JPH08335118A - Flow rate control method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガス等の比較的小流量
の流体の流量を制御する流量制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate control method for controlling the flow rate of a fluid having a relatively small flow rate such as gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体製品等を製造するために
は、半導体ウエハ等に対して例えばCVD成膜やエッチ
ング操作が繰り返し行われるが、この場合に微量の処理
ガスを精度良く制御する必要から例えば精密ガス流量制
御装置が用いられている。この種のガス流量制御装置
は、微量ガスの質量流量を検出するセンサ部と、バルブ
部と、これを制御する制御回路部とにより主に構成され
ている。センサ部は、全ガス量の僅かな比率の量が通過
するセンサ管に電熱コイルを巻回してなるセンサを有し
ており、大部分のガスはバイパスを流れるようになって
いる。そして、このセンサ部での検出値に基づいて制御
回路部はバルブ部の弁開度を制御し、設定値のガス流量
を流すようになっている。また、弁開度を制御するに
は、全体のガス流量自体が非常に少ないことから例えば
数10μm程度のストローク範囲内で精度良く弁開度を
制御しなければならず、このためにアクチュエータとし
て大きな推力を持ち、微小変位を生ぜしめることができ
ることから、一般的には積層型圧電素子体が用いられて
おり、これによりガス流量設定値に基づいてダイヤフラ
ムよりなる弁体を操作し、所望の弁開度に制御するよう
になっている。2. Description of the Related Art Generally, in order to manufacture semiconductor products and the like, for example, CVD film formation and etching operations are repeatedly performed on semiconductor wafers and the like, but in this case, it is necessary to accurately control a small amount of processing gas. For example, a precision gas flow rate control device is used. This type of gas flow rate control device is mainly configured by a sensor unit that detects the mass flow rate of a trace amount of gas, a valve unit, and a control circuit unit that controls this. The sensor portion has a sensor in which an electrothermal coil is wound around a sensor tube through which a small amount of the total gas amount passes, and most of the gas flows through the bypass. Then, the control circuit unit controls the valve opening of the valve unit based on the detection value of the sensor unit to flow the gas flow rate of the set value. Further, in order to control the valve opening, since the entire gas flow rate itself is very small, it is necessary to control the valve opening accurately within a stroke range of, for example, several tens of μm. A laminated piezoelectric element is generally used because it has a thrust force and can generate a minute displacement.This allows the valve element consisting of a diaphragm to be operated based on the gas flow rate set value, and the desired valve to be operated. The opening is controlled.
【0003】ところで、バルブの弁開度すなわち操作量
を制御してガス流量をコントロールする方式としては、
位置PID制御方式や速度型PID制御方式等が知られ
ており、また、ガス流量の制御に際しては、急激なガス
流の流れ込みにより半導体処理室内に製品の欠陥の原因
となるパーティクルが巻き上がらないように制御する必
要がある。従って、パーティクルの発生原因となるオー
バシュートの発生は極力抑制しなければならない。By the way, as a method for controlling the gas flow rate by controlling the valve opening of the valve, that is, the operation amount,
Position PID control method and speed type PID control method are known, and when controlling the gas flow rate, particles that cause product defects do not wind up in the semiconductor processing chamber due to a sudden gas flow. Need to control. Therefore, it is necessary to suppress the occurrence of overshoot, which causes particles, as much as possible.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】流量制御に一般的に使
用される速度型PID制御の制御式は一般的にはデジタ
ル系において下記に示す数1のように表される。The control equation of the velocity type PID control generally used for the flow rate control is generally expressed by the following equation 1 in a digital system.
【0005】[0005]
【数1】 [Equation 1]
【0006】ここでΔmn は、現在のバルブ開度からの
修正分を示し、現在のバルブ開度mn を認めて、それに
対してどのような変化を与えるかという式を与えるもの
である。この制御によれば、式より明らかなようにバル
ブ開度の変化分のみ算出し、出力の前回位置との和は出
力処理部で行うために、内部での出力計算値が出力信号
域を超えることがない点や、出力計算値が過大に変化し
難い点や積分値の内部計算において飽和することによる
問題が生じない点などの利点を有する反面、設定値が急
激に変化した時などのステップ応答時の応答速度がかな
り劣るという問題がある。図12はこの状態を示してお
り、設定値が例えば0Vから5Vに急激にステップ状に
変化した時には、バルブの開度(操作量)は点線で示さ
れるように緩慢に上昇し、そのために実際の流量もオー
バシュートすることはないが流量は緩慢に設定値に向け
て上昇することになり、応答速度が悪いという問題があ
る。Here, Δm n represents a correction amount from the current valve opening degree, and gives a formula for recognizing the current valve opening degree m n and what kind of change is given to it. According to this control, as is clear from the equation, only the change in the valve opening is calculated, and the sum of the output and the previous position is performed by the output processing unit. Therefore, the internally calculated output value exceeds the output signal range. It has the advantages that it does not change excessively, the calculated output value does not easily change excessively, and that there is no problem due to saturation in the internal calculation of the integrated value, but on the other hand, the step when the set value changes abruptly There is a problem that the response speed at the time of response is considerably poor. FIG. 12 shows this state, and when the set value suddenly changes from 0 V to 5 V in a stepwise manner, the valve opening (operation amount) gradually rises as shown by the dotted line, and therefore However, the flow rate does not overshoot, but the flow rate slowly increases toward the set value, and there is a problem that the response speed is poor.
【0007】特に、実際のバルブ部の流量特性は、弁開
度が小さい時の流量変化は少なく、ある程度以上の弁開
度になると流量変化も大きくなるような特性を有してい
るので、バルブ全閉状態で流量ゼロからステップ状に設
定値が変化した時の応答性がかなり劣るという問題があ
った。In particular, the actual flow rate characteristic of the valve portion is such that the flow rate change is small when the valve opening degree is small and the flow rate change becomes large when the valve opening degree exceeds a certain level. There was a problem that the responsiveness when the set value changed stepwise from zero in the fully closed state was considerably poor.
【0008】そこで、本発明者は、先の出願(特願平5
−339737号)において、上記問題点を解決するた
めに、流量設定値が変化した場合には、予め作成してお
いたテーブルに基づいて、定常操作量よりも低めの初期
操作量を求めてその値を流量制御弁に出力し、その後、
直ちに速度型PID制御に移行するようにした流量制御
方法を開示した。この制御方法によれば、ある程度迅速
に所望の流量に設定できるが、場合によっては流量のオ
ーバシュートが発生することが判明した。Therefore, the inventor of the present invention filed an earlier application (Japanese Patent Application No.
No. 339737), in order to solve the above-mentioned problem, when the flow rate setting value is changed, an initial operation amount lower than the steady operation amount is obtained based on a table created in advance. The value is output to the flow control valve, and then
A flow rate control method is disclosed in which the speed type PID control is immediately started. According to this control method, the desired flow rate can be set to some extent quickly, but it has been found that flow rate overshoot occurs in some cases.
【0009】このようにオーバシュートが生じる原因
は、上述のように最初に初期操作量のバルブ駆動電圧を
オンオフ的にステップ状に出力することから、このステ
ップ状の変位によるガス流量の急変がPID制御系にと
って外乱として作用し、これがためにオーバシュートや
ハンチングが発生する。また、ある種のマスフローコン
トローラには、センサ部の後段に、センサの応答速度を
早めるために微分回路を設けるようにしたものもある
が、上記したようなステップ状の変位が発生すると、こ
の微分回路が過度に応答してしまい、これがオーバシュ
ートの原因にもなっていた。また、上記した先の出願の
方法例においては、流量制御弁のヒステリシス特性を考
慮してテーブルを作成するようにしているため、この作
成が非常に煩雑になるという欠点もあった。The cause of such an overshoot is that the valve drive voltage of the initial manipulated variable is first output in a step-like manner on and off as described above. Therefore, a sudden change in the gas flow rate due to the step-like displacement causes a PID. It acts as a disturbance to the control system, which causes overshoot and hunting. There is also a mass flow controller of some kind in which a differentiating circuit is provided in the subsequent stage of the sensor section in order to speed up the response speed of the sensor. The circuit responded excessively, which also caused overshoot. Further, in the above-mentioned example of the method of the previous application, since the table is created in consideration of the hysteresis characteristic of the flow control valve, there is a drawback that this creation becomes very complicated.
【0010】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、オーバシュートを生ずることなく迅速に所定
の流量になるように制御することができる流量制御方法
を提供することにある。The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a flow rate control method capable of controlling the flow rate to a predetermined flow rate quickly without causing overshoot.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、流体を流す流体通路に介設された流量
制御弁を流量制御部からのバルブ駆動信号により制御す
ることにより前記流体の流量を制御する流量制御方法に
おいて、予め複数の流量設定値に対応したバルブ駆動信
号を学習値としてテーブル化して記憶しておく工程と、
前記流量制御弁を実際に使用系に組み付けた後に、前記
流量制御弁に前記流体を流しつつ実際のバルブ駆動信号
と前記所定の設定値に対応する前記テーブルの学習値と
に基づいて前記複数の流量設定値に対応した再学習値を
求めて記憶する工程と、前記再学習値に基づいてバルブ
駆動信号を求めて出力する工程とを備えるように構成し
たものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention controls a flow control valve provided in a fluid passage through which a fluid flows by controlling a valve drive signal from a flow control unit. In a flow rate control method for controlling the flow rate of a fluid, a step of storing a valve drive signal corresponding to a plurality of flow rate set values in advance as a learning value in a table,
After actually assembling the flow control valve into the system for use, the plurality of the plurality of flow control valves based on the actual valve drive signal and the learned value of the table corresponding to the predetermined set value while flowing the fluid through the flow control valve are used. It is configured to include a step of obtaining and storing a relearning value corresponding to the flow rate set value, and a step of obtaining and outputting a valve drive signal based on the relearning value.
【0012】[0012]
【作用】本発明は、以上のように、例えば工場出荷時等
において、図1の流体通路4にある一定の圧力をかけた
状態で、複数の流量設定値を与え、PID制御の結果、
最終的に整定したバルブ駆動信号の値を学習値テーブル
として記憶しておく。この流量制御弁を実際に使用する
場合、始めは、予め複数の流量設定値に対応して作成し
た学習値に従い、バルブ駆動信号が出力される。そし
て、流量と設定値との偏差が所定の範囲以下となった時
点での、バルブ駆動信号に基づき、その値を再学習値と
して記憶する。このとき、複数の流量設定値に対応した
学習値についても、それぞれ再学習値が算出され、再学
習値テーブルとして記憶する。再学習値テーブルは実際
に使用している圧力条件を反映したものである。以降、
各設定値に対するバルブ駆動信号は再学習値テーブルに
基づき、決定される。また、バルブ駆動信号の出力は、
ステップ状に出力されるのではなく、非常に短い時間で
はあるが、ある程度の時間、例えば50msec〜70
msec程度の時間をかけて、求めたバルブ駆動信号の
電圧値まで増加させて行く。そして、電圧値が100%
まで達したならばPID制御に移行させる。As described above, according to the present invention, for example, at the time of shipment from a factory, a plurality of flow rate set values are given while a certain pressure is applied to the fluid passage 4 of FIG.
The finally settled valve drive signal value is stored as a learning value table. When this flow control valve is actually used, initially, a valve drive signal is output according to a learning value created in advance corresponding to a plurality of flow rate setting values. Then, based on the valve drive signal at the time when the deviation between the flow rate and the set value becomes less than or equal to a predetermined range, that value is stored as a re-learning value. At this time, relearning values are calculated for each of the learned values corresponding to the plurality of flow rate setting values, and are stored as a relearning value table. The re-learned value table reflects the pressure condition actually used. Or later,
The valve drive signal for each set value is determined based on the relearning value table. The output of the valve drive signal is
It is not output in steps, but for a very short time, some time, for example 50 msec to 70
The voltage value of the valve drive signal thus obtained is increased over a time period of about msec. And the voltage value is 100%
When it reaches to, PID control is performed.
【0013】これにより、オーバシュートを生じること
なく所定の流量値まで迅速に変化させることが可能とな
る。上記再学習値は、使用圧力条件の変化により必要に
応じてアップデートされ、実際には、流量の設定値が一
定時間変化せず、しかも、流量と設定値との偏差が所定
の範囲、例えば±1.0%以下の時に頻繁に行なうのが
望ましい。As a result, it becomes possible to quickly change the flow rate to a predetermined value without causing overshoot. The re-learned value is updated as needed due to changes in operating pressure conditions. In practice, the set value of the flow rate does not change for a certain period of time, and the deviation between the flow rate and the set value is within a predetermined range, for example ± Frequently it is desirable to do it at 1.0% or less.
【0014】[0014]
【実施例】以下に、本発明に係る流量制御方法の一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係る
流量制御方法を実施するためのガス質量流量制御装置を
示す概略構成図、図2は図1に示す制御装置の流量制御
部の構成を示すブロック図、図3はセンサ制御回路の出
力からバルブ駆動信号を出力するまでの間の一般的な制
御状態を示す概略ブロック図、図4は本発明の制御方法
を実施した時の流量設定値と学習値及び再学習値の変化
を示すグラフ、図5は本発明方法を実施した時の流量設
定値とバルブ駆動信号との関係を示すグラフである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a flow rate control method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas mass flow rate control device for carrying out the flow rate control method according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a flow rate control unit of the control device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a sensor. FIG. 4 is a schematic block diagram showing a general control state from the output of the control circuit to the output of the valve drive signal. FIG. 4 shows the flow rate setting value and the learning value and the re-learning value when the control method of the present invention is carried out. FIG. 5 is a graph showing the change, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flow rate set value and the valve drive signal when the method of the present invention is carried out.
【0015】まず、本発明に係る流量制御方法を実施す
るためのガス質量流量制御装置について説明する。図示
するようにこのガス質量流量制御装置2は、実際の使用
系である、例えば半導体製造装置のガス配管系PAに着
脱可能に設けられる。この制御装置2は、例えばステン
レススチール等により成形された流体通路4を有してお
り、この流体通路4のガス流体の流れ方向の上流側には
大部分の流量を流すバイパス6が設けられ、下流側には
ガス流体の流量を制御するために弁体として例えばダイ
ヤフラム8を備えた流量制御弁10が設けられる。First, a gas mass flow controller for carrying out the flow control method according to the present invention will be described. As shown in the figure, the gas mass flow rate control device 2 is detachably provided in an actual usage system, for example, a gas piping system PA of a semiconductor manufacturing apparatus. The control device 2 has a fluid passage 4 formed of, for example, stainless steel or the like, and a bypass 6 that allows most of the flow rate to flow is provided upstream of the fluid passage 4 in the flow direction of the gas fluid. On the downstream side, a flow rate control valve 10 having a diaphragm 8 as a valve body is provided for controlling the flow rate of the gas fluid.
【0016】上記バイパス6の両端側には、質量流量検
出センサ部12のセンサ管14が接続されており、これ
にバイパス4と比較して少量のガス流体を流し得るよう
になっている。このセンサ管14には制御用の一対の電
熱コイル16が巻回されており、これに接続されたセン
サ制御回路18によりガス流体の質量流量を検出するよ
うになっている。Sensor pipes 14 of the mass flow rate detection sensor unit 12 are connected to both ends of the bypass 6 so that a small amount of gas fluid can flow through the sensor pipes 14 as compared with the bypass 4. A pair of electric heating coils 16 for control are wound around the sensor tube 14, and a sensor control circuit 18 connected to the electric coil 16 detects the mass flow rate of the gas fluid.
【0017】ここでの検出値は、例えば2チャンネルの
A/Dコンバータ20を介して例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなる流量制御部22へ入力されている。ま
た、外部から入力される流量設定値を示す設定信号もこ
のA/Dコンバータ20を介して上記流量制御部22へ
入力される。この設定信号は、通常0〜5Vのアナログ
信号であり、上記A/Dコンバータ20にてデジタル信
号へ変換された後に流量制御部22へ入力される。The detected value here is input to a flow rate control unit 22 including, for example, a microcomputer via the A / D converter 20 of two channels. Further, a setting signal indicating a flow rate setting value input from the outside is also input to the flow rate control unit 22 via the A / D converter 20. This setting signal is usually an analog signal of 0 to 5 V, and is input to the flow rate control unit 22 after being converted into a digital signal by the A / D converter 20.
【0018】また、上記流量制御弁10は上記ダイヤフ
ラム8を上下駆動するためのアクチュエータとして大き
な推力を有し、微小変位を生ずる例えば積層型圧電素子
24を有しており、圧電素子駆動部26からの駆動信号
で制御される。上記駆動部26へは、流量制御部22か
らのデジタル駆動信号がD/Aコンバータ28によりア
ナログ信号へ変換された後に入力されており、上記流量
設定値に対応した流量が流れるように流量制御弁10の
操作量すなわち弁開度を制御している。The flow control valve 10 has a large thrust as an actuator for driving the diaphragm 8 up and down, and has, for example, a laminated piezoelectric element 24 that produces a minute displacement. Is controlled by the drive signal. The digital drive signal from the flow rate control unit 22 is input to the drive unit 26 after being converted into an analog signal by the D / A converter 28, and the flow rate control valve is controlled so that the flow rate corresponding to the flow rate set value flows. The operation amount of 10, that is, the valve opening is controlled.
【0019】本発明においては、例えば工場出荷段階で
予め複数の流量設定値に応じたバルブ駆動信号(電圧)
を学習値としてテーブル化して記憶させてあり、そし
て、この装置を実際の使用系に取り付けた後に、流体を
流しつつ実際のバルブ駆動信号(電圧)と各設定値に対
応するテーブル上の上記学習値とに基づいて上記複数の
流量設定値に対応した再学習値を求めてこれをテーブル
化し、記憶しておく。そして、この再学習値に基づいて
バルブ駆動信号を求めて出力するようにプログラムされ
ている。また、この再学習値は、必要に応じて、例えば
流量設定値が安定しており且つこの設定値と実際の流量
の偏差がある程度以下になって流れが整定している場合
にはアップデートされて補正するようにプログラムされ
ている。In the present invention, for example, a valve drive signal (voltage) corresponding to a plurality of flow rate setting values is preset at the factory shipment stage.
Is stored as a learning value in a table, and after this device is attached to an actual usage system, the above learning on the table corresponding to the actual valve drive signal (voltage) and each set value while flowing a fluid The re-learning value corresponding to the plurality of flow rate setting values is obtained based on the value and the table, and the table is stored. Then, it is programmed so as to obtain and output the valve drive signal based on the re-learned value. In addition, this re-learning value is updated as necessary, for example, when the flow rate set value is stable and the deviation between this set value and the actual flow rate is below a certain level and the flow is settled. Programmed to correct.
【0020】このプログラム内容を機能的に表現する
と、図2のように示され、大きくは工場等においてバル
ブ特性を学習するバルブ特性学習ブロック28と再学習
及び実際の使用系にて流量制御を行なう再学習ブロック
30とよりなり、それぞれのブロックは、バルブ特性学
習演算制御部36及び再学習演算制御部38を含んでい
る。各制御部36、38には、上記した表(テーブル)
を記憶する記憶部32及び表中の各設定値の順列をカウ
ントするテーブルカウンタ34が共通に接続される。上
記バルブ特性学習演算制御部36には、学習時に種々の
流量設定値を電気的に発生させる流量設定値発生部40
が接続されており、また、各制御部36、38は、セン
サ出力とその時の流量設定値とを比較して偏差を求める
ための比較部42、44の出力が接続されている。A functional representation of the contents of this program is shown in FIG. 2, and roughly, a valve characteristic learning block 28 for learning valve characteristics in a factory or the like and re-learning and flow rate control by an actually used system are performed. The re-learning block 30 is included, and each block includes a valve characteristic learning calculation control unit 36 and a re-learning calculation control unit 38. Each of the control units 36 and 38 has the above table.
Is connected in common to a storage unit 32 for storing the number and a table counter 34 for counting the permutation of each set value in the table. The valve characteristic learning calculation control unit 36 includes a flow rate setting value generation unit 40 that electrically generates various flow rate setting values during learning.
Is also connected to each of the control units 36 and 38, and the outputs of comparison units 42 and 44 for comparing the sensor output with the flow rate setting value at that time to obtain the deviation are connected.
【0021】そして、両2つのブロック28、30間を
選択的に切り替えるために学習フラッグ46が設けられ
ている。このフラッグ46は図示例では理解を容易にす
るためにスイッチとして記載されてるが、実際にはプロ
グラムで特定のビットを立てるか否かで選択されること
になる。また、再学習演算制御部38には、流量設定値
が変化したか否かを検出するための設定値変位検出部4
8が接続されており、設定値の変位を検出するようにな
っている。上記した流量制御弁の駆動は、設定値が変化
した後の僅かな時間を除き、通常の動作時にはPID制
御が行われる。この時の制御ブロック図の概要は、図3
に示すように表される。すなわち、センサ制御回路18
からのセンサ出力は、微分回路48にてその位相が早め
られ、その出力は比較部50にて流量設定値と比較され
てその偏差が求められる。そして、この偏差に応じてバ
ルブ駆動信号出力部52から所定の電圧を示すバルブ駆
動信号が出力される。この出力は、PID制御部54を
介してフィードバックがかけられている。A learning flag 46 is provided to selectively switch between the two blocks 28 and 30. Although this flag 46 is described as a switch in the illustrated example for easy understanding, it is actually selected depending on whether or not a specific bit is set in a program. The re-learning calculation control unit 38 also includes a set value displacement detection unit 4 for detecting whether or not the flow rate set value has changed.
8 is connected to detect the displacement of the set value. In the drive of the flow control valve described above, PID control is performed during normal operation except for a short time after the set value is changed. The outline of the control block diagram at this time is shown in FIG.
It is expressed as shown in. That is, the sensor control circuit 18
The phase of the sensor output from is advanced in the differentiating circuit 48, and its output is compared with the flow rate setting value in the comparing section 50 to obtain the deviation. Then, a valve drive signal indicating a predetermined voltage is output from the valve drive signal output section 52 according to this deviation. This output is fed back via the PID control unit 54.
【0022】また、バルブ駆動信号出力部52の出力側
には、設定値が変化した時に、その後の僅かな時間の間
に再学習値を出力する加算部56が設けられると共に、
この再学習値を出力している間はPID制御を停止する
ためのスイッチ部58を設けている。尚、図1中、60
は流量出力を例えば0〜5Vのアナログ信号に変換する
D/Aコンバータであり、62は外部との通信を行う例
えばRS232C規格のインタフェースである。Further, on the output side of the valve drive signal output section 52, an addition section 56 is provided which outputs a re-learning value for a short time after the set value changes, and
A switch unit 58 is provided for stopping the PID control while the relearning value is being output. Incidentally, in FIG. 1, 60
Is a D / A converter that converts a flow rate output into an analog signal of 0 to 5 V, for example, and 62 is an interface of RS232C standard for communicating with the outside.
【0023】次に、以上のように構成されたガス質量流
量制御装置を用いて行われる本発明方法の一例を具体的
に説明する。例えば差圧3kgf/cm2 の流体通路4
にガス流体が流れると、この一部はセンサ部12のセン
サ管14を流れ、大部分はバイパス6を流れて行き、流
体制御弁10によりその流量が制御されつつ、例えば半
導体製造装置へ向かう。Next, an example of the method of the present invention which is carried out by using the gas mass flow rate controller constructed as described above will be specifically described. For example, the fluid passage 4 with a differential pressure of 3 kgf / cm 2
When the gas fluid flows into the sensor unit 12, a part thereof flows through the sensor pipe 14 of the sensor unit 12, and most of the gas flows through the bypass 6. The fluid control valve 10 controls the flow rate of the gas fluid toward the semiconductor manufacturing apparatus, for example.
【0024】センサ管14を流れるガス流体の流量はセ
ンサ制御回路18により検出されて流体通路4全体に流
れる質量流量が求められ、流量制御部22へ入力され
る。そして、この検出値が外部から入力されている流量
設定値と同一になるようにフィードバック制御がかけら
れて流量制御弁10の積層型圧電素子24を駆動するこ
とにより弁開度をPID制御することになる。The flow rate of the gas fluid flowing through the sensor pipe 14 is detected by the sensor control circuit 18, the mass flow rate flowing through the entire fluid passage 4 is obtained, and the mass flow rate is input to the flow rate control unit 22. Then, feedback control is performed so that the detected value becomes the same as the flow rate set value input from the outside, and the laminated piezoelectric element 24 of the flow rate control valve 10 is driven to perform PID control of the valve opening degree. become.
【0025】さて、本発明においては、流量制御装置2
をユーザにおける実際の使用系に取り付ける前に、例え
ば組み立て工場にて行なう学習モードと、ユーザの実際
の使用系に取り付けた後に行なう再学習モード(通常動
作モード)があり、これらの選択は学習フラッグ46の
切り替えで行なう。まず、全体の流れについて説明する
と、記憶部32は、表1に示すようになテーブルで構成
される。In the present invention, the flow rate control device 2
There is a learning mode that is performed in the assembly factory before attaching to the user's actual usage system, and a re-learning mode (normal operation mode) that is performed after mounting in the user's actual usage system. It is performed by switching 46. First, the overall flow will be described. The storage unit 32 is configured by a table as shown in Table 1.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】表1中のテーブルカウンタ値nは、0〜1
0まで11段階に区分され、この値はテーブルカウンタ
34でカウントされる。尚、カウンタ値は11段階に限
定する必要はなく、もっと細かく多段階にしてもよい。
流量設定値は、カウンタ値と対応させて2%〜100%
までの間で、適当に略等間隔に設定される。また、学習
値は、再学習値の計算のベースとなる値であり、工場レ
ベルにて計測されて記憶されるバルブ駆動信号の電圧値
である。これに対して、再学習値は流量制御装置を実際
の使用系に組み付けた後に計測されて記憶されるバルブ
駆動信号の電圧値である。従って、工場出荷時にはこの
再学習値の欄は、記憶されていない。この再学習値は後
述するように、適当時にアップデートされ、常に補正さ
れる。The table counter value n in Table 1 is 0 to 1
It is divided into 11 stages up to 0, and this value is counted by the table counter 34. The counter value does not have to be limited to 11 levels, and may be more finely divided into multiple levels.
The flow rate setting value is 2% to 100% corresponding to the counter value.
Up to the above, the intervals are appropriately set. Further, the learned value is a value that is a base for calculating the re-learned value, and is a voltage value of the valve drive signal measured and stored at the factory level. On the other hand, the re-learning value is the voltage value of the valve drive signal measured and stored after the flow rate control device is mounted in the actual usage system. Therefore, the column of the re-learning value is not stored at the time of factory shipment. As will be described later, this re-learned value is updated at an appropriate time and is constantly corrected.
【0028】このように学習値と再学習値を設ける理由
は、工場にて行なうテスト圧力条件と実際の使用系にお
ける使用圧力条件とは通常異なるものであり、工場での
評価をそのまま、実際の使用系に適用できないからであ
る。例えば、同じ弁開度でも流すガス圧力によってその
流量も異なるので評価をし直す必要が生ずるからであ
る。この表1の内容は、図4に示すグラフに表されてお
り、学習値を求める場合には、そのテーブルカウンタ3
4の値nを順次増加することによって流量設定値を2%
〜100%まで順次11段階に変化させ、その時のバル
ブ駆動信号の電圧値をリードする。尚、再学習値につい
ては、後述するように、ある所定の流量設定値spの時
の実際のバルブ駆動信号の電圧(実際の使用系なので学
習値とは異なるのが一般的である)をリードし、この時
の学習値との関係より比例配分で学習値をシフトするこ
とにより演算で求める。The reason why the learning value and the re-learning value are set in this way is that the test pressure condition performed in the factory and the operating pressure condition in the actual operating system are usually different, and the actual evaluation is performed as it is in the factory. This is because it cannot be applied to the usage system. This is because, for example, even if the valve opening degree is the same, the flow rate of the gas varies depending on the pressure of the flowing gas, and it is necessary to re-evaluate. The contents of Table 1 are shown in the graph shown in FIG. 4, and when the learning value is obtained, the table counter 3
The flow rate setting value is increased by 2% by increasing the value n of 4 sequentially.
The value is sequentially changed in 11 steps from 100% to 100%, and the voltage value of the valve drive signal at that time is read. As for the relearning value, as will be described later, the voltage of the actual valve drive signal at a certain predetermined flow rate setting value sp (generally, it is different from the learning value because it is an actual usage system) is read. Then, the learning value is calculated by shifting the learning value in proportion to the learning value at this time.
【0029】また、図5は使用系での実際の再学習値の
出力方法、すなわち通常動作時のバルブ駆動信号(電
圧)の出力状態を示す図であり、流量設定値が変動後、
所定の時間Tをかけて、再学習値Vmまで略リニアに出
力を上げており、その後はPID制御へと移行してい
る。このように、急激にバルブ駆動信号(電圧)を変化
させるのではなく、ある程度の時間Tをかけてピークま
で持って行くようにしたので、学習値出力後に、移行す
るPID制御が過度に作用することもなく、従って、オ
ーバシュートを生ずるとなく、迅速に所定の流量まで到
達させることができる。この時間Tの長さを過度に長く
すると迅速性に欠けるので通常、例えば50〜70ms
ec程度に設定する。ここで、工場段階において、先の
表1に示す学習値を求めるために行われるバルブ特性学
習操作を図6に示すフローを参照して説明する。Further, FIG. 5 is a diagram showing an actual output method of the relearning value in the operating system, that is, an output state of the valve drive signal (voltage) during the normal operation.
The output is increased substantially linearly to the re-learning value Vm over a predetermined time T, and then the PID control is performed. In this way, the valve drive signal (voltage) is not changed abruptly but brought to the peak over a certain period of time T. Therefore, after the learning value is output, the transitional PID control acts excessively. Therefore, it is possible to reach the predetermined flow rate quickly without causing overshoot. If the length of this time T is made excessively long, it is not swift, so normally, for example, 50 to 70 ms.
Set to about ec. Here, the valve characteristic learning operation performed in order to obtain the learning value shown in Table 1 at the factory stage will be described with reference to the flow shown in FIG.
【0030】バルブ特性は、個々の流量制御装置の固有
の特性であり、工場での装置組み立て調整時に一定圧力
(例えば1.5kgf/cm2)のガス圧のもとで学習
させるが、この操作は、学習フラッグをセットすること
で自動的に開始される。この場合、前述のように表1に
示す11段階の各流量設定値は、テーブルカウンタ34
の内容を1つずつインクリメントすることにより流量設
定値発生部40から発生させる。図6ににおいて、ま
ず、学習フラッグ46がセットされたか否かをチェック
する(S1)。図2では、学習フラッグ46としては、
便宜上、スイッチとして表されているが、実際にはCP
Uの所定のメモリに[1]を書き込むことでセットが行
われる。以後の動作はバルブ特性学習演算制御部36の
制御下で行われる。The valve characteristic is a characteristic peculiar to each flow rate control device, and is learned under a gas pressure of a constant pressure (for example, 1.5 kgf / cm 2 ) at the time of assembling and adjusting the device in a factory. Is automatically started by setting the learning flag. In this case, as described above, each of the 11 flow rate setting values shown in Table 1 is set to the table counter 34.
Is generated from the flow rate setting value generation unit 40 by incrementing the contents of 1 by 1. In FIG. 6, first, it is checked whether the learning flag 46 is set (S1). In FIG. 2, as the learning flag 46,
For convenience, it is shown as a switch, but it is actually a CP.
The setting is performed by writing [1] in a predetermined memory of U. Subsequent operations are performed under the control of the valve characteristic learning calculation control unit 36.
【0031】学習フラッグ46がバルブ特性学習側にセ
ットされると、流量設定値を0%にし(S2)、更にテ
ーブルカウンタ34の値nをクリアする(S3)。次
に、テーブルカウンタのカウント値nに従い、流量設定
値をセットする(S4)。この場合、カウント値nは0
なので例えば5秒間、流量設定値を0%(バルブ全閉)
とした後、流量設定値を2%にセットする。これによ
り、流量制御弁10は、PID制御で実際のガス流量が
センサ出力(流量)に一致するように動作する(S
5)。そして、次に、例えば5秒後、実際の流量を示す
センサ出力と現在の流量設定値(2%)とが比較部42
にて比較されてこれらの偏差を求め、この偏差値が所定
の範囲内、例えば±1.0%以内であるか否かが判断さ
れる(S6)。この動作は、偏差値が所定の範囲内に入
るまで行われる。When the learning flag 46 is set to the valve characteristic learning side, the flow rate setting value is set to 0% (S2), and the value n of the table counter 34 is cleared (S3). Next, the flow rate setting value is set according to the count value n of the table counter (S4). In this case, the count value n is 0
So, for example, for 5 seconds, set the flow rate to 0% (valve fully closed)
After that, the flow rate setting value is set to 2%. Accordingly, the flow rate control valve 10 operates so that the actual gas flow rate matches the sensor output (flow rate) in the PID control (S).
5). Then, after 5 seconds, for example, the sensor output indicating the actual flow rate and the current flow rate setting value (2%) are compared with each other by the comparison unit 42.
Then, these deviations are compared to determine the deviations, and it is judged whether or not the deviations are within a predetermined range, for example, within ± 1.0% (S6). This operation is performed until the deviation value falls within the predetermined range.
【0032】ここで、偏差値が所定の範囲内に収まった
ならば(YES)、流量が安定して整定状態になってい
ることを示していることから、その時のバルブ駆動信号
の電圧をリードし、このリード値をテーブルの対応する
学習値の欄に記憶する(S7)。ここでは流量設定値が
2%であるのに対して、学習値C0が記憶される。次
に、テーブルカウンタ34の値nが、10に達したか否
かが判断され(S8)、NOの場合には、テーブルカウ
ンタ34が値nを1つインクリメントし(S9)、上記
S4からS8のステップを繰り返し行なう。これによ
り、流量設定値は10〜100%まで段階的に上げら
れ、表1のC10まで埋められることになる。そして、
カウンタ34の値nが10まで達すると、S8にてYE
Sとなり、学習フラッグ46をクリアし(S10)、バ
ルブ特性学習操作を終了する。Here, if the deviation value is within the predetermined range (YES), it indicates that the flow rate is stable and in the settling state. Therefore, the voltage of the valve drive signal at that time is read. Then, the read value is stored in the corresponding learning value column of the table (S7). Here, the learning value C0 is stored while the flow rate setting value is 2%. Next, it is determined whether or not the value n of the table counter 34 has reached 10 (S8), and in the case of NO, the table counter 34 increments the value n by 1 (S9), and the above S4 to S8. Repeat the above steps. As a result, the flow rate setting value is gradually increased to 10 to 100%, and C10 in Table 1 is filled. And
When the value n of the counter 34 reaches 10, YE is performed in S8.
Then, the learning flag 46 is cleared (S10), and the valve characteristic learning operation ends.
【0033】このように表1の学習値C0〜C10が埋
められた状態で、流量制御装置2は工場より出荷され、
ユーザの実際の使用系の配管系に接続される。次に、こ
の実際の使用系の配管系に接続された状態で行われる再
学習操作及び実際の流量制御動作について図7及び図8
に示すフローを参照して説明する。この再学習操作は、
主にガス流の圧力条件で決まる実使用条件に適合させる
ための操作であり、例えば次の条件を満足する時に再学
習を行なう。 流量設定値に変化がないこと。 流量設定値とセンサ出力(流量)との偏差が、所定の
範囲、例えば±1.0%以内に一定時間、例えば5秒
間、収まっていること。 この再学習操作は、上記の条件を満たしている時
に、現在の流量設定値spと上記表1中の学習値の内、
spを挟む2つの学習値により仮の学習値(バルブ駆動
電圧)Vcを数2により求め、次に、現実のバルブ駆動
電圧Vmと上記仮の学習値Vcの比から各流量設定値の
再学習値mn を数3により求める。従って、図4に示す
ように再学習値のグラフは、学習値のグラフを所定の量
だけシフトしたような形態となる。In this way, the flow rate control device 2 is shipped from the factory with the learning values C0 to C10 in Table 1 being filled.
It is connected to the piping system of the user's actual usage system. Next, the re-learning operation and the actual flow rate control operation performed in the state of being connected to the piping system of the actual use system will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
This will be described with reference to the flow shown in. This re-learning operation is
This is an operation mainly for adapting to the actual use condition determined by the pressure condition of the gas flow. For example, re-learning is performed when the following conditions are satisfied. There is no change in the flow rate setting value. The deviation between the flow rate setting value and the sensor output (flow rate) must be within a predetermined range, for example, within ± 1.0% for a fixed time, for example, 5 seconds. In this re-learning operation, when the above conditions are satisfied, the current flow rate setting value sp and the learning value in Table 1 above
A tentative learning value (valve driving voltage) Vc is obtained from the two learning values sandwiching sp by Equation 2, and then relearning of each flow rate setting value is performed based on the ratio between the actual valve driving voltage Vm and the tentative learning value Vc. The value m n is calculated by the equation 3. Therefore, as shown in FIG. 4, the re-learning value graph has a form in which the learning value graph is shifted by a predetermined amount.
【0034】[0034]
【数2】 [Equation 2]
【0035】[0035]
【数3】 (Equation 3)
【0036】尚、Cn ,Cn-1 は表1中のspに対応す
る流量設定値の両側の流量設定値(n:1〜10)。そ
して、再学習値が計算された後は、この再学習値を基に
してバルブ駆動電圧が出力される。ここでは、現在の流
量値spが65%の場合を例にとって説明する。図7に
おいて、まず、学習フラッグ46をリセットして再学習
操作(通常動作)として(S1)、設定値変位検出部4
8にて流量設定値が変化しているか否かを判断する(S
2)。ここで、流量設定値が変化していないものと判断
されたならば、比較部44にて現在の流量設定値(65
%)と実際の流量を示すセンサ出力とを比較して偏差を
求め、この偏差が所定の範囲内、例えば±1.0%以内
に一定の時間、例えば5秒間収まっているか否かが判断
される(S3)。C n and C n-1 are flow rate set values (n: 1 to 10) on both sides of the flow rate set value corresponding to sp in Table 1. Then, after the relearning value is calculated, the valve drive voltage is output based on this relearning value. Here, a case where the current flow rate value sp is 65% will be described as an example. In FIG. 7, first, the learning flag 46 is reset to perform a re-learning operation (normal operation) (S1), and the set value displacement detection unit 4
At 8 it is judged whether or not the flow rate setting value has changed (S
2). Here, if it is determined that the flow rate set value has not changed, the comparison unit 44 causes the current flow rate set value (65
%) And the sensor output indicating the actual flow rate to obtain a deviation, and it is determined whether or not the deviation is within a predetermined range, for example, ± 1.0% for a certain period of time, for example, 5 seconds. (S3).
【0037】そして、上記判断の結果、YESの場合に
は現在のバルブ駆動信号の電圧Vmをリードする(S
4)。次に、上記バルブ電圧Vmと表1中の学習値よ
り、数2、数3に基づいて各再学習値を求める(S
5)。ここでは流量設定値spは65%に設定されるこ
とからこれを挟む両側の学習値はC6、C7となる。ま
ず、数2より仮の学習値Vcは以下の数4のようにな
る。If the result of the above determination is YES, the current voltage Vm of the valve drive signal is read (S
4). Next, based on the valve voltage Vm and the learning value in Table 1, each re-learning value is obtained based on the equations 2 and 3 (S
5). Here, since the flow rate set value sp is set to 65%, the learning values on both sides of the set value are C6 and C7. First, from Equation 2, the provisional learning value Vc is as shown in Equation 4 below.
【0038】[0038]
【数4】 [Equation 4]
【0039】この仮の学習値Vcを数3に代入して、C
n を0から10まで変化させることにより、表1中の全
ての再学習m0〜m10を得ることができる。尚、sp
値が表1中に示す流量設定値ならば、仮の学習値Vcと
してそれに対応する学習値を用いればよい。また、再学
習値が前の再学習値と変化が少ない場合(例えば、1〜
2%)は、流量設定値を挟む両側の再学習値だけを書き
換えてもよい。Substituting this tentative learning value Vc into Equation 3, C
By changing n from 0 to 10, all re-learning m0 to m10 in Table 1 can be obtained. Incidentally, sp
If the value is the flow rate setting value shown in Table 1, the learning value corresponding to the temporary learning value Vc may be used. Also, when the re-learning value has little change from the previous re-learning value (for example,
2%), only the re-learning values on both sides of the flow rate setting value may be rewritten.
【0040】このように、一旦、再学習値がセットされ
たならば、実際の流量制御操作に移行し、この制御過程
において、例えば流量設定値が変化しない時には、繰り
返し上記再学習値が更新(アップデート)されて、常に
補正がなされる。次に、この実際の流量制御操作におけ
る、再学習値の出力方法について説明する。この場合に
は、表1から流量設定値spに対する再学習値Vmを補
完法によって求め、その値を出力すればよい(図4参
照)。このバルブ駆動電圧Vmを出力するにあたり、こ
れをステップ状に出力するのではなく、一定の時間、例
えば50msec〜70msecかけて擬似的にリニア
となるように多段階で再学習値の100%まで持ってい
く。例えば、流量設定値が0%から85%(sp値)に
変化した時には、補完法により出力すべき学習値(バル
ブ駆動電圧)Vmは数5に示すように求められる。In this way, once the relearning value is set, the actual flow rate control operation is started. In this control process, for example, when the flow rate setting value does not change, the relearning value is repeatedly updated ( Is updated) and corrections are always made. Next, a method of outputting a relearning value in this actual flow rate control operation will be described. In this case, the re-learning value Vm for the flow rate setting value sp may be obtained from Table 1 by the complementary method, and the value may be output (see FIG. 4). When the valve drive voltage Vm is output, the valve drive voltage Vm is not output stepwise, but has a multi-step up to 100% of the re-learning value so that it becomes linear in a fixed time, for example, 50 msec to 70 msec. To go. For example, when the flow rate setting value changes from 0% to 85% (sp value), the learning value (valve driving voltage) Vm to be output by the complementary method is obtained as shown in Expression 5.
【0041】[0041]
【数5】 (Equation 5)
【0042】ここで流量制御弁の制御サイクルをtとす
ると、1ステップあたりのバルブ電圧の出力変化ΔVm
は以下の数6のようになる。尚、tは通常10msec
程度に設定されるが可変となっている。Here, when the control cycle of the flow control valve is t, the output change ΔVm of the valve voltage per step is
Is as in the following Equation 6. Incidentally, t is usually 10 msec.
It is set to some extent but variable.
【0043】[0043]
【数6】 (Equation 6)
【0044】ここで制御サイクルtは、再学習値の出力
時間にも対応するものである。従って、バルブ駆動電圧
の変化は、図5に示すように流量設定値変化後、まず2
%バルブ駆動電圧を出力し、その後、(t×10)ms
ec間に亘ってバルブ駆動電圧を徐々に上げて行き、
(t×10)msec経過した時に、バルブ駆動電圧
は、求めた再学習値であるVmに到達する。そして、こ
のように再学習値出力完了後は、PID制御に移行する
ことになる。ここで、センサ出力の遅れによるなだらか
なオーバシュートを回避するため、PID制御へ移行し
てから、短時間の間(例えば1秒)PID制御定数の感
度を低く、すなわち、数1においてK,Tdを小さく、
Tiを大きくし、その後、通常の制御定数へ移行する方
法をとってもよい。この場合、上記短時間の間だけ比例
定数をゼロとするようにしてもよい。尚、図5中におい
てバルブ駆動電圧の立ち上がりが流量設定値の立ち上が
りより僅かに遅れているのは流量設定値の安定待ちによ
るものであり、また、当初、2%のバルブ駆動電圧をい
きなりステップ状に出力する理由は、バルブの僅かな遊
びを吸収して弁操作の遅延を防止するため、及びセンサ
出力変化をできるだけ早く得るためである。また、図5
においてはバルブ駆動電圧は、リニアに増加している
が、微視的には、前述のように10msec毎に多段階
にステップ状に増加しているのはいうまでもない。Here, the control cycle t also corresponds to the output time of the relearning value. Therefore, as shown in FIG. 5, the change in valve drive voltage should be 2
% Valve drive voltage is output, then (t × 10) ms
Gradually increase the valve drive voltage over ec,
When (t × 10) msec has elapsed, the valve drive voltage reaches Vm, which is the calculated re-learning value. Then, after the output of the re-learning value is completed in this way, the PID control is performed. Here, in order to avoid a gentle overshoot due to a delay in the sensor output, the sensitivity of the PID control constant is low for a short period of time (for example, 1 second) after the transition to PID control, that is, in the equation 1, K, Td Smaller,
A method of increasing Ti and then shifting to a normal control constant may be adopted. In this case, the proportional constant may be set to zero only during the short time. Note that in FIG. 5, the rise of the valve drive voltage is slightly delayed from the rise of the flow rate setting value due to the stabilization of the flow rate setting value. Further, initially, the valve driving voltage of 2% is suddenly stepped. The reason is that the slight play of the valve is absorbed to prevent a delay in valve operation, and the sensor output change is obtained as soon as possible. Also, FIG.
In the above, the valve drive voltage linearly increases, but it is needless to say that microscopically it increases stepwise in multiple steps every 10 msec as described above.
【0045】さて、次に、上述のような各動作を組み合
わせて行なう実際のバルブ制御の流れを図8に示すフロ
ーに基づいて説明する。まず、学習フラグ46がセット
されているか否かを判別し(S1)、学習フラグかセッ
トされている場合(YES)には、図6に示したバルブ
特性学習操作が行なわれ(S2)、フラグがセットされ
ていない場合(NO)には、設定値変位検出部48にて
流量設定値が変化しているか否かが判断される(S
3)。ここで設定値が変化していない場合(NO)に
は、再学習操作(S4)に移行し、前述した図7に示す
フローに従って、再学習値が再計算され、アップデート
される。このように流量設定値が変化しておらず、偏差
が規格内に収まっている時には定期的に再学習値がアッ
プデートされ、バルブの特性の変化に対応できるように
なっている。一方、S3にて流量設定値が変化している
場合(YES)には、再学習値出力操作に移行し(S
5)、上記した数6、数7に基づいて求められた再学習
値がバルブ駆動電圧として出力されることになる。Now, the actual flow of valve control performed by combining the above-described operations will be described based on the flow shown in FIG. First, it is determined whether or not the learning flag 46 is set (S1). When the learning flag is set (YES), the valve characteristic learning operation shown in FIG. 6 is performed (S2), and the flag is set. If is not set (NO), the set value displacement detection unit 48 determines whether or not the flow rate set value has changed (S).
3). If the set value has not changed (NO), the process proceeds to the re-learning operation (S4), and the re-learned value is recalculated and updated according to the flow shown in FIG. In this way, when the flow rate set value has not changed and the deviation is within the standard, the relearning value is updated regularly to cope with the change in the valve characteristics. On the other hand, when the flow rate setting value has changed in S3 (YES), the process proceeds to the relearning value output operation (S
5), the re-learning value obtained based on the above equations 6 and 7 is output as the valve drive voltage.
【0046】このように、バルブ特性学習操作は、工場
段階で行われるが、実際の使用系に流量制御装置を装着
した後は、実際の流量制御を行いつつ、特定の条件下に
て再学習操作が行なわれる。従って、経年変化やガス圧
の変動によってバルブ特性が変化したとしても、常に再
学習操作が行なわれて再学習値をアップデートしている
ので、バルブ特性に対応させて適正な制御を行なうこと
ができる。また、再学習値(バルブ駆動電圧)を出力す
る際には、非常に短いある時間T、例えば50msec
〜70msecかけて次第に増加させて100%出力ま
で持って行くようにしているので、急激にステップ状に
変動する場合と異なり、PID制御系が過度に反応する
こともないので、流量のオーバシュートを生ぜしめるこ
となく迅速に所定の流量に設定することが可能となる。As described above, the valve characteristic learning operation is carried out at the factory stage, but after the flow rate control device is installed in the actual use system, the actual flow rate control is performed and the learning is re-learned under specific conditions. The operation is performed. Therefore, even if the valve characteristic changes due to aging or fluctuation of gas pressure, the relearning operation is always performed to update the relearning value, so that appropriate control can be performed according to the valve characteristic. . Further, when outputting the relearning value (valve driving voltage), a very short time T, for example, 50 msec.
Since it gradually increases over 70 msec to bring it to 100% output, the PID control system does not react excessively unlike the case where the PID control system changes abruptly. It is possible to quickly set the predetermined flow rate without causing any occurrence.
【0047】バルブ駆動電圧が100%まで到達するま
での時間Tは、バルブ制御用の微分回路が過度に反応し
ない最短時間近傍に設定するのがよく、当然のこととし
てこの時間Tを過度に大きく設定すると動作遅れが生ず
る。従来方法による制御方法では、流量が整定するまで
に、略2秒程度要してが、本発明による制御方法を採用
することにより、0.5秒程度で流量を整定することが
可能となり、従来の略4倍の迅速制御が可能となった。
また、本発明者の先の出願による制御方法の場合には、
流量ヒステリシス効果を考慮していたため、計算が非常
に複雑化していたが、本発明によればヒステリシス効果
を取り込んだ制御方法となっているために前述したよう
な簡単な演算処理で済ませることができ、テーブルの作
成も容易となる。The time T until the valve drive voltage reaches 100% is preferably set in the vicinity of the shortest time during which the valve control differentiating circuit does not react excessively. Naturally, this time T is excessively large. If set, an operation delay will occur. In the control method according to the conventional method, it takes about 2 seconds until the flow rate is settled, but by adopting the control method according to the present invention, the flow rate can be settled in about 0.5 seconds. It is possible to control the speed approximately four times faster.
Further, in the case of the control method according to the earlier application of the present inventor,
Since the flow rate hysteresis effect was taken into consideration, the calculation was very complicated, but according to the present invention, since the control method incorporates the hysteresis effect, it is possible to perform the simple arithmetic processing as described above. Also, it becomes easy to create a table.
【0048】次に、従来方法と本発明方法のシミュレー
ション結果について比較検討する。図9は本出願人の先
の出願(特願平5−339737号)による制御方法で
行なった時の制御グラフを示し、図10は本発明の制御
方法において、再学習値をアップデートしていない時の
制御グラフを示し、図11は本発明の制御方法におい
て、再学習値を最新の実使用条件下でアップデートした
時の制御グラフを示す。図9から明らかなように先の出
願の制御方法では流量設定値の変化にともなって、バル
ブ駆動電圧をステップ状に急激に上昇させた場合には、
センサ出力(流量)は僅かではあるが、オーバシュート
が生じており、好ましくない。Next, the simulation results of the conventional method and the method of the present invention will be compared and examined. FIG. 9 shows a control graph when the control method according to the applicant's earlier application (Japanese Patent Application No. 5-339737) is performed, and FIG. 10 shows that the relearning value is not updated in the control method of the present invention. 11 is a control graph when the re-learned value is updated under the latest actual use condition in the control method of the present invention. As is clear from FIG. 9, in the control method of the previous application, when the valve drive voltage is rapidly increased stepwise with a change in the flow rate setting value,
Although the sensor output (flow rate) is slight, overshoot occurs, which is not preferable.
【0049】また、図10から明らかなように本発明の
制御方法でも再学習値をアップデートしていない場合、
すなわち、本例ではガス圧が変化して使用条件が変わっ
てもアップデートしていない場合には、バルブ駆動電圧
を本発明に従った方法で出力しているにもかかわらず、
使用条件に適合するように再学習値がアップデートされ
ていないので、センサ出力(流量)は大きくオーバシュ
ートし、好ましくない。これに対して、図11に示す本
発明の制御方法で、しかも再学習値がアップデートされ
ている場合には、センサ出力(流量)はオーバシュート
を生ずることなく、しかも迅速に目的とする流量に到達
しており、好ましいことが判明した。Further, as is apparent from FIG. 10, when the relearning value is not updated even in the control method of the present invention,
That is, in this example, if the gas pressure is changed and the usage conditions are not updated, the valve drive voltage is output by the method according to the present invention.
Since the re-learned value is not updated so as to meet the usage conditions, the sensor output (flow rate) overshoots greatly, which is not preferable. On the other hand, in the case of the control method of the present invention shown in FIG. 11 and when the re-learning value is updated, the sensor output (flow rate) does not overshoot and quickly reaches the target flow rate. It has been reached and proved to be preferable.
【0050】尚、上記実施例における各数値例は、単に
一例を示したに過ぎず、これらの値に限定されないのは
勿論である。また、本実施例ではダイヤフラム8を駆動
するアクチュエータとして圧電素子を用いているが、こ
れに限定されず、例えば電磁式のアクチュエータを用い
ることもできる。バルブ駆動電圧は、圧電素子の場合に
は、0〜120V程度の範囲内になるのに対し、電磁式
のアクチュエータの場合は、0〜15V程度の範囲内と
なる。Each numerical example in the above embodiment is merely an example, and it goes without saying that it is not limited to these values. Further, in the present embodiment, the piezoelectric element is used as the actuator that drives the diaphragm 8, but the present invention is not limited to this, and an electromagnetic actuator may be used, for example. The valve drive voltage is in the range of about 0 to 120 V in the case of a piezoelectric element, whereas it is in the range of about 0 to 15 V in the case of an electromagnetic actuator.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。実際の使用系において流量設定値に対応し
た再学習値を求めて、これに基づいてバルブ駆動信号を
出力させるようにしたので適正な流量制御を行なうこと
ができる。また、算出された再学習値に対応するバルブ
駆動信号を出力する際に、ステップ状ではなく非常に短
いある時間をかけて100%出力まで持って行くように
したので、制御系の微分回路が過度の反応を示すことが
なく、流量のオーバシュートを生ずることなく所定の流
量まで迅速に増加、或いは減少させることができる。更
に、再学習値は、所定の条件下において常にアップデー
トされるので、バルブの経年変化や流体の圧力変化によ
ってバルブ特性が変化してもこれに追従することができ
る。As described above, according to the flow rate control method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. Since the re-learning value corresponding to the flow rate set value is obtained in the actual use system and the valve drive signal is output based on this, an appropriate flow rate control can be performed. In addition, when outputting the valve drive signal corresponding to the calculated re-learning value, it takes a very short period of time to bring the valve up to 100% output, so that the differential circuit of the control system The flow rate can be rapidly increased or decreased to a predetermined flow rate without causing excessive reaction and without causing flow rate overshoot. Further, since the relearning value is constantly updated under a predetermined condition, it can be followed even if the valve characteristic changes due to aging of the valve or change of the fluid pressure.
【図1】本発明に係る流量制御方法を実施するためのガ
ス質量流量制御装置を示す構成図で ある。FIG. 1 is a configuration diagram showing a gas mass flow rate control device for carrying out a flow rate control method according to the present invention.
【図2】図1に示す制御装置の流量制御部の構成を示す
ブロック構成図である。FIG. 2 is a block configuration diagram showing a configuration of a flow rate control unit of the control device shown in FIG.
【図3】センサ制御回路の出力からバルブ駆動信号を出
力するまでの間の一般的な制御状態を 示す概略ブロッ
ク図である。FIG. 3 is a schematic block diagram showing a general control state from the output of the sensor control circuit to the output of a valve drive signal.
【図4】本発明の制御方法を実施した時の流量設定値と
学習値及び再学習値の変化を示すグラ フである。FIG. 4 is a graph showing changes in a flow rate set value, a learned value, and a relearning value when the control method of the present invention is carried out.
【図5】本発明方法を実施した時の流量設定値とバルブ
駆動信号との関係を示すグラフである 。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a flow rate setting value and a valve driving signal when the method of the present invention is carried out.
【図6】バルブ特性学習操作のフローを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a flow of a valve characteristic learning operation.
【図7】再学習操作のフローを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a flow of a re-learning operation.
【図8】バルブ制御のフローを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a flow of valve control.
【図9】先の出願(特願平5−339737号)の方法
のシミュレーション結果を示すグラフ である。FIG. 9 is a graph showing a simulation result of the method of the previous application (Japanese Patent Application No. 5-339737).
【図10】本発明方法において、再学習値をアップデー
トする前のシミュレーション結果を示す グラフであ
る。FIG. 10 is a graph showing a simulation result before updating the relearning value in the method of the present invention.
【図11】本発明方法において、再学習値をアップデー
トした後のシミュレーション結果を示す グラフであ
る。FIG. 11 is a graph showing a simulation result after updating the relearning value in the method of the present invention.
【図12】従来の流量制御方法による流量変化を示すグ
ラフである。FIG. 12 is a graph showing a change in flow rate according to a conventional flow rate control method.
2 ガス質量流量制御装置 4 流体通路 6 バイパス 8 ダイヤフラム(弁体) 10 流量制御弁 12 質量流量検出センサ部 18 センサ制御回路 22 流量制御部 24 積層型圧力素子 26 圧電素子駆動部 28 バルブ特性学習ブロック 30 再学習ブロック 32 記憶部 34 テーブルカウンタ 36 バルブ特性学習演算部 38 再学習演算制御部 40 流量設定値発生部 42,44 比較部 46 学習フラッグ PA ガス配管系 2 Gas mass flow rate control device 4 Fluid passage 6 Bypass 8 Diaphragm (valve body) 10 Flow control valve 12 Mass flow rate detection sensor section 18 Sensor control circuit 22 Flow rate control section 24 Multilayer pressure element 26 Piezoelectric element drive section 28 Valve characteristic learning block 30 re-learning block 32 storage unit 34 table counter 36 valve characteristic learning calculation unit 38 re-learning calculation control unit 40 flow rate set value generation unit 42, 44 comparison unit 46 learning flag PA gas piping system
Claims (9)
御弁を流量制御部からのバルブ駆動信号により制御する
ことにより前記流体の流量を制御する流量制御方法にお
いて、予め複数の流量設定値に対応したバルブ駆動信号
を学習値としてテーブル化して記憶しておく工程と、前
記流量制御弁を実際に使用系に組み付けた後に、前記流
量制御弁に前記流体を流しつつ実際のバルブ駆動信号と
前記所定の設定値に対応する前記テーブルの学習値とに
基づいて前記複数の流量設定値に対応した再学習値を求
めて記憶する工程と、前記再学習値に基づいてバルブ駆
動信号を求めて出力する工程とを備えるように構成した
ことを特徴とする流量制御方法。1. A flow rate control method for controlling the flow rate of a fluid by controlling a flow rate control valve provided in a fluid passage for flowing a fluid by a valve drive signal from a flow rate control unit. A step of storing a valve drive signal corresponding to the above as a learned value in a table and storing the flow control valve in an actual operating system, and then flowing the fluid through the flow control valve to obtain an actual valve drive signal. Obtaining and storing relearning values corresponding to the plurality of flow rate set values based on the learned values of the table corresponding to the predetermined set values, and obtaining a valve drive signal based on the relearned values. A flow rate control method, comprising: a step of outputting.
ートされることを特徴とする請求項1記載の流量制御方
法。2. The flow rate control method according to claim 1, wherein the re-learning value is updated as needed.
御弁はPID制御下で制御されることを特徴とする請求
項1または2記載の流量制御方法。3. The flow rate control method according to claim 1, wherein the flow rate control valve is controlled under PID control when the learning value is obtained.
は、所定の時間をかけて、前記求められた駆動信号まで
次第に増加させるように行われることを特徴とする請求
項1乃至3記載の流量制御方法。4. The valve drive signal of the re-learned value is output so as to gradually increase to the obtained drive signal over a predetermined time. Flow control method.
は、前記流量制御弁はPID制御下で制御されることを
特徴とする請求項4記載の流量制御方法。5. The flow control method according to claim 4, wherein the flow control valve is controlled under PID control after the valve drive signal of the relearning value is output.
の間だけ比例定数Kを低くし、或いはゼロとし、その
後、通常の比例定数Kを設定するように構成したことを
特徴とする請求項5記載の流量制御方法。6. The configuration is such that, after the shift to the PID control, the proportional constant K is lowered or set to zero for a short time, and then the normal proportional constant K is set. 5. The flow rate control method described in 5.
の偏差が所定の範囲内に収まった時にバルブ駆動電圧値
を読み取ることを特徴とする請求項1乃至6記載の流量
制御方法。7. The flow rate control method according to claim 1, wherein the valve drive voltage value is read when the deviation between the set value and the flow rate of the fluid falls within a predetermined range during the learning.
の偏差が所定の範囲内に収まった時にバルブ駆動電圧値
を読み取ることを特徴とする請求項1乃至7記載の流量
制御方法。8. The flow control method according to claim 1, wherein the valve drive voltage value is read when the deviation between the set value and the flow rate of the fluid falls within a predetermined range in the re-learning value. .
あることを特徴とする請求項7または8記載の流量制御
方法。9. The flow control method according to claim 7, wherein the deviation is within ± 0.1%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16279695A JPH08335118A (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Flow rate control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08335118A true JPH08335118A (en) | 1996-12-17 |
Family
ID=15761380
Family Applications (1)
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JP16279695A Pending JPH08335118A (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Flow rate control method |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH08335118A (en) |
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