流量控制装置以及程序的制作方法
流量控制装置以及程序的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够实现无过冲且高速的响应控制的流量控制装置以及程序。流量控制装置具备：压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；接收单元，其接收目标流量；以及输出单元，为了使流量变化为与上述接收单元接收到的目标流量一致，该输出单元将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，在该流量控制装置中，在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元过渡性地输出与对应于变化后的目标流量的目标电压值不同的电压值对应的信号，之后输出与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号。
【专利说明】流量控制装置以及程序
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对流体的流量进行控制的流量控制装置以及程序。
【背景技术】
[0002] 针对在半导体、液晶面板等的制造工序中使用的流量控制装置，要求与流量设定 值的变化对应的高速的流量响应。因此，存在一种对于流量设定值的变化迅速地改变流量 的技术（例如参照专利文献1、2、3)。
[0003] 专利文献1 :美国专利第7603186号公报
[0004] 专利文献2 :日本特开2001-147723号公报
[0005] 专利文献3 :日本特开2012-168822号公报
【发明内容】
[0006] 发明要解决的问是页
[0007] 另外，在用于打开和关闭流路的阀的致动器为压电致动器的情况下，其压电元件 的电容大。因此，针对流量设定值的变化的压电致动器的位移响应慢，其结果是流量变化的 响应也延迟。
[0008] 专利文献1所涉及的技术为调整用于对流量进行PI控制的参数的技术，无法缩短 由压电致动器的位移响应延迟引起的流量响应。在专利文献2所涉及的流量控制方法中， 将比流体开始流动时的电压稍低的初始电压施加到压电元件，之后过渡到速度型PID控 制。因此，为了加快响应，考虑提高专利文献2所涉及的初始电压。但是，在上述情况下，产 生过冲而产品品质下降。专利文献3所涉及的流量控制装置通过数字运算对阀开度的操作 量中的相位偏移进行补偿，但是其响应性与以往的流量控制装置中的响应性相同。
[0009] 本申请是鉴于所述情形而完成的。其目的在于提供一种能够实现无过冲且高速的 响应控制的流量控制装置以及程序。
[0010] 用于解决问题的方案
[0011] 本申请所涉及的流量控制装置具备：压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连 结，通过使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电 元件；接收单元，其接收目标流量；以及输出单元，为了使流量变换为与上述接收单元接收 到的目标流量一致，该输出单元将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述 驱动电路，该流量控制装置的特征在于，在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上 述输出单元过渡性地输出与不同于变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应 的信号，之后输出与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号。
[0012] 本申请所涉及的流量控制装置具备输出单元，该输出单元将与驱动电路要施加于 压电元件的电压对应的信号输出至驱动电路。在接收到的目标流量发生变化时，输出单元 过渡性地输出与不同于变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应的信号。输出 单元之后输出与收敛到变化后的目标电压值的电压变化对应的信号。
[0013] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，与在该流量调整阀不处于关闭状态的情 况下该目标流量发生变化时相比，上述输出单元向上述驱动电路输出与相对于变化后的目 标流量所对应的目标电压值示出更大振幅的电压变化对应的信号。
[0014] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，与在流量调整阀不处于关闭状态的情况下接收到的目标流量发生 变化时相比，输出单元向驱动电路输出与相对于变化后的目标流量所对应的目标电压值示 出更大的振幅的电压变化对应的信号。
[0015] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元将与钉状的电压变化对应 的信号输出到上述驱动电路。
[0016] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，输出单元将与钉状的电压变化对应的信号输出到驱动电路。
[0017] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元输出与阶梯状地上升至比 变化后的目标流量所对应的目标电压值高的电压值的电压变化对应的信号，之后将与收敛 到该目标电压值的电压变化对应的信号输出到上述驱动电路。
[0018] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调节阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，输出单元向驱动电路输出与阶梯状地高速地向比目标流量所对应 的电压高的电压上升的电压变化对应的信号。
[0019] 在本申请所涉及的流量控制装置具备：检测单元，其检测流过流路的流体的流量； 压电元件，其与构成打开和关闭上述流路的流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作 来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；接收单元，其接 收流体的目标流量；以及控制单元，其根据该接收单元接收到的目标流量与上述检测单元 检测出的流量之间的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动 电路，由此经由该驱动电路和该压电元件来控制流量，该流量控制装置的特征在于，上述控 制单元具有：生成单元，其生成与上述偏差对应的信号；以及补偿单元，其通过包含与上述 压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数的控制要素，对上 述生成单元生成的信号进行补偿，其中，将上述补偿单元补偿后的信号输出到上述驱动电 路。
[0020] 在本申请所涉及的流量控制装置中，控制部生成与接收到的目标流量和所检测出 的流量之间的偏差对应的信号。控制部所具有的补偿单元通过包含与压电元件的电特性有 关的数值及与压电元件的响应特性相应的常数的控制要素来对所生成的信号进行补偿。
[0021] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述控制要素具有：第一传递函数，其 包含与上述压电元件的电特性有关的增益；以及第二传递函数，其包含与上述压电元件的 响应特性相应的常数和上述增益。
[0022] 在本申请所涉及的流量控制装置中，补偿单元所涉及的控制要素具有第一传递函 数和第二传递函数。第一传递函数包含与压电元件的电特性有关的增益。第二传递函数包 含与压电元件的电特性有关的增益和与压电元件的响应特性相应的常数。
[0023] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述第一传递函数和上述第二传递函 数还包含与上述驱动电路的电特性有关的增益。
[0024] 在本申请所涉及的流量控制装置中，第一传递函数和第二传递函数包含与驱动电 路的电特性有关的增益。
[0025] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述控制要素与从上述控制单元向上 述驱动电路输入信号起至上述压电元件使上述阀体动作为止的响应有关。
[0026] 在本申请所涉及的流量控制装置中，补偿单元所涉及的控制要素与从控制部向驱 动电路输入信号起至压电元件使阀体动作为止的响应有关。
[0027] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在关闭上述流量调整阀的情况下，上 述控制单元使上述驱动电路施加到上述压电元件的电压向进一步关闭该流量调整阀的方 向与使该流量调整阀的阀门开度成为零的电压相差规定电压Vc，在上述流量调整阀处于关 闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述补偿单元对上述生成单 元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号进行补偿。
[0028] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，控制部使驱动 电路施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度 成为零的电压相差规定电压Vc。在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到的目标流量发 生变化时，补偿单元对所生成的信号叠加规定电压Vc。
[0029] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述驱动电路具有输出单元，该输出 单元将与施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述控制单元，上述控制单元还具 有信号生成单元，该信号生成单元根据上述输出单元输出的信号来生成用于调整上述压电 元件的响应特性的反馈信号，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得 到的信号以及上述信号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
[0030] 在本申请所涉及的流量控制装置中，驱动电路将与施加到压电元件的电压对应的 信号输出到控制部。控制部根据驱动电路输出的信号来生成用于调整压电元件的响应特性 的反馈信号。补偿单元对所生成的信号叠加规定电压Vc所得到的信号和所生成的反馈信 号进行补偿。
[0031] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备变换单元，该变换单元根据上 述第二传递函数来对与上述Vc对应的信号进行变换，上述信号生成单元通过对上述输出 单元输出的信号以及上述变换单元变换得到的信号进行补偿来生成反馈信号。
[0032] 在本申请所涉及的流量控制装置中，变换单元根据第二传递函数对与规定电压Vc 对应的信号进行变换。流量控制装置通过对驱动电路输出的信号和变换单元变换得到的信 号进行补偿，来生成用于调整压电元件的响应特性的反馈信号。
[0033] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备缓和单元，该缓和单元使上述 Vc的变化缓和，在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量 发生变化时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所 得到的信号进行补偿。
[0034] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，使驱动电路要 施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度成为 零的电压相差规定电压Vc。流量控制装置使该Vc缓和。在流量调整阀处于关闭状态的情 况下接收到的目标流量发生变化时，补偿单元对所生成的信号叠加缓和后的Vc。
[0035] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备缓和单元，该缓和单元使上述 Vc的变化缓和，上述变换单元对与上述缓和单元缓和后的Vc对应的信号进行变换，在上述 流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述补偿 单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信号以及上述信 号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
[0036] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，使驱动电路要 施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度成为 零时的电压相差规定电压Vc。流量控制装置使该Vc缓和。变换单元根据第二传递函数对 与缓和后的Vc对应的信号进行变换。流量控制装置通过对驱动电路输出的信号和变换单 元对与缓和后的Vc对应的信号进行变换所得到的信号进行补偿，来生成用于调整压电元 件的响应特性的反馈信号。补偿单元对所生成的信号叠加缓和后的Vc所得到的信号和所 生成的反馈信号进行补偿。
[0037] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述压电元件是层叠压电元件。
[0038] 在本申请所涉及的流量控制装置中，压电元件是层叠压电元件。
[0039] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述流量调整阀包含设置于上述流路 的阀口，上述阀体为板状的隔膜，通过来自上述压电元件的推压而弹性地变形从而能够落 位于上述阀口的周围。
[0040] 在本申请所涉及的流量控制装置中，阀体是板状的隔膜。隔膜通过来自压电元件 的推压而发生弹性变形，由此落位到设置于流体流动的流路的阀口的周围。
[0041] 本申请所涉及的程序使流量控制装置所具有的计算机执行处理，其中，该流量控 制装置具备：检测单元，其检测流量；压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过 使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 以及接收单元，其接收目标流量，上述处理为，根据上述接收单元接收到的目标流量与上述 检测单元检测出的流量之间的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到 上述驱动电路，由此经由该驱动电路和该压电元件来控制流量，该程序的特征在于还使计 算机执行以下处理：根据上述偏差来生成输出到上述驱动电路的信号，根据与上述压电元 件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数来执行与所生成的信号 有关的补偿计算。
[0042] 在本申请所涉及的程序中，使流量控制装置所具有的计算机执行下面的处理。流 量控制装置根据接收到的目标流量与检测出的流量之间的偏差，生成向驱动电路输出的信 号。根据与压电元件的电特性有关的数值和与压电元件的响应特性相应的常数来执行与所 生成的信号有关的补偿计算。
[0043] 本申请所涉及的程序的特征在于，在用于执行上述补偿计算的处理中，根据由第 一传递函数和第二传递函数之比构成的传递函数来执行与所生成的信号有关的补偿计算， 其中，上述第一传递函数包含与上述压电元件的电特性有关的增益，上述第二传递函数包 含与该压电元件的响应特性相应的常数以及该增益。
[0044] 在本申请所涉及的程序中，第一传递函数包含与压电元件的电特区性有关的增 益。第二传递函数包含与压电元件的电特区性有关的增益和与压电元件的响应特性相应的 常数。程序使计算机根据由第一传递函数与第二传递函数之比构成的传递函数来执行与所 生成的信号有关的补偿计算。
[0045] 本申请所涉及的程序的特征在于，在上述接收单元接收到的目标流量从小于规定 值变化为规定值以上的情况下，对用于生成上述信号的处理所生成的信号加上与规定电压 对应的信号。
[0046] 在本申请所涉及的程序中，流量控制装置在接收到的目标流量从小于规定值变化 为规定值以上的情况下，对向驱动电路输出的信号加上与规定电压对应的信号。
[0047] 发明的效果
[0048] 根据本申请公开的一个观点，能够实现无过冲且高速的响应控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 图1是表示流量控制装置的硬件结构例的框图。
[0050] 图2是表示控制部的硬件结构例的框图。
[0051] 图3是表示流量控制系统的一例的框线图。
[0052] 图4是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0053] 图5是表示控制部所执行的处理的过程的一例的流程图。
[0054] 图6是表示控制部所执行的处理的过程的一例的流程图。
[0055] 图7A是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0056] 图7B是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0057] 图7C是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0058] 图7D是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0059] 图8是针对实际模型和规范模型示出对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状 的输入波形相应的电压的情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0060] 图9A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0061] 图9B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0062] 图10A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0063] 图10B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0064] 图11A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0065] 图11B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0066] 图12是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0067] 图13是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0068] 图14A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0069] 图14B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0070] 下面，根据该【专利附图】
【附图说明】实施方式。本实施方式所涉及的流量控制装置是在半导 体、光纤、太阳能电池、液晶面板、有机EL(Electro Luminescence:电致发光）显示器、 LED(Light Emitting Diode :发光二极管）、食品、化妆品、药品等的制造中使用的流量控制 装置。另外，本实施方式所涉及的流量控制装置可以是控制流体的质量流量的装置，也可以 是控制流体的体积流量的装置。下面，列举对气体流体的质量流量进行控制的流量控制装 置（质量流量控制器（mass flow controller))为例来说明实施方式。
[0071] 此外，本发明不限定于下面的实施方式。
[0072] 实施方式1
[0073] 图1是表示流量控制装置1的硬件结构例的框图。流量控制装置1与对产品的制 造工序整体进行控制的外部的主计算机Η相连接。流量控制装置1从主计算机Η接收表示 流量控制装置1要向产品制造装置供给的气体的流量的流量设定信号Ssp。另一方面，流量 控制装置1将表示当前流动的气体的流量的流量输出信号Sgout输出到主计算机H。
[0074] 流量控制装置1包括流路部（流路）2、传感器部（检测单元）3、控制部（控制单 元、计算机）4、阀驱动电路（驱动电路，输出单元）5以及阀部（流量调整阀）6。
[0075] 传感器部3检测流路部2所取入的气体的流量。控制部4将传感器部3所检测出 的气体的流量值与流量设定信号Ssp所表示的流量设定值进行比较，向阀驱动电路5输出 输出信号Sout以使实际的流量值成为设定流量值（目标流量值）。阀驱动电路5被输入 输出信号Sout，根据所输入的输出信号Sout向阀部6输出用于驱动阀部6的阀驱动信号 Spzt。阀部6被输入阀驱动信号Spzt，根据所输入的阀驱动信号Spzt来调整流动于流路部 2的气体的流量。
[0076] 在流量控制装置1中，控制部4根据流量设定值和传感器部3检测出的流量来对 阀部6进行反馈控制，由此控制流动于流路部2的气体的流量。
[0077] 流路部2例如是由不锈钢形成的管状的气体通路。在流路部2的上游侧连接有向 流路部2供给气体的气体管G。在流路部2的下游侧连接有向产品制造装置供给气体的气 体管G。
[0078] 传感器部3包括分流群31、传感器管32、线圈31R、32R、传感器电路33以及压力检 测部34。
[0079] 分流群31由捆绑在一起的多个分流管构成，设置在流路部2的上游侧。传感器管 32是以绕开分流群31的方式设置在分流群31的两端的不锈钢制的毛细管。传感器管32 构成为使比流过分流群31的气体的量少的固定比率的气体流过。由此，对传感器管32供 给流动于流路部2的总气体流量的固定比率的气体。
[0080] 线圈31R和线圈32R是分别卷绕在传感器管32的上游部分和下游部分的一对发 热电阻线，被串联连接。在使电流流过线圈31R和线圈32R的情况下，线圈31R和线圈32R 发热。在传感器管32中没有气体流动的情况下，线圈31R和线圈32R的温度均为相同的温 度而保持平衡。另一方面，在传感器管32中有气体流动的情况下，线圈31R被气体夺走热， 气体被线圈31R加热。从在上游侧被加热的气体向线圈32R提供热。因此，在线圈31R和 线圈32R中产生与气体的流量成比例的温度变化或温度差。
[0081] 传感器电路33具有将线圈31R和线圈32R的温度变化或温度差转换为电信号的 桥电路、将该桥电路转换得到的电信号放大的放大电路等。传感器电路33将放大后的表示 流量的模拟流量信号Sqc输出到控制部4。
[0082] 压力检测部34例如是压力转换器。压力检测部34以规定时间间隔对流动于流路 部2的气体的压力值进行采样，将采样到的气体的压力值转换为压力检测信号Sv。压力检 测部34将转换得到的压力检测信号Sv输出到控制部4。在控制部4决定控制常数等时利 用压力检测部34所输出的压力检测信号Sv。
[0083] 此外，在控制部4在流量控制中不利用压力检测信号Sv的情况下，也可以没有压 力检测部34。
[0084] 控制部4包括计算机，从传感器部3接收模拟流量信号Sqc和压力检测信号Sv。 另外，控制部4从主计算机Η接收流量设定信号Ssp。控制部4将模拟流量信号Sqc作为表 示当前流动的流量的流量输出信号Sgout输出到主计算机H。另外，控制部4为了操作阀部 6以使模拟流量信号Sqc所表示的流量与流量设定信号Ssp所表示的流量一致而向阀驱动 电路5输出输出信号Sout。
[0085] 阀驱动电路5是对阀部6的阀门进行驱动的电路。阀驱动电路5被从控制部4输 入输出信号Sout，将所输入的输出信号Sout放大，由此产生阀驱动电压。阀驱动电路5将 所产生的阀驱动电压施加到阀部6。通过阀驱动电压的高低来调整阀部6的阀门开度。
[0086] 此外，阀驱动信号Spzt是与阀驱动电压相应的信号。
[0087] 阀驱动电路5可以向控制部4输出阀驱动信号Spzt，也可以不输出阀驱动信号 Spzt 〇
[0088] 在阀驱动电路5向控制部4输出阀驱动信号Spzt的情况下，控制部4从阀驱动 电路5接收阀驱动信号Spzt。控制部4在流量的反馈控制中利用所接收到的阀驱动信号 Spzt 〇
[0089] 阀部6包括外壳60、致动器（压电元件）61、限制部件62、弹簧座63、螺旋弹簧64、 阀杆65、球体66、推力按钮67、隔膜（阀体）68以及阀口 69。其中，省略了能够组装阀部6 所需的分割结构的图示。
[0090] 外壳60是收纳阀部6的各结构部的箱体。外壳60与传感器部3相比，设置在流 路部2的下游侧的上表面，外壳60的底部与流路部2接合。在外壳60的底部设置有流体 能够流通的空间。在外壳60的底部开设有两个开口，其中一个开口是通过了分流群31的 气体流入外壳60底部的空间的开口。另一个开口是气体从外壳60底部的空间向流路部2 流出的开口。后者的开口构成了阀部6的阀口 69。
[0091] 在与阀口 69相向的外壳60内，从上向下依次配设有致动器61、限制部件62、弹簧 座63、螺旋弹簧64、阀杆65、球体66、推力按钮67以及隔膜68。
[0092] 致动器61例如是层叠压电元件（压电元件）。层叠压电元件形成将多个PZT陶瓷 圆板层叠而成的结构。层叠压电元件在被施加高的阀驱动电压的情况下，沿层叠方向伸长， 在被施加低的阀驱动电压的情况下，沿层叠方向收缩。即，致动器61根据被施加的阀驱动 电压而在上下方向上机械性地伸缩。
[0093] 限制部件62是阻止致动器61向下位移的部件。弹簧座63安装于限制部件62， 用于保持螺旋弹簧64。阀杆65是形成在外壳60与致动器61之间的圆筒状的部件。阀杆 65构成为通过致动器61的伸缩而沿着设置在外壳60的内表面的导向件升降。螺旋弹簧 64被收容于上侧的限制部件62与下侧的阀杆65的底面之间的空间。螺旋弹簧64是向下 方对阀杆65施力的螺旋状的弹簧。
[0094] 在阀杆65的底面的外表面形成有朝向下方的浅的凹部。推力按钮67是在其上表 面形成有朝向上方的浅的凹部的金属制的台。球体66是被收纳于阀杆65的凹部与推力按 钮67的凹部之间的球。阀杆65、球体66以及推力按钮67刚性连接，将上侧的致动器61的 机械性伸缩所产生的力传递到下侧的隔膜68。球体66具有避免传递到隔膜68的上下方向 的力不均匀地存在于一处的功能。
[0095] 隔膜68是能够弹性变形的金属制的平板。隔膜68的周端部可动地嵌入于外壳60 的内壁，构成为能够灵活地移动。在隔膜68的正下方配置有气体能够流通的阀口 69。阀口 69的周围相当于阀部6的阀座。
[0096] 在不对致动器61的层叠压电元件施加电压的情况下，阀杆65通过来自螺旋弹簧 64的按压力而被按下，隔膜68以向下弯曲的方式发生弹性变形。弹性变形后的隔膜68落 位到阀座上而将阀口 69关闭。此时，选择螺旋弹簧64的弹簧荷重以维持阀部6的关闭状 态。另一方面，在对致动器61的层叠压电元件施加了电压的情况下，层叠压电元件沿层叠 方向伸长。由于伸长的层叠压电元件的向下的位移被限制部件62阻止，因此层叠压电元件 向上方延伸。由此，阀杆65的上端部被层叠压电元件向上方推压，因此阀杆65上升，隔膜 68隔着球体66和推力按钮67从螺旋弹簧64的压缩力下释放。从螺旋弹簧64的压缩力下 释放的隔膜68通过自身的复原力而要恢复为原来的形状，由此在隔膜68与阀座之间形成 间隙，从而阀口 69被释放。
[0097] 也就是说，隔膜68与阀口 69之间的间隔随着致动器61的伸缩以及阀杆65的升 降而变化。在使对致动器61施加的阀驱动电压降低的情况下，致动器61收缩，阀杆65下 降。然后，隔膜68与阀口 69之间的间隔变窄，从而流动于流路部2的气体的流量减少。另 一方面，在使对致动器61施加的阀驱动电压升高的情况下，致动器61伸长，阀杆65上升。 然后，隔膜68与阀口 69之间的间隔变宽，从而流动于流路部2的气体的流量增大。
[0098] 上述所说明的阀部6是在没有对层叠压电元件施加电压的情况下将阀关闭的常 闭型。但是，阀部6也可以是在没有对层叠压电元件施加电压的情况下将阀打开的常开型。 下面，将阀部6设为常闭型。
[0099] 图2是表示控制部4的硬件结构例的框图。控制部4包括CPU (Central Processing Unit :中央处理单元）（输出单元、补偿单元、生成单元、变换单元）41、RAM (Random Access Memory :随机存取存储器）42以及ROM (Read Only Memory :只读存储器）43。另外，控制部4 包括计时器44、输入输出接口（接收单元）45以及AD/DA变换部46。CPU 41、RAM 42、R0M 43、计时器44、输入输出接口 45以及AD/DA变换部46通过总线4b相互连接。
[0100] CPU 41控制流量控制装置1的各结构部。CPU 41读入记录在ROM 43中的程序IP 并执行该程序IP。此外，CPU 41是控制部4所具备的处理器的一例，也可以用MPU(Micro Processor Unit :微处理单兀）代替CPU 41。
[0101] RAM 42 例如是 SRAM (Static RAM :静态随机存取存储器）、DRAM (Dynamic RAM :动 态随机存取存储器）等，暂时地记录CPU 41执行处理的过程中需要的作业变量、数据等。此 夕卜，RAM 42是主存储装置的一例，也可以代替RAM 42而使用快闪存储器、存储卡等。
[0102] ROM 43例如是非易失性的半导体存储器或半导体存储器以外的读取专用存储介 质。ROM 43记录了 CPU 11所执行的程序IP。ROM 43可以安装于流量控制装置1的内部， 也可以设置在流量控制装置1的外部。
[0103] 计时器44对日期和时间进行计时，将计时的结果输出到CPU 41。CPU 41根据从 计时器44接收到的日期和时间来执行例如基于程序IP的中断处理。
[0104] 输入输出接口 45是具有用于与主计算机H、传感器部3以及阀驱动电路5之间发 送和接收信号或信息的数字输入输出端口的接口。此外，输入输出接口 45还能够与外部的 磁盘驱动装置连接。另外，输入输出接口 45还具有与LAN (Local Area Network :局域网）、 WAN(Wide Area Network:广域网）、因特网等网络连接的功能。
[0105] AD/DA变换部46将从传感器部3和阀驱动电路5接收到的模拟信号变换为数字信 号，将变换得到的数字信号输出到输入输出接口 45。另外，AD/DA变换部46将从输入输出 接口 45接收到的数字信号变换为模拟信号，将变换得到的模拟信号（例如输出信号Sout) 输出到阀驱动电路5。
[0106] 此外，也可以如图2所示那样通过磁盘驱动装置从光盘4a读入用于使流量控制装 置1进行动作的程序1P。或者，也可以如图2所示那样经由输入输出接口 45和网络从外部 的信息处理装置或记录装置读入程序1P。还可以如图2所示那样将记录有程序1P的快闪 存储器等半导体存储器4c安装于控制部4内。
[0107] 图3是表示流量控制系统的一例的框线图。此处的流量控制系统以控制部4为中 心，包括传感器部3、阀驱动电路5以及阀部6的结构要素或控制要素。此外，在图3中，控 制部4对应于用虚线包围的范围的要素群。流量控制装置1的控制部4是图2所示的计算 机，而图3示出用电路代替计算机的功能的情况。
[0108] 图3的右上方所示的流量Qmf被线圈31R、32R检测为温度变化量或温度差。线圈 31R、32R检测出的温度变化量或温度差被传感器电路33中包含的桥电路转换为电信号且 被放大电路放大而成为流量传感器信号Vfs。信号与电压具有对应关系，下面用V表示信 号。
[0109] 流量传感器信号Vfs在模拟输入电路71中被实施规定的模拟处理而成为模拟流 量信号Vqc。模拟流量信号Vqc是根据流量传感器信号Vfs的频率特性而使高频成分大幅 衰减的信号，通过数字信号校正电路81补偿该衰减量而成为数字流量信号Vqd。
[0110] 此外，线圈31R、32R的检测特性具有以秒为单位的大的时间常数，因此通过模拟 输入电路71和数字信号校正电路81对流量传感器信号Vfs进行频率特性校正。由此，起 到流量控制的响应性变快的效果。
[0111] 模拟输入电路71可以设置在传感器部3中，也可以设置在控制部4中。
[0112] 数字流量信号Vqd在图3左上方的合成点（生成单元）A1中与流量设定信号Vsp 进行比较，形成流量偏差信号Ve。流量偏差信号Ve通过PI补偿器82被实施比例积分补 偿，形成向合成点A2的输入信号Vpi。
[0113] 另外，在图3的流量控制系统中，在反馈控制中使用对阀部6的致动器61施加的 阀驱动电压。合成点A2相当于位于与阀驱动电压有关的反馈控制系统的输入侧的比较部。 阀驱动电压是对构成致动器61的层叠压电元件的端子施加的电压，因此在下面还将阀驱 动电压称为端子电压Vpzt。
[0114] 端子电压Vpzt被具有增益Kmon的模拟输入电路72检测并被降低，转换为端子电 压信号Vmon。端子电压信号Vmon对应于致动器61所涉及的层叠压电元件的响应。
[0115] 此外，模拟输入电路72可以设置在阀驱动电路5中，也可以设置在控制部4中。另 夕卜，模拟输入电路72也可以具备执行各种模拟处理的滤波器。
[0116] 端子电压信号Vmon经过合成点A3和具有传递函数Gaf(s)(信号生成单元）的电 压反馈补偿器83后成为电压反馈信号。然后，电压反馈信号被输入至合成点A2。
[0117] 流量控制系统在流量设定信号Vsp所表示的流量设定值为0的情况下，将输入信 号Vpi减去电压反馈信号得到的信号设为操作量信号Vu。
[0118] 另一方面，流量控制系统在流量设定信号Vsp所表示的流量设定值不为〇的情况 下，将不感应区补偿信号Vc及输入信号Vpi之和减去电压反馈信号得到的信号设为操作量 信号Vu。端子电压Vpzt中存在与阀部6的阀门完全关闭的状态对应的电压以及与阀部6 的阀门处于开闭边界状态的情况对应的电压，将相当于这些电压之差的电压称为不感应区 补偿电压。不感应区补偿信号Vc是对应于不感应区补偿电压的信号。
[0119] 流量控制装置1在流量设定值为〇的情况下，关闭阀部6的阀门。此时，流量控制 装置1为了可靠地使阀部6的阀门成为关闭的状态而向关闭的方向对阀门施加压力。因此， 流量控制装置1在流量设定值为〇的情况下，使端子电压Vpzt相比于阀门为开闭边界状态 的端子电压Vpzt向进一步关闭阀门的方向偏移。但是，在流量设定值不为0的情况下，流量 控制装置1需要使阀部6的阀门越过开闭边界状态而开到与流量设定值对应的阀门开度， 因此输入信号Vpi与电压反馈信号之差加上不感应区补偿信号Vc得到的信号成为操作量 信号Vu。
[0120] 流量控制系统将通过传递函数Grf(s)(变换单元）84对不感应区补偿信号Vc进 行处理而得到的校正信号Vrf输出到合成点A3。然后，流量控制系统将端子电压信号Vmon 减去校正信号Vrf得到的信号输入到电压反馈补偿器83。
[0121] 流量控制系统通过传递函数Gff (s)(补偿单元）85对通过上述处理得到的操作量 信号Vu进行修正，生成修正操作量信号Vff。
[0122] 流量控制系统在流量设定值为0的情况下，将与向阀驱动电路5输入的电压值对 应的电压信号Voutint设定为向阀驱动电路5输入的输出信号Vout以使阀驱动电路5对阀 部6施加的电压为0V。另一方面，流量控制系统在流量设定值不为0的情况下，将Voutint 和修正操作量信号Vff在合成点A4中相加，并将相加得到的信号设定为向阀驱动电路5输 入的输出信号Vout。
[0123] 此外，在控制部4构成为包括计算机的情况下，图3中未图示的AD/DA变换部46 位于阀驱动电路5的输入侧，输出信号Vout相当于AD/DA变换部46向阀驱动电路5输出 的信号。
[0124] 图4是表示流量控制系统的另一例的框线图。在图4中，与图3不同的部分是不 存在与基于对阀部6施加的端子电压Vpzt的电压反馈有关的信号循环。图4的流量控制 系统相当于将图3的流量控制系统中的电压反馈补偿器83的传递函数Gaf(s)设为0时的 流量控制系统。流量控制装置1中的流量控制系统可以是图3的流量控制系统，也可以是 图4的流量控制系统。
[0125] 接着，说明控制部4中的传递函数模型。
[0126] 在对致动器61进行驱动的阀驱动电路5中，从输出信号Vout至端子电压Vpzt的 响应类似于一阶延迟系统的响应。但是，阀驱动电路5中的响应与单纯的一阶延迟系统的 响应不同，能够通过将两个一阶延迟系统的响应叠加而成的模型进行近似。下面，用将两个 一阶延迟系统叠加而成的模型来表示从输出信号Vout至端子电压Vpzt的传递特性，将该 模型称为实际模型。实际模型的传递特性用下面的（1)式表示。
[0127] [数 1]
[0128]
【权利要求】
1. 一种流量控制装置，具备： 压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 接收单元，其接收目标流量；以及 输出单元，为了使流量变换为与上述接收单元接收到的目标流量一致，该输出单元将 与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路， 该流量控制装置的特征在于， 在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元过渡性地输出与不同于 变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应的信号，之后输出与收敛到该目标电 压值的电压变化对应的信号。
2. 根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，与在该流量调整阀不处于关闭状态的情况下该目标流量发生变化时相比，上述输出单 元向上述驱动电路输出与相对于变化后的目标流量所对应的目标电压值示出更大振幅的 电压变化对应的信号。
3. 根据权利要求1或者2所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述输出单元将与钉状的电压变化对应的信号输出到上述驱动电路。
4. 根据权利要求1或者2所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述输出单元输出与阶梯状地上升至比变化后的目标流量所对应的目标电压值高的电 压值的电压变化对应的信号，之后将与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号输出到 上述驱动电路。
5. -种流量控制装置，具备： 检测单元，其检测流过流路的流体的流量； 压电元件，其与构成打开和关闭上述流路的流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体 动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 接收单元，其接收流体的目标流量；以及 控制单元，其根据该接收单元接收到的目标流量与上述检测单元检测出的流量之间的 偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，由此经由该驱 动电路和该压电元件来控制流量， 该流量控制装置的特征在于， 上述控制单元具有： 生成单元，其生成与上述偏差对应的信号；以及 补偿单元，其通过包含与上述压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应 特性相应的常数的控制要素，对上述生成单元生成的信号进行补偿， 其中，将上述补偿单元补偿后的信号输出到上述驱动电路。
6. 根据权利要求5所述的流量控制装置，其特征在于， 上述控制要素具有： 第一传递函数，其包含与上述压电元件的电特性有关的增益；以及 第二传递函数，其包含与上述压电元件的响应特性相应的常数和上述增益。
7. 根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于， 上述第一传递函数和上述第二传递函数还包含与上述驱动电路的电特性有关的增益。
8. 根据权利要求6或者7所述的流量控制装置，其特征在于， 上述控制要素与从上述控制单元向上述驱动电路输入信号起至上述压电元件使上述 阀体动作为止的响应有关。
9. 根据权利要求6?8中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 在关闭上述流量调整阀的情况下，上述控制单元使上述驱动电路施加到上述压电元件 的电压向进一步关闭该流量调整阀的方向与使该流量调整阀的阀门开度成为零的电压相 差规定电压Vc， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号进行补偿。
10. 根据权利要求9所述的流量控制装置，其特征在于， 上述驱动电路具有输出单元，该输出单元将与施加到上述压电元件的电压对应的信号 输出到上述控制单元， 上述控制单元还具有信号生成单元，该信号生成单元根据上述输出单元输出的信号来 生成用于调整上述压电元件的响应特性的反馈信号， 上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号以及上述信号生 成单元生成的反馈信号进行补偿。
11. 根据权利要求10所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备变换单元，该变换单元根据上述第二传递函数来对与上述Vc对应的信号进行 变换， 上述信号生成单元通过对上述输出单元输出的信号以及上述变换单元变换得到的信 号进行补偿来生成反馈信号。
12. 根据权利要求9或者10所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备缓和单元，该缓和单元使上述Vc的变化缓和， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信 号进行补偿。
13. 根据权利要求11所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备缓和单元，该缓和单元使上述Vc的变化缓和， 上述变换单元对与上述缓和单元缓和后的Vc对应的信号进行变换， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信 号以及上述信号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
14. 根据权利要求5?13中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 上述压电元件是层叠压电元件。
15. 根据权利要求5?14中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 上述流量调整阀包含设置于上述流路的阀口， 上述阀体为板状的隔膜，通过来自上述压电元件的推压而弹性地变形从而能够落位于 上述阀口的周围。
16. -种使流量控制装置所具有的计算机执行处理的程序，其中，该流量控制装置具 备： 检测单元，其检测流量； 压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；以及 接收单元，其接收目标流量， 上述处理为，根据上述接收单元接收到的目标流量与上述检测单元检测出的流量之间 的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，由此经由该 驱动电路和该压电元件来控制流量， 该程序的特征在于还使计算机执行以下处理： 根据上述偏差来生成输出到上述驱动电路的信号， 根据与上述压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数 来执行与所生成的信号有关的补偿计算。
17. 根据权利要求16所述的程序，其特征在于， 在用于执行上述补偿计算的处理中，根据由第一传递函数和第二传递函数之比构成的 传递函数来执行与所生成的信号有关的补偿计算，其中，上述第一传递函数包含与上述压 电元件的电特性有关的增益，上述第二传递函数包含与该压电元件的响应特性相应的常数 以及该增益。
18. 根据权利要求16或者17所述的程序，其特征在于， 在上述接收单元接收到的目标流量从小于规定值变化为规定值以上的情况下，对用于 生成上述信号的处理所生成的信号加上与规定电压对应的信号。
【文档编号】G05D7/06GK104220946SQ201380017191
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】大槻治明, 园田真志 申请人:日立金属株式会社
【专利摘要】本发明提供一种能够实现无过冲且高速的响应控制的流量控制装置以及程序。流量控制装置具备：压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；接收单元，其接收目标流量；以及输出单元，为了使流量变化为与上述接收单元接收到的目标流量一致，该输出单元将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，在该流量控制装置中，在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元过渡性地输出与对应于变化后的目标流量的目标电压值不同的电压值对应的信号，之后输出与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号。
【专利说明】流量控制装置以及程序
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对流体的流量进行控制的流量控制装置以及程序。
【背景技术】
[0002] 针对在半导体、液晶面板等的制造工序中使用的流量控制装置，要求与流量设定 值的变化对应的高速的流量响应。因此，存在一种对于流量设定值的变化迅速地改变流量 的技术（例如参照专利文献1、2、3)。
[0003] 专利文献1 :美国专利第7603186号公报
[0004] 专利文献2 :日本特开2001-147723号公报
[0005] 专利文献3 :日本特开2012-168822号公报
【发明内容】
[0006] 发明要解决的问是页
[0007] 另外，在用于打开和关闭流路的阀的致动器为压电致动器的情况下，其压电元件 的电容大。因此，针对流量设定值的变化的压电致动器的位移响应慢，其结果是流量变化的 响应也延迟。
[0008] 专利文献1所涉及的技术为调整用于对流量进行PI控制的参数的技术，无法缩短 由压电致动器的位移响应延迟引起的流量响应。在专利文献2所涉及的流量控制方法中， 将比流体开始流动时的电压稍低的初始电压施加到压电元件，之后过渡到速度型PID控 制。因此，为了加快响应，考虑提高专利文献2所涉及的初始电压。但是，在上述情况下，产 生过冲而产品品质下降。专利文献3所涉及的流量控制装置通过数字运算对阀开度的操作 量中的相位偏移进行补偿，但是其响应性与以往的流量控制装置中的响应性相同。
[0009] 本申请是鉴于所述情形而完成的。其目的在于提供一种能够实现无过冲且高速的 响应控制的流量控制装置以及程序。
[0010] 用于解决问题的方案
[0011] 本申请所涉及的流量控制装置具备：压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连 结，通过使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电 元件；接收单元，其接收目标流量；以及输出单元，为了使流量变换为与上述接收单元接收 到的目标流量一致，该输出单元将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述 驱动电路，该流量控制装置的特征在于，在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上 述输出单元过渡性地输出与不同于变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应 的信号，之后输出与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号。
[0012] 本申请所涉及的流量控制装置具备输出单元，该输出单元将与驱动电路要施加于 压电元件的电压对应的信号输出至驱动电路。在接收到的目标流量发生变化时，输出单元 过渡性地输出与不同于变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应的信号。输出 单元之后输出与收敛到变化后的目标电压值的电压变化对应的信号。
[0013] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，与在该流量调整阀不处于关闭状态的情 况下该目标流量发生变化时相比，上述输出单元向上述驱动电路输出与相对于变化后的目 标流量所对应的目标电压值示出更大振幅的电压变化对应的信号。
[0014] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，与在流量调整阀不处于关闭状态的情况下接收到的目标流量发生 变化时相比，输出单元向驱动电路输出与相对于变化后的目标流量所对应的目标电压值示 出更大的振幅的电压变化对应的信号。
[0015] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元将与钉状的电压变化对应 的信号输出到上述驱动电路。
[0016] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，输出单元将与钉状的电压变化对应的信号输出到驱动电路。
[0017] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在上述流量调整阀处于关闭状态的情 况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元输出与阶梯状地上升至比 变化后的目标流量所对应的目标电压值高的电压值的电压变化对应的信号，之后将与收敛 到该目标电压值的电压变化对应的信号输出到上述驱动电路。
[0018] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在流量调节阀处于关闭状态的情况下接收到 的目标流量发生变化时，输出单元向驱动电路输出与阶梯状地高速地向比目标流量所对应 的电压高的电压上升的电压变化对应的信号。
[0019] 在本申请所涉及的流量控制装置具备：检测单元，其检测流过流路的流体的流量； 压电元件，其与构成打开和关闭上述流路的流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作 来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；接收单元，其接 收流体的目标流量；以及控制单元，其根据该接收单元接收到的目标流量与上述检测单元 检测出的流量之间的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动 电路，由此经由该驱动电路和该压电元件来控制流量，该流量控制装置的特征在于，上述控 制单元具有：生成单元，其生成与上述偏差对应的信号；以及补偿单元，其通过包含与上述 压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数的控制要素，对上 述生成单元生成的信号进行补偿，其中，将上述补偿单元补偿后的信号输出到上述驱动电 路。
[0020] 在本申请所涉及的流量控制装置中，控制部生成与接收到的目标流量和所检测出 的流量之间的偏差对应的信号。控制部所具有的补偿单元通过包含与压电元件的电特性有 关的数值及与压电元件的响应特性相应的常数的控制要素来对所生成的信号进行补偿。
[0021] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述控制要素具有：第一传递函数，其 包含与上述压电元件的电特性有关的增益；以及第二传递函数，其包含与上述压电元件的 响应特性相应的常数和上述增益。
[0022] 在本申请所涉及的流量控制装置中，补偿单元所涉及的控制要素具有第一传递函 数和第二传递函数。第一传递函数包含与压电元件的电特性有关的增益。第二传递函数包 含与压电元件的电特性有关的增益和与压电元件的响应特性相应的常数。
[0023] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述第一传递函数和上述第二传递函 数还包含与上述驱动电路的电特性有关的增益。
[0024] 在本申请所涉及的流量控制装置中，第一传递函数和第二传递函数包含与驱动电 路的电特性有关的增益。
[0025] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述控制要素与从上述控制单元向上 述驱动电路输入信号起至上述压电元件使上述阀体动作为止的响应有关。
[0026] 在本申请所涉及的流量控制装置中，补偿单元所涉及的控制要素与从控制部向驱 动电路输入信号起至压电元件使阀体动作为止的响应有关。
[0027] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，在关闭上述流量调整阀的情况下，上 述控制单元使上述驱动电路施加到上述压电元件的电压向进一步关闭该流量调整阀的方 向与使该流量调整阀的阀门开度成为零的电压相差规定电压Vc，在上述流量调整阀处于关 闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述补偿单元对上述生成单 元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号进行补偿。
[0028] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，控制部使驱动 电路施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度 成为零的电压相差规定电压Vc。在流量调整阀处于关闭状态的情况下接收到的目标流量发 生变化时，补偿单元对所生成的信号叠加规定电压Vc。
[0029] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述驱动电路具有输出单元，该输出 单元将与施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述控制单元，上述控制单元还具 有信号生成单元，该信号生成单元根据上述输出单元输出的信号来生成用于调整上述压电 元件的响应特性的反馈信号，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得 到的信号以及上述信号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
[0030] 在本申请所涉及的流量控制装置中，驱动电路将与施加到压电元件的电压对应的 信号输出到控制部。控制部根据驱动电路输出的信号来生成用于调整压电元件的响应特性 的反馈信号。补偿单元对所生成的信号叠加规定电压Vc所得到的信号和所生成的反馈信 号进行补偿。
[0031] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备变换单元，该变换单元根据上 述第二传递函数来对与上述Vc对应的信号进行变换，上述信号生成单元通过对上述输出 单元输出的信号以及上述变换单元变换得到的信号进行补偿来生成反馈信号。
[0032] 在本申请所涉及的流量控制装置中，变换单元根据第二传递函数对与规定电压Vc 对应的信号进行变换。流量控制装置通过对驱动电路输出的信号和变换单元变换得到的信 号进行补偿，来生成用于调整压电元件的响应特性的反馈信号。
[0033] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备缓和单元，该缓和单元使上述 Vc的变化缓和，在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量 发生变化时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所 得到的信号进行补偿。
[0034] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，使驱动电路要 施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度成为 零的电压相差规定电压Vc。流量控制装置使该Vc缓和。在流量调整阀处于关闭状态的情 况下接收到的目标流量发生变化时，补偿单元对所生成的信号叠加缓和后的Vc。
[0035] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，还具备缓和单元，该缓和单元使上述 Vc的变化缓和，上述变换单元对与上述缓和单元缓和后的Vc对应的信号进行变换，在上述 流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述补偿 单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信号以及上述信 号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
[0036] 在本申请所涉及的流量控制装置中，在关闭流量控制阀的情况下，使驱动电路要 施加到压电元件的电压向进一步关闭流量调整阀的方向与使流量调整阀的阀门开度成为 零时的电压相差规定电压Vc。流量控制装置使该Vc缓和。变换单元根据第二传递函数对 与缓和后的Vc对应的信号进行变换。流量控制装置通过对驱动电路输出的信号和变换单 元对与缓和后的Vc对应的信号进行变换所得到的信号进行补偿，来生成用于调整压电元 件的响应特性的反馈信号。补偿单元对所生成的信号叠加缓和后的Vc所得到的信号和所 生成的反馈信号进行补偿。
[0037] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述压电元件是层叠压电元件。
[0038] 在本申请所涉及的流量控制装置中，压电元件是层叠压电元件。
[0039] 本申请所涉及的流量控制装置的特征在于，上述流量调整阀包含设置于上述流路 的阀口，上述阀体为板状的隔膜，通过来自上述压电元件的推压而弹性地变形从而能够落 位于上述阀口的周围。
[0040] 在本申请所涉及的流量控制装置中，阀体是板状的隔膜。隔膜通过来自压电元件 的推压而发生弹性变形，由此落位到设置于流体流动的流路的阀口的周围。
[0041] 本申请所涉及的程序使流量控制装置所具有的计算机执行处理，其中，该流量控 制装置具备：检测单元，其检测流量；压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过 使该阀体动作来调整流量；驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 以及接收单元，其接收目标流量，上述处理为，根据上述接收单元接收到的目标流量与上述 检测单元检测出的流量之间的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到 上述驱动电路，由此经由该驱动电路和该压电元件来控制流量，该程序的特征在于还使计 算机执行以下处理：根据上述偏差来生成输出到上述驱动电路的信号，根据与上述压电元 件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数来执行与所生成的信号 有关的补偿计算。
[0042] 在本申请所涉及的程序中，使流量控制装置所具有的计算机执行下面的处理。流 量控制装置根据接收到的目标流量与检测出的流量之间的偏差，生成向驱动电路输出的信 号。根据与压电元件的电特性有关的数值和与压电元件的响应特性相应的常数来执行与所 生成的信号有关的补偿计算。
[0043] 本申请所涉及的程序的特征在于，在用于执行上述补偿计算的处理中，根据由第 一传递函数和第二传递函数之比构成的传递函数来执行与所生成的信号有关的补偿计算， 其中，上述第一传递函数包含与上述压电元件的电特性有关的增益，上述第二传递函数包 含与该压电元件的响应特性相应的常数以及该增益。
[0044] 在本申请所涉及的程序中，第一传递函数包含与压电元件的电特区性有关的增 益。第二传递函数包含与压电元件的电特区性有关的增益和与压电元件的响应特性相应的 常数。程序使计算机根据由第一传递函数与第二传递函数之比构成的传递函数来执行与所 生成的信号有关的补偿计算。
[0045] 本申请所涉及的程序的特征在于，在上述接收单元接收到的目标流量从小于规定 值变化为规定值以上的情况下，对用于生成上述信号的处理所生成的信号加上与规定电压 对应的信号。
[0046] 在本申请所涉及的程序中，流量控制装置在接收到的目标流量从小于规定值变化 为规定值以上的情况下，对向驱动电路输出的信号加上与规定电压对应的信号。
[0047] 发明的效果
[0048] 根据本申请公开的一个观点，能够实现无过冲且高速的响应控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 图1是表示流量控制装置的硬件结构例的框图。
[0050] 图2是表示控制部的硬件结构例的框图。
[0051] 图3是表示流量控制系统的一例的框线图。
[0052] 图4是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0053] 图5是表示控制部所执行的处理的过程的一例的流程图。
[0054] 图6是表示控制部所执行的处理的过程的一例的流程图。
[0055] 图7A是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0056] 图7B是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0057] 图7C是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0058] 图7D是表示对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状的输入波形相应的电压的 情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0059] 图8是针对实际模型和规范模型示出对阀驱动电路的输入端子施加了与阶梯状 的输入波形相应的电压的情况下的致动器的时间响应波形的一例的说明图。
[0060] 图9A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0061] 图9B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0062] 图10A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0063] 图10B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0064] 图11A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0065] 图11B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0066] 图12是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0067] 图13是表示流量控制系统的另一例的框线图。
[0068] 图14A是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
[0069] 图14B是表示与流量设定值对应的流量设定信号Vsp从0V阶梯状上升为2V的情 况下的响应波形的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0070] 下面，根据该【专利附图】
【附图说明】实施方式。本实施方式所涉及的流量控制装置是在半导 体、光纤、太阳能电池、液晶面板、有机EL(Electro Luminescence:电致发光）显示器、 LED(Light Emitting Diode :发光二极管）、食品、化妆品、药品等的制造中使用的流量控制 装置。另外，本实施方式所涉及的流量控制装置可以是控制流体的质量流量的装置，也可以 是控制流体的体积流量的装置。下面，列举对气体流体的质量流量进行控制的流量控制装 置（质量流量控制器（mass flow controller))为例来说明实施方式。
[0071] 此外，本发明不限定于下面的实施方式。
[0072] 实施方式1
[0073] 图1是表示流量控制装置1的硬件结构例的框图。流量控制装置1与对产品的制 造工序整体进行控制的外部的主计算机Η相连接。流量控制装置1从主计算机Η接收表示 流量控制装置1要向产品制造装置供给的气体的流量的流量设定信号Ssp。另一方面，流量 控制装置1将表示当前流动的气体的流量的流量输出信号Sgout输出到主计算机H。
[0074] 流量控制装置1包括流路部（流路）2、传感器部（检测单元）3、控制部（控制单 元、计算机）4、阀驱动电路（驱动电路，输出单元）5以及阀部（流量调整阀）6。
[0075] 传感器部3检测流路部2所取入的气体的流量。控制部4将传感器部3所检测出 的气体的流量值与流量设定信号Ssp所表示的流量设定值进行比较，向阀驱动电路5输出 输出信号Sout以使实际的流量值成为设定流量值（目标流量值）。阀驱动电路5被输入 输出信号Sout，根据所输入的输出信号Sout向阀部6输出用于驱动阀部6的阀驱动信号 Spzt。阀部6被输入阀驱动信号Spzt，根据所输入的阀驱动信号Spzt来调整流动于流路部 2的气体的流量。
[0076] 在流量控制装置1中，控制部4根据流量设定值和传感器部3检测出的流量来对 阀部6进行反馈控制，由此控制流动于流路部2的气体的流量。
[0077] 流路部2例如是由不锈钢形成的管状的气体通路。在流路部2的上游侧连接有向 流路部2供给气体的气体管G。在流路部2的下游侧连接有向产品制造装置供给气体的气 体管G。
[0078] 传感器部3包括分流群31、传感器管32、线圈31R、32R、传感器电路33以及压力检 测部34。
[0079] 分流群31由捆绑在一起的多个分流管构成，设置在流路部2的上游侧。传感器管 32是以绕开分流群31的方式设置在分流群31的两端的不锈钢制的毛细管。传感器管32 构成为使比流过分流群31的气体的量少的固定比率的气体流过。由此，对传感器管32供 给流动于流路部2的总气体流量的固定比率的气体。
[0080] 线圈31R和线圈32R是分别卷绕在传感器管32的上游部分和下游部分的一对发 热电阻线，被串联连接。在使电流流过线圈31R和线圈32R的情况下，线圈31R和线圈32R 发热。在传感器管32中没有气体流动的情况下，线圈31R和线圈32R的温度均为相同的温 度而保持平衡。另一方面，在传感器管32中有气体流动的情况下，线圈31R被气体夺走热， 气体被线圈31R加热。从在上游侧被加热的气体向线圈32R提供热。因此，在线圈31R和 线圈32R中产生与气体的流量成比例的温度变化或温度差。
[0081] 传感器电路33具有将线圈31R和线圈32R的温度变化或温度差转换为电信号的 桥电路、将该桥电路转换得到的电信号放大的放大电路等。传感器电路33将放大后的表示 流量的模拟流量信号Sqc输出到控制部4。
[0082] 压力检测部34例如是压力转换器。压力检测部34以规定时间间隔对流动于流路 部2的气体的压力值进行采样，将采样到的气体的压力值转换为压力检测信号Sv。压力检 测部34将转换得到的压力检测信号Sv输出到控制部4。在控制部4决定控制常数等时利 用压力检测部34所输出的压力检测信号Sv。
[0083] 此外，在控制部4在流量控制中不利用压力检测信号Sv的情况下，也可以没有压 力检测部34。
[0084] 控制部4包括计算机，从传感器部3接收模拟流量信号Sqc和压力检测信号Sv。 另外，控制部4从主计算机Η接收流量设定信号Ssp。控制部4将模拟流量信号Sqc作为表 示当前流动的流量的流量输出信号Sgout输出到主计算机H。另外，控制部4为了操作阀部 6以使模拟流量信号Sqc所表示的流量与流量设定信号Ssp所表示的流量一致而向阀驱动 电路5输出输出信号Sout。
[0085] 阀驱动电路5是对阀部6的阀门进行驱动的电路。阀驱动电路5被从控制部4输 入输出信号Sout，将所输入的输出信号Sout放大，由此产生阀驱动电压。阀驱动电路5将 所产生的阀驱动电压施加到阀部6。通过阀驱动电压的高低来调整阀部6的阀门开度。
[0086] 此外，阀驱动信号Spzt是与阀驱动电压相应的信号。
[0087] 阀驱动电路5可以向控制部4输出阀驱动信号Spzt，也可以不输出阀驱动信号 Spzt 〇
[0088] 在阀驱动电路5向控制部4输出阀驱动信号Spzt的情况下，控制部4从阀驱动 电路5接收阀驱动信号Spzt。控制部4在流量的反馈控制中利用所接收到的阀驱动信号 Spzt 〇
[0089] 阀部6包括外壳60、致动器（压电元件）61、限制部件62、弹簧座63、螺旋弹簧64、 阀杆65、球体66、推力按钮67、隔膜（阀体）68以及阀口 69。其中，省略了能够组装阀部6 所需的分割结构的图示。
[0090] 外壳60是收纳阀部6的各结构部的箱体。外壳60与传感器部3相比，设置在流 路部2的下游侧的上表面，外壳60的底部与流路部2接合。在外壳60的底部设置有流体 能够流通的空间。在外壳60的底部开设有两个开口，其中一个开口是通过了分流群31的 气体流入外壳60底部的空间的开口。另一个开口是气体从外壳60底部的空间向流路部2 流出的开口。后者的开口构成了阀部6的阀口 69。
[0091] 在与阀口 69相向的外壳60内，从上向下依次配设有致动器61、限制部件62、弹簧 座63、螺旋弹簧64、阀杆65、球体66、推力按钮67以及隔膜68。
[0092] 致动器61例如是层叠压电元件（压电元件）。层叠压电元件形成将多个PZT陶瓷 圆板层叠而成的结构。层叠压电元件在被施加高的阀驱动电压的情况下，沿层叠方向伸长， 在被施加低的阀驱动电压的情况下，沿层叠方向收缩。即，致动器61根据被施加的阀驱动 电压而在上下方向上机械性地伸缩。
[0093] 限制部件62是阻止致动器61向下位移的部件。弹簧座63安装于限制部件62， 用于保持螺旋弹簧64。阀杆65是形成在外壳60与致动器61之间的圆筒状的部件。阀杆 65构成为通过致动器61的伸缩而沿着设置在外壳60的内表面的导向件升降。螺旋弹簧 64被收容于上侧的限制部件62与下侧的阀杆65的底面之间的空间。螺旋弹簧64是向下 方对阀杆65施力的螺旋状的弹簧。
[0094] 在阀杆65的底面的外表面形成有朝向下方的浅的凹部。推力按钮67是在其上表 面形成有朝向上方的浅的凹部的金属制的台。球体66是被收纳于阀杆65的凹部与推力按 钮67的凹部之间的球。阀杆65、球体66以及推力按钮67刚性连接，将上侧的致动器61的 机械性伸缩所产生的力传递到下侧的隔膜68。球体66具有避免传递到隔膜68的上下方向 的力不均匀地存在于一处的功能。
[0095] 隔膜68是能够弹性变形的金属制的平板。隔膜68的周端部可动地嵌入于外壳60 的内壁，构成为能够灵活地移动。在隔膜68的正下方配置有气体能够流通的阀口 69。阀口 69的周围相当于阀部6的阀座。
[0096] 在不对致动器61的层叠压电元件施加电压的情况下，阀杆65通过来自螺旋弹簧 64的按压力而被按下，隔膜68以向下弯曲的方式发生弹性变形。弹性变形后的隔膜68落 位到阀座上而将阀口 69关闭。此时，选择螺旋弹簧64的弹簧荷重以维持阀部6的关闭状 态。另一方面，在对致动器61的层叠压电元件施加了电压的情况下，层叠压电元件沿层叠 方向伸长。由于伸长的层叠压电元件的向下的位移被限制部件62阻止，因此层叠压电元件 向上方延伸。由此，阀杆65的上端部被层叠压电元件向上方推压，因此阀杆65上升，隔膜 68隔着球体66和推力按钮67从螺旋弹簧64的压缩力下释放。从螺旋弹簧64的压缩力下 释放的隔膜68通过自身的复原力而要恢复为原来的形状，由此在隔膜68与阀座之间形成 间隙，从而阀口 69被释放。
[0097] 也就是说，隔膜68与阀口 69之间的间隔随着致动器61的伸缩以及阀杆65的升 降而变化。在使对致动器61施加的阀驱动电压降低的情况下，致动器61收缩，阀杆65下 降。然后，隔膜68与阀口 69之间的间隔变窄，从而流动于流路部2的气体的流量减少。另 一方面，在使对致动器61施加的阀驱动电压升高的情况下，致动器61伸长，阀杆65上升。 然后，隔膜68与阀口 69之间的间隔变宽，从而流动于流路部2的气体的流量增大。
[0098] 上述所说明的阀部6是在没有对层叠压电元件施加电压的情况下将阀关闭的常 闭型。但是，阀部6也可以是在没有对层叠压电元件施加电压的情况下将阀打开的常开型。 下面，将阀部6设为常闭型。
[0099] 图2是表示控制部4的硬件结构例的框图。控制部4包括CPU (Central Processing Unit :中央处理单元）（输出单元、补偿单元、生成单元、变换单元）41、RAM (Random Access Memory :随机存取存储器）42以及ROM (Read Only Memory :只读存储器）43。另外，控制部4 包括计时器44、输入输出接口（接收单元）45以及AD/DA变换部46。CPU 41、RAM 42、R0M 43、计时器44、输入输出接口 45以及AD/DA变换部46通过总线4b相互连接。
[0100] CPU 41控制流量控制装置1的各结构部。CPU 41读入记录在ROM 43中的程序IP 并执行该程序IP。此外，CPU 41是控制部4所具备的处理器的一例，也可以用MPU(Micro Processor Unit :微处理单兀）代替CPU 41。
[0101] RAM 42 例如是 SRAM (Static RAM :静态随机存取存储器）、DRAM (Dynamic RAM :动 态随机存取存储器）等，暂时地记录CPU 41执行处理的过程中需要的作业变量、数据等。此 夕卜，RAM 42是主存储装置的一例，也可以代替RAM 42而使用快闪存储器、存储卡等。
[0102] ROM 43例如是非易失性的半导体存储器或半导体存储器以外的读取专用存储介 质。ROM 43记录了 CPU 11所执行的程序IP。ROM 43可以安装于流量控制装置1的内部， 也可以设置在流量控制装置1的外部。
[0103] 计时器44对日期和时间进行计时，将计时的结果输出到CPU 41。CPU 41根据从 计时器44接收到的日期和时间来执行例如基于程序IP的中断处理。
[0104] 输入输出接口 45是具有用于与主计算机H、传感器部3以及阀驱动电路5之间发 送和接收信号或信息的数字输入输出端口的接口。此外，输入输出接口 45还能够与外部的 磁盘驱动装置连接。另外，输入输出接口 45还具有与LAN (Local Area Network :局域网）、 WAN(Wide Area Network:广域网）、因特网等网络连接的功能。
[0105] AD/DA变换部46将从传感器部3和阀驱动电路5接收到的模拟信号变换为数字信 号，将变换得到的数字信号输出到输入输出接口 45。另外，AD/DA变换部46将从输入输出 接口 45接收到的数字信号变换为模拟信号，将变换得到的模拟信号（例如输出信号Sout) 输出到阀驱动电路5。
[0106] 此外，也可以如图2所示那样通过磁盘驱动装置从光盘4a读入用于使流量控制装 置1进行动作的程序1P。或者，也可以如图2所示那样经由输入输出接口 45和网络从外部 的信息处理装置或记录装置读入程序1P。还可以如图2所示那样将记录有程序1P的快闪 存储器等半导体存储器4c安装于控制部4内。
[0107] 图3是表示流量控制系统的一例的框线图。此处的流量控制系统以控制部4为中 心，包括传感器部3、阀驱动电路5以及阀部6的结构要素或控制要素。此外，在图3中，控 制部4对应于用虚线包围的范围的要素群。流量控制装置1的控制部4是图2所示的计算 机，而图3示出用电路代替计算机的功能的情况。
[0108] 图3的右上方所示的流量Qmf被线圈31R、32R检测为温度变化量或温度差。线圈 31R、32R检测出的温度变化量或温度差被传感器电路33中包含的桥电路转换为电信号且 被放大电路放大而成为流量传感器信号Vfs。信号与电压具有对应关系，下面用V表示信 号。
[0109] 流量传感器信号Vfs在模拟输入电路71中被实施规定的模拟处理而成为模拟流 量信号Vqc。模拟流量信号Vqc是根据流量传感器信号Vfs的频率特性而使高频成分大幅 衰减的信号，通过数字信号校正电路81补偿该衰减量而成为数字流量信号Vqd。
[0110] 此外，线圈31R、32R的检测特性具有以秒为单位的大的时间常数，因此通过模拟 输入电路71和数字信号校正电路81对流量传感器信号Vfs进行频率特性校正。由此，起 到流量控制的响应性变快的效果。
[0111] 模拟输入电路71可以设置在传感器部3中，也可以设置在控制部4中。
[0112] 数字流量信号Vqd在图3左上方的合成点（生成单元）A1中与流量设定信号Vsp 进行比较，形成流量偏差信号Ve。流量偏差信号Ve通过PI补偿器82被实施比例积分补 偿，形成向合成点A2的输入信号Vpi。
[0113] 另外，在图3的流量控制系统中，在反馈控制中使用对阀部6的致动器61施加的 阀驱动电压。合成点A2相当于位于与阀驱动电压有关的反馈控制系统的输入侧的比较部。 阀驱动电压是对构成致动器61的层叠压电元件的端子施加的电压，因此在下面还将阀驱 动电压称为端子电压Vpzt。
[0114] 端子电压Vpzt被具有增益Kmon的模拟输入电路72检测并被降低，转换为端子电 压信号Vmon。端子电压信号Vmon对应于致动器61所涉及的层叠压电元件的响应。
[0115] 此外，模拟输入电路72可以设置在阀驱动电路5中，也可以设置在控制部4中。另 夕卜，模拟输入电路72也可以具备执行各种模拟处理的滤波器。
[0116] 端子电压信号Vmon经过合成点A3和具有传递函数Gaf(s)(信号生成单元）的电 压反馈补偿器83后成为电压反馈信号。然后，电压反馈信号被输入至合成点A2。
[0117] 流量控制系统在流量设定信号Vsp所表示的流量设定值为0的情况下，将输入信 号Vpi减去电压反馈信号得到的信号设为操作量信号Vu。
[0118] 另一方面，流量控制系统在流量设定信号Vsp所表示的流量设定值不为〇的情况 下，将不感应区补偿信号Vc及输入信号Vpi之和减去电压反馈信号得到的信号设为操作量 信号Vu。端子电压Vpzt中存在与阀部6的阀门完全关闭的状态对应的电压以及与阀部6 的阀门处于开闭边界状态的情况对应的电压，将相当于这些电压之差的电压称为不感应区 补偿电压。不感应区补偿信号Vc是对应于不感应区补偿电压的信号。
[0119] 流量控制装置1在流量设定值为〇的情况下，关闭阀部6的阀门。此时，流量控制 装置1为了可靠地使阀部6的阀门成为关闭的状态而向关闭的方向对阀门施加压力。因此， 流量控制装置1在流量设定值为〇的情况下，使端子电压Vpzt相比于阀门为开闭边界状态 的端子电压Vpzt向进一步关闭阀门的方向偏移。但是，在流量设定值不为0的情况下，流量 控制装置1需要使阀部6的阀门越过开闭边界状态而开到与流量设定值对应的阀门开度， 因此输入信号Vpi与电压反馈信号之差加上不感应区补偿信号Vc得到的信号成为操作量 信号Vu。
[0120] 流量控制系统将通过传递函数Grf(s)(变换单元）84对不感应区补偿信号Vc进 行处理而得到的校正信号Vrf输出到合成点A3。然后，流量控制系统将端子电压信号Vmon 减去校正信号Vrf得到的信号输入到电压反馈补偿器83。
[0121] 流量控制系统通过传递函数Gff (s)(补偿单元）85对通过上述处理得到的操作量 信号Vu进行修正，生成修正操作量信号Vff。
[0122] 流量控制系统在流量设定值为0的情况下，将与向阀驱动电路5输入的电压值对 应的电压信号Voutint设定为向阀驱动电路5输入的输出信号Vout以使阀驱动电路5对阀 部6施加的电压为0V。另一方面，流量控制系统在流量设定值不为0的情况下，将Voutint 和修正操作量信号Vff在合成点A4中相加，并将相加得到的信号设定为向阀驱动电路5输 入的输出信号Vout。
[0123] 此外，在控制部4构成为包括计算机的情况下，图3中未图示的AD/DA变换部46 位于阀驱动电路5的输入侧，输出信号Vout相当于AD/DA变换部46向阀驱动电路5输出 的信号。
[0124] 图4是表示流量控制系统的另一例的框线图。在图4中，与图3不同的部分是不 存在与基于对阀部6施加的端子电压Vpzt的电压反馈有关的信号循环。图4的流量控制 系统相当于将图3的流量控制系统中的电压反馈补偿器83的传递函数Gaf(s)设为0时的 流量控制系统。流量控制装置1中的流量控制系统可以是图3的流量控制系统，也可以是 图4的流量控制系统。
[0125] 接着，说明控制部4中的传递函数模型。
[0126] 在对致动器61进行驱动的阀驱动电路5中，从输出信号Vout至端子电压Vpzt的 响应类似于一阶延迟系统的响应。但是，阀驱动电路5中的响应与单纯的一阶延迟系统的 响应不同，能够通过将两个一阶延迟系统的响应叠加而成的模型进行近似。下面，用将两个 一阶延迟系统叠加而成的模型来表示从输出信号Vout至端子电压Vpzt的传递特性，将该 模型称为实际模型。实际模型的传递特性用下面的（1)式表示。
[0127] [数 1]
[0128]
【权利要求】
1. 一种流量控制装置，具备： 压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 接收单元，其接收目标流量；以及 输出单元，为了使流量变换为与上述接收单元接收到的目标流量一致，该输出单元将 与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路， 该流量控制装置的特征在于， 在上述接收单元接收到的目标流量发生变化时，上述输出单元过渡性地输出与不同于 变化后的目标流量所对应的目标电压值的电压值对应的信号，之后输出与收敛到该目标电 压值的电压变化对应的信号。
2. 根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，与在该流量调整阀不处于关闭状态的情况下该目标流量发生变化时相比，上述输出单 元向上述驱动电路输出与相对于变化后的目标流量所对应的目标电压值示出更大振幅的 电压变化对应的信号。
3. 根据权利要求1或者2所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述输出单元将与钉状的电压变化对应的信号输出到上述驱动电路。
4. 根据权利要求1或者2所述的流量控制装置，其特征在于， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述输出单元输出与阶梯状地上升至比变化后的目标流量所对应的目标电压值高的电 压值的电压变化对应的信号，之后将与收敛到该目标电压值的电压变化对应的信号输出到 上述驱动电路。
5. -种流量控制装置，具备： 检测单元，其检测流过流路的流体的流量； 压电元件，其与构成打开和关闭上述流路的流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体 动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件； 接收单元，其接收流体的目标流量；以及 控制单元，其根据该接收单元接收到的目标流量与上述检测单元检测出的流量之间的 偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，由此经由该驱 动电路和该压电元件来控制流量， 该流量控制装置的特征在于， 上述控制单元具有： 生成单元，其生成与上述偏差对应的信号；以及 补偿单元，其通过包含与上述压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应 特性相应的常数的控制要素，对上述生成单元生成的信号进行补偿， 其中，将上述补偿单元补偿后的信号输出到上述驱动电路。
6. 根据权利要求5所述的流量控制装置，其特征在于， 上述控制要素具有： 第一传递函数，其包含与上述压电元件的电特性有关的增益；以及 第二传递函数，其包含与上述压电元件的响应特性相应的常数和上述增益。
7. 根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于， 上述第一传递函数和上述第二传递函数还包含与上述驱动电路的电特性有关的增益。
8. 根据权利要求6或者7所述的流量控制装置，其特征在于， 上述控制要素与从上述控制单元向上述驱动电路输入信号起至上述压电元件使上述 阀体动作为止的响应有关。
9. 根据权利要求6?8中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 在关闭上述流量调整阀的情况下，上述控制单元使上述驱动电路施加到上述压电元件 的电压向进一步关闭该流量调整阀的方向与使该流量调整阀的阀门开度成为零的电压相 差规定电压Vc， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号进行补偿。
10. 根据权利要求9所述的流量控制装置，其特征在于， 上述驱动电路具有输出单元，该输出单元将与施加到上述压电元件的电压对应的信号 输出到上述控制单元， 上述控制单元还具有信号生成单元，该信号生成单元根据上述输出单元输出的信号来 生成用于调整上述压电元件的响应特性的反馈信号， 上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述Vc所得到的信号以及上述信号生 成单元生成的反馈信号进行补偿。
11. 根据权利要求10所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备变换单元，该变换单元根据上述第二传递函数来对与上述Vc对应的信号进行 变换， 上述信号生成单元通过对上述输出单元输出的信号以及上述变换单元变换得到的信 号进行补偿来生成反馈信号。
12. 根据权利要求9或者10所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备缓和单元，该缓和单元使上述Vc的变化缓和， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信 号进行补偿。
13. 根据权利要求11所述的流量控制装置，其特征在于， 还具备缓和单元，该缓和单元使上述Vc的变化缓和， 上述变换单元对与上述缓和单元缓和后的Vc对应的信号进行变换， 在上述流量调整阀处于关闭状态的情况下上述接收单元接收到的目标流量发生变化 时，上述补偿单元对上述生成单元生成的信号叠加上述缓和单元缓和后的Vc所得到的信 号以及上述信号生成单元生成的反馈信号进行补偿。
14. 根据权利要求5?13中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 上述压电元件是层叠压电元件。
15. 根据权利要求5?14中的任一项所述的流量控制装置，其特征在于， 上述流量调整阀包含设置于上述流路的阀口， 上述阀体为板状的隔膜，通过来自上述压电元件的推压而弹性地变形从而能够落位于 上述阀口的周围。
16. -种使流量控制装置所具有的计算机执行处理的程序，其中，该流量控制装置具 备： 检测单元，其检测流量； 压电元件，其与构成流量调整阀的阀体相连结，通过使该阀体动作来调整流量； 驱动电路，其通过对该压电元件施加电压来驱动该压电元件；以及 接收单元，其接收目标流量， 上述处理为，根据上述接收单元接收到的目标流量与上述检测单元检测出的流量之间 的偏差，将与要施加到上述压电元件的电压对应的信号输出到上述驱动电路，由此经由该 驱动电路和该压电元件来控制流量， 该程序的特征在于还使计算机执行以下处理： 根据上述偏差来生成输出到上述驱动电路的信号， 根据与上述压电元件的电特性有关的数值以及与该压电元件的响应特性相应的常数 来执行与所生成的信号有关的补偿计算。
17. 根据权利要求16所述的程序，其特征在于， 在用于执行上述补偿计算的处理中，根据由第一传递函数和第二传递函数之比构成的 传递函数来执行与所生成的信号有关的补偿计算，其中，上述第一传递函数包含与上述压 电元件的电特性有关的增益，上述第二传递函数包含与该压电元件的响应特性相应的常数 以及该增益。
18. 根据权利要求16或者17所述的程序，其特征在于， 在上述接收单元接收到的目标流量从小于规定值变化为规定值以上的情况下，对用于 生成上述信号的处理所生成的信号加上与规定电压对应的信号。
【文档编号】G05D7/06GK104220946SQ201380017191
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】大槻治明, 园田真志 申请人:日立金属株式会社
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