JP2009047282A

JP2009047282A - 除振装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2009047282A
Application number: JP2007216190A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Katayama; 大助片山; Jun Hirai; 潤平井; Keisuke Sasajima; 圭輔笹島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】装置の大型化・複雑化を招くことなく支持振動系の固有振動数を低く（小さく）することができ、除振効果（除振性能）を高めることができる除振装置およびその制御方法を提供すること。
【解決手段】除振台７の上に載置された除振対象機器８を、設置面Ｇに対して弾性的に支持する除振装置１であって、前記設置面Ｇに対する前記除振台７の変位を計測する変位計測手段４と、前記除振台７をアクティブに駆動する駆動手段３と、前記変位計測手段４が計測した計測結果に基づいて、前記除振台７が、前記変位の方向と同じ方向に移動するように前記駆動手段３を制御する制御手段５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、除振装置およびその制御方法に関するものである。

除振装置およびその制御方法としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
特開平９−７９３１９号公報

上記特許文献の支持振動系には、その固有振動数をできるだけ低く設定するために、空気ばねが使用されている。
しかしながら、除振効果をさらに高めたいような場合には、支持振動系の固有振動数をさらに低く設定する必要があり、そのような場合には、空気ばねの空気の容量を増加させるため別途補助タンクが必要となり、除振装置が大型化・複雑化してしまうといった問題点があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、装置の大型化・複雑化を招くことなく支持振動系の固有振動数を低く（小さく）することができ、除振効果（除振性能）を高めることができる除振装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による除振装置は、除振台の上に載置された除振対象機器を、設置面に対して弾性的に支持する除振装置であって、前記設置面に対する前記除振台の変位を計測する変位計測手段と、前記除振台をアクティブに駆動する駆動手段と、前記変位計測手段が計測した計測結果に基づいて、前記除振台が、前記変位の方向と同じ方向に移動するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えている。
このような除振装置によれば、装置の大型化・複雑化を招くことなく支持振動系の固有振動数を低く（小さく）することができ、除振効果（除振性能）を高めることができる。

本発明による除振装置の制御方法は、除振台の上に載置された除振対象機器を、設置面に対して弾性的に支持する除振装置の制御方法であって、前記設置面に対する前記除振台の変位を計測し、この変位に基づいて、前記除振台を、前記変位の方向と同じ方向に移動するように制御するものである。
このような除振装置の制御方法によれば、装置の大型化・複雑化を招くことなく支持振動系の固有振動数を低く（小さく）することができ、除振効果（除振性能）を高めることができる。

本発明によれば、装置の大型化・複雑化を招くことなく支持振動系の固有振動数を低く（小さく）することができ、除振効果（除振性能）を高めることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る除振装置とその制御方法について、図１ないし図４を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態による除振装置１は、例えば、床面（設置面）Ｇの上に設置された除振マウント２と、アクチュエータ（駆動手段）３と、変位センサ（変位計測手段）４と、演算機（制御手段）５と、モータドライバ６とを主たる要素として構成されたものである。
除振マウント２は、例えば、圧縮空気の弾力性を利用したバネ装置（「空気バネ」ともいう。）であり、床面Ｇの上に一つまたは二つ以上設置されている。除振マウント２の上には、除振台７が配置（固定）されており、この除振台７の上には、半導体製造設備や精密加工機械等の、外部からの振動を嫌う除振対象機器（「嫌振機器」ともいう。）８が載置される。

アクチュエータ３は、例えば、永久磁石と、この永久磁石の磁界中に置かれたコイルとを備え、このコイルに電流を流すことにより、磁界および電流に対して垂直な方向に力を発生させるボイスコイルモータ（「リニアモータ」ともいう。）である。アクチュエータ３は、本実施形態では除振マウント２の内部に収容されている。

変位センサ４は、例えば、２ｍｍの変位を２Ｖとして出力することのできる非接触渦電流式の変位センサである。変位センサ４は、本実施形態では除振マウント２の内部に収容されているとともに、除振マウント２の床面Ｇの側に位置する台座に固定されており、床面Ｇに対する除振マウント２の除振台７の側に位置する台座の変位、すなわち、床面Ｇに対する除振台７の変位を測定するものである。そして、変位センサ４で測定された測定値は、例えば、１６ｂｉｔの分解能を備えたＡ／Ｄボード（図示せず）を介してデジタル値に変換され、アンプ（図４参照）９で、例えば、１０倍に増幅された後、演算機（「上位コントローラ」ともいう。）５に出力されるようになっている。

演算機５は、出力側（アウトプット側）に、例えば、１６ｂｉｔの分解能を備えたＤ／Ａボード（図示せず）を具備した計算機である。そして、アンプ９から送られてきた信号は、演算機５において負の定数（−Ｋ）が乗じられ、Ｄ／Ａボードによってアナログ値に変換された後、指令電流としてモータドライバ（「リニアドライバ」ともいう。）６に出力されるようになっている。

モータドライバ６は、演算機５から送られてきた指令電流に基づいて（応じて）、ドロッパ電源１０からアクチュエータ３に供給される駆動電流を制御するものである。アクチュエータ３に供給される駆動電流は、アクチュエータ３を構成するコイルに必要な（所望の）電流である。そして、この電流がアクチュエータ３のコイルに流れることにより、アクチュエータ３を構成する永久磁石が、床面Ｇに対する除振台７の変位と同じ方向に変位して、除振台７の除振が行われることとなる。
なお、ドロッパ電源１０は、ＡＣパワー１１をトランス（図示せず）を用いて減圧し、整流するものである。

つぎに、上述した除振装置１０に、例えば、０．１Ｇａｌ、１０Ｈｚの正弦波状の振動を外乱として与えた場合に、この除振装置１０が、除振性能を十分に発揮することができるかどうかについて検討する。
まず、０．１Ｇａｌ、１０Ｈｚの正弦波状の振動の変位（片振幅）は、０．２５μｍとなる。変位センサ４として、２ｍｍの変位を２Ｖとして出力することのできる非接触渦電流式の変位センサを用いた場合、±２Ｖを１６ｂｉｔの分解能を備えたＡ／Ｄボードによって取り込むときの分解能は、０．０６μｍ／ｄｉｇｉｔとなり、０．２５μｍの変位を十分に測定することができる。

また、上述の定数（Ｋ）を１００Ｎ／ｍｍとした場合、モータドライバ６には、アクチュエータ３に０．０２５Ｎの力を発生させよという、指令電流（「ドライバ指令値」ともいう。）が出力されればよいこととなる。ボイスコイルモータの推力定数が１２．４Ｎ／Ａである場合、０．０２５Ｎの力を発生させるために、２．０ｍＡの電流を流す必要がある。そのため、０．４Ａ／Ｖの出力ゲインに設定されたモータドライバであれば、５．０ｍＶの指令電圧をモータドライバに与えればよい。±１０Ｖを１６ｂｉｔの分解能を備えたＤ／Ａボードによって出力する場合、０．３ｍＶ／ｄｉｇｉｔとなり、５．０ｍＶの指令電圧を十分に精度よく出力できる。

この電流をアクチュエータ３のコイルに流すことによってアクチュエータ３に、外乱と同じ方向に０．０２５Ｎの力を発生させることができる。すなわち、図２に示すように、除振台７を支持するアクチュエータ３には、負のゲインをかけたバネ力が与えられて、除振マウント２の固有振動数が小さくなるような制御力が与えられるようになっている。
また、図３に示すように、０．１Ｇａｌ、１０Ｈｚの正弦波状の振動を外乱として与えた場合に、除振装置１０が十分な除振性能を発揮していることがわかる。

本実施形態による除振装置とその制御方法によれば、図２に示すように、除振マウント２の固有振動数を小さくすることができるので、除振装置の除振効果（除振性能）を高めることができる。
また、図２に示すように、定数（制御ゲイン（すなわち、負のバネ強さ））を大きくするだけで、除振マウント２の固有振動数を小さくすることができるので、除振装置の小型化を図ることができる。
さらに、図３に示すように、演算機５に取り込まれる変位状態量と、モータドライバ６から出力される駆動電流の値を安定的に提供することができるので、除振装置１を安定的に制御することができて、除振装置１の除振効果（除振性能）を向上させることができる。
さらにまた、従来の除振制御方法として一般的なスカイフックダンピング（絶対速度に比例した抗力を与える制御）を併用することにより、除振制御系の伝達関数を略任意に周波数成形することができることとなり、目標とする除振性能の範囲設定により大きな自由度を与えることができる。

本発明の一実施形態に係る除振装置の概略構成図である。図１に示す除振装置を用いて行った試験の結果を示す図である。図１に示す除振装置を用いて行った試験の結果を示す図である。図１に示す除振装置のシステムブロック図である。

符号の説明

１除振装置
３アクチュエータ（駆動手段）
４変位センサ（変位計測手段）
５演算機（制御手段）
７除振台
８除振対象機器
Ｇ床面（設置面）

Claims

除振台の上に載置された除振対象機器を、設置面に対して弾性的に支持する除振装置であって、
前記設置面に対する前記除振台の変位を計測する変位計測手段と、
前記除振台をアクティブに駆動する駆動手段と、
前記変位計測手段が計測した計測結果に基づいて、前記除振台が、前記変位の方向と同じ方向に移動するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする除振装置。
除振台の上に載置された除振対象機器を、設置面に対して弾性的に支持する除振装置の制御方法であって、
前記設置面に対する前記除振台の変位を計測し、この変位に基づいて、前記除振台を、前記変位の方向と同じ方向に移動するように制御することを特徴とする除振装置の制御方法。