JPH06159433A - Active vibration elimination method and vibration elimination device - Google Patents
Active vibration elimination method and vibration elimination deviceInfo
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- JPH06159433A JPH06159433A JP31995392A JP31995392A JPH06159433A JP H06159433 A JPH06159433 A JP H06159433A JP 31995392 A JP31995392 A JP 31995392A JP 31995392 A JP31995392 A JP 31995392A JP H06159433 A JPH06159433 A JP H06159433A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、空気ばねを用いたアク
ティブ除振方法及び除振装置の改良に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvement of an active vibration isolation method and an isolation device using an air spring.
【０００２】[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おいては、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、特開平１―２１０６３４号公報に開示されるよう
に、空気ばねで支持された機器の位置及び振動をそれぞ
れセンサで検出し、それら信号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、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
ようにしたアクティブ除振装置が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, when a precision device such as a semiconductor exposure apparatus or an electron microscope is installed on a floor, an air spring is used to prevent vibration from the floor and keep the device at a fixed position. The shaking device is used to support precision instruments. Then, in order to obtain an even greater vibration isolation effect, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-210634, the position and vibration of the device supported by the air spring are respectively detected by sensors, and those signals are fed back. An active vibration isolation device has been proposed in which a servo valve of an air spring supply / discharge system is driven to control the internal pressure of the air spring to perform positioning and damping of equipment.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ものでは、古典的な周波数応答法による制御方法を用い
ているので、目標値追従性と外乱抑圧特性とが独立して
おらず、双方の特性を良好に両立させることができな
い。このため、位置決めを速く行おうとする場合には制
振効果が小さくなり、逆に、制振効果を大きくすると位
置決めが遅くなるという問題が生じる。However, in the above conventional one, since the control method by the classical frequency response method is used, the target value followability and the disturbance suppression characteristic are not independent, and both The characteristics cannot be well balanced. Therefore, when the positioning is to be performed quickly, the damping effect becomes small, and conversely, when the damping effect is increased, the positioning becomes slower.
【０００４】また、安定性が保証されていないので、フ
ィードバックのゲインは位置決めの速さ、制振効果及び
安定性の妥協によって決められている。Further, since the stability is not guaranteed, the feedback gain is determined by the compromise of the positioning speed, the damping effect and the stability.
【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、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し得る安定なアクティブ除振制御
を実現しようとすることにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize stable active vibration isolation control capable of simultaneously satisfying both the quick response of positioning and a large vibration damping effect. It is in.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１又は２の発明では、図１に示すような２自
由度制御系を構成する。つまり、目標値追従部は目標位
置Ｘｒに、また外乱抑圧部は出力Ｘにそれぞれ基づいて
制御出力を求めサーボバルブへ出力する。Ｐｎは制御対
象であるサーボバルブと除振装置とのノミナルモデルの
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
フィルタにより設定される。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 or 2 comprises a two-degree-of-freedom control system as shown in FIG. That is, the target value tracking unit obtains a control output based on the target position Xr and the disturbance suppression unit outputs the output to the servo valve based on the output X, respectively. Pn is a transfer function of the nominal model of the servo valve to be controlled and the anti-vibration device, T is a complementary sensitivity function that is an index of robust stability, and F is a transfer function that expresses the target value tracking characteristic. Is set.
【０００７】すなわち、請求項１の発明では、床等の設
置対象物と該設置対象物上に空気ばねを介して支持され
る荷との間の相対高さを検出し、上記空気ばねに対する
空気の給排系に配設されたサーボバルブを上記設置対象
物及び荷間の相対高さに基づいて駆動して空気ばねの内
圧を調整し、荷の位置と振動とを制御するアクティブ除
振方法として、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、設置対象物及び
荷間の相対高さ目標値Ｘr 及び上記検出された相対高さ
Ｘに基づき、サーボバルブへの制御出力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
とを独立して指定可能としたことを特徴としている。That is, according to the first aspect of the invention, the relative height between the object to be installed such as a floor and the load supported on the object to be installed via the air spring is detected, and the air relative to the air spring is detected. A vibration isolation method for controlling the position and vibration of a load by driving a servo valve arranged in the supply / discharge system of the device based on the relative height between the installation target and the load to adjust the internal pressure of the air spring The inverse transfer function Pn -1 of the transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the control output to the servo valve to the displacement of the load, the transfer function F of the desired target value following characteristic and the complementary sensitivity function T are used, the setting target object and on the basis of the relative height target value Xr and the detected relative height X between the load, wherein the control output u to the servo valve u = F · Pn -1 · Xr -T · (Pn -1 · X-u) ... The feature is that the characteristics and the disturbance suppression characteristics can be specified independently.
【０００８】一方、請求項２の発明では、設置対象物上
に設置される空気ばねと、該空気ばねに支持される荷
と、上記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、上記設置対象物及び荷間の相対高さを検
出する変位検出手段と、該変位検出手段の出力信号に基
づき上記サーボバルブを駆動して空気ばねの内圧を調整
し、荷の位置と振動とを制御する制御手段とを備えたア
クティブ除振装置であり、上記制御手段は、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、設置対象物及び荷間の相対高さ目標値
Ｘr 及び上記変位検出手段により検出された相対高さＸ
に基づき、上記サーボバルブへの制御出力ｕ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
とを独立して指定可能な２自由度制御系を構成している
ものとする。On the other hand, according to the second aspect of the invention, the air spring installed on the object to be installed, the load supported by the air spring, and the servo valve arranged in the air supply / discharge system for the air spring. And a displacement detecting means for detecting the relative height between the installation object and the load, and the servo valve is driven based on the output signal of the displacement detecting means to adjust the internal pressure of the air spring to detect the position and vibration of the load. And an inverse vibration transfer function of the transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the control output to the servo valve to the displacement of the load. Pn
-1 , using the transfer function F and the complementary sensitivity function T of the desired target value tracking characteristic, the relative height target value Xr between the installation object and the load and the relative height X detected by the displacement detecting means.
Based on the above, by setting the control output u to the servo valve by the above equation, it is assumed that a two-degree-of-freedom control system capable of independently designating the target value following characteristic and the disturbance suppression characteristic is configured.
【０００９】請求項３の発明では、上記請求項２のアク
ティブ除振装置において、荷の振動速度を検出する速度
検出手段を設け、制御手段は、ノミナルモデルの伝達関
数Ｐn に、上記速度検出手段により検出される荷の振動
速度のフィードバック補償効果を含んだ構成とする。According to a third aspect of the present invention, in the active vibration isolator according to the second aspect, velocity detecting means for detecting the vibration velocity of the load is provided, and the control means uses the transfer function Pn of the nominal model as the velocity detecting means. The configuration includes a feedback compensation effect of the vibration velocity of the load detected by.
【００１０】請求項４の発明では、同様に、荷の振動加
速度を検出する加速度検出手段を設け、制御手段は、ノ
ミナルモデルの伝達関数Ｐn に、上記加速度検出手段に
より検出される荷の振動加速度のフィードバック補償効
果を含んだ構成とする。According to a fourth aspect of the present invention, similarly, acceleration detecting means for detecting the vibration acceleration of the load is provided, and the control means uses the transfer function Pn of the nominal model as the vibration acceleration of the load detected by the acceleration detecting means. The feedback compensation effect is included.
【００１１】請求項５の発明では、さらに、空気ばねの
内圧を検出する圧力検出手段を設け、制御手段は、ノミ
ナルモデルの伝達関数Ｐn に、上記圧力検出手段により
検出される空気ばねの内圧のフィードバック補償効果を
含んだ構成とする。According to a fifth aspect of the present invention, pressure detecting means for detecting the internal pressure of the air spring is further provided, and the control means sets the transfer function Pn of the nominal model to the internal pressure of the air spring detected by the pressure detecting means. The configuration includes the feedback compensation effect.
【００１２】請求項６の発明では、上記相補感度関数Ｔ
は低域通過フィルタで構成する。In the invention of claim 6, the complementary sensitivity function T
Is a low-pass filter.
【００１３】[0013]
【作用】上記の構成により、請求項１又は２の発明で
は、設置対象物と該設置対象物上の空気ばねに支持され
る荷との間の相対高さが検出され、この相対高さに基づ
き、空気ばねに対する空気給排系のサーボバルブが式
で得られる制御出力ｕで駆動されて空気ばねの内圧が調
整され、荷の位置と振動とが制御される。上記式では
図１に示す制御系となり、この制御系において、目標値
追従特性は、相対高さ目標値Ｘｒを安定化フィルタＦと
Ｐｎの逆伝達関数Ｐｎ-1とを介して次元変換を行い、サ
ーボバルブへの制御出力に加える。そして、安定化フィ
ルタにより希望する目標値追従特性の伝達関数Ｆを任意
に選ぶことができる。With the above construction, in the invention of claim 1 or 2, the relative height between the object to be installed and the load supported by the air spring on the object to be installed is detected. Based on this, the servo valve of the air supply / discharge system for the air spring is driven by the control output u obtained by the formula, the internal pressure of the air spring is adjusted, and the position and vibration of the load are controlled. In the above equation, the control system shown in FIG. 1 is obtained, and in this control system, the target value tracking characteristic is dimensional-transformed from the relative height target value Xr through the stabilizing filter F and the inverse transfer function Pn −1 of Pn. , Add to the control output to the servo valve. Then, the transfer function F of the desired target value tracking characteristic can be arbitrarily selected by the stabilizing filter.
【００１４】また、外乱抑圧特性は、出力Ｘを逆プラン
トにより制御出力の次元に直して、実際の制御出力との
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。相補感度関数Ｔは「０」から
「１」の値を取るものであり、Ｔが略「１」のときに優
れた外乱抑圧特性が得られる反面、観測雑音ξの出力Ｘ
への影響が大きくなる。また逆に、Ｔが略「０」のとき
は観測雑音ξの出力Ｘへの影響は小さくなるが、外乱ｄ
の出力Ｘへの影響が大きくなる。As for the disturbance suppression characteristic, the output X is corrected to the dimension of the control output by the inverse plant, the error from the actual control output, that is, the estimated disturbance is obtained, and is fed back via the complementary sensitivity function T. The complementary sensitivity function T takes a value from “0” to “1”, and when T is substantially “1”, an excellent disturbance suppression characteristic is obtained, but the output X of the observation noise ξ is
Will be greatly affected. On the contrary, when T is approximately “0”, the influence of the observation noise ξ on the output X is small, but the disturbance d
Has a greater effect on the output X.
【００１５】除振装置における外乱は、設置対象物の振
動変位による外乱と除振装置上の荷に直接作用する外力
による外乱とがあるが、いずれの外乱も除振装置の固有
振動数付近の低周波域で大きく、一方、観測雑音は高周
波域で大きい。従って、請求項６の発明のように、相補
感度関数Ｔは、低周波域でＴが略「１」となり、高周波
域でＴが略「０」となるような低域通過フィルタとすれ
ばよい。Disturbances in the vibration isolator include disturbances due to the vibration displacement of the object to be installed and disturbances due to external forces directly acting on the load on the vibration isolator, and both disturbances are in the vicinity of the natural frequency of the vibration isolator. It is large in the low frequency range, while the observation noise is large in the high frequency range. Therefore, as in the invention of claim 6, the complementary sensitivity function T may be a low-pass filter in which T is substantially "1" in the low frequency region and T is substantially "0" in the high frequency region. .
【００１６】相対高さ目標値Ｘｒを一定値とすると、Ｔ
が略「１」の低周波においては、相対変位を「０」すな
わち荷の相対高さが一定でかつ設置対象物から除振装置
上への振動伝達率を「１」にしようとする制御が行わ
れ、一方、Ｔが略「０」の高周波においては、変位検出
手段の測定ノイズの影響を受けることなく空気ばね本来
のパッシブの除振性能が生かされるのである。このこと
により高周波での除振性能を損なうことなく、空気ばね
の固有振動数の共振を抑えることができる。When the relative height target value Xr is a constant value, T
At a low frequency of approximately "1", the relative displacement is "0", that is, the relative height of the load is constant, and the control that tries to set the vibration transmissibility from the installation target to the vibration isolation device to "1" is performed. On the other hand, at a high frequency where T is substantially "0", the passive vibration isolation performance inherent to the air spring is utilized without being affected by the measurement noise of the displacement detecting means. As a result, resonance of the natural frequency of the air spring can be suppressed without impairing the vibration isolation performance at high frequencies.
【００１７】請求項３の発明では、ノミナルモデルの伝
達関数Ｐn に、速度検出手段により検出される荷の振動
速度のフィードバック補償効果が含まれているので、低
周波の振動伝達率を「１」以下にできる。また、請求項
４の発明では、伝達関数Ｐnに、加速度検出手段により
検出される荷の振動加速度のフィードバック補償効果が
含まれているので、振動伝達率を「１」以下にできる。
さらに、請求項５の発明では、伝達関数Ｐn に、圧力検
出手段により検出される空気ばねの内圧のフィードバッ
ク補償効果が含まれているので、振動伝達率を「１」以
下にできる。よってこれら発明では大きな減衰効果が得
られる。According to the third aspect of the present invention, the transfer function Pn of the nominal model includes the feedback compensation effect of the vibration speed of the load detected by the speed detecting means, so that the low-frequency vibration transfer rate is "1". You can: Further, in the invention of claim 4, since the transfer function Pn includes the feedback compensation effect of the vibration acceleration of the load detected by the acceleration detecting means, the vibration transfer rate can be set to "1" or less.
Further, in the invention of claim 5, since the transfer function Pn includes the feedback compensation effect of the internal pressure of the air spring detected by the pressure detecting means, the vibration transmissibility can be set to "1" or less. Therefore, in these inventions, a large damping effect can be obtained.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１９】（実施例１）図２に本発明の実施例１に係
るアクティブ除振装置Ａの構成を示す。図２において、
Ｆは除振装置Ａを設置すべき設置対象物としての建物の
床、１は床Ｆ上に設置される空気ばねで、この空気ばね
１は内部に圧縮空気が充填された空気室２と、この空気
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、このピ
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。(Embodiment 1) FIG. 2 shows the configuration of an active vibration isolator A according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG.
F is a floor of a building as an object to be installed with the vibration isolator A, 1 is an air spring installed on the floor F, and the air spring 1 is an air chamber 2 filled with compressed air, There is a piston portion 4 slidably fitted in a through hole 2a in the upper wall of the air chamber 2 via a diaphragm 3, and on the piston portion 4, for example, a semiconductor exposure apparatus, an electron microscope, etc. It is designed to support a load L made of precision equipment.
【００２０】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、このサーボバルブ
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、このサーボバルブ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。Inside the air chamber 2 of the air spring 1 is an air pipe 5.
Is connected to a servo valve 6 via a supply pipe 7. The servo valve 6 is connected to a compressed air source S via a supply pipe 7. The servo valve 6 is driven to move the compressed air inside the air chamber 2 of the air spring 1. The internal pressure of the air spring 1 is controlled by communicating with the source S or opening to the atmosphere.
【００２１】９は上記床Ｆ及び荷Ｌ間の相対高さを検出
する変位検出手段としての変位センサで、この変位セン
サ９の出力信号は増幅器１０に入力され、この増幅器１
０の出力信号は上記サーボバルブ６を制御するための制
御装置１１に入力されており、変位センサ９の出力信号
を増幅器１０で増幅して制御装置１１に入力させる。こ
の制御装置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の高さを制御するようになってい
る。Reference numeral 9 denotes a displacement sensor as a displacement detecting means for detecting the relative height between the floor F and the load L. An output signal of the displacement sensor 9 is input to an amplifier 10 and the amplifier 1
The output signal of 0 is input to the control device 11 for controlling the servo valve 6, and the output signal of the displacement sensor 9 is amplified by the amplifier 10 and input to the control device 11. In this control device 11, the output signal from the displacement sensor 9 is
The air spring 1 is D-converted, the opening degree of the servo valve 6 is calculated by an internal microcomputer based on the control law, the operation signal is output, and the servo valve 6 is driven.
The internal pressure of the load L is controlled to control the height of the load L.
【００２２】そして、この発明の特徴として、上記制御
装置１１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Ｆ及び荷Ｌ
間の相対高さ目標値Ｘr 及び上記変位センサ９により検
出された相対高さＸに基づき、サーボバルブ６への制御
出力ｕを上記式［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
と外乱抑圧特性とを独立して指定可能な２自由度制御系
を構成している。As a feature of the present invention, the control device 11 has the inverse transfer function Pn -1 of the transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the control output to the servo valve 6 to the displacement of the load L. , The floor F and the load L using the transfer function F and the complementary sensitivity function T of the desired target value tracking characteristic.
Based on the relative height target value Xr and the relative height X detected by the displacement sensor 9 between the above formulas the control output u to the servo valve 6 [u = F · Pn -1 · Xr -T · (Pn
−1 · X−u)], a two-degree-of-freedom control system capable of independently designating the target value tracking characteristic and the disturbance suppression characteristic is configured.
【００２３】この実施例の制御系では、図１のブロック
線図における安定化フィルタＦ及び相補感度関数Ｔを次
のように選ぶ。In the control system of this embodiment, the stabilizing filter F and the complementary sensitivity function T in the block diagram of FIG. 1 are selected as follows.
【００２４】Ｆ＝１／（１＋Ｔｆ・ｓ）3 Ｔ＝１／（１＋Ｔｔ・ｓ）3 （但し、Ｔｆ，Ｔｔ：時定数） また、制御対象のノミナルモデルＰｎは次式で近似す
る。F = 1 / (1 + Tfs) 3 T = 1 / (1 + Tts) 3 (where Tf and Tt are time constants) The nominal model Pn to be controlled is approximated by the following equation.
【００２５】Ｐｎ＝Ｋｖ／（１＋Ｔｖ・ｓ）・Ａ／（Ｍ
・ｓ2 ＋Ｃ・ｓ＋Ｋ） （但し、Ｋｖ：サーボバルブのゲイン、Ｔｖ：サーボバ
ルブの時定数、Ａ：空気ばねの有効受圧面積、Ｍ：荷の
質量、Ｃ：空気ばねの減衰係数、Ｋ：空気ばねのばね定
数） 尚、上記Ｋｖ，Ｔｖ，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。Pn = Kv / (1 + Tv · s) · A / (M
・ S 2 + C ・ s + K) (where, Kv: gain of servo valve, Tv: time constant of servo valve, A: effective pressure receiving area of air spring, M: mass of load, C: damping coefficient of air spring, K: Spring constant of air spring) The above Kv, Tv, A, M, C and K are servo valves 6
And the actual machine of the vibration isolation device A.
【００２６】したがって、上記実施例においては、床Ｆ
と該床Ｆ上の空気ばね１に支持される荷Ｌとの間の相対
高さが変位センサ９により検出され、この相対高さに基
づき、空気ばね１に対する空気給排系のサーボバルブ６
が式で得られる制御出力ｕで駆動されて空気ばね１の
内圧が調整され、荷Ｌの高さ位置が制御される。上記
式では図１に示す制御系となり、この制御系において、
目標値追従特性と外乱抑圧特性とを独立して指定可能で
あるので、荷Ｌ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し得る安定なアクティブ除振制御を
実現することができる。Therefore, in the above embodiment, the floor F
The relative height between the load L supported by the air spring 1 on the floor F is detected by the displacement sensor 9, and based on this relative height, the servo valve 6 of the air supply / discharge system for the air spring 1 is detected.
Is controlled by the control output u obtained by the equation to adjust the internal pressure of the air spring 1 and control the height position of the load L. In the above equation, the control system shown in FIG. 1 is obtained. In this control system,
Since the target value tracking characteristic and the disturbance suppression characteristic can be designated independently, it is possible to realize stable active vibration isolation control capable of simultaneously satisfying both the rapid response of the positioning of the load L and a large damping effect. .
【００２７】すなわち、目標値追従特性は、相対高さ目
標値Ｘｒを安定化フィルタＦとＰｎの逆伝達関数Ｐｎ-1
とを介して次元変換を行い、サーボバルブ６への制御出
力に加える。そして、安定化フィルタにより希望する目
標値追従特性の伝達関数Ｆを任意に選ぶことができる。That is, the target value following characteristic is obtained by setting the relative height target value Xr to the inverse transfer function Pn -1 of the stabilizing filters F and Pn.
Dimensional conversion is performed via and is added to the control output to the servo valve 6. Then, the transfer function F of the desired target value tracking characteristic can be arbitrarily selected by the stabilizing filter.
【００２８】一方、外乱抑圧特性は、出力Ｘを逆プラン
トにより制御出力の次元に直して、実際の制御出力との
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。相補感度関数Ｔは、Ｔが略「１」
のときに優れた外乱抑圧特性が得られる反面、観測雑音
ξの出力Ｘへの影響が大きくなる。また逆に、Ｔが略
「０」のときは観測雑音ξの出力Ｘへの影響は小さくな
るが、外乱ｄの出力Ｘへの影響が大きくなる。On the other hand, for the disturbance suppression characteristic, the output X is corrected to the dimension of the control output by the inverse plant, the error from the actual control output, that is, the estimated disturbance is obtained, and is fed back via the complementary sensitivity function T. In the complementary sensitivity function T, T is approximately “1”
In this case, the excellent disturbance suppression characteristic can be obtained, but the influence of the observation noise ξ on the output X becomes large. On the contrary, when T is approximately “0”, the influence of the observation noise ξ on the output X is small, but the influence of the disturbance d on the output X is large.
【００２９】因みに、図３は上記実施例１において、荷
Ｌにインパルス状外乱を与えたときの荷Ｌの変位波形
（図３（ａ））と、空気ばね１への空気の出入りを止め
たいわゆるパッシブな状態で同様のインパルス状外乱を
与えたときの変位波形（図３（ｂ））とを示しており、
これによれば非常に大きな外乱抑圧特性が得られている
ことが判る。Incidentally, FIG. 3 shows the displacement waveform (FIG. 3A) of the load L when the load L is subjected to the impulse-like disturbance in the first embodiment, and the air flow into and out of the air spring 1 is stopped. It shows a displacement waveform (Fig. 3 (b)) when a similar impulse-like disturbance is applied in a so-called passive state,
According to this, it can be seen that a very large disturbance suppression characteristic is obtained.
【００３０】また、図４は高さ目標値を０mmから１mmに
ステップ状に変化させたときの変位波で、この変位波は
約１秒で目標値に到達しており、目標値追従特性も極め
て良好であることが判る。FIG. 4 shows a displacement wave when the height target value is changed stepwise from 0 mm to 1 mm. The displacement wave reaches the target value in about 1 second, and the target value tracking characteristic is also shown. It turns out that it is extremely good.
【００３１】（実施例２）図５は本発明の実施例２を示
し（尚、以下の各実施例では、図２と同じ部分について
は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記
実施例１では荷Ｌの高さ位置を検出する変位センサ９の
みであるのに対し、荷Ｌの振動を検出する振動センサ１
２を追加し、この振動センサ１２の出力信号を制御装置
１１に入力させることにより、荷Ｌの加速度或いは速度
の信号をフィードバックして制御信号に加えている。す
なわち、制御装置１１は、ノミナルモデルの伝達関数Ｐ
n に、上記振動センサ１２により検出される荷Ｌの振動
速度又は加速度のフィードバック補償効果を含んだ構成
とされている。(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention (in each of the following embodiments, the same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and their detailed description will be omitted). In the first embodiment described above, only the displacement sensor 9 for detecting the height position of the load L is used, whereas the vibration sensor 1 for detecting the vibration of the load L is used.
2 is added and the output signal of the vibration sensor 12 is input to the control device 11, whereby the acceleration or speed signal of the load L is fed back and added to the control signal. That is, the control device 11 controls the transfer function P of the nominal model.
n is configured to include a feedback compensation effect of the vibration speed or acceleration of the load L detected by the vibration sensor 12.
【００３２】この実施例２では、ノミナルモデルの伝達
関数Ｐn に荷Ｌの振動速度又は加速度のフィードバック
補償効果が含まれているので、荷Ｌの加速度の場合、図
６に示すように振動伝達率を「１」以下にするスカイフ
ックダンパ効果により、また荷Ｌの振動速度の場合、図
７に示す如く低周波での振動伝達率を「１」以下にする
スカイフックスプリング効果によりそれぞれさらに大き
な制振効果が得られる。尚、図６中、ＫA は加速度フィ
ードバックゲイン、また図７中、ＫV は速度フィードバ
ックゲインである。In the second embodiment, since the transfer function Pn of the nominal model includes the feedback compensation effect of the vibration speed or acceleration of the load L, in the case of the acceleration of the load L, the vibration transfer rate is as shown in FIG. Due to the skyhook damper effect that reduces the value of "1" or less, and in the case of the vibration speed of the load L, the skyhook spring effect that reduces the vibration transmissibility at low frequencies to "1" or less, as shown in FIG. A vibration effect is obtained. In FIG. 6, KA is an acceleration feedback gain, and in FIG. 7, KV is a velocity feedback gain.
【００３３】（実施例３）図８は実施例３を示し、上記
実施例１の構成に加え、空気ばね１の内圧を検出する圧
力センサ１３を追加し、この圧力センサ１３の出力信号
を制御装置１１に入力させて、空気ばね１の内圧の信号
をフィードバックして制御信号に加えており、制御装置
１１は、ノミナルモデルの伝達関数Ｐn に、圧力センサ
１３により検出される空気ばね１の内圧のフィードバッ
ク補償効果を含んだ構成とされている。(Third Embodiment) FIG. 8 shows a third embodiment. In addition to the structure of the first embodiment, a pressure sensor 13 for detecting the internal pressure of the air spring 1 is added and the output signal of the pressure sensor 13 is controlled. The internal pressure signal of the air spring 1 is fed back to the device 11 and is fed back to the control signal. The control device 11 adds the internal pressure of the air spring 1 detected by the pressure sensor 13 to the transfer function Pn of the nominal model. The feedback compensation effect is included.
【００３４】したがって、この実施例３の場合、伝達関
数Ｐn に空気ばね１の内圧のフィードバック補償効果が
含まれているので、上記加速度フィードバックと同様
に、図９に示す如く振動伝達率を「１」以下にするスカ
イフックダンパ効果が得られ、大きな減衰効果を奏する
ことができる。尚、図９中、ＫP は圧力フィードバック
ゲインである。Therefore, in the case of the third embodiment, since the transfer function Pn includes the feedback compensation effect of the internal pressure of the air spring 1, the vibration transmissibility is "1" as shown in FIG. The skyhook damper effect below can be obtained, and a large damping effect can be achieved. In FIG. 9, KP is a pressure feedback gain.
【００３５】尚、上記実施例３において、圧力センサ１
３の信号を積分してフィードバックすると、上記速度の
フィードバックと同様にスカイフックスプリング効果が
得られる。In the third embodiment, the pressure sensor 1
When the signal of No. 3 is integrated and fed back, the skyhook spring effect can be obtained as in the case of the above-mentioned speed feedback.
【００３６】また、上記各実施例は１個の空気ばね１の
制御であるが、通常行われる如く３個以上の空気ばねを
用いて荷Ｌを支持するようにしてもよい。その場合は制
御装置１１は３系統必要となる。Although each of the above-described embodiments controls one air spring 1, the load L may be supported by using three or more air springs as is normally done. In that case, three control devices 11 are required.
【００３７】さらに、上記各実施例は上下方向のみの制
御であるが、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たりして、水平方向の制御
を行うことも可能である。Further, in each of the above-described embodiments, the control is performed only in the vertical direction, but it is also possible to perform horizontal control by making two air springs face each other or one air spring and a return spring face each other. It is possible.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は２の
発明によると、設置対象物と設置対象物上に空気ばねを
介して支持される荷との間の相対高さを検出し、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を設
置対象物及び荷間の相対高さに基づいて駆動して空気ば
ねの内圧を調整し、荷の位置と振動とを制御する場合に
おいて、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、設置対象物及び荷間の
相対高さ目標値Ｘr 及び上記検出された相対高さＸに基
づき、サーボバルブへの制御出力ｕを式ｕ＝Ｆ・Ｐn -1
・Ｘr −Ｔ・（Ｐn -1・Ｘ−ｕ）で設定して、目標値追
従特性と外乱抑圧特性とを独立して指定可能としたこと
により、荷の位置決めの速応性と大きな制振効果との双
方を同時に満たし得る安定なアクティブ除振制御が実現
できる。As described above, according to the invention of claim 1 or 2, the relative height between the installation object and the load supported on the installation object via the air spring is detected, When the servo valve arranged in the air supply / discharge system for the air spring is driven based on the relative height between the installation target and the load to adjust the internal pressure of the air spring and to control the position and vibration of the load. , The transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the control output to the servo valve to the displacement of the load
Based on the relative height target value Xr between the object to be installed and the load and the detected relative height X using the inverse transfer function Pn −1 of the above , the transfer function F of the desired target value following characteristic and the complementary sensitivity function T. , The control output u to the servo valve is expressed by the equation u = F · Pn -1
・ By setting Xr-T ・ (Pn -1・ X-u) so that the target value tracking characteristic and the disturbance suppression characteristic can be specified independently, rapid response of load positioning and great damping effect It is possible to realize stable active anti-vibration control that can satisfy both of these conditions.
【００３９】請求項４の発明では、ノミナルモデルの伝
達関数Ｐn に荷の振動加速度のフィードバック補償効果
が含まれる構成とした。また、請求項５の発明では、伝
達関数Ｐn に空気ばねの内圧のフィードバック補償効果
が含まれる構成とした。これら発明によれば、振動伝達
率を「１」以下にでき、大きな減衰効果が得られる。According to the fourth aspect of the invention, the transfer function Pn of the nominal model includes the feedback compensation effect of the vibration acceleration of the load. Further, in the invention of claim 5, the transfer function Pn includes a feedback compensation effect of the internal pressure of the air spring. According to these inventions, the vibration transmissibility can be set to "1" or less, and a large damping effect can be obtained.
【００４０】また、請求項３の発明では、伝達関数Ｐn
に荷の振動速度のフィードバック補償効果が含まれる構
成としたことにより、低周波での振動伝達率を「１」以
下にでき、大きな減衰効果が得られる。In the third aspect of the invention, the transfer function Pn
With the configuration in which the feedback compensation effect of the vibration velocity of the load is included, the vibration transmissibility at low frequencies can be set to "1" or less, and a large damping effect can be obtained.
【００４１】請求項６の発明によると、相補感度関数Ｔ
を低域通過フィルタで構成したので、低周波域で略
「１」となり、高周波域で略「０」となる特性の相補感
度関数Ｔが具体的に容易に得られる。According to the invention of claim 6, the complementary sensitivity function T
Since it is composed of a low-pass filter, a complementary sensitivity function T having a characteristic of approximately "1" in the low frequency region and approximately "0" in the high frequency region can be specifically and easily obtained.
【図１】本発明の制御方法の基本原理を示すブロック線
図である。FIG. 1 is a block diagram showing the basic principle of a control method of the present invention.
【図２】本発明の実施例１の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例１における外乱抑圧特性を示す
特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a disturbance suppression characteristic in the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例１における目標値追従特性を示
す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a target value tracking characteristic according to the first embodiment of the present invention.
【図５】実施例２を示す図２相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2 showing a second embodiment.
【図６】実施例２において加速度フィードバックによる
振動伝達率を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a vibration transmissibility by acceleration feedback in the second embodiment.
【図７】実施例２において速度フィードバックによる振
動伝達率を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a vibration transmissibility by velocity feedback in Example 2.
【図８】実施例３を示す図２相当図である。FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 2 showing a third embodiment.
【図９】実施例３において圧力フィードバックによる振
動伝達率を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a vibration transmissibility by pressure feedback in Example 3.
Ａ アクティブ除振装置 １ 空気ばね ６ サーボバルブ ９ 変位センサ（変位検出手段） １１ 制御装置（制御手段） １２ 振動センサ（速度検出手段、加速度検出手段） １３ 圧力センサ（圧力検出手段） Ｆ 床（設置対象物） Ｌ 荷 A active vibration isolation device 1 air spring 6 servo valve 9 displacement sensor (displacement detection means) 11 control device (control means) 12 vibration sensor (speed detection means, acceleration detection means) 13 pressure sensor (pressure detection means) F floor (installation Object) L load
Claims (6)
を介して支持される荷との間の相対高さを検出し、上記
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
ブを上記設置対象物及び荷間の相対高さに基づいて駆動
して空気ばねの内圧を調整し、荷の位置と振動とを制御
するアクティブ除振方法であって、 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、設置対象物及び荷間の相対高さ
目標値Ｘr 及び上記検出された相対高さＸに基づき、サ
ーボバルブへの制御出力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
とを独立して指定可能としたことを特徴とするアクティ
ブ除振方法。1. A servo which detects a relative height between an object to be installed and a load supported on the object to be installed via an air spring, and which is arranged in an air supply / discharge system for the air spring. An active vibration isolation method in which the valve is driven based on the relative height between the object to be installed and the load to adjust the internal pressure of the air spring, and the position and vibration of the load are controlled. Between the installation target and the load using the inverse transfer function Pn -1 of the transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the load to the displacement of the load, the transfer function F of the desired target value following characteristic and the complementary sensitivity function T. based on the relative height target value Xr and the detected relative height X, the control output u to the servo valve by the formula u = F · Pn -1 · Xr -T · (Pn -1 · X-u) By setting the target value tracking characteristics and disturbance suppression characteristics independently Active anti-vibration method is characterized in that the capacity.
該空気ばねに支持される荷と、上記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、上記設置対象
物及び荷間の相対高さを検出する変位検出手段と、該変
位検出手段の出力信号に基づき上記サーボバルブを駆動
して空気ばねの内圧を調整し、荷の位置と振動とを制御
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、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、設置対象物及
び荷間の相対高さ目標値Ｘr 及び上記変位検出手段によ
り検出された相対高さＸに基づき、上記サーボバルブへ
の制御出力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
とを独立して指定可能な２自由度制御系を構成している
ことを特徴とするアクティブ除振装置。2. An air spring installed on an object to be installed,
A load supported by the air spring, a servo valve arranged in an air supply / discharge system for the air spring, a displacement detection unit for detecting a relative height between the installation target and the load, and the displacement detection An active vibration isolation device comprising a control means for driving the servo valve based on an output signal of the means to adjust the internal pressure of an air spring and controlling the position and vibration of the load, wherein the control means is a servo Installation using the inverse transfer function Pn -1 of the transfer function Pn of the nominal model set based on the actual machine from the control output to the valve to the displacement of the load, the transfer function F of the desired target value following characteristic and the complementary sensitivity function T based on the relative height X detected by the relative height target value Xr and the displacement detecting means between the object and the load, wherein u = F · Pn -1 · Xr -T · a control output u to the servo valve Set with (Pn -1 Xu) As a result, the active vibration isolation device is characterized by forming a two-degree-of-freedom control system capable of independently designating the target value tracking characteristic and the disturbance suppression characteristic.
いて、 荷の振動速度を検出する速度検出手段を設け、 制御手段は、ノミナルモデルの伝達関数Ｐn に、上記速
度検出手段により検出される荷の振動速度のフィードバ
ック補償効果を含んだ構成としたことを特徴とするアク
ティブ除振装置。3. The active vibration isolator according to claim 2, further comprising speed detecting means for detecting a vibration speed of the load, wherein the control means detects a load detected by the speed detecting means in a transfer function Pn of the nominal model. Active vibration isolation device having a configuration including a feedback compensation effect of the vibration velocity of the.
いて、 荷の振動加速度を検出する加速度検出手段を設け、 制御手段は、ノミナルモデルの伝達関数Ｐn に、上記加
速度検出手段により検出される荷の振動加速度のフィー
ドバック補償効果を含んだ構成としたことを特徴とする
アクティブ除振装置。4. The active vibration isolator according to claim 2, further comprising acceleration detecting means for detecting a vibration acceleration of the load, wherein the control means detects a load detected by the acceleration detecting means in a transfer function Pn of the nominal model. Active vibration isolation device having a configuration including a feedback compensation effect of the vibration acceleration of the above.
振装置において、 空気ばねの内圧を検出する圧力検出手段を設け、 制御手段は、ノミナルモデルの伝達関数Ｐn に、上記圧
力検出手段により検出される空気ばねの内圧のフィード
バック補償効果を含んだ構成としたことを特徴とするア
クティブ除振装置。5. The active vibration isolator according to claim 2, 3 or 4, wherein pressure detection means for detecting the internal pressure of the air spring is provided, and the control means uses the pressure detection means for the transfer function Pn of the nominal model. An active vibration isolation device having a configuration including a feedback compensation effect of the detected internal pressure of an air spring.
ブ除振装置において、 相補感度関数Ｔは低域通過フィルタで構成したことを特
徴とするアクティブ除振装置。6. The active vibration isolator according to claim 2, 3, 4 or 5, wherein the complementary sensitivity function T comprises a low pass filter.
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|---|---|---|---|
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| US6286644B1 (en) | 1999-01-18 | 2001-09-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Active vibration isolator, exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method |
| WO2001089911A1 (en) * | 2000-05-25 | 2001-11-29 | Nsk Ltd. | Controller for motor power steering system |
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