JPH0642585A - Active vibration isolation device - Google Patents
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Abstract
Description
【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、空気バネの空圧制御の精度を高めて振動
絶縁性能を向上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 which improves the precision of pneumatic control of an air spring to improve the vibration isolation performance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、図７に示すようにベロフラム
３０で囲繞された空気タンク３１、空気タンク３１とオ
リフィス３２により連通した付加タンク３３からなる空
気バネで支持された制御対象物３４をパッシブに制御す
るパッシブ振動絶縁装置は周知である。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 7, a controlled object 34 supported by an air spring consisting of an air tank 31 surrounded by a bellowram 30 and an additional tank 33 communicating with the air tank 31 and an orifice 32 is passive. Controlled passive vibration isolation devices are well known.
【０００３】最近、パッシブ振動絶縁装置に代えて、同
じく図７に示すような空気バネを使用して制御対象物を
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（特開昭６０−１２１
３４０号公報）。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。Recently, instead of the passive vibration isolator, an active or semi-active vibration isolator for actively controlling a controlled object by using an air spring as shown in FIG. 60-121
340). 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.
【０００４】さらに、このアクティブ振動絶縁装置のア
クチュエータとして空気バネを使用し、この空気バネを
空圧制御する手法が採用されている。そして、空気バネ
を空圧制御するための空圧制御器としてはサーボバルブ
が用いられている。Further, a method of using an air spring as an actuator of the active vibration isolator and controlling the air pressure of the air spring is adopted. A servo valve is used as an air pressure controller for pneumatically controlling the air spring.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアクティブ振動絶縁装置において、空気バネを空圧
制御するためのサーボバルブには数種類の型式のものが
知られているが、何れの型式のサーボバルブにおいても
浮上高さでミクロンオーダーの制御を行なうには精度が
良くない。However, in such an active vibration isolator, there are known several types of servo valves for pneumatically controlling the air spring. Which type of servo valve is used? Even in valves, the accuracy is not good for controlling the flying height to the micron order.
【０００６】これらのサーボバルブは、バルブ内部で機
械損失等があり、分解能が悪い。これら空圧の微制御を
行なうサーボバルブは、周波数に対するゲインと位相を
示すボード線図を測定した場合、ある決められた周波数
帯域までゲインが一定であり、かつ入力電圧の大小に拘
らず上記特性が保持されるリニアリティが必要である。
知られている幾つかのサーボバルブは、０〜１０Ｈｚ
までゲインの一定な性能を呈しない。しかしながら、入
力電圧の変化に拘らずゲイン特性が変化しないでリニア
リティの優れた性能をもつものもある。このようなサー
ボバルブは、現在空圧制御アクティブ振動絶縁装置に使
用されている。そこでサーボバルブの特性をさらに向上
させることが要求される。These servo valves have a poor resolution due to mechanical loss and the like inside the valve. These servo valves that perform fine control of air pressure have a constant gain up to a certain frequency band when measuring a Bode diagram showing the gain and phase with respect to frequency, and have the above characteristics regardless of the magnitude of the input voltage. Needs linearity to be maintained.
Some known servo valves have 0-10 Hz
Does not exhibit constant gain performance. However, there are some that have excellent performance of linearity without changing the gain characteristic regardless of the change of the input voltage. Such servo valves are currently used in pneumatically controlled active vibration isolators. Therefore, it is required to further improve the characteristics of the servo valve.
【０００７】また、従来からアクティブ振動絶縁装置へ
の入力空気圧は、レギュレータ１台によって調空機能が
賄なわれてきた。しかしながら、レギュレータの設定す
る２次空力は精度が悪く、ばらつきが大きい。しかも、
空圧源の容量が小さく、レギュレータの１次空力がばら
つく場合は、２次空力がさらに不安定になる。この空圧
制御アクティブ振動絶縁装置は、制御対象物の振動及び
（又は）変位をセンサにより検出し、検出された信号に
より、制御対象物の振動及び（又は）変位を打消すよう
にサーボバルブを駆動し空気バネをアクティブ制御する
ものである。このようなフィードバック制御ループは、
供給空気圧が一定であるとして構成されているため、こ
のように供給空気圧が不安定になると誤差の原因となっ
てしまう。Further, conventionally, the air pressure input to the active vibration isolator has been covered by a single regulator. However, the secondary aerodynamics set by the regulator are inaccurate and vary widely. Moreover,
If the capacity of the pneumatic source is small and the primary aerodynamics of the regulator vary, the secondary aerodynamics will become more unstable. This pneumatically controlled active vibration isolator detects a vibration and / or displacement of a controlled object by a sensor, and a servo valve is used to cancel the vibration and / or the displacement of the controlled object according to the detected signal. It is driven to actively control the air spring. A feedback control loop like this
Since the supply air pressure is configured to be constant, the unstable supply air pressure causes an error.
【０００８】この空圧制御アクティブ振動絶縁装置は、
浮上高さ及び振動についてミクロンオーダーの制御が求
められている。このため、制御対象外である上記の誤差
は未然に防止しなければならない。そこで空気バネを空
圧制御するために用いられているサーボバルブに供給さ
れる空気圧力を一定に制御することが要求される。This pneumatically controlled active vibration isolator comprises:
Micron-order control of flying height and vibration is required. Therefore, it is necessary to prevent the above error that is outside the control target. Therefore, it is required to control the air pressure supplied to the servo valve used for pneumatically controlling the air spring to be constant.
【０００９】[0009]
【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、電気空圧アナログ弁の特性を良好なものに
し、電気空圧アナログ弁に供給される空気圧力を一定に
制御し、空気バネの空圧制御の精度を高めて振動絶縁性
能を向上したアクティブ振動絶縁装置を提供せんとする
ものである。[Purpose] The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the characteristics of an electro-pneumatic analog valve and to control the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve at a constant level. An object of the present invention is to provide an active vibration isolator that improves the accuracy of pneumatic control of air springs and improves vibration isolation performance.
【００１０】[0010]
【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、架台に搭載した
空気バネにより制御対象物を支持し、空気バネを電気空
圧アナログ弁を介して空圧源に接続し、制御対象物の振
動及び（又は）変位を検出し、検出された信号により電
気空圧アナログ弁を駆動し空気バネをアクティブ制御し
て制御対象物の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置
において、電気空圧アナログ弁から空気バネへの出力配
管の流体抵抗を前記電気空圧アナログ弁からの排気配管
の流体抵抗より小さくした配管系を構築したものであ
る。In order to achieve this object, an active vibration isolator according to the present invention supports an object to be controlled by an air spring mounted on a mount, and the air spring is supported by an electropneumatic analog valve. Active that connects to an air pressure source, detects the vibration and / or displacement of the controlled object, drives the electro-pneumatic analog valve by the detected signal, and actively controls the air spring to isolate the vibration of the controlled object. In the vibration isolator, a piping system is constructed in which the fluid resistance of the output piping from the electro-pneumatic analog valve to the air spring is smaller than the fluid resistance of the exhaust piping from the electro-pneumatic analog valve.
【００１１】また、本発明のアクティブ振動絶縁装置
は、架台に搭載した空気バネにより制御対象物を支持
し、空気バネを電気空圧アナログ弁を介して空圧源に接
続し、制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、検
出された信号により電気空圧アナログ弁を駆動し空気バ
ネをアクティブ制御して制御対象物の振動を絶縁するア
クティブ振動絶縁装置において、空圧源から電気空圧ア
ナログ弁への入力配管と電気空圧アナログ弁から空気バ
ネへの出力配管との圧力差を大きくした配管系を構築し
たものである。In addition, the active vibration isolator of the present invention supports an object to be controlled by an air spring mounted on a gantry, and connects the air spring to a pneumatic source via an electropneumatic analog valve to control the object to be controlled. In an active vibration isolator that detects vibration and / or displacement and drives the electropneumatic analog valve by the detected signal to actively control the air spring to isolate the vibration of the controlled object This is a construction of a piping system in which the pressure difference between the input piping to the pressure analog valve and the output piping from the electro-pneumatic analog valve to the air spring is increased.
【００１２】さらに、本発明のアクティブ振動絶縁装置
は、架台に搭載した空気バネにより制御対象物を支持
し、空気バネを電気空圧アナログ弁を介して空圧源に接
続し、制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、検
出された信号により電気空圧アナログ弁を駆動し空気バ
ネをアクティブ制御して制御対象物の振動を絶縁するア
クティブ振動絶縁装置において、空圧源と電気空圧アナ
ログ弁との間に、電気空圧アナログ弁に供給される空気
圧力を一定に制御する圧力フィードバック制御系を介在
したものである。Further, the active vibration isolator of the present invention supports an object to be controlled by an air spring mounted on a gantry, and connects the air spring to a pneumatic source via an electropneumatic analog valve to control the object to be controlled. In an active vibration isolator that detects vibration and / or displacement and drives the electropneumatic analog valve by the detected signal to actively control the air spring to isolate the vibration of the controlled object, A pressure feedback control system for controlling the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve to be constant is interposed between the pressure analog valve and the pressure analog valve.
【００１３】[0013]
【作用】このアクティブ振動絶縁装置によれば、基礎又
は床である設置面上に架台が設置され、架台に搭載した
空気バネにより被除振台または制御対象物が支持されて
いる。制御対象物上に搭載された加速度センサ、非接触
変位センサにより制御対象物の振動、相対変位が検出さ
れる。この検出された信号から加速度信号、速度信号、
相対変位信号が得られる。これらの信号は、駆動回路に
より電気空圧アナログ弁を駆動制御する。電気空圧アナ
ログ弁を駆動制御することによって空圧源としてのコン
プレッサから圧縮空気が空気バネに給気され、また駆動
回路の制御により空気バネ中の空気は電気空圧アナログ
弁を介して排気されて、空気バネ中の内空が制御される
ことにより除振のためのフィードバック制御が可能とな
る。According to this active vibration isolator, the gantry is installed on the installation surface, which is the foundation or the floor, and the vibration isolation table or the controlled object is supported by the air spring mounted on the gantry. Vibration and relative displacement of the controlled object are detected by an acceleration sensor and a non-contact displacement sensor mounted on the controlled object. From this detected signal, acceleration signal, speed signal,
A relative displacement signal is obtained. These signals drive and control the electropneumatic analog valve by the drive circuit. Compressed air is supplied to the air spring from the compressor as an air pressure source by driving and controlling the electro-pneumatic analog valve, and the air in the air spring is exhausted via the electro-pneumatic analog valve by controlling the drive circuit. By controlling the inner space of the air spring, feedback control for vibration isolation becomes possible.
【００１４】このようにしてアクティブ振動絶縁装置は
制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、この検出
信号で空気バネをアクチュエータとして駆動することに
よりアクティブ空圧制御を加えて制御対象物の振動を絶
縁する。一方、電気空圧アナログ弁から空気バネへの出
力配管の流体抵抗を前記電気空圧アナログ弁からの排気
配管の流体抵抗より小さくした配管系を構築し、或いは
空圧源から電気空圧アナログ弁への入力配管と電気空圧
アナログ弁から空気バネへの出力配管との圧力差を大き
くすることにより、電気空圧アナログ弁の特性を最大限
引出すことができ、空気バネの空圧制御の精度を高めて
アクティブ振動絶縁性能を大幅に高めることができる。In this way, the active vibration isolator detects the vibration and / or displacement of the controlled object and drives the air spring as an actuator with this detection signal to add active pneumatic control to the controlled object. Isolate vibration. On the other hand, a piping system is constructed in which the fluid resistance of the output piping from the electro-pneumatic analog valve to the air spring is made smaller than the fluid resistance of the exhaust piping from the electro-pneumatic analog valve, or the electro-pneumatic analog valve from the pneumatic source is constructed. The characteristics of the electro-pneumatic analog valve can be maximized by increasing the pressure difference between the input pipe to the air-pneumatic valve and the output pipe from the electro-pneumatic analog valve to the air spring. The active vibration isolation performance can be significantly improved by increasing the.
【００１５】また、空圧源と電気空圧アナログ弁との間
に、電気空圧アナログ弁に供給される空気圧力を一定に
制御する電気的または機械的な圧力フィードバック制御
系を介在したことにより、電気空圧アナログ弁に供給さ
れる空気圧力を一定に制御し、空気バネの空圧制御の精
度を高めてアクティブ振動絶縁性能を大幅に高めること
ができる。Further, an electric or mechanical pressure feedback control system for controlling the air pressure supplied to the electropneumatic analog valve to be constant is interposed between the pneumatic source and the electropneumatic analog valve. , The air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve can be controlled to be constant, the accuracy of the air pressure control of the air spring can be improved, and the active vibration isolation performance can be significantly improved.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明のアクティブ振動絶縁装置を適
用した実施例につき図面を参照して説明する。図１にお
いて、こ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上に架台１１が設置され、架台１１に搭
載した空気バネ１２により被除振台または制御対象物１
３が支持される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment to which the active vibration isolator of the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, in this active vibration isolator, a pedestal 11 is installed on an installation surface 10 which is a foundation or a floor, and an air spring 12 mounted on the pedestal 11 causes an isolated table or a controlled object 1 to be isolated.
3 is supported.
【００１７】空気バネ１２は、図７に示すようなベロフ
ラムで囲繞された空気タンクと、この空気タンクにオリ
フィスにより連通した付加タンクとからなる。なお、空
気バネ１２をアクティブ振動制御させる場合の応答性を
高めるためにはオリフィスおよび付加タンクは不要であ
るが、空気バネ１２をパッシブ制御するパッシブ振動制
御のときにはむしろ空気タンクにオリフィスにより連通
した付加タンクを付加するのが好ましい。The air spring 12 is composed of an air tank surrounded by a bellows as shown in FIG. 7, and an additional tank connected to the air tank by an orifice. Although the orifice and the additional tank are not required to enhance the responsiveness when the air spring 12 is subjected to active vibration control, in the case of passive vibration control in which the air spring 12 is passively controlled, it is rather added to the air tank through an orifice. It is preferable to add a tank.
【００１８】また、このアクティブ振動絶縁装置には加
速度センサ１４が制御対象物１３に搭載されている。加
速度センサ１４は制御対象物１３の振動を検出して加速
度信号Ｓ1を出力する。なお、ここで、制御対象物１３
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１４はこのような精密機器自体に搭載してもよ
い。An acceleration sensor 14 is mounted on the controlled object 13 in this active vibration isolator. The acceleration sensor 14 detects the vibration of the control target 13 and outputs an acceleration signal S 1 . In addition, here, the controlled object 13
The term includes not only a vibration-isolated table such as a surface plate but also precision equipment such as an electron microscope, an IC, and an LSI manufacturing apparatus such as a stepper mounted on the table. In this case, the acceleration sensor 14 is used. May be mounted on such precision equipment itself.
【００１９】さらに、このアクティブ振動絶縁装置は、
制御対象物１３と空気バネ１２の設置面１０間の相対変
位を検出して相対変位信号Ｓ3を出力する非接触近接セ
ンサまたは変位センサ１５が架台１１、制御対象物１３
の何れかに搭載されている。この変位センサ１５として
は、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。Further, the active vibration isolator comprises
The non-contact proximity sensor or displacement sensor 15 that detects the relative displacement between the controlled object 13 and the installation surface 10 of the air spring 12 and outputs the relative displacement signal S 3 is the pedestal 11, the controlled object 13
It is installed in either. As the displacement sensor 15, for example, an eddy current element, a differential transformer, an LED, a laser element or the like can be adopted.
【００２０】また、加速度信号Ｓ1を加速度を１回積分
することにより速度信号Ｓ2を得る積分器１６と、速度
信号Ｓ2を増幅する増幅器１７と、加速度信号Ｓ1を増幅
する増幅器１８と、相対変位信号Ｓ3を増幅する増幅器
１９とを備え、さらにこれらの信号を加算する加算器２
０と、位相反転器２１と、駆動回路２２と、電気空圧ア
ナログ弁２３とを有する。なお、この実施例では、加速
度センサ１４からの加速度信号Ｓ1を加速度を１回積分
することにより速度信号Ｓ2を得たが、速度センサを使
用し、その速度信号を１回微分することによって加速度
信号Ｓ1を得ることもできる。An integrator 16 for obtaining a speed signal S 2 by integrating the acceleration signal S 1 once, an amplifier 17 for amplifying the speed signal S 2, and an amplifier 18 for amplifying the acceleration signal S 1. , An amplifier 19 for amplifying the relative displacement signal S 3 , and further an adder 2 for adding these signals.
0, a phase inverter 21, a drive circuit 22, and an electropneumatic analog valve 23. In this embodiment, the speed signal S 2 is obtained by integrating the acceleration signal S 1 from the acceleration sensor 14 once, but by using the speed sensor and differentiating the speed signal once. It is also possible to obtain the acceleration signal S 1 .
【００２１】これらの増幅器１７、１８、１９は、加速
度信号Ｓ1、速度信号Ｓ2、相対変位信号Ｓ3を調整して
制御対象物１２の動きに忠実な電気信号を出力するセン
サ用ゲイン・位相調整回路を含ませてもよい。駆動回路
２２の制御により空圧源としてのコンプレッサ２５から
圧縮空気がレギュレータ２６で調整され入力配管２７、
電気空圧アナログ弁２３、出力配管２４を介して空気バ
ネ１２に給気され、また駆動回路２２の制御により空気
バネ１２中の空気は電気空圧アナログ弁２３から排気配
管２８を介して排気される。These amplifiers 17, 18 and 19 adjust the acceleration signal S 1 , the velocity signal S 2 and the relative displacement signal S 3 to output an electric signal faithful to the movement of the controlled object 12 for a sensor. A phase adjustment circuit may be included. By the control of the drive circuit 22, compressed air is adjusted by the regulator 26 from the compressor 25 as an air pressure source, and the input pipe 27,
Air is supplied to the air spring 12 via the electro-pneumatic analog valve 23 and the output pipe 24, and the air in the air spring 12 is exhausted from the electro-pneumatic analog valve 23 via the exhaust pipe 28 by the control of the drive circuit 22. It
【００２２】この電気空圧アナログ弁２３としては、サ
ーボ弁（ノズルフラッパー）、電気空圧比例弁（スプー
ル弁）、電気空圧レギュレータ（ノズルフラッパー他）
などが採用され、例えば図２（ａ）に示すような構造を
もっている。図２（ａ）において、Ｐ、Ｃ、Ｒは入力配
管２７、空気バネ１２、排気配管２８に接続されるポー
トをそれぞれ示し、Ｍは電磁コイルを表している。この
電気空圧アナログ弁の特性を図２（ｂ）に示す。As the electro-pneumatic analog valve 23, a servo valve (nozzle flapper), an electro-pneumatic proportional valve (spool valve), an electro-pneumatic regulator (nozzle flapper, etc.).
Etc. are adopted, and have a structure as shown in FIG. In FIG. 2A, P, C, and R respectively represent ports connected to the input pipe 27, the air spring 12, and the exhaust pipe 28, and M represents an electromagnetic coil. The characteristics of this electro-pneumatic analog valve are shown in FIG.
【００２３】図１に示す空圧源としてのコンプレッサ２
５→電気空圧アナログ弁２３→空気バネ１２の制御系統
を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すように、空圧源
としてのコンプレッサ２５から圧縮空気がレギュレータ
２６で調整され入力配管２７、電気空圧アナログ弁２３
を介して空気バネ１２に給気される。空気バネ１２の空
気圧は圧力検出器３５で検出され設定器３６で設定され
た信号と比較されてサーボ増幅器３７から電気空圧アナ
ログ弁２３の電磁コイルＭに印加される。なお、例えば
空圧源としてのコンプレッサ２５の空気圧Ｐs=5kgf/c
m2、空気バネ１２の容量は１リットルとする。電気空圧アナ
ログ弁２３からの出力配管２４への出力空気圧Ｐc=3.1
〜2.5kgf/cm2、排気配管２８への空気圧Ｐo=2.5kgf/cm2
であって、その制御波形を図３（ｂ）に示す。Compressor 2 as a pneumatic source shown in FIG.
A control system of 5 → electro-pneumatic analog valve 23 → air spring 12 is shown in FIG. As shown in FIG. 3 (a), compressed air is adjusted by a regulator 26 from a compressor 25 as an air pressure source, an input pipe 27, an electro-pneumatic analog valve 23.
Air is supplied to the air spring 12 via. The air pressure of the air spring 12 is detected by the pressure detector 35, compared with the signal set by the setter 36, and applied from the servo amplifier 37 to the electromagnetic coil M of the electropneumatic analog valve 23. In addition, for example, the air pressure Ps of the compressor 25 as an air pressure source Ps = 5 kgf / c
The volume of m 2 and the air spring 12 is 1 liter. Output air pressure Pc = 3.1 from the electro-pneumatic analog valve 23 to the output pipe 24
~ 2.5kgf / cm 2 , air pressure to exhaust pipe 28 Po = 2.5kgf / cm 2
The control waveform is shown in FIG.
【００２４】このアクティブ振動絶縁装置において、電
気空圧アナログ弁２３の特性を最大限に引出すために、
電気空圧アナログ弁２３から空気バネ１２への出力配管
２４の流体抵抗を排気配管２８の流体抵抗より小さくし
た配管系が構築されている。出力配管２４の流体抵抗を
排気配管２８の流体抵抗より小さくするには、継手を含
め出力配管２４を継手を含め排気配管２８よりも長さを
短く、径を太くすればよい。In this active vibration isolator, in order to maximize the characteristics of the electro-pneumatic analog valve 23,
A piping system is constructed in which the fluid resistance of the output piping 24 from the electro-pneumatic analog valve 23 to the air spring 12 is smaller than the fluid resistance of the exhaust piping 28. In order to make the fluid resistance of the output pipe 24 smaller than the fluid resistance of the exhaust pipe 28, the output pipe 24 including the joint may have a shorter length and a larger diameter than the exhaust pipe 28 including the joint.
【００２５】このように構成されたアクティブ振動絶縁
装置において、基礎又は床である設置面１０上に架台１
１が設置され、架台１１に搭載した空気バネ１２により
被除振台または制御対象物１３が支持されている。制御
対象物１３上に搭載された加速度センサ１４により制御
対象物１３の振動が検出される。この検出された加速度
信号Ｓ1は積分器１６により加速度信号を１回積分する
ことにより速度信号Ｓ2が得られ、増幅器１７にて増幅
され、加速度信号Ｓ1は増幅器１８にて増幅される。In the active vibration isolator constructed as described above, the pedestal 1 is mounted on the installation surface 10 which is a foundation or a floor.
1 is installed, and a vibration-isolated table or a controlled object 13 is supported by an air spring 12 mounted on a frame 11. The acceleration sensor 14 mounted on the controlled object 13 detects the vibration of the controlled object 13. The detected acceleration signal S 1 is obtained by integrating the acceleration signal once by the integrator 16 to obtain the speed signal S 2, which is amplified by the amplifier 17, and the acceleration signal S 1 is amplified by the amplifier 18.
【００２６】非接触変位センサ１５により制御対象物１
３と空気バネ１２の設置面１０間の相対変位を検出して
相対変位信号Ｓ3を出力する。この検出された相対変位
信号Ｓ3は増幅器１９で増幅される。これらの加速度信
号Ｓ1、速度信号Ｓ2、相対変位信号Ｓ3は、加算器２０
で加算され、さらに位相反転器２１で位相反転される。
この位相反転された信号は、駆動回路２２により電気空
圧アナログ弁２３を駆動制御する。電気空圧アナログ弁
２３を駆動制御することによって空圧源としてのコンプ
レッサ２５から圧縮空気がレギュレータ２６で調整され
て空気バネ１２に給気され、また駆動回路２２の制御に
より空気バネ１２中の空気は電気空圧アナログ弁２３を
介して排気されて、空気バネ１２中の内空が制御される
ことにより除振のためのフィードバック制御が可能とな
る。The non-contact displacement sensor 15 controls the object 1 to be controlled.
3 and the relative displacement between the installation surface 10 of the air spring 12 are detected and the relative displacement signal S 3 is output. The detected relative displacement signal S 3 is amplified by the amplifier 19. These acceleration signal S 1 , velocity signal S 2 , and relative displacement signal S 3 are added to the adder 20.
Is added, and the phase is inverted by the phase inverter 21.
The phase-inverted signal drives and controls the drive circuit 22 to drive the electropneumatic analog valve 23. Compressing air from the compressor 25 as an air pressure source is adjusted by the regulator 26 and supplied to the air spring 12 by driving and controlling the electropneumatic analog valve 23, and the air in the air spring 12 is controlled by the drive circuit 22. Is exhausted via the electro-pneumatic analog valve 23, and the inner space in the air spring 12 is controlled, so that feedback control for vibration isolation becomes possible.
【００２７】この場合、電気空圧アナログ弁２３から空
気バネ１２への出力配管２４の流体抵抗を排気配管２８
の流体抵抗より小さくした配管系が構築されているの
で、電気空圧アナログ弁２３の特性を最大限に引出すこ
とができる。このようにしてアクティブ振動絶縁装置は
制御対象物の振動及び（又は）変位を検出し、この検出
信号で空気バネ１２をアクチュエータとして駆動するこ
とにより３自由度の空圧制御をかけて、即ちＺ軸方向の
みアクティブ空圧制御を加えて制御対象物１３の垂直方
向の振動を絶縁する。In this case, the fluid resistance of the output pipe 24 from the electro-pneumatic analog valve 23 to the air spring 12 is changed to the exhaust pipe 28.
Since the piping system is constructed to have a fluid resistance smaller than the fluid resistance of, the characteristics of the electro-pneumatic analog valve 23 can be maximized. In this way, the active vibration isolator detects the vibration and / or the displacement of the controlled object and drives the air spring 12 as an actuator with this detection signal to perform pneumatic control of three degrees of freedom, that is, Z Active air pressure control is applied only in the axial direction to isolate vertical vibration of the controlled object 13.
【００２８】ここで、このアクティブ振動絶縁装置が振
幅1mm(0.5〜-0.5mm)、1Hzで制御対象物１３を動かした
ときの電気空圧アナログ弁２３の流量を求めると、図３
（ａ）、（ｂ）を参照して空気バネ１２の給排気流量Ｑ
は Ｑ＝Ｖ・Ｐ＝１〔リットル〕ｘ0.2〔リットル〕ｘ60ｘ2〔1/min〕 ＝24〔Nリットル/min〕 電気空圧アナログ弁２３の定格流量ＱRは ＱR=Ｑ・√（△ＰR／△Ｐ） ただし、△Ｐは差圧、△ＰRは定格圧力降下＝7kgf/cm2
である。したがって、圧力上昇制御の場合は ＱR1=24√（7／(5-3.1)）＝46〔Nリットル/min〕 圧力降下制御の場合は ＱR2=24√（7／2.5）＝40〔Nリットル/min〕 ＱR1、ＱR2の値から明らかなように、圧力上昇制御の場
合の方が空気流量は多く必要とするので、圧力上昇制御
は配管等による影響を受けやすい。そこで電気空圧アナ
ログ弁２３の出力配管２４側の配管断面積をＳ1、長さ
をl1、排気配管２８側の配管断面積をＳ2、長さをl2と
すれば、Here, the flow rate of the electro-pneumatic analog valve 23 when the object 13 to be controlled is moved at an amplitude of 1 mm (0.5 to -0.5 mm) and 1 Hz by this active vibration isolator is shown in FIG.
Supply / exhaust flow rate Q of the air spring 12 with reference to (a) and (b)
Q = V ・ P = 1 [liter] × 0.2 [liter] × 60 × 2 [1 / min] = 24 [Nliter / min] The rated flow rate QR of the electro-pneumatic analog valve 23 is QR = Q ・ √ (△ PR / △ P) where △ P is the differential pressure and △ PR is the rated pressure drop = 7kgf / cm 2
Is. Therefore, in case of pressure increase control, QR1 = 24√ (7 / (5-3.1)) = 46 [N liter / min] In case of pressure drop control, QR2 = 24√ (7 / 2.5) = 40 [N liter / min min] As is clear from the values of QR1 and QR2, the pressure increase control requires a larger air flow rate, so the pressure increase control is easily affected by the piping and the like. Therefore, if the pipe cross-sectional area of the output line 24 side of the electro-pneumatic analog valve 23 is S 1 , the length is l 1 , the pipe cross-sectional area of the exhaust pipe 28 side is S 2 , and the length is l 2 ,
【００２９】[0029]
【数１】 [Equation 1]
【００３０】である。電気空圧アナログ弁２３としてサ
ーボバルブを使用して各条件における周波数に対するゲ
インと位相を表すボード線図を測定したので、その結果
を図４（ａ）、（ｂ）に示す。排気配管２８の配管径、
長さをφ4mmｘ2000mmとする。出力配管２４の配管径、
長さをφ1mmｘ2000mmとしたときの結果を図４（ａ）に
示す。この場合、式は成立しておらず、かつゲイン特
性は悪化している。出力配管２４の配管径、長さをφ6m
mｘ500mmとしたときの結果を図４（ｂ）に示す。この場
合、式は成立しており、かつ広い周波数帯域までゲイ
ン特性、位相特性が変化しないでリニアリティの優れた
ゲイン特性を呈している。It is Servo valves were used as the electro-pneumatic analog valves 23, and a Bode diagram showing the gain and phase with respect to frequency under each condition was measured. The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Pipe diameter of the exhaust pipe 28,
The length is φ4mm x 2000mm. Pipe diameter of the output pipe 24,
The result when the length is φ1 mm × 2000 mm is shown in FIG. In this case, the equation is not satisfied and the gain characteristic is deteriorated. The diameter and length of the output pipe 24 is φ6m
The result when mx 500 mm is shown in FIG. In this case, the equation is satisfied, and the gain characteristic and the phase characteristic do not change up to a wide frequency band, and the gain characteristic having excellent linearity is exhibited.
【００３１】なお、以上の例では出力配管２４の流体抵
抗を排気配管２８の流体抵抗より小さくしたが、ＱRの
式から明らかなように、空圧源としてのコンプレッサ２
５から電気空圧アナログ弁２３への入力配管２７と電気
空圧アナログ弁２３から空気バネ１２への出力配管２４
との圧力差を大きくした配管系を構築すれば、効率が上
がって図４（ｂ）に示すようにゲイン特性が良好になる
ので同じ効果が得られる。In the above example, the fluid resistance of the output pipe 24 is made smaller than the fluid resistance of the exhaust pipe 28. However, as is clear from the equation of QR, the compressor 2 as an air pressure source is used.
5 is an input pipe 27 from the electro-pneumatic analog valve 23 and an output pipe 24 is from the electro-pneumatic analog valve 23 to the air spring 12.
By constructing a piping system in which the pressure difference between and is increased, the efficiency is increased and the gain characteristic is improved as shown in FIG. 4B, so that the same effect can be obtained.
【００３２】さらに、本発明のアクティブ振動絶縁装置
は、図１、図３に示すように空圧源としてのコンプレッ
サ２５と電気空圧アナログ弁２３との間に、電気空圧ア
ナログ弁２３に供給される空気圧力を一定に制御する圧
力フィードバック制御系２９を介在している。この圧力
フィードバック制御系２９は、図１に示すように入力配
管２７に設けた圧力センサー３０と、圧力センサーに接
続された圧力フィードバック回路３１と、圧力フィード
バック回路に接続され入力配管２７に設けた電気制御バ
ルブまたは電空レギュレータ３０とで構成することがで
きる。Further, the active vibration isolator of the present invention supplies the electro-pneumatic analog valve 23 between the compressor 25 as an air pressure source and the electro-pneumatic analog valve 23 as shown in FIGS. A pressure feedback control system 29 for controlling a constant air pressure is interposed. As shown in FIG. 1, the pressure feedback control system 29 includes a pressure sensor 30 provided in the input pipe 27, a pressure feedback circuit 31 connected to the pressure sensor, and an electrical connection provided in the input pipe 27 connected to the pressure feedback circuit. It can be configured with a control valve or an electropneumatic regulator 30.
【００３３】或いは、図５に示すように、圧力センサー
３０を内蔵し圧力フィードバックが形成されている電子
レギュレータ３２を使用することができる。図５におい
て、入力配管２７には、空圧源としてのコンプレッサ２
５→レシーバタンク４０→エアドライヤ４１→フィルタ
４２→マイクロエレッサ４３→レギュレータ２６→電子
レギュレータ３２で圧力フィードバック制御系が構成さ
れている。この電子レギュレータ３２は入力配管２７を
介して電気空圧アナログ弁２３に給気される。図６に示
すように、この電子レギュレータ３２は、入力信号が印
加される制御回路４５、圧電バイモルフ４６、ノズルフ
ラッパ４７、ボリュームブースタ４８を順次接続してな
り、ノズルフラッパ４７、ボリュームブースタ４８には
空圧源からの空圧が給気され、ボリュームブースタ４８
は圧力センサー４９を介して制御回路４５に接続されて
いる。Alternatively, as shown in FIG. 5, an electronic regulator 32 with a built-in pressure sensor 30 and pressure feedback can be used. In FIG. 5, the input pipe 27 has a compressor 2 as an air pressure source.
A pressure feedback control system is constituted by 5 → receiver tank 40 → air dryer 41 → filter 42 → micro aescer 43 → regulator 26 → electronic regulator 32. The electronic regulator 32 is supplied to the electropneumatic analog valve 23 via the input pipe 27. As shown in FIG. 6, the electronic regulator 32 is configured by sequentially connecting a control circuit 45 to which an input signal is applied, a piezoelectric bimorph 46, a nozzle flapper 47, and a volume booster 48. The nozzle flapper 47 and the volume booster 48 are pneumatically operated. The air pressure from the source is supplied, and the volume booster 48
Is connected to the control circuit 45 via a pressure sensor 49.
【００３４】図５に示す圧力フィードバック制御系にお
いて、空圧源としてのコンプレッサ２５から入力配管２
７を通ってレシーバタンク４０に圧縮空気が貯まり、こ
こでドレン排出がなされる。レシーバタンク４０からの
圧縮空気はエアドライヤ４１で乾燥され、フィルタ４２
でゴミなどが除去され、さらにマイクロエレッサ４３で
油分が除去される。そしてレギュレータ２６で圧力調整
され、電子レギュレータ３２で圧力フィードバック制御
がかけられる。この電子レギュレータ３２は、図６に示
すように、制御回路４５に制御入力信号が印加され、制
御回路４５は圧電バイモルフ４６に出力電圧を印加し、
空圧源からの空圧が給気されているノズルフラッパ４７
を圧電バイモルフ４６により駆動変位させる。ノズルフ
ラッパ４７は、同じく空圧源からの空圧が給気されてい
るボリュームブースタ４８を調圧する。ボリュームブー
スタ４８は圧力センサー４９を介して制御回路４５に接
続され圧力フィードバック制御がなされる。この電子レ
ギュレータ３２のボリュームブースタ４８は入力配管２
７を介して電気空圧アナログ弁２３に給気される。In the pressure feedback control system shown in FIG. 5, the compressor 25 as an air pressure source is connected to the input pipe 2
Compressed air is stored in the receiver tank 40 through 7 and the drain is discharged there. The compressed air from the receiver tank 40 is dried by the air dryer 41, and the filter 42
The dust and the like are removed by and the oil is removed by the micro alescer 43. Then, the pressure is adjusted by the regulator 26, and the pressure feedback control is performed by the electronic regulator 32. In this electronic regulator 32, as shown in FIG. 6, a control input signal is applied to the control circuit 45, and the control circuit 45 applies an output voltage to the piezoelectric bimorph 46,
Nozzle flapper 47 that is supplied with air pressure from an air pressure source
Are driven and displaced by the piezoelectric bimorph 46. The nozzle flapper 47 regulates the volume booster 48 to which the air pressure from the air pressure source is also supplied. The volume booster 48 is connected to the control circuit 45 via a pressure sensor 49 and pressure feedback control is performed. The volume booster 48 of the electronic regulator 32 is the input pipe 2
Air is supplied to the electro-pneumatic analog valve 23 via 7.
【００３５】別法として、圧力フィードバック制御系２
９の代りに、通常のレギュレータ２６を複数台直列に接
続して空圧源の圧力変動を小さくしてもよい。また、出
力圧精度の高い機械的なベロフラムレギュレータを使用
して空圧源の圧力変動を小さくしてもよい。このように
本発明のアクティブ振動絶縁装置は、空圧源と電気空圧
アナログ弁２９との間に、電気空圧アナログ弁２３に供
給される空気圧力を一定に制御する圧力フィードバック
制御系２９を介在させたことにより、浮上高さ及び振動
についてミクロンオーダーの制御が可能となる。Alternatively, the pressure feedback control system 2
Instead of 9, a plurality of normal regulators 26 may be connected in series to reduce the pressure fluctuation of the air pressure source. Further, a mechanical bellows regulator having high output pressure accuracy may be used to reduce the pressure fluctuation of the air pressure source. As described above, the active vibration isolator of the present invention includes the pressure feedback control system 29 for controlling the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve 23 to be constant between the pneumatic source and the electro-pneumatic analog valve 29. By interposing it, it becomes possible to control the flying height and vibration on the order of microns.
【００３６】以上の例では加速度信号、速度信号、相対
変位信号の３信号をフィードバック制御信号として用い
たが、所期の振動絶縁効果を得るための用途に応じて加
速度信号に速度信号または相対変位信号を組合せた信号
を用いて制御することもできる。In the above example, the acceleration signal, the velocity signal and the relative displacement signal are used as the feedback control signal. However, the acceleration signal may be the velocity signal or the relative displacement signal depending on the application for obtaining the desired vibration isolation effect. It is also possible to control using a combined signal.
【００３７】[0037]
【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、電気空圧アナロ
グ弁から空気バネへの出力配管の流体抵抗を前記電気空
圧アナログ弁からの排気配管の流体抵抗より小さくした
配管系を構築し、或いは空圧源から電気空圧アナログ弁
への入力配管と電気空圧アナログ弁から空気バネへの出
力配管との圧力差を大きくした配管系を構築し、又は空
圧源と電気空圧アナログ弁との間に、電気空圧アナログ
弁に供給される空気圧力を一定に制御する圧力フィード
バック制御系を介在したことにより、電気空圧アナログ
弁の特性を良好なものにし、電気空圧アナログ弁に供給
される空気圧力を一定に制御し、空気バネの空圧制御の
精度を高めてアクティブ振動絶縁性能を大幅に高めるこ
とができる。As is apparent from the above description, according to the active vibration isolator of the present invention, the fluid resistance of the output pipe from the electropneumatic analog valve to the air spring is controlled by the electropneumatic analog valve. A piping system that is smaller than the fluid resistance of the exhaust piping, or a piping system that increases the pressure difference between the input piping from the pneumatic source to the electro-pneumatic analog valve and the output piping from the electro-pneumatic analog valve to the air spring. Or a pressure feedback control system for controlling the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve to be constant between the pneumatic source and the electro-pneumatic analog valve. It is possible to improve the characteristics of (1), control the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve to a constant value, improve the accuracy of pneumatic control of the air spring, and significantly improve the active vibration isolation performance.
【図１】本発明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 the present invention.
【図２】図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のアクティ
ブ振動絶縁装置に使用される電気空圧アナログ弁の説明
図および特性図2 (a) and 2 (b) are explanatory diagrams and characteristic diagrams of an electro-pneumatic analog valve used in the active vibration isolator of FIG. 1, respectively.
【図３】図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれアクティブ振動
絶縁装置の制御系統図および制御波形図3A and 3B are a control system diagram and a control waveform diagram of the active vibration isolator, respectively.
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は図１のアクティブ振動絶
縁装置の周波数に対するゲインと位相を表すボード線図4 (a) and 4 (b) are Bode plots showing gain and phase with respect to frequency of the active vibration isolator of FIG.
【図５】図１のアクティブ振動絶縁装置に使用される圧
力フィードバック制御系の空気圧回路図5 is a pneumatic circuit diagram of a pressure feedback control system used in the active vibration isolator of FIG.
【図６】図５の圧力フィードバック制御系に使用される
電子レギュレータの回路図6 is a circuit diagram of an electronic regulator used in the pressure feedback control system of FIG.
【図７】従来のパッシブ振動絶縁装置に使用される空気
バネを示す説明図FIG. 7 is an explanatory view showing an air spring used in a conventional passive vibration isolator.
１１……架台 １２……空気バネ １３……制御対象物 １３……加速度センサ １５……変位センサ ２４……ダンパー ２３……電気空圧アナログ弁 ２５……空圧源 ２４……出力配管 ２８……排気配管 ２７……入力配管 ２９……圧力フィードバック制御系 11 ... Platform 12 ... Air spring 13 ... Controlled object 13 ... Acceleration sensor 15 ... Displacement sensor 24 ... Damper 23 ... Electro-pneumatic analog valve 25 ... Pneumatic source 24 ... Output piping 28 ... … Exhaust pipe 27 …… Input pipe 29 …… Pressure feedback control system
Claims (3)
を支持し、前記空気バネを電気空圧アナログ弁を介して
空圧源に接続し、前記制御対象物の振動及び（又は）変
位を検出し、検出された信号により前記電気空圧アナロ
グ弁を駆動し前記空気バネをアクティブ制御して前記制
御対象物の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置にお
いて、前記電気空圧アナログ弁から前記空気バネへの出
力配管の流体抵抗を前記電気空圧アナログ弁からの排気
配管の流体抵抗より小さくした配管系を構築したことを
特徴とするアクティブ振動絶縁装置。1. An air spring mounted on a gantry supports an object to be controlled, and the air spring is connected to a pneumatic pressure source via an electropneumatic analog valve to prevent vibration and / or displacement of the object to be controlled. An active vibration isolator that detects and drives the electropneumatic analog valve by the detected signal to actively control the air spring to insulate the vibration of the controlled object. An active vibration isolator, wherein a piping system is constructed in which a fluid resistance of an output pipe to the electric pipe is set smaller than a fluid resistance of an exhaust pipe from the electro-pneumatic analog valve.
を支持し、前記空気バネを電気空圧アナログ弁を介して
空圧源に接続し、前記制御対象物の振動及び（又は）変
位を検出し、検出された信号により前記電気空圧アナロ
グ弁を駆動し前記空気バネをアクティブ制御して前記制
御対象物の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置にお
いて、前記空圧源から前記電気空圧アナログ弁への入力
配管と前記電気空圧アナログ弁から前記空気バネへの出
力配管との圧力差を大きくした配管系を構築したことを
特徴とするアクティブ振動絶縁装置。2. An object to be controlled is supported by an air spring mounted on a gantry, and the air spring is connected to a pneumatic pressure source via an electropneumatic analog valve to prevent vibration and / or displacement of the object to be controlled. In the active vibration isolator that detects the signal and drives the electropneumatic analog valve by the detected signal to actively control the air spring to isolate the vibration of the controlled object, the electropneumatic analog from the pneumatic source. An active vibration isolator comprising a piping system in which a pressure difference between an input pipe to the valve and an output pipe from the electro-pneumatic analog valve to the air spring is increased.
を支持し、前記空気バネを電気空圧アナログ弁を介して
空圧源に接続し、前記制御対象物の振動及び（又は）変
位を検出し、検出された信号により前記電気空圧アナロ
グ弁を駆動し前記空気バネをアクティブ制御して前記制
御対象物の振動を絶縁するアクティブ振動絶縁装置にお
いて、前記空圧源と前記電気空圧アナログ弁との間に、
前記電気空圧アナログ弁に供給される空気圧力を一定に
制御する圧力フィードバック制御系を介在したことを特
徴とするアクティブ振動絶縁装置。3. An object to be controlled is supported by an air spring mounted on a gantry, and the air spring is connected to a pneumatic pressure source via an electropneumatic analog valve to prevent vibration and / or displacement of the object to be controlled. In the active vibration isolator that detects and drives the electropneumatic analog valve by the detected signal to actively control the air spring to isolate the vibration of the controlled object, the pneumatic pressure source and the electropneumatic analog. Between the valve,
An active vibration isolator comprising a pressure feedback control system for controlling the air pressure supplied to the electro-pneumatic analog valve to a constant value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19721492A JPH0642585A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Active vibration isolation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19721492A JPH0642585A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Active vibration isolation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642585A true JPH0642585A (en) | 1994-02-15 |
Family
ID=16370733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19721492A Pending JPH0642585A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Active vibration isolation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642585A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006283966A (en) * | 2005-03-10 | 2006-10-19 | Kurashiki Kako Co Ltd | Active vibration removing apparatus |
| JP2013531760A (en) * | 2010-06-18 | 2013-08-08 | ピールブルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Control device for internal combustion engine |
| CN103939520A (en) * | 2014-03-05 | 2014-07-23 | 哈尔滨工程大学 | Passive vibration isolation device suitable for low frequency vibration |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP19721492A patent/JPH0642585A/en active Pending
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| US9261015B2 (en) | 2010-06-18 | 2016-02-16 | Pierburg Gmbh | Control device for internal combustion engines |
| CN103939520A (en) * | 2014-03-05 | 2014-07-23 | 哈尔滨工程大学 | Passive vibration isolation device suitable for low frequency vibration |
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