CN106763464A - 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元 - Google Patents

一种用于微振动技术的主动空气隔振单元 Download PDF

Info

Publication number
CN106763464A
CN106763464A CN201710122317.6A CN201710122317A CN106763464A CN 106763464 A CN106763464 A CN 106763464A CN 201710122317 A CN201710122317 A CN 201710122317A CN 106763464 A CN106763464 A CN 106763464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration
vibration isolation
base
isolation unit
horizontal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710122317.6A
Other languages
English (en)
Inventor
潘公宇
陈磊
李东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201710122317.6A priority Critical patent/CN106763464A/zh
Publication of CN106763464A publication Critical patent/CN106763464A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • F16F15/0232—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means with at least one gas spring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • F16F15/027—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means comprising control arrangements

Abstract

本发明公开了一种用于微振动技术的主动空气隔振单元，其包括设置在地面上的底座，底座上设置有用于放置精密仪器的隔振台，隔振台包括顶板和侧板；顶板和底座之间设置有垂直空气弹簧；侧板和底座之间设置有水平空气弹簧；隔振台和底座形成的空间内部设置有垂直加速度传感器、水平加速度传感器、垂直位移传感器和水平位移传感器。内部加速度传感器及位移传感器测量隔振单元上部精密设备的振动信号，地面加速度传感器测量地面对精密设备的输入信号，外部的控制器根据测量的实时信号，对气阀进行充放气，从而改变垂直空气弹簧及水平空气弹簧内部的压力，产生实时的主动控制力来消除主动空气隔振单元上部精密仪器的振动，能够达到较好的隔振效果。

Description

一种用于微振动技术的主动空气隔振单元
技术领域
本发明涉及一种用于微振动技术的主动空气隔振单元。
背景技术
随着精密制造技术和微测量技术的快速发展，微振动的控制技术已成为一个十分重要的研究课题。2015年颁布的国家标准《电子工业防微振技术规范》(GB51706-2015)规定了精密装置和仪器的容许振动值，对于一般透射电镜及扫描电镜而言，容许的振动速度为6um/s，对于纳米研发装置其容许的振动速度更要小于0.75um/s。要达到这样的微振动水平，通常所采用的被动隔振技术难以达到这一目标，本发明的主动空气隔振单元将解决这一难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于微振动技术的主动空气隔振单元。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明公开一种用于微振动技术的主动空气隔振单元，其包括设置在地面上的底座，所述底座上设置有用于放置精密仪器的隔振台，所述隔振台包括顶板和侧板；所述顶板和所述底座之间设置有垂直空气弹簧；所述侧板和所述底座之间设置有水平空气弹簧；所述垂直空气弹簧和所述水平空气弹簧均连接气源；所述隔振台和所述底座形成的空间内部设置有垂直加速度传感器、水平加速度传感器、垂直位移传感器和水平位移传感器；主动空气隔振单元所在的地面上设置有地面垂直加速度传感器以及地面水平加速度传感器。
进一步地，所述垂直空气弹簧和所述水平空气弹簧与所述气源之间均设置有气阀，所述气阀连接控制器。
一种用于微振动技术的主动空气隔振系统，其包括若干个所述的主动空气隔振单元。
本发明所达到的有益效果是：
本发明隔振单元内部加速度传感器及位移传感器测量隔振单元上部精密设备的振动信号，地面加速度传感器测量地面对精密设备的输入信号，外部的控制器根据测量的实时信号，对气阀进行充放气，从而改变垂直空气弹簧及水平空气弹簧内部的压力，产生实时的主动控制力来消除主动空气隔振单元上部精密仪器的振动，能够达到较好的隔振效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种用于微振动技术的主动空气隔振单元的结构示意图；
图2是一种用于微振动技术的主动空气隔振系统的结构示意图；
图3为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在X方向的减振效果图；
图4为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在Y方向的减振效果图；
图5为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在Z方向的减振效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开一种用于微振动技术的主动空气隔振单元，其包括设置在地面13上的底座1，所述底座1上设置有用于放置精密仪器的隔振台2，所述隔振台2包括顶板21和侧板22；所述顶板21和所述底座1之间设置有垂直空气弹簧3；所述侧板22和所述底座1之间设置有水平空气弹簧4；所述垂直空气弹簧3和所述水平空气弹簧4均连接气源5；所述隔振台2和所述底座1形成的空间内部设置有垂直加速度传感器6、水平加速度传感器7、垂直位移传感器8和水平位移传感器9；主动空气隔振单元所在的地面上设置有地面垂直加速度传感器10以及地面水平加速度传感器11。
本实施例中，所述垂直空气弹簧3和所述水平空气弹簧4与所述气源5之间均设置有气阀12，所述气阀12连接控制器。
隔振单元内部加速度传感器及位移传感器测量隔振单元上部精密设备的振动信号，地面加速度传感器测量地面对精密设备的输入信号，外部的控制器根据测量的实时信号，对气阀进行充放气，从而改变垂直空气弹簧及水平空气弹簧内部的压力，产生实时的主动控制力来消除主动空气隔振单元上部精密仪器的振动。
如图2所示，一种用于微振动技术的主动空气隔振系统，其包括四个所述的主动空气隔振单元。该系统的运动微分方程可表示为下列6自由度方程：
式中:[M]为质量矩阵(6×6),[M]＝diag[m m m JX JY JZ],
m为隔振平台的质量，JX,JY,JZ分别为隔振平台绕X,Y,Z轴的惯性矩；
[C]为阻尼矩阵(6×6),[C]＝diag[CX CY CZ CθX CθY CθZ]；
[K]为刚度矩阵(6×6),[K]＝diag[KX KY KZ KθX KθY KθZ]；
{x}为绝对位移矢量(6×1)，
{x}＝{x1 x2 x3 x4 x5 x6}T＝{xg yg zg θX θY θZ}T；
{x0}为基础干扰位移矢量(6×1)，
{x0}＝{x01 x02 x03 x04 x05 x06}T＝{xd yd zd 0 0 0}T；
{u}为空气气阀的控制电流矢量(n×1),
{u}＝{I1 I2 I3 ... In}T,[Ka]为考虑到安装位置时，所有空气气阀的输出力因子矩阵(6×n)
此时，隔振系统的动力学方程可以解藕，方程(1)可表示为
式中:ξi为阻尼比；ωi为固有频率；ui(t)为控制信号，且有{ui(t)}＝[M]-1[Ka]{u}；ξt(t)为基础干扰，且有.
考虑到系统的干扰一类为基础干扰，包括基础干扰的振动位移x0和振动速度另一类为微制造设备产生的直接干扰fd。这些干扰均为随机干扰，这时相应的性能指标自然也是随机变量，所以对微制造平台微振动的最优控制问题，其性能指标取为
式中，Q0，Q，R为加权对称阵。
根据分离定理，随机最优控制律为
先按确定性最优控制问题得到的反馈增益矩阵L为L＝R-1BTS
式中，S可以通过求解以下控制器的Riccati代数方程得到SA+ATS-SBR-1BTS+Q＝0
由于所研究的微制造平台隔振系统完全可观，因而上述方程中的状态估计可用Kalman滤波得到
式中，K为估计增益矩阵
式中，P满足估计器的Riccati代数方程
获得状态估计和最优控制反馈增益矩阵L后，就可以用滤波估计和最优控制的串联形式构成反馈回路进行控制，得出最优控制律。
图3为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在X方向的减振效果图；
图4为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在Y方向的减振效果图；
图5为装有主动隔振单元和没有主动隔振单元时精密设备的振动水平在Z方向的减振效果图。
在图3到图5中，b线代表装有主动隔振单元，a线代表没有主动隔振单元。实验结果证明主动隔振单元非常有效。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于微振动技术的主动空气隔振单元，其特征在于，包括设置在地面上的底座，所述底座上设置有用于放置精密仪器的隔振台，所述隔振台包括顶板和侧板；所述顶板和所述底座之间设置有垂直空气弹簧；所述侧板和所述底座之间设置有水平空气弹簧；所述垂直空气弹簧和所述水平空气弹簧均连接气源；所述隔振台和所述底座形成的空间内部设置有垂直加速度传感器、水平加速度传感器、垂直位移传感器和水平位移传感器；主动空气隔振单元所在的地面上设置有地面垂直加速度传感器以及地面水平加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于微振动技术的主动空气隔振单元，其特征在于，所述垂直空气弹簧和所述水平空气弹簧与所述气源之间均设置有气阀，所述气阀连接控制器。
3.一种用于微振动技术的主动空气隔振系统，其特征在于，包括若干个权利要求1或2所述的主动空气隔振单元。
CN201710122317.6A 2017-03-02 2017-03-02 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元 Pending CN106763464A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710122317.6A CN106763464A (zh) 2017-03-02 2017-03-02 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710122317.6A CN106763464A (zh) 2017-03-02 2017-03-02 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106763464A true CN106763464A (zh) 2017-05-31

Family

ID=58959023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710122317.6A Pending CN106763464A (zh) 2017-03-02 2017-03-02 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106763464A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108278325A (zh) * 2018-01-11 2018-07-13 中国中元国际工程有限公司 大型高精度被动气浮式隔振平台集成控制柜
CN108679141A (zh) * 2018-04-19 2018-10-19 杭州亿恒科技有限公司 多自由度主动隔振装置及方法
CN110701244A (zh) * 2019-09-09 2020-01-17 吉林大学 一种具有失效保护的隔振搭载平台及失效保护方法
CN111398632A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种加速度传感器本底噪声的测试装置及测试方法
CN111398633A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种高精度加速度传感器本底噪声的测试装置及测试方法
CN112352118A (zh) * 2018-07-25 2021-02-09 仓敷化工株式会社 气体弹簧式隔振装置
CN112350825A (zh) * 2020-11-04 2021-02-09 吉林工程技术师范学院 一种量子通信用光量子分发隔振装置
CN113565923A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 长沙理工大学 一种宽频吸振器及其控制方法
CN114294371A (zh) * 2022-01-08 2022-04-08 厦门大学 一种六自由度的空气弹簧隔振平台
CN114483865A (zh) * 2022-01-28 2022-05-13 华中科技大学 一种高气密性的密封结构及气体弹簧隔振器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015075909A (ja) * 2013-10-09 2015-04-20 倉敷化工株式会社 アクティブ除振装置
CN103062309B (zh) * 2012-12-19 2015-07-29 哈尔滨工业大学 共面气浮正交解耦与滚动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器
CN104879434A (zh) * 2015-05-05 2015-09-02 常州大学 基于气浮和电动组合三向解耦等刚度隔振器
CN204900659U (zh) * 2015-06-23 2015-12-23 嘉兴鸿利机械有限公司 一种管片生产线用隔振平台
KR20160118201A (ko) * 2016-10-04 2016-10-11 알엠에스테크놀러지(주) 통합제진 디지털 제어 시스템
CN106093310A (zh) * 2016-07-28 2016-11-09 徐州安普瑞特能源科技有限公司 一种具有减震功能的环境质量分析仪
JP2016194599A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 株式会社ニコン 防振装置及びその制御方法、並びに露光方法及び装置
CN106286695A (zh) * 2016-09-14 2017-01-04 中国电子工程设计院 一种空气弹簧隔振平台控制系统
CN106335834A (zh) * 2015-07-09 2017-01-18 奥的斯电梯公司 用于无绳电梯的线性推进系统的主动减振器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103062309B (zh) * 2012-12-19 2015-07-29 哈尔滨工业大学 共面气浮正交解耦与滚动关节轴承角度解耦的电涡流阻尼隔振器
JP2015075909A (ja) * 2013-10-09 2015-04-20 倉敷化工株式会社 アクティブ除振装置
JP2016194599A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 株式会社ニコン 防振装置及びその制御方法、並びに露光方法及び装置
CN104879434A (zh) * 2015-05-05 2015-09-02 常州大学 基于气浮和电动组合三向解耦等刚度隔振器
CN204900659U (zh) * 2015-06-23 2015-12-23 嘉兴鸿利机械有限公司 一种管片生产线用隔振平台
CN106335834A (zh) * 2015-07-09 2017-01-18 奥的斯电梯公司 用于无绳电梯的线性推进系统的主动减振器
CN106093310A (zh) * 2016-07-28 2016-11-09 徐州安普瑞特能源科技有限公司 一种具有减震功能的环境质量分析仪
CN106286695A (zh) * 2016-09-14 2017-01-04 中国电子工程设计院 一种空气弹簧隔振平台控制系统
KR20160118201A (ko) * 2016-10-04 2016-10-11 알엠에스테크놀러지(주) 통합제진 디지털 제어 시스템

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108278325B (zh) * 2018-01-11 2020-08-28 中国中元国际工程有限公司 大型高精度被动气浮式隔振平台集成控制柜
CN108278325A (zh) * 2018-01-11 2018-07-13 中国中元国际工程有限公司 大型高精度被动气浮式隔振平台集成控制柜
CN108679141A (zh) * 2018-04-19 2018-10-19 杭州亿恒科技有限公司 多自由度主动隔振装置及方法
CN108679141B (zh) * 2018-04-19 2020-04-17 杭州亿恒科技有限公司 多自由度主动隔振装置及方法
CN112352118A (zh) * 2018-07-25 2021-02-09 仓敷化工株式会社 气体弹簧式隔振装置
CN110701244A (zh) * 2019-09-09 2020-01-17 吉林大学 一种具有失效保护的隔振搭载平台及失效保护方法
CN110701244B (zh) * 2019-09-09 2021-03-16 吉林大学 一种具有失效保护的隔振搭载平台及失效保护方法
CN111398633B (zh) * 2020-04-01 2021-05-11 中国科学院地质与地球物理研究所 一种高精度加速度传感器本底噪声的测试装置及测试方法
CN111398632A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种加速度传感器本底噪声的测试装置及测试方法
CN111398633A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种高精度加速度传感器本底噪声的测试装置及测试方法
CN112350825A (zh) * 2020-11-04 2021-02-09 吉林工程技术师范学院 一种量子通信用光量子分发隔振装置
CN112350825B (zh) * 2020-11-04 2023-07-18 吉林工程技术师范学院 一种量子通信用光量子分发隔振装置
CN113565923A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 长沙理工大学 一种宽频吸振器及其控制方法
CN114294371A (zh) * 2022-01-08 2022-04-08 厦门大学 一种六自由度的空气弹簧隔振平台
CN114483865A (zh) * 2022-01-28 2022-05-13 华中科技大学 一种高气密性的密封结构及气体弹簧隔振器
CN114483865B (zh) * 2022-01-28 2022-11-22 华中科技大学 一种高气密性的密封结构及气体弹簧隔振器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106763464A (zh) 一种用于微振动技术的主动空气隔振单元
US10544848B2 (en) Dynamic damper control device
CN105909725A (zh) 一种三自由度微振动抑制平台及其控制方法
CN105301968B (zh) 一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法
Beijen et al. Disturbance feedforward control for active vibration isolation systems with internal isolator dynamics
Beijen et al. Two-sensor control in active vibration isolation using hard mounts
Zhang et al. A new SSUKF observer for sliding mode force tracking H∞ control of electrohydraulic active suspension
CN111553021A (zh) 一种基于级联干扰观测器的主动悬架系统的设计方法
JP6198556B2 (ja) アクティブ除振装置
Sorokin et al. Increasing efficiency of vibration protection system by using pneumatic rubber cord devices
Wang et al. Active hybrid control algorithm with sky-hook damping and lead-lag phase compensation for multi-DOFs ultra-low frequency active vibration isolation system
JP3467642B2 (ja) 免震システム
Kim et al. Robust broadband vibration control of a flexible structure using an electrical dynamic absorber
Zhao et al. Active negative stiffness regulation and precision micro-vibration isolation technology based on composite feedback of acceleration and velocity
JP4078330B2 (ja) アクティブ除振装置およびアクティブ除振方法
Brennan et al. A demonstration of active vibration isolation using decentralized velocity feedback control
Hao et al. Vibration suppression of Hamiltonian systems with velocity and force disturbances using IDA-PBC
Yoshioka et al. An active microvibration isolation system
Tinkir et al. Deflection control of two-floors structure against northridge earthquake by using PI controlled active mass damping
JPH0419438A (ja) アクティブ振動絶縁装置
JPH0419439A (ja) アクティブ振動絶縁装置
Tagami et al. Development of an active vibration-canceling system using inertial force generators
CN107783382A (zh) 减振器、减小干扰振动的方法和光刻机
JP2001200886A (ja) 能動除振装置
Beijen Multi-sensor control in active vibration isolation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170531