JP6792961B2 - 制振装置 - Google Patents
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Description
こうすれば、正確に求めることの難しい対象物の質量や減衰係数等を含めず、既知の制振機構の質量、減衰及びばね定数のみによって、誤差信号eを求めることができる。
図1には、本発明に係るアクティブ除振装置の一実施形態である精密除振台の構成を模式的に示す。この除振台は、例えば半導体関連の製造装置、試験機器や電子顕微鏡、レーザ顕微鏡等の精密計測機器のように、振動の影響を受けやすい精密な機器Dを搭載して、それらを床の振動からできるだけ絶縁した状態で設置するためのものである。
以下に、制振ユニット3の構造について説明する。図1には実際よりも大きく示すが、この実施形態の制振ユニット3は、円筒状ケース30の基端(図の下端)に例えば矩形状の基板30aが配設されて、その4隅を機器Dの上部に締結される一方、ケース30の先端(上端)には円板状の蓋部材30bが取り付けられている。ケース30の周壁部分は、基端側の概略半分である基半部材30cと、残りの部分のうちの先端側を構成する先端部材30dと、それらの中間の中間部材30eとに3分割されている。
次に、制振ユニット3の制御について具体的に説明する。この実施形態では制振ユニット3の作動、即ちリニアモータ32の制御による可動質量33の駆動がコントローラ4によって行われる。コントローラ4は、制振ユニット3の加速度センサ31からの信号を受けてリニアモータ32を作動させ、可動質量33を駆動する反力として機器Dの振動を減殺するような制御力を得るための基本制御部(制御手段)と、制振ユニット3の構成する付加振動系の共振による制御の不安定化を防止するための補正制御部(補正手段)と、を備えている。
図2に一例を示すように、基本制御部は、フィードバック制御部CP1とフィードバック適応制御部CP2と備えている。制御対象である機器Dの上下方向の振動を、加速度センサ31によって加速度z″として検出し、その加速度信号のノイズ成分をロウパスフィルタLPF及びハイパスフィルタHPFにより除いた信号aを補正制御部Compに入力し補正を行って誤差信号eを求める。補正制御部Compに関しては、後述する。補正制御部Compから出た誤差信号eがフィードバック制御部CP1とフィードバック適応制御部CP2に入る。
ここで、hは制御フィルタWの係数、nは時刻、eは誤差信号、xは図2示す誤差信号とフィードバック適応制御部CP2の出力から得られる信号、μはステップサイズパラメータである。
基本制御部の制御演算においては速度z′に比例した制御力を発生させるフィードバック(速度フィードバック)とフィードバック適応制御が基本であり、速度フィードバックは制振ユニット3によって主振動系に減衰を付加するという意味を持つ。制振ユニット3を付加することによって除振台は2自由度の振動系になるが、速度z′のフィードバック制御によって減衰が加わり、共振倍率が低下するので、図11に実線のグラフaで示すように主振動系の共振(図例では10Hz付近)を抑えることができる。
尚、本発明に斯かる除振台や制振ユニット3の構成は、前記した実施形態のものには限定されず、それ以外の種々の構成も包含する。すなわち、例えば前記実施形態では、制振機構を加速度センサ31と共にケース30に収容して、一体の制振ユニット3を構成しているが、これに限らず、加速度センサ31やリニアモータ32をそれぞれ機器Dに直接、配設することもできる。また、加速度センサ31に代えて例えば速度センサや変位センサを用いることもできるし、リニアモータ32以外に例えばサーボ弁で内圧を制御する空気ばねや圧電素子等のアクチュエータを用いることもできる。
αは新たなステップサイズパラメータ、βは正の定数である。
3 制振ユニット(制振機構)
4 コントローラ
31 加速度センサ(振動センサ)
32 リニアモータ(アクチュエータ)
33 可動質量
34 板ばね(ばね要素)
CP1 フィードバック制御部
CP2 フィードバック適応制御部
CP3 速度フィードバック制御部
D 機器(制振の対象物)
Claims (8)
- 対象物に取り付けて所定方向の振動を減殺するような制御力を付加するようにした制振装置であって、
前記対象物の振動状態を検出するための振動センサと、
前記対象物にばね要素を介して前記所定方向に移動可能に取り付けられた可動質量と、
前記対象物に取り付けられて、前記可動質量を前記所定方向に駆動し、その反力を当該対象物に作用させるアクチュエータと、
前記振動センサからの信号により検出される対象物の振動状態に基づき、前記可動質量の駆動反力が前記対象物の振動を減殺する制御力となるように、前記アクチュエータを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、速度フィードバック制御部とフィードバック適応制御部とを備えており、
前記速度フィードバック制御部は、前記振動センサからの信号から算出される誤差信号を積分して得られる前記対象物の速度信号を用いて制御を行い、
前記フィードバック適応制御部は、前記振動センサからの信号から算出される誤差信号を用いて制御を行うことを特徴とする制振装置。 - 前記フィードバック適応制御部に用いられる制御はFXLMS制御である、請求項1に記載されている制振装置。
- 前記FXLMS制御はFXNLMS制御である、請求項2に記載されている制振装置。
- さらに、前記対象物の振動状態のうち、前記可動質量から前記ばね要素を介して付加される力による振動分を無視するように、前記制御手段によるアクチュエータの制御を補正する補正手段を備えている、請求項1から3のいずれか一つに記載されている制振装置。
- 前記補正手段は、前記振動センサからの入力aに基づいて、以下の(式A)により誤差信号eを求める
- 前記補正手段は、前記振動センサからの入力aに基づいて、以下の(式B)により誤差信号eを求める
- さらに、前記可動質量の移動方向における位置を検出するための位置センサが配設され、
制御手段は、前記位置センサからの信号を受けて、前記可動質量の位置を加味してアクチュエータの操作量を求めるように構成されている、請求項1から6のいずれか1つに記載されている制振装置。 - 前記対象物は基礎に対して弾性支持されている、請求項1から7のいずれか1つに記載されている制振装置。
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