(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するものであって、上記制振部の固有振動数よりも高周波側は上記弾性部材の遮断特性を用いたパッシブ制御を行い、上記制振部の固有振動数近傍から低周波側は上記アクチュエータによるアクティブ制御を行うように構成したことを特徴とする指向制御装置用振動制御機構。
【請求項２】
搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するものであって、上記各センサ信号から得られた情報を上記指向制御装置にフィードフォワードするフィードフォワード補償器とを備えたことを特徴とする指向制御装置用振動制御機構。
【請求項３】
搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するものであって、上記指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを切り替えることを特徴とする指向制御装置用振動制御機構。
【請求項４】
指向制御装置の動作またはセンサ情報により補償器のモードを判定するモード判定器およびこのモード判定器の出力により上記補償器のモードを切り替えるモード切り替え器を備えたことを特徴とする請求項３記載の指向制御装置用振動制御機構。
【請求項５】
指向制御装置の駆動機構部の側面に複数の弾性部材を配置して指向制御装置を固定部に揺動可能に結合し、指向制御装置の一部が制振部を兼ねるように構成したことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の指向制御装置用振動制御機構。
【請求項６】
搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部に隣接して配置された補助質量と、この補助質量と制振部との相対変位、相対速度または相対加速度を検出する少なくとも１個の非接触型センサと、上記補助質量または制振部に固定され上記補助質量と制振部との相対位置または角度を制御する少なくとも１個の非接触型電磁アクチュエータと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備えたことを特徴とする指向制御装置用振動制御機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、地上に設置または人工衛星、航空機等に搭載される指向制御装置に用いられる振動制御機構の構成及び制御アルゴリズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は例えば特開平７−３１０７７９号公報に示された従来の振動制御装置の一例であるアクティブ除振装置を示す構成図であり、図において、１０１は床、１０２は架台、１０３はアクティブ除振部材、１０４は定盤、１０５は例えば電子ビーム露光装置などの搭載機器、１０６は例えば試料載置台などの可動部材、１０７は例えば電子銃などの内部構造部材、１０８ａは上下方向用アクチュエータ、１０９Ｘ、１０９Ｙは検出器、１１０はローパスフィルタ、１１１はＡ／Ｄ変換器、１１２はディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、１１３は計算機、１１４はＤ／Ａ変換器、１１５はアンプ、１３０はコントローラ、１３１はモータである。
【０００３】
次にこの図２４で示されるアクティブ除振装置の動作について説明する。機器１０５と定盤１０４とにそれぞれの振動を検出する複数の検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚ（図示せず）を配置し、コントローラ１３０は、それぞれの検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚの信号に応じてそれぞれの上下方向用アクチュエータ１０８ａを制御し、機器１０５の部材間、つまり内部構造部材１０７と可動部材１０６との間、または機器１０５の部材１０６、１０７と定盤１０４との間のそれぞれの信号の相対値を低減させる。すなわち、検出器１０９Ｘ、１０９Ｙ、１０９Ｚからの信号はローパスフィルタ１１０と、Ａ／Ｄ変換器１１１を通してＤＳＰ１１２とに入力される。このＤＳＰ１１２に上下方向アクチュエータ１０８ａを制御する実行プログラムが書き込まれており、ＤＳＰ１１２で高速に計算された信号がアンプ１１５を経て、上下方向アクチュエータ１０８ａを制御する。
【０００４】
図２５は例えば特開平７−３０７７０３号公報に示された従来の指向制御装置を示す構成図であり、図において、２０１は搭載機器である送受信望遠鏡、２０２は粗捕捉追尾機構、２０２ａは粗捕捉追尾機構制御回路、２０３は精捕捉追尾機構、２０３ａは精捕捉追尾機構制御回路、２０４はポインティングセンサ、２０５はトラッキングセンサ、２０６は通信用受光器、２０７は光行差補正機構、２０８はレーザ光源、８３、８６はビームスプリッタ、８５はダイクロイックミラー、１００は相手局からのレーザビームである。
【０００５】
次にこの図２５で示される指向制御装置の動作について説明する。相手局からのレーザビーム１００を精捕捉追尾機構２０３、ダイクロイックミラー８５、ビームスプリッタ８３によりポインティングセンサ２０４に受光させ、ポインティングセンサ２０４で相対角度誤差を出力し、粗捕捉追尾機構２０２により送受信望遠鏡２０１は相手局を捕捉する。さらに相手局からのレーザビーム１００を精捕捉追尾機構２０３、ダイクロイックミラー８５、ビームスプリッタ８３、８６によりトラッキングセンサ２０５に受光させ、トラッキングセンサ２０５で相対角度誤差を出力し、精捕捉追尾機構２０３により相手局を追尾する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動制御機構は以上のように構成されており、これを上述のような指向制御装置に用いて高精度、高信頼性が要求される指向制御を実現する上で以下に記すような多くの問題点があった。
【０００７】
まず図２４で示されるアクティブ除振装置はアクティブ制御用アクチュエータ１０８ａが接触型であるため、振動を完全に６自由度に分離することができないという問題がある。さらに、アクティブ制御用アクチュエータ１０８ａが接触型であるため、高周波振動を遮断する性能はアクティブ制御を行わない弾性部材のみのパッシブ制御よりも低下するという問題点がある。
また、弾性部材１１８を使用しているため、定盤１０４に搭載された機器１０５の動作により定盤１０４が振動するという問題点があった。
【０００８】
また、アクティブ除振装置は低周波振動を抑制する目的で構成されているため、アクティブ除振装置を任意の目標値に追従させることができないという問題点があった。
【０００９】
さらに、指向技術に関する問題点を示す。
初期設定時などの場合、アクティブ除振装置を任意の目標値に追従させる時に指向制御装置がアクティブ除振装置の動作の影響を受け、指向精度が劣化するという問題点があった。
【００１０】
また、アクティブ除振装置を取り付けている床１０１の振動外乱が大きい場合、この振動外乱が搭載機器１０５にそのまま伝わって指向制御誤差を大きくするため、正確な指向ができない、または、非常に高性能の指向制御装置が必要になるなどの問題点があった。
【００１１】
また、アクティブ除振装置の搭載機器１０５の動作が大きい場合、この動作の影響によりアクティブ除振装置が振動し、そのため搭載機器１０５の指向精度が劣化するという問題点があった。
【００１２】
また、搭載機器１０５を除振機能を持つ指向制御装置に載せ、床１０１面からの振動外乱の伝達を低減させる場合、これらの装置が積み重ねられることによって大型化する問題点があった。
【００１３】
また、大型の搭載機器１０５の場合、大型の指向制御装置が必要となり、さらに、多自由度の除振を行うためには、この数の自由度の除振を行う専用の除振装置を開発する必要があった。つまり、除振したい搭載機器１０５の大きさ、質量、除振自由度に応じて、それに１対１に適合させた専用の除振装置を開発しなければならないという問題があった。
【００１５】
また図２５で示される指向制御装置は、取り付けている床の振動外乱が大きい場合、この振動外乱が指向制御装置にそのまま伝わり、指向制御誤差を大きくするため、正確な指向ができない、または、非常に高性能の指向制御装置が必要になるなどの問題点があった。
【００１６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、まず、振動を完全に６自由度に分離してその全てを制御可能とすることを目的としている。
【００１７】
また、高周波振動を遮断する性能がアクティブ制御を行わない弾性部材のみのパッシブ制御よりも低下しないようにすることを目的としている。
【００１８】
また、振動制御機構を任意の目標値に追従させる場合にも、指向制御誤差が大きく劣化しないような指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００１９】
また、振動制御機構を取り付けている床の振動外乱が大きい場合や指向制御装置の動作が大きい場合にも、指向制御誤差が大きく劣化しない指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００２０】
また、装置全体の大型化を招かないで、除振機能を付加した指向制御装置を得ることを目的としている。
【００２１】
また、振動制御したい搭載機器の大きさ、質量、振動制御自由度に強く依存しない指向制御装置用振動制御機構を得ることを目的としている。
【００２２】
さらに、小型で多自由度の振動制御に用いることができる指向制御装置用振動制御機構を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる指向制御装置用振動制御機構は、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するものであって、上記制振部の固有振動数よりも高周波側は弾性部材の遮断特性を用いたパッシブ制御を行い、上記制振部の固有振動数近傍から低周波側はアクチュエータによるアクティブ制御を行うように構成したものである。
【００２７】
また、上記各センサ信号から得られた情報を指向制御装置にフィードフォワードするフィードフォワード補償器を備えたものである。
【００２８】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを切り替えるものである。
【００２９】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを判定するモード判定器およびこのモード判定器の出力により上記補償器のモードを切り替えるモード切り替え器を備えたものである。
【００３０】
また、指向制御装置の駆動機構部の側面に複数の弾性部材を配置して指向制御装置を固定部に揺動可能に結合し、指向制御装置の一部が制振部を兼ねるように構成したものである。
【００３１】
また、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部に隣接して配置された補助質量と、この補助質量と制振部との相対変位、相対速度または相対加速度を検出する少なくとも１個の非接触型センサと、上記補助質量または制振部に固定され上記補助質量と制振部との相対位置または角度を制御する少なくとも１個の非接触型電磁アクチュエータと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備えたものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は本発明の実施の形態１による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図、図２は指向制御装置の構成を説明する構成図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図において、１は固定部、２は制振部、３はパッシブ制御用の弾性部材すなわちコイルバネであり、制振部２はコイルバネ３を介して揺動可能に固定部１に結合されている。４はアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、５は制振部２の固定部１に対する変位を検出する非接触静電容量型変位センサである。６は各センサ５からの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器、７は座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器、８は計算された６軸制御量を各アクチュエータ４に分配する分配器であり、これらの変位変換器６、補償器７、分配器８はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。９は観測装置や通信アンテナなどの搭載機器、１３は指向制御装置、１３ａは指向制御装置の第１の駆動機構、１３ｂは指向制御装置の第２の駆動機構である。
搭載機器９を観測方向や通信相手局の方向に向けるための駆動機構が、指向制御装置１３の第１の駆動機構１３ａと第２の駆動機構１３ｂであり、この実施の形態では、Ｚ軸回りの回転駆動を行う指向制御装置の第２の駆動機構１３ｂの側面に、パッシブ制御用のコイルバネ３とアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ４と変位を検出する非接触静電容量型変位センサ５が配置されており、指向制御装置の一部が制振部２を兼ねている。
【００３４】
図４、５、６は非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す正面図、側面図、および底面図である。図において、４０１〜４１４はアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ａは電磁石が吸引するための磁極板、５０１〜５０６は変位を検出する非接触静電容量型変位センサである。なお、図４、５において（４０９）のように括弧を付けて示したアクチュエータは反対側の面の同じ位置に配置されているものである。
【００３５】
次に動作について説明する。
指向制御装置は例えば、従来例と同様のもので、光空間通信装置のように自局と相手局の間で光通信をするものであり、相手局のレーザビームを捕捉、追尾するために２軸の回転自由度を持った捕捉追尾機能を有し、その指向精度は数μradのオーダが要求される非常に指向精度の高いものである。指向制御装置１３が相手局を捕捉、追尾時に、制振部２が外乱によって変動すると、非接触静電容量型変位センサ５０１〜５０６はそれぞれその点での変位を検出する。そのずれ量を変位変換器６に入力し、６個のセンサ情報を６軸変位に変換し、６軸変位量を補償器７に入力してＰＩＤ（Propotional Integral and Differential）制御則を用いて６軸制御量を計算し、６軸制御量を分配器８に入力して１４個のアクチュエータ４０１〜４１４に制御量を分配する。各アクチュエータ４０１〜４１４は計算された制御量をもとに、制振部２に取り付けられた磁極板４ａを吸引し、制振部２を所定の位置に制御する。
６個のセンサ５０１〜５０６に対する変位量をＳ1〜Ｓ6、センサ間距離を２ｌ（図５に示す）、アクチュエータ間距離を２ｄ（図４に示す）、６軸変位をｘ、ｙ、ｚ、θx、θy、θzとする。このとき６個の変位センサ量と６軸変位量の関係式は
【００３６】
【数１】
0003541586.tif 000002
【００３７】
と表される。
また、６軸制御量をｆx、ｆy、ｆz、ｔx、ｔy、ｔz、各アクチュエータ４０１〜４１４に対するアクチュエータ出力量をｆ1〜ｆ14とすると、６軸制御量と１４個のアクチュエータ出力量の関係は
【００３８】
【数２】
0003541586.tif 000003
【００３９】
と表される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ振動の６自由度成分全てを制御することができる。
また、指向制御装置の駆動機構部１３ｂの側面に、固定部１と結ぶ複数の弾性部材３を配置し、指向制御装置１３の一部が制振部２を兼ねる構造としたので、装置全体の大型化を招かないで、固定部１から伝わる振動の軽減、または増加などの振動制御ができる。また、追尾機構の取付け面の法線軸回りの駆動機構部１３ｂの側面に、多自由度の制御をするためのセンサ５０１〜５０３とアクチュエータ４０１〜４１２を配置することができる長所もある。
【００４１】
なお、上記実施の形態ではセンサ５は変位センサであるが、速度センサ、加速度センサも含むものとする。
また、上記実施の形態では非接触電磁石型アクチュエータ４は１４個用いているが、６軸変位をアクチュエータで制御するためには図７、８、９にれぞれ正面図、側面図、および底面図で非接触電磁石型アクチュエータの配置の他の例を示すように、最低１０個のアクチュエータ４０１〜４１０を用いればよいものとする。
また、上記実施の形態では電磁石型アクチュエータ４と対向して磁極板４ａを配置しているが、磁極板４ａの代わりに電磁石型アクチュエータを配置することも含むものとする。
なお、上記実施の形態では６自由度成分全てを制御する場合について示したが、制御する自由度は必要に応じて選ぶことができる。これは以下の各実施の形態においても同様である。
【００４２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２による指向制御装置用振動制御機構について説明する。全体的な構成は実施の形態１と同様である。制振部２とコイルバネ３はバネ−マス系とみなせ、制振部２の固有振動数よりも高周波の部分はバネ−マス系の遮断特性により、周波数領域で-40[dB/dec]の遮断性能を示す。制振部２の固有振動数近傍から低周波側は、非接触電磁石型アクチュエータ４、非接触静電容量型変位センサ５、変位変換器６、補償器７、分配器８から構成されるアクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加する。
【００４３】
このように、非接触型のアクチュエータ４を用いたことにより弾性部材３だけで支持できるため、高周波側は高周波振動の遮断性能を低下させることなく制御することができ、かつ低周波側はアクティブ制御によりダンピングを付加することができ制振部２の共振を抑えることができ、さらにアクティブ制御により制振部２の変位を一定内に抑えることができ、しかも、次の実施の形態３で詳述するように、外部からの目標値に追従させることもできる。
【００４４】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１９は指令信号発生器であり、外部からの目標値を指令信号発生器１９で発生させ、この指令信号を補償器７に入力して、アクティブ制御により、制振部２を外部からの目標値に追従させる。
【００４５】
上記実施の形態１、２では、補償器７の制御則を、制振部２の除振がなされるようにしたが、指令信号発生器１９で振動的な指令値を発生させれば、指向制御装置１３の振動環境試験などを実施するため等のように、制振部２を加振することもできる。
【００４６】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１０はフィードフォワード補償器であり、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
次に動作について説明する。６軸変位量をフィードフォワード補償器１０に入力し、例えば６軸変位量にゲインをかけるといったような指向制御装置１３へのフィードフォワード制御量を計算し、計算されたフィードフォワード制御量を指向制御装置１３へ入力する。
【００４７】
このようなフィードフォワード制御により制振部２の姿勢を制振部２に搭載された指向制御装置１３に伝えることができ、指向制御装置１３が制振部２の影響を受けるのを防止でき、指向制御装置１３の絶対指向精度を上げることができる。
【００４８】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１１は補償器７のモードを切り替えるモード切り替え器、１１ａはパソコンである。モード切り替え器１１はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
【００４９】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３の動作が比較的小さく定常状態の場合、アクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加するためあるいは制振部２を外部からの目標値に追従させるためにモード切り替え器１１により、ローゲインモードと呼ばれるモードにする。
また、指向制御装置１３の捕捉追尾動作時などのように制振部２の振動が励起する場合あるいは大外乱印加時の場合、制振部２の振動により、指向制御装置１３の指向精度が劣化するため、モード切り替え器１１により制振部２の振動が励起しないようハイゲインモードと呼ばれるモードに切り替え、制振部２の剛性を高め指向制御装置１３の変動を抑える。
補償器７におけるハイゲインモードとローゲインモードの設定方法は、例えば両者の制御則は同じものを用いてゲインだけを変える方法や、モードにより制御則を変更するということがあげられる。また、モード切り替え信号はパソコン１１ａを通じて手動で入力する。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、指向制御装置１３の動作またはセンサ５情報により補償器７のモードを切り替えるので、制振部２に搭載される機器の動作が大きい場合にはハイゲインモードにより制振部２の剛性を高めることで制振部２の変動を抑えることができ、また大外乱印加時にも対応が可能であり、また制振部２に搭載される機器１３の動作が比較的小さい定常状態の場合はローゲインモードにより制振部２のダンピングを付加することができる。
【００５１】
実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１２はモード判定器であり、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）あるいはアナログ回路を用いて実現される。
【００５２】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３の動作が比較的小さく定常状態の場合、アクティブ制御により制振部２の共振を抑制するように制振部２にダンピングを付加するためあるいは制振部２を外部からの目標値に追従させるために、指向制御装置１３の動作をモード判定器１２で判定し、ローゲインモード切り替え信号を発生させ、その信号をモード切り替え器１１に入力してローゲインモードと呼ばれるモードに切り替える。
指向制御装置１３の捕捉追尾動作時などのように制振部２の振動が励起する場合あるいは大外乱印加時の場合、制振部２の振動により、指向制御装置１３の指向精度が劣化するため、モード判定器１２により指向制御装置１３の動作を判定したり、６軸変位情報とモード切り替え設定値の関係を判定したりしてハイゲインモード切り替え信号を発生させ、その信号をモード切り替え器１１に入力して、制振部の振動が励起しないようハイゲインモードと呼ばれるモードに切り替え、制振部の剛性を高め指向制御装置１３の変動を抑える。
【００５３】
このように、本実施の形態によれば、モード判定器１２の出力によりモード切り替え器１１を動作させるので、システム全体の構成が容易となり、またシステム全体を自律的に構成することができる
【００５４】
実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、２ａは第１の制振ユニットの制振部、２ｂは第２の制振ユニットの制振部、２ｃは第３の制振ユニットの制振部、３ａは第１の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、３ｂは第２の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、３ｃは第３の制振ユニットのパッシブ制御用のコイルバネ、４ａは第１の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ｂは第２の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、４ｃは第３の制振ユニットのアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ、５ａは第１の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、５ｂは第２の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、５ｃは第３の制振ユニットの変位を検出する非接触静電容量型変位センサ、１５は指向制御装置１３を載せた台である。図１５に固定部１の上方から見た制振ユニットの配置例を示し、矢印はアクチュエータの駆動方向を表している。
【００５５】
次に動作について説明する。
指向制御装置１３は台１５に載せられており、この台１５は３個の制振ユニットによって支持されている。それぞれの制振ユニットは２自由度の能動制御軸を持ち、３個の制振ユニットで台１５の６自由度の能動制御が可能なようにそれぞれ正三角形の頂点の位置に配置されている。図１５の紙面垂直方向に能動制御が可能であり、それぞれの紙面平行能動制御方向ベクトルが１２０度であるため、６自由度の能動制御が可能である。
３個の制振ユニット内の非接触静電容量型変位センサ５ａ、５ｂ、５ｃで検出された信号は、変位変換器６に入力され、並進３自由度と回転３自由度の運動に分離され、補償器７に入力される。補償器７で各軸ごとの制御量が算出され、分配器８に入力される。この信号によって、３個の制振ユニット内の非接触電磁石型アクチュエータ４ａ、４ｂ、４ｃが駆動され、台１５に載せられた指向制御装置１３の制振がなされる。
【００５６】
このような構成にすることにより、搭載する指向制御装置１３が大型の場合でも、これを搭載する台１５を複数の制振ユニットで支持することにより、所望の自由度で振動制御が可能である。
【００５７】
なお、上記実施の形態では３個の制振ユニットを用いた場合を示したが、３個に限らず複数個の制振ユニット全体で台１５の６自由度を制御できればよい。つまり、各制振ユニットの能動制御の自由度が制振したい自由度以上でもよい。また、台１５の制振したい自由度が６自由度より少ない場合は、その自由度を構成できる数の制振ユニットとすればよい。
また、上記実施の形態では台１５に、１つの指向制御装置１３を載せた例を示したが、複数の指向制御装置１３を載せてもよい。
【００５８】
さらに、実施の形態２の場合と同様に制振部２と指向制御装置１３の固有振動数によりパッシブ制御とアクティブ制御を切り替えたり、実施の形態４の場合と同様にフィードフォワード補償器１０を用いたり、実施の形態５や６の場合と同様に補償器７のゲインモードを切り替えたりしてもよく、上記各実施の形態の場合と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５９】
実施の形態８．
図１６は本発明の実施の形態８による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成例を示す構成図である。図において、１６は固定部１に立てられた４本の支柱、３は支持柱１６の上端から吊り下げられた４個の弾性部材すなわちコイルバネ、１５は４個のコイルバネ３の下端で吊り下げられた台、１３は台１５に載せられた指向制御装置、１７は台１５の下側に取り付けられた箱、１８は箱１７に隣接して配置され、非接触電磁石型アクチュエータ４で吸引される補助質量である。なお、この実施の形態では台１５と箱１７とで制振部を構成している。補助質量１８を外し、箱１７を下から見た様子を図１７に示す。
【００６０】
次に動作について説明する。
固定部１に立てられた４本の支柱１６は台１５に開けられた穴を貫通している。さらに、指向制御装置１３を載せた台１５は、これら４本の支柱１６の上部からそれぞれ４個のコイルバネ３で吊り下げられ、並進３個、回転３個の自由度を持っている。この台１５の下側の箱１７の側面および下面には１０個のアクティブ制御用の非接触電磁石型アクチュエータ４と６個の非接触静電容量型変位センサ５が取り付けられている。補助質量１８は、これらの箱１７とアクチュエータ４とセンサ５を包み込むような形状をしており、センサ５の信号を変位変換器６で変換し、指令信号発生器１９で発生される指令値と比較し、補償器７で６軸制御量を計算した後、分配器８でアクチュエータ４の駆動信号に分配する制御によって補助質量１８は非接触支持される。これにより、箱１７に対する補助質量１８の位置は、指令信号発生器１９で発生される指令値となるように制御され、補助質量１８を台１５に対して相対的に振ることによって、６自由度を持つ台１５に操作力を加えることができる。補償器７の制御則は、この操作力が、固定部１から台１５に伝わる振動を弱めるように設定されており、台１５に載せられた指向制御装置１３の除振がなされる。
【００６１】
本実施の形態の場合も実施の形態１と同様に、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ振動の６自由度成分全てを制御することができる。
さらに、アクチュエータ４を１０個用いて、１個の補助質量１８で６自由度成分全てを制御できるため、小型で多自由度の制振に用いることができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態では、補償器７の制御則を、指向制御装置１３の除振がなされるようにしたが、指令信号発生器１９で振動的な指令値を発生させれば、指向制御装置１３の振動環境試験などを実施するため等のように、指向制御装置１３を加振することもできる。
【００６３】
また、実施の形態７の場合と同様に、上記箱１７にアクチュエータ４、センサ５、および補助質量１８を配置したものを１つの制振ユニットとし、それぞれのユニットに２自由度の能動制御軸を持たせて３個の制振ユニットを台１５に配置することで、搭載する指向制御装置１３が大型の場合でも対応可能である。
また、実施の形態１の場合と同様に、箱１７の内側に第２の駆動機構１３ｂを組み込むことで指向制御装置１３の一部を振動制御機構に兼用できるため、装置全体の大型化を避けることができる。
さらに上記実施の形態２の場合と同様に制振部２の固有振動数によりパッシブ制御とアクティブ制御を切り替えたり、実施の形態４の場合と同様にフィードフォワード補償器１０を用いたり、実施の形態５や６の場合と同様に補償器７のゲインモードを切り替えたりしてもよく、上記各実施の形態の場合と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００６４】
参考例１．
図１８は本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の全体的な構成例を示す構成図である。（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。図１９は本参考例で用いられるカムプレートの形状例を示す。これらの図において、２０は揺動部であり、例えば上記各実施の形態で示したような振動制御機構の制振部２や指向制御装置１３の観測機器等のミラー等である。２１は揺動部を把持する第１の把持アーム、２２は揺動部を把持する第２の把持アーム、２３は把持アーム２１、２２を駆動するカムプレート、２３ａ、２３ｂは貫通穴、２４は把持アームの一端を軸着するエンドプレート、２５はモータなどのカムプレート駆動用のアクチュエータである。カムプレート２３には図１９のような形状の貫通穴２３ａ、２３ｂが開けられており、把持アーム２１、２２は中央部がそれぞれ貫通穴２３ａ、２３ｂを貫通して一端がエンドプレート２４に軸着されている。カムプレート２３の回転角と曲率半径の関係を図２０に示す。
【００６５】
次に動作について説明する。
図１９、２０に示すように、カムプレート駆動用アクチュエータ２５で回転駆動されるカムプレート２３の回転角がθ0の位置（すなわち貫通穴の一端の位置）では、カムプレート２３の回転中心から穴２３ａ、２３ｂまでの距離、つまり曲率半径ｒ0は最大となり、図１８（ｂ）のように把持アーム２１、２２は揺動部２０のから離れ、解放状態となっている。揺動部２０をロック状態にするには、カム駆動用アクチュエータ２５でカムプレート２３を回転させ、θ2の位置（すなわち貫通穴の他端の位置）にする。カムプレート２３の回転角がθ2の位置では曲率半径ｒ2は小さくなり、図１８（ａ）のように把持アーム２１、２２は揺動部２０を両側から挟み込み、ロック状態となる。
曲率半径と揺動部２０の把持力には、およそ逆比例の関係があり、カムプレート２３の曲率半径が小さいほど、把持力は大きくなる。よって、カムプレート２３がθ0とθ2の間の位置である回転角θ1の位置（すなわち貫通穴の中央部）では曲率半径ｒ1はこれらの区間で最小となり把持力は最大となる。このため、カムプレート２３が回転角θ2のロック状態になされた後に、解放状態の方向へ緩むのを防止することができる。すなわち、一度ロック状態にされたこの把持機構は自己保持機能を持つ。ロック状態から解放状態にするには、カムプレート駆動用アクチュエータ２５を逆転させ、カムプレート２３の回転角をθ2からθ0に回転させればよい。
【００６６】
このように、本参考例ではワイヤー等を用いず、しかもロック状態になされた後に、解放状態の方向へ緩むのを防止することができるため、小型ながら高い信頼性で揺動部を固定できると共に、把持解放時に周辺の機器に与える影響を大幅に低減できる。また、解放状態から把持状態への移行、把持状態から解放状態への移行、さらにこれらの繰返しが可能である。
【００６７】
上記参考例では、把持アーム２１、２２を一端でエンドプレート２４に軸着する場合を示したが、把持アームの中間を軸着してもよい。この場合の参考例を図２１に示す。（ａ）はロック状態、（ｂ）は解放状態を示す。この場合、カムプレート２３の形状は例えば、図２２のようにすればよい。つまり、カムプレート２３の回転角θ0で曲率半径ｒ0を最小にして把持アーム２１、２２が解放状態にあるようにし、カムプレート２３がθ2に回転した状態では曲率半径ｒ2がこれより大きくなり、かつ、揺動部２０を把持アーム２１、２２が把持するようにする。さらに、カムプレート回転角がθ0とθ2の間のθ1の状態では、曲率半径ｒ1をこれらの区間で最大になるようにすればよい。カムプレート２３の回転角と曲率半径の関係図を図２３に示す。
この場合、 曲率半径と揺動部２０の把持力には、およそ比例の関係があり、カムプレート２３の曲率半径が大きいほど、把持力は大きくなる。
【００６８】
なお、上記参考例では、把持アーム２１、２２が２本の場合を示したが、３本以上でもよい。例えば３本の場合は、把持アームを１２０度間隔で配置すればよい。
また、揺動部２０における把持アーム２１、２２に把持される部分にはフランジ等の把持に適した構成を適用すると良いのは言うまでもない。
また、カムプレート駆動用アクチュエータ２５はモータ等回転力を発生できるものであれば何でもよい。
さらに、解放状態からロック状態、または、ロック状態から解放状態への一方向のみの駆動をさせる場合は、カムプレート駆動用アクチュエータ２５はモータなどの他、パラフィンアクチュエータ、回転バネ等でもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部の固定部に対する位置または角度を制御する複数の非接触型アクチュエータと、上記制振部の固定部に対する変位、速度または加速度を測定する複数の非接触型センサと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備え、上記固定部に対する制振部の位置または角度を制御するので、振動を６自由度に完全に分離でき並進成分と回転成分を非干渉なものとすることができ必要に応じて振動の６自由度成分全てを制御することが可能であるという効果がある。さらに、上記制振部の固有振動数よりも高周波側は弾性部材の遮断特性を用いたパッシブ制御を行い、上記制振部の固有振動数近傍から低周波側はアクチュエータによるアクティブ制御を行うように構成したので、高周波側は非接触型のアクチュエータを用いたことにより弾性部材だけで支持できるため高周波振動の遮断性能を低下させることなく制御することができ、かつ低周波側はアクティブ制御によりダンピングを付加することができ制振部の共振を抑えることができ、さらにアクティブ制御により制振部の変位を一定内に抑えることができしかも外部からの目標値に追従させることも可能であるという効果がある。
【００７２】
また、上記各センサ信号から得られた情報を指向制御装置にフィードフォワードするフィードフォワード補償器を備えたので、制振部の姿勢を制振部に搭載された指向制御装置に伝えることができ、指向制御装置が制振部の影響を受けるのを防止でき、指向制御装置の絶対指向精度を上げることができるという効果がある。
【００７３】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを切り替えるので、制振部に搭載される指向制御装置の動作が大きい場合にはハイゲインモードにより制振部の剛性を高めることで制振部の変動を抑えることができ、また大外乱印加時にも対応が可能であり、また制振部に搭載される指向制御装置の動作が比較的小さい定常状態の場合はローゲインモードにより制振部のダンピングを付加することができるという効果がある。
【００７４】
また、指向制御装置の動作またはセンサ情報により上記補償器のモードを判定するモード判定器およびこのモード判定器の出力により上記補償器のモードを切り替えるモード切り替え器を備えたので、上記第５の発明の効果に加えて、システム全体の構成が容易となり、またシステム全体を自律的に構成することができるという効果がある。
【００７５】
また、指向制御装置の駆動機構部の側面に複数の弾性部材を配置して指向制御装置を固定部に揺動可能に結合し、指向制御装置の一部が制振部を兼ねるように構成したので、装置全体の大型化を招かないで、固定部から伝わる振動の軽減、または増加などができる。また、追尾機構の取付け面の法線軸回りの駆動機構部の側面に、多自由度の制御をするためのセンサとアクチュエータを配置することができる長所もある。
【００７６】
また、搭載機器の指向を制御する指向制御装置を載置し、弾性部材を介して揺動可能に固定部に結合される制振部と、この制振部に隣接して配置された補助質量と、この補助質量と制振部との相対変位、相対速度または相対加速度を検出する少なくとも１個の非接触型センサと、上記補助質量または制振部に固定され上記補助質量と制振部との相対位置または角度を制御する少なくとも１個の非接触型電磁アクチュエータと、上記各センサからの信号を６軸変位に座標変換する変位変換器と、座標変換された６軸変位から６軸制御量を計算する補償器と、計算された６軸制御量を上記各アクチュエータに分配する分配器とを備えたので、小型で多自由度の除振に用いることができる指向制御装置を提供することができる。また、加振装置としての使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による指向制御装置用振動制御機構の全体的な構成を示す構成図である。
【図２】図１の指向制御装置の構成を説明する構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す正面図である。
【図５】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す側面図である。
【図６】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の一例を示す底面図である。
【図７】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す正面図である。
【図８】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す側面図である。
【図９】実施の形態１に係わり非接触電磁石型アクチュエータおよび非接触静電容量型変位センサの配置の他の例を示す底面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態７による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１５】実施の形態７に係わり固定部の上方から見た制振ユニットの配置例を示す上面図である。
【図１６】本発明の実施の形態８による指向制御装置用振動制御機構を示す構成図である。
【図１７】実施の形態８に係わり箱に取り付けられたセンサとアクチュエータの配置を示す下面図である。
【図１８】本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の一例を示す構成図であり、（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。
【図１９】図１８で用いられるカムプレートの形状の一例を示す説明図である。
【図２０】図１９で示したカムプレートの回転角と曲率半径の関係を示す特性図である。
【図２１】本発明の参考例１に係わる揺動部把持機構の他の例を示す構成図であり、（ａ）はロック状態を示し、（ｂ）は解放状態を示す。
【図２２】図２１で用いられるカムプレートの形状の一例を示す説明図である。
【図２３】図２２で示したカムプレートの回転角と曲率半径の関係を示す特性図である。
【図２４】従来の振動制御装置を示す構成図である。
【図２５】従来の指向制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  固定部、２  制振部、３  コイルバネ、４，４０１〜４１４  非接触電磁石型アクチュエータ、４ａ  磁極板、５，５０１〜５０６  非接触静電容量型変位センサ、６  変位変換器、７  補償器、８  分配器、９  搭載機器、１０  フィードフォワード補償器、１１  モード切り替え器、１１ａ  パソコン、１２  モード判定器、１３  指向制御装置、１３ａ，１３ｂ  第１，第２の駆動機構、１５  台、１６  支柱、１７  箱、１８  補助質量、１９  指令信号発生器、２０  揺動部、２１，２２  第１，第２の把持アーム、２３  カムプレート、２４  エンドプレート、２５  カムプレート駆動用のアクチュエータ、１０１  床、１０２  架台、１０３  アクティブ除振部材、１０４  定盤、１０５  構造体、１０６  可動部材、１０７  内部構造部材、１０８ａ  上下方向用アクチュエータ、１０９ｘ，１０９ｙ  検出器、１１０  ローパスフィルタ、１１１  Ａ／Ｄ変換器、１１２  ディジタルシグナルプロセッサ、１１３  計算機、１１４  Ｄ／Ａ変換器、１１５  アンプ、１１８  パッシブ除振部材、１３０  コントローラ、１３１  モータ、２０１  送受信望遠鏡、２０２  粗捕捉追尾機構、２０３  精捕捉追尾機構、２０４  ポインティングセンサ、２０５  トラッキングセンサ、２０６  通信用受光器、２０７  光行差補正機構、２０８  レーザ光源、８３，８６  ビームスプリッタ、８５  ダイクロイックミラー、１００  相手局からのレーザビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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