JP2978162B1 - 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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Abstract
加速度センサ、及び比較的低価格な圧力制御弁を用いて
構成することにより、低価格でかつ安定した除振性能を
発揮するアクティブ除振装置を提供する。 【解決手段】 アクティブ除振装置は、補助質量部材2
0,第2のばね21,第2の減衰器22,第2のアクチ
ュエータ23及び第2の変位センサ24を有してなるア
クティブ動吸振器を制御対象10上に備える。本装置
は、加速度センサ15より得られた中・高振動数の加速
度信号に基づいて第2のアクチュエータ23を駆動して
中・高振動数の除振・制振制御を行い、また制御対象1
0に対する補助質量部材20の相対位置を制御するため
にアクティブ動吸振器で生成する制御信号から得られた
低振動数加速度信号に基づいて第1のアクチュエータ1
3を駆動して低振動数の除振・制振制御を行う。
Description
置、より詳細には、例えば振動により障害を生じやすい
精密機器等を搭載し、外部にて発生した振動が精密機器
等に伝播しないように駆動制御を行う除振装置に関す
る。
は、当該機器に伝わる振動を低減させる除振装置上に搭
載される。一般的な除振手段として用いられるパッシブ
除振装置は、精密機器等を搭載する搭載台等を除振の制
御対象とし、その制御対象を支持する支持手段(例えば
空気ばね、防振ゴム、電磁力、金属ばね等)を有し、必
要に応じて減衰器が付加されている。
示す概略構成図で、図中、30は質量mlの制御対象
(機器搭載台)、31はばね定数k1のばね、32は減
衰定数c1の減衰器(ダンパ)、Gは床(設置基準面)
である。ここでは垂直方向の振動のみを扱うものとし、
床Gの垂直方向絶対位置をX0とし、質量30の垂直方
向絶対位置をX1とする。このパッシブ除振装置は、制
御対象30を支持する支持手段として、ばね31が用い
られ、さらに減衰器(ダンパ)32がばね31と並列に
付加されて、ばね−質量−ダンパ系を構成している。な
お図示しないが、ばね31として空気ばねを用いた場
合、床Gに対する制御対象30の相対位置を検出し、検
出結果に基づいて空気ばねに対する空気の入出量を調整
することにより、制御対象30の高さを所望の位置に保
つ手段が付加されることが多い。
達率の計算例を示すグラフで、このグラフにおいて、横
軸は振動数比U=f/fn(fは振動数、fnは固有振
動数)、縦軸は振動伝達率絶対値dB(20dB=10
倍)を示している。除振装置の床振動絶縁性能は、床上
加速度X0″→被支持対象加速度X1″の振動伝達率で
表される。図4に示すように、パッシブ除振装置の場
合、共振振動数(U=1)前後の振動数範囲では床上の
振動が増幅されて制御対象に伝播している。また、制御
対象に直接外乱力Fdが加わったときの振動の減衰が十
分でない場合もある。
クティブ除振装置が提案されている。図5は、従来のア
クティブ除振装置の一例を示す概略構成図で、図中、図
3と同様の機能を有する部分には図3と同じ符号が付し
てあり、さらに33はアクチュエータ、34は床Gに対
する制御対象30の相対位置を検出する変位センサ、3
5は制御対象30の加速度を検出する第1の加速度セン
サ、36は床Gの加速度を検出する第2の加速度センサ
である。
3に示したパッシブ除振装置と同様、ばね31及び減衰
器32で支持され、床Gに対する制御対象の相対位置信
号X 1−X0や制御対象30の加速度信号X1″をそれ
ぞれ変位センサ34、第1の加速度センサ35により検
出してフィードバックし、アクチュエータ33により、
制御対象30に直接または間接に制御力を加える。アク
チュエータ33としては、ばね31として用いられる空
気ばねの内圧を制御する圧力制御弁、ボイスコイルモー
タ、電磁石、もしくは圧電素子等を用いることができ
る。また床Gの加速度X0″を検出し、その検出信号に
基づいた制御入力も加えるようにしたフィードフォワー
ド制御も提案されている。なお、上記の圧力制御弁をア
クチュエータ33として用いた場合、圧力制御弁は空気
バネであるばね31に接続される形態となり、図示する
構成とは異なったものとなる。
振装置の振動伝達率の計算例を示すグラフで、図5に示
したパッシブ除振装置に比し、共振振動数前後の振動増
幅が解消されていることがわかる。
ィブ除振装置は、一般に制御対象の加速度を検出するサ
ーボ型加速度センサ、制御対象の相対変位を検出する非
接触変位センサ、圧力制御弁によるアクチュエータ、及
び制御コントローラ等が必要になり、装置全体が高価格
になるという問題を有する。特にサーボ型加速度センサ
や高速応答性を有する圧力制御弁は高価である。
れたもので、小型で低価格な半導体加速度センサや圧電
型加速度センサ、及び比較的低価格な圧力制御弁を用い
て構成することにより、低価格でかつ安定した除振性能
を発揮するアクティブ除振装置を提供することを目的と
する。
制御の対象とされ、機器の搭載を可能とした機器搭載台
と、該機器搭載台を設置基準面に対して支持する第1の
支持手段と、前記機器搭載台を駆動する第1のアクチュ
エータと、該機器搭載台の加速度を検出する加速度セン
サと、前記設置基準面に対する前記機器搭載台の相対変
位を検出する第1の変位センサとを有するアクティブ除
振装置において、補助質量部材と、該補助質量部材を前
記機器搭載台に対して支持する第2の支持手段と、前記
補助質量部材を駆動する第2のアクチュエータと、前記
機器搭載台に対する前記補助質量部材の相対変位を検出
する第2の変位センサとを有してなるアクティブ動吸振
器を前記機器搭載台上に有し、前記加速度センサにより
出力された加速度信号に基づいて生成された中・高振動
数制御信号を用いて前記第2のアクチュエータを作動さ
せて前記機器搭載台の中・高振動数の除振制御を行い、
前記第2の変位センサで検出された変位信号に基づいて
前記機器搭載台に対する前記補助質量部材の相対変位を
一定化するために前記アクティブ動吸振器が生成する制
御信号を用いて前記第1のアクチュエータを作動させて
前記機器搭載台の低振動数の除振制御を行うことを特徴
としたものである。
除振装置の一実施形態を示す概略構成図で、図中、10
は質量m1の制御対象(機器搭載台)、11はばね定数
k1の第1のばね、12は減衰定数c1の第1の減衰器
(ダンパ)、13は第1のアクチュエータ、14は床G
に対する制御対象10の相対位置を検出する第1の変位
センサ、15は制御対象10の加速度を検出する加速度
センサ、20は質量m2の補助質量部材、21はばね定
数k2の第2のばね、22は減衰定数c2の第2の減衰
器(ダンパ)、23は第2のアクチュエータ、24は制
御対象10に対する補助質量部材20の相対位置を検出
する第2の変位センサである。
部材20,第2のばね21,第2の減衰器22,第2の
アクチュエータ23,及び第2の変位センサ24を有し
てなるアクティブ動吸振器を制御対象10上に備えるこ
とを特徴とし、加速度センサ15により得られた中・高
振動数の加速度信号に基づいて第2のアクチュエータ2
3を駆動して中・高振動数の除振・制振制御を行う中・
高振動数制御機能と、第2の変位センサ24による検出
結果に基づいて第2のアクチュエータ23を駆動して制
御対象10に対する補助質量部材20の相対位置を制御
する補助質量部材位置制御機能と、その補助質量部材位
置制御機能を実行するための制御信号から得られた制御
対象の低振動数加速度信号に基づいて第1のアクチュエ
ータ13を駆動して低振動数の除振・制振制御を行う低
振動制御機能と、第1の変位センサ14による検出結果
に基づいて第1のアクチュエータ13を駆動して床Gに
対する制御対象10の相対位置を制御する位置制御機能
とを有する。
・高振動数の除振・制振制御は、制御対象上の加速度セ
ンサ15により検出された中・高振動数の加速度信号に
基づいて、アクティブ動吸振器により行い、一方、低振
動数の除振・制振制御は、アクティブ動吸振器の制御信
号から得られた低振動数加速度信号に基づいて制御対象
を直接駆動するアクチュエータにより行う。これにより
低価格なアクティブ除振装置を実現することができる。
参照してより具体的に説明する。第1のばね11及び第
1の減衰器12により床Gに支持された制御対象10
は、第1のアクチュエータ13(制御入力u1)により
駆動される。床の垂直方向絶対位置をX0、制御対象の
垂直方向絶対位置をX1とし、補助質量部材20の垂直
方向絶対位置をX2とする。床Gに対する制御対象10
の相対位置X1−X0が第1の変位センサ14により、
制御対象10に対する補助質量部材20の相対位置X2
−X1が第2の変位センサ24により検出される。ま
た、制御対象10の加速度X1″が加速度センサ15に
より検出される。
制御方式を説明するための図である。制御対象10の除
振・制振制御は、第1のアクチュエータ13の制御上限
振動数fc1付近を境として、低振動数域と中・高振動
数域に分けて実行する。補助質量部材20を駆動する第
2のアクチュエータ23への入力u2は、u2a1とu
2r2の和として得られる。u2a1は、加速度センサ
15の出力X1″に制御補償器K2a1(S)を乗じた
もので、制御対象10の中・高振動数成分の除振・制振
制御を行うアクティブ動吸振器制御入力である。K2a
1(S)は、X1″の中・高振動数成分を取り出すハイ
パスフィルタと、制御対象の中・高振動数成分の除振・
制振制御を行う制御補償器の積である。ハイパスフィル
タのカットオフ振動数は、fc1付近に設定する。ま
た、u2r2は、第2の変位センサ24の出力X2−X
1(制御対象10に対する補助質量部材20の相対位置
出力)に制御補償器K2r2(S)を乗じたもので、制
御対象10に対する補助質量部材20の相対位置を一定
に保つための制御入力である。この相対位置制御におけ
る制御上限振動数もfc1付近に設定する。
ータ13への入力u1は、u1a1とu1r1の和とし
て得られる。制御入力u2r2は、制御上限振動数すな
わちfc1より低い振動数域では制御対象の加速度に比
例する。u1a1は、相対位置制御入力u2r2に制御
補償器K1a1(S)を乗じたもので、制御対象の低振
動数成分の除振・制振制御を行う制御入力である。K1
a1(S)は、u2r 2の低振動数成分を取り出すロー
パスフィルタと、制御対象の低振動数成分の除振・制振
制御を行う制御補償器の積である。ローパスフィルタの
カットオフ振動数はfc1付近に設定する。またu1r
1は、第1の変位センサ14の出力X1−X0(床Gに
対する制御対象の相対位置)に制御補償器K1r
1(S)を乗じたもので、床Gに対する制御対象10の
相対位置を一定に保つための(または目標位置入力に追
従させるための)制御入力である。
空気バネを用い、かつ、第1のアクチュエータ13とし
てこの空気バネの内圧を制御する圧力制御弁を好適に用
いることができる。この場合、図1に示す構成とは異な
り、第1のバネ11に第1のアクチュエータ13が接続
される構成となる。このときに圧力制御弁としては、制
御上限振動数が高いものを必要とせず、低コスト化を実
現できる。また加速度センサ15としては、圧電加速度
センサまたは半導体型加速度センサを好適に用いること
ができる。またアクティブ動吸振器における第2のアク
チュエータ23として、ボイスコイルモータまたは電磁
石を好適に用いることができる。なお、ばね11,加速
度センサ15,第2のアクチュエータ23等の具体的な
仕様については、上記の例に限定されることなく、本発
明を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはい
うまでもない。
たアクティブ動吸振器で得られる低振動数の制御信号に
基づいて第1のアクチュエータを動作させることにより
制御対象の低振動数の除振制御を行い、また制御対象上
の加速度センサによる検出信号に基づいて、アクティブ
動吸振器が有する第2のアクチュエータを動作させるこ
とにより制御対象の中・高振動数の除振制御を行うた
め、例えば第1のアクチュエータとして制御上限振動数
の高くない低価格の圧力制御弁を用いることができ、低
価格でかつ安定した除振性能を発揮するアクティブ除振
装置が得られる。
態を示す概略構成図である。
説明するための図である。
成図である。
例を示すグラフである。
構成図である。
算例を示すグラフである。
2…第1の減衰器(ダンパ)、13…第1のアクチュエ
ータ、14…第1の変位センサ、15…加速度センサ、
20…補助質量部材、21…第2のばね、22…第2の
減衰器(ダンパ)、23…第2のアクチュエータ、24
…第2の変位センサ、30…制御対象(機器搭載台)、
31…ばね、32…減衰器(ダンパ)、33…アクチュ
エータ、34…変位センサ、35…第1の加速度セン
サ、36…第2の加速度センサ、G…床(設置基準
面)。
Claims (1)
- 【請求項1】 除振制御の対象とされ、機器の搭載を可
能とした機器搭載台と、該機器搭載台を設置基準面に対
して支持する第1の支持手段と、前記機器搭載台を駆動
する第1のアクチュエータと、該機器搭載台の加速度を
検出する加速度センサと、前記設置基準面に対する前記
機器搭載台の相対変位を検出する第1の変位センサとを
有するアクティブ除振装置において、補助質量部材と、
該補助質量部材を前記機器搭載台に対して支持する第2
の支持手段と、前記補助質量部材を駆動する第2のアク
チュエータと、前記機器搭載台に対する前記補助質量部
材の相対変位を検出する第2の変位センサとを有してな
るアクティブ動吸振器を前記機器搭載台上に有し、前記
加速度センサにより出力された加速度信号に基づいて生
成された中・高振動数制御信号を用いて前記第2のアク
チュエータを作動させて前記機器搭載台の中・高振動数
の除振制御を行い、前記第2の変位センサで検出された
変位信号に基づいて前記機器搭載台に対する前記補助質
量部材の相対変位を一定化するために前記アクティブ動
吸振器が生成する制御信号を用いて前記第1のアクチュ
エータを作動させて前記機器搭載台の低振動数の除振制
御を行うことを特徴とするアクティブ除振装置。
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-
1998
- 1998-08-25 JP JP23880198A patent/JP2978162B1/ja not_active Expired - Lifetime
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