JPH07317835A - アクティブ除振装置 - Google Patents
アクティブ除振装置Info
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- JPH07317835A JPH07317835A JP13491394A JP13491394A JPH07317835A JP H07317835 A JPH07317835 A JP H07317835A JP 13491394 A JP13491394 A JP 13491394A JP 13491394 A JP13491394 A JP 13491394A JP H07317835 A JPH07317835 A JP H07317835A
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- vibration
- vibration isolation
- control loop
- floor
- sensor
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動制御ループのゲインを抑えたときでも除
振性能を向上させる。 【構成】 除振台１を支持する支持手段３，４と、除振
台１を駆動するアクチュエータ６と、除振台１の振動を
検出する振動センサ７と、除振台１の変位を検出する変
位センサ１１と、振動センサ７の出力を補償してアクチ
ュエータ６を駆動する振動制御ループ８，９，１０と、
変位センサ１１の出力を補償してアクチュエータ６を駆
動する位置制御ループ１１，１２，１０とを備えたアク
ティブ除振装置において、振動センサ７の出力と変位セ
ンサ１１の出力から演算によって得た信号を補償してア
クチュエータ６を駆動する第２の振動制御ループ１３，
１４，１０を設ける。
振性能を向上させる。 【構成】 除振台１を支持する支持手段３，４と、除振
台１を駆動するアクチュエータ６と、除振台１の振動を
検出する振動センサ７と、除振台１の変位を検出する変
位センサ１１と、振動センサ７の出力を補償してアクチ
ュエータ６を駆動する振動制御ループ８，９，１０と、
変位センサ１１の出力を補償してアクチュエータ６を駆
動する位置制御ループ１１，１２，１０とを備えたアク
ティブ除振装置において、振動センサ７の出力と変位セ
ンサ１１の出力から演算によって得た信号を補償してア
クチュエータ６を駆動する第２の振動制御ループ１３，
１４，１０を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡、光学機器
あるいは半導体製造装置などの精密機器を搭載するアク
ティブ除振装置に関する。
あるいは半導体製造装置などの精密機器を搭載するアク
ティブ除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子顕微鏡、光学機器あるいは半導体製
造装置などの精密機器の高精度化に伴い、設置床からこ
れら機器に伝わる微振動をマイクロＧ（ミリｇａｌ）レ
ベルで絶縁する必要が生じている。機器に伝わる微振動
の絶縁を低い周波数から実現するためには、微振動の伝
達経路となる除振支持機構のバネ定数および粘性係数を
できるだけ小さくすればよい。しかし除振支持機構のバ
ネ定数と機器全体の質量で決まる低周波共振が微振動に
より励起されて機器全体の揺れが大きくなるので、むや
みにバネ定数および粘性係数を小さくできない。そのた
めバネ定数をできるだけ小さく設定した後、低周波共振
ピークが大きくならないようダンパなどにより粘性を付
与する。ところがダンパの粘性係数を大きくしていく
と、低周波共振ピークは小さくなるが共振後の周波数に
おける微振動の伝達率（床振動伝達率）が大きくなる。
また、除振台上の精密機器が駆動する場合にもこの低周
波共振は励起されるが、これを小さくするためにはバネ
定数および粘性係数はできるだけ大きい方がよい。この
ように床から伝わる微振動の絶縁（除振）と精密機器の
駆動で発生する振動の抑制（制振）のトレードオフを考
えて、除振支持機構のバネ定数および粘性係数が決定さ
れる。
造装置などの精密機器の高精度化に伴い、設置床からこ
れら機器に伝わる微振動をマイクロＧ（ミリｇａｌ）レ
ベルで絶縁する必要が生じている。機器に伝わる微振動
の絶縁を低い周波数から実現するためには、微振動の伝
達経路となる除振支持機構のバネ定数および粘性係数を
できるだけ小さくすればよい。しかし除振支持機構のバ
ネ定数と機器全体の質量で決まる低周波共振が微振動に
より励起されて機器全体の揺れが大きくなるので、むや
みにバネ定数および粘性係数を小さくできない。そのた
めバネ定数をできるだけ小さく設定した後、低周波共振
ピークが大きくならないようダンパなどにより粘性を付
与する。ところがダンパの粘性係数を大きくしていく
と、低周波共振ピークは小さくなるが共振後の周波数に
おける微振動の伝達率（床振動伝達率）が大きくなる。
また、除振台上の精密機器が駆動する場合にもこの低周
波共振は励起されるが、これを小さくするためにはバネ
定数および粘性係数はできるだけ大きい方がよい。この
ように床から伝わる微振動の絶縁（除振）と精密機器の
駆動で発生する振動の抑制（制振）のトレードオフを考
えて、除振支持機構のバネ定数および粘性係数が決定さ
れる。
【０００３】最近では以上のようなパッシブ除振装置の
トレードオフを解消するために、アクティブ除振装置が
実用化されている。これは、除振台の振動をセンサで検
出してフィードバック回路によりアクチュエータあるい
はマスダンパを用いて振動制御を行なう能動式の除振装
置であり、電気的に粘性を付与することで共振後の床振
動伝達率を大きくしないで共振ピークのみを小さくする
ことが可能になる。これにより除振性能と制振性能がと
もに向上する。例えば、特開平１−２１０６３４（「能
動制御精密制振台」）は除振台の振動をセンサで検出
し、制御弁を介して空気バネ内の空気圧を調整すること
により振動制御を行なうもので、空気バネをアクチュエ
ータとした空気圧式アクティブ除振装置である。このよ
うなアクティブ除振装置の制御系は一般に、除振台振動
（例えば加速度）を検出し、主に電気的粘性を付加して
振動を制御する振動制御ループと、除振台と床の相対変
位を検出して除振台のレベル変動を制御する位置制御ル
ープを有する。
トレードオフを解消するために、アクティブ除振装置が
実用化されている。これは、除振台の振動をセンサで検
出してフィードバック回路によりアクチュエータあるい
はマスダンパを用いて振動制御を行なう能動式の除振装
置であり、電気的に粘性を付与することで共振後の床振
動伝達率を大きくしないで共振ピークのみを小さくする
ことが可能になる。これにより除振性能と制振性能がと
もに向上する。例えば、特開平１−２１０６３４（「能
動制御精密制振台」）は除振台の振動をセンサで検出
し、制御弁を介して空気バネ内の空気圧を調整すること
により振動制御を行なうもので、空気バネをアクチュエ
ータとした空気圧式アクティブ除振装置である。このよ
うなアクティブ除振装置の制御系は一般に、除振台振動
（例えば加速度）を検出し、主に電気的粘性を付加して
振動を制御する振動制御ループと、除振台と床の相対変
位を検出して除振台のレベル変動を制御する位置制御ル
ープを有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のアク
ティブ除振装置においては、振動制御ループのゲインを
大きくすれば床振動伝達率の共振ピークを完全に潰すこ
とができる。しかし、除振台上の精密機器の駆動に伴う
大きな振動がフィードバックされるとアクチュエータ駆
動力がすぐに飽和に達してしまい、振動の整定が悪化し
たり制御系が発振するなどの不具合を生じることがあ
る。そのため精密機器の駆動時にも不具合を生じないよ
う振動制御ループのゲインを下げるが、このとき床振動
伝達率も劣化させてしまう。このように、従来のアクテ
ィブ除振装置は、振動制御ループのゲインが除振よりも
制振によって決定されてしまい、必ずしも充分な除振性
能を発揮させることができないという問題があった。
ティブ除振装置においては、振動制御ループのゲインを
大きくすれば床振動伝達率の共振ピークを完全に潰すこ
とができる。しかし、除振台上の精密機器の駆動に伴う
大きな振動がフィードバックされるとアクチュエータ駆
動力がすぐに飽和に達してしまい、振動の整定が悪化し
たり制御系が発振するなどの不具合を生じることがあ
る。そのため精密機器の駆動時にも不具合を生じないよ
う振動制御ループのゲインを下げるが、このとき床振動
伝達率も劣化させてしまう。このように、従来のアクテ
ィブ除振装置は、振動制御ループのゲインが除振よりも
制振によって決定されてしまい、必ずしも充分な除振性
能を発揮させることができないという問題があった。
【０００５】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであり、振動制御ループのゲインを抑えたと
きでも除振性能を向上させることができるアクティブ除
振装置を提供することを目的とする。
されたものであり、振動制御ループのゲインを抑えたと
きでも除振性能を向上させることができるアクティブ除
振装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、除振台を支持する支持手段と、前記除
振台を駆動するアクチュエータと、前記除振台の振動を
検出する振動センサと、前記除振台の変位を検出する変
位センサと、前記振動センサの出力を補償して前記アク
チュエータを駆動する振動制御ループと、前記変位セン
サの出力を補償して前記アクチュエータを駆動する位置
制御ループとを具備するアクティブ除振装置に対して、
前記振動センサの出力と前記変位センサの出力から演算
によって得た信号を補償して前記アクチュエータを駆動
する第２の振動制御ループを設けたことを特徴とする。
め、本発明では、除振台を支持する支持手段と、前記除
振台を駆動するアクチュエータと、前記除振台の振動を
検出する振動センサと、前記除振台の変位を検出する変
位センサと、前記振動センサの出力を補償して前記アク
チュエータを駆動する振動制御ループと、前記変位セン
サの出力を補償して前記アクチュエータを駆動する位置
制御ループとを具備するアクティブ除振装置に対して、
前記振動センサの出力と前記変位センサの出力から演算
によって得た信号を補償して前記アクチュエータを駆動
する第２の振動制御ループを設けたことを特徴とする。
【０００７】本発明の好ましい実施例において、前記振
動センサは加速度センサであり、前記変位センサはレベ
ルセンサであり、前記第２の振動制御ループが演算によ
って得る信号は設置床の振動成分である。すなわち、前
記第２の振動制御ループは、前記設置床の振動によって
生じる前記除振台の振動を制御する床振動制御ループで
ある。この床振動制御ループは、前記設置床の振動が前
記支持手段を介して前記除振台に及ぼす力外乱を打ち消
すように前記アクチュエータを駆動する。
動センサは加速度センサであり、前記変位センサはレベ
ルセンサであり、前記第２の振動制御ループが演算によ
って得る信号は設置床の振動成分である。すなわち、前
記第２の振動制御ループは、前記設置床の振動によって
生じる前記除振台の振動を制御する床振動制御ループで
ある。この床振動制御ループは、前記設置床の振動が前
記支持手段を介して前記除振台に及ぼす力外乱を打ち消
すように前記アクチュエータを駆動する。
【０００８】
【作用】従来のアクティブ除振装置においては、精密機
器の駆動に伴う大きな振動の抑制と床振動の絶縁とが同
一の制御ループによりなされていた。この構成において
は床振動の絶縁（除振）効果と本体振動の抑制（制振）
効果を共に満足させるには限界があった。
器の駆動に伴う大きな振動の抑制と床振動の絶縁とが同
一の制御ループによりなされていた。この構成において
は床振動の絶縁（除振）効果と本体振動の抑制（制振）
効果を共に満足させるには限界があった。
【０００９】そこで本発明では、振動センサの出力をフ
ィードバックする従来からの振動制御ループとは別に振
動センサの出力と変位センサの出力から演算した信号を
フィードバックする第２の振動制御ループを設けてい
る。この第２の振動制御ループは、例えば前記設置床の
振動によって生じる前記除振台の振動を制御する床振動
制御ループであり、その場合、床振動制御ループ内で振
動センサの出力と変位センサの出力を演算して床振動成
分の検出を行ない、床振動が除振支持機構を伝達して除
振台におよぼす力外乱を打ち消すようにアクチュエータ
を駆動する。これにより、振動制御ループのゲインを抑
えたときでも、除振性能の不足分を第２の振動制御ルー
プで補って、除振性能を向上させることができる。
ィードバックする従来からの振動制御ループとは別に振
動センサの出力と変位センサの出力から演算した信号を
フィードバックする第２の振動制御ループを設けてい
る。この第２の振動制御ループは、例えば前記設置床の
振動によって生じる前記除振台の振動を制御する床振動
制御ループであり、その場合、床振動制御ループ内で振
動センサの出力と変位センサの出力を演算して床振動成
分の検出を行ない、床振動が除振支持機構を伝達して除
振台におよぼす力外乱を打ち消すようにアクチュエータ
を駆動する。これにより、振動制御ループのゲインを抑
えたときでも、除振性能の不足分を第２の振動制御ルー
プで補って、除振性能を向上させることができる。
【００１０】
【実施例１】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１１】図１は、本発明の一実施例に係るアクティ
ブ除振装置の構成を示す。同図において、ｘは除振台１
の絶対変位を表わし、ｘ0 は床振動の絶対変位を表わ
す。精密機器２は除振台１の上に搭載されている。Ｍは
除振台１と精密機器２の質量を表わす。ｆd は精密機器
２の駆動によって除振台１に作用する力外乱を表わす。
ブ除振装置の構成を示す。同図において、ｘは除振台１
の絶対変位を表わし、ｘ0 は床振動の絶対変位を表わ
す。精密機器２は除振台１の上に搭載されている。Ｍは
除振台１と精密機器２の質量を表わす。ｆd は精密機器
２の駆動によって除振台１に作用する力外乱を表わす。
【００１２】除振台１は除振支持機構５によって支持さ
れ、除振支持機構５はばね定数Ｋのバネ３と粘性係数Ｃ
のダンパ４によって構成される。６はアクチュエータで
あり、Ａはアクチュエータの動特性を表わす。７は振動
センサであり、除振台１の加速度α（＝ｄ2 ｘ／ｄｔ
2 ）を検出する。この加速度信号はフィルタ８と振動補
償回路９と駆動回路１０を介してアクチュエータ６に伝
達され、アクチュエータ６が駆動される。１１は変位セ
ンサであり、床と除振台の相対変位（ｘ−ｘ0 ）を検出
する。この相対変位信号は位置補償回路１２と駆動回路
１０を介してアクチュエータ６に伝達され、アクチュエ
ータ６が駆動される。１３は演算回路であり、振動セン
サ７の出力と変位センサ１１の出力から床の振動成分
（ここではｘ0 ）を検出する。１４は床振動補償回路で
あり、駆動回路１０を介して除振支持機構５を伝達して
除振台に及ぼされる力外乱を打ち消すようにアクチュエ
ータ６を駆動する。
れ、除振支持機構５はばね定数Ｋのバネ３と粘性係数Ｃ
のダンパ４によって構成される。６はアクチュエータで
あり、Ａはアクチュエータの動特性を表わす。７は振動
センサであり、除振台１の加速度α（＝ｄ2 ｘ／ｄｔ
2 ）を検出する。この加速度信号はフィルタ８と振動補
償回路９と駆動回路１０を介してアクチュエータ６に伝
達され、アクチュエータ６が駆動される。１１は変位セ
ンサであり、床と除振台の相対変位（ｘ−ｘ0 ）を検出
する。この相対変位信号は位置補償回路１２と駆動回路
１０を介してアクチュエータ６に伝達され、アクチュエ
ータ６が駆動される。１３は演算回路であり、振動セン
サ７の出力と変位センサ１１の出力から床の振動成分
（ここではｘ0 ）を検出する。１４は床振動補償回路で
あり、駆動回路１０を介して除振支持機構５を伝達して
除振台に及ぼされる力外乱を打ち消すようにアクチュエ
ータ６を駆動する。
【００１３】図２は、図１に示したアクティブ除振装置
のブロック線図である。ｘ0 は床振動変位、ｆd は精密
機器２の駆動で除振台１に作用する力外乱、ｒは目標値
（＝０）である。Ｇc は位置補償回路１２の伝達関数、
Ｇffは床振動補償回路１４の伝達関数である。
のブロック線図である。ｘ0 は床振動変位、ｆd は精密
機器２の駆動で除振台１に作用する力外乱、ｒは目標値
（＝０）である。Ｇc は位置補償回路１２の伝達関数、
Ｇffは床振動補償回路１４の伝達関数である。
【００１４】床の振動成分（例えばｘ0 ）は、振動セン
サ７で検出された加速度αの２階積分と変位センサ１１
で検出された相対変位（ｘ−ｘ0 ）の差分により得られ
る。
サ７で検出された加速度αの２階積分と変位センサ１１
で検出された相対変位（ｘ−ｘ0 ）の差分により得られ
る。
【００１５】以下では本発明により、振動制御ループの
ゲインを抑えた時でも除振性能を向上させることができ
ることを伝達関数を用いて説明する。
ゲインを抑えた時でも除振性能を向上させることができ
ることを伝達関数を用いて説明する。
【００１６】簡単のために、アクチュエータ６の動特性
を表わす伝達関数Ａは比例要素とする。またフィルタ８
は注目する効果を明確に示すために無視し、振動補償回
路９はゲインＫv の積分補償のみとする。
を表わす伝達関数Ａは比例要素とする。またフィルタ８
は注目する効果を明確に示すために無視し、振動補償回
路９はゲインＫv の積分補償のみとする。
【００１７】この時、除振台１の絶対変位ｘは次式で表
される。
される。
【００１８】
【数１】 上式においてＧffは左辺第一項にしか現われないので、
Ｇc とＫv が最適設定された後、ｘ0 からｘまでの特性
（床振動伝達率ｘ／ｘ0 ）を調整して除振性能の向上を
図ることができることがわかる。
Ｇc とＫv が最適設定された後、ｘ0 からｘまでの特性
（床振動伝達率ｘ／ｘ0 ）を調整して除振性能の向上を
図ることができることがわかる。
【００１９】ここで、ばね３のバネ定数Ｋとダンパ４の
粘性係数Ｃおよびアクチュエータ６の動特性Ａを予め測
定しておき、Ｇffを以下のように選ぶ。
粘性係数Ｃおよびアクチュエータ６の動特性Ａを予め測
定しておき、Ｇffを以下のように選ぶ。
【００２０】
【数２】 つまり除振支持機構５とアクチュエータ６の逆システム
を掛けたものを選ぶ。このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は
以下の式で表される。
を掛けたものを選ぶ。このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は
以下の式で表される。
【００２１】
【数３】 すなわち、除振支持機構５を伝達して除振台１におよぼ
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消すことができる。し
かし実用上は完全な微分要素を実現できないので、Ｇff
は以下のように時定数Ｔf のローパスフィルタを含む疑
似微分要素となる。
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消すことができる。し
かし実用上は完全な微分要素を実現できないので、Ｇff
は以下のように時定数Ｔf のローパスフィルタを含む疑
似微分要素となる。
【００２２】
【数４】 このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は以下の式で表される。
【００２３】
【数５】 上式においても時定数Ｔf を小さくしていけば、除振支
持機構５を伝達して除振台１におよぼす力外乱（Ｃｓ＋
Ｋ）ｘ0 を打ち消せることがわかる。これにより、床振
動伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、その分、除振性
能が向上する。
持機構５を伝達して除振台１におよぼす力外乱（Ｃｓ＋
Ｋ）ｘ0 を打ち消せることがわかる。これにより、床振
動伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、その分、除振性
能が向上する。
【００２４】図３は数値シミュレーションによって本発
明の効果を床振動伝達率ｘ／ｘ0 で示した図で、縦軸は
ゲイン（ｄＢ）、横軸は固有振動数との比を表わす無次
元周波数である。
明の効果を床振動伝達率ｘ／ｘ0 で示した図で、縦軸は
ゲイン（ｄＢ）、横軸は固有振動数との比を表わす無次
元周波数である。
【００２５】図中の破線は、床振動制御ループのない従
来のアクティブ除振装置の床振動伝達率を示す。振動制
御ループと位置制御ループの補償回路は最適設定されて
いるが、精密機器２の駆動時にも発振しないように振動
制御ループのゲインは抑さえられているので、０ｄＢを
超える共振ピークが残る。一方、図中の実線は床振動制
御ループを有する本発明による場合のもので、振動制御
ループと位置制御ループの補償回路を最適設定した後、
床振動補償回路１４のローパスフィルタ時定数Ｔf を調
整したものである。すなわち、床振動制御ループにより
共振周波数前後の広い帯域で床振動伝達率ｘ／ｘ0 が小
さくなり、除振性能を向上させることができる。
来のアクティブ除振装置の床振動伝達率を示す。振動制
御ループと位置制御ループの補償回路は最適設定されて
いるが、精密機器２の駆動時にも発振しないように振動
制御ループのゲインは抑さえられているので、０ｄＢを
超える共振ピークが残る。一方、図中の実線は床振動制
御ループを有する本発明による場合のもので、振動制御
ループと位置制御ループの補償回路を最適設定した後、
床振動補償回路１４のローパスフィルタ時定数Ｔf を調
整したものである。すなわち、床振動制御ループにより
共振周波数前後の広い帯域で床振動伝達率ｘ／ｘ0 が小
さくなり、除振性能を向上させることができる。
【００２６】以上説明したように本実施例では、アクテ
ィブ除振装置において振動制御ループとは別に設けた床
振動制御ループにより床振動成分の検出を行ない、床振
動が除振支持機構を伝達して除振台におよぼす力外乱を
打ち消すようにアクチュエータを駆動する。これによっ
て、従来方式において、振動制御ループのゲインが抑さ
えられている場合でも除振性能を向上させることが可能
となる。また本実施例によれば、共振周波数より低い帯
域から床振動伝達率を０ｄＢ以下にすることができる。
これは従来方式の制御ループ構成ではいかなる調整を行
なっても達成不可能な性能で、本実施例の方式によって
大幅に除振性能を向上させることが可能となる。しか
も、加速度センサや変位センサを新たに必要としないの
で経済的に実施できる。
ィブ除振装置において振動制御ループとは別に設けた床
振動制御ループにより床振動成分の検出を行ない、床振
動が除振支持機構を伝達して除振台におよぼす力外乱を
打ち消すようにアクチュエータを駆動する。これによっ
て、従来方式において、振動制御ループのゲインが抑さ
えられている場合でも除振性能を向上させることが可能
となる。また本実施例によれば、共振周波数より低い帯
域から床振動伝達率を０ｄＢ以下にすることができる。
これは従来方式の制御ループ構成ではいかなる調整を行
なっても達成不可能な性能で、本実施例の方式によって
大幅に除振性能を向上させることが可能となる。しか
も、加速度センサや変位センサを新たに必要としないの
で経済的に実施できる。
【００２７】
【実施例２】実施例１においては垂直方向の制振および
除振を行なう例を示したが、本発明は垂直方向に限ら
ず、水平方向の制振および除振についても同様に実施可
能である。すなわち除振台１を除振支持し、アクチュエ
ータ６を水平方向に設置し、振動センサ７と変位センサ
１０もそれぞれ水平方向成分を検出するよう設置すれば
よい。
除振を行なう例を示したが、本発明は垂直方向に限ら
ず、水平方向の制振および除振についても同様に実施可
能である。すなわち除振台１を除振支持し、アクチュエ
ータ６を水平方向に設置し、振動センサ７と変位センサ
１０もそれぞれ水平方向成分を検出するよう設置すれば
よい。
【００２８】
【実施例３】アクティブ除振装置においては、ダンパ４
の粘性係数Ｃはできるだけ小さく設定して、振動制御ル
ープによって電気的に粘性を与える。このためダンパ４
を伝達する床振動は元々小さい。よって、ばね３を伝達
する床振動による力外乱のみを打ち消すようにしても十
分に性能の改善が図れる。すなわち実施例１におけるＧ
ffを以下のように選んでもよい。
の粘性係数Ｃはできるだけ小さく設定して、振動制御ル
ープによって電気的に粘性を与える。このためダンパ４
を伝達する床振動は元々小さい。よって、ばね３を伝達
する床振動による力外乱のみを打ち消すようにしても十
分に性能の改善が図れる。すなわち実施例１におけるＧ
ffを以下のように選んでもよい。
【００２９】
【数６】 ここでＫffはゲインを表わす。Ｋffを０から１にしてい
けば、ばね３を伝達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｘ
0 を打ち消していくことができる。またこの場合Ｇffは
比例要素となり実現もより容易になる。
けば、ばね３を伝達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｘ
0 を打ち消していくことができる。またこの場合Ｇffは
比例要素となり実現もより容易になる。
【００３０】
【実施例４】上記実施例ではアクチュエータ６の動特性
を表わす伝達関数Ａとして、電磁モータ、ボイスコイル
モータ（ＶＣＭ）などの比例要素（ゲイン）を考えた
が、本発明は別の特性を持つアクチュエータでも実施可
能である。例えば、空気ばね、油圧、空気圧シリンダ等
ではアクチュエータ６の動特性を表わす伝達関数Ａを積
分要素で置き換えればよい。
を表わす伝達関数Ａとして、電磁モータ、ボイスコイル
モータ（ＶＣＭ）などの比例要素（ゲイン）を考えた
が、本発明は別の特性を持つアクチュエータでも実施可
能である。例えば、空気ばね、油圧、空気圧シリンダ等
ではアクチュエータ６の動特性を表わす伝達関数Ａを積
分要素で置き換えればよい。
【００３１】次にＡが積分要素となる場合について伝達
関数を用いて説明する。定数や変数の定義は上記実施例
と同様であるが、Ａは以下のようにゲインＫt の積分要
素で置き換える。
関数を用いて説明する。定数や変数の定義は上記実施例
と同様であるが、Ａは以下のようにゲインＫt の積分要
素で置き換える。
【００３２】
【数７】 また、振動補償回路９は積分補償器ではなく、ゲインＫ
v のみとする。
v のみとする。
【００３３】このとき、除振台１の絶対変位ｘは次式で
表される。
表される。
【００３４】
【数８】 ここで、ばね３のばね定数Ｋとダンパ４の粘性係数Ｃお
よびアクチュエータ６の動特性Ｋt ／ｓを予め測定して
おき、Ｇffを以下のように選ぶ。
よびアクチュエータ６の動特性Ｋt ／ｓを予め測定して
おき、Ｇffを以下のように選ぶ。
【００３５】
【数９】 つまり除振支持機構５とアクチュエータ６の逆システム
を掛けたものを選ぶ。このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は
以下の式で表される。
を掛けたものを選ぶ。このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は
以下の式で表される。
【００３６】
【数１０】 すなわち、除振支持機構５を伝達して除振台１におよぼ
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消すことができる。し
かし実用上は完全な微分要素を実現できないので、Ｇff
は以下のように時定数ｆ1 ，ｆ2 を持つ２次のローパス
フィルタを含む疑似微分要素となる。
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消すことができる。し
かし実用上は完全な微分要素を実現できないので、Ｇff
は以下のように時定数ｆ1 ，ｆ2 を持つ２次のローパス
フィルタを含む疑似微分要素となる。
【００３７】
【数１１】 このとき床振動伝達率ｘ／ｘ0 は以下の式で表される。
【００３８】
【数１２】 上式においてローパスフィルタの時定数ｆ2 を大きくし
ていけば、除振支持機構５を伝達して除振台１におよぼ
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消せることがわかる。
これにより床振動伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、
その分、除振性能が向上する。
ていけば、除振支持機構５を伝達して除振台１におよぼ
す力外乱（Ｃｓ＋Ｋ）ｘ0 を打ち消せることがわかる。
これにより床振動伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、
その分、除振性能が向上する。
【００３９】
【実施例５】また、アクチュエータ６の動特性が積分要
素となる実施例４の構成でも、実施例３と同様にばね３
を伝達する床振動による力外乱のみを打ち消すようにし
ても十分に性能の改善が図れる。すなわちＧffを以下の
ように選ぶ。
素となる実施例４の構成でも、実施例３と同様にばね３
を伝達する床振動による力外乱のみを打ち消すようにし
ても十分に性能の改善が図れる。すなわちＧffを以下の
ように選ぶ。
【００４０】
【数１３】 Ｔf はローパスフィルタの時定数である。このとき床振
動伝達率ｘ／ｘ0 は以下の式で表される。
動伝達率ｘ／ｘ0 は以下の式で表される。
【００４１】
【数１４】 上式において時定数Ｔf を小さくしていけば、ばね３を
伝達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｘ0 が打ち消され
る。すなわち、床振動制御ループにより床振動伝達率ｘ
／ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
伝達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｘ0 が打ち消され
る。すなわち、床振動制御ループにより床振動伝達率ｘ
／ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
【００４２】
【実施例６】上述の実施例１および実施例４において
は、振動センサ７の出力と変位センサ１１の出力から検
出する床の振動成分は床振動変位ｘ0 としたが、床の振
動成分が床振動速度ｖ（＝ｄｘ／ｄｔ）であっても本発
明は実施可能である。アクチュエータ６の動特性が積分
要素となる実施例４の構成を用いて、これを説明する。
は、振動センサ７の出力と変位センサ１１の出力から検
出する床の振動成分は床振動変位ｘ0 としたが、床の振
動成分が床振動速度ｖ（＝ｄｘ／ｄｔ）であっても本発
明は実施可能である。アクチュエータ６の動特性が積分
要素となる実施例４の構成を用いて、これを説明する。
【００４３】図４は、振動センサ７の出力と変位センサ
１１の出力から床振動速度ｖを検出する方法を示したブ
ロック図である。図４の方法で検出される床振動速度ｓ
ｘ0は、振動センサ７で検出された加速度αの１階積分
と変位センサ１１で検出された相対変位（ｘ−ｘ0 ）の
疑似微分との差分より得られる。１５は疑似微分フィル
タを表わす。これを式で示すと以下のようになる。
１１の出力から床振動速度ｖを検出する方法を示したブ
ロック図である。図４の方法で検出される床振動速度ｓ
ｘ0は、振動センサ７で検出された加速度αの１階積分
と変位センサ１１で検出された相対変位（ｘ−ｘ0 ）の
疑似微分との差分より得られる。１５は疑似微分フィル
タを表わす。これを式で示すと以下のようになる。
【００４４】
【数１５】 上式における時定数Ｔ1 を小さくして、注目する帯域近
傍（０．１〜１００Ｈｚ）で十分に床振動速度ｓｘ0 を
検出できるとする。
傍（０．１〜１００Ｈｚ）で十分に床振動速度ｓｘ0 を
検出できるとする。
【００４５】ここで、時定数Ｔ2 のローパスフィルタを
含めて、Ｇffを以下のように選ぶ。
含めて、Ｇffを以下のように選ぶ。
【００４６】
【数１６】 このとき、床振動伝達率ｘ／ｘ0 は以下の式で表され
る。
る。
【００４７】
【数１７】 上式において時定数Ｔ2 を小さくしていけば、除振支持
機構５を伝達して除振台１におよぼす力外乱（Ｃｓ＋
Ｋ）ｘ0 を打ち消すことがわかる。これにより、床振動
伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、その分、除振性能
が向上する。
機構５を伝達して除振台１におよぼす力外乱（Ｃｓ＋
Ｋ）ｘ0 を打ち消すことがわかる。これにより、床振動
伝達率ｘ／ｘ0 を小さくできるので、その分、除振性能
が向上する。
【００４８】床振動制御ループにより床振動伝達率ｘ／
ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
【００４９】
【実施例７】また、実施例６の構成でも、実施例３と同
様にばね３を伝達する床振動による力外乱のみを打ち消
すようにしても十分に性能の改善が図れる。すなわちＧ
ffを以下のように選ぶ。
様にばね３を伝達する床振動による力外乱のみを打ち消
すようにしても十分に性能の改善が図れる。すなわちＧ
ffを以下のように選ぶ。
【００５０】
【数１８】 ここでＫffはゲインを表わす。このとき床振動伝達率ｘ
／ｘ0 は以下の式で表される。
／ｘ0 は以下の式で表される。
【００５１】
【数１９】 上式においてＫffを０から１にしていけば、ばね３を伝
達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｓｘ0 打ち消され
る。すなわち、床振動制御ループにより床振動伝達率ｘ
／ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
達して除振台１におよぼす力外乱Ｋｓｘ0 打ち消され
る。すなわち、床振動制御ループにより床振動伝達率ｘ
／ｘ0 が小さくなり、除振性能を向上させることができ
る。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クティブ除振装置において振動制御ループとは別に振動
センサの出力と変位センサの出力から演算される信号で
アクチュエータを駆動する第２の振動制御ループを設け
ることにより、振動制御ループのゲインが抑さえられて
いる場合でも除振性能を向上させることが可能となる。
また、本発明によれば、前記演算される信号は例えば床
振動などの外部振動であり、その場合、共振周波数より
低い帯域から外部振動の除振台（すなわち搭載機器）へ
の伝達率を０ｄＢ以下にすることができる。これは従来
方式の制御ループ構成ではいかなる調整を行なっても達
成不可能な性能である。本発明の方式によればこれが実
現可能なため、除振性能を大幅に向上させることが可能
となる。しかも、本発明は従来の装置に対し加速度セン
サや変位センサを新たに必要としないので経済的に実施
できる。
クティブ除振装置において振動制御ループとは別に振動
センサの出力と変位センサの出力から演算される信号で
アクチュエータを駆動する第２の振動制御ループを設け
ることにより、振動制御ループのゲインが抑さえられて
いる場合でも除振性能を向上させることが可能となる。
また、本発明によれば、前記演算される信号は例えば床
振動などの外部振動であり、その場合、共振周波数より
低い帯域から外部振動の除振台（すなわち搭載機器）へ
の伝達率を０ｄＢ以下にすることができる。これは従来
方式の制御ループ構成ではいかなる調整を行なっても達
成不可能な性能である。本発明の方式によればこれが実
現可能なため、除振性能を大幅に向上させることが可能
となる。しかも、本発明は従来の装置に対し加速度セン
サや変位センサを新たに必要としないので経済的に実施
できる。
【図１】 本発明の一実施例に係るアクティブ除振装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】 図１の装置のブロック図である。
【図３】 図１の装置の効果を床振動伝達率で示した図
である。
である。
【図４】 本発明の他の実施例における床振動速度の検
出方法を示した図である。
出方法を示した図である。
１：除振台、２：精密機器、３：ばね、４：ダンパ、
５：除振支持機構、６：アクチュエータ、７：振動セン
サ、８：フィルタ、９：振動補償回路、１０：駆動回
路、１１：変位センサ、１２：位置補償回路、１３：演
算回路、１４：床振動補償回路、１５：疑似微分フィル
タ、ｘ：除振台１の絶対変位、ｘ0 ：床振動の絶対変
位、ｆd ：精密機器２の駆動による力外乱、Ｍ：除振台
１と精密機器２の質量、Ｋ：ばね３のばね定数、Ｃ：ダ
ンパ４の粘性係数、Ａ：アクチュエータ６の伝達関数、
Ｋv ：振動補償回路の積分補償器ゲイン、Ｇff：床振動
補償回路の伝達関数。
５：除振支持機構、６：アクチュエータ、７：振動セン
サ、８：フィルタ、９：振動補償回路、１０：駆動回
路、１１：変位センサ、１２：位置補償回路、１３：演
算回路、１４：床振動補償回路、１５：疑似微分フィル
タ、ｘ：除振台１の絶対変位、ｘ0 ：床振動の絶対変
位、ｆd ：精密機器２の駆動による力外乱、Ｍ：除振台
１と精密機器２の質量、Ｋ：ばね３のばね定数、Ｃ：ダ
ンパ４の粘性係数、Ａ：アクチュエータ６の伝達関数、
Ｋv ：振動補償回路の積分補償器ゲイン、Ｇff：床振動
補償回路の伝達関数。
Claims (4)
- 【請求項１】 除振台を支持する支持手段と、前記除振
台を駆動するアクチュエータと、前記除振台の振動を検
出する振動センサと、前記除振台の変位を検出する変位
センサと、前記振動センサの出力を補償して前記アクチ
ュエータを駆動する振動制御ループと、前記変位センサ
の出力を補償して前記アクチュエータを駆動する位置制
御ループとを具備するアクティブ除振装置において、 前記振動センサの出力と前記変位センサの出力から演算
によって得た信号を補償して前記アクチュエータを駆動
する第２の振動制御ループを備えたことを特徴とするア
クティブ除振装置。 - 【請求項２】 前記振動センサは加速度センサであり、
前記変位センサはレベルセンサであり、前記第２の振動
制御ループが演算によって得る信号は設置床の振動成分
であることを特徴とする請求項１記載のアクティブ除振
装置。 - 【請求項３】 前記第２の振動制御ループは、前記設置
床の振動によって生じる前記除振台の振動を制御する床
振動制御ループであることを特徴とする請求項２記載の
アクティブ除振装置。 - 【請求項４】 前記床振動制御ループは、前記設置床の
振動が前記支持手段を介して前記除振台に及ぼす力外乱
を打ち消すように前記アクチュエータを駆動することを
特徴とする請求項３記載のアクティブ除振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13491394A JP3681072B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | アクティブ除振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13491394A JP3681072B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | アクティブ除振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07317835A true JPH07317835A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3681072B2 JP3681072B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=15139468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13491394A Expired - Fee Related JP3681072B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | アクティブ除振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3681072B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019004611A (ja) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | マクセル株式会社 | 無線給電および振動抑制装置 |
| US10948832B2 (en) | 2017-04-06 | 2021-03-16 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic method and apparatus |
| JP2021134823A (ja) * | 2020-02-25 | 2021-09-13 | 株式会社荏原製作所 | 回転機械の防振装置、ポンプ設備、回転機械の防振装置の調整方法 |
| CN117570153A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-20 | 中国电子工程设计院股份有限公司 | 一种双层主动控制隔振方法及装置 |
-
1994
- 1994-05-26 JP JP13491394A patent/JP3681072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10948832B2 (en) | 2017-04-06 | 2021-03-16 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic method and apparatus |
| JP2019004611A (ja) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | マクセル株式会社 | 無線給電および振動抑制装置 |
| JP2021134823A (ja) * | 2020-02-25 | 2021-09-13 | 株式会社荏原製作所 | 回転機械の防振装置、ポンプ設備、回転機械の防振装置の調整方法 |
| CN117570153A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-20 | 中国电子工程设计院股份有限公司 | 一种双层主动控制隔振方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3681072B2 (ja) | 2005-08-10 |
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