质量流量控制器、控制器算法和设定点滤波器制造技术

一种阀控制系统，该阀控制系统包括用于控制阀的线性响应的增益控制器。该阀控制系统包括：线性化控制系统，该线性化控制系统联接到该增益控制器，用于确定增益值，以控制该阀的线性响应时间；以及设定点滤波器，该设定点滤波器联接到该线性化控制系统，用于对设定点值进行滤波。该线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定该增益值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】质量流量控制器、控制器算法和设定点滤波器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月29日提交的名称为“MassFlowController,controlleralgorithm,andsetpointfilter[质量流量控制器、控制器算法和设定点滤波器]”的美国临时专利申请号16/116,786的优先权，该美国临时专利申请的全部内容出于所有目的通过援引并入本文。
本公开内容总体上涉及用于控制通过流动路径的流体流量的质量流量控制器(MFC)，并且尤其涉及一种用于通过控制质量流量控制器阀的线性响应来控制质量流量控制器的增益的MFC、控制器算法和设定点滤波器。
技术介绍
MFC是用于基于期望的流量以及所测得的温度、压力和流体流量的实时反馈测量结果来控制通过流动路径的流体流量的装置。为了控制这一过程并维持期望的流量，质量流量控制器根据反馈测量结果机电地控制阀的打开和关闭，以实现期望的流量。当前，可用的MFC缺乏维持有限的控制水平所需的复杂性，从而无法在不会由于各种非线性伪像而将噪声引入系统中的情况下持续不断地维持期望的流量。
技术实现思路
在实施例中，呈现了一种用于控制阀操作的阀控制系统。该阀控制系统包括：增益控制器，该增益控制器用于向阀致动器发送驱动值以控制阀的线性响应时间；以及线性化控制系统，该线性化控制系统与该增益控制器联接，用于确定增益值，以控制该阀的线性响应时间。该阀控制系统还包括设定点滤波器，该设定点滤波器联接到该线性化控制系统，用于对设定点值进行滤波；其中，该线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定该增益值。在又另一实施例中，呈现了一种用于控制阀操作的方法。该方法包括：在增益控制器处向阀致动器发送驱动值以控制阀的线性响应时间；在与该增益控制器联接的线性化控制系统处确定增益值以控制该阀的线性响应时间；以及在联接到该线性化控制系统的设定点滤波器处对设定点值进行滤波，其中，该线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定该增益值。在仍又另一实施例中，呈现了一种用于对基于阀的系统的阀响应时间进行控制的控制系统。该控制系统包括：反馈控制系统，该反馈控制系统联接到该基于阀的系统的致动器，用于确定增益值，以控制阀的线性响应时间；以及设定点滤波器，该设定点滤波器联接到该增益控制系统，用于对设定点值进行滤波；其中，该线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定该增益值。在本实施例中，该设定点滤波器包括转换速率限制滤波器和低通滤波器；至少一个实时流体参数值选自包括流体压力、流体类型和流体温度的组；该增益值由dY/dx＝f’(g(x))g’(x)定义，其中，Y是控制器驱动，f’(g(x))是致动器增益，并且g’(x)是该阀模型增益；该线性响应时间小于300ms，并且输出响应在该设定点值的98％以内；并且该增益等于指示流体流量的反馈信号与增益控制器的输出的倒数。在具体实施方式中阐述了附加实施例、优点和新颖特征。附图说明为了更全面地理解本公开内容的特征和优点，现在参照具体实施方式以及附图，其中不同附图中的相应附图标记表示相应部分，并且其中：图1是根据某些示例实施例的MFC的框图的图示；图2是根据某些示例实施例的用于控制MFC的控制阀的线性响应的控制器系统的图示；图3A是根据某些示例实施例的控制器系统的阀和流体流量建模算法的图示；图3B是根据某些示例实施例的控制器系统的流体流量控制算法的图示；图4A是根据某些示例实施例的控制命令滤波斜坡信号在已经通过控制器系统的滤波过程之后的图示；图4B是根据某些示例实施例的性能曲线图的图示，该性能曲线图展示了对滤波后的与相关过程信号相关的设定点值进行的精度过程控制；图4C是在不同的控制器系统设置下基于压力的MFC响应时间与设定点值之间的性能曲线图的图示；以及图5是根据某些示例实施例的描绘计算机器和系统应用的框图。具体实施方式尽管下面详细讨论了本公开内容的各种实施例的制造和使用，但是应当了解，本公开内容提供了许多可应用的专利技术构思，这些专利技术构思可以在很多具体背景中体现。本文讨论的具体实施例仅是说明性的，并不限制本公开内容的范围。为了清楚起见，在本公开内容中可能并未描述实际实施方式的所有特征。当然，应了解，在任何这种实际实施例的开发中，必须做出许多专门针对实施方式的决策，以实现开发者的具体目标，比如遵守与系统有关的约束和与业务有关的约束条件，这将因实施方式而不同。此外，应了解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言将会是例行的工作。本文呈现的MFC和控制算法具有许多实际应用，例如，当在半导体处理领域中使用时，MFC和控制算法提供了显著的优点。这些控制算法(例如，通过实施在整个控制范围内和所有操作条件下都能实现快速、精确和一致的瞬态响应特性的控制算法)提供了优于传统MFC的优点。此处呈现的控制算法包括流量控制算法、流量建模算法和阀建模算法，它们可以一起通过提供对MFC阀操作的精确线性响应控制来显著改善MFC操作。此外，设定点控制命令输入滤波可以增加稳定性和一致性，以控制不想要的非线性瞬态响应。控制算法在MFC内可以是完全独立的。这样的优点是，可以在配置不同的流体类型以及实际温度、压力和流量发生变化时实时对流体特性进行建模。这样的另一个优点是，可以使用由流量建模算法提供的流体特性来建立期望的流量所需的阀开度与实现该流量所需的驱动信号之间的关系。本文描述的流量控制算法可以是增益-超前-滞后(GLL)控制器(PID控制器的一种形式)，它结合了可变和动态增益输入(以下称为GLL增益)，用于使系统的受控对象增益线性化，该受控对象增益是反馈信号相对于控制器的输出的导数。执行非实时GLL增益计算的替代性方法是使用离线二维表和外部软件。此实施方式的不期望属性是，GLL增益表的生成基于预定义的压力范围和温度，而不是基于实际的温度和压力，二维增益表需要很大的存储量，并且创建该表可能比较耗时。在MFC固件中实施的流量建模算法和阀建模算法提供了显著的优点。例如，可以在每个处理循环上执行GLL增益计算。无需生成表。阀建模算法可以实时处理压力、温度和流体速率，并且因此，可以更准确地管理不同流体类型的流量。GLL增益本质上是给定流量变化所需的驱动变化量。GLL增益可以表示为1/(dFlow/dDrive)，或简单地表示为dDrive/dFlow。由于GLL增益可以表示为dDrive/dFlow，因此可以确定驱动与流量的关系。使用阀建模算法，可以通过流量确定升程，反之亦然，这将在下文更详细地讨论。此外，由于压力换能器的响应时间较快，因此可以将瞬态流量控制响应时间指定为更严格的容差。例如，瞬态流量响应时间可以控制在200ms+/-10ms之内。这是对传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制阀操作的阀控制系统，所述阀控制系统包括：/n增益控制器，所述增益控制器，用于向阀致动器发送驱动值，以控制阀的线性响应时间；/n线性化控制系统，所述线性化控制系统与所述增益控制器联接，用于确定增益值，以控制所述阀的线性响应时间；以及/n设定点滤波器，所述设定点滤波器联接到所述线性化控制系统，用于对设定点值进行滤波；/n其中，所述线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定所述增益值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180829 US 16/116,7861.一种用于控制阀操作的阀控制系统，所述阀控制系统包括：
增益控制器，所述增益控制器，用于向阀致动器发送驱动值，以控制阀的线性响应时间；
线性化控制系统，所述线性化控制系统与所述增益控制器联接，用于确定增益值，以控制所述阀的线性响应时间；以及
设定点滤波器，所述设定点滤波器联接到所述线性化控制系统，用于对设定点值进行滤波；
其中，所述线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定所述增益值。


2.如权利要求1所述的阀控制系统，其中，所述设定点滤波器包括转换速率限制滤波器。


3.如权利要求2所述的阀控制系统，其中，所述设定点滤波器包括低通滤波器。


4.如权利要求1所述的阀控制系统，其中，所述至少一个实时流体参数值选自包括流体压力、流体类型、流量和流体温度的组。


5.如权利要求1所述的阀控制系统，其中，所述增益值由dY/dx＝f’(g(x))g’(x)定义，其中，Y是控制器驱动，f’(g(x))是致动器增益，并且g’(x)是所述阀模型增益。


6.如权利要求1所述的阀控制系统，其中，所述线性响应时间小于300ms，并且输出响应在所述设定点值的98％以内。


7.如权利要求1所述的阀控制系统，其中，所述增益是通过确定致动器驱动值的变化和所述流体的流量变化dDrive/dFlow来进行计算的。


8.一种用于控制阀操作的方法，所述方法包括：
在增益控制器处向阀致动器发送驱动值以控制阀的线性响应时间；
在与所述增益控制器联接的线性化控制系统处确定增益值以控制所述阀的线性响应时间；以及
在联接到所述线性化控制系统的设定点滤波器处对设定点值进行滤波；
其中，所述线性化控制系统根据滤波后的设定点值、至少一个实时流体参数值、阀模型数据、致动器增益和阀模型增益来确定所述增益值。


9.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·勒尔，伯温·班纳斯，杰弗里·怀特利，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US