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JP2013061042A - Vibration isolation equipment - Google Patents

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JP2013061042A
JP2013061042A JP2011201013A JP2011201013A JP2013061042A JP 2013061042 A JP2013061042 A JP 2013061042A JP 2011201013 A JP2011201013 A JP 2011201013A JP 2011201013 A JP2011201013 A JP 2011201013A JP 2013061042 A JP2013061042 A JP 2013061042A
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vibration
actuator
acceleration
payload
damper
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Osamu Takahara
修 高原
Munetaka Kashiwa
宗孝 柏
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide vibration isolation equipment, which has stable vibration insulation ability even for microscopic vibrations from low frequency and has effective damping characteristics in high frequency band as compared to conventional hybrid type vibration isolation equipment.SOLUTION: The vibration isolation equipment includes: a first spring 102 disposed between a base and payload; a vibration absorption part which comprises a second spring 103 and damper 106, which are subjected to series connection between the base and payload while being provided together with the first spring, and a connection part 104 constituting an intermediate mass for connecting the second spring and damper; an actuator 101 which is disposed between the base and payload and suppresses vibrations of the payload for the base; a first motion sensor 107 mounted on the payload; a second motion sensor 105 mounted on the connection part of the vibration absorption part; and an actuator control system which includes a control part 120 for controlling the actuator to suppress the vibration of the payload in accordance with a feedback signal from the first and second motion sensors.

Description

この発明は、振動減衰および振動絶縁の分野に関するもので、具体的には、振動絶縁装置を構成する受動的粘性減衰機構と能動的アクチュエータを具備した振動絶縁装置(振動絶縁ストラット)に関するものである。   The present invention relates to the field of vibration damping and vibration isolation, and more particularly to a vibration isolation device (vibration isolation strut) including a passive viscous damping mechanism and an active actuator constituting the vibration isolation device. .

精密機器を輸送、または、操作する場合、この精密機器内部に構造振動の発生を伴うことがある。この構造振動により、精密機器の損傷や性能低下が引起されることがある。そこでこれを回避するため、多くの場合、精密機器に対する外乱を絶縁するために振動減衰装置を配設し、精密機器内部での振動発生を抑制させている。   When a precision instrument is transported or operated, structural vibration may occur inside the precision instrument. This structural vibration may cause damage to precision equipment and performance degradation. Therefore, in order to avoid this, in many cases, a vibration damping device is provided in order to insulate the disturbance to the precision instrument, and the generation of vibration inside the precision instrument is suppressed.

これらの問題を解決するため、受動、能動方式でさまざまな振動絶縁装置が開発されている。受動方式の場合、機械的に、粘性減衰ダンパと前記ダンパに直列配置される第2のバネと前記ダンパと第2のバネに平行に配置する第1のバネで構成される3パラメータ振動絶縁ストラット複数本で構成されることが知られている。前記3パラメータ振動絶縁ストラットで構成する以外にも、振動絶縁性能は若干落ちるが、並列にバネと粘性減衰ダンパを配置する2パラメータや、3パラメータにダンパ部の流体慣性質量(中間質量)を考慮した4パラメータの振動絶縁ストラットで構成する方法なども知られている。   In order to solve these problems, various vibration isolation devices have been developed by passive and active methods. In the case of the passive system, a three-parameter vibration isolation strut mechanically composed of a viscous damping damper, a second spring arranged in series with the damper, and a first spring arranged in parallel with the damper and the second spring. It is known that it is composed of a plurality of pieces. In addition to the three-parameter vibration isolation struts, the vibration isolation performance is slightly reduced. However, the two parameters of the spring and viscous damping damper are arranged in parallel, and the fluid inertia mass (intermediate mass) of the damper is taken into consideration for the three parameters. A method using a four-parameter vibration isolation strut is also known.

一方、この振動絶縁ストラット構成としてボイスコイル、圧電素子などのアクチュエータと加速度センサを組み合わせ、加速度センサ出力をフィードバックして、アクチュエータを制御する能動方式のものもある。   On the other hand, this vibration isolation strut configuration includes an active type in which an actuator such as a voice coil or a piezoelectric element is combined with an acceleration sensor, and the output of the acceleration sensor is fed back to control the actuator.

さらに、前記受動方式と能動方式を組み合わせたハイブリッド方式の振動絶縁ストラットも知られている。   Furthermore, a hybrid type vibration isolation strut combining the passive method and the active method is also known.

一般的な振動絶縁装置は、前記の振動絶縁ストラット複数本の片端を精密機器が搭載されるプラットフォーム側(ベース)に、もう一方を精密機器の搭載デッキ(ペイロード)に接続し、複数の自由度に対して振動伝達を抑制する。これら振動絶縁特性については、振動伝達関数で評価することが一般的である。粘性減衰ダンパ、バネで構成される受動方式の場合、3パラメータの場合には、これよりも減衰効果の高い−40dB/decade、4パラメータの場合に−60dB/decadeでの減衰を実現することが可能となるため、より振動に敏感な精密機器には、減衰効果の高いものを適用するほうがよい。ただし、この受動方式の場合には、高周波帯域において、振動絶縁効果を持つが、それよりも低い周波数において、原理的に必ず共振を持つこととなり、低周波数から高周波まで広帯域に振動絶縁することが難しい。   A general vibration isolator has a plurality of degrees of freedom by connecting one end of the above-mentioned vibration isolation struts to the platform side (base) on which precision instruments are mounted, and the other end to a precision equipment mounting deck (payload). Against vibration transmission. These vibration insulation characteristics are generally evaluated by a vibration transfer function. In the case of a passive system composed of a viscous damping damper and a spring, in the case of three parameters, attenuation of -40 dB / decade, which has a higher damping effect than that in the case of four parameters, can be realized at -60 dB / decade. Because it becomes possible, it is better to apply a high-damping precision instrument to a precision instrument that is more sensitive to vibration. However, in the case of this passive method, it has a vibration isolation effect in the high frequency band, but in principle it always has resonance at a lower frequency, and it can be vibration isolated in a wide band from low frequency to high frequency. difficult.

能動方式の場合には、アクチュエータと加速度センサ等のセンサを用いるが、振動絶縁性能は、低周波数から抑制を実現できるものの、高周波数帯域については、アクチュエータ制御帯域と加速度センサ等のセンサのサンプリング周波数帯域により制約を受けることになる。また、故障した場合、機能不全に陥ってしまうという問題点がある。これら受動方式と能動方式の欠点をカバーする方式が、ハイブリッド方式の振動絶縁ストラットである。この特性としては、低周波数帯域については能動方式により振動絶縁を実現し、高周波数については、受動方式の振動絶縁性能を持つことができることから低周波数から高周波数まで、振動絶縁を可能することが可能となる特徴を持つ。   In the case of the active method, an actuator and a sensor such as an acceleration sensor are used. Although the vibration isolation performance can be suppressed from a low frequency, the actuator control band and the sampling frequency of the sensor such as an acceleration sensor are used for the high frequency band. It will be restricted by the bandwidth. In addition, when a failure occurs, there is a problem in that it falls into a malfunction. A hybrid system vibration isolation strut is a system that covers the disadvantages of the passive system and the active system. As for this characteristic, vibration isolation can be realized by the active method for the low frequency band, and vibration isolation performance can be achieved for the high frequency from the low frequency to the high frequency because it can have the vibration isolation performance of the passive method. It has features that make it possible.

なお、受動方式の振動絶縁ストラットを開示したものとして例えば下記特許文献1、ハイブリッド方式の振動絶縁ストラットを開示したものとして例えば下記特許文献2がある。   For example, the following Patent Document 1 discloses the passive vibration isolation strut, and the following Patent Document 2 discloses the hybrid vibration isolation strut.

特表2007−531852号公報Special table 2007-531852 gazette 特開2008―254726号公報JP 2008-254726 A

このように振動絶縁装置(振動絶縁ストラット)において、振動絶縁する方式として、受動方式のみで実現する場合と、能動方式のみで実現する場合、受動方式と能動方式を組み合わせたハイブリッド方式の3つの方法がある。   In this way, in the vibration isolator (vibration isolation strut), there are three methods for isolating vibration: a hybrid method combining the passive method and the active method, when realizing only with the passive method and when realizing only with the active method. There is.

上述のように、受動方式の場合、減衰性能を高くする方法として、機械的に、粘性減衰ダンパと前記ダンパに直列配置される第2のバネと前記ダンパと第2のバネに平行に配置する第1のバネで構成される3パラメータが知られており、この場合、減衰特性として、−40dB/decの特性を持つことが知られている(図8の減衰特性403参照)。さらに、この特性を向上する方法として、3パラメータの振動絶縁ストラットで構成するオイルダンパ内部の流体質量と結合部材の質量で構成される中間質量を考慮することで、−60dB/decで減衰特性を実現することができる(図8の減衰特性404参照)。しかし、この特性を実現する場合、前記中間質量を精度良く調整する必要があり、適切に調整しなければ、その特性を得られないという問題点があった。また、必ず共振点を持つため、共振周波数以上の高周波数で伝達関数が0dBを下回る領域でしか、減衰効果を得られないという問題点もあった。   As described above, in the case of the passive method, as a method of increasing the damping performance, mechanically, the viscous damping damper, the second spring arranged in series with the damper, and the damper and the second spring are arranged in parallel. Three parameters composed of the first spring are known, and in this case, it is known that the damping characteristic has a characteristic of −40 dB / dec (see the damping characteristic 403 in FIG. 8). Furthermore, as a method of improving this characteristic, the damping characteristic is reduced at −60 dB / dec by considering an intermediate mass constituted by the fluid mass inside the oil damper constituted by the three-parameter vibration insulation strut and the mass of the coupling member. This can be realized (see the attenuation characteristic 404 in FIG. 8). However, in order to realize this characteristic, it is necessary to adjust the intermediate mass with high accuracy, and there is a problem that the characteristic cannot be obtained unless it is appropriately adjusted. In addition, since it always has a resonance point, there is also a problem that an attenuation effect can be obtained only in a region where the transfer function is lower than 0 dB at a frequency higher than the resonance frequency.

2つの目の方式である能動方式の場合には、能動アクチュエータが故障すると、振動絶縁効果が全く得られなくなり、例えば、宇宙機に搭載する場合、衛星本体からの振動による観測精度の悪化等のリスクを増大させるという問題点があった。   In the case of the active method, which is the second method, if the active actuator fails, the vibration insulation effect cannot be obtained at all. For example, when mounted on a spacecraft, the observation accuracy deteriorates due to vibration from the satellite body, etc. There was a problem of increasing the risk.

さらに、これらの問題を解決する3つ目の方式として、受動方式と能動方式を組み合わせたハイブリッド方式が開発されている。このハイブリッド方式の受動方式部分は、前記3パラメータ方式のものを使用し、能動方式部は、ボイスコイル、圧電素子等のアクチュエータと加速度センサ等の慣性センサを使用して、低周波数帯域の振動絶縁効果を確保し、能動アクチュエータで制御できない帯域については、3パラメータダンパの受動方式を使用し振動絶縁できる(図8の減衰特性402参照)。しかし、この方式の場合、前記受動方式のパッシブ振動絶縁ストラットを用いるため、高周波数において−40dB/decでの減衰特性しか確保できないという問題点があった。また、高周波でより効果の振動絶縁効果をあげるために、4パラメータ方式のパッシブ振動ストラットを実現しようとした場合、流体質量を微調整することでしか実現することができないという問題点もあった。   Furthermore, as a third method for solving these problems, a hybrid method combining a passive method and an active method has been developed. The hybrid type passive type part uses the above-mentioned three-parameter type, and the active type part uses a voice coil, an actuator such as a piezoelectric element, and an inertial sensor such as an acceleration sensor, thereby isolating vibration in a low frequency band. The band that can secure the effect and cannot be controlled by the active actuator can be vibration-isolated using the passive method of the three-parameter damper (see the damping characteristic 402 in FIG. 8). However, in the case of this method, since the passive vibration isolation strut of the passive method is used, there is a problem that only a damping characteristic at −40 dB / dec can be secured at a high frequency. Further, in order to achieve a more effective vibration isolation effect at high frequencies, there has been a problem that when a four-parameter passive vibration strut is realized, it can be realized only by finely adjusting the fluid mass.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、低周波数からの微小振動でも安定した振動絶縁能力を持ち、従来のハイブリッド方式の振動絶縁装置と比較し、さらに高周波数帯域において効果的な減衰特性を持つ振動絶縁装置を提供することを目的とする(図8の減衰特性401参照)。   The present invention has been made to solve the above-described problems, has stable vibration isolation capability even with minute vibrations from low frequencies, and is higher than the conventional hybrid vibration isolation device. An object of the present invention is to provide a vibration isolator having an effective attenuation characteristic in the frequency band (see the attenuation characteristic 401 in FIG. 8).

この発明は、ベースとペイロードの間に設けられた第1のバネと、前記第1のバネと併設して前記ベースとペイロードの間で直列接続された第2のバネとダンパ、および前記第2のバネとダンパとの間を接続する中間質量を構成する接続部とからなる振動吸収部と、前記ベースとペイロードの間に設けられベースに対してペイロードの振動を抑制するアクチュエータと、前記ペイロードに搭載された第1の運動センサと、前記振動吸収部の接続部に搭載された第2の運動センサと、前記第1および第2の運動センサからのフィードバック信号に従って前記ペイロードの振動を抑制するよう前記アクチュエータを制御する制御部を含むアクチュエータ制御系と、を備えたことを特徴とする振動絶縁装置にある。   According to the present invention, a first spring provided between a base and a payload, a second spring and a damper connected in series between the base and the payload in parallel with the first spring, and the second A vibration absorbing portion comprising a connecting portion constituting an intermediate mass for connecting between the spring and the damper, an actuator provided between the base and the payload for suppressing the vibration of the payload with respect to the base, and the payload In order to suppress vibration of the payload in accordance with feedback signals from the first motion sensor mounted, the second motion sensor mounted at the connection portion of the vibration absorber, and the first and second motion sensors. And an actuator control system including a control unit for controlling the actuator.

この発明では、低周波数からの微小振動でも安定した振動絶縁能力を持ち、従来のハイブリッド方式の振動絶縁装置と比較し、さらに高周波数帯域において効果的な減衰特性を持つ振動絶縁装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a vibration isolator having a stable vibration isolation capability even with a minute vibration from a low frequency and having an effective damping characteristic in a higher frequency band as compared with a conventional hybrid vibration isolator.

この発明の実施の形態1によるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the hybrid type vibration isolator by Embodiment 1 of this invention. 図1の振動絶縁ストラットの具体的構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the specific structure of the vibration isolation strut of FIG. 図1の振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the actuator control system in control by the control part of the vibration isolation strut of FIG. この発明の実施の形態3における振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the actuator control system in control by the control part of the vibration isolation strut in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態6におけるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the hybrid type vibration isolator in Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6における振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the actuator control system in control by the control part of the vibration isolation strut in Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7における振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the actuator control system in control by the control part of the vibration isolation strut in Embodiment 7 of this invention. この発明の振動絶縁(減衰特性)と、従来技術による振動絶縁特性とを比較した図である。FIG. 6 is a diagram comparing vibration isolation (damping characteristics) of the present invention with vibration isolation characteristics according to the prior art.

以下、この発明による振動絶縁装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, a vibration isolator according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す。ベース面(ベース)109とペイロード搭載面(ペイロード)108との間に、第2のバネ103とダンパ106が直列に配設され、第2のバネ103とダンパ106の間にこれらを接続する接続部の質量に相当する中間質量104を配設し、第2のバネ103、ダンパ106および中間質量104に対して、並列に第1のバネ102が配設された4パラメータ振動絶縁ストラット部111に、並列に能動アクチュエータ101(例えばボイスコイル)を配設する。中間質量104には運動センサである例えば加速度センサ105を配設し、同様にペイロード搭載面108には加速度センサ107を配設する。以上の部分が振動絶縁ストラット1を構成する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a basic configuration of a hybrid vibration isolator according to Embodiment 1 of the present invention. A second spring 103 and a damper 106 are arranged in series between a base surface (base) 109 and a payload mounting surface (payload) 108, and a connection for connecting them between the second spring 103 and the damper 106 An intermediate mass 104 corresponding to the mass of the portion is disposed, and a four-parameter vibration isolation strut portion 111 in which the first spring 102 is disposed in parallel to the second spring 103, the damper 106, and the intermediate mass 104 is provided. The active actuator 101 (for example, voice coil) is disposed in parallel. For example, an acceleration sensor 105, which is a motion sensor, is disposed on the intermediate mass 104, and similarly, an acceleration sensor 107 is disposed on the payload mounting surface. The above portions constitute the vibration isolation strut 1.

コンピュータ等により構成される制御部120は各加速度センサ105、107等からの信号に従って能動アクチュエータ101の制御を行う。   A control unit 120 configured by a computer or the like controls the active actuator 101 in accordance with signals from the acceleration sensors 105 and 107.

また、図2は、振動絶縁ストラット1の具体的構成の一例を断面図で示したものである。振動絶縁ストラット1は中心軸200を有するシャフト軸201を含む。シャフト軸201は、第1の端部202をベース部材204に、第2の端部203を端部材205に接続する。ベース部材204には第1のベローズ206、端部材205には第2のベローズ207が接続する。フランジ208はシャフト軸201と同軸配置される。フランジ208はシャフト軸201より径が大きく、シャフト軸201の外周に沿って延び、第1及び第2のベローズ206、207より径が小さい穴を有し、フランジ208とシャフト軸201の間で環状流路209を形成する。流体は、第1のベローズ206と第1の端部202とで形成される容積室A210と、第2のベローズ207と第2の端部203とで形成される容積室B211と、これらの容積室を接続する環状流路209に充填され、振動に伴い、環状流路209を行き来するこことで、ダンパとしての制動力を生じさせる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of the vibration isolation strut 1. The vibration isolation strut 1 includes a shaft axis 201 having a central axis 200. The shaft shaft 201 connects the first end 202 to the base member 204 and the second end 203 to the end member 205. A first bellows 206 is connected to the base member 204, and a second bellows 207 is connected to the end member 205. The flange 208 is arranged coaxially with the shaft shaft 201. The flange 208 is larger in diameter than the shaft shaft 201, extends along the outer periphery of the shaft shaft 201, has a hole having a smaller diameter than the first and second bellows 206 and 207, and is annular between the flange 208 and the shaft shaft 201. A flow path 209 is formed. The fluid includes a volume chamber A210 formed by the first bellows 206 and the first end portion 202, a volume chamber B211 formed by the second bellows 207 and the second end portion 203, and these volumes. The annular flow path 209 connecting the chambers is filled, and a braking force as a damper is generated by moving back and forth along the annular flow path 209 with vibration.

フランジ208の外側は、例えば円筒形状の剛性部材A216の軸方向の一端の内側に固定されており、剛性部材A216の他端には第1の板バネA214の外端を挟み込む形で例えば円筒形状の剛性部材B217の軸方向の一端が接続される。剛性部材B217の他端には、第2の板バネB215の外端が固定される。第1の板バネA214の内端が、剛性部材B217の内側で同軸方向に延びる例えば円筒形状の剛性部材C218の軸方向の一端に接続され、第2の板バネB215の内端が、剛性部材C218他端と例えば円筒形状の剛性部材D219の軸方向の一端に挟み込まれる形で固定されている。これにより、第1の板バネA214および第2の板バネB215は、剛性部材A216および剛性部材B217と、剛性部材C218および剛性部材D219との間でバネ性を確保する。   The outer side of the flange 208 is fixed to the inner side of one end of the cylindrical rigid member A216 in the axial direction, for example, and the other end of the rigid member A216 is sandwiched with the outer end of the first leaf spring A214. One end of the rigid member B217 in the axial direction is connected. The outer end of the second leaf spring B215 is fixed to the other end of the rigid member B217. The inner end of the first leaf spring A214 is connected to one end in the axial direction of, for example, a cylindrical rigid member C218 extending in the same direction inside the rigid member B217, and the inner end of the second leaf spring B215 is connected to the rigid member. It is fixed in such a manner as to be sandwiched between the other end of C218 and one end in the axial direction of, for example, a cylindrical rigid member D219. Accordingly, the first plate spring A214 and the second plate spring B215 ensure springiness between the rigid member A216 and the rigid member B217, and the rigid member C218 and the rigid member D219.

一方、第3の板バネC212は、カバーA222と例えば円筒形状の剛性部材E220の軸方向の一端との間に外端を挟み込む形で固定されている。第3の板バネC212の内端は、例えば円筒形状の剛性部材F221の軸方向の一端に接続される。また、同様に第4の板バネD213は、例えば円筒形状の剛性部材E220の他端に外端が固定され、内端が剛性部材F221とカバーB223の間に挟み込まれる形で固定されている。これにより、第3の板バネC212と第4の板バネD213は、カバーA222および剛性部材E220と、剛性部材F221およびカバーB223との間でバネ性を確保する。   On the other hand, the third leaf spring C212 is fixed in such a manner that the outer end is sandwiched between the cover A222 and one end of the cylindrical rigid member E220 in the axial direction, for example. The inner end of the third leaf spring C212 is connected to one end in the axial direction of, for example, a cylindrical rigid member F221. Similarly, the fourth plate spring D213 has an outer end fixed to the other end of a cylindrical rigid member E220, for example, and an inner end fixed so as to be sandwiched between the rigid member F221 and the cover B223. Accordingly, the third leaf spring C212 and the fourth leaf spring D213 ensure springiness between the cover A222 and the rigid member E220, and the rigid member F221 and the cover B223.

カバーA222に対してピボットA224を接続してストラット端A226を構成し、同様に、カバーB223には2軸ピボットB225を接続してストラット端B227を構成する。また、図1に示した中間質量104に搭載の加速度センサ105が剛性部材A216内、ペイロード搭載面108に搭載の加速度センサ107はカバーA222内に配設されている。なお、センサ感度軸は、図2に示す中心軸200に平行な方向となっている。さらに、能動アクチュエータ101は、図2に示す剛性部材E220に配設された磁石231、剛性部材F221に配設されたコイル232とで構成されたる非接触アクチュエータであるボイスコイルからなる。中間質量104は、フランジ208、剛性部材A216(さらに第1および第2のベローズ206,207内に充填された流体を含める場合もある)から構成される質量を意味している。   A pivot A224 is connected to the cover A222 to form a strut end A226. Similarly, a biaxial pivot B225 is connected to the cover B223 to form a strut end B227. Further, the acceleration sensor 105 mounted on the intermediate mass 104 shown in FIG. 1 is disposed in the rigid member A216, and the acceleration sensor 107 mounted on the payload mounting surface 108 is disposed in the cover A222. The sensor sensitivity axis is parallel to the central axis 200 shown in FIG. Further, the active actuator 101 includes a voice coil that is a non-contact actuator including a magnet 231 disposed on the rigid member E220 and a coil 232 disposed on the rigid member F221 shown in FIG. The intermediate mass 104 means a mass composed of the flange 208 and the rigid member A216 (which may further include fluid filled in the first and second bellows 206, 207).

図2のストラット端B227が図1のベース面109接続される。また、ストラット端A226がペイロード搭載面108に接続される。また、第3の板バネC212と第4の板バネD213が第1のバネ102を構成し、第3の板バネC212と第4の板バネD213が第2のバネ103を構成する。また、シャフト軸201、端部材205、第1および第2のベローズ206,207、および第1および第2のベローズ206,207内に充填された流体がダンパ106を構成する。また、フランジ208、剛性部材A216、(さらに第1および第2のベローズ206,207内に充填された流体を含める場合もある)が中間質量104を構成する。そして、磁石231、コイル232が能動アクチュエータ101を構成する。   The strut end B227 of FIG. 2 is connected to the base surface 109 of FIG. The strut end A226 is connected to the payload mounting surface 108. The third plate spring C212 and the fourth plate spring D213 constitute the first spring 102, and the third plate spring C212 and the fourth plate spring D213 constitute the second spring 103. The shaft shaft 201, the end member 205, the first and second bellows 206 and 207, and the fluid filled in the first and second bellows 206 and 207 constitute the damper 106. Further, the flange 208 and the rigid member A 216 (which may further include fluid filled in the first and second bellows 206 and 207) constitute the intermediate mass 104. The magnet 231 and the coil 232 constitute the active actuator 101.

また、図1の直列接続された第2のバネ103とダンパ106、およびこれらの間を接続する接続部である中間質量104(フランジ208、剛性部材A216、(さらに第1および第2のベローズ206,207内に充填された流体を含める場合もある))が振動吸収部を構成する。   In addition, the second spring 103 and the damper 106 connected in series in FIG. 1 and the intermediate mass 104 (the flange 208, the rigid member A216, (and the first and second bellows 206) which are connecting portions connecting them are connected. , 207 may be included))) constitutes the vibration absorbing portion.

図3は、図1の振動絶縁ストラット1の制御部120による制御のアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。この制御系は、電流制御系と加速度制御系をカスケード接続したものである。図3において、アクチュエータ制御系は、所定の演算を行ったり所定の出力を発生する演算部10,14,19、加算部13、減算部11,15,20、加速度制御器12,21、電流制御器16、加速度センサ107,105で構成される。そして4パラメータ振動絶縁ストラット部111に相当する振動アイソレータ18からの抑制できない振動に従ってボイスコイル101に電圧を与える制御を行う。   FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of an actuator control system controlled by the control unit 120 of the vibration isolation strut 1 of FIG. This control system is a cascade connection of a current control system and an acceleration control system. In FIG. 3, the actuator control system includes calculation units 10, 14, and 19, an addition unit 13, subtraction units 11, 15, and 20, acceleration controllers 12, 21 that perform predetermined calculations and generate predetermined outputs, current control, and the like. 16 and acceleration sensors 107 and 105. Then, control is performed to apply a voltage to the voice coil 101 in accordance with vibration that cannot be suppressed from the vibration isolator 18 corresponding to the four-parameter vibration isolation strut portion 111.

演算部10,減算部11,加速度制御器12,加算部13,演算部19,減算部20,加速度制御器21で構成される加速度制御手段は、運動センサ(107,105)のフィードバック信号に基づいて得られるペイロード搭載面108と中間質量(振動吸収部の接続部)104の加速度をそれぞれ0にする値を加速度制御器(12,21)でPI制御またはP制御を行ってボイスコイル(能動アクチュエータ)101への力指令値(F)を求める。また、演算部14,減算部15,電流制御器16、で構成される電流制御手段は、力指令値(F)を電流指令値(I)に変換した後、ボイスコイルの特性に従って電流制御器(16)でボイスコイルへの印加電圧(Vin)を生成する。 The acceleration control means including the calculation unit 10, the subtraction unit 11, the acceleration controller 12, the addition unit 13, the calculation unit 19, the subtraction unit 20, and the acceleration controller 21 is based on the feedback signal of the motion sensor (107, 105). The voice coil (active actuator) is obtained by performing PI control or P control with the acceleration controller (12, 21) so that the acceleration of the payload mounting surface 108 and the intermediate mass (connection portion of the vibration absorbing unit) 104 obtained by the above are respectively zero. ) The force command value (F * ) to 101 is obtained. Further, the current control means including the calculation unit 14, the subtraction unit 15, and the current controller 16 converts the force command value (F * ) into the current command value (I * ), and then determines the current according to the characteristics of the voice coil. The controller (16) generates an applied voltage (V in ) to the voice coil.

電流制御系は、電流フィードバック33となっており、一方、加速度制御系については、ペイロード搭載面108の加速度フィードバック32と中間質量104の加速度フィードバック31の構成となっている。なお、加速度制御器12,21はともにPI制御系またはP制御系を構成している。また、加速度制御器12,21からの出力は、ボイスコイル101への力指令値Fとなる。 The current control system is a current feedback 33, while the acceleration control system is composed of an acceleration feedback 32 on the payload mounting surface 108 and an acceleration feedback 31 on the intermediate mass 104. The acceleration controllers 12 and 21 together constitute a PI control system or a P control system. Further, outputs from the acceleration controllers 12 and 21 become a force command value F * to the voice coil 101.

この制御系は、振動絶縁ストラット1内のペイロード搭載面108に搭載された加速度センサ107の出力(ツードット)Xと中間質量104に搭載された加速度センサ105の出力(ツードット)Xを計測し、これらの加速度センサ107,105の出力を0とするように、振動絶縁ストラット1内の能動アクチュエータであるボイスコイル101のコイル232に電圧を印加して制御を行う。 The control system measures the output (Tsudotto) X F Output (Tsudotto) X p and the acceleration sensor 105 mounted on the intermediate mass 104 of the acceleration sensor 107 mounted in the payload mounting surface 108 of the vibration isolation strut 1 Control is performed by applying a voltage to the coil 232 of the voice coil 101 which is an active actuator in the vibration isolation strut 1 so that the outputs of the acceleration sensors 107 and 105 are zero.

図1に示す振動絶縁ストラット1の構成の運動方程式は、次のように記述できる。   The equation of motion of the configuration of the vibration isolation strut 1 shown in FIG. 1 can be described as follows.

Figure 2013061042
Figure 2013061042

ここで
:ペイロード搭載面108を含む支持する質量
:中間質量104の質量
:第1のバネ102の剛性
:第2のバネ103の剛性
c:ダンパ106の減衰係数
:ペイロード質量mの位置変位
:中間質量mの位置変位
:ベース面109の位置変位
(ドット)X:ペイロード質量mの速度
(ドット)X:中間質量mの速度
F:ボイスコイル101(アクチュエータ)の発生する力(発生力)
である。
Where m p : mass to support including payload mounting surface 108 m F : mass of intermediate mass 104 k 1 : rigidity of first spring 102 k 2 : rigidity of second spring 103 c: damping coefficient of damper 106 X p : position displacement of payload mass m p X F : position displacement of intermediate mass m F X B : position displacement of base surface 109
(Dot) X p : speed of payload mass m p
(Dot) X F : Intermediate mass m F speed F: Force generated by voice coil 101 (actuator)
It is.

制御系の構成については、加速度制御系として、中間質量104に配設した加速度センサ105、ペイロード搭載面108に配設した加速度センサ107の加速度信号(ツードット)Xp、(ツードット)Xを、ともに0となるようにボイスコイル101を制御する必要がある。このボイスコイル101への力指令Fは、ペイロード搭載面108の加速度センサ107、中間質量104に配設した加速度センサ105をともにPI制御(比例動作と積分動作を組み合わせた制御)を組む場合、加速度制御器12のPI制御の比例ゲインα、積分ゲインβとし、加速度制御器21のPI制御で比例ゲインγ、積分ゲインμとすると、次式(3)のように記述できる。 As for the configuration of the control system, as an acceleration control system, acceleration signals (two dots) X p and (two dots) X F of the acceleration sensor 105 disposed on the intermediate mass 104 and the acceleration sensor 107 disposed on the payload mounting surface 108 are used. It is necessary to control the voice coil 101 so that both become zero. The force command F * to the voice coil 101 is obtained when both the acceleration sensor 107 on the payload mounting surface 108 and the acceleration sensor 105 disposed on the intermediate mass 104 are combined with PI control (control in which proportional action and integral action are combined). If the proportional gain α and integral gain β of PI control of the acceleration controller 12 are set, and the proportional gain γ and integral gain μ are set by PI control of the acceleration controller 21, the following expression (3) can be given.

Figure 2013061042
Figure 2013061042

これをラプラス演算子sとして、ラプラス変換すると、   Using this as the Laplace operator s and Laplace transform,

Figure 2013061042
Figure 2013061042

と変形できる。 And can be transformed.

一方、実際に制御系を設計する際には、ボイスコイル101の特性を考慮する必要がある。ボイスコイルの特性方程式は、   On the other hand, when actually designing the control system, it is necessary to consider the characteristics of the voice coil 101. The characteristic equation of the voice coil is

Figure 2013061042
Figure 2013061042

で示される。ここで、
I(t):ボイスコイル101の励磁電流
:ボイスコイル101の推力定数
L:ボイスコイル101のインダクタンス
R:ボイスコイル101の巻線抵抗
:ボイスコイル101の誘導起電圧定数(=K)
in:ボイスコイル101への印加電圧
(ドット)XP:ペイロード面の速度
(ドット)XB:ベース面の速度
である。
Indicated by here,
I (t): excitation current of the voice coil 101 K T : thrust constant of the voice coil 101 L: inductance of the voice coil 101 R: winding resistance of the voice coil 101 K E : induced electromotive force constant of the voice coil 101 (= K T )
V in : voltage applied to the voice coil 101
(Dot) XP : Payload surface speed
(Dot) X B : The speed of the base surface.

また、電流制御系として、PI制御系を使用し、比例ゲインK(電流)と積分ゲインK(電流)を定義し、
(電流)=KPe
(電流)=(R/L)KPe
とすると、電流制御系の開ループ伝達関数G(電流)は、
G(電流)=KPe/(L・s)
となり、電流制御系のゲイン交差角周波数ωは、
ω(電流)=KPe/L
となる。
In addition, the PI control system is used as the current control system, and the proportional gain K p (current) and the integral gain K I (current) are defined.
K p (current) = K Pe
K I (current) = (R / L) K Pe
Then, the open loop transfer function G (current) of the current control system is
G (current) = K Pe / (L · s)
The gain crossover angular frequency ω e of the current control system is
ω e (current) = K Pe / L
It becomes.

一方、電流制御系の閉ループ伝達関数が
G(電流)=ω/(s+ω)
とあらわされるので、電流制御の閉ループ伝達特性を考慮したボイスコイルの発生力F(s)は、
On the other hand, the closed loop transfer function of the current control system is G (current) = ω e / (s + ω e )
Therefore, the generated force F (s) of the voice coil considering the closed-loop transmission characteristics of current control is

Figure 2013061042
Figure 2013061042

となる。図3に示すI(s)は、加速度制御器12,25から出力されるボイスコイルの力指令値F(s)を電流指令値に変換したものである。
中間質量104の加速度(ツードット)Xのフィードバック制御を含む系のベース面109の変位Xに対するペイロード搭載面108の変位Xの伝達関数は、式(1)〜(3)を連立してとくと次のように記述できる。
It becomes. I * (s) shown in FIG. 3 is obtained by converting the voice command force command value F * (s) output from the acceleration controllers 12 and 25 into a current command value.
The transfer function of the displacement X P payload mounting surface 108 with respect to the displacement X B of the base surface 109 of the acceleration (Tsudotto) system includes a feedback control of the X F of the intermediate mass 104, and simultaneous equation (1) to (3) In particular, it can be described as follows.

Figure 2013061042
Figure 2013061042

なお、上記のように、電流制御系の閉ループ伝達特性に起因した1次遅れが含まれており、分子は次数2次の特性に対して、分母は次数5次の伝達関数となる。このとき、中間質量104の加速度制御器25の比例ゲインγ、積分ゲインμをそれぞれ、   As described above, a first-order delay due to the closed-loop transfer characteristic of the current control system is included, and the denominator is a fifth-order transfer function with respect to the second-order characteristic of the numerator. At this time, the proportional gain γ and the integral gain μ of the acceleration controller 25 of the intermediate mass 104 are respectively

Figure 2013061042
Figure 2013061042

と設定することにより、前記ベース変位Xに対するペイロード変位Xの伝達関数G(s)の分子を And by setting the molecular transfer function G (s) of the payload displacement X P relative to the base displacement X B

Figure 2013061042
Figure 2013061042

となり、(m・ω<<k・ω)では、分子次数0次、分母次数4次となり高周波数において、−80dB/decの減衰特性を実現することが可能となる。この構成によれば、ハイブリッド方式の振動絶縁ストラット1の(m・ω<<k・ω)の条件を満たす周波数の減衰特性については、その特性を受け持つ受動方式(3パラメータ)の振動絶縁性能の−40dB/decに対して、−80dB/decの減衰特性を実現することが可能となり、中間質量104と2次のバネである第1のバネ102により生じる共振も抑制することが可能となる。 Thus, in (m f · ω 3 << k 2 · ω e ), the numerator order is 0th order and the denominator order is 4th order, and it is possible to realize an attenuation characteristic of −80 dB / dec at a high frequency. According to this configuration, the damping characteristic of the frequency satisfying the condition of (m f · ω 3 << k 2 · ω e ) of the hybrid type vibration isolation strut 1 is the passive type (three parameters) that is responsible for the characteristic. A damping characteristic of -80 dB / dec can be realized with respect to the vibration isolation performance of -40 dB / dec, and resonance generated by the intermediate mass 104 and the first spring 102 as a secondary spring is also suppressed. It becomes possible.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ図1、図3と同様である。実施の形態1においては、中間質量104は、第2のバネ103とダンパ106の接続部材(図2のフランジ208と剛性部材A216)としているが、中間質量104には、ダンパ106すなわち図3のベローズ206,207に充填される流体の流体質量を含む構成にすることもできる。中間質量104に流体質量も考慮することにより、精度のよい中間質量制御が可能となり、振動絶縁性能を改善することが可能となる。
Embodiment 2. FIG.
The basic configuration of the vibration isolator according to Embodiment 2 of the present invention and the basic configuration of the actuator control system in the control by the control unit of the vibration isolation strut are the same as those in FIGS. In the first embodiment, the intermediate mass 104 is a connecting member (the flange 208 and the rigid member A 216 in FIG. 2) between the second spring 103 and the damper 106. However, the intermediate mass 104 includes the damper 106, that is, the damper 106 in FIG. A configuration including the fluid mass of the fluid filled in the bellows 206, 207 may be employed. By considering the fluid mass in the intermediate mass 104, the intermediate mass can be accurately controlled, and the vibration isolation performance can be improved.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3による振動絶縁装置の基本構成はそれぞれ図1とほぼ同様であるが、振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を図4に示す。上記実施の形態では、加速度制御系へ加速度フィードバック31,32のために中間質量104の運動とペイロード搭載面108の運動をモニターするセンサとして、加速度センサ105,107を搭載する構成としたが、加速度センサ105の代わりに、ストラットの内部に、ペイロード搭載面108と中間質量104の相対変位を計測可能な例えば渦電流変位センサからなる相対変位センサ105aを搭載してもよい(図1でも同様)。この相対変位センサは、例えば図2の剛性部材A216と端部材205の間のいずれか一方に配置すればよい。
Embodiment 3 FIG.
The basic configuration of the vibration isolator according to Embodiment 3 of the present invention is substantially the same as that shown in FIG. 1, but FIG. 4 shows the basic configuration of the actuator control system in the control by the control unit of the vibration isolation strut. In the above embodiment, the acceleration sensors 105 and 107 are mounted as sensors for monitoring the movement of the intermediate mass 104 and the movement of the payload mounting surface 108 for the acceleration feedbacks 31 and 32 to the acceleration control system. Instead of the sensor 105, a relative displacement sensor 105a composed of, for example, an eddy current displacement sensor capable of measuring the relative displacement between the payload mounting surface 108 and the intermediate mass 104 may be mounted inside the strut (the same applies to FIG. 1). This relative displacement sensor may be disposed, for example, in any one of the rigid member A216 and the end member 205 in FIG.

その場合のアクチュエータ制御系の基本構成については、図4に示すように、相対変位センサ105aの出力34であるX−Xを微分器26にとりこみ、相対加速度を求める。そして加算器25で該相対加速度にペイロード搭載面108の加速度センサ107のからの加速度(ツードット)Xを足しこみ絶対加速度(ツードット)Xを求める。 As for the basic configuration of the actuator control system in that case, as shown in FIG. 4, X F -X P which is the output 34 of the relative displacement sensor 105a is taken into the differentiator 26, and the relative acceleration is obtained. And obtaining the absolute acceleration (Tsudotto) X F summing the acceleration (Tsudotto) X P from the acceleration sensor 107 of the payload mounting surface 108 on said relative acceleration adder 25.

この構成によれば、非常にコンパクトな受動方式の振動絶縁ストラット部111であるような場合、中間質量104を形成する部品に加速度センサが搭載不可能となるが、渦電流変位センサを配設することで、変位をモニターすることが可能となり、また、コンパクトなハイブリッド方式の振動絶縁ストラット1を構成することが可能となる。   According to this configuration, in the case of a very compact passive vibration isolation strut 111, an acceleration sensor cannot be mounted on a component forming the intermediate mass 104, but an eddy current displacement sensor is provided. Thus, the displacement can be monitored, and a compact hybrid vibration isolation strut 1 can be configured.

実施の形態4.
この発明の実施の形態4による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ上記実施の形態のものと同様である。上記実施の形態においては、ダンパ106として、流体ダンパを用いる構成としたが、ダンパの効果を有するものであれば、電気的な磁気ダンパ、粘弾性体を用いた粘弾性ダンパ等で構成してもよい。
Embodiment 4 FIG.
The basic configuration of the vibration isolator according to Embodiment 4 of the present invention and the basic configuration of the actuator control system in the control by the control unit of the vibration isolation strut are the same as those of the above embodiment. In the above embodiment, a fluid damper is used as the damper 106. However, as long as the damper 106 has an effect of a damper, an electric magnetic damper, a viscoelastic damper using a viscoelastic body, or the like is used. Also good.

この構成であれば、流体ダンパを用いる場合と同様の特性を確保することができる。なお、流体ダンパの場合、温度依存性が高く、温度により粘性が変化する。そのため、温度範囲によっては、設計値と大きく異なってしまい、所望の減衰特性を実現できないという可能性がある。特に、磁気ダンパを使用する場合、流体ダンパと同様に、機械的な接触を持たないため不要な摩擦が生じない、また、流体ダンパのような温度による減衰係数の変化が生じないため、温度に対する減衰特性に耐性を持たせることが可能となる。   If it is this structure, the characteristic similar to the case where a fluid damper is used is securable. In the case of a fluid damper, the temperature dependency is high, and the viscosity changes depending on the temperature. For this reason, depending on the temperature range, it may differ greatly from the design value, and the desired attenuation characteristic may not be realized. In particular, when a magnetic damper is used, unnecessary friction does not occur because there is no mechanical contact like a fluid damper, and the damping coefficient does not change due to temperature unlike a fluid damper. It is possible to provide resistance to the attenuation characteristics.

実施の形態5.
この発明の実施の形態5による振動絶縁装置の基本構成、および振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成はそれぞれ上記実施の形態のものと同様である。上記実施の形態では例えば図3において、ペイロード搭載面108の加速度センサ107の出力を用いる加速度制御器12は、PI制御を用いる構成としたが、この加速度制御器12をP制御を用いる構成としてもよい。また、同様に、中間質量104に搭載の加速度センサ105の加速度センサ出力を用いる加速度制御器21はPI制御を用いているが、この加速度制御器21についてもP制御を用いる構成としてもよい。
Embodiment 5 FIG.
The basic configuration of the vibration isolator according to Embodiment 5 of the present invention and the basic configuration of the actuator control system in the control by the control unit of the vibration isolation strut are the same as those of the above embodiment. In the above embodiment, for example, in FIG. 3, the acceleration controller 12 using the output of the acceleration sensor 107 on the payload mounting surface 108 is configured to use PI control, but the acceleration controller 12 may be configured to use P control. Good. Similarly, although the acceleration controller 21 that uses the acceleration sensor output of the acceleration sensor 105 mounted on the intermediate mass 104 uses PI control, the acceleration controller 21 may be configured to use P control.

この構成によれば、加速度制御器12,21の電気回路をPI制御器に比べて、単純化することが可能となる。   According to this configuration, the electrical circuit of the acceleration controllers 12 and 21 can be simplified compared to the PI controller.

実施の形態6.
図5は、この発明の実施の形態6によるハイブリッド方式の振動絶縁装置の基本構成を示す。中間質量104の加速度センサ105の代わりにベース面109に加速度センサ110が搭載されている。図6は、図5の振動絶縁ストラット1の制御部120による制御のアクチュエータ制御系の基本構成を示すブロック図である。上記実施の形態では、例えば図1に示すように中間質量104の加速度をモニターするため加速度センサ105を配置し、図3のアクチュエータ制御系においては、この加速度センサ105の出力を用いた構成としたが、図6に示すように、ペイロード搭載面108の加速度センサ107の出力(ツードット)Xと図5に示すベース面109に搭載の加速度センサ110の出力(ツードット)XB をもちいて、中間質量104の加速度(ツードット)Xを推定する中間質量加速度推定器27を配設する構成としてもよい。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 5 shows a basic configuration of a hybrid vibration isolator according to Embodiment 6 of the present invention. An acceleration sensor 110 is mounted on the base surface 109 instead of the acceleration sensor 105 having the intermediate mass 104. FIG. 6 is a block diagram showing a basic configuration of an actuator control system controlled by the control unit 120 of the vibration isolation strut 1 of FIG. In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor 105 is arranged to monitor the acceleration of the intermediate mass 104, and the actuator control system of FIG. 3 uses the output of the acceleration sensor 105. but, as shown in FIG. 6, by using the output (Tsudotto) X B of the acceleration sensor 110 mounted on the base surface 109 shown in the output (Tsudotto) X P and 5 of the acceleration sensor 107 of the payload mounting surface 108, the intermediate the intermediate mass acceleration estimator 27 for estimating an acceleration (Tsudotto) X F mass 104 may be configured to be disposed.

この構成であれば、中間質量104の加速度をモニターするための加速度センサ105の搭載する必要がなく、振動絶縁ストラット1の全体質量を抑えることが可能となる。また、受動方式の振動絶縁ストラット部111が非常に小さくコンパクトで加速度センサが搭載できない場合にも、所望の振動絶縁特性を実現することが可能となる。   With this configuration, it is not necessary to mount the acceleration sensor 105 for monitoring the acceleration of the intermediate mass 104, and the overall mass of the vibration isolation strut 1 can be suppressed. Further, even when the passive vibration isolation strut portion 111 is very small and compact and an acceleration sensor cannot be mounted, desired vibration isolation characteristics can be realized.

実施の形態7.
この発明の実施の形態7による振動絶縁装置の基本構成は上記実施の形態と同様であるが、振動絶縁ストラットの制御部による制御におけるアクチュエータ制御系の基本構成を図7に示す。実施の形態1では、アクチュエータ制御系すなわち制御部120に、図3に示すように電流制御器16を搭載する構成としたが、図7に示すように電流制御器16を含まない構成としてもよい。
Embodiment 7 FIG.
The basic configuration of the vibration isolator according to Embodiment 7 of the present invention is the same as that of the above embodiment, but FIG. 7 shows the basic configuration of the actuator control system in the control by the control unit of the vibration isolation strut. In the first embodiment, the current controller 16 is mounted on the actuator control system, that is, the control unit 120 as shown in FIG. 3, but the current controller 16 may not be included as shown in FIG. .

アクチュエータ制御系の基本的な動作は、例えば図3に示す実施の形態1では、加速度制御系により算出されるボイスコイル101の指令値Fに、電流制御器16による位相遅れを考慮することで、制御性能を向上させている。しかし、実際の構成上、ボイスコイル101での発生力の遅れが無視できる、あるいは、必要な振動絶縁特性を実現できる範囲内であれば、図7に示すように、電流制御ループを排除し、指令値Fにより直接アクチュエータすなわちボイスコイル101を駆動させることが可能となり、制御演算負荷を低減することが可能となる。そして、電流制御器16と演算器14と減算器15を含む電流制御全体を省略することが可能となり、アクチュエータ制御系の回路全体を簡略化することが可能となる。 The basic operation of the actuator control system is, for example, in the first embodiment shown in FIG. 3 by considering the phase delay due to the current controller 16 in the command value F * of the voice coil 101 calculated by the acceleration control system. , Improving control performance. However, in the actual configuration, if the delay of the generated force in the voice coil 101 can be ignored or within the range where the necessary vibration insulation characteristics can be realized, the current control loop is eliminated as shown in FIG. The actuator, that is, the voice coil 101 can be directly driven by the command value F * , and the control calculation load can be reduced. The entire current control including the current controller 16, the arithmetic unit 14, and the subtracter 15 can be omitted, and the entire circuit of the actuator control system can be simplified.

以上、この発明では、中間質量に加速度センサを取り付けたことにより、中間質量の加速度をモニターすることが可能となり、従来の受動方式の4パラメータ振動絶縁ストラットにおいて、中間合成質量の微調整によってのみの実現可能であった高周波数帯域における−60dB/decの減衰特性を、質量の微調整によらず容易に実現可能とすることができ、さらに、制御系との組み合わせにより、更なる帯域および振動絶縁効果の改善を図ることが可能となる。   As described above, according to the present invention, the acceleration of the intermediate mass can be monitored by attaching the acceleration sensor to the intermediate mass. In the conventional passive four-parameter vibration isolation strut, only by fine adjustment of the intermediate composite mass. The attenuation characteristic of −60 dB / dec in the high frequency band that was feasible can be easily realized regardless of the fine adjustment of the mass, and further band and vibration isolation can be achieved by combining with the control system. The effect can be improved.

なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。   In addition, this invention is not limited to each said embodiment, It cannot be overemphasized that all the possible combinations of the characteristic of each embodiment are included.

1 振動絶縁ストラット、10,14,19 演算部、11,15,20 減算部、12,21 加速度制御器、13,25 加算部、16 電流制御器、18 振動アイソレータ、105a 相対変位センサ、26 微分器、27 中間質量加速度推定器、101 能動アクチュエータ(ボイスコイル)、102 第1のバネ、103 第2のバネ、104 中間質量(接続部)、105,107,110 加速度センサ(運動センサ)、105a 相対変位センサ、106 ダンパ、108 ペイロード搭載面、109 ベース面、111 4パラメータ振動絶縁ストラット部、120 制御部、200 中心軸、201 シャフト軸、202 第1の端部、203 第2の端部、204 ベース部材、205 端部材、206 第1のベローズ、207 第2のベローズ、208 フランジ、209 環状流路、210 容積室A、211 容積室B、212 第3の板バネC、213 第3の板バネD、214 第1の板バネA、215 第2の板バネB、216 剛性部材A、217 剛性部材B、218 剛性部材C、219 剛性部材D、220 剛性部材E、221 剛性部材F、222 カバーA、223 カバーB、224 ピボットA、225 2軸ピボットB、226 ストラット端A、227 ストラット端B、231 磁石、232 コイル、301 第3のバネ、302 第2のダンパ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration isolation strut 10, 14, 19 Calculation part, 11, 15, 20 Subtraction part, 12, 21 Acceleration controller, 13, 25 Adder, 16 Current controller, 18 Vibration isolator, 105a Relative displacement sensor, 26 Differential 27, intermediate mass acceleration estimator, 101 active actuator (voice coil), 102 first spring, 103 second spring, 104 intermediate mass (connection), 105, 107, 110 acceleration sensor (motion sensor), 105a Relative displacement sensor, 106 damper, 108 payload mounting surface, 109 base surface, 111 4-parameter vibration isolation strut part, 120 control part, 200 center axis, 201 shaft axis, 202 first end part, 203 second end part, 204 Base member, 205 End member, 206 First bellows, 207 Second bellow , 208 flange, 209 annular flow path, 210 volume chamber A, 211 volume chamber B, 212 third plate spring C, 213 third plate spring D, 214 first plate spring A, 215 second plate Spring B, 216 rigid member A, 217 rigid member B, 218 rigid member C, 219 rigid member D, 220 rigid member E, 221 rigid member F, 222 cover A, 223 cover B, 224 pivot A, 225 biaxial pivot B 226 strut end A, 227 strut end B, 231 magnet, 232 coil, 301 third spring, 302 second damper.

Claims (11)

ベースとペイロードの間に設けられた第1のバネと、
前記第1のバネと併設して前記ベースとペイロードの間で直列接続された第2のバネとダンパ、および前記第2のバネとダンパとの間を接続する中間質量を構成する接続部とからなる振動吸収部と、
前記ベースとペイロードの間に設けられベースに対してペイロードの振動を抑制するアクチュエータと、
前記ペイロードに搭載された第1の運動センサと、
前記振動吸収部の接続部に搭載された第2の運動センサと、
前記第1および第2の運動センサからのフィードバック信号に従って前記ペイロードの振動を抑制するよう前記アクチュエータを制御する制御部を含むアクチュエータ制御系と、
を備えたことを特徴とする振動絶縁装置。
A first spring provided between the base and the payload;
A second spring and a damper connected in series between the base and the payload in parallel with the first spring, and a connecting portion constituting an intermediate mass connecting the second spring and the damper A vibration absorbing part,
An actuator provided between the base and the payload to suppress the vibration of the payload with respect to the base;
A first motion sensor mounted on the payload;
A second motion sensor mounted on the connection portion of the vibration absorbing portion;
An actuator control system including a controller that controls the actuator to suppress vibration of the payload according to feedback signals from the first and second motion sensors;
A vibration isolator characterized by comprising:
前記アクチュエータ制御系が、アクチュエータ駆動制御のための電流制御系を含むことを特徴とする請求項1に記載の振動絶縁装置。   The vibration isolation device according to claim 1, wherein the actuator control system includes a current control system for actuator drive control. 前記運動センサが加速度センサからなることを特徴とする請求項1または2に記載の振動絶縁装置。   The vibration isolator according to claim 1, wherein the motion sensor is an acceleration sensor. 前記アクチュエータが非接触アクチュエータからなることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の振動絶縁装置。   The vibration isolation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is a non-contact actuator. 前記ダンパが流体ダンパからなり、前記アクチュエータ制御系における制御において前記中間質量が前記ダンパの流体質量も含むことを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の振動絶縁装置。   5. The vibration isolator according to claim 1, wherein the damper includes a fluid damper, and the intermediate mass includes the fluid mass of the damper in the control in the actuator control system. 前記運動センサが相対変位センサからなることを特徴とする請求項1,2,4,5のいずれか1項に記載の振動絶縁装置。   6. The vibration isolator according to claim 1, wherein the motion sensor is a relative displacement sensor. 前記ダンパが電気的な電磁ダンパまたは粘弾性体を用いた粘弾性ダンパからなることを特徴とする請求項1から4および6のいずれか1項に記載の振動絶縁装置。   The vibration isolator according to any one of claims 1 to 4 and 6, wherein the damper is an electric electromagnetic damper or a viscoelastic damper using a viscoelastic body. 前記アクチュエータ制御系において、加速度制御でPI制御またはP制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の振動絶縁装置。   The vibration isolator according to claim 3, wherein PI control or P control is performed by acceleration control in the actuator control system. 前記アクチュエータ制御系において、加速度センサからなる前記第1および第2の運動センサのうち、前記ペイロードに搭載された第1の運動センサからの加速度から、前記振動吸収部の接続部の加速度を推定する加速度推定器を設け、第2の運動センサを不要とたことを特徴とする請求項3に記載の振動絶縁装置。   In the actuator control system, the acceleration of the connection portion of the vibration absorbing portion is estimated from the acceleration from the first motion sensor mounted on the payload among the first and second motion sensors including the acceleration sensor. 4. The vibration isolator according to claim 3, wherein an acceleration estimator is provided and the second motion sensor is not required. 前記アクチュエータがボイスコイルからなり、
前記アクチュエータ制御系が、
前記第1および第2の運動センサのフィードバック信号に基づいて得られる前記ペイロードと前記振動吸収部の接続部の加速度をそれぞれ0にする値を加速度制御器でPI制御またはP制御を行って前記アクチュエータへの力指令値を求める加速度制御手段と、
前記力指令値を電流指令値に変換した後、前記ボイスコイルの特性に従って電流制御器で前記ボイスコイルへの印加電圧を生成する電流制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の振動絶縁装置。
The actuator comprises a voice coil;
The actuator control system is
The actuator is configured to perform PI control or P control with an acceleration controller for values that make the acceleration of the connection portion of the payload and the vibration absorbing portion obtained based on feedback signals of the first and second motion sensors 0 respectively. Acceleration control means for obtaining a force command value to
Current control means for generating an applied voltage to the voice coil with a current controller according to the characteristics of the voice coil after converting the force command value into a current command value;
The vibration isolator according to claim 1, comprising:
前記電流制御手段を不要とし、前記加速度制御手段の力指令値に従って前記ボイスコイルへの印加電圧を生成することを特徴とする請求項10に記載の振動絶縁装置。   11. The vibration isolator according to claim 10, wherein the current control means is not required and a voltage applied to the voice coil is generated according to a force command value of the acceleration control means.
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