JPH06200978A - Active vibration isolating device - Google Patents

Active vibration isolating device

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Publication number
JPH06200978A
JPH06200978A JP34943992A JP34943992A JPH06200978A JP H06200978 A JPH06200978 A JP H06200978A JP 34943992 A JP34943992 A JP 34943992A JP 34943992 A JP34943992 A JP 34943992A JP H06200978 A JPH06200978 A JP H06200978A
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JP
Japan
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vibration
sensor
controlled object
sensors
angular velocity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP34943992A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Yokoyama
武男 横山
Kimio Uchida
公夫 内田
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SWCC Corp
Original Assignee
Showa Electric Wire and Cable Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Showa Electric Wire and Cable Co filed Critical Showa Electric Wire and Cable Co
Priority to JP34943992A priority Critical patent/JPH06200978A/en
Publication of JPH06200978A publication Critical patent/JPH06200978A/en
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To remarkably reduce the number of used sensors loaded on an object to be controlled, and simply construct the system constitution. CONSTITUTION:This active vibration isolating device is provided with a plurality of vibration sensors comprising sensors selected among an acceleration sensor 13, a speed sensor, and a displacement sensor 14, and in addition to those selected sensors, angular speed sensors 15a, 15b loaded on a controlled object 12 supported by air springs 11, and also provided with an actuator 16 which is driven by vibration signals a, b, c, d containing angular speed signals from the vibration sensors indicating the vibration of the controlled object, and injects controlling force whose direction is opposite to the direction of the vibration into the controlled object.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアクティブ振動絶縁装置
に関し、特に、制御対象物に搭載されるセンサの使用数
を低減し、システム構成を簡便にしてシステムセットを
廉価にしたアクティブ振動絶縁装置に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active vibration isolator, and more particularly to an active vibration isolator in which the number of sensors mounted on a controlled object is reduced, the system configuration is simplified and the system set is inexpensive. Involve

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、空気バネとダッシュポットを
使用し、空気バネで支持された精密機器が搭載された定
盤のような制御対象物をパッシブに制御するパッシブ振
動絶縁装置が知られている。一般に、このようなパッシ
ブ振動絶縁装置は、垂直方向1軸(Z軸)モデルとし
て、次のように考えられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a passive vibration isolator that uses an air spring and a dashpot to passively control a controlled object such as a surface plate on which precision equipment supported by the air spring is mounted is known. There is. Generally, such a passive vibration isolator is considered as a vertical one-axis (Z-axis) model as follows.

【0003】図7において、基礎または床である設置面
にU=Asinωtの振動があるとき、この系の運動方程式
は次のように表わせる。
In FIG. 7, when there is a vibration of U = Asinωt on the installation surface which is the foundation or the floor, the equation of motion of this system can be expressed as follows.

【0004】[0004]

【数1】 [Equation 1]

【0005】なお、zは垂直方向位置、mは制御対象物
の質量、kは空気バネのバネ定数、cはダッシュポット
の粘性減衰定数である。(1)式をラプラス変換して
Note that z is the vertical position, m is the mass of the object to be controlled, k is the spring constant of the air spring, and c is the viscous damping constant of the dashpot. Laplace transform equation (1)

【0006】[0006]

【数2】 [Equation 2]

【0007】[0007]

【数3】 [Equation 3]

【0008】ここでWhere

【0009】[0009]

【数4】 [Equation 4]

【0010】[0010]

【数5】 [Equation 5]

【0011】とおくと[0011]

【0012】[0012]

【数6】 [Equation 6]

【0013】(2)式より振動伝達率(伝達関数の絶対
値)τは
From equation (2), the vibration transmissibility (absolute value of transfer function) τ is

【0014】[0014]

【数7】 [Equation 7]

【0015】となる。(3)式をグラフに示すと図8に
なる。図8から明らかなように、減衰定数cが小なると
き、正規化周波数(ω/ωn)が1以上での除振効果は
大きいが、共振が大になる。又、cが大なるときは、共
振は0dBに近づくが、正規化周波数1以上での除振効果
は少なくなる。
[0015] FIG. 8 is a graph showing the equation (3). As is clear from FIG. 8, when the damping constant c is small, the vibration isolation effect is large when the normalized frequency (ω / ω n ) is 1 or more, but the resonance is large. Further, when c becomes large, the resonance approaches 0 dB, but the vibration isolation effect at the normalized frequency of 1 or more becomes small.

【0016】以上の相反する事項を除くため、最近、パ
ッシブ振動絶縁装置に代えて、制御対象物をアクティブ
に制御するアクティブまたはセミアクティブ振動絶縁装
置が採用されつつある。このアクティブ振動絶縁装置
は、除振系のパラメータを外部からコントロールして共
振が全くなく、かつ正規化周波数が1以上でも除振効果
の大なる除振台を実現せんとするものである。このアク
ティブ振動絶縁装置は、制御対象物に振動センサを搭載
して振動を検出し、この振動信号によって振動絶縁装置
にアクチュエータからエネルギーを注入し、線形フィー
ドバック制御や線形フィードフォワード制御の理論を用
いて振動絶縁装置の除振或いは絶縁効果を積極的に高め
ようとするものである。
In order to eliminate the above conflicting matters, recently, an active or semi-active vibration isolator that actively controls an object to be controlled is being adopted in place of the passive vibration isolator. The active vibration isolator controls the parameters of the vibration isolation system from the outside, has no resonance, and realizes a vibration isolation table having a large vibration isolation effect even if the normalized frequency is 1 or more. This active vibration isolator detects the vibration by mounting a vibration sensor on the controlled object, injects energy from the actuator into the vibration isolator by this vibration signal, and uses the theory of linear feedback control or linear feedforward control. It is intended to positively enhance the vibration isolation or insulation effect of the vibration isolator.

【0017】現在、市販されているアクティブ振動絶縁
装置は極めて少ないが、これを使用するアクチュエータ
に着目して分類すると、下記の2種類に分けられる。 〈電気式〉制御対象物に振動センサを搭載して振動を検
出し、この振動信号をドライバを介してVcM(ボイス
・コイル・モータ)等の電気によって駆動するアクチュ
エータから振動絶縁装置にエネルギーを注入し、振動絶
縁装置の除振或いは絶縁効果を積極的に高めるものであ
る(特開昭60−121340号公報)。
At present, there are very few active vibration isolation devices on the market, but if they are classified by focusing on the actuators using them, they can be classified into the following two types. <Electrical type> A vibration sensor is mounted on the controlled object to detect vibration, and this vibration signal is injected into the vibration isolation device from an actuator driven by electricity such as VcM (voice coil motor) via a driver. However, the vibration isolation or isolation effect of the vibration isolator is positively enhanced (Japanese Patent Laid-Open No. 60-121340).

【0018】〈空圧式〉制御対象物に振動センサを搭載
して振動を検出し、この振動信号を電気空圧変換器によ
って電気空圧信号に変え、サーボバルブを開閉し、空気
を空気バネに注入することにより空気バネをアクチュエ
ータとして使用し、振動絶縁装置の除振或いは絶縁効果
を積極的に高めるものである(特開平2−21311号
公報)。
<Pneumatic type> A vibration sensor is mounted on the controlled object to detect vibration, and this vibration signal is converted into an electro-pneumatic signal by an electro-pneumatic converter, and the servo valve is opened and closed to turn air into an air spring. By injecting, the air spring is used as an actuator to positively enhance the vibration isolation or insulation effect of the vibration isolator (JP-A-2-21311).

【0019】アクティブコントロールによる垂直1軸モ
デルを図9に示す。このモデルにおいて、mなる質量の
制御対象物に振動センサSEを搭載して振動を検出し、
この振動信号を加速度制御ゲインGm、速度制御ゲイン
c、変位制御ゲインGkを有するコントローラCoから
VCM(ボイス・コイル・モータ)等の電気式アクチュ
エータまたは図に示すサーボバルブSV、制御用空気バ
ネによる空圧式によるアクチュエータでフイードバック
のアクティブコントロールを行なう。
FIG. 9 shows a vertical uniaxial model with active control. In this model, a vibration sensor SE is mounted on a controlled object having a mass of m to detect vibration,
This vibration signal is transmitted from a controller Co having an acceleration control gain G m , a velocity control gain G c , and a displacement control gain G k to an electric actuator such as a VCM (voice coil motor) or a servo valve SV shown in the figure, a control air. Active control of feedback is performed by a pneumatic actuator using a spring.

【0020】図9に示す系の運動方程式はThe equation of motion of the system shown in FIG. 9 is

【0021】[0021]

【数8】 [Equation 8]

【0022】ここでフィードバック信号fはフィードバ
ック制御を表わし
Here, the feedback signal f represents the feedback control.

【0023】[0023]

【数9】 [Equation 9]

【0024】とおくと(5)式はPutting the equation (5),

【0025】[0025]

【数10】 [Equation 10]

【0026】さらにラプラス変換するとFurther Laplace transform

【0027】[0027]

【数11】 [Equation 11]

【0028】[0028]

【数12】 [Equation 12]

【0029】ここでWhere

【0030】[0030]

【数13】 [Equation 13]

【0031】[0031]

【数14】 [Equation 14]

【0032】[0032]

【数15】 [Equation 15]

【0033】とおくと、振動伝達率τはThe vibration transmissibility τ is

【0034】[0034]

【数16】 [Equation 16]

【0035】となる。(8)式を図に示すと図10を得
る。図10から明らかなように、アクティブ振動絶縁装
置において速度制御のゲインGcが小なるとき、つまり
ζが小なるときには、パッシブ振動絶縁装置の減衰定数
c=1の伝達率と同じになる。しかしGcが大になると
伝達率は0dB以下になり、かつ正規化周波数1以下で
も、パッシブ振動絶縁装置よりも除振効果を大にするこ
とができる。
[0035] FIG. 10 is obtained by showing the equation (8). As is apparent from FIG. 10, when the speed control gain G c in the active vibration isolator is small, that is, when ζ is small, the transmissibility is the same as the damping constant c = 1 of the passive vibration isolator. However, when G c becomes large, the transmissibility becomes 0 dB or less, and even when the normalized frequency is 1 or less, the vibration isolation effect can be made larger than that of the passive vibration isolator.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】このアクティブ振動絶
縁装置では、説明を簡略化するために図9に示す垂直方
向1軸(Z軸)のみについて考えると、その構成は図1
1に示すように定盤のような制御対象物は4隅で空気バ
ネAMで支持され、制御対象物には各空気バネAM部に
おいてそれぞれ加速度センサ、変位センサと、サーボバ
ルブとが搭載され、その各ブロックはコネクタボックス
を介してコントローラCoに接続されている。そのコン
トロールシステムを図12に示す。図12において、3
個の増幅器のゲインGm、Gc、Gk(図9)はそれぞれ
式6のゲインGm、Gc、Gkに等しい。また、変位z−
uは変位センサから得られ、加速度
In this active vibration isolator, considering only one axis in the vertical direction (Z axis) shown in FIG. 9 in order to simplify the explanation, the configuration is as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a controlled object such as a surface plate is supported by air springs AM at four corners, and the controlled object is equipped with an acceleration sensor, a displacement sensor, and a servo valve in each air spring AM section. Each block is connected to the controller Co via a connector box. The control system is shown in FIG. In FIG. 12, 3
The gains G m , G c and G k (FIG. 9) of the individual amplifiers are equal to the gains G m , G c and G k of Equation 6, respectively. Also, the displacement z-
u is the acceleration obtained from the displacement sensor

【0037】[0037]

【外1】 [Outer 1]

【0038】は加速度センサから得られ、速度Is obtained from the acceleration sensor, and

【0039】[0039]

【外2】 [Outside 2]

【0040】は加速度センサからの加速度信号を積分器
で積分して得られる。これらの変位信号、加速度信号、
速度信号はそれぞれゲインGm、Gc、Gkを有する増幅
器で増幅され加算器で基準電圧と比較されサーボバルブ
を開閉して制御用空気バネに空気を給気または排気する
ことにより制御対象物の除振或いは絶縁効果を積極的に
高めるものである。
Is obtained by integrating the acceleration signal from the acceleration sensor with an integrator. These displacement signals, acceleration signals,
The speed signal is amplified by an amplifier having gains G m , G c , and G k , compared with a reference voltage by an adder, and a servo valve is opened / closed to supply or exhaust air to a control air spring to control an object to be controlled. It is intended to positively enhance the vibration isolation or insulation effect of.

【0041】しかしながら、図11から明らかなように
垂直方向1軸(Z軸)のみの制御であっても定盤のよう
な制御対象物の傾き等を考慮すると、コントロール系統
は4チャンネル(CH)必要になってくる。ところが、
これらの変位センサ、加速度センサは極めて高価であ
り、アクティブ振動絶縁装置の普及を阻害しているとい
う難点がある。
However, as is apparent from FIG. 11, even if the control is performed only on one axis (Z axis) in the vertical direction, the control system has four channels (CH) in consideration of the inclination of the controlled object such as the surface plate. You will need it. However,
These displacement sensors and acceleration sensors are extremely expensive and have a drawback that they hinder the popularization of active vibration isolation devices.

【0042】[0042]

【目的】本発明は叙上の難点に鑑みなされたもので、そ
の目的は、制御対象物に搭載されるセンサの使用数を大
幅に低減し、システム構成を簡便にしてシステムセット
を廉価にできるアクティブ振動絶縁装置を提供せんとす
るものである。
[Object] The present invention has been made in view of the above drawbacks, and an object thereof is to significantly reduce the number of sensors mounted on a controlled object, simplify the system configuration, and make the system set inexpensive. An active vibration isolator is provided.

【0043】[0043]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のアクティブ振動絶縁装置は、空気バネで支持
されている制御対象物に、加速度センサ、速度センサ、
変位センサから選ばれたセンサと、角速度センサとから
なる複数個の振動センサを搭載し、制御対象物の振動を
示す振動センサからの角速度信号を含む振動信号により
駆動され制御対象物に振動と逆向きの制御力を注入する
アクチュエータとを備えている。
In order to achieve this object, an active vibration isolator according to the present invention comprises an acceleration sensor, a speed sensor, and a control object supported by an air spring.
It is equipped with a plurality of vibration sensors consisting of a displacement sensor and an angular velocity sensor, and is driven by a vibration signal including the angular velocity signal from the vibration sensor that indicates the vibration of the controlled object And an actuator for injecting a direction control force.

【0044】[0044]

【作用】このように構成されたアクティブ振動絶縁装置
の動作モデルについては、X−X’軸断面での任意実振
動を制御対象物が基準位置から変動位置へ振動したもの
と仮定すると、この振動はX軸方向振動、回転振動、Z
軸方向振動に分解することができる。ここでX軸方向振
動はきわめて小なので省略すると、この任意実振動は制
御対象物中央に位置した加速度センサ、変位センサ、角
速度センサによって検知することができる。同様のこと
がY−Y’軸断面上でも言える。つまり、角速度センサ
2個、変位センサ、加速度センサ各1個で、定盤などの
制御対象物上の任意断面の振動を検知できる。これらの
センサからの角速度信号を含む振動信号によりアクチュ
エータを駆動し、制御対象物にその振動と逆向きの制御
力が注入される。このためセンサとして角速度センサを
使用することにより制御対象物に搭載されるセンサの使
用数が大幅に低減し、システム構成が簡便になってシス
テムセットが廉価になると共に、振動絶縁装置の振動絶
縁性能が大幅に向上する。
With regard to the operation model of the active vibration isolator constructed as described above, assuming that the arbitrary actual vibration in the XX'-axis cross section is the vibration of the controlled object from the reference position to the fluctuation position, this vibration Is X-axis direction vibration, rotational vibration, Z
It can be broken down into axial vibrations. Here, since the X-axis direction vibration is extremely small, if omitted, this arbitrary actual vibration can be detected by the acceleration sensor, the displacement sensor, and the angular velocity sensor located at the center of the controlled object. The same thing can be said on the YY 'axis section. That is, with two angular velocity sensors, one displacement sensor, and one acceleration sensor, it is possible to detect vibration of an arbitrary cross section on a control target such as a surface plate. The actuator is driven by the vibration signal including the angular velocity signals from these sensors, and the control force in the direction opposite to the vibration is injected into the controlled object. Therefore, by using the angular velocity sensor as a sensor, the number of sensors mounted on the controlled object is greatly reduced, the system configuration is simplified, the system set is inexpensive, and the vibration isolation performance of the vibration isolator is reduced. Is greatly improved.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明によるアクティブ振動絶縁装置
の好ましい実施例を図面を参照して説明する。説明の便
宜上、垂直方向1軸(Z軸)のみに適用したアクティブ
振動絶縁装置について説明する。図1において、この垂
直方向1軸(Z軸)のアクティブ振動絶縁装置は、基礎
または床である設置面10上に空気バネ11で支持され
た被除振台または制御対象物12が設けられている。制
御対象物12には加速度センサ13、変位センサ14、
X−X’軸方向の角速度センサ15a、Y−Y’軸方
向の角速度センサ15bからなる複数個の振動センサが
搭載されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of an active vibration isolator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. For the sake of convenience of explanation, an active vibration isolator applied only to one axis (Z axis) in the vertical direction will be described. In FIG. 1, this vertical uniaxial (Z-axis) active vibration isolator includes a vibration isolation table or a control target 12 supported by an air spring 11 on an installation surface 10 which is a foundation or a floor. There is. The controlled object 12 includes an acceleration sensor 13, a displacement sensor 14,
A plurality of vibration sensors including an angular velocity sensor 15a in the XX 'axis direction and an angular velocity sensor 15b in the YY' axis direction are mounted.

【0046】図2に示すように、加速度センサ13、変
位センサ14は制御対象物12の中央部に1組、角速度
センサ15a、角速度センサ15bは同じく制御対象物
12の中央部にX−X’軸方向、Y−Y’軸方向にそれ
ぞれ搭載されている。この加速度センサ13としては、
例えば、公知の加速度センサもしくは速度センサ等が採
用できる。なお、加速度センサ13として速度センサが
使用されている場合に、加速度信号は、速度を1回微分
することにより得られる。また、加速度センサ13とし
て加速度センサが使用されている場合に、速度信号は加
速度を1回積分することにより得られる。
As shown in FIG. 2, one set of the acceleration sensor 13 and the displacement sensor 14 is provided in the central portion of the controlled object 12, and the angular velocity sensor 15a and the angular velocity sensor 15b are also provided in the central portion of the controlled object 12 XX '. They are mounted in the axial direction and the YY 'axial direction, respectively. As the acceleration sensor 13,
For example, a known acceleration sensor or speed sensor can be adopted. When a speed sensor is used as the acceleration sensor 13, the acceleration signal is obtained by differentiating the speed once. When an acceleration sensor is used as the acceleration sensor 13, the velocity signal is obtained by integrating the acceleration once.

【0047】変位センサ14は、制御対象物12と空気
バネ11の設置面10間でその垂直方向の相対変位を検
出するものである。この変位センサ14としては、非接
触型のセンサが使用でき、例えば、渦電流素子、差動ト
ランス、LED、レーザー素子等が採用できる。角速度
センサ15a、角速度センサ15bとしては、公知の振
動ジャイロ、光ファイバジャイロ、機械式ジャイロ等の
ジャイロが採用できる。
The displacement sensor 14 detects the relative displacement in the vertical direction between the controlled object 12 and the installation surface 10 of the air spring 11. A non-contact type sensor can be used as the displacement sensor 14, and for example, an eddy current element, a differential transformer, an LED, a laser element, or the like can be adopted. As the angular velocity sensor 15a and the angular velocity sensor 15b, a gyro such as a known vibration gyro, optical fiber gyro, or mechanical gyro can be adopted.

【0048】ここで、制御対象物12とは、定盤のよう
な被除振台のみならず、これに搭載された電子顕微鏡や
IC、LSIの製造装置であるステッパ等の精密機器が
含まれるものであり、この場合、加速度センサ13、変
位センサ14、角速度センサ15a、角速度センサ15
bはこのような精密機器自体に搭載してもよい。また、
このアクティブ振動絶縁装置は、制御対象物12の振動
を示すこれらの振動センサからの角速度信号を含む振動
信号a、b、c、dによりコントローラCoを介して駆
動され制御対象物12にその振動と逆向きの制御力を注
入するアクチュエータ16を備えている。
Here, the controlled object 12 includes not only a table to be isolated such as a surface plate but also precision equipment such as an electron microscope, an IC, and a stepper which is a manufacturing device of LSI mounted on the table. In this case, the acceleration sensor 13, the displacement sensor 14, the angular velocity sensor 15a, the angular velocity sensor 15
b may be mounted on such precision equipment itself. Also,
This active vibration isolator is driven via the controller Co by the vibration signals a, b, c, d including the angular velocity signals from these vibration sensors indicating the vibration of the controlled object 12, and the controlled object 12 receives the vibration. An actuator 16 for injecting a reverse control force is provided.

【0049】アクチュエータ16は、図示の例において
制御対象物12を支持する空気バネ11と、コントロー
ラCoにより空気バネ11に空気を給排気し、制御対象
物12にその振動と逆向きの制御力を注入するサーボバ
ルブ17とから構成されている。このサーボバルブ17
にはコンプレッサ(図示せず)などの空圧源から圧縮さ
れた空気が印加されている。このサーボバルブ17とし
ては電気空圧比例バルブ、空圧アナログバルブ等も採用
できる。アクチュエータ16としては、空気バネの他、
空圧シリンダ等の空圧式アクチュエータが採用され、ま
たVCM(ボイス・コイル・モータ)等の電気によって
駆動する電気式アクチュエータも使用できる。
In the illustrated example, the actuator 16 supplies and exhausts air to and from the air spring 11 that supports the controlled object 12 and the controller Co, and applies a control force to the controlled object 12 in the direction opposite to its vibration. Servo valve 17 for injection. This servo valve 17
The air compressed by an air pressure source such as a compressor (not shown) is applied to. As the servo valve 17, an electro-pneumatic proportional valve, a pneumatic analog valve, or the like can be adopted. As the actuator 16, in addition to the air spring,
A pneumatic actuator such as a pneumatic cylinder is adopted, and an electric actuator such as a VCM (voice coil motor) that is driven by electricity can also be used.

【0050】図2に示すように、制御対象物12は4隅
においてそれぞれ1個の空気バネ(AM)11により支
持されており、サーボバルブ17が1個づつ空気バネ
(AM)11に対応して設けられている。図2に示すア
クティブ振動絶縁装置の動作モデルについて、その動作
を簡単に説明するに、図2のX−X’軸断面での任意実
振動を図3(a)のように制御対象物12が基準位置1
2aから変動位置12bへ振動したものと仮定すると、
この振動はX軸方向振動(図3(b))回転振動(図3
(c))、z方向振動(図3(d))に分解することが
できる。ここでX軸方向振動はきわめて小なので省略す
ると、この任意実振動は図2中央に位置した加速度セン
サ、変位センサ、角速度センサによって検知することが
できる。同様のことがY−Y’軸断面上でも言える。つ
まり、角速度センサ2個、変位センサ、加速度センサ各
1個で、定盤などの制御対象物12上の任意断面の振動
を検知できることになる。
As shown in FIG. 2, the controlled object 12 is supported by one air spring (AM) 11 at each of the four corners, and one servo valve 17 corresponds to each air spring (AM) 11. Is provided. Regarding the operation model of the active vibration isolator shown in FIG. 2, in order to briefly explain the operation, an arbitrary actual vibration in the XX′-axis cross section of FIG. 2 is controlled by the controlled object 12 as shown in FIG. Reference position 1
Assuming that the vibration has occurred from 2a to the fluctuation position 12b,
This vibration is X-axis direction vibration (Fig. 3 (b)) rotational vibration (Fig. 3).
(C)) and z-direction vibration (FIG. 3 (d)). Here, since the X-axis direction vibration is extremely small, if omitted, this arbitrary actual vibration can be detected by the acceleration sensor, the displacement sensor, and the angular velocity sensor located in the center of FIG. The same thing can be said on the YY 'axis section. That is, two angular velocity sensors, one displacement sensor, and one acceleration sensor can detect the vibration of an arbitrary cross section on the controlled object 12 such as a surface plate.

【0051】次に、以上のように構成されたアクティブ
振動絶縁装置に関して構築されたコントローラCoを含
む制御系について図3を参照して説明すると、制御対象
物12の振動を示す加速度センサ13、変位センサ1
4、 X−X’軸方向の角速度センサ15a、Y−Y’
軸方向の角速度センサ15bのうち変位センサ14から
の振動信号bは変位z−uとしてゲインGkを有する増
幅器32で増幅され、加速度センサ13からの振動信号
aはDCカットフイルタ20でDC成分がカットされ、
分岐点23を経てローパスフイルタ26で高周波成分が
カットされ、加速度
Next, a control system including the controller Co constructed with respect to the active vibration isolator constructed as described above will be described with reference to FIG. 3. The acceleration sensor 13 indicating the vibration of the controlled object 12 and the displacement Sensor 1
4, XX′-axis angular velocity sensor 15a, YY ′
Of the axial angular velocity sensor 15b, the vibration signal b from the displacement sensor 14 is amplified by the amplifier 32 having a gain G k as the displacement z-u, and the vibration signal a from the acceleration sensor 13 has a DC component in the DC cut filter 20. Cut,
High-frequency components are cut by the low-pass filter 26 via the branch point 23, and the acceleration

【0052】[0052]

【外3】 [Outside 3]

【0053】としてゲインGmを有する増幅器33で増
幅され、また分岐点23を経て積分器27で積分され速
Is amplified by an amplifier 33 having a gain G m, and is integrated by an integrator 27 via the branch point 23 to obtain the speed.

【0054】[0054]

【外4】 [Outside 4]

【0055】としてゲインGcを有する増幅器34で増
幅される。これらの増幅器32、33、34からの信号
は加算点41で加算されGmz+Gcz+Gk(z−u)
として加算点44に出力される。X−X’軸方向の角速
度センサ15aからの振動信号cはDCカットフイルタ
21でDC成分がカットされ、分岐点24を経て微分器
28で微分され角加速度
Is amplified by an amplifier 34 having a gain G c . Signals from these amplifiers 32, 33 and 34 are added by the summing point 41 G m z + G c z + G k (z-u)
Is output to the addition point 44. The DC component of the vibration signal c from the angular velocity sensor 15a in the X-X'-axis direction is cut by the DC cut filter 21 and is differentiated by the differentiator 28 via the branch point 24 to obtain the angular acceleration.

【0056】[0056]

【外5】 [Outside 5]

【0057】としてゲインmを有する増幅器35で増幅
され、また分岐点24を経て積分器29で積分され角度
∫ωxdtとしてゲインmを有する増幅器36で増幅さ
れ、さらに分岐点24を経て角速度ωxとしてゲインm
を有する増幅器37で増幅される。これらの増幅器3
5、36、37からの信号は加算点42で加算されmω
x+mωx+m∫ωxdtとして加算点44に出力され
る。
Is amplified by an amplifier 35 having a gain m, is integrated by an integrator 29 via a branch point 24, is amplified by an amplifier 36 having a gain m as an angle ∫ω x dt, and is further passed through a branch point 24 to an angular velocity ω. gain m as x
Is amplified by the amplifier 37 having These amplifiers 3
The signals from 5, 36 and 37 are added at the addition point 42 and mω
It is output to the addition point 44 as x + mω x + m∫ω x dt.

【0058】Y−Y’軸方向の角速度センサ15bから
の振動信号dはDCカットフイルタ22でDC成分がカ
ットされ、分岐点25を経て微分器30で微分され角加
速度
The DC component of the vibration signal d from the angular velocity sensor 15b in the Y-Y'-axis direction is cut by the DC cut filter 22 and is differentiated by the differentiator 30 via the branch point 25 to obtain the angular acceleration.

【0059】[0059]

【外6】 [Outside 6]

【0060】としてゲインnを有する増幅器38で増幅
され、また分岐点25を経て積分器31で積分され角度
∫ωYdtとしてゲインnを有する増幅器39で増幅さ
れ、さらに分岐点25を経て角速度ωYとしてゲインn
を有する増幅器40で増幅される。これらの増幅器3
8、39、40からの信号は加算点43で加算されnω
Y+nωY+n∫ωYdtとして加算点44に出力され
る。
Is amplified by an amplifier 38 having a gain n, is integrated by an integrator 31 via a branch point 25, is amplified by an amplifier 39 having a gain n as an angle ∫ω Y dt, and is further passed through a branch point 25 to an angular velocity ω. Gain n as Y
Is amplified by an amplifier 40 having These amplifiers 3
The signals from 8, 39 and 40 are added at the addition point 43 and nω
Y + nω Y + n∫ω Y dt is output to the addition point 44.

【0061】ところで、従来技術のフィードバック信号
f(式(6))に相当するフィードバック信号f’は以
下の如くなる。
By the way, the feedback signal f'corresponding to the feedback signal f of the prior art (equation (6)) is as follows.

【0062】[0062]

【数17】 [Equation 17]

【0063】式(10)において、振動の振巾がきわめ
て小なので回転項をすべてz、z、(z−u)と同じく
z軸方向成分のみで近似すると、
In the equation (10), since the amplitude of vibration is extremely small, if all the rotational terms are approximated by only the z-axis direction component like z, z, (z-u),

【0064】[0064]

【数18】 [Equation 18]

【0065】であることから、式(10)は以下の如く
近似できる。
Therefore, the equation (10) can be approximated as follows.

【0066】[0066]

【数19】 [Formula 19]

【0067】したがって、式(6)と同じ式になり従来
技術のフィードバック信号fと等しくなる。つまり、本
システムのコントロールシステムは従来技術で同様な動
作を示すことを現わしている。このように、コントロー
ラCoの加算点44からはGm’z+Gc’z+GR’な
るフィードバック信号f’が出力されてアクチュエータ
16のサーボバルブ17を駆動して空気バネ11に空気
を給気または排気することにより、制御対象物12にそ
の振動と逆向きの制御力を注入する。
Therefore, the equation becomes the same as the equation (6) and becomes equal to the feedback signal f of the prior art. That is, the control system of the present system exhibits the same operation as in the prior art. In this way, the feedback signal f ′ of G m 'z + G c ' z + G R 'is output from the addition point 44 of the controller Co to drive the servo valve 17 of the actuator 16 to supply or exhaust air to the air spring 11. By doing so, the control force in the direction opposite to the vibration is injected into the controlled object 12.

【0068】このようにして制御対象物12→加速度セ
ンサ13、変位センサ14、 X−X’軸方向の角速度
センサ15a、Y−Y’軸方向の角速度センサ15b→
コントローラCo→アクチュエータ16のサーボバルブ
17→制御対象物12へ至るフィードバックループが形
成されている。なお、このフィードバックループの制御
系は空気バネ11について各チャンネル1CH〜4CH
(図2)毎に設けられている。
In this way, the controlled object 12 → acceleration sensor 13, displacement sensor 14, angular velocity sensor 15a in the XX ′ axis direction, angular velocity sensor 15b in the YY ′ axis direction →
A feedback loop is formed from the controller Co to the servo valve 17 of the actuator 16 to the controlled object 12. The control system of this feedback loop has channels 1CH to 4CH for the air spring 11.
(Fig. 2).

【0069】図2に示すアクティブ振動絶縁装置におい
て、図4に示すコントローラを構成して実験をした結
果、図5に示す伝達関数を得た。なお、参考までに以上
の実施例によるシステムをパッシブ振動絶縁装置につい
て適用した結果得られた伝達関数を図6に示す。両図か
ら明らかなように、パッシブ振動絶縁装置に較べて本発
明によるアクティブ振動絶縁装置によれば振動絶縁が大
幅に改善されている。
In the active vibration isolator shown in FIG. 2, the controller shown in FIG. 4 was constructed, and as a result of the experiment, the transfer function shown in FIG. 5 was obtained. For reference, the transfer function obtained as a result of applying the system according to the above embodiment to the passive vibration isolator is shown in FIG. As is apparent from both figures, the active vibration isolator according to the present invention has a significantly improved vibration isolation compared to the passive vibration isolator.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のアクティブ振動絶縁装置によれば、空気バネで支持
されている制御対象物に、加速度センサ、速度センサ、
変位センサから選ばれたセンサと、角速度センサとから
なる複数個の振動センサを搭載し、制御対象物の振動を
示す振動センサからの角速度信号を含む振動信号により
駆動され制御対象物に振動と逆向きの制御力を注入する
アクチュエータとを備えたことにより、制御対象物に搭
載されるセンサの使用数が大幅に低減され、システム構
成が簡便になってシステムセットが廉価にできる。
As is apparent from the above description, according to the active vibration isolator of the present invention, an acceleration sensor, a speed sensor,
It is equipped with a plurality of vibration sensors consisting of a displacement sensor and an angular velocity sensor, and is driven by a vibration signal including the angular velocity signal from the vibration sensor that indicates the vibration of the controlled object By providing the actuator for injecting the control force of the direction, the number of sensors mounted on the controlled object can be significantly reduced, the system configuration can be simplified, and the system set can be inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例によるアクティブ振動絶縁装置
の説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an active vibration isolator according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるアクティブ振動絶縁装置の制御対
象物に使用される空気バネ、センサ、アクチュエータの
配置図。
FIG. 2 is a layout view of an air spring, a sensor, and an actuator used for a controlled object of the active vibration isolator according to the present invention.

【図3】(a)、(b)、(c)、(d)は本発明によ
るアクティブ振動絶縁装置の制御対象物の動作説明図。
3 (a), (b), (c) and (d) are operation explanatory views of a controlled object of the active vibration isolator according to the present invention.

【図4】本発明によるアクティブ振動絶縁装置について
構築した制御系を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a control system constructed for an active vibration isolator according to the present invention.

【図5】本発明によるアクティブ振動絶縁装置によって
得られた周波数−振動伝達関数特性を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing frequency-vibration transfer function characteristics obtained by the active vibration isolator according to the present invention.

【図6】従来のパッシブ振動絶縁装置によって得られた
周波数−振動伝達関数特性を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing frequency-vibration transfer function characteristics obtained by a conventional passive vibration isolation device.

【図7】従来のパッシブ振動絶縁装置の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional passive vibration isolator.

【図8】従来のパッシブ振動絶縁装置によって得られた
周波数−振動伝達関数特性を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing frequency-vibration transfer function characteristics obtained by a conventional passive vibration isolation device.

【図9】従来のアクティブ振動絶縁装置の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional active vibration isolator.

【図10】従来のアクティブ振動絶縁装置によって得ら
れた周波数−振動伝達関数特性を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing frequency-vibration transfer function characteristics obtained by a conventional active vibration isolator.

【図11】従来のアクティブ振動絶縁装置の制御対象物
に使用される空気バネ、センサ、アクチュエータの配置
図。
FIG. 11 is a layout view of an air spring, a sensor, and an actuator used as a control target object of a conventional active vibration isolator.

【図12】従来のアクティブ振動絶縁装置について構築
した制御系を示すブロック図。
FIG. 12 is a block diagram showing a control system constructed for a conventional active vibration isolator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11……空気バネ 12……制御対象物 13……加速度センサ 14……変位センサ 15a、15b……角速度センサ (振動センサ) 16……アクチュエータ (17……サーボバルブ) a、b、c、d……角速度信号を含む振動信号 11 ... Air spring 12 ... Controlled object 13 ... Acceleration sensor 14 ... Displacement sensor 15a, 15b ... Angular velocity sensor (vibration sensor) 16 ... Actuator (17 ... Servo valve) a, b, c, d ... Vibration signal including angular velocity signal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】空気バネで支持されている制御対象物に、
加速度センサ、速度センサ、変位センサから選ばれたセ
ンサと、角速度センサとからなる複数個の振動センサを
搭載し、前記制御対象物の振動を示す前記振動センサか
らの角速度信号を含む振動信号により駆動され前記制御
対象物に前記振動と逆向きの制御力を注入するアクチュ
エータとを備えたことを特徴とするアクティブ振動絶縁
装置。
1. A controlled object supported by an air spring,
A plurality of vibration sensors including an acceleration sensor, a velocity sensor, and a displacement sensor, and an angular velocity sensor are mounted, and driven by a vibration signal including an angular velocity signal from the vibration sensor, which indicates the vibration of the controlled object. An active vibration isolator, comprising: an actuator for injecting a control force in a direction opposite to the vibration to the controlled object.
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