JP3534440B2 - アクティブ除振装置及びその制御方法 - Google Patents
アクティブ除振装置及びその制御方法Info
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- JP3534440B2 JP3534440B2 JP10674394A JP10674394A JP3534440B2 JP 3534440 B2 JP3534440 B2 JP 3534440B2 JP 10674394 A JP10674394 A JP 10674394A JP 10674394 A JP10674394 A JP 10674394A JP 3534440 B2 JP3534440 B2 JP 3534440B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気ばね等のばね部材
とアクチュエータとを用いたアクティブ除振装置及びそ
の制御方法に関するものである。
とアクチュエータとを用いたアクティブ除振装置及びそ
の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体露光装置や電子顕微鏡
等の精密機器を床上に設置する場合には、床からの振動
を遮断して機器を一定位置に保つために、空気ばね等の
ばね部材を用いた除振装置により精密機器を支持するこ
とが行われている。そして、さらに大きな除振効果を得
るために、空気ばねで支持された機器の位置および振動
をセンサで検知し、それらをフィードバックして空気ば
ね給排系のサーボバルブを駆動して、空気ばねの内圧を
制御することにより、機器の位置決めと制振とを行うア
クティブ除振装置が提案されている（例えば、特開平１
−２１０６３４号公報参照）。
等の精密機器を床上に設置する場合には、床からの振動
を遮断して機器を一定位置に保つために、空気ばね等の
ばね部材を用いた除振装置により精密機器を支持するこ
とが行われている。そして、さらに大きな除振効果を得
るために、空気ばねで支持された機器の位置および振動
をセンサで検知し、それらをフィードバックして空気ば
ね給排系のサーボバルブを駆動して、空気ばねの内圧を
制御することにより、機器の位置決めと制振とを行うア
クティブ除振装置が提案されている（例えば、特開平１
−２１０６３４号公報参照）。
【０００３】ところで、ＸＹステージの移動等で同じよ
うな動作が繰り返され、その駆動タイミングが予知でき
る場合には、フィードバック制御とは別にあるいはこれ
と併用して、フィードフォワード制御を行うことが一般
的に有効である。除振装置への応用としては、ステージ
の移動によって発生する振動波形の逆の振動波形を生ず
るようにサーボバルブを駆動して、振動を打ち消すこと
が考えられ、その一例として、特開平５−１１８５６号
公報に開示されるような方法が提案されている。この方
法は、各サーボバルブを制御したときの、制御出力と除
振台の振動変位との伝達関数を測定して伝達関数行列を
求めておき、その逆行列を求めて、ステージ駆動時の除
振台の揺れの逆の波形を発生するような各サーボバルブ
への制御出力を求めるものである。
うな動作が繰り返され、その駆動タイミングが予知でき
る場合には、フィードバック制御とは別にあるいはこれ
と併用して、フィードフォワード制御を行うことが一般
的に有効である。除振装置への応用としては、ステージ
の移動によって発生する振動波形の逆の振動波形を生ず
るようにサーボバルブを駆動して、振動を打ち消すこと
が考えられ、その一例として、特開平５−１１８５６号
公報に開示されるような方法が提案されている。この方
法は、各サーボバルブを制御したときの、制御出力と除
振台の振動変位との伝達関数を測定して伝達関数行列を
求めておき、その逆行列を求めて、ステージ駆動時の除
振台の揺れの逆の波形を発生するような各サーボバルブ
への制御出力を求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案の方
法では、システムの伝達関数行列を測定する必要があ
り、６自由度を制御するには最低３６個の伝達関数を測
定する必要があり、またその逆行列を求める必要もある
ので、計算がかなり複雑なものとなり、リアルタイムで
制御出力を計算することは困難である。そのため、制御
に先立って、システムの特性を同定しておく必要がある
が、制御対象の特性が変わったときには、正しく振動を
打ち消せなくなるという問題がある。このような制御対
象の特性が変化して振動が打ち消せなくなったときに
は、再度、システムの伝達関数行列を測定し直す必要が
ある。
法では、システムの伝達関数行列を測定する必要があ
り、６自由度を制御するには最低３６個の伝達関数を測
定する必要があり、またその逆行列を求める必要もある
ので、計算がかなり複雑なものとなり、リアルタイムで
制御出力を計算することは困難である。そのため、制御
に先立って、システムの特性を同定しておく必要がある
が、制御対象の特性が変わったときには、正しく振動を
打ち消せなくなるという問題がある。このような制御対
象の特性が変化して振動が打ち消せなくなったときに
は、再度、システムの伝達関数行列を測定し直す必要が
ある。
【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、除振対象の揺れを効果
的に制振するフィードフォワード制御量を効率良く生成
し、制御対象の特性が変化しても、その変化に追随して
振動を打ち消すことができるフィードフォワード制御を
実現するものである。
あり、その目的とするところは、除振対象の揺れを効果
的に制振するフィードフォワード制御量を効率良く生成
し、制御対象の特性が変化しても、その変化に追随して
振動を打ち消すことができるフィードフォワード制御を
実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、床上に設置されかつ荷を支
持する空気ばね等のばね部材と、荷に力を加え制振する
ためのアクチュエータと、上記床と荷との間の相対高さ
を実測する検出手段とを備え、上記アクチュエータを駆
動して荷の振動を抑制するアクティブ除振装置の制御方
法として、床と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ
実測値に基づいてフィードバック制御量を算出するとと
もに、アクチュエータへの制御出力から荷の変位までの
実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn
の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィードバッ
ク制御のみでの変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用いて、
フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求める構成とする。
め、請求項１記載の発明は、床上に設置されかつ荷を支
持する空気ばね等のばね部材と、荷に力を加え制振する
ためのアクチュエータと、上記床と荷との間の相対高さ
を実測する検出手段とを備え、上記アクチュエータを駆
動して荷の振動を抑制するアクティブ除振装置の制御方
法として、床と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ
実測値に基づいてフィードバック制御量を算出するとと
もに、アクチュエータへの制御出力から荷の変位までの
実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn
の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィードバッ
ク制御のみでの変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用いて、
フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求める構成とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明におけるフィードフォワード制御量ｖの計算式である
式の代りに、別の式によりフィードフォワード制御量
ｖを算出するものである。すなわち、アクチュエータへ
の制御出力から荷の変位までの実機に基づいて設定した
ノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相
補感度関数Ｔ、前制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィー
ドバック制御量ｕ-1、前制御サイクルのフィードフォワ
ード制御量ｖ-1、重み係数Ｇ及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）
を用いて、フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 … により算出する。
明におけるフィードフォワード制御量ｖの計算式である
式の代りに、別の式によりフィードフォワード制御量
ｖを算出するものである。すなわち、アクチュエータへ
の制御出力から荷の変位までの実機に基づいて設定した
ノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相
補感度関数Ｔ、前制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィー
ドバック制御量ｕ-1、前制御サイクルのフィードフォワ
ード制御量ｖ-1、重み係数Ｇ及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）
を用いて、フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 … により算出する。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のアクティブ除振装置の制御方法において、上記ノミ
ナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、希望す
る目標値追従特性の伝達関数Ｆ及び相補感度関数Ｔを用
い、床と荷との間の相対高さ目標値Ｘr 及び相対高さ実
測値Ｘに基づき、上記フィードバック制御量ｕを式 ｕ＝Ｆ・Ｐn -1・Ｘr −Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ−ｕ） … で設定することにより、目標値追従特性と外乱抑圧特性
とが独立して指定可能な構成とする。
載のアクティブ除振装置の制御方法において、上記ノミ
ナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、希望す
る目標値追従特性の伝達関数Ｆ及び相補感度関数Ｔを用
い、床と荷との間の相対高さ目標値Ｘr 及び相対高さ実
測値Ｘに基づき、上記フィードバック制御量ｕを式 ｕ＝Ｆ・Ｐn -1・Ｘr −Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ−ｕ） … で設定することにより、目標値追従特性と外乱抑圧特性
とが独立して指定可能な構成とする。
【０００９】請求項４記載の発明は、アクティブ除振装
置として、床上に設置されかつ荷を支持するばね部材
と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、上
記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段と、上記
アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制するよう制御
する制御手段とを備える。そして、上記制御手段は、床
と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ実測値に基づ
いてフィードバック制御量を算出するとともに、アクチ
ュエータへの制御出力から荷の変位までの実機に基づい
て設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数
Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィードバック制御のみで
の変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用いて、フィードフォ
ワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成する。
置として、床上に設置されかつ荷を支持するばね部材
と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、上
記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段と、上記
アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制するよう制御
する制御手段とを備える。そして、上記制御手段は、床
と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ実測値に基づ
いてフィードバック制御量を算出するとともに、アクチ
ュエータへの制御出力から荷の変位までの実機に基づい
て設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝達関数
Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィードバック制御のみで
の変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用いて、フィードフォ
ワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成する。
【００１０】請求項５記載の発明は、アクティブ除振装
置として、請求項４記載の発明と同じく、ばね部材とア
クチュエータと検出手段と制御手段とを備える。そし
て、上記制御手段は、床と荷との間の相対高さ目標値及
び相対高さ実測値に基づいてフィードバック制御量を算
出するとともに、アクチュエータへの制御出力から荷の
変位までの実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝
達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制
御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量
ｕ-1、前制御サイクルのフィードフォワード制御量
ｖ-1、重み係数Ｇ及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、
フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成する。
置として、請求項４記載の発明と同じく、ばね部材とア
クチュエータと検出手段と制御手段とを備える。そし
て、上記制御手段は、床と荷との間の相対高さ目標値及
び相対高さ実測値に基づいてフィードバック制御量を算
出するとともに、アクチュエータへの制御出力から荷の
変位までの実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝
達関数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制
御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量
ｕ-1、前制御サイクルのフィードフォワード制御量
ｖ-1、重み係数Ｇ及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、
フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 … により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成する。
【００１１】請求項６記載の発明は、請求項４又は５記
載の発明における一態様を示す。つまり、上記ばね部材
は空気ばねであり、上記アクチュエータは、該空気ばね
と空気ばねに対する空気の給排系に配設されたサーボバ
ルブとからなる。
載の発明における一態様を示す。つまり、上記ばね部材
は空気ばねであり、上記アクチュエータは、該空気ばね
と空気ばねに対する空気の給排系に配設されたサーボバ
ルブとからなる。
【００１２】
【作用】上記の構成により、請求項１又は４記載の発明
では、床と荷との間の相対高さ実測値を検出手段で検出
し、この相対高さ実測値及び相対高さ目標値に基づくフ
ィードバック制御量と上記式からのフィードフォワー
ド制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を求め、
この制御出力でアクチュエータを駆動して荷の振動を抑
制する。ここで、フィードバック制御だけでは、変位出
力の結果から、アクチュエータを駆動して外乱を打ち消
そうとするので、遅れが生じ、それによりいくらかの残
留振動が生ずるが、ＸＹステージ等の荷自体の動作が繰
り返される外乱に対しては、フィードバック制御のみで
の変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 とを用いて外乱を推定し
た式によりフィードフォワード制御量ｖを算出し、荷
自体の動きに合わせて次の制御サイクルでフィードフォ
ワード制御がフィードバック制御と共に行われるので、
遅れを生じることなく外乱を打ち消すことができる。ま
た、ノミナルモデルと制御対象とが一致していない場合
でも、その違いは外乱と見なすことができ、効果的なフ
ィードフォワード制御量を効率よく生成することができ
る。更に、経年変化等により制御対象が変化した場合に
も、ノミナルモデルに基づいて参照される推定外乱の変
化と見なすことができるので、同じノミナルモデルで再
度式からフィードフォワード制御量を求めればよく、
制御対象の変化にも対応した制御が可能になる。
では、床と荷との間の相対高さ実測値を検出手段で検出
し、この相対高さ実測値及び相対高さ目標値に基づくフ
ィードバック制御量と上記式からのフィードフォワー
ド制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を求め、
この制御出力でアクチュエータを駆動して荷の振動を抑
制する。ここで、フィードバック制御だけでは、変位出
力の結果から、アクチュエータを駆動して外乱を打ち消
そうとするので、遅れが生じ、それによりいくらかの残
留振動が生ずるが、ＸＹステージ等の荷自体の動作が繰
り返される外乱に対しては、フィードバック制御のみで
の変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 とを用いて外乱を推定し
た式によりフィードフォワード制御量ｖを算出し、荷
自体の動きに合わせて次の制御サイクルでフィードフォ
ワード制御がフィードバック制御と共に行われるので、
遅れを生じることなく外乱を打ち消すことができる。ま
た、ノミナルモデルと制御対象とが一致していない場合
でも、その違いは外乱と見なすことができ、効果的なフ
ィードフォワード制御量を効率よく生成することができ
る。更に、経年変化等により制御対象が変化した場合に
も、ノミナルモデルに基づいて参照される推定外乱の変
化と見なすことができるので、同じノミナルモデルで再
度式からフィードフォワード制御量を求めればよく、
制御対象の変化にも対応した制御が可能になる。
【００１３】請求項２又は５記載の発明では、上記式
の代りに、上記式からフィードフォワード制御量ｖを
求めるとともに、このフィードフォワード制御量ｖと相
対高さ実測値及び相対高さ目標値に基づくフィードバッ
ク制御量とからアクチュエータへの制御出力を求め、こ
の制御出力でアクチュエータを駆動して荷の振動を抑制
する。ここで、式からのフィードフォワード制御量ｖ
は、直前の制御サイクルの推定外乱に重み係数Ｇをか
け、それに前回のフィードフォワード制御量ｖ-1に忘却
係数Ｋ（Ｋ＜１）をかけて加え合わせたものであり、言
わば過去のフィードフォワード制御を加味して次のフィ
ードフォワード制御をすることになる。このフィードフ
ォワード制御の場合には、推定外乱が実際の外乱と一致
していなくても、その結果生じる残留振動に対して推定
外乱を求め、それを用いてフィードフォワード制御量を
修正することになるので、外乱推定機能を利用して学習
しながら残留振動を小さくすることができるという効果
がある。また、ステージの移動等により少しずつ制御対
象の特性が変化してもそれに追従して制御が可能であ
る。
の代りに、上記式からフィードフォワード制御量ｖを
求めるとともに、このフィードフォワード制御量ｖと相
対高さ実測値及び相対高さ目標値に基づくフィードバッ
ク制御量とからアクチュエータへの制御出力を求め、こ
の制御出力でアクチュエータを駆動して荷の振動を抑制
する。ここで、式からのフィードフォワード制御量ｖ
は、直前の制御サイクルの推定外乱に重み係数Ｇをか
け、それに前回のフィードフォワード制御量ｖ-1に忘却
係数Ｋ（Ｋ＜１）をかけて加え合わせたものであり、言
わば過去のフィードフォワード制御を加味して次のフィ
ードフォワード制御をすることになる。このフィードフ
ォワード制御の場合には、推定外乱が実際の外乱と一致
していなくても、その結果生じる残留振動に対して推定
外乱を求め、それを用いてフィードフォワード制御量を
修正することになるので、外乱推定機能を利用して学習
しながら残留振動を小さくすることができるという効果
がある。また、ステージの移動等により少しずつ制御対
象の特性が変化してもそれに追従して制御が可能であ
る。
【００１４】請求項３記載の発明では、フィードバック
制御量ｗを上記式で設定することにより、目標値追従
特性と外乱抑圧特性とが独立して指定可能になってい
る。すなわち、式右辺の第１項は目標値追従特性に関
するものであって、相対高さ目標値Ｘｒを目標値追従特
性の伝達関数Ｆとノミナルモデルの逆伝達関数Ｐn -1と
を介して次元変換を行い制御入力に加えるので、上記伝
達関数Ｆにより希望する目標値追従特性の伝達関数を任
意に選ぶことができる。また、式右辺の第２項は外乱
抑圧特性に関するものであって、相対高さ実測値（つま
り変位出力）Ｘを逆伝達関数Ｐn -1により制御入力の次
元に直して、実際の制御出力ｕとの誤差すなわち推定外
乱を求め、相補感度関数Ｔを介してフィードバックす
る。ここで、相補感度関数Ｔは０から１の値を取り、Ｔ
≒１のとき優れた外乱抑圧特性が得られる反面、観測雑
音の出力Ｘへの影響が大きくなる。また、Ｔ≒０のとき
観測雑音の出力Ｘへの影響は小さくなるが、外乱の出力
Ｘへの影響が大きくなる。
制御量ｗを上記式で設定することにより、目標値追従
特性と外乱抑圧特性とが独立して指定可能になってい
る。すなわち、式右辺の第１項は目標値追従特性に関
するものであって、相対高さ目標値Ｘｒを目標値追従特
性の伝達関数Ｆとノミナルモデルの逆伝達関数Ｐn -1と
を介して次元変換を行い制御入力に加えるので、上記伝
達関数Ｆにより希望する目標値追従特性の伝達関数を任
意に選ぶことができる。また、式右辺の第２項は外乱
抑圧特性に関するものであって、相対高さ実測値（つま
り変位出力）Ｘを逆伝達関数Ｐn -1により制御入力の次
元に直して、実際の制御出力ｕとの誤差すなわち推定外
乱を求め、相補感度関数Ｔを介してフィードバックす
る。ここで、相補感度関数Ｔは０から１の値を取り、Ｔ
≒１のとき優れた外乱抑圧特性が得られる反面、観測雑
音の出力Ｘへの影響が大きくなる。また、Ｔ≒０のとき
観測雑音の出力Ｘへの影響は小さくなるが、外乱の出力
Ｘへの影響が大きくなる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００１６】図１に本発明の第１実施例に係るアクティ
ブ除振装置Ａのハード構成を示す。図１において、Ｂは
除振装置Ａを設置する建物の床、１は該床Ｂ上に設置さ
れる空気ばねであって、該空気ばね１は、荷Ｌを支持す
るばね部材の機能と、荷Ｌに力を加えるためのアクチュ
エータの機能とを兼ね備えている。上記空気ばね１は、
内部に圧縮空気が充填された空気室２と、該空気室２上
壁の挿通孔２ａにダイアフラム３を介して気密状に摺動
可能に嵌挿されたピストン部４とを有し、該ピストン部
４上に、例えば半導体露光装置や電子顕微鏡等の精密機
器からなる荷Ｌを支持するようになっている。
ブ除振装置Ａのハード構成を示す。図１において、Ｂは
除振装置Ａを設置する建物の床、１は該床Ｂ上に設置さ
れる空気ばねであって、該空気ばね１は、荷Ｌを支持す
るばね部材の機能と、荷Ｌに力を加えるためのアクチュ
エータの機能とを兼ね備えている。上記空気ばね１は、
内部に圧縮空気が充填された空気室２と、該空気室２上
壁の挿通孔２ａにダイアフラム３を介して気密状に摺動
可能に嵌挿されたピストン部４とを有し、該ピストン部
４上に、例えば半導体露光装置や電子顕微鏡等の精密機
器からなる荷Ｌを支持するようになっている。
【００１７】上記空気ばね１の空気室２内は空気配管５
を介してサーボバルブ６に接続され、該サーボバルブ６
は供給配管７を介して圧縮空気源Ｓに連通されており、
サーボバルブ６を駆動して空気ばね１の空気室２内を圧
縮空気源Ｓに連通させ又は大気に開放することにより、
空気ばね１の内圧を制御する。
を介してサーボバルブ６に接続され、該サーボバルブ６
は供給配管７を介して圧縮空気源Ｓに連通されており、
サーボバルブ６を駆動して空気ばね１の空気室２内を圧
縮空気源Ｓに連通させ又は大気に開放することにより、
空気ばね１の内圧を制御する。
【００１８】また、９は上記床Ｂと荷Ｌとの間の相対高
さを実測する変位検出手段としての変位センサであっ
て、該変位センサ９の出力信号（相対高さ実測値の信
号）は、増幅器１０で増幅された後、上記サーボバルブ
６を制御するための制御装置１１に入力される。該制御
装置１１では変位センサ９からの出力信号をＡ／Ｄ変換
し、内部のマイクロコンピュータで制御則に基づきサー
ボバルブ６の開度を計算してその操作信号を出力し、サ
ーボバルブ６を駆動することにより、空気ばね１の内圧
を制御して荷Ｌの振動を抑制するようになっている。
さを実測する変位検出手段としての変位センサであっ
て、該変位センサ９の出力信号（相対高さ実測値の信
号）は、増幅器１０で増幅された後、上記サーボバルブ
６を制御するための制御装置１１に入力される。該制御
装置１１では変位センサ９からの出力信号をＡ／Ｄ変換
し、内部のマイクロコンピュータで制御則に基づきサー
ボバルブ６の開度を計算してその操作信号を出力し、サ
ーボバルブ６を駆動することにより、空気ばね１の内圧
を制御して荷Ｌの振動を抑制するようになっている。
【００１９】そして、上記制御装置１１は、サーボバル
ブ６への制御出力を計算する制御系において、図２に示
すように、フィードバック制御量ｕを算出するフィード
バック制御部２１と、フィードフォワード制御量ｖを算
出するフィードフォワード制御部２２とを備える。
ブ６への制御出力を計算する制御系において、図２に示
すように、フィードバック制御量ｕを算出するフィード
バック制御部２１と、フィードフォワード制御量ｖを算
出するフィードフォワード制御部２２とを備える。
【００２０】上記フィードバック制御部２１は、目標値
追従特性と外乱抑圧特性とを独立して指定可能な２自由
度制御系を構成している。つまり、目標値追従部２３は
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ目標値Ｘｒに、外乱抑圧部
２４は床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ実測値Ｘにそれぞれ
基づいて制御量を求める。Ｐは制御対象の伝達関数、Ｐ
ｎ-1はサーボバルブへの制御出力から荷の変位までの実
機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐｎの
逆伝達関数、Ｔはロバスト安定性の指標となる相補感度
関数、Ｆは目標値追従特性を表現する伝達関数で、安定
化フィルターにより設定される。
追従特性と外乱抑圧特性とを独立して指定可能な２自由
度制御系を構成している。つまり、目標値追従部２３は
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ目標値Ｘｒに、外乱抑圧部
２４は床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ実測値Ｘにそれぞれ
基づいて制御量を求める。Ｐは制御対象の伝達関数、Ｐ
ｎ-1はサーボバルブへの制御出力から荷の変位までの実
機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐｎの
逆伝達関数、Ｔはロバスト安定性の指標となる相補感度
関数、Ｆは目標値追従特性を表現する伝達関数で、安定
化フィルターにより設定される。
【００２１】そして、上記ノミナルモデルの逆伝達関数
Ｐｎ-1、相補感度関数Ｔ及び目標値追従特性Ｆを用い、
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ目標値Ｘｒ及び相対高さ実
測値Ｘに基づき、サーボバルブ６への制御出力ｗは、下
記の式 ｗ＝ｕ−ｖ ＝Ｆ・Ｐｎ-1・Ｘｒ−Ｔ・（Ｐｎ-1・Ｘ−ｕ）−ｖ … により算出される。
Ｐｎ-1、相補感度関数Ｔ及び目標値追従特性Ｆを用い、
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ目標値Ｘｒ及び相対高さ実
測値Ｘに基づき、サーボバルブ６への制御出力ｗは、下
記の式 ｗ＝ｕ−ｖ ＝Ｆ・Ｐｎ-1・Ｘｒ−Ｔ・（Ｐｎ-1・Ｘ−ｕ）−ｖ … により算出される。
【００２２】上記式右辺の第１項は、目標値追従部２
３での計算式であって、相対高さ目標値Ｘｒを安定化フ
ィルターＦとノミナルモデルの逆伝達関数Ｐｎ-1を介し
て次元変換を行い制御入力に加えることを意味する。安
定化フィルターＦにより希望する目標値追従特性の伝達
関数を任意に選ぶことができる。また、式右辺の第２
項は、外乱抑圧部２４での計算式であって、変位センサ
９の出力としての相対高さ実測値Ｘをノミナルモデルの
逆伝達関数Ｐｎ-1により制御量ｕの次元に直して、実際
の制御量ｕとの誤差すなわち推定外乱を求め、相補感度
関数Ｔを介してフィードバックすることを意味する。
３での計算式であって、相対高さ目標値Ｘｒを安定化フ
ィルターＦとノミナルモデルの逆伝達関数Ｐｎ-1を介し
て次元変換を行い制御入力に加えることを意味する。安
定化フィルターＦにより希望する目標値追従特性の伝達
関数を任意に選ぶことができる。また、式右辺の第２
項は、外乱抑圧部２４での計算式であって、変位センサ
９の出力としての相対高さ実測値Ｘをノミナルモデルの
逆伝達関数Ｐｎ-1により制御量ｕの次元に直して、実際
の制御量ｕとの誤差すなわち推定外乱を求め、相補感度
関数Ｔを介してフィードバックすることを意味する。
【００２３】ここで、安定化フィルタＦ及び相補感度関
数Ｔは、下記の式 Ｆ＝１／（１＋Ｔｆ・ｓ）3 Ｔ＝１／（１＋Ｔｔ・ｓ）3 により表される。但し、Ｔｆ，Ｔｔは時定数、ｓはラプ
ラス変換である。
数Ｔは、下記の式 Ｆ＝１／（１＋Ｔｆ・ｓ）3 Ｔ＝１／（１＋Ｔｔ・ｓ）3 により表される。但し、Ｔｆ，Ｔｔは時定数、ｓはラプ
ラス変換である。
【００２４】また、上記ノミナルモデルの伝達関数Ｐｎ
は、下記の式 Ｐｎ＝Ｋｖ／（１＋Ｔｖ・ｓ）・Ａ／（Ｍ・ｓ2 ＋Ｃ・
ｓ＋Ｋ） により表される。但し、Ｋｖはサーボバルブ６のゲイ
ン、Ｔｖはサーボバルブ６の時定数、Ａは空気ばね１の
有効受圧面積、Ｍは荷Ｌの質量、Ｃは空気ばね１の減衰
係数、Ｋは空気ばね１のばね定数である。上記Ｋｖ，Ｔ
ｖ，Ａ，Ｍ，Ｃ，Ｋはサーボバルブ６と除振装置Ａの実
機とにより同定する。
は、下記の式 Ｐｎ＝Ｋｖ／（１＋Ｔｖ・ｓ）・Ａ／（Ｍ・ｓ2 ＋Ｃ・
ｓ＋Ｋ） により表される。但し、Ｋｖはサーボバルブ６のゲイ
ン、Ｔｖはサーボバルブ６の時定数、Ａは空気ばね１の
有効受圧面積、Ｍは荷Ｌの質量、Ｃは空気ばね１の減衰
係数、Ｋは空気ばね１のばね定数である。上記Ｋｖ，Ｔ
ｖ，Ａ，Ｍ，Ｃ，Ｋはサーボバルブ６と除振装置Ａの実
機とにより同定する。
【００２５】 一方、上記フィードフォワード制御部２
２は、ノミナルモデルの逆伝達関数Ｐｎ-1、相補感度関
数Ｔ及びフィードバック制御のみでの変位出力Ｘ0 と制
御出力ｕ0 を用いて、フィードフォワード制御量ｖを下
記の式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、荷Ｌ自体の動きに同期させてサーボバル
ブ６を駆動すべく制御量を出力するようになっている。
つまり、フィードフォワード制御部２２は、フィードバ
ック制御部２１からのフィードバック信号（式の制御
量ｖの信号）がスイッチ２６を通して入力され、該フィ
ードバック信号を、次のトリガ信号Ｔr が入力されるま
での時間から無駄時間を引いた時間だけ遅延させてフィ
ードフォワード信号として出力する第１の遅延回路２７
と、該遅延回路２７からのフィードフォワード信号を記
憶し次のトリガ信号Ｔr に同期して出力する第２の遅延
回路２８とを備え、２回目の制御サイクル以降荷Ｌ自体
の動きに同期させてフィードファワード信号ｖを出力す
る。
２は、ノミナルモデルの逆伝達関数Ｐｎ-1、相補感度関
数Ｔ及びフィードバック制御のみでの変位出力Ｘ0 と制
御出力ｕ0 を用いて、フィードフォワード制御量ｖを下
記の式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） … により算出し、荷Ｌ自体の動きに同期させてサーボバル
ブ６を駆動すべく制御量を出力するようになっている。
つまり、フィードフォワード制御部２２は、フィードバ
ック制御部２１からのフィードバック信号（式の制御
量ｖの信号）がスイッチ２６を通して入力され、該フィ
ードバック信号を、次のトリガ信号Ｔr が入力されるま
での時間から無駄時間を引いた時間だけ遅延させてフィ
ードフォワード信号として出力する第１の遅延回路２７
と、該遅延回路２７からのフィードフォワード信号を記
憶し次のトリガ信号Ｔr に同期して出力する第２の遅延
回路２８とを備え、２回目の制御サイクル以降荷Ｌ自体
の動きに同期させてフィードファワード信号ｖを出力す
る。
【００２６】図３は上記トリガ信号Ｔr 、スイッチ（Ｓ
Ｗ）２６のＯＮ−ＯＦＦ、１回目のフィードバック信号
（Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ））、第１及び第２遅延回
路２７，２８の出力信号ｖd ，ｖ1 及びフィードフォワ
ード信号ｖの相互関係を示すタイムチャート図である。
図３において、トリガ信号Ｔr は、ＸＹステージ等の荷
Ｌが同じ動作をｎ回繰り返す場合その各動作の所定時間
前に入力される。スイッチ２６は１回目のトリガ信号Ｔ
r が入力した時点から次のトリガ信号Ｔr が入力するま
での間ｔはＯＮになり、それ以降はＯＦＦになる。上記
スイッチ２６のＯＮ−ＯＦＦ切換えの結果、フィードバ
ック信号は、１回目の制御サイクル中だけトリガ信号Ｔ
r の入力時点から無駄時間ｔ1 遅れて入力される。第１
遅延回路２７の信号ｖd は２回目のトリガ信号Ｔr の入
力時点に同期して出力され、第２遅延回路の信号Ｖ1 は
３回目以降のトリガ信号Ｔr の入力時点毎に同期して出
力される。そして、フィードフォワード信号ｖは、２回
目以降のトリガ信号Ｔr の入力時点毎に同期して出力さ
れる。
Ｗ）２６のＯＮ−ＯＦＦ、１回目のフィードバック信号
（Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ））、第１及び第２遅延回
路２７，２８の出力信号ｖd ，ｖ1 及びフィードフォワ
ード信号ｖの相互関係を示すタイムチャート図である。
図３において、トリガ信号Ｔr は、ＸＹステージ等の荷
Ｌが同じ動作をｎ回繰り返す場合その各動作の所定時間
前に入力される。スイッチ２６は１回目のトリガ信号Ｔ
r が入力した時点から次のトリガ信号Ｔr が入力するま
での間ｔはＯＮになり、それ以降はＯＦＦになる。上記
スイッチ２６のＯＮ−ＯＦＦ切換えの結果、フィードバ
ック信号は、１回目の制御サイクル中だけトリガ信号Ｔ
r の入力時点から無駄時間ｔ1 遅れて入力される。第１
遅延回路２７の信号ｖd は２回目のトリガ信号Ｔr の入
力時点に同期して出力され、第２遅延回路の信号Ｖ1 は
３回目以降のトリガ信号Ｔr の入力時点毎に同期して出
力される。そして、フィードフォワード信号ｖは、２回
目以降のトリガ信号Ｔr の入力時点毎に同期して出力さ
れる。
【００２７】したがって、上記第１実施例においては、
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ実測値Ｘを変位センサ９で
検出し、この相対高さ実測値Ｘ及び相対高さ目標値Ｘr
に基づくフィードバック制御量ｕと上記式からのフィ
ードフォワード制御量ｖとからサーボバルブ６への制御
出力ｗを求め、この制御出力ｗでサーボバルブ６を駆動
して空気ばね１の内圧を調整し、荷Ｌの振動を抑制す
る。ここで、フィードバック制御だけでは、変位出力の
結果から外乱ｄを推定し、サーボバルブ６を駆動して空
気ばね１の内圧を調整することで外乱ｄを打ち消そうと
するので、無駄時間が生じ、それによりいくらかの残留
振動が生ずるが、ＸＹステージ等の荷Ｌ自体の動作が繰
り返される外乱ｄに対しては、フィードバック制御のみ
での変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 とを用いて外乱ｄを推
定した式によりフィードフォワード制御量ｖを算出
し、荷Ｌ自体の動きに合わせて次のトリガ信号Ｔr の入
力に同期して無駄時間が解消されたフィードフォワード
制御がフィードバック制御と共に行われるので、無駄時
間を生じることなく外乱ｄを打ち消すことができる。
床Ｂと荷Ｌとの間の相対高さ実測値Ｘを変位センサ９で
検出し、この相対高さ実測値Ｘ及び相対高さ目標値Ｘr
に基づくフィードバック制御量ｕと上記式からのフィ
ードフォワード制御量ｖとからサーボバルブ６への制御
出力ｗを求め、この制御出力ｗでサーボバルブ６を駆動
して空気ばね１の内圧を調整し、荷Ｌの振動を抑制す
る。ここで、フィードバック制御だけでは、変位出力の
結果から外乱ｄを推定し、サーボバルブ６を駆動して空
気ばね１の内圧を調整することで外乱ｄを打ち消そうと
するので、無駄時間が生じ、それによりいくらかの残留
振動が生ずるが、ＸＹステージ等の荷Ｌ自体の動作が繰
り返される外乱ｄに対しては、フィードバック制御のみ
での変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 とを用いて外乱ｄを推
定した式によりフィードフォワード制御量ｖを算出
し、荷Ｌ自体の動きに合わせて次のトリガ信号Ｔr の入
力に同期して無駄時間が解消されたフィードフォワード
制御がフィードバック制御と共に行われるので、無駄時
間を生じることなく外乱ｄを打ち消すことができる。
【００２８】その上、上記フィードバック制御量ｕは、
式から分るように、目標値追従特性と外乱抑圧特性と
が独立して指定可能になっている。すなわち、式右辺
の第１項は目標値追従特性に関するものであって、相対
高さ目標値Ｘｒを目標値追従特性の伝達関数Ｆとノミナ
ルモデルの逆伝達関数Ｐn -1とを介して次元変換を行い
制御出力に加えるので、上記伝達関数Ｆにより希望する
目標値追従特性の伝達関数を任意に選ぶことができる。
また、式右辺の第２項は外乱抑圧特性に関するもので
あって、相対高さ実測値（つまり変位センサ９の出力）
Ｘを逆伝達関数Ｐn -1により制御出力の次元に直して、
実際の制御出力ｕとの差すなわち推定外乱を求め、相補
感度関数Ｔを介してフィードバックする。
式から分るように、目標値追従特性と外乱抑圧特性と
が独立して指定可能になっている。すなわち、式右辺
の第１項は目標値追従特性に関するものであって、相対
高さ目標値Ｘｒを目標値追従特性の伝達関数Ｆとノミナ
ルモデルの逆伝達関数Ｐn -1とを介して次元変換を行い
制御出力に加えるので、上記伝達関数Ｆにより希望する
目標値追従特性の伝達関数を任意に選ぶことができる。
また、式右辺の第２項は外乱抑圧特性に関するもので
あって、相対高さ実測値（つまり変位センサ９の出力）
Ｘを逆伝達関数Ｐn -1により制御出力の次元に直して、
実際の制御出力ｕとの差すなわち推定外乱を求め、相補
感度関数Ｔを介してフィードバックする。
【００２９】ここで、上記相補感度関数Ｔは０から１の
値を取り、Ｔ≒１のとき優れた外乱抑圧特性が得られる
反面、観測雑音の出力Ｘへの影響が大きくなる。また、
Ｔ≒０のとき観測雑音の出力Ｘへの影響は小さくなる
が、外乱の出力Ｘへの影響が大きくなる。除振装置Ａに
おける外乱は、床Ｂの振動変位による外乱と除振装置Ａ
上の荷Ｌに直接作用する外力による外乱とがあるが、床
Ｂの振動変位による外乱も、除振装置Ａ上の荷Ｌに直接
作用する外力による外乱も、除振装置Ａの固有振動数付
近の低周波域で大きくなり、観測雑音は高周波域で大き
くなる。このことから、相補感度関数Ｔは、低周波域で
Ｔ≒１となり、高周波域でＴ≒０となるような低域通過
フィルターとすることが望ましい。また、相対高さ目標
値Ｘｒを一定値とすると、Ｔ≒１の低周波においては、
相対変位をゼロつまり荷Ｌの相対高さが一定かつ床Ｂか
ら除振装置Ａ上への振動伝達率を１にしようとする制御
が行われる一方、Ｔ≒０の高周波においては、変位セン
サ９の測定ノイズの影響を受けることなく空気ばね１本
来のパッシブの除振性能が生かされるので、高周波での
除振性能を損なうことなく、空気ばね１の固有振動数の
共振を抑えることができる。
値を取り、Ｔ≒１のとき優れた外乱抑圧特性が得られる
反面、観測雑音の出力Ｘへの影響が大きくなる。また、
Ｔ≒０のとき観測雑音の出力Ｘへの影響は小さくなる
が、外乱の出力Ｘへの影響が大きくなる。除振装置Ａに
おける外乱は、床Ｂの振動変位による外乱と除振装置Ａ
上の荷Ｌに直接作用する外力による外乱とがあるが、床
Ｂの振動変位による外乱も、除振装置Ａ上の荷Ｌに直接
作用する外力による外乱も、除振装置Ａの固有振動数付
近の低周波域で大きくなり、観測雑音は高周波域で大き
くなる。このことから、相補感度関数Ｔは、低周波域で
Ｔ≒１となり、高周波域でＴ≒０となるような低域通過
フィルターとすることが望ましい。また、相対高さ目標
値Ｘｒを一定値とすると、Ｔ≒１の低周波においては、
相対変位をゼロつまり荷Ｌの相対高さが一定かつ床Ｂか
ら除振装置Ａ上への振動伝達率を１にしようとする制御
が行われる一方、Ｔ≒０の高周波においては、変位セン
サ９の測定ノイズの影響を受けることなく空気ばね１本
来のパッシブの除振性能が生かされるので、高周波での
除振性能を損なうことなく、空気ばね１の固有振動数の
共振を抑えることができる。
【００３０】また、ノミナルモデルと制御対象とが一致
していない場合でも、その違いは外乱と見なすことがで
き、効果的なフィードフォワード制御量ｖを効率よく生
成することができる。更に、経年変化等により制御対象
が変化した場合にも、ノミナルモデルに基づいて参照さ
れる推定外乱の変化と見なすことができるので、同じノ
ミナルモデルで再度式からフィードフォワード制御量
ｖを求めればよく、制御対象の変化にも対応した制御が
可能になる。
していない場合でも、その違いは外乱と見なすことがで
き、効果的なフィードフォワード制御量ｖを効率よく生
成することができる。更に、経年変化等により制御対象
が変化した場合にも、ノミナルモデルに基づいて参照さ
れる推定外乱の変化と見なすことができるので、同じノ
ミナルモデルで再度式からフィードフォワード制御量
ｖを求めればよく、制御対象の変化にも対応した制御が
可能になる。
【００３１】図４（ａ）は本発明の第１実施例において
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用
したときに、荷Ｌの上でＸＹステージを移動させたとき
の荷Ｌの変位波形を示し、図４（ｂ）は従来例としてフ
ィードバック制御のみのときの荷Ｌの変位波形を示す。
この図から分るように、フィードバック制御のみでは抑
えられなかった変位がフィードフォワード制御を併用す
ることにより有効に抑制できる。尚、上記ＸＹステージ
は、左行き移動を１０回、右行き移動を１０回交互にか
つ断続的に繰り返す。
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用
したときに、荷Ｌの上でＸＹステージを移動させたとき
の荷Ｌの変位波形を示し、図４（ｂ）は従来例としてフ
ィードバック制御のみのときの荷Ｌの変位波形を示す。
この図から分るように、フィードバック制御のみでは抑
えられなかった変位がフィードフォワード制御を併用す
ることにより有効に抑制できる。尚、上記ＸＹステージ
は、左行き移動を１０回、右行き移動を１０回交互にか
つ断続的に繰り返す。
【００３２】図５は本発明の第２実施例に係わるアクテ
ィブ除振装置の制御系の構成を示す。尚、アクティブ除
振装置のハード構成は、図１に示す第１実施例の場合と
同じであり、以下の説明では、図１中の符号を適宜用い
る。
ィブ除振装置の制御系の構成を示す。尚、アクティブ除
振装置のハード構成は、図１に示す第１実施例の場合と
同じであり、以下の説明では、図１中の符号を適宜用い
る。
【００３３】第２実施例の除振装置Ａは、第１実施例の
それと同じく、フィードバック制御量ｕを算出するフィ
ードバック制御部２１と、フィードフォワード制御量ｖ
を算出するフィードフォワード制御部３２とを備える。
また、上記フィードバック制御部２１は、第１実施例の
それと同じく、目標値追従特性と外乱抑圧特性とを独立
して指定可能な２自由度制御系を構成しており、同一部
位には同一符号を付してその説明は省略する。
それと同じく、フィードバック制御量ｕを算出するフィ
ードバック制御部２１と、フィードフォワード制御量ｖ
を算出するフィードフォワード制御部３２とを備える。
また、上記フィードバック制御部２１は、第１実施例の
それと同じく、目標値追従特性と外乱抑圧特性とを独立
して指定可能な２自由度制御系を構成しており、同一部
位には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】 一方、上記フィードフォワード制御部３
２は、サーボバルブ６への制御出力から荷Ｌの変位まで
の実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐ
n の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制御サイク
ルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ-1、前制御
サイクルのフィードフォワード制御量ｖ-1、重み係数Ｇ
及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、フィードフォワー
ド制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 …
により算出し、荷Ｌ自体の動きに同期させてサーボバル
ブ６を駆動すべく制御量を出力するようになっている。
上記式では、前制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィー
ドバック制御量ｕ-1とから求めた推定外乱に重み係数Ｇ
を掛け、それに前制御サイクルのフィードフォワード制
御量ｖ-1に忘却係数Ｋを掛けたものを加えてフィードフ
ォワード制御量ｖを設定する。尚、３７は入力信号（前
制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ
-1とから求めた推定外乱に重み係数Ｇを掛けた値の信
号）を次のトリガ信号Ｔr までの１制御サイクルから無
駄時間を引いた時間だけ遅延させる第１の遅延回路、３
８は入力信号（前制御サイクルのフィードフォワード制
御量ｖ-1に忘却係数Ｋを掛けた値の信号）を次のトリガ
信号Ｔr まで遅延させる第２の遅延回路である。
２は、サーボバルブ６への制御出力から荷Ｌの変位まで
の実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐ
n の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制御サイク
ルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ-1、前制御
サイクルのフィードフォワード制御量ｖ-1、重み係数Ｇ
及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、フィードフォワー
ド制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 …
により算出し、荷Ｌ自体の動きに同期させてサーボバル
ブ６を駆動すべく制御量を出力するようになっている。
上記式では、前制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィー
ドバック制御量ｕ-1とから求めた推定外乱に重み係数Ｇ
を掛け、それに前制御サイクルのフィードフォワード制
御量ｖ-1に忘却係数Ｋを掛けたものを加えてフィードフ
ォワード制御量ｖを設定する。尚、３７は入力信号（前
制御サイクルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ
-1とから求めた推定外乱に重み係数Ｇを掛けた値の信
号）を次のトリガ信号Ｔr までの１制御サイクルから無
駄時間を引いた時間だけ遅延させる第１の遅延回路、３
８は入力信号（前制御サイクルのフィードフォワード制
御量ｖ-1に忘却係数Ｋを掛けた値の信号）を次のトリガ
信号Ｔr まで遅延させる第２の遅延回路である。
【００３５】 したがって、上記第２実施例において
は、上記式からフィードフォワード制御量ｖを求める
とともに、このフィードフォワード制御量ｖと相対高さ
実測値Ｘ及び相対高さ目標値Ｘr に基づくフィードバッ
ク制御量ｕとからサーボバルブ６への制御出力ｗを求
め、この制御出力ｗでサーボバルブ６を駆動して空気ば
ね１の内圧を調整し、荷Ｌの振動を抑制する。ここで、
式からのフィードフォワード制御量ｖは、直前の制御
サイクルの推定外乱に重み係数Ｇをかけ、それに前回の
フィードフォワード制御量ｖ-1に忘却係数Ｋをかけて加
え合わせたものであり、言わば過去のフィードフォワー
ド制御を加味して次のフィードフォワード制御をするこ
とになる。このため、荷Ｌ自体の動きによる外乱を打ち
消すことができるとともに、制御対象の特性が変化して
もそれに追従して制御を行うことができる。つまり、推
定外乱が実際の外乱ｄと一致していなくても、その結果
生じる残留振動に対して推定外乱を求め、それを用いて
フィードフォワード制御量を修正することになるので、
外乱推定機能を利用して学習しながら残留振動を防止す
ることができる。
は、上記式からフィードフォワード制御量ｖを求める
とともに、このフィードフォワード制御量ｖと相対高さ
実測値Ｘ及び相対高さ目標値Ｘr に基づくフィードバッ
ク制御量ｕとからサーボバルブ６への制御出力ｗを求
め、この制御出力ｗでサーボバルブ６を駆動して空気ば
ね１の内圧を調整し、荷Ｌの振動を抑制する。ここで、
式からのフィードフォワード制御量ｖは、直前の制御
サイクルの推定外乱に重み係数Ｇをかけ、それに前回の
フィードフォワード制御量ｖ-1に忘却係数Ｋをかけて加
え合わせたものであり、言わば過去のフィードフォワー
ド制御を加味して次のフィードフォワード制御をするこ
とになる。このため、荷Ｌ自体の動きによる外乱を打ち
消すことができるとともに、制御対象の特性が変化して
もそれに追従して制御を行うことができる。つまり、推
定外乱が実際の外乱ｄと一致していなくても、その結果
生じる残留振動に対して推定外乱を求め、それを用いて
フィードフォワード制御量を修正することになるので、
外乱推定機能を利用して学習しながら残留振動を防止す
ることができる。
【００３６】図６はフィードフォワード制御を開始して
から荷Ｌの変位が小さくなって行く過程を示している。
学習機能によりステージが動くごとに推定外乱が収束
し、荷Ｌの変位が小さくなることが分る。
から荷Ｌの変位が小さくなって行く過程を示している。
学習機能によりステージが動くごとに推定外乱が収束
し、荷Ｌの変位が小さくなることが分る。
【００３７】尚、本発明は上記第１及び第２実施例に限
定されるものではなく、その他種々の変形例を包含する
ものである。例えば、上記各実施例では、床Ｂと荷Ｌと
の間の相対高さ実測値Ｘを変位センサ９で検出し、該相
対高さ実測値Ｘと相対高さ目標値Ｘr とに基づいてフィ
ードバック制御量ｕを算出してフィードバック制御をす
るようにしたが、荷Ｌの制振効果をさらに大きくするた
めに、荷Ｌに振動センサを取付け、加速度又は速度の信
号をフィードバックして制御信号に加えたり、空気ばね
１の内圧を圧力センサで検知し、その信号をフィードバ
ックして制御信号に加えたりしても良い。
定されるものではなく、その他種々の変形例を包含する
ものである。例えば、上記各実施例では、床Ｂと荷Ｌと
の間の相対高さ実測値Ｘを変位センサ９で検出し、該相
対高さ実測値Ｘと相対高さ目標値Ｘr とに基づいてフィ
ードバック制御量ｕを算出してフィードバック制御をす
るようにしたが、荷Ｌの制振効果をさらに大きくするた
めに、荷Ｌに振動センサを取付け、加速度又は速度の信
号をフィードバックして制御信号に加えたり、空気ばね
１の内圧を圧力センサで検知し、その信号をフィードバ
ックして制御信号に加えたりしても良い。
【００３８】また、上記各実施例では、推定外乱をフィ
ードバックする制御に、フィードフォワード制御を加え
ているが、ＰＩＤ制御等その他のフィードバック制御に
フィードフォワード制御を加えても良い。
ードバックする制御に、フィードフォワード制御を加え
ているが、ＰＩＤ制御等その他のフィードバック制御に
フィードフォワード制御を加えても良い。
【００３９】上記各実施例では、１個の空気ばね１を用
いて荷Ｌを支持する場合について述べたが、通常は３個
以上の空気ばねを用いて荷を支持する。この場合、制御
装置１１は、空気ばねの個数に対応して３系統以上必要
となる。
いて荷Ｌを支持する場合について述べたが、通常は３個
以上の空気ばねを用いて荷を支持する。この場合、制御
装置１１は、空気ばねの個数に対応して３系統以上必要
となる。
【００４０】上記各実施例では、荷Ｌの上下方向の振動
のみを抑制する制御について適用したが、本発明は、２
つの空気ばねを対向させたり、１つの空気ばねと戻しば
ねを対向させることにより、水平方向の振動を抑制する
制御にも適用することができる。
のみを抑制する制御について適用したが、本発明は、２
つの空気ばねを対向させたり、１つの空気ばねと戻しば
ねを対向させることにより、水平方向の振動を抑制する
制御にも適用することができる。
【００４１】さらに、本発明は、空気ばね１を用いたア
クティブ除振装置Ａだけではなく、防振ゴムや金属ばね
等その他のばね部材を用いた除振装置にも適用できる。
その際、荷に力を加えるアクチュエータとしては、空気
ばねに限らず、ボイスコイルモータ、圧電アクチュエー
タ又は油圧アクチュエーター等を使用する場合にも同様
に適用することができるのは勿論である。
クティブ除振装置Ａだけではなく、防振ゴムや金属ばね
等その他のばね部材を用いた除振装置にも適用できる。
その際、荷に力を加えるアクチュエータとしては、空気
ばねに限らず、ボイスコイルモータ、圧電アクチュエー
タ又は油圧アクチュエーター等を使用する場合にも同様
に適用することができるのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】以上の如く、本発明におけるアクティブ
除振装置及びその制御方法によれば、繰り返される予知
可能な外乱に対して、ノミナルモデルを用いて求めた推
定外乱を基に効率よくフィードフォワード制御量を算出
し、外乱に合わせてフィードバック制御量に加えて制御
出力を作成することによって、効果的な制振効果を得る
ことができる。
除振装置及びその制御方法によれば、繰り返される予知
可能な外乱に対して、ノミナルモデルを用いて求めた推
定外乱を基に効率よくフィードフォワード制御量を算出
し、外乱に合わせてフィードバック制御量に加えて制御
出力を作成することによって、効果的な制振効果を得る
ことができる。
【００４３】特に、請求項２又は５記載の発明によれ
ば、自己学習機能を持たせることができるので、制御対
象の変化に対してもロバストな制振性能を発揮すること
ができる。
ば、自己学習機能を持たせることができるので、制御対
象の変化に対してもロバストな制振性能を発揮すること
ができる。
【００４４】また、請求項３記載の発明では、フィード
バック制御量を算出する際に目標値追従特性と外乱抑圧
特性とが独立して指定可能になっているので、荷の位置
決めの速応性と大きな制振効果との双方を同時に満たす
ことができるという効果をも併せ有する。
バック制御量を算出する際に目標値追従特性と外乱抑圧
特性とが独立して指定可能になっているので、荷の位置
決めの速応性と大きな制振効果との双方を同時に満たす
ことができるという効果をも併せ有する。
【図１】本発明の第１実施例に係わるアクティブ除振装
置のハード構成を示す概略構成図である。
置のハード構成を示す概略構成図である。
【図２】同除振装置の制御系のブロック線図である。
【図３】フィードフォワード制御部の各信号間の相関関
係を説明するためのタイムチャート図である。
係を説明するためのタイムチャート図である。
【図４】本発明例と従来例との効果を比較するために荷
の上でＸＹステージを移動させたときの荷の変位波形を
示す波形図である。
の上でＸＹステージを移動させたときの荷の変位波形を
示す波形図である。
【図５】第２実施例を示す図２相当図である。
【図６】第２実施例でフィードフォワード制御を開始し
てから荷の変位が小さくなって行く過程の波形図であ
る。
てから荷の変位が小さくなって行く過程の波形図であ
る。
Ａ アクティブ除振装置
Ｂ 床
Ｌ 荷
１ 空気ばね（ばね部材）
６ サーボバルブ（アクチュエータ）
９ 変位センサ（変位検出手段）
１１ 制御装置（制御手段）
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−129140（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−263868（ＪＰ，Ａ)
則次 俊郎， 高岩 昌弘，外乱オブ
ザーバを用いた空気圧サーボ系のロバス
ト制御，計測自動制御学会論文集，日
本，1993年 １月22日，第29巻第１号,
第86頁〜第93頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16F 15/02
G05D 19/02
G12B 9/08
G05B 11/32
Claims (6)
- 【請求項１】 床上に設置されかつ荷を支持するばね部
材と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、
上記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段とを備
え、上記アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制する
アクティブ除振装置において、 床と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ実測値に基
づいてフィードバック制御量を算出するとともに、 アクチュエータへの制御出力から荷の変位までの実機に
基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝
達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィードバック制御
のみでの変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用いて、フィー
ドフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） により算出し、 上記フィードバック制御量とフィードフォワード制御量
ｖとからアクチュエータへの制御出力を求めることを特
徴とするアクティブ除振装置の制御方法。 - 【請求項２】 床上に設置されかつ荷を支持するばね部
材と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、
上記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段とを備
え、上記アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制する
アクティブ除振装置において、 床と荷との間の相対高さ目標値及び相対高さ実測値に基
づいてフィードバック制御量を算出するとともに、 アクチュエータへの制御出力から荷の変位までの実機に
基づいて設定したノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆伝
達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制御サイクルの変位
出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ-1、前制御サイクル
のフィードフォワード制御量ｖ-1、重み係数Ｇ及び忘却
係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、フィードフォワード制御量
ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 により算出し、 上記フィードバック制御量とフィードフォワード制御量
ｖとからアクチュエータへの制御出力を求めることを特
徴とするアクティブ除振装置の制御方法。 - 【請求項３】 上記ノミナルモデルの伝達関数Ｐn の逆
伝達関数Ｐn -1、希望する目標値追従特性の伝達関数Ｆ
及び相補感度関数Ｔを用い、床と荷との間の相対高さ目
標値Ｘr 及び相対高さ実測値Ｘに基づき、上記フィード
バック制御量ｕを式 ｕ＝Ｆ・Ｐn -1・Ｘr −Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ−ｕ） で設定することにより、目標値追従特性と外乱抑圧特性
とが独立して指定可能とした請求項１又は２記載のアク
ティブ除振装置の制御方法。 - 【請求項４】 床上に設置されかつ荷を支持するばね部
材と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、
上記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段と、上
記アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制するよう制
御する制御手段とを備えたアクティブ除振装置であっ
て、 上記制御手段は、床と荷との間の相対高さ目標値及び相
対高さ実測値に基づいてフィードバック制御量を算出す
るとともに、アクチュエータへの制御出力から荷の変位
までの実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関
数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ及びフィー
ドバック制御のみでの変位出力Ｘ0 と制御出力ｕ0 を用
いて、フィードフォワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ0 −ｕ0 ） により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成されていることを特徴とするアクティ
ブ除振装置。 - 【請求項５】 床上に設置されかつ荷を支持するばね部
材と、荷に力を加え制振するためのアクチュエータと、
上記床と荷との間の相対高さを実測する検出手段と、上
記アクチュエータを駆動して荷の振動を抑制するよう制
御する制御手段とを備えたアクティブ除振装置であっ
て、 上記制御手段は、床と荷との間の相対高さ目標値及び相
対高さ実測値に基づいてフィードバック制御量を算出す
るとともに、アクチュエータへの制御出力から荷の変位
までの実機に基づいて設定したノミナルモデルの伝達関
数Ｐn の逆伝達関数Ｐn -1、相補感度関数Ｔ、前制御サ
イクルの変位出力Ｘ-1とフィードバック制御量ｕ-1、前
制御サイクルのフィードフォワード制御量ｖ-1、重み係
数Ｇ及び忘却係数Ｋ（Ｋ＜１）を用いて、フィードフォ
ワード制御量ｖを式 ｖ＝Ｇ・Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ-1−ｕ-1）＋Ｋ・ｖ-1 により算出し、上記フィードバック制御量とフィードフ
ォワード制御量ｖとからアクチュエータへの制御出力を
求めるように構成されていることを特徴とするアクティ
ブ除振装置。 - 【請求項６】 上記ばね部材は空気ばねであり、上記ア
クチュエータは、該空気ばねと空気ばねに対する空気の
給排系に配設されたサーボバルブとからなる請求項４又
は５記載のアクティブ除振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10674394A JP3534440B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | アクティブ除振装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10674394A JP3534440B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | アクティブ除振装置及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310780A JPH07310780A (ja) | 1995-11-28 |
| JP3534440B2 true JP3534440B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=14441411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10674394A Expired - Lifetime JP3534440B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | アクティブ除振装置及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3534440B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5958311B2 (ja) * | 2012-12-05 | 2016-07-27 | 新日鐵住金株式会社 | 連続鋳造機の湯面レベル制御装置、方法及びプログラム |
| JP7368159B2 (ja) | 2019-09-27 | 2023-10-24 | ファナック株式会社 | 機械学習装置、機械学習方法及び産業機械 |
-
1994
- 1994-05-20 JP JP10674394A patent/JP3534440B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 則次 俊郎， 高岩 昌弘，外乱オブザーバを用いた空気圧サーボ系のロバスト制御，計測自動制御学会論文集，日本，１９９３年 １月２２日，第２９巻第１号，第８６頁〜第９３頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07310780A (ja) | 1995-11-28 |
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