CN102644787A - 流体控制装置和压力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供流体控制装置和压力控制装置，即使阀控制器采用了数字控制，也能实现与以往的使用模拟控制的情况相近的响应性。流体控制装置(100)包括：流体控制阀(2)，设置在流体流过的流道(5)上；流体测量部(1)、(3)，测量与所述流体相关的物理量；以及阀控制器(4)，根据由所述流体测量部(1)测量的物理量的测量值与预先设定的设定值的偏差，通过数字控制控制所述流体控制阀(2)的开度，所述阀控制器(4)包括：操作量计算部(41)，对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀(2)的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部(42)，输出通过速度型数字计算对输入的值补偿相位延迟后得到的值。

Description

流体控制装置和压力控制装置

技术领域

本发明涉及用于控制流过流道的流体的压力、流量等的流体控制装置、压力控制装置。

背景技术

在向半导体制造装置供给用于半导体制造的各种气体等时，在这些气体的供给流道中分别设置有质量流量控制器等流体控制装置以及作为流体控制装置的一种的压力控制装置，来分别调节气体的流量和压力。

如果以进行流量控制的情况为例，则所述质量流量控制器包括：流量控制阀，设置在流道上；流量传感器，测量流体的流量；以及阀控制器，根据设定流量与测量流量的偏差控制所述流量控制阀的开度。

此外，如果以进行压力控制的情况为例，则所述压力控制装置包括：流体控制阀，设置在流道上；压力传感器，测量流体的压力；以及阀控制器，根据压力测量值与压力设定值的偏差控制所述流体控制阀的开度。

例如，如专利文献1所示，所述阀控制器主要由电子电路构成，所述阀控制器包括操作量计算部，该操作量计算部对偏差等输入值进行PID计算等，从而计算出向所述流体控制阀输入的反馈值。也就是说，该流体控制装置通过模拟控制(连续时间控制)来控制所述流量控制阀。

但是，近年来对质量流量控制器等流体控制装置，不仅要求进一步降低制造成本，还要求进一步减小各个个体控制精度的波动(ばらっき)。因此，本发明的发明者考虑到应用数字控制(离散时间控制)来代替模拟控制，这是因为模拟控制存在下述问题：由于控制用电子电路等精度管理困难导致各个流体控制装置的控制性能容易产生波动，并且因安装费事导致制造成本偏高，而通过计算机上的程序进行的数字控制的精度管理容易、且易于控制制造成本。

但是，仅将所述阀控制器从以往的模拟控制置换为数字控制的单纯的控制方式的变更并不能通过数字控制实现以往在模拟控制中所能够实现的响应性。

此外，从另外的角度考虑，专利文献1所示的阀控制机构主要由电子电路构成，可以说是通过模拟控制(连续时间控制)来控制所述流量控制阀。如专利文献1所示，所述阀控制机构包括：操作量计算部，对所述偏差进行PID计算从而计算出阀的操作量；以及相位补偿部，补偿相位延迟。这样，通过进行相位补偿，防止了高速响应等情况下的控制不稳定，能够以所要求的精度的响应性进行流量控制等。

如上所述，近年要求进一步降低质量流量控制器的制造成本，为满足该要求，所述阀控制机构的控制方式正在从因电子电路等的精度管理和安装费事等而造成制造成本容易偏高的模拟控制，向容易控制制造成本的、通过计算机上的程序进行的数字控制(离散时间控制)转换。

但是，如果将所述阀控制机构从以往的模拟控制置换为数字控制，则在数字控制的情况下，由于接收传感器输出时的量化误差以及取样周期的存在等，有时不能实现由模拟控制已经实现了的响应性。更具体而言，当用于控制流体控制阀的信号与来自流量传感器等的信号之间产生相位延迟时，即使以软件的方式进行相位补偿，与模拟控制的情况相比，有时性能也会变坏。为了解决该问题从而实现与模拟控制同等的响应性，也可以考虑例如缩短取样周期、增加取样次数及进行噪声的过滤处理等用于保持控制的稳定性，但是因为需要高负荷的计算处理而必需使用高性能且高价的CPU等，结果并不能得到所预想的制造成本的降低效果。也就是说，在流体控制装置中从模拟控制置换到数字控制时，取得制造成本和响应性之间的平衡非常困难。

专利文献1：日本专利公开公报特开昭64-54518号

发明内容

鉴于所述的问题，本发明的目的是提供一种流体控制装置，即使阀控制器采用了数字控制，也可以实现与以往的使用模拟控制的情况接近的响应性。

此外，鉴于所述的问题，本发明目的在于提供一种流体控制装置，即使阀控制机构采用了数字控制，也可以在得到成本降低效果的同时，实现与以往的使用模拟控制的情况接近的响应性。

即，本发明提供一种流体控制装置，其包括：流体控制阀，设置在流体流过的流道上；流体测量部，测量与所述流体相关的物理量；以及阀控制器，根据由所述流体测量部测量的物理量的测量值与预先设定的设定值的偏差，通过数字控制来控制所述流体控制阀的开度，所述流体控制装置的特征在于，所述阀控制器包括：操作量计算部，对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部，输出通过速度型数字计算(速度型デジタル演算)对输入的值补偿相位偏差后得到的值。

更具体地说，从模拟控制向数字控制置换时，需要将在模拟控制中使用的计算式、计算方法转换为数字控制用的计算式、计算方法。本发明的发明者通过反复专心研究首次发现，从模拟控制向数字控制转换时，即使通过通常使用较多的位置型数字计算(位置型デジタル演算)补偿相位偏差，也难以达到与模拟控制时同等的响应性，与此相对，对于使用流体控制阀的流体控制，通过在操作量计算部上进一步附加使用速度型数字计算的相位补偿部，可以达到与以往同等的响应性。

也就是说，通过使所述相位补偿部通过速度型数字计算进行相位补偿，与使用模拟控制的情况相比，不仅能降低制造成本，而且在响应性方面也可以保持与以往同等的性能。

作为所述操作量计算部的具体实施方式，在所述操作量计算部中使用的所述规定的计算是PID计算。

为了进一步提高数字控制下的响应性，在所述操作量计算部中使用的所述规定的计算只要是速度型数字计算即可。

此外，本发明提供一种压力控制装置，其包括：流体控制阀，设置在流体流过的流道上；压力传感器，测量所述流体的压力；以及阀控制器，控制所述流体控制阀的开度，使得由所述压力传感器测量的压力测量值变成预先设定的设定值，其中，所述阀控制器包括：操作量计算部，对输入的值进行规定的计算从而计算出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部，输出通过数字控制对输入的值补偿相位偏差后得到的值。

本发明的发明者经过专心研究后发现，在所述阀控制器中，通过与所述操作量计算部一起追加数字控制的相位补偿部，即使在使用数字控制的情况下，也可以实现与模拟控制同等的响应性。

作为所述相位补偿部的具体构成，可以列举通过速度型数字计算补偿相位偏差的构成。更具体地说，在从模拟控制向数字控制置换时，需要将在模拟控制中使用的计算式、计算方法转换为数字控制用的计算式、计算方法。本发明的发明者通过反复专心研究发现：从模拟控制向数字控制转换时，即使使用通常使用的位置型数字计算补偿相位延迟，也难以达到与模拟控制时同等的响应性，与此相对，对于使用流体控制阀的流体控制，通过使用进行速度型数字计算的相位补偿部，可以达到与以往同等的响应性。

也就是说，通过使所述相位补偿部通过速度型数字计算进行相位补偿，与使用模拟控制的情况相比，不仅能降低制造成本，而且在响应性方面也可以保持与以往同等的性能。

作为所述操作量计算部的具体实施方式，所述操作量计算部通过PID计算来计算出与所述操作量相关的值。

为了进一步提高数字控制下的响应性，所述操作量计算部只要是通过速度型数字计算来计算出与操作量相关的值即可。

此外，本发明提供一种流体控制装置，其包括：流体测量部，设置在流体流过的流道上，测量与所述流体相关的物理量；流体控制阀，设置在所述流道上；以及阀控制机构，根据由所述流体测量部测量的物理量的测量值与预先设定的设定值的偏差，控制所述流体控制阀的开度，其中，所述阀控制机构包括：操作量计算部，该操作量计算部是数字控制器，该数字控制器对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部，该相位补偿部是模拟控制器，该模拟控制器对输入的值补偿相位偏差并输出补偿相位偏差后得到的值。

更具体地说，本发明的发明者通过反复专心研究发现，无须在所述阀控制机构整体中使用数字控制，通过在操作量计算部中使用数字控制，并且在相位补偿部中使用模拟控制，可以弥补向数字控制置换时产生的控制性能的恶化，从而可以实现与以往同等的响应性。

也就是说，通过在所述操作量计算部中使用数字控制，并使所述相位补偿部通过模拟控制进行相位补偿，与在所述阀控制机构整体中使用模拟控制的情况相比，不仅可以降低制造成本，而且在响应性方面也能够保持与以往同等的性能。

作为所述操作量计算部的具体实施方式，所述操作量计算部通过PID计算来计算出与所述操作量相关的值。

为了进一步提高数字控制下的响应性，所述操作量计算部只要是通过速度型数字计算来计算出与操作量相关的值即可。

如上所述，本发明通过在所述操作量计算部中使用数字控制，并且在所述相位补偿部中使用模拟控制，能够实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性，并且还可以降低制造成本。

此外，本发明即使在通过数字控制来控制流体控制阀的情况下，通过所述相位补偿部通过速度型数字计算进行相位补偿，也能够实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性，并且还可以降低制造成本。

另外，本发明通过在所述操作量计算部中使用数字控制，并且在所述相位补偿部中使用模拟控制，能够实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性，并且还可以降低制造成本。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的质量流量控制器的示意图。

图2是表示第一实施方式的控制***构成的框图。

图3是比较各控制方式的阶跃响应特性的图。

图4是表示本发明第二实施方式的压力控制装置的示意图。

图5是表示第二实施方式的控制***构成的框图。

图6是表示其他实施方式的质量流量控制器的示意图。

图7是表示其他实施方式的控制***构成的框图。

图8是表示本发明第三实施方式的质量流量控制器的示意图。

图9是表示第三实施方式的控制***构成的框图。

图10是比较各控制方式的阶跃响应特性的图。

图11是表示本发明其他实施方式的压力控制装置的示意图。

图12是表示其他实施方式的控制***构成的框图。

图13是表示本发明第四实施方式的质量流量控制器的示意图。

图14是表示第四实施方式的控制***构成的框图。

图15是表示第四实施方式的构成相位补偿部的模拟电路的示意图。

图16是比较各控制方式的阶跃响应特性的图。

图17是表示本发明第五实施方式的压力控制装置的示意图。

图18是表示第五实施方式的控制***构成的框图。

图19是表示其他实施方式的质量流量控制器的示意图。

图20是表示其他实施方式的控制***构成的框图。

附图标记说明

100…流体控制装置、压力控制装置

1…流体测量部

3…压力传感器

2…流体控制阀

4…阀控制器(阀控制机构)

41…操作量计算部

42…相位补偿部

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的第一实施方式。

在半导体制造装置中，第一实施方式的流体控制装置100用于向进行成膜和蚀刻的室内以所希望的流量或压力导入各种气体。更具体而言，所述流体控制装置连接在与所述室连接的各配管上，对在作为流道5的配管中流过的气体进行控制。

如图1所示，所述流体控制装置100是所谓的质量流量控制器，其包括：主体6，内部形成有流道5；从所述流道5的上游顺序设置的压力传感器3、流量传感器1、流体控制阀2；以及阀控制器4，根据所述流量传感器1的输出，控制所述流体控制阀2的开度，各部分封装在一个箱体中。另外，在本实施方式中，作为控制对象的流体是例如氦气等气体，但是也可以应用于在半导体制造中所使用的其他的气体上。

下面对各部分进行说明。

所述主体6为大致扁平长方体形状的块体，通过在其内部形成贯通通道从而形成流体流动的流道5。在所述主体6的底面上设置有作为流道5始点的导入口61，以及作为终点的导出口62。所述导入口61、导出口62与内部具有流道的气体面板(未图示)的连接口连接进行使用，所述气体面板在半导体制造工序等中作为管道等的替代品使用。此外，通过在所述主体6的上侧的面上安装所述流量传感器1、所述流体控制阀2和所述压力传感器3，将各传感器、阀设置在所述流道5上。

所述压力传感器3用于测量作为所述流体控制阀2的上游压力的一次侧压力。所述压力传感器3检测出的压力值用于检测各种设备的动作等。

所述流量传感器1是所谓的热式流量传感器，用于测量流过所述流道5的流体的作为物理量的流量。所述流量传感器1包括：传感器流道11，以从所述流道5分路后再次汇合到流道5的方式由细管形成；一对线圈12，设置在所述细管的外周；以及层流元件13，设置在所述流道5的所述传感器流道11的分路点和汇合点之间。此外，对两个线圈12施加电压并进行控制使得两个线圈分别达到相同的一定温度，根据此时施加的各电压，未图示的流量计算部计算出流过流道5的流体的质量流量。另外，在本实施方式中，热式流量传感器1测量质量流量，但是热式流量传感器1也可以输出体积流量。另外，在本实施方式中，所述流量传感器1相当于流体测量部。此外，作为流量传感器1不限于热式流量传感器，例如也可以是差压式流量传感器。当使用差压式流量传感器时，能够提高传感器的输出对流量变化的响应速度，可以进一步提高流体控制的响应性。此外，所述层流元件13可以是节流孔(ォリフィス)等流道阻力元件。

所述流体控制阀2为电磁阀，可以通过由电磁力驱动未图示的阀体来调节流体控制阀2的开度。如果是电磁阀，则初动的响应速度高，可以提高流体控制的响应性。流体控制阀2也不限于电磁阀，如果允许稍微降低流体控制的响应性，则也可以使用与电磁阀相比响应速度慢的压电阀等其他阀。

所述阀控制器4通过数字控制来控制所述流体控制阀2的开度，使得由所述流量传感器1测量的流量测量值变成预先设定的设定值。换言之，所述阀控制器4根据所述测量值和所述设定值的偏差，将通过数字控制计算出的反馈值向所述流体控制阀2输出。更具体而言，所述阀控制器4使用具有CPU、存储器、AC/DC转换器等的所谓计算机，通过由CPU执行存储在所述存储器中的各种程序来实现所述的功能。此外，所述阀控制器4发挥至少作为操作量计算部41、相位补偿部42的功能。换言之，所述阀控制器4不是通过运算放大器等模拟电路构成控制器，而是利用程序实现其控制功能的数字控制器，并在每个规定的控制周期中向所述流体控制阀2返回反馈值。另外，图2的框图表示将流量设定值作为所述阀控制器4的输入，将流量测量值作为所述阀控制器4的输出，从设定值到测量值为止的传递函数。另外，框图中记载为控制对象的框，表示根据质量流量控制器的流体控制阀2的特性、流体的特性以及传感器特性等记述的传递函数。

所述操作量计算部41对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值。在此，输入的值是包含输入的电信号所表示的值、或数值数据本身的概念。在本实施方式中，输入所述操作量计算部41中的值，是通过所述流量传感器1测量到的流量测量值与预先设定的设定值的偏差。也就是说，所述操作量计算部41被输入测量值和设定值的偏差，并通过对所述偏差进行PID计算从而计算出所述流体控制阀2的开度的操作量，再将计算出的输出值向所述相位补偿部42输出。更具体而言，操作量计算部41具有与在模拟控制的时域表达(時間領域表現)中如计算式1所示的计算式对应的控制特性。

[计算式1]

${\mathrm{MV}}^1=K_p(e+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{edt}+T_D\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}})$

其中，e：测量值和设定值的偏差，MV¹：PID计算值，K_p：比例增益，T_I：积分时间，T_D：微分时间。

因为在本实施方式中使用数字控制，所以所述操作量计算部41根据从计算式1转换成的计算式2和计算式3进行计算，使得通过速度型数字计算来计算出PID计算值MV¹。

[计算式2]

${\mathrm{MV}}_n^1={\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1$

[计算式3]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}}(e_n-{2e}_{n-1}+e_{n-1})\}$

其中，Δt：控制周期的长度，MV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值，ΔMV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值和第n-1个控制周期的PID计算值的差。

也就是说，从计算式2、计算式3可知，所述操作量计算部41不是每次计算输出值的全部，而只是计算从上次数值变化的变化部分，并在上次数值上加上所述变化部分后计算出本次数值。

所述相位补偿部42，输出通过速度型数字计算对输入的值补偿相位偏差后得到的值，在本实施方式中，所述相位补偿部42用于补偿相位的延迟。在本实施方式中，输入的值是从所述操作量计算部41输出的PID计算值，也可以如后所述输入其他值。通过对从所述操作量计算部41输入的PID计算值进行速度型数字计算来补偿相位延迟，并将与得到的值对应的电压作为反馈值输入所述流体控制阀2。所述相位补偿部42的控制特性与在模拟控制的时域表达中如计算式4所示的计算式对应。

[计算式4]

${\mathrm{MV}}^2={\mathrm{MV}}^1+C\frac{{\mathrm{dMV}}^1}{\mathrm{dt}}$

其中，MV²：相位补偿后的PID计算值，C：相位补偿系数。

因为在本实施方式中使用数字控制，所述相位补偿部42根据从计算式4转换成的计算式5和计算式6进行计算，使得输出通过速度型数字计算进行了相位补偿后的值。

[计算式5]

${\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_{n-1}^2+\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2$

[计算式6]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)$

其中，Δt：控制周期的长度，MV¹ _n：第n个控制周期的相位补偿前的PID计算值，MV² _n：第n个控制周期的相位补偿后的PID计算值，ΔMV² _n：第n个控制周期的相位补偿后的PID计算值和第n-1个控制周期的相位补偿后的PID计算值的差。

另外，为了便于理解，在所述操作量计算部41和所述相位补偿部42中表示了通过恰当微分(exact differential)进行计算，但是为了进一步提高响应性，在以下的说明中表示了例如通过从计算式3置换为计算式7、从计算式6置换为计算式8从而使用如下所述的不完全微分进行计算。此外，也可以根据控制用途和容许误差等用恰当微分进行计算。

[计算式7]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}}(e_n-2e_{n-1}+e_{n-1})\}$

$\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\mathrm{\Δ}{d}_n^1\}$

$\mathrm{\Δ}{d}_n^1=\{\frac{{\mathrm{\η}}_1{T}_D}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_1{T}_D}\mathrm{\Δ}{d}_{n-1}^1+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_1{T}_D}(e_n-2e_{n-1}+e_{n-1})\}$

[计算式8]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)$

$\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\mathrm{\Δ}{d}_n^2$

$\mathrm{\Δ}{d}_n^2=\{\frac{{\mathrm{\η}}_{2}C}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_{2}C}\mathrm{\Δ}{d}_{n-1}^2+\frac{C}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_{2}C}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)\}$

其中，η₁，η₂：时间常数。

下面，说明本实施方式的流体控制装置100的响应性。

图3的(a)示出了以往的用模拟电路构成相位补偿部42的流体控制装置100的阶跃响应，图3的(b)示出了所述相位补偿部42通过速度型数字计算补偿相位延迟的本实施方式的流体控制装置100的阶跃响应，图3的(c)示出了相位补偿部42通过位置型数字计算补偿相位延迟的流体控制装置100的阶跃响应的模拟结果。另外，细实线表示与从相位补偿部42向所述流体控制阀2输入的反馈值对应的电压值的变化，粗实线表示相当于所述控制***输出的、由所述流量传感器1测量的流量测量值。

比较图3的(a)、图3的(b)可知，如本实施方式所述，当在数字控制中通过速度型数字计算补偿相位延迟时，能够实现与以往的模拟控制的情况大体同等的响应性。

另一方面，如图3的(c)所示，当通过与本实施方式不同的计算式9的位置型数字计算进行相位补偿时，施加在流体控制阀2上的电压波形和流量测量值的波形都与模拟控制的情况不同。特别是，当关注流量测量值时，上升部分产生若干的超调(overshoot)，不能实现与模拟控制的情况同等的响应性。

[计算式9]

${\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1)$

所述的由于位置型数字控制和速度型数字控制而在响应性方面产生差异的原因估计在于：控制对象为气体，对于流体控制阀2的开度的变化量，流量以非线性变化，或者对于输入电压的变化量，流体控制阀2自身的开度也以非线性变化，因此会产生噪声影响，而速度型数字计算的情况与以往的模拟控制的情况相同，对所述的噪声具有抵抗性。

如上所述，本发明的发明者根据所述测量试验等尝试的结果，发现只要相位补偿部42通过速度型数字计算来补偿相位延迟即可，因而本实施方式的流体控制装置100可以实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性。而且，通过将所述阀控制器4的控制方式置换为数字控制，可以降低装置整体的制造成本。

下面对第二实施方式进行说明。另外，对于和第一实施方式对应的部件赋予相同的附图标记。

所述实施方式的流体控制装置100尽管是用于流量控制的装置，但是也可以对压力等其他的物理量进行控制。即，当对所述流体控制装置100为压力控制装置的情况进行说明时，在所述实施方式中，流量传感器1相当于流体测量部，但是如图4所示，在本实施方式中，所述压力传感器3相当于流体测量部。此外，伴随与此，阀控制器4的结构也不同。在该实施方式中，各传感器、阀沿着流道5的顺序也发生了变化，按照流量传感器1、流量控制阀2和压力传感器3的顺序设置流量传感器1、流量控制阀2和压力传感器3。这是为了测量接近后续连接的室内压力的值，并将压力控制装置的后续的压力控制在适当的值上。另外，所述流量传感器1可以用于例如检测压力控制装置内是否有流体流过。

对所述的流体控制装置100进一步进行具体说明，所述阀控制器4控制所述流体控制阀2，使得由压力传感器3测量的压力测量值变成预先设定的压力设定值。所述阀控制器4内的操作量计算部41，通过对压力测量值和设定值的偏差进行PID计算从而计算出流体控制阀2的开度的操作量。此外，所述相位补偿部42将通过速度型数字计算对由所述操作量计算部41计算出的开度的操作量进行相位补偿后得到的值作为反馈值输入所述流体控制阀2。另外，第二实施方式中除了控制对象从流量变更为压力以外，在所述阀控制器4内使用的控制用的计算式相同，第二实施方式的框图表示在图5中。流体控制装置100在作为如上所述的压力控制装置构成的情况下，也可以实现与所述阀控制器4的控制方式为模拟控制的情况大体同等的响应性，并且通过从模拟控制更换为数字控制，可以降低制造成本。

下面说明其他实施方式。

在所述各实施方式中，作为流体的例子将作为压缩性流体的气体作为控制对象，但是也可以将例如非压缩性的液体作为控制对象。当以液体作为控制对象时可以进一步提高与流体控制相关的响应性。

此外，也可以对在各实施方式中说明过的阀控制器4的结构进行各种变形。例如，所述操作量计算部41可以使用PID计算以外的方法，例如通过PI计算等来计算操作量。此外，所述操作量计算部41的数字计算的方式，可以是速度型数字计算，也可以是位置型数字计算。此外，控制信号的处理顺序按照所述操作量计算部41、所述相位补偿部42的顺序进行，但是也可以采用如图6、图7所示的相反的顺序。即，在该实施方式中，所述操作量计算部41中输入的值不是偏差，而是输入相位补偿后的值，并且所述相位补偿部42中输入的值不是PID计算后的值，而是输入偏差。也就是说，所述操作量计算部41和所述相位补偿部42中输入的值不限于某种特定的值。另外，在该构成的情况下，只要将与操作量计算部41相关的计算式2、计算式3中的e置换为MV¹、MV¹置换为MV²，并且将与相位补偿部42相关的计算式5、计算式6中的MV¹置换为e、MV²置换为MV¹使用即可。也就是说，只要在框图等中成为等效的控制框即可，例如，所述相位补偿部42可以作为在反馈循环(feedbackloop)上起作用的部件发挥作用。

此外，质量流量控制器的各传感器、阀的配置顺序也不限于所述实施方式所示的顺序，可以根据控制用途等变更顺序。例如，对于所述第一实施方式，也可以按照从上游起流量传感器1、压力传感器3和流量控制阀2的顺序进行设置。此外，也可以根据从所述压力传感器3输出的压力测量值修正流量测量值、偏差和流量设定值，从而进一步提高流体控制装置的响应性。特别是当对从所述流量传感器1输出的流量测量值的修正进行说明时，所述流量计算部根据所述压力传感器3表示的压力值、该压力值的时间变化量以及设定的流量设定值等，对根据从所述各线圈12得到的电压值计算出的流量值进行修正，然后将修正后的该流量值作为流量测量值向外部输出。

所述实施方式是流体控制阀、流体测量部、阀控制器封装为一体的质量流量控制器，但是流体控制阀、流体测量部、阀控制器也可以不封装在一起。例如，可以只把所述阀控制器通过微型计算机等通用的计算机以单独部件的方式来构成。

下面参照附图说明本发明的第三实施方式。另外，在下面第三实施方式的说明中使用的附图中所使用的附图标记与在第一实施方式和第二实施方式的说明中所使用过的附图标记是相互独立的。

在半导体制造装置中，本实施方式的压力控制装置100用于以所希望的压力向进行成膜和蚀刻的室内导入各种气体。更具体地说，压力控制装置100用于将作为冷却用导入所述室内的氦气的压力保持为一定，并提高其冷却效率。更具体而言，所述压力控制装置100连接在与所述室连接的各配管上，并控制作为流道5的配管中流过的气体。

如图8所示，所述压力控制装置100包括：主体6，内部形成有流道5；从所述流道5的上游顺序设置的流量传感器1、流体控制阀2、压力传感器3；以及阀控制器4，根据所述流量传感器1或所述压力传感器3的输出控制所述流体控制阀2的开度，各部分被封装在一个箱体内。另外，在本实施方式中，作为控制对象的流体为例如氦气等气体，本实施方式也可以应用于在半导体制造中使用的其他的气体。

下面对各部分进行说明。

所述主体6为大体扁平长方体形状的块体，并且在其内部通过形成贯通通道而形成有流体流动的流道5。所述主体6的底面上设置有作为流道5的始点的导入口61以及作为终点的导出口62。所述导入口61、导出口62与内部具有流道5的气体面板(未图示)的连接口连接进行使用，所述气体面板在半导体制造工序等中作为管道等的替代品使用。此外，通过在所述主体6的上侧的面上安装所述流量传感器1、所述流体控制阀2和所述压力传感器3，将各传感器、阀设置在所述流道5上。

所述流量传感器1是所谓的热式流量传感器，用于测量流过所述流道5的流体的作为物理量的流量。所述流量传感器1包括：传感器流道11，由细管形成，该细管以从所述流道5分路后再次汇合到流道5的方式形成；一对线圈12，设置在所述细管的外周；以及层流元件13，设置在所述流道5的所述传感器流道11的分路点和汇合点之间。此外，对两个线圈12施加电压并进行控制，使得各个线圈成为相同的一定温度，根据此时施加的各电压，未图示的流量计算部计算出流过流道5的流体的质量流量。另外，在本实施方式中，热式流量传感器1测量质量流量，但是热式流量传感器1也可以输出体积流量。另外，在本实施方式中，所述流量传感器1不直接用于压力控制，例如可以用来检测流体是否在流道5中没有堵塞地流动。此外，作为流量传感器1不限于热式流量传感器1，例如也可以是差压式流量传感器1。此外，所述层流元件13可以是节流孔等流道阻力元件。

所述流体控制阀2为电磁阀，可以通过电磁力驱动未图示的阀体来调节电磁阀的开度。如果是电磁阀，则初动的响应速度高，可以提高流体控制的响应性。流体控制阀2不限于电磁阀，如果可以允许流体控制的响应性稍稍降低，则也可以使用压电阀等与电磁阀相比响应速度慢的其他阀。

所述压力传感器3通过设置在所述流体控制阀2之后，能够测量后续的室内的压力。

所述阀控制器4通过数字控制来控制所述流体控制阀2的开度，使得由所述压力传感器3测量的压力测量值变成预先设定的设定值。更具体而言，所述阀控制器4使用具有CPU、存储器、AC/DC转换器等的所谓计算机，通过由CPU执行存储在所述存储器中的各种程序来实现所述的功能。此外，所述阀控制器4发挥至少作为操作量计算部41、相位补偿部42的功能。换言之，所述阀控制器4不是由运算放大器等模拟电路构成的控制器，而是利用程序实现其控制功能的数字控制器，所述阀控制器4在每个规定的控制周期向所述流体控制阀2返回反馈值。另外，图9的框图表示将所述阀控制器4的输入作为压力设定值，将所述阀控制器4的输出作为压力测量值，从设定值到测量值为止的传递函数。另外，框图中记载为控制对象P的框表示根据质量流量控制器的流体控制阀2的特性、流体的特性以及传感器特性等记述的传递函数。

所述操作量计算部41对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值。即，所述操作量计算部41被输入所述压力传感器3测量的压力测量值和预先设定的设定值的偏差，并通过PID计算来计算出所述流体控制阀2的开度的操作量，再将输出值向所述相位补偿部42输出。更具体而言，操作量计算部41具有与在模拟控制的时域表达中如计算式10所示的计算式对应的控制特性。

[计算式10]

${\mathrm{MV}}^1=K_p(e+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{edt}+T_D\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}})$

其中，e：测量值和设定值的偏差，MV¹：PID计算值，K_p：比例增益，T_I：积分时间，T_D：微分时间。

在本实施方式中，由于使用数字控制，所述操作量计算部41根据从计算式10转换成的计算式11和计算式12进行计算，使得通过速度型数字计算来计算出PID计算值MV¹。

[计算式11]

${\mathrm{MV}}_n^1={\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1$

[计算式12]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}}(e_n-{2e}_{n-1}+e_{n-1})\}$

其中，Δt：控制周期的长度，MV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值，ΔMV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值和第n-1个控制周期的PID计算值的差。

也就是说，从计算式11、计算式12可知，所述操作量计算部41不是每次都计算输出值的全部，而是仅计算从上次数值变化的变化部分，并在上次数值上加上所述变化部分后计算出本次数值。

所述相位补偿部42，输出通过速度型数字计算对输入的值补偿相位偏差后得到的值，在本实施方式中，相位补偿部42补偿相位的延迟。所述相位补偿部42通过对从所述操作量计算部41输入的PID计算值进行速度型数字计算来补偿相位延迟，并将与补偿后的值对应的电压作为反馈值输入所述流体控制阀2。所述相位补偿部42的控制特性与在模拟控制的时域表达中如计算式13所示的计算式对应。

[计算式13]

${\mathrm{MV}}^2={\mathrm{MV}}^1+C\frac{{\mathrm{dMV}}^1}{\mathrm{dt}}$

其中，MV²：相位补偿后的PID计算值，C：相位补偿系数。

在本实施方式中，由于使用数字控制，所以所述操作量计算部41根据从计算式13转换成的计算式14和计算式15进行计算，使得通过速度型数字计算输出相位补偿后的值。

[计算式14]

${\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_{n-1}^2+\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2$

[计算式15]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)$

其中，Δt：控制周期的长度，MV¹ _n：第n个控制周期的相位补偿前的PID计算值，MV² _n：第n个控制周期的相位补偿后的PID计算值，ΔMV² _n：第n个控制周期的相位补偿后的PID计算值和第n-1个控制周期的相位补偿后的PID计算值的差。

另外，为了便于理解，在所述操作量计算部41和所述相位补偿部42中表示了通过恰当微分进行计算，为了进一步提高响应性，在以下的说明中例如通过从计算式12置换到计算式16、从计算式15置换到计算式17从而使用不完全微分进行计算。此外，也可以根据控制用途和可以容许的误差等通过恰当微分进行计算。

[计算式16]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}}(e_n-2e_{n-1}+e_{n-1})\}$

$\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\mathrm{\Δ}{d}_n^1\}$

$\mathrm{\Δ}{d}_n^1=\{\frac{{\mathrm{\η}}_1{T}_D}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_1{T}_D}\mathrm{\Δ}{d}_{n-1}^1+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_1{T}_D}(e_n-2e_{n-1}+e_{n-1})\}$

[计算式17]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)$

$\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\mathrm{\Δ}{d}_n^2$

$\mathrm{\Δ}{d}_n^2=\{\frac{{\mathrm{\η}}_{2}C}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_{2}C}\mathrm{\Δ}{d}_{n-1}^2+\frac{C}{\mathrm{\Δt}+{\mathrm{\η}}_{2}C}({\mathrm{MV}}_n^1-2{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+{\mathrm{MV}}_{n-2}^1)\}$

其中，η₁，η₂：时间常数。

下面，说明本实施方式的压力控制装置100的响应性。

图10的(a)示出了用以往的模拟电路构成相位补偿部42的压力控制装置100的阶跃响应，图10的(b)示出了所述相位补偿部42通过速度型数字计算补偿相位延迟的本实施方式压力控制装置100的阶跃响应，图10的(c)示出了相位补偿部42通过位置型数字计算补偿相位延迟的压力控制装置100的阶跃响应的测量结果。另外，细实线表示与从相位补偿部42向所述流体控制阀2输入的反馈值对应的电压值的变化，粗实线表示相当于所述控制***输出的、由所述压力传感器3测量的压力测量值。

比较图10的(a)、图10的(b)可知，即使如本实施方式所示的在数字控制中通过速度型数字计算来补偿相位延迟的情况下，也能够实现与以往的模拟控制的情况大体同等的响应性。

另一方面，如图10的(c)所示，在通过与本实施方式不同的计算式18的位置型数字计算进行相位补偿的情况下，施加在流体控制阀2上的电压波形和流量测量值的波形都与模拟控制的情况不同。特别是，当关注压力测量值时，上升的部分产生若干的超调，不能实现与模拟控制的情况同等的响应性。

[计算式18]

${\mathrm{MV}}_n^2={\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\frac{C}{\mathrm{\Δt}}({\mathrm{MV}}_n^1-{\mathrm{MV}}_{n-1}^1)$

如上所述的由于位置型数字控制和速度型数字控制而在响应性方面产生差异的原因估计在于：控制对象为气体，对于流体控制阀2的开度的变化量，压力呈非线性变化，或者对于输入电压的变化量，流体控制阀2自身的开度也呈非线性变化，因此会产生噪声影响，而速度型数字计算的情况与以往的模拟控制的情况相同，对于所述的噪声具有抵抗性。

如上所述，本发明的发明者根据所述测量试验等尝试的结果，发现只要相位补偿部42通过速度型数字计算来补偿相位延迟即可，因而本实施方式的压力控制装置100可以实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性。而且，通过将所述阀控制器4的控制方式置换为数字控制，可以降低装置整体的制造成本。

以下说明其他实施方式。另外，对和第三实施方式对应的部件赋予相同的附图标记。

在所述第三实施方式中，控制信号的处理按照所述操作量计算部41、所述相位补偿部42的顺序进行，但是也可以采用如图11、图12所示的相反的顺序。另外，在该结构的情况下，只要将与操作量计算部41相关的计算式11、计算式12中的e置换为MV¹、MV¹置换为MV²，并且将与相位补偿部42相关的计算式14、计算式15中的MV¹置换为e、MV²置换为MV¹使用即可。也就是说，只要在框图等中成为等效的控制框即可，例如，所述相位补偿部42可以作为在反馈循环上起作用的部件发挥作用。此外，质量流量控制器的各传感器、阀的配置顺序也不限于所述实施方式所示的顺序，可以根据控制用途等改变配置顺序。

在所述实施方式中，作为流体的例子将作为压缩性流体的气体作为控制对象，也可以将例如非压缩性的液体作为控制对象。

此外，可以对在各实施方式中说明过的阀控制器4的结构进行各种变形。例如，所述操作量计算部41可以采用PID计算以外的方法，例如通过PI计算等来计算操作量。此外，所述操作量计算部41的数字计算的方式可以是速度型数字计算，也可以是位置型数字计算。

在所述实施方式中，是流体控制阀、压力传感器和阀控制器封装在一起的压力控制装置，但是所述各装置也可以不封装在一起。例如，可以仅把所述阀控制器通过微型计算机等通用的计算机以单独部件的方式来构成。

下面参照附图说明本发明的第四实施方式。另外，在第四实施方式的说明中所使用的附图中记载的附图标记与第一实施方式至第三实施方式的说明中所使用过的附图中记载的附图标记相互独立。

在半导体制造装置中，第四实施方式的流体控制装置100用于以所希望的流量或压力向进行成膜和蚀刻的室内导入各种气体。更具体而言，所述流体控制装置100连接在与所述室连接的各配管上，对作为流道5的各配管中流过的气体进行控制。

如图13所示，所述流体控制装置100是所谓的质量流量控制器，其包括：主体6，内部形成有流道5；从所述流道5的上游顺序设置的压力传感器3、流量传感器1、流体控制阀2；以及阀控制机构4，根据所述流量传感器1或所述压力传感器3的输出控制所述流体控制阀2的开度，各部分封装在一个箱体中。另外，在本实施方式中，成为控制对象的流体为例如氦气等气体，本实施方式也可以应用于半导体制造中使用的其他的气体。

下面对各部分进行说明。

所述主体6为大体扁平长方体形状的块体，通过在其内部形成贯通通道来形成流体流动的流道5。所述主体6的底面上设置有作为流道5的始点的导入口61以及作为终点的导出口62。所述导入口61、导出口62与内部具有流道5的气体面板(未图示)的连接口连接进行使用，所述气体面板在半导体制造工序等中作为管道等的替代品使用。此外，通过在所述主体6的上侧的面上安装所述流量传感器1、所述流体控制阀2和所述压力传感器3，将各传感器、阀设置在所述流道5上。

所述压力传感器3用于测量作为所述流体控制阀2的上游压力的一次侧压力。所述压力传感器3检测的压力值用于各种设备的动作检测等。

所述流体控制阀2为电磁阀，可以通过电磁力驱动未图示的阀体来调节电磁阀的开度。流体控制阀2不限于电磁阀，也可以是压电阀等其他阀。

所述流量传感器1是所谓的热式流量传感器，用于测量流过所述流道5的流体的作为物理量的流量。所述流量传感器1包括：传感器流道11，由细管形成，该细管以从所述流道5分路后再次汇合到流道5的方式形成；一对线圈12，设置在所述细管的外周；以及层流元件13，设置在所述流道5的所述传感器流道11的分路点和汇合点之间。此外，对两个线圈12施加电压并进行控制，使得两个线圈分别达到相同的一定温度，根据此时施加的各电压，未图示的流量计算部计算出流过流道5的流体的质量流量。另外，在本实施方式中，热式流量传感器1测量质量流量，但是所述热式流量传感器1也可以输出体积流量。此外，流量传感器1不限于热式流量传感器，例如也可以是差压式流量传感器。在使用差压式流量传感器时，能提高传感器输出对流量变化的响应速度，能进一步提高流体控制的响应性。此外，所述层流元件13可以是节流孔等流道阻力元件。

所述阀控制机构4通过数字控制和模拟控制的混合来控制所述流体控制阀2的开度，使得由所述流量传感器1测量的流量测量值变成预先设定的设定值。更具体而言，所述阀控制器4在硬件上可以分为两个区域，第一区域使用具有CPU、存储器、AC/DC转换器等的所谓计算机，通过由CPU执行存储在所述存储器中的各种程序从而实现作为操作量计算部41的功能。另一方面，所述阀控制机构4的第二区域由模拟电路构成，实现作为相位补偿部42的功能。另外，图14的框图表示将流量设定值作为所述阀控制机构4的输入，将流量测量值作为所述阀控制机构4的输出，从设定值到测量值为止的传递函数。另外，框图中作为控制对象记载的框，表示根据质量流量控制器的流体控制阀2的特性、流体的特性以及传感器特性等记述的传递函数。

所述操作量计算部41是数字控制器，该数字控制器对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值。所述操作量计算部41被输入由所述流量传感器1测量的流量测量值和预先设定的设定值的偏差，并通过PID计算计算出所述流体控制阀2的开度的操作量，再将计算出的输出值向所述相位补偿部42输出。即，操作量计算部41在每个规定的控制周期离散性地向所述相位补偿部42输出PID计算值。更具体而言，操作量计算部41具有与在模拟控制的时域表达中如下述计算式19所示的计算式对应的控制特性式。

[计算式19]

${\mathrm{MV}}^1=K_p(e+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{edt}+T_D\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}})$

其中，e：测量值和设定值的偏差，MV¹：PID计算值，K_p：比例增益，T_I：积分时间，T_D：微分时间。

在本实施方式中，由于使用数字控制，所述操作量计算部41根据从计算式19转换成的计算式20和计算式21进行计算，使得通过速度型数字计算计算出PID计算值MV¹。

[计算式20]

${\mathrm{MV}}_n^1={\mathrm{MV}}_{n-1}^1+\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1$

[计算式21]

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{MV}}_n^1=K_p\{(e_n-e_{n-1})+\frac{\mathrm{\Δt}}{T_I}{e}_n+\frac{T_D}{\mathrm{\Δt}}(e_n-{2e}_{n-1}+e_{n-1})\}$

其中，Δt：控制周期的长度，MV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值，ΔMV¹ _n：第n个控制周期的PID计算值和第n-1个控制周期的PID计算值的差。

也就是说，从计算式20、计算式21可知，所述操作量计算部41不是每次都计算输出值的全部，而是仅计算从上次数值变化的变化部分，并在上次数值上加上所述变化部分后计算出本次数值。

所述相位补偿部42通过图15的电路图所示的模拟电路，对从所述操作量计算部41输入的PID计算值进行相位延迟补偿，并将与补偿后的值对应的电压作为反馈值输入所述流体控制阀2。更具体而言，构成所述操作量计算部41的模拟电路，将反相放大电路的输入电阻部分置换为电阻和电容器的并联电路，该模拟电路的控制特性与在模拟控制时域表达中如计算式22所示的计算式对应。

[计算式22]

${\mathrm{MV}}^2={\mathrm{MV}}^1+\mathrm{RC}\frac{{\mathrm{dMV}}^1}{\mathrm{dt}}$

其中，MV²：相位补偿后的PID计算值，C：电容器的电容，R：各电阻的电阻值。

下面，使用模拟结果说明本实施方式的流体控制装置100的响应性。另外，在本模拟中，把恰当微分置换为不完全微分。作为所述相位补偿部的电路构成，在所述电容器上进一步串联附加电阻。根据所要求的精度等，可以使用恰当微分和不完全微分中的任意一方。

图16的(a)示出了由以往的模拟电路构成相位补偿部42的流体控制装置100的阶跃响应，图16的(b)示出了如上所述的在操作量计算部41中使用数字控制、且相位补偿部42由模拟控制补偿相位延迟的本实施方式流体控制装置100的阶跃响应，图16的(c)示出了操作量计算部41和相位补偿部42都使用了数字控制的流体控制装置的阶跃响应。另外，细实线表示与从相位补偿部42向所述流体控制阀2输入的反馈值对应的电压值的变化，粗实线表示相当于所述控制***输出的、由所述流量传感器1测量的流量测量值。

比较图16的(a)、图16的(b)可知，如本实施方式所示，当在操作量计算部41中使用数字控制，并且相位补偿部42通过模拟控制补偿相位延迟时，能够实现与以往的模拟控制的情况大体同等的响应性。

另一方面，如图16的(c)所示，当通过与本实施方式不同的数字控制进行相位补偿时，施加在流体控制阀2上的电压波形和流量测量值的波形都与模拟控制的情况不同。特别是，当关注流量测量值时，上升部分产生若干的超调，不能实现与以往的模拟控制的情况同等的响应性。

所述的由于在相位补偿部42中使用数字控制或使用模拟控制而在响应性方面产生差异的原因估计在于：控制对象为气体，对于流体控制阀2的开度的变化量，流量呈非线性变化，或者对于输入电压的变化量，流体控制阀2自身的开度也呈非线性变化，因此会产生噪声影响，通过用模拟电路构成相位补偿部42对噪声具有抵抗性。

如上所述，本发明的发明者根据所述测量试验等尝试的结果，发现只要在操作量计算部41中使用数字控制，并且用模拟电路构成相位补偿部42，并通过模拟控制补偿相位延迟就可以，因而本实施方式的流体控制装置100可以实现与以往的模拟控制同等的响应性。而且，通过将所述操作量计算部41的控制方式置换为数字控制，还可以降低装置整体的制造成本。

下面说明第五实施方式。另外，对与第四实施方式对应的部件赋予相同的附图标记。

第四实施方式的流体控制装置100是控制流量的装置，但是流体控制装置100也可以对压力等其他物理量进行控制。即，当对在所述流体控制装置100为压力控制装置的情况下进行说明时，在第四实施方式中，热式流量传感器1相当于流体测量部，但是如图17所示，在所述第五实施方式中，所述压力传感器3相当于流体测量部。此外，伴随与此，阀控制机构4的构成也不同。

具体而言，所述阀控制机构4控制所述流体控制阀2，使得由压力传感器3测量的压力测量值变成预先设定的压力设定值。所述阀控制机构4内的操作量计算部41，通过对压力测量值和设定值的偏差进行PID计算从而计算出流体控制阀2的开度的操作量。此外，所述相位补偿部42将反馈值输入所述流体控制阀2，所述反馈值是对由所述操作量计算部41计算出的开度的操作量通过模拟控制进行相位补偿后得到的值。另外，第五实施方式的框图表示在图18中，如图18所示，第五实施方式除了控制对象从流量变更为压力以外，在所述阀控制机构4内使用的控制用计算式和计算电路相同。即使在所述的流体控制装置100作为压力控制装置时，也可以实现与所述阀控制机构4的控制方式整体为模拟控制情况下大体同等的响应性，并且通过将一部分控制从模拟控制转换为数字控制，可以降低制造成本。

下面，说明其他实施方式。

在所述各实施方式中，作为流体的示例将作为压缩性的流体的气体作为控制对象，也可以把例如非压缩性的液体作为控制对象。

此外，也可以对各实施方式中说明过的阀控制机构4的结构进行各种变形。例如，所述操作量计算部41可以使用PID计算以外的方法，例如通过PI计算等来计算操作量。此外，所述操作量计算部41中的数字计算的方式，可以是速度型数字计算，也可以是位置型数字计算。此外，关于控制信号的处理顺序，在所述的实施方式中按照所述操作量计算部41、所述相位补偿部42的顺序进行，但是也可以采用如图19、图20所示的相反的顺序。另外，在该结构下，只要将与操作量计算部41相关的计算式20、计算式21中的e置换为MV¹、MV¹置换为MV²即可。也就是说，只要在框图等中成为等效的控制框即可，例如，所述相位补偿部42也可以作为在反馈循环上起作用的部件发挥作用。此外，流体控制装置100的各传感器、阀的配置顺序也不限于所述实施方式，可以根据控制用途等变更顺序。另外，构成所述相位补偿部42的模拟电路也不限于所述的实施方式，只要是例如与计算式22所示的计算式等效的模拟电路即可。

此外，质量流量控制器的各传感器、阀的配置顺序也不限于所述实施方式所示的顺序，可以根据控制用途等变更顺序。例如，对于所述第四实施方式，也可以按照从上游起流量传感器1、压力传感器3和流量控制阀2的顺序进行设置。而且，也可以根据从所述压力传感器3输出的压力测量值修正流量测量值、偏差和流量设定值，从而进一步提高流体控制装置的响应性。特别是当对从所述流量传感器1输出的流量测量值的修正进行说明时，所述流量计算部根据所述压力传感器3所示的压力值、该压力值的时间变化量以及设定的流量设定值等，对根据从所述各线圈12得到的电压值计算出的流量值进行修正，然后将修正后的流量值作为流量测量值向外部输出。

所述的实施方式是流体控制阀、流体测量部、阀控制机构封装为一体的质量流量控制器或压力控制装置，但是所述流体控制阀、流体测量部、阀控制机构也可以不封装在一起。例如，可以只把所述阀控制机构内的所述操作量计算部通过微型计算机等通用的计算机以单独部件的方式来构成。

此外，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以对实施方式进行各种组合和变形。

Claims (10)

1.一种流体控制装置，其包括：流体控制阀，设置在流体流过的流道上；流体测量部，测量与所述流体相关的物理量；以及阀控制器，根据由所述流体测量部测量的物理量的测量值与预先设定的设定值的偏差，通过数字控制来控制所述流体控制阀的开度，

所述流体控制装置的特征在于，

所述阀控制器包括：操作量计算部，对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部，输出通过速度型数字计算对输入的值补偿相位偏差后得到的值。

2.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，在所述操作量计算部中使用的所述规定的计算是PID计算。

3.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，在所述操作量计算部中使用的所述规定的计算是速度型数字计算。

4.一种压力控制装置，其特征在于包括：

流体控制阀，设置在流体流过的流道上；

压力传感器，测量所述流体的压力；以及

阀控制器，控制所述流体控制阀的开度，使得由所述压力传感器测量的压力测量值变成预先设定的设定值，其中，

所述阀控制器包括：操作量计算部，对输入的值进行规定的计算从而计算出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及相位补偿部，输出通过数字控制对输入的值补偿相位偏差后得到的值。

5.根据权利要求4所述的压力控制装置，其特征在于，所述相位补偿部通过速度型数字计算来补偿相位偏差。

6.根据权利要求4所述的压力控制装置，其特征在于，所述操作量计算部通过PID计算来计算出与所述操作量相关的值。

7.根据权利要求4所述的压力控制装置，其特征在于，所述操作量计算部通过速度型数字计算来计算出与操作量相关的值。

8.一种流体控制装置，其特征在于包括：

流体测量部，设置在流体流过的流道上，测量与所述流体相关的物理量；

流体控制阀，设置在所述流道上；以及

阀控制机构，根据由所述流体测量部测量的物理量的测量值与预先设定的设定值的偏差，控制所述流体控制阀的开度，其中，

所述阀控制机构包括：

操作量计算部，该操作量计算部是数字控制器，该数字控制器对输入的值进行规定的计算并输出与所述流体控制阀的开度的操作量相关的值；以及

相位补偿部，该相位补偿部是模拟控制器，该模拟控制器对输入的值补偿相位偏差并输出补偿相位偏差后得到的值。

9.根据权利要求8所述的流体控制装置，其特征在于，所述操作量计算部通过PID计算来计算出与所述操作量相关的值。

10.根据权利要求8所述的流体控制装置，其特征在于，所述操作量计算部通过速度型数字计算来计算出与所述操作量相关的值。

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