shè)置在所述流路上， 所述流量控制方法的特征在于， 所述流量控制方法包括閥控制步驟，所述閥控制步驟控制所述流量控制閥，使得根據(jù)由所述壓力傳感器測量出的測量壓力值計(jì)算出的測量流量值成為設(shè)定流量值， 所述閥控制步驟包括: 開度操作量輸出步驟，根據(jù)測量流量值和設(shè)定流量值輸出所述流量控制閥的開度操作量；以及 限制步驟，設(shè)定開度操作量的極限值，并且設(shè)定開度操作量的容許范圍，當(dāng)從所述開度操作量輸出部輸出的開度操作量是容許范圍外的值時(shí)，以極限值的開度操作量控制所述流量控制閥， 在所述限制步驟中，根據(jù)設(shè)定流量值設(shè)定開度操作量的極限值。
【文檔編號(hào)】G05D16/20GK103529869SQ201310275956
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】瀧尻興太郎 申請人:株式會(huì)社堀場Stec