JPH05263868A

JPH05263868A - 除振台の地動外乱制御方法

Info

Publication number: JPH05263868A
Application number: JP9347792A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yasuda; 正志安田; Takahide Osaka; 隆英大坂
Original assignee: Tokkyo Kiki KK
Current assignee: Tokkyo Kiki KK
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来のスカイフック系における振動制御技術
では困難であった地動外乱の積極的制御方法を提供す
る。【構成】能動アクチュエータに既知の信号を入力し、
この時の被制振体Tの振動応答を出力センサSで検出して
その出力データPeを演算装置に取り込んで、その入出力
関係の逆を与えるシステムを演算すると共に、被制振体
に地動外乱だけが作用する状態において被制振体の振動
を出力センサから取り出して地動外乱に関する地動セン
サと出力センサとの入出力関係を求め、前記逆システム
に前記入出力関係のデータを掛け合わせて求めた特性を
出力相殺用フィルタHfとして構成し、この出力相殺用フ
ィルタに地動センサの出力を掛け、更にこれを反転した
フィードフォワード制御信号を演算装置にて生成させ、
これを能動アクチュエータに入力して地動外乱に起因す
る振動を出力相殺によってキャンセルする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制振対象である機器ない
し機器を載置した除振台本体とで構成された被制振体に
装着された除振用の能動アクチュエータによる新規な地
動外乱制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】除振台本体上に載置されて使用される製
造装置の精度が飛躍的に向上している現在、前記製造装
置の持てる能力を最大限に発揮させるために除振台に対
してもその制振能力の大幅向上が要求されて来ている。

【０００３】そこで、除振台の能力向上の画期的手法と
して除振台に載置されている機器の駆動に起因する振動
や設置面の地動外乱をセンシングし、これを演算装置な
どで瞬時に演算処理して能動アクチュエータの制振量を
制御するという能動制振の手法が本発明によって提案さ
れたのである。

【０００４】さて、除振台が除去しなければならない有
害振動には地動外乱(床の微振動)と直動外乱(除振台上
に設置された機器の稼働による振動)の２つがある。直
動外乱に対しては除振台の制振効果を、地動外乱に対し
ては絶縁効果を期待する事になる。従来の受動的除振台
にあっては除振と絶縁の両方を同時に満足させる事は困
難な目標であったが能動的除振台の開発によって大きな
改善を見た。即ち、スカイフック系の実現により制振と
絶縁とを分離する事ができたためである。

【０００５】しかしながら、従来のスカイフック系にお
ける振動制御技術では共振点の増幅あるいは過渡応答を
無くす事ができたとしても予め地動外乱をセンシング
し、これを打ち消すように能動アクチュエータを制御す
る事によって積極的に地動外乱をキャンセルする事まで
は不可能であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
従来のスカイフック系における振動制御技術では困難で
あった地動外乱の積極的制御をその目的としているもの
で、第１の方法は被制振体の出力応答内に外乱応答が消
去されているように能動アクチュエータを制御する出力
相殺型の制御であり、第２の方法は地動外乱を予め計測
し、又は推定し、これを能動アクチュエータに入力して
地動外乱を被制振体の入力点で消去する方法である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、前述のように地動外乱を予測ないし計測して
入力点で相殺する入力相殺法と、被制振体の出力中に地
動外乱に基づく信号(＝外乱応答)が消去されるように能
動アクチュエータを制御する出力相殺法とがある。本発
明にかかる除振台の地動外乱制御方法の第１法は出力相
殺による方法で、制振対象である被制振体(T)と、被制振体(T)を支持
するための能動アクチュエータ(A)〜(D)と、被制振体
(T)の振動を検出するための出力センサ(S)と、能動アク
チュエータ(A)〜(D)を設置した設置構造体(SK)の振動を
検出するための地動センサ(GS)とで構成された除振台の
地動外乱制御方法において、能動アクチュエータ(A)〜(D)に既知の信号を入力
し、この時の被制振体(T)の振動応答を前記出力センサ
(S)で検出してその出力データ(Ｐe)を演算装置(cont)に
取り込み、演算装置(cont)にてその入出力関係の逆を与
えるシステムを演算すると共に、被制振体(T)に地動外乱だけが入力する状態におい
て地動外乱に起因する被制振体(T)の振動を出力センサ
(S)から取り出して地動外乱に関する地動センサ(GS)と
出力センサ(S)との入出力関係を求め、前記逆システムに前記入出力関係のデータを掛け合
わせて求めた特性を出力相殺用フィルタ(Ｈf)として構
成し、この出力相殺用フィルタ(Ｈf)に地動センサ(GS)の
出力を掛け、更にこれを反転したフィードフォワード制御信号を
演算装置(cont)にて生成させ、これを能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力して地動
外乱に起因する振動を出力相殺によってキャンセルする
事を特徴とするものである。これによって被制振体の出力から地動外乱に起因する外
乱応答が消去される事になり、地動外乱が被制振体に及
ぼす影響を実質的に遮断する事ができる。

【００１０】又、本発明にかかる除振台の地動外乱制御
方法の第２法は、被制振体を能動アクチュエータが直接
支持する支持系一体型による入力相殺制振方法で、請求
項２に示すように、制振対象である被制振体(T)と、被制振体(T)を支持
すると共に被制振体(T)を能動的に制振するための支持
系一体型能動アクチュエータ(A)〜(D)と、能動アクチュ
エータ(A)〜(D)を設置した設置構造体(SK)の振動を検出
するための地動センサ(GS)と、能動アクチュエータ(A)
〜(D)の出力を検出するための力センサ(LC)又は能動ア
クチュエータ(A)〜(D)の出力を予測する予測手段(LC')
とで構成された除振台の地動外乱制御方法において、能動アクチュエータ(A)〜(D)に既知の信号を入力
し、この時の被制振体(T)に入力される能動アクチュエ
ータ(A)〜(D)の出力を前記力センサ(LC)で検出又は予測
手段(LC')で予測してその出力データを演算装置(cont)
に取り込み、演算装置(cont)にてその入出力関係の逆を
与えるシステムを演算すると共に、地動外乱に起因して振動する能動アクチュエータ
(A)〜(D)の出力を力センサ(LC)で検出又は予測手段(L
C')で予測し、この検出又は予測信号を前記逆システムに掛け合わ
せて求めた特性を入力相殺用フィルタ(Ｈf)として構成
し、この入力相殺用フィルタ(Ｈf)に地動センサ(GS)の
出力を掛け、更にこれを反転したフィードフォワード制御信号を
演算装置(cont)にて生成させ、これを能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力して地動
外乱に起因する振動を入力相殺によってキャンセルする
事を特徴とするものである。これによって地動外乱が被制振体(T)に入力する前に能
動アクチュエータ(A)〜(D)によって遮断され、地動外乱
が被制振体(T)に及ぼす影響を未然に遮断する事ができ
る。

【００１１】請求項３は、前記第２法の別法で、被制振
体の制振を行う能動アクチュエータと被制振体を支持す
る支持系がそれぞれ別体になっている分離型による入力
相殺制振方法で、制振対象である被制振体(T)と、被制振体(T)を支持
するための支持系(DS)と、支持系(DS)とは別に被制振体
(T)を能動的に制振するための支持系分離型能動アクチ
ュエータ(A)〜(D)と、前記支持系(DS)を伝わって地動外
乱が被制振体(T)に伝達する力を検出するための伝達力
検出用力センサ(LC1)と、能動アクチュエータ(A)〜(D)
を設置した設置構造体(SK)の振動を検出するための地動
センサ(GS)と、能動アクチュエータ(A)〜(D)の出力を検
出するためのアクチュエータ出力検出用力センサ(LC2)
又は能動アクチュエータ(A)〜(D)の出力を予測する予測
手段(LC')とで構成された除振台の地動外乱制御方法に
おいて、能動アクチュエータ(A)〜(D)に既知の信号を入力
し、この時の被制振体(T)に入力される能動アクチュエ
ータ(A)〜(D)の出力を前記アクチュエータ出力検出用力
センサ(LC2)で検出又は予測手段(LC')で予測してその出
力データを演算装置(cont)に取り込み、演算装置(cont)
にてその入出力関係の逆を与えるシステムを演算すると
共に、設置構造体(SK)から地動外乱に起因して振動する被
制振体(T)迄の伝達力を伝達力検出用力センサ(LC1)で検
出又は予測手段(LC')で予測し、この検出又は予測信号を前記逆システムに掛け合わ
せて求めた特性を入力相殺用フィルタ(Ｈf)として構成
し、この入力相殺用フィルタ(Ｈf)に地動センサ(GS)の
出力を掛け、更にこれを反転したフィードフォワード制御信号を
演算装置(cont)にて生成させ、これを能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力して地動
外乱に起因する振動を入力相殺によってキャンセルする
事を特徴とするものである。これによって、被制振体の制振を行う能動アクチュエー
タと被制振体を支持する支持系がそれぞれ別体になって
いる場合でも地動外乱が被制振体(T)に入力する前に能
動アクチュエータ(A)〜(D)によって遮断され、地動外乱
が被制振体(T)に及ぼす影響を未然に遮断する事ができ
る。

【００１２】請求項４は、請求項１又は２又は３におい
て、能動アクチュエータ(A)〜(D)の数より出力センサ
(S)の数が少ない場合における逆システムの演算方法に
関するもので、請求項１又は２又は３の除振台の地動外乱制御方法
における入出力関係の逆を与えるシステムの演算におい
て、能動アクチュエータ(A)〜(D)に既知の信号を加え、被制振体(T)の振動を能動アクチュエータ(A)〜(D)
の数よりも少ない数の出力センサ(S)又は力センサ(LC)
で検出して能動アクチュエータ(A)〜(D)と出力センサ
(S)又は力センサ(LC)の入出力関係を求め、これを演算装置(cont)に取り込み、その右逆システ
ムを演算する事を特徴とするものである。これにより、能動アクチュエータの数より出力センサの
数の方が少ない場合でも逆システムを求める事ができ、
能動アクチュエータによるフィードフォワード制御が可
能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明方法における出力相殺型制振の
実施例を図１〜４に従って説明する。除振台はホログラ
フィーセット、電子顕微鏡、半導体製造機器など超精密
測定装置などの製造装置を載置するための定盤部分であ
る除振台本体(2)と、除振台本体(2)を支持するために除
振台本体(2)の４隅に配置された４個の能動アクチュエ
ータセット(A)〜(D)、出力センサー(S)群「図中、英小文
字を添え字とし、能動アクチュエータとの対応関係を示
す。例えば、(Sa)は能動アクチュエータ(A)に対応して
設けられた出力センサを意味する。」、能動アクチュエ
ータセット(A)〜(D)が設置されている設置構造体の地動
外乱を検出する地動センサ(GS)並びに前記能動アクチュ
エータセット(A)〜(D)を能動制御するための演算回路(c
ont)とで構成されている。

【００１４】本実施例で説明する能動アクチュエータセ
ット(A)〜(D)は、垂直能動アクチュエータ(A2)〜(D2)と
水平能動アクチュエータ(A1)〜(D1)とを一体として組み
込まれたブロック状のものである。勿論、垂直能動アク
チュエータ(A2)〜(D2)と水平能動アクチュエータ(A1)〜
(D1)とを別々に分けた単能型の能動アクチュエータを使
用してもよい。能動アクチュエータセット(A)〜(D)の配
置は、図１に示すように隣接せる能動アクチュエータセ
ット(A)〜(D)の水平方向の制御方向が互いに直角方向に
なるように風車型に配置されているものである。

【００１５】本発明に係る能動アクチュエータセット
(A)〜(D)には、空気ばねを使用したもの、ピエゾ素子を
使用したもの又はリニヤモータを利用したものなどがあ
る。以下、垂直方向能動アクチュエータ(A2)〜(D2)並び
に水平方向能動アクチュエータ(A1)〜(D1)として空気ば
ねを使用した場合を中心に説明する。又、垂直方向支持
体(7)はゴム板と金属板とを交互に積層した積層体を使
用するものとし、除振台本体(2)と水平方向能動アクチ
ュエータ(A1)〜(D1)とをそれぞれ接続する水平方向支持
体(8)には線材を使用した場合を中心に説明する。

【００１６】図２,３において、能動アクチュエータ(A)
〜(D)は垂直並びに水平の２方向制御である。(勿論、１
つの能動アクチュエータを垂直並びに２水平方向の３軸
制御としてもよい。) 能動アクチュエータ(A)『他の能
動アクチュエータに付いても同様である。』は、垂直空
気ばね(3a'')、垂直方向支持体(7)並びに一対の水平空
気ばね(3a)(3a')並びにこれら各々に装着された出力セ
ンサ類(Sa)などでそれぞれ構成されている。センサ類(S
a)を構成する位置センサ(1a)(1b)(1c)やレベルセンサ(9
a)(9b)(9c)には、非接触アナログ出力型の近接センサが
用いられており、振動制御には加速度センサ「これら
は、垂直方向加速度センサ(10a)(10b)(10c)、水平方向
加速度センサ(11a)(11b)(11c)に分けられる。」が用い
られている。能動アクチュエータ(A)〜(D)と出力センサ
(S)類の数量関係は、本実施例では能動アクチュエータ
(A)〜(D)が水平及び垂直で８個、出力センサ(S)が垂直
と水平で６個の[８×６]系となっている。又、能動アク
チュエータ(A)〜(D)が設置されている設置構造体(SK)に
は加速度センサ機能を有する地動センサ(GS)が設置され
ている。地動センサ(GS)は、通常、設置構造体(SK)が大
地のように回転しない場合にはＸＹＺの３方向の地動外
乱を検出出来れば足るので３つの地動センサ(GS)が用意
されるが、設置構造体(SK)が車両のような移動体の場合
には回転量も検出する必要があるため６つの地動センサ
(GSv₁)(GSv₂)(GSv₃)(GSh₁)(GSh₂)(GSh₃)が用意され、こ
れらを演算する事によって回転量の算出を行う。

【００１７】図３，４中、(ΔX)は水平方向の位置セン
サ(1a)と除振台本体(2)との水平方向相対変位、(ΔY)は
レベルセンサ(9a)と除振台本体(2)との垂直方向相対変
位を表しており、(X'')は除振台本体(2)の水平方向の加
速度、(Y'')は除振台本体(2)の垂直方向の加速度、(Ho)
は目標レベル位置をそれぞれ表している。

【００１８】垂直空気ばね(3a'')並びに水平空気ばね(3
a)(3a')は、いずれもゴム製ばね部(5)とこれに連通する
エアタンク(4)とで構成された既知の構造である。水平
空気ばね(3a)(3a')のエアタンク(4)は、中央の仕切り板
(26')を介して左右に独立して配設されている。本実施
例において水平空気ばね(3a)(3a')には制御側と基準側
とがあり、基準側水平空気ばね(3a)には、精密なレギュ
レータ(19)を介して一定圧の空圧源(16)に接続してあ
る。(図４を参照の事)

【００１９】一方、制御側水平空気ばね(3a')は、制御
弁(6a)を介して前記空圧源(16)が接続してあり、この制
御弁(6a)は後述する演算装置(cont)で制御される。（勿
論、反転装置を使用して前記基準側水平空気ばね(3a)
に、制御側空気ばね(3a')に入力する制御信号を反転さ
せて信号を入力してもよく、この場合はプッシュプル制
御となる。）

【００２０】図２から分かるように、水平空気ばね(3a)
(3a')は、ケーシング(30)に囲繞されており、ケーシン
グ(30)と除振台本体(2)とは細い線材で構成された水平
方向支持体(8)で接続されている。

【００２１】垂直空気ばね(3a'')は、固定基台(25)上に
載置された垂直方向支持体(7)上に載設されている。こ
のように組み立てられた能動アクチュエータ(A)〜(D)
は、図１のようにベース(28)の４隅に装着されて使用さ
れる。装着方向は図１の矢印(A1)〜(D1)で示すように、
隣接する水平空気ばね(3a)(3a')の伸縮制御方向が互い
に直交するように風車型に配置する。そしてこのベース
(28)は設置構造体(SK)上に固定される。能動アクチュエ
ータ(A)〜(D)を設置構造体(SK)上に直接固定する事も可
能である。垂直空気ばね(3a'')も制御側水平空気ばね(3
a')と同様制御弁(6a'')を介して前記空圧源(16)が接続
してあり、この制御弁(6a'')も後述する演算装置(cont)
で制御される。

【００２２】本発明における被制振体(T)とは、地動外
乱制御の対象となるもので、制御機器を直接能動アクチ
ュエータ(A)〜(D)にて支持する場合には制御機器が被制
振体(T)であり、除振台本体(2)上に制御機器が載置さ
れ、除振台本体(2)と制御機器とが一体となって制御さ
れる場合は除振台本体(2)と制御機器とで被制振体(T)を
構成する事になる。又、被制振体(T)は何らかの支持手
段によって支持されるが、直接能動アクチュエータ(A)
〜(D)にて支持する場合には支持系(DS)を能動アクチュ
エータ(A)〜(D)が兼ねることになるが、能動アクチュエ
ータ(A)〜(D)が例えばリニアモータのように制御機能し
かない場合には別に支持系(DS)が必要となる。一般的に
は、支持系(DS)はダンパとバネとで表される。本発明第
１実施例における出力相殺の場合には、出力成分中に地
動外乱成分が消去されておれば足るので、支持系(DS)と
能動アクチュエータ(A)〜(D)の一致・不一致は問題とな
らない。

【００２３】上記出力センサ(S)類は水平及び垂直位置
制御、水平及び垂直振動制御並びに水平及び垂直地動外
乱制御のすべてを行うためのフル装備で、これらを用い
て位置制御や直動外乱による振動制御を行う事ができる
が、ここでは位置制御や直動外乱の制御が目的でないの
で、位置制御や直動外乱による振動制御の説明はここで
は削除し、地動外乱制御のみを対象として説明する。

【００２４】まず、このように構成された除振台を用い
て行う場合の出力相殺型地動外乱制御について説明す
る。図５は、本発明の出力相殺型地動外乱制御にかかる
地動外乱フィードフォワード制御のブロック図で、図
中、地動外乱の加速度信号は[X''f(t)]、直動外乱は[Xd
(t)]、出力相殺型地動外乱フィードフォワード制御フィ
ルタは(Ｈf)、位置制御器は(Ｈr)、直動フィードフォワ
ード制御器は(Ｈd)、能動アクチュエータの特性は(Ｕ)
でそれぞれ表される。今、地動外乱の測定加速度信号を
[X''f(t)]とすると、出力相殺の条件は、ＰX''f＋ＰeＵＨfX''f＝０……(1) で表される。ここで、Ｐ＝地動センサから出力センサ迄の入出力関
係 X''f＝地動外乱Ｐe ＝能動アクチュエータから出力センサ迄の入出力関
係Ｕ＝能動アクチュエータの特性Ｈf ＝出力相殺型地動外乱フィードフォワード制御フィ
ルタである。(1)式において(ＰX''f)は地動外乱が能動アク
チュエータ(A)〜(D)を通って被制振体(T)に伝達し、こ
れを出力センサ(S)がセンシングして出力した信号であ
る。一方、（ＰeＵＨfX''f）は、能動アクチュエータ
(A)〜(D)に入力した信号が出力センサ(S)からどのよう
な信号になって出力されるかを表す出力関係と、能動ア
クチュエータ(A)〜(D)の特性と、地動外乱並びに出力相
殺型地動外乱フィードフォワード制御フィルタ(Ｈf)の
積で、両者の和が０に等しいならば被制振体(T)の出力
から地動外乱応答が消去されている事になる。そして地
動外乱応答の消去に必要なファクタは出力相殺型地動外
乱フィードフォワード制御フィルタ(Ｈf)である。そこ
で、前記(1)式を変形すると、Ｈf＝−(ＰeＵ)^-1Ｐ……(1') と表され、出力相殺型地動外乱フィードフォワード制御
フィルタ(Ｈf)を求めるには、地動センサ(GS)から出力
センサ(S)迄の入出力関係(Ｐ)、能動アクチュエータ(A)
〜(D)から出力センサ(S)迄の入出力関係(Ｐe)、能動ア
クチュエータ(A)〜(D)の特性(Ｕ)を同定すればよいこと
になる。

【００２５】そこで、まず、除振台の能動アクチュエー
タ(A)〜(D)に既知の信号を入力し、この時の除振台の振
動応答を前記出力センサ(S)で検出してその出力デ−タ
を演算装置(cont)に取り込む。これにより、能動アクチ
ュエータ(A)〜(D)から出力センサ(S)迄の入出力関係(Ｐ
e)を実測する事が出来る。

【００２６】続いて演算装置(cont)にてその入出力関係
の逆を与えるシステムを演算するのである。能動アクチ
ュエータ(A)〜(D)と出力センサの数が同一であれば、逆
システムの演算を簡単に行う事が出来るのであるが、例
えば本実施例のように合計８個の水平及び垂直能動アク
チュエータ(A)〜(D)を、合計６個の水平及び垂直出力セ
ンサ(S)で制御する［８入力×６出力］系では簡単に逆
システムの演算が出来ない。そこで、操作信号の２乗ノ
ルムを最小とする疑似疑似行列を求め、これを(1')式に
代入して出力相殺型地動外乱フィードフォワード制御フ
ィルタ(Ｈf)を得る。前記疑似逆行列(Ｐv⁺)は以下の(2)
式によって得られる。Ｐv⁺＝Ｐv^T(ＰvＰv^T)^-1……(2) ここで、(Ｐv)は［６×８］系の伝達関数行列、(Ｐv^T)
は(Ｐv)の転置、(^-1)は逆行列である事を表している。
前記(2)式を(1')式に代入すると、Ｈf＝−Ｐv^T(ＰvＰv^T)^-1Ｐ……(3) が得られ、能動アクチュエータ(A)〜(D)と出力センサ
(S)の数が相違する場合でも出力相殺型地動外乱フィー
ドフォワード制御フィルタ(Ｈf)を求める事が出来る。
前記疑似逆行列(Ｐv⁺)の求め方は公知の計算方法である
から概略を述べるに留める。上記のように出力相殺型地
動外乱フィードフォワード制御フィルタ(Ｈf)を求める
事が出来れば、(1)式により地動外乱をフィードフォワ
ード制御する事が出来る。

【００２７】そこで、前述のように能動アクチュエータ
(A)〜(D)に既知の信号を入力し、この時の被制振体(T)
の振動応答を前記出力センサ(S)で検出してその出力デ
−タを演算装置(cont)に取り込み、能動アクチュエータ
(A)〜(D)に入力する操作信号から出力センサ(S)迄の入
出力関係(ＰeＵ)を実測する。(Ｕ)は操作信号から能動
アクチュエータ(A)〜(D)の操作力までの入出力関係であ
る。続いて、前述のように演算装置(cont)にてその入出
力関係の逆を与えるシステムを演算する。然る後、被制
振体(T)に地動外乱だけが加わる状態において地動外乱
に起因する被制振体(T)の振動を出力センサ(S)から取り
出して地動外乱に関する地動センサ(GS)と出力センサ
(S)との入出力関係(Ｐ)を求め、前記逆システムに前記
地動外乱に関する地動センサ(GS)と出力センサ(S)との
入出力関係のデータ(Ｐ)を掛け合わせて出力相殺型フィ
ルタ(Ｈf)の特性を決定する。このようにして出力相殺
型フィルタ(Ｈf)の特性が決定されると、地動外乱を検
出している地動センサ(GS)の出力を前記出力相殺型フィ
ルタ(Ｈf)に掛け併せ、更にその掛算値[Vf(t)]を反転し
たフィードフォワード制御信号[−Vf(t)]を演算装置(co
nt)にて生成させ、これを能動アクチュエータ(A)〜(D)
に入力する。これにより地動外乱に起因する振動はキャ
ンセルされて被制振体(T)に設置された出力センサ(S)の
出力中に外乱応答としてほとんど出力されなくなる。
尚、出力相殺型フィルタ(Ｈf)の特性はデジタル的にも
アナログ的にも決定する事ができ、また、出力相殺型フ
ィルタ(Ｈf)の特性決定までの作業は外部演算装置でも
内部演算装置でも対応する事ができることは言うまでも
ない。従って、本発明明細書でいう演算装置(cont)には
場合によって内外両演算装置を含む事になる。

【００２８】次に、支持系(DS)と能動アクチュエータ
(A)〜(D)が一致した一体型の入力相殺型フィードフォワ
ード地動制御について説明する。（図７，８を参照）出
力相殺型との相違は地動外乱が被制振体(T)に入力する
前に能動アクチュエータ(A)〜(D)によって遮断し、地動
外乱が被制振体(T)に及ぼす影響を未然に防止する点に
ある。以下、出力相殺型との相違点を述べ、同一部分に
ついては説明を省略する。入力相殺型の場合は下記の
(4)式を満足する事によって達成する事が出来る。ＰsX''f＋ＵＨfX''f＝０……(4) (4)式において、(Ｐs)は能動アクチュエータ(A)〜(D)な
ど被制振体(T)を支持する支持系の地動外乱から被制振
体(T)に伝達される力迄の入出力関係、(Ｕ)は操作信号
から能動アクチュエータ(A)〜(D)の操作力迄の入出力関
係で、能動アクチュエータ(A)〜(D)に設置された例えば
ロードセルのような力センサ(LC)による実測又は空気ば
ねの内圧に面積を掛けて得られた推定値である。前記推
定値は演算装置(cont)中に内蔵された予測手段(LC')に
よって演算される事によって行われる。前記(4)式を変
形して入力相殺型フィードフォワード制御フィルタ(Ｈ
f)を求めると以下のようになる。尚、下式の(Ｕ^-1)は能
動アクチュエータ(A)〜(D)の入出力関係の逆を与える特
性である。Ｈf＝−Ｕ^-1Ｐs……(4') 尚、ここで支持系(DS)とは、減衰と弾性体にて構成され
た被制振体(T)を支持するための部材を言う事は第１実
施例の場合と同様である。ここで述べる第２実施例では
支持系(DS)と能動アクチュエータ(A)〜(D)とが一致する
事になるが、不一致の場合は別法として後述する。

【００２９】一体型入力相殺型フィードフォワード制御
フィルタ(Ｈf)の求め方は以下の通りである。能動アク
チュエータ(A)〜(D)に既知の信号を入力し、この時の被
制振体(T)に入力される能動アクチュエータ(A)〜(D)の
力応答(＝出力)を力センサ(LC)で検出してその能動アク
チュエータ(A)〜(D)の入出力関係(Ｕ)を演算装置(cont)
に取り込み、演算装置(cont)にてその入出力関係の逆を
与えるシステム(Ｕ^-1)を演算する。続いて、地動外乱か
ら支持系(DS)を伝わって被制振体(T)に入力される力を
力センサ(LC)で検出又は予測手段(LC')で予測し、この
検出又は予測した入出力関係(Ｐs)を前記逆システム(Ｕ
^-1)に掛け合わせ、入力相殺用フィードフォワード制御
フィルタ(Ｈf)の特性を決定する。前記入力相殺用フィ
ードフォワード制御フィルタ(Ｈf)の特性決定は、演算
装置(cont)によってデジタル的ないしアナログ的に内部
処理する事もできるし、外部演算装置を利用して演算
し、その結果だけをデジタル的又はアナログ的手法を用
いて取り込む事も可能である。

【００３０】この入力相殺用フィルタ(Ｈf)に地動セン
サ(GS)の出力[X''f(t)]を掛け、更にこれを反転したフ
ィードフォワード制御信号を演算装置(cont)にて生成さ
せ、これを能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力して地動
外乱に起因する振動を入力相殺によってキャンセルする
事が出来る。

【００３１】尚、図５中、地動外乱の地動センサ(S)の
出力[X''f(t)]を２回積分を行う回路は、位置制御の場
合に用いられるもので、実際には変位計で相対変位を計
測して用いる。地動外乱の絶対変位と位置目標値(ｒ)と
を位置制御器(Ｈr)に入力し、位置制御器(Ｈr)の出力を
能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力することにより位置
制御を行うようになっている。又、直動外乱を検知した
センサ出力(Xd)も直動外乱フィードフォワード制御器
(Ｈd)を介して能動アクチュエータ(A)〜(D)に入力さ
れ、直動外乱のフィードフォワード制御がなされるよう
になっている。本発明とは直接関係がないので破線で示
した。

【００３２】第２実施例の別法である分離型の入力相殺
方式は、支持系(DS)を経由して被制振体(T)に地動外乱
が伝達されるため制御方式は一体型と若干相違する。
（図９，１０を参照）即ち、前記支持系(DS)を伝わって
地動外乱が被制振体(T)に伝達する力を検出するための
伝達力検出用力センサ(LC1)と、能動アクチュエータ(A)
〜(D)の出力を検出するためのアクチュエータ出力検出
用力センサ(LC2)又は能動アクチュエータ(A)〜(D)の出
力を予測する予測手段(LC')を必要とする点で、この２
つの力センサによって入力相殺用フィルタ(Ｈf)が構成
される。

【００３３】まず、能動アクチュエータ(A)〜(D)に既知
の信号を入力し、この時の被制振体(T)に入力される能
動アクチュエータ(A)〜(D)の出力を前記アクチュエータ
出力検出用力センサ(LC2)で検出又は予測手段(LC')で予
測してその出力データを演算装置(cont)に取り込み、演
算装置(cont)にてその入出力関係の逆を与えるシステム
を演算する。

【００３４】次に、設置構造体(SK)から地動外乱に起因
して振動する被制振体(T)迄の伝達力を伝達力検出用力
センサ(LC1)で検出又は予測手段(LC')で予測する。そし
て、この検出又は予測信号を前記逆システムに掛け合わ
せて求めた特性を入力相殺用フィルタ(Ｈf)として構成
する。前記入力相殺用フィードフォワード制御フィルタ
(Ｈf)の特性決定やその処理並びにその後のフィルタ(Ｈ
f)を利用した入力相殺方法は第２実施例と同様である。
尚、分離型の場合は、支持位置と制振位置とが相違する
ため制御力と制御結果とに若干のずれが発生する事にな
る。そのため、支持位置と制振位置を出来るだけ一致さ
せる必要がある。

【００３５】図６は出力相殺型フィードフォワード制御
フィルタ(Ｈf)による地動外乱制御の比較例で、横軸に
周波数(Hz)、縦軸に振動の大きさ(dB)をとり、地動外乱
を各種制御方法で制御した場合である。１点鎖線は全く
地動外乱制御を行わなかった場合、２点鎖線は従来のフ
ィーバック制御を行った場合、実線及び破線は前記フィ
ードバック制御に加えて出力相殺型フィードフォワード
制御を行った場合で、十分な制振効果が得られる事が理
解出来る。尚、フィードバック制御に加えて入力相殺型
フィードフォワード制御を行った場合でも理論的に同様
の効果的な制御結果をえる事が出来る。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上記ような構成であるから、
従来のスカイフック系における振動制御技術では困難で
あった地動外乱の積極的制御を、第１の方法では被制振
体の出力応答内に外乱応答が消去されているように能動
アクチュエータを制御する出力相殺型による制御を行う
事が出来、第２の方法では地動外乱を予め計測し、又は
推定し、これを能動アクチュエータに入力して地動外乱
を能動アクチュエータの入力時点で消去する事が出来
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る能動アクチュエータの配置平面図

【図２】本発明の一実施例の能動アクチュエータの平断
面図

【図３】本発明の一実施例の能動アクチュエータの縦断
面図

【図４】本発明における能動除振台の第１実施例の配置
モデルの概略ブロック図

【図５】本発明の第１実施例のフィードフォワードによ
る能動制振のブロック図

【図６】全く地動外乱制御を行わなかった場合と従来の
フィーバック制御を行った場合並びに出力相殺型フィー
ドフォワード制御フィルタによる地動外乱制御を行った
場合の比較グラフ

【図７】本発明における能動除振台の第２実施例の配置
モデルの概略ブロック図

【図８】本発明の第２実施例のフィードフォワードによ
る能動制振のブロック図

【図９】本発明における能動除振台の第２実施例の別法
の配置モデルの概略ブロック図

【図１０】本発明の第２実施例の別法のフィードフォワ
ードによる能動制振のブロック図

【符号の説明】

(T)…被制振体 (A)〜(D)…能動アクチュ
エータ (S)…出力センサ (SK)…設置構造体 (GS)…地動センサ (Ｐe)…出力データ (cont)…演算装置 (Ｈf)…出力相殺用フィ
ルタ (1)…位置センサ (2)…除振台本体 (3a)…水平方向の基準側空気ばね (3a')…水平方向の制御側空気ばね (3a'')…垂直
空気ばね (4)…エアタンク (5)…ゴム製ばね部 (6a)(6a')…制御弁 (7)…積層体 (8)…線材 (9)…レベルセンサ (10)…垂直方向加速度センサ (11)…水平方向加速度セ
ンサ (16)…空圧源 (19)…レギュレータ (25)…固定基台 (26')…仕切り板 (28)…ベース (30)…ケーシング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制振対象である被制振体と、被制振
体を能動的に制振するための能動アクチュエータと、被
制振体の振動を検出するための出力センサと、能動アク
チュエータを設置した設置構造体の振動を検出するため
の地動センサとで構成された除振台の地動外乱制御方法
において、能動アクチュエータに既知の信号を入力し、この時の被
制振体の振動応答を前記出力センサで検出してその出力
データを演算装置に取り込み、演算装置にてその入出力
関係の逆を与えるシステムを演算すると共に被制振体に
能動外乱だけが作用する状態において地動外乱に起因す
る被制振体の振動を出力センサから取り出して地動外乱
に関する地動センサと出力センサとの入出力関係を求
め、前記逆システムに前記入出力関係のデータを掛け合
わせて求めた特性を出力相殺用フィルタとして構成し、
この出力相殺用フィルタに地動センサの出力を掛け、更
にこれを反転したフィードフォワード制御信号を生成さ
せ、これを能動アクチュエータに入力して地動外乱に起
因する振動を出力相殺によってキャンセルする事を特徴
とする除振台の地動外乱制御方法。
【請求項２】制振対象である被制振体と、被制振
体を支持すると共に被制振体を能動的に制振するための
支持系一体型能動アクチュエータと、能動アクチュエー
タを設置した設置構造体の振動を検出するための地動セ
ンサと、能動アクチュエータの出力を検出するための力
センサ又は能動アクチュエータの出力を予測する予測手
段とで構成された除振台の地動外乱制御方法において、能動アクチュエータに既知の信号を入力し、この時の被
制振体に入力される能動アクチュエータの出力を前記力
センサで検出又は予測手段で予測してその出力データを
演算装置に取り込み、演算装置にてその入出力関係の逆
を与えるシステムを演算すると共に地動外乱に起因して
振動する能動アクチュエータの出力を力センサで検出又
は予測手段で予測し、この検出又は予測信号を前記逆シ
ステムに掛け合わせて求めた特性を入力相殺用フィルタ
として構成し、この入力相殺用フィルタに地動センサの
出力を掛け、更にこれを反転したフィードフォワード制
御信号を演算装置にて生成させ、これを能動アクチュエ
ータに入力して地動外乱に起因する振動を入力相殺によ
ってキャンセルする事を特徴とする除振台の振動制御方
法。
【請求項３】制振対象である被制振体と、被制振
体を支持するための支持系と、支持系とは別に被制振体
を能動的に制振するための支持系分離型能動アクチュエ
ータと、前記支持系を伝わって地動外乱が被制振体に伝
達する力を検出するための伝達力検出用力センサと、能
動アクチュエータを設置した設置構造体の振動を検出す
るための地動センサと、能動アクチュエータの出力を検
出するためのアクチュエータ出力検出用力センサ又は能
動アクチュエータの出力を予測する予測手段とで構成さ
れた除振台の地動外乱制御方法において、能動アクチュエータに既知の信号を入力し、この時の被
制振体に入力される能動アクチュエータの出力を前記ア
クチュエータ出力検出用力センサで検出又は予測手段で
予測してその出力データを演算装置に取り込み、演算装
置にてその入出力関係の逆を与えるシステムを演算する
と共に設置構造体から地動外乱に起因して振動する被制
振体迄の伝達力を伝達力検出用力センサで検出又は予測
手段で予測し、この検出又は予測信号を前記逆システム
に掛け合わせて求めた特性を入力相殺用フィルタとして
構成し、この入力相殺用フィルタに地動センサの出力を
掛け、更にこれを反転したフィードフォワード制御信号
を演算装置にて生成させ、これを能動アクチュエータに
入力して地動外乱に起因する振動を入力相殺によってキ
ャンセルする事を特徴とする除振台の振動制御方法。
【請求項４】請求項１又は２又は３の除振台の地
動外乱制御方法における入出力関係の逆を与えるシステ
ムの演算において、能動アクチュエータに既知の信号を加え、被制振体の振
動を能動アクチュエータの数よりも少ない数の出力セン
サで検出して能動アクチュエータと出力センサとの入出
力関係を求め、これを演算装置に取り込み、その右逆シ
ステムを演算する事を特徴とする除振台の地動外乱制御
方法。