JP4802839B2 - Active vibration damping device and control method of active vibration damping device - Google Patents

Active vibration damping device and control method of active vibration damping device Download PDF

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Description

本発明は、対象機器の振動抑制の制御を行うアクティブ制振装置及びアクティブ制振装置の制御方法に関する。   The present invention relates to an active vibration damping device that controls vibration suppression of a target device and a method for controlling the active vibration damping device.

従来から、構造物の振動を抑制する手段の一つとして、構造物の振動方向に付加振動体を付設し、この付加振動体を対象構造物に対して変位させるときの反作用を利用して対象の構造物の振動を抑制するダイナミックダンパが知られている。また、付加振動体と制振対象構造物の間にアクチュエータを設けておき、計測した対象構造物の振動量に応じてアクチュエータに制振力を発生させることにより制振効果を高めるアクティブダイナミックダンパも知られている。   Conventionally, as one of the means for suppressing the vibration of a structure, an additional vibration body is provided in the vibration direction of the structure, and the reaction when the additional vibration body is displaced with respect to the target structure is used as a target. There is known a dynamic damper that suppresses the vibration of the structure. There is also an active dynamic damper that increases the damping effect by providing an actuator between the additional vibrating body and the structure to be controlled, and generating a damping force on the actuator according to the measured vibration amount of the target structure. Are known.

しかしながら、このようなアクティブダイナミックダンパでは、振動を抑制するためにアクチュエータを駆動する必要があり、それに何らかのエネルギを加えなければならず、このため通常電力料金などの形でランニングコストがかかり、従ってアクチュエータ駆動電力の省エネルギ化が望まれる。   However, in such an active dynamic damper, it is necessary to drive the actuator in order to suppress vibration, and some energy must be added to it, which usually requires a running cost in the form of a power charge, etc. Energy saving of driving power is desired.

このような問題を解決するために、構造物に付加振動体を取り付けて対象の構造物と付加振動体の間に設けたアクチュエータにより制振力を加えることにより対象構造物の振動を抑制するアクティブダイナミックダンパにおいて、制振力指令のうち振動抑制への影響力の小さい構造物振動固有周波数未満の成分を低域除去フィルタにより除去して、アクチュエータ駆動用電力の消費量が少なくて済むようにした制御方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第2766723号公報
In order to solve such a problem, an active vibrating body is attached to the structure, and an active vibration suppression force is applied by an actuator provided between the target structure and the additional vibrating body to suppress vibration of the target structure. In the dynamic damper, the component less than the natural vibration frequency of the structure that has less influence on vibration suppression in the damping force command is removed by the low-pass filter, so that the power consumption of the actuator drive can be reduced. A control method is known (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 2766723

ところで、特許文献1に示すようなアクティブダイナミックダンパにあっては、アクチュエータで実現するバネとダンパのバネ定数及び減衰係数という2つのパラメータを最適な動吸振器と等しい特性になるように調整する必要があり、調整作業に手間がかかるという問題がある。
また、アクチュエータで実現されるバネの影響で理想的なスカイフックダンパを実現することができないという問題もある。
By the way, in the active dynamic damper as shown in Patent Document 1, it is necessary to adjust the two parameters of the spring realized by the actuator and the spring constant and damping coefficient of the damper so as to have the same characteristics as those of the optimum dynamic vibration absorber. There is a problem that adjustment work is troublesome.
There is also a problem that an ideal skyhook damper cannot be realized due to the effect of the spring realized by the actuator.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、理想的なスカイフックダンパを実現することができるアクティブ制振装置及びアクティブ制振装置の制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an active vibration damping device and a control method for the active vibration damping device that can realize an ideal skyhook damper.

本発明のアクティブ制振装置は、制御対象機器に対して、バネ要素及びダンパ要素によって支持された付加質量部材と、前記付加質量部材を駆動するアクチュエータと、前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量を検出する変位センサと、前記制振対象機器の絶対加速度を検出する加速度センサと、複数の信号で構成される駆動指令を前記相対変位量と前記絶対加速度とに基づき出力し、前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備え、前記付加質量部材を前記アクチュエータにより前記制振対象機器の振動速度に応じて駆動した場合の反力を用いて振動抑制するアクティブ制振装置であって、前記制御手段は、前記加速度センサ出力から得られる前記制振対象機器の絶対速度に応じた力を与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材のバネ特性を打ち消して0に近づける負のバネ剛性を前記変位センサ出力に基づき与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材の減衰特性を打ち消して0に近づける負の減衰を前記変位センサ出力に基づき与える信号とを前記駆動指令として出力することにより、前記制振対象機器の制振制御を行うとを特徴とする。 The active vibration damping device of the present invention includes an additional mass member supported by a spring element and a damper element, an actuator that drives the additional mass member , the additional mass member, and the control target device. a displacement sensor for detecting the relative displacement, wherein an acceleration sensor for detecting an absolute acceleration of the damping target device outputs based drive command composed of a plurality of signals to said absolute acceleration and the relative displacement amount, and control means for driving the actuator, a vibration suppressing active damping apparatus using a reaction force when driven in accordance with the vibration speed of the vibration damping target device by the prior SL additional mass member said actuator It said control means includes a signal providing a force corresponding to the absolute velocity of the vibration damping target device obtained from the acceleration sensor output, supporting the additional mass member A signal applied on the basis of the negative spring stiffness spring characteristic beat consumption to close to 0 member to said displacement sensor output, the negative damping closer to 0 to cancel the attenuation characteristic of the member supporting the additional mass member said by outputting a signal to provide on the basis of the displacement sensor output as the drive command, it characterized that you perform damping control of the vibration control target device.

記制振対象機器の絶対速度は、前記加速度センサ出力を積分値に基づいて求めることが好ましい Absolute speed before Symbol damping target device is preferably determined based on the acceleration sensor output to the integral value.

記負のバネ剛性を与える信号は、前記変位センサ出力を正帰還することで得られるものであることが望ましい Signal to provide a spring rigidity of the front Kimake is preferably the is obtained a displacement sensor output by positive feedback.

記負の減衰を与える信号は、前記変位センサ出力の微分値を正帰還することで得られるものであることが望ましい Before the signal giving the attenuation Kimake is preferably the at the differential value of the displacement sensor output which are subjected to positive feedback.

記変位センサ出力の低周波数域を除去するハイパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記ハイパスフィルタを介して得られた信号に基づき前記駆動指令を出力することが好ましい。 Comprising a high pass filter to remove low frequency range of the previous SL displacement sensor output, the control means preferably outputs the driving command based on a signal obtained through the high-pass filter.

記加速度センサ出力の低周波数域を除去するハイパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記ハイパスフィルタを介して得られた信号に基づき、前記絶対速度に応じた力を与える信号を求めることが望ましいComprising a high pass filter to remove low frequency range of the previous SL acceleration sensor output, the control means, based on a signal obtained through the high-pass filter, it is desirable to determine the signals to provide a force corresponding to the absolute velocity .

記加速度センサ出力から制振対象振動のみを検出するバンドパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記バンドパスフィルタを介して得られた信号に基づき、前記絶対速度に応じた力を与える信号を求めることが好ましいIncludes a band-pass filter to detect only the damped vibration from the previous SL acceleration sensor output, the control means, based on a signal obtained through said band-pass filter, a signal that gives a force corresponding to the absolute velocity It is preferable to obtain .

記アクチュエータに対する駆動指令から制振対象周波数域のみの信号抽出するバンドパスフィルタを備えことが望ましいIt is desirable to Ru includes a band-pass filter for extracting a signal of a vibration control target frequency band only from the drive command for the previous SL actuator.

象振動以外の振動成分の信号を除去するノッチフィルタを備えことが好ましいIt is preferred to Ru with a notch filter for removing signals of vibration components other than the Target vibrations.

記アクチュエータが電磁式のアクチュエータであり、該アクチュエータの逆起電力を検出し、該逆起電力信号を速度信号としてフィードバックし、さらに前記逆起電力信号を積分処理して前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量としてフィードバックすることが望ましいAn actuator before Symbol actuator electromagnetic detects the counter electromotive force of the actuator, and feedback the inverse electromotive force signal as a speed signal, the said additional mass member further integration process to the counter electromotive force signal It is desirable to feed back as a relative displacement amount with the device to be controlled .

記アクチュエータは、レシプロモータであることが好ましい Before SL actuator is preferably a reciprocating motor.

本発明のアクティブ制振装置の制御方法は、制御対象機器に対して、バネ要素及びダンパ要素によって支持された付加質量部材と、前記付加質量部材を駆動するアクチュエータと、前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量を検出する変位センサと、前記制振対象機器の絶対加速度を検出する加速度センサと、複数の信号で構成される駆動指令を前記相対変位量と前記絶対加速度とに基づき出力し、前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備えたアクティブ制振装置において、前記付加質量部材を前記アクチュエータにより前記制振対象機器の振動速度に応じて駆動した場合の反力を用いて振動抑制するアクティブ制振装置の制御方法であって、前記加速度センサ出力から得られる前記制振対象機器の絶対速度に応じた力を与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材のバネ特性を打ち消して0に近づける負のバネ剛性を前記変位センサ出力に基づき与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材の減衰特性を打ち消して0に近づける負の減衰を前記変位センサ出力に基づき与える信号とを前記駆動指令として出力することにより、前記制御対象機器の制振制御を行うことを特徴とする。
The control method of the active vibration damping device of the present invention includes an additional mass member supported by a spring element and a damper element, an actuator that drives the additional mass member , the additional mass member, and the control with respect to the control target device. a displacement sensor for detecting a relative displacement amount between the target device, an acceleration sensor for detecting an absolute acceleration of the vibration control target device, based on a drive command composed of a plurality of signals to said absolute acceleration and the relative displacement In an active vibration damping device having a control means for outputting and driving the actuator, vibration suppression is performed using a reaction force when the additional mass member is driven by the actuator according to the vibration speed of the vibration damping target device. a control method of an active vibration damping device which, given a force corresponding to the absolute velocity of the vibration damping target device obtained from the acceleration sensor output That signal and the signal applied on the basis of a negative spring stiffness closer to the additional mass member 0 and vanishing out the spring characteristics of the support members to the displacement sensor output, the attenuation characteristic of the member supporting the additional mass member The vibration control of the device to be controlled is performed by outputting, as the drive command, a signal that gives a negative attenuation that cancels and approaches 0 based on the output of the displacement sensor .

本発明によれば、制振装置を構成するバネ特性や減衰特性の影響を受けることなく、理想的なスカイフックダンパとして動作させることができるという効果が得られる。また、制御帯域を対象振動の周波数近傍に限定することで、制振装置の静的なバネ特性を生かしたまま良好な振動抑制制御を行うことができるという効果も得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an effect of being able to operate as an ideal skyhook damper without being affected by the spring characteristics and damping characteristics constituting the vibration damping device. In addition, by limiting the control band to the vicinity of the frequency of the target vibration, it is possible to obtain an effect that good vibration suppression control can be performed while taking advantage of the static spring characteristics of the vibration damping device.

以下、本発明の一実施形態によるアクティブ制振装置を図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号1は、制振制御の対象物である制御対象機器4に固定して、内部に備えるアクチュエータ(レシプロモータ)によって付加質量部材を駆動することにより制御対象機器4の振動を抑制するアクティブ制振装置(以下、制振装置と称する)である。ここでいう制御対象機器4とは、ロボットアームやマウンタ装置、露光装置などの半導体関連機器、半導体用搬送車、プラント配管類などの自己の振動を抑制する必要がある機器や構造物のことである。ここでは制御対象機器4は、所定の質量を持ち、バネ41及びダンパ42からなるものとして説明する。   Hereinafter, an active vibration damping device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the embodiment. In this figure, reference numeral 1 denotes a control target device 4 that is an object of vibration suppression control, and the additional mass member is driven by an actuator (reciprocating motor) provided therein to suppress vibration of the control target device 4. An active vibration damping device (hereinafter referred to as a vibration damping device). The control target device 4 here is a device or structure that needs to suppress its own vibration, such as a semiconductor-related device such as a robot arm, a mounter device, or an exposure device, a semiconductor transport vehicle, and plant piping. is there. Here, description will be made assuming that the control target device 4 has a predetermined mass and includes a spring 41 and a damper 42.

符号2は、制振装置1を制御するコントローラである。符号3は、制振装置1を駆動するパワーアンプである。符号11は、制御対象機器4に対して付加する付加質量(以下、おもりと称する)である。符号12は、レシプロモータを構成する固定子であり、制御対象機器4に固定される。符号13は、レシプロモータを構成する可動子であり、往復動(図1の紙面では上下動)を行う。制振装置1は、制御対象機器4の抑制するべき振動の方向と可動子13の往復動方向(推力方向)とが一致するように、制御対象機器4に固定される。符号14は、可動子13及びおもり11を推力方向に移動可能なように支持する板バネである。符号15は、可動子13とおもり11を接合する軸であり、板バネ14によって支持されている。符号16は、制御対象機器4とおもり11との相対変位を検出する変位センサであり、検出した変位量の情報は、コントローラ2に対して出力する。符号17は、制御対象機器4の加速度を検出する加速度センサであり、検出した加速度の情報は、コントローラ2に対して出力する。   Reference numeral 2 denotes a controller that controls the vibration damping device 1. Reference numeral 3 denotes a power amplifier that drives the vibration damping device 1. Reference numeral 11 denotes an additional mass (hereinafter referred to as a weight) added to the control target device 4. Reference numeral 12 denotes a stator constituting a reciprocating motor, which is fixed to the control target device 4. Reference numeral 13 denotes a mover constituting the reciprocating motor, which reciprocates (up and down in the drawing of FIG. 1). The vibration damping device 1 is fixed to the control target device 4 so that the direction of vibration to be suppressed of the control target device 4 matches the reciprocating direction (thrust direction) of the mover 13. Reference numeral 14 denotes a leaf spring that supports the mover 13 and the weight 11 so as to be movable in the thrust direction. Reference numeral 15 denotes a shaft that joins the movable element 13 and the weight 11 and is supported by a leaf spring 14. Reference numeral 16 denotes a displacement sensor that detects a relative displacement between the control target device 4 and the weight 11, and information on the detected displacement amount is output to the controller 2. Reference numeral 17 denotes an acceleration sensor that detects the acceleration of the control target device 4, and the detected acceleration information is output to the controller 2.

ここで、図2を参照して、制振装置1の動作原理を説明する。図2は、図1に示す制振装置1及び制御対象機器4をモデル化した模式図である。この図において、符号Mは、バネ要素(k)とダンパ要素(C)及びアクチュエータ(u)で構成するレシプロモータを示している。ここでは、おもり11の質量をm、制御対象機器4の質量をmであるものとして説明する。制御対象機器4の振動数は、バネ定数kのバネ41と減衰係数Cのダンパ42の特性によって決まるため、おもり11を動吸振器として機能させることができれば、制御対象機器4の振動を抑制することが可能となる。動吸振器は、レシプロモータMを介して支持されたおもり11をレシプロモータMを駆動することにより振動させ、このおもり11が振動するときの反力によって、制御対象機器4の振動を抑制するものである。レシプロモータMとおもり11によって実現された動吸振器は、パッシブの動吸振器のバネ要素とダンパ要素をレシプロモータMによって実現しているため、コントローラ2を調整することで理想的な動吸振器を実現することができるが、バネ要素とダンパ要素の2つを厳密に調整する必要がある。 Here, the operation principle of the vibration damping device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram modeling the vibration damping device 1 and the control target device 4 shown in FIG. In this figure, reference numeral M denotes a reciprocating motor which constitutes a spring element (k 2) and the damper element (C 2) and the actuator (u). Here, description will be made assuming that the mass of the weight 11 is m 2 and the mass of the control target device 4 is m 1 . Since the frequency of the control target device 4 is determined by the characteristics of the spring 41 having the spring constant k 1 and the damper 42 having the damping coefficient C 1 , if the weight 11 can function as a dynamic vibration absorber, the vibration of the control target device 4 is reduced. It becomes possible to suppress. The dynamic vibration absorber vibrates the weight 11 supported via the reciprocating motor M by driving the reciprocating motor M, and suppresses the vibration of the control target device 4 by the reaction force when the weight 11 vibrates. It is. The dynamic vibration absorber realized by the reciprocating motor M and the weight 11 is realized by adjusting the controller 2 because the spring element and the damper element of the passive dynamic vibration absorber are realized by the reciprocating motor M. However, it is necessary to strictly adjust the spring element and the damper element.

図2に示すように、バネ要素とダンパ要素を有しているレシプロモータMをコントローラ2によって調整して、理想的なスカイフックダンパを実現するためには、バネ定数kと減衰係数Cの影響をなくし、絶対速度に比例した力を与えればよい。本発明では、変位センサ16の出力に基づいて、レシプロモータMを制御して、負のバネ剛性と負の減衰を与えることにより、バネ定数kと減衰係数Cを打ち消して0に近づけてバネとダンパの要素の影響をなくすとともに、加速度センサ17の出力に基づいて制御対象機器4の絶対速度を求め、これらに基づいてスカイフックダンパの特性に近づけるように制御することが目的である。このとき、バネ特性は、おもり11の固有振動数が制御対象機器4の固有振動数よりも低くなるように調整されればよい。また、減衰係数もC2より小さくなる程度に調整すればよい。動吸振器に比べて厳密な調整は不要であり、制御対象機器4の振動を抑制するためのパラメータは、絶対速度のフィードバックゲインの調整のみで制振制御を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 2, in order to realize an ideal skyhook damper by adjusting the reciprocating motor M having a spring element and a damper element by the controller 2, a spring constant k 2 and a damping coefficient C 2 are used. The force of proportional to the absolute speed should be applied. In the present invention, the reciprocating motor M is controlled based on the output of the displacement sensor 16 to give negative spring rigidity and negative damping, thereby canceling the spring constant k 2 and the damping coefficient C 2 closer to zero. The purpose is to eliminate the influence of the elements of the spring and the damper and to obtain the absolute speed of the control target device 4 based on the output of the acceleration sensor 17 and to control it so as to approach the characteristics of the skyhook damper based on these. At this time, the spring characteristics may be adjusted so that the natural frequency of the weight 11 is lower than the natural frequency of the control target device 4. Further, the attenuation coefficient may be adjusted so as to be smaller than C2. Strict adjustment is unnecessary as compared with the dynamic vibration absorber, and the parameter for suppressing the vibration of the control target device 4 can be subjected to vibration suppression control only by adjusting the feedback gain of the absolute speed.

次に、図3を参照して、制御系の構成と制御動作を説明する。図3は、図1に示す装置の制御系モデルを示すブロック図である。図3において、上段の「1/m」、「1/s」、「1/s」は、力が加わった場合のおもり11の変位xの状態を示すブロックであり、下段の「1/m」、「1/s」、「1/s」は、力が加わった場合の制御対象機器4の変位xの状態を示すブロックである。また、k、Cは、レシプロモータMの板バネ14などの機械要素がもつバネ定数と減衰係数を示している。また、c、kは、それぞれダンパ42の減衰係数、バネ41のバネ定数を示している。制振制御を行うコントローラ2は、変位センサ16の出力Ksを入力し、周波数制限フィルタ21を通すことにより、不要な信号成分を除去した後に、変位量のフィードバックゲインKcを与えるとともに、周波数制限フィルタ21の出力を微分することにより、相対速度sを求め、これに相対速度のフィードバックゲインCcを与える。一方、コントローラ2は、加速度センサ17の出力Kaを積分演算することにより絶対速度に変換した後に、絶対速度のフィードバックゲインCscを与える。変位量のフィードバックゲインKcを与えられた信号、相対速度のフィードバックゲインCcを与えられた信号及び絶対速度のフィードバックゲインCscを与えられた信号を合成し、周波数制限フィルタ22を通すことにより、不要な信号成分を除去した後に、パワーアンプ3へ出力する。これによりパワーアンプ3の出力信号に基づいて、レシプロモータ(アクチュエータ)の駆動が行われることになる。このとき、変位量信号に基づいてバネ定数kと減衰係数Cが0に近づくように制御されるとともに、振動加速度信号に基づいてスカイフックダンパとして作用するように制御されることになる。このように制御された結果、制振装置1を構成するバネ要素の影響を受けることなく、理想的なスカイフックダンパとして動作させることができる。 Next, the configuration and control operation of the control system will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a control system model of the apparatus shown in FIG. In FIG. 3, “1 / m 2 ”, “1 / s”, and “1 / s” in the upper stage are blocks indicating the state of the displacement x 2 of the weight 11 when a force is applied, and “1” in the lower stage. “/ M 1 ”, “1 / s”, and “1 / s” are blocks indicating the state of the displacement x 1 of the control target device 4 when a force is applied. K 2 and C 2 indicate spring constants and damping coefficients of mechanical elements such as the leaf spring 14 of the reciprocating motor M. Further, c 1 and k 1 indicate the damping coefficient of the damper 42 and the spring constant of the spring 41, respectively. The controller 2 that performs the vibration suppression control inputs the output Ks of the displacement sensor 16 and passes the frequency limiting filter 21 to remove unnecessary signal components, and then provides a displacement feedback gain Kc and a frequency limiting filter. The relative speed s is obtained by differentiating the output of 21, and the feedback gain Cc of the relative speed is given to this. On the other hand, the controller 2 integrates the output Ka of the acceleration sensor 17 to convert it into an absolute speed, and then gives an absolute speed feedback gain Csc. A signal given the displacement feedback gain Kc, a signal given the relative speed feedback gain Cc, and a signal given the absolute speed feedback gain Csc are combined and passed through the frequency limiting filter 22, which is unnecessary. After removing the signal component, the signal is output to the power amplifier 3. Thus, the reciprocating motor (actuator) is driven based on the output signal of the power amplifier 3. At this time, the spring constant k 2 and the damping coefficient C 2 are controlled to approach 0 based on the displacement amount signal, and are controlled to act as a skyhook damper based on the vibration acceleration signal. As a result of such control, it is possible to operate as an ideal skyhook damper without being affected by the spring elements constituting the vibration damping device 1.

ここで、図4を参照して、変位量に基づいてバネ定数kと減衰係数Cが0に近づくように制御するとともに、減衰係数Cがスカイフックダンパの減衰係数になるように制御する動作を説明する。図4は、本発明の動作原理モデルを示すブロック図である。図4(a)に示すΔkは、図2に示すバネ要素kの影響をなくすための負のバネ剛性に相当するゲインである。一方、図4(a)に示すΔCは、図2に示すダンパ要素Cの影響をなくすためのゲインである。またVは、制御対象機器4の絶対速度に対するゲインである。図4(a)において、Δkをバネ定数k相当の負バネ定数とし、ΔCをダンパ要素C相当の負減衰係数とすることにより、見かけ上はバネ要素kとダンパ要素Cがないものと見なすことが可能となり、図4(b)に示すように、制御対象機器4の絶対速度に基づく制御量Vのみのモデルとして制御を行えばよいことになる。そして、図4(b)のVに基づいてスカイフックダンパを実現する減衰係数になるように制御すればよいため、最適な制振制御を行うことが可能となる。 Referring now to FIG. 4, the spring constant k 2 and the attenuation coefficient C 2 based on the displacement amount is controlled so as to approach zero, the control as damping coefficient C 2 is the damping coefficient of the skyhook damper The operation | movement which performs is demonstrated. FIG. 4 is a block diagram showing an operation principle model of the present invention. Δk 2 shown in FIG. 4A is a gain corresponding to negative spring rigidity for eliminating the influence of the spring element k 2 shown in FIG. On the other hand, ΔC 2 shown in FIG. 4A is a gain for eliminating the influence of the damper element C 2 shown in FIG. V is a gain with respect to the absolute speed of the control target device 4. In FIG. 4A, Δk 2 is a negative spring constant corresponding to the spring constant k 2 , and ΔC 2 is a negative damping coefficient corresponding to the damper element C 2 , so that the spring element k 2 and the damper element C 2 are apparently used. As shown in FIG. 4B, the control can be performed as a model of only the control amount V based on the absolute speed of the control target device 4. Then, since it is only necessary to control the damping coefficient to realize the skyhook damper based on V in FIG. 4B, optimal vibration damping control can be performed.

次に、図3に示す周波数制限フィルタ21について説明する。フィルタ21は、変位センサ16の出力信号の低周波数部分を除去するためのハイパスフィルタである。このハイパスフィルタを設けることにより、静的な剛性は機械系のバネ定数で保持し、動的な剛性は小さくすることができるため、付加質量の静的な変位が変わらないようにすることができる。また、フィルタ21は、変位センサ16の出力信号のうち、制振対象の振動のみを検出するためのバンドパスフィルタをさらに備えていてもよい。また、フィルタ21は、制振対象の振動以外の振動成分(高次モード振動など)の信号を除去するためのノッチフィルタをさらに備えていてもよい。   Next, the frequency limiting filter 21 shown in FIG. 3 will be described. The filter 21 is a high pass filter for removing a low frequency portion of the output signal of the displacement sensor 16. By providing this high-pass filter, the static stiffness can be maintained with the spring constant of the mechanical system and the dynamic stiffness can be reduced, so that the static displacement of the additional mass can be kept unchanged. . The filter 21 may further include a band-pass filter for detecting only the vibration to be controlled among the output signals of the displacement sensor 16. The filter 21 may further include a notch filter for removing a signal of a vibration component (higher order mode vibration or the like) other than the vibration to be controlled.

また、コントローラ2とパワーアンプ3の間に、コントローラ2の出力信号(レシプロモータMの駆動指令)から、低周波数成分を除去するためのハイパスフィルタを備えていてもよい。これにより、静的な剛性は機械系のバネ定数で保持し、動的な剛性は小さくすることができるため、補助質量の静的な変位が変わらないようにすることができる。また、コントローラ2とパワーアンプ3の間に、コントローラ2の出力信号(レシプロモータMの駆動指令)から、制御対象周波数域の信号を抽出するためのバンドパスフィルタを備えていてもよい。   Further, a high-pass filter may be provided between the controller 2 and the power amplifier 3 for removing low frequency components from the output signal of the controller 2 (drive command for the reciprocating motor M). As a result, the static rigidity can be maintained by the spring constant of the mechanical system, and the dynamic rigidity can be reduced, so that the static displacement of the auxiliary mass can be kept unchanged. Further, a band-pass filter for extracting a signal in the control target frequency range from the output signal of the controller 2 (drive command for the reciprocating motor M) may be provided between the controller 2 and the power amplifier 3.

また、加速度センサ17の低周波数部分を除去するためのハイパスフィルタを備えていてもよい。また、加速度センサ17の出力から制振対象振動のみを検出するためのバンドパスフィルタを備えていてもよい。また、フィルタ21と同等のフィルタを加速度センサ17の出力位置に設けるようにしてもよい。また、フィルタ21は省略して、フィルタ21と同等のフィルタをフィルタ22の位置に設けるようにしてもよい。   Further, a high-pass filter for removing a low frequency portion of the acceleration sensor 17 may be provided. Moreover, you may provide the band pass filter for detecting only the vibration for vibration suppression from the output of the acceleration sensor 17. A filter equivalent to the filter 21 may be provided at the output position of the acceleration sensor 17. Further, the filter 21 may be omitted, and a filter equivalent to the filter 21 may be provided at the position of the filter 22.

全周波数域でバネ剛性を0にすると、付加質量の位置保持力がなくなるため、不安定になるが、このように、制御帯域を制振対象振動の周波数近傍に限定することで、制振装置1の静的なバネ特性を生かしたまま良好な振動制御を行なうことができるようになる。   If the spring stiffness is set to 0 in the entire frequency range, the position holding force of the additional mass is lost, which makes it unstable. Thus, by limiting the control band to the vicinity of the frequency of the vibration to be controlled, the damping device Good vibration control can be performed while utilizing the static spring characteristic of 1.

なお、前述した説明では相対速度信号の検出を変位センサ16の出力に基づいて求めるようにしたが、おもり11と制御対象機器4の相対運動によって発生するレシプロモータ(電磁アクチュエータ)の逆起電力(相対変位に比例)を検出し、これを速度信号としてフィードバックするとともに、積分処理を行い振動変位信号としてフィードバックするようにしてもよい。   In the above description, the detection of the relative speed signal is obtained based on the output of the displacement sensor 16, but the counter electromotive force (reciprocal motor (electromagnetic actuator) generated by the relative motion of the weight 11 and the control target device 4 ( (Proportional to the relative displacement) may be detected and fed back as a velocity signal, and may be fed back as a vibration displacement signal through integration processing.

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Embodiment of this invention. 図1に示す装置をモデル化した模式図である。It is the schematic diagram which modeled the apparatus shown in FIG. 図1に示す装置の制御系モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system model of the apparatus shown in FIG. 動作原理モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows an operation principle model.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・制振装置、11・・・おもり、12・・・レシプロモータ(固定子)、13・・・レシプロモータ(可動子)、14・・・板バネ、15・・・軸、16・・・変位センサ、2・・・コントローラ、3・・・パワーアンプ、4・・・制御対象機器、41・・・バネ要素、42・・・ダンパ要素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration control device, 11 ... Weight, 12 ... Reciprocating motor (stator), 13 ... Reciprocating motor (moving element), 14 ... Leaf spring, 15 ... Shaft, 16 ... Displacement sensor, 2 ... Controller, 3 ... Power amplifier, 4 ... Control target device, 41 ... Spring element, 42 ... Damper element

Claims (12)

制御対象機器に対して、バネ要素及びダンパ要素によって支持された付加質量部材と、前記付加質量部材を駆動するアクチュエータと、前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量を検出する変位センサと、前記制御対象機器の絶対加速度を検出する加速度センサと、複数の信号で構成される駆動指令を前記相対変位量と前記絶対加速度とに基づき出力し、前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備え、前記付加質量部材を前記アクチュエータにより前記制振対象機器の振動速度に応じて駆動した場合の反力を用いて振動抑制するアクティブ制振装置であって、
前記制御手段は、前記加速度センサ出力から得られる前記制振対象機器の絶対速度に応じた力を与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材のバネ特性を打ち消して0に近づける負のバネ剛性を前記変位センサ出力に基づき与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材の減衰特性を打ち消して0に近づける負の減衰を前記変位センサ出力に基づき与える信号とを前記駆動指令として出力することにより、前記制御対象機器の制振制御を行うことを特徴とするアクティブ制振装置。
An additional mass member supported by a spring element and a damper element, an actuator that drives the additional mass member, and a displacement sensor that detects a relative displacement amount between the additional mass member and the control target device with respect to the control target device And an acceleration sensor for detecting the absolute acceleration of the device to be controlled, and a control means for driving the actuator by outputting a drive command composed of a plurality of signals based on the relative displacement amount and the absolute acceleration. , a vibration suppressing active damping apparatus using a reaction force when driven in accordance with the vibration speed of the vibration damping target device by the prior SL additional mass member said actuator,
Said control means, said signal providing a force corresponding to the absolute velocity of the vibration damping target device obtained from the acceleration sensor output, a negative closer to the additional mass member 0 and vanishing out the spring characteristics of the supporting members of the A signal giving spring stiffness based on the displacement sensor output and a signal giving negative damping approaching zero by canceling the damping characteristic of the member supporting the additional mass member based on the displacement sensor output are output as the drive command. it allows active control device comprising a TURMERIC row damping control of the control target device.
前記制御対象機器の絶対速度は、前記加速度センサ出力積分値に基づいて求める請求項1に記載のアクティブ制振装置。 The absolute velocity of the control target device, an active vibration damping device according to Motomeko 1 Ru calculated based on the integrated value of the acceleration sensor output. 前記負のバネ剛性を与える信号は、前記変位センサ出力を正帰還することで得られるものである請求項1に記載のアクティブ制振装置。 The active vibration damping device according to claim 1, wherein the signal giving the negative spring stiffness is obtained by positively feeding back the displacement sensor output. 前記負の減衰を与える信号は、前記変位センサ出力の微分値を正帰還することで得られるものである請求項1に記載のアクティブ制振装置。 2. The active vibration damping device according to claim 1, wherein the signal giving the negative attenuation is obtained by positively feeding back a differential value of the displacement sensor output. 前記変位センサ出力の低周波数域を除去するハイパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記ハイパスフィルタを介して得られた信号に基づき前記駆動指令を出力する請求項1から4のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 The high-pass filter which removes the low frequency range of the displacement sensor output is provided , and the control means outputs the drive command based on the signal obtained through the high-pass filter . Active vibration control device. 前記加速度センサ出力の低周波数域を除去するハイパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記ハイパスフィルタを介して得られた信号に基づき、前記絶対速度に応じた力を与える信号を求める請求項1から4のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 A high-pass filter that removes a low-frequency region of the acceleration sensor output is provided , and the control means obtains a signal that gives a force corresponding to the absolute speed based on a signal obtained through the high-pass filter. 5. The active vibration damping device according to any one of 4 above. 前記加速度センサ出力から制振対象振動のみを検出するバンドパスフィルタを備え、前記制御手段は、前記バンドパスフィルタを介して得られた信号に基づき、前記絶対速度に応じた力を与える信号を求める請求項1から6のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 A band-pass filter that detects only vibration to be controlled from the acceleration sensor output is provided , and the control means obtains a signal that gives a force corresponding to the absolute speed based on a signal obtained through the band-pass filter. The active vibration damping device according to claim 1. 前記アクチュエータに対する駆動指令から制振対象周波数域のみの信号抽出するバンドパスフィルタを備えた請求項1から7のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 Active damping device according to any preceding Motomeko 1 7 having a band pass filter for extracting a signal of only the damped frequency range from a drive command for the actuator. 対象振動以外の振動成分の信号を除去するノッチフィルタを備えた請求項1から8のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 Active vibration damping device according to any one of Motomeko 1 having a notch filter for removing signals of vibration components other than the target vibration 8. 前記アクチュエータが電磁式のアクチュエータであり、該アクチュエータの逆起電力を検出し、該逆起電力信号を速度信号としてフィードバックし、さらに前記逆起電力信号を積分処理して前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量としてフィードバックする請求項1に記載のアクティブ制振装置。 The actuator is an electromagnetic actuator, detects a back electromotive force of the actuator, feeds back the back electromotive force signal as a speed signal, and further integrates the back electromotive force signal to control the additional mass member and the control active vibration damping device according to Motomeko 1 you feedback as a relative displacement amount between the target device. 前記アクチュエータは、レシプロモータである請求項1から10のいずれかに記載のアクティブ制振装置。 The actuator active vibration damping device according to any one of Ah Ru請 Motomeko 1 to 10 in reciprocating motor. 制御対象機器に対して、バネ要素及びダンパ要素によって支持された付加質量部材と、前記付加質量部材を駆動するアクチュエータと、前記付加質量部材と前記制御対象機器との相対変位量を検出する変位センサと、前記制御対象機器の絶対加速度を検出する加速度センサと、複数の信号で構成される駆動指令を前記相対変位量と前記絶対加速度とに基づき出力し、前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備えたアクティブ制振装置において、前記付加質量部材を前記アクチュエータにより前記制振対象機器の振動速度に応じて駆動した場合の反力を用いて振動抑制するアクティブ制振装置の制御方法であって、
前記加速度センサ出力から得られる前記制振対象機器の絶対速度に応じた力を与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材のバネ特性を打ち消して0に近づける負のバネ剛性を前記変位センサ出力に基づき与える信号と、前記付加質量部材を支持する部材の減衰特性を打ち消して0に近づける負の減衰を前記変位センサ出力に基づき与える信号とを前記駆動指令として出力することにより、前記制御対象機器の制振制御を行うことを特徴とするアクティブ制振装置の制御方法。
An additional mass member supported by a spring element and a damper element, an actuator that drives the additional mass member, and a displacement sensor that detects a relative displacement amount between the additional mass member and the control target device with respect to the control target device And an acceleration sensor for detecting the absolute acceleration of the device to be controlled, and a control means for driving the actuator by outputting a drive command composed of a plurality of signals based on the relative displacement amount and the absolute acceleration. In the active vibration damping device, the active mass damping device controls the vibration using a reaction force when the additional mass member is driven by the actuator according to the vibration speed of the vibration damping target device,
Said absolute signal to provide a force corresponding to the speed, the negative spring stiffness closer to the vanishing to 0 hit the spring characteristics of the member supporting the additional mass member of the vibration control target device obtained from the acceleration sensor output displacement The control is performed by outputting a signal given based on the sensor output and a signal giving a negative damping based on the displacement sensor output that cancels the damping characteristic of the member that supports the additional mass member and approaches zero, as the driving command. A method for controlling an active vibration damping device, comprising performing vibration damping control of a target device.
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