JP5591199B2 - 振動絶縁装置 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1によるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す。ベース面(ベース)109とペイロード搭載面(ペイロード)108との間に、第2のバネ103とダンパ106が直列に配設され、第2のバネ103とダンパ106の間にこれらを接続する接続部の質量に相当する中間質量104を配設し、第2のバネ103、ダンパ106および中間質量104に対して、並列に第1のバネ102が配設された4パラメータ振動絶縁ストラット部111に、並列に能動アクチュエータ101(例えばボイスコイル)を配設する。中間質量104には運動センサである例えば加速度センサ105を配設し、同様にペイロード搭載面108には加速度センサ107を配設する。以上の部分が振動絶縁ストラット1を構成する。
mp:ペイロード搭載面108を含む支持する質量
mF:中間質量104の質量
k1:第1のバネ102の剛性
k2:第2のバネ103の剛性
c:ダンパ106の減衰係数
Xp:ペイロード質量mpの位置変位
XF:中間質量mFの位置変位
XB:ベース面109の位置変位
(ドット)Xp:ペイロード質量mpの速度
(ドット)XF:中間質量mFの速度
F:ボイスコイル101(アクチュエータ)の発生する力(発生力)
である。
I(t):ボイスコイル101の励磁電流
KT:ボイスコイル101の推力定数
L:ボイスコイル101のインダクタンス
R:ボイスコイル101の巻線抵抗
KE:ボイスコイル101の誘導起電圧定数(=KT)
Vin:ボイスコイル101への印加電圧
(ドット)XP:ペイロード面の速度
(ドット)XB:ベース面の速度
である。
Kp(電流)=KPe
KI(電流)=(R/L)KPe
とすると、電流制御系の開ループ伝達関数G(電流)は、
G(電流)=KPe/(L・s)
となり、電流制御系のゲイン交差角周波数ωeは、
ωe(電流)=KPe/L
となる。
G(電流)=ωe/(s+ωe)
とあらわされるので、電流制御の閉ループ伝達特性を考慮したボイスコイルの発生力F(s)は、
中間質量104の加速度(ツードット)XFのフィードバック制御を含む系のベース面109の変位XBに対するペイロード搭載面108の変位XPの伝達関数は、式(1)〜(3)を連立してとくと次のように記述できる。
この発明の実施の形態2による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ図1、図3と同様である。実施の形態1においては、中間質量104は、第2のバネ103とダンパ106の接続部材(図2のフランジ208と剛性部材A216)としているが、中間質量104には、ダンパ106すなわち図3のベローズ206,207に充填される流体の流体質量を含む構成にすることもできる。中間質量104に流体質量も考慮することにより、精度のよい中間質量制御が可能となり、振動絶縁性能を改善することが可能となる。
この発明の実施の形態3による振動絶縁装置の基本構成はそれぞれ図1とほぼ同様であるが、振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を図4に示す。上記実施の形態では、加速度制御系へ加速度フィードバック31,32のために中間質量104の運動とペイロード搭載面108の運動をモニターするセンサとして、加速度センサ105,107を搭載する構成としたが、加速度センサ105の代わりに、ストラットの内部に、ペイロード搭載面108と中間質量104の相対変位を計測可能な例えば渦電流変位センサからなる相対変位センサ105aを搭載してもよい(図1でも同様)。この相対変位センサは、例えば図2の剛性部材A216と端部材205の間のいずれか一方に配置すればよい。
この発明の実施の形態4による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ上記実施の形態のものと同様である。上記実施の形態においては、ダンパ106として、流体ダンパを用いる構成としたが、ダンパの効果を有するものであれば、電気的な磁気ダンパ、粘弾性体を用いた粘弾性ダンパ等で構成してもよい。
この発明の実施の形態5による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ上記実施の形態のものと同様である。上記実施の形態では例えば図3において、ペイロード搭載面108の加速度センサ107の出力を用いる加速度制御器12は、PI制御を用いる構成としたが、この加速度制御器12をP制御を用いる構成としてもよい。また、同様に、中間質量104に搭載の加速度センサ105の加速度センサ出力を用いる加速度制御器21はPI制御を用いているが、この加速度制御器21についてもP制御を用いる構成としてもよい。
図5は、この発明の実施の形態6によるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す。中間質量104の加速度センサ105の代わりにベース面109に加速度センサ110が搭載されている。図6は、図5の振動絶縁ストラット1の制御部120による制御のアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。上記実施の形態では、例えば図1に示すように中間質量104の加速度をモニターするため加速度センサ105を配置し、図3のアクチュエータ制御系においては、この加速度センサ105の出力を用いた構成としたが、図6に示すように、ペイロード搭載面108の加速度センサ107の出力(ツードット)XPと図5に示すベース面109に搭載の加速度センサ110の出力(ツードット)XB をもちいて、中間質量104の加速度(ツードット)XFを推定する中間質量加速度推定器27を配設する構成としてもよい。
この発明の実施の形態7による振動絶縁装置の基本構成は上記実施の形態と同様であるが、振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を図7に示す。実施の形態1では、アクチュエータ制御系すなわち制御部120に、図3に示すように電流制御器16を搭載する構成としたが、図7に示すように電流制御器16を含まない構成としてもよい。
Claims (3)
- ベースとペイロードの間に設けられた第1のバネと、
前記第1のバネと併設して前記ベースとペイロードの間で直列接続された第2のバネとダンパ、および前記第2のバネとダンパとの間を接続する中間質量を構成する接続部とからなる振動吸収部と、
前記ベースとペイロードの間に設けられベースに対してペイロードの振動を抑制するアクチュエータと、
前記ペイロードに搭載された第1の運動センサと、
前記振動吸収部の接続部に搭載された第2の運動センサと、
前記第1および第2の運動センサからのフィードバック信号に従って前記ペイロードの振動を抑制するよう前記アクチュエータを制御する制御部を含むアクチュエータ制御系とを備え、
前記制御部は、
前記第1の運動センサの出力信号を用いた第1の加速度制御器と、
前記第2の運動センサの出力信号を用いた第2の加速度制御器と、
前記アクチュエータの電流制御器と、をカスケード接続した構成を有し、
前記第2の加速度制御器の比例ゲインおよび積分ゲインを、前記第1のバネの剛性と、前記第2のバネの剛性と、前記ダンパの減衰係数と、前記中間質量と、前記電流制御器を含む電流制御系のゲイン交差角周波数の数値とを用いて設定することを特徴とする振動絶縁装置。 - 前記第1の運動センサは加速度センサあり、
前記第2の運動センサは相対変位センサであり、
前記第2の運動センサの出力を微分器に取り込み、相対加速度信号をもとに、前記振動吸収部の接続部の挙動を推定することを特徴とする請求項1に記載の振動絶縁装置。 - ベースとペイロードの間に設けられた第1のバネと、
前記第1のバネと併設して前記ベースとペイロードの間で直列接続された第2のバネとダンパ、および前記第2のバネとダンパとの間を接続する中間質量を構成する接続部とからなる振動吸収部と、
前記ベースとペイロードの間に設けられベースに対してペイロードの振動を抑制するアクチュエータと、
前記ペイロードに搭載された第1の運動センサと、
前記ベースに搭載された第2の運動センサと、
前記第1および第2の運動センサからのフィードバック信号に従って前記ペイロードの振動を抑制するよう前記アクチュエータを制御する制御部を含むアクチュエータ制御系とを備え、
前記制御部は、
前記第1の運動センサの出力信号を用いた第1の加速度制御器と、
前記第1の運動センサの出力信号および前記第2の運動センサの出力信号から前記中間質量の加速度を推定する中間質量加速度推定器と、
前記中間質量加速度推定器の出力を用いた第2の加速度制御器と、
前記アクチュエータの電流制御器と、をカスケード接続した構成を有し、
前記第2の加速度制御器の比例ゲインおよび積分ゲインを、前記第1のバネの剛性と、前記第2のバネの剛性と、前記ダンパの減衰係数と、前記中間質量と、前記電流制御器を含む電流制御系のゲイン交差角周波数の数値とを用いて設定することを特徴とする振動絶縁装置。
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