(57)【要約】【課題】アクティブ防振システムのフィードバックゲインを多大な時間と労力を要することなく、自動的に最適な値に設定できるようにする。【解決手段】空気ばねＳｖにより弾性的に支持した搭載盤３の振動状態を加速度センサ３１等により検出し、この振動を打ち消すように空気ばねＳｖの空気圧を制御するようにした除振台Ａにおいて、コンピュータ装置を用いて、空気圧制御のフィードバックゲインを予め設定した下限値から自動的に増大させる（ステップＳＡ４）。そのときのセンサ出力信号の発振の有無をその振幅が閾値を超えたかどうかにより判定する（ステップＳＡ６）。それにより、センサ出力信号が発振し始めるゲインである臨界ゲインを特定し、その臨界ゲインから最適なフィードバックゲインを設定する（ステップＳＡ７）。【選択図】      図７
2004246661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎に対して弾性的に支持した被支持体の振動状態をセンサにより検出し、検出した振動値に応じてアクチュエータを制御することにより、前記被支持体の振動を低減するようにしたアクティブ防振システムのフィードバックゲイン自動調整装置において、
フィードバックゲインを変更するゲイン変更手段と、
前記ゲイン変更手段により変更されるフィードバックゲインの増大に伴い、前記センサの出力信号が発振し始めるときのゲインの値である臨界ゲインを特定する臨界ゲイン特定手段と、
前記臨界ゲイン特定手段により特定されたゲインの略４０〜略６０％の値を前記アクティブ防振システムのフィードバックゲインとして設定するゲイン設定手段と、を備えることを特徴とするフィードバックゲイン自動調整装置。
【請求項２】
請求項１のフィードバックゲイン自動調整装置において、
ゲイン設定手段は、臨界ゲインの略５０％の値を設定することを特徴とするフィードバックゲイン自動調整装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１つのフィードバックゲイン自動調整装置において、
ゲイン変更手段は、予め設定されたフィードバックゲインの下限値に所定のゲイン変化量を加算することにより、フィードバックゲインを段階的に変化させるものであり、
臨界ゲイン特定手段は、センサの出力信号が所定の閾値を超えたときのゲインの値を臨界ゲインとして特定することを特徴とするフィードバックゲイン自動調整装置。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれか１つのフィードバックゲイン自動調整装置において、
ゲイン変更手段は、
フィードバックゲインの上限値及び下限値の初期値をそれぞれ設定する初期値設定部と、
前記上限値及び下限値の中央値を求めて、これをシステムのフィードバックゲインとするゲイン変更設定部と、
前記ゲイン変更設定部により設定されたフィードバックゲインにおいてセンサの出力信号が発振しているか否かを判定する発振判定部と、
前記発振判定部により発振と判定されたときにはそのときのフィードバックゲインの値を新たに上限値とする一方、発振していないと判定されたときにはそのときのフィードバックゲインの値を新たな下限値とする上下限値更新部とを備え、臨界ゲイン特定手段によって臨界ゲインが特定されるまで、前記ゲイン変更設定部、発振判定部及び上下限値更新部によるフィードバックゲインの変更設定を繰り返すものであり、
前記臨界ゲイン特定手段は、前記ゲイン変更設定部により求められた中央値が上限値又は下限値のいずれかと実質的に等しくなったとき、その中央値の値を臨界ゲインとして特定するものであることを特徴とするフィードバックゲイン自動調整装置。
【請求項５】
基礎に対して弾性的に支持した被支持体の振動状態をセンサにより検出し、検出した振動値に応じてアクチュエータを制御することにより、前記被支持体の振動を低減するようにしたアクティブ防振システムのフィードバックゲインの自動調整方法において、
コンピュータ装置により、
フィードバックゲインを変更するゲイン変更ステップと、
前記ゲイン変更ステップにおいて変更されるフィードバックゲインの増大に伴い、前記センサの出力信号が発振し始めるときのゲインの値である臨界ゲインを特定する臨界ゲイン特定ステップと、
前記臨界ゲイン特定ステップで特定されたゲインの略４０〜略６０％の値を前記アクティブ防振システムのフィードバックゲインとして設定するゲイン設定ステップと、を備えたコンピュータプログラムを実行させることを特徴とするフィードバックゲインの自動調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密計測機器等の被支持体を弾性的に支持するとともに、当該被支持体の振動を打ち消すようにアクチュエータを作動させるアクティブ防振システムに関し、特に、前記アクチュエータをフィードバック制御するときのゲイン調整の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被支持体の振動をセンサで検出し、フィードバック制御によりアクチュエータを用いて振動制御を行うようにしたアクティブ防振システムは知られており、例えば、特許文献１に記載のアクティブ防振システムでは、除振システムとして振動制御ループが、制振システムとして位置制御ループがそれぞれ設けられている。そして、同文献の段落００１２にも記載されているように、一般に、アクティブ防振システムでは、フィードバック制御の応答性（振動低減性能）を高めるために振動制御ループのゲインを高くし過ぎると、閉ループの安定性が低下する傾向があるので、制御系の安定性と制御系による振動低減性能とを高い次元で両立できるよう、ゲインを最適な値に調整したいという要求がある。
【０００３】
通常、この種のフィードバックゲインの調整は、作業者がＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を用いてフィードバックループの開ループ伝達関数を計測し、その位相交点でのゲイン余裕が最適なものとなるようにゲインを調整する、という操作を繰り返すことにより行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１１７４８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のゲイン調整方法は、技術者の手作業によるゲイン調整であったため、最適なゲインに調整するためには試行錯誤を繰り返す必要があり、多大な時間と労力を必要としていた。
【０００６】
また、複雑なシステムにおいては、位相交点の判別が難しいため、最適なゲインを正確に求めるには熟練を要するという問題もあった。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィードバックゲインの最適値を自動的に決定できるようにして、多大な時間と労力が必要な従来のゲイン調整の問題点を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明では、アクティブ防振システムのフィードバックゲインを自動的に変化させて、そのときにセンサの出力信号が発振し始める臨界ゲインの値を特定し、この値に基づいてフィードバックゲインの最適な値を求めるようにした。
【０００９】
具体的には、請求項１の発明では、基礎に対して弾性的に支持した被支持体の振動状態をセンサにより検出し、検出した振動値に応じてアクチュエータを制御することにより、前記被支持体の振動を低減するようにしたアクティブ防振システムのフィードバックゲイン自動調整装置を前提とする。そして、
フィードバックゲインを変更するゲイン変更手段と、
前記ゲイン変更手段により変更されるフィードバックゲインの増大に伴い、前記センサの出力信号が発振し始めるときのゲインの値である臨界ゲインを特定する臨界ゲイン特定手段と、
前記臨界ゲイン特定手段により特定されたゲインの略４０〜略６０％の値を前記アクティブ防振システムのフィードバックゲインとして設定するゲイン設定手段と、を備える構成とする。
【００１０】
この構成によれば、アクティブ防振システムのフィードバックゲインを調整するときには、そのゲインの値がゲイン変更手段によって自動的に変更され、このゲイン変更に伴いセンサの出力信号が発振し始めるときの臨界ゲインの値が臨界ゲイン特定手段によって自動的に検出される。そして、前記臨界ゲインの略４０〜略６０％の値がアクティブ防振システムのフィードバックゲインとしてゲイン設定手段により自動的に設定される。これにより、多大な時間と労力をかけることなく、フィードバックゲインを最適な値に設定することができる。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、ゲイン設定手段は、臨界ゲインの略５０％の値を設定するものとする。こうすれば、制御系の安定性と制御系による振動低減性能とを高い次元で両立可能な最適なフィードバックゲインを自動的に設定することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、ゲイン変更手段は、予め設定されたフィードバックゲインの下限値に所定のゲイン変化量を加算することにより、フィードバックゲインを段階的に変化させるものとし、
臨界ゲイン特定手段は、センサの出力信号が所定の閾値を超えたときのゲインの値を臨界ゲインとして特定するものとする。
【００１３】
このことにより、請求項１の発明のゲイン変更手段及び臨界ゲイン特定手段の構成が具体化される。すなわち、アクティブ防振システムのフィードバックゲインを予め設定した下限値からゲイン変更手段によって段階的に増大させていき、これによりセンサの出力信号の振幅が所定の閾値を超えたときに、そのときのゲインの値を臨界ゲインとして容易に特定することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、ゲイン変更手段は、
フィードバックゲインの上限値及び下限値の初期値をそれぞれ設定する初期値設定部と、
前記上限値及び下限値の中央値を求めて、これをシステムのフィードバックゲインとするゲイン変更設定部と、
前記ゲイン変更設定部により設定されたフィードバックゲインにおいてセンサの出力信号が発振しているか否かを判定する発振判定部と、
前記発振判定部により発振と判定されたときにはそのときのフィードバックゲインの値を新たに上限値とする一方、発振していないと判定されたときにはそのときのフィードバックゲインの値を新た下限値とする上下限値更新部とを備え、臨界ゲイン特定手段によって臨界ゲインが特定されるまで、前記ゲイン変更設定部、発振判定部及び上下限値更新部によるフィードバックゲインの変更設定を繰り返すものとし、
また、前記臨界ゲイン特定手段は、前記ゲイン変更設定部により求められた中央値が上限値又は下限値のいずれかと実質的に等しくなったとき、その中央値の値を臨界ゲインとして特定するものとする。
【００１５】
この構成では、ゲイン変更手段のゲイン変更設定部、発振判定部及び上下限値更新部によるフィードバックゲインの変更設定が繰り返し行われて、前記ゲイン変更設定部により求められた中央値が上限値又は下限値のいずれかと実質的に等しくなったときに、その中央値の値が臨界ゲイン特定手段によって臨界ゲインとして特定される。ここで、中央値が上限値又は下限値のいずれかと実質的に等しいというのは、両者の差が所定値以下であることを意味する。
【００１６】
そのように、ゲイン変更手段によってフィードバックゲインの上限値及び下限値を、いずれか一方がその中央値と実質的に等しくなるまで更新する本発明では、ゲインを段階的に変化させて臨界ゲインを検出する請求項３の発明に比べて、臨界ゲインをより早く且つ精度良く特定することが可能になる。
【００１７】
請求項５の発明では、基礎に対して弾性的に支持した被支持体の振動状態をセンサにより検出し、検出した振動値に応じてアクチュエータを制御することにより、前記被支持体の振動を低減するようにしたアクティブ防振システムのフィードバックゲインの自動調整方法を前提とする。そして、
コンピュータ装置により、フィードバックゲインを変更するゲイン変更ステップと、
前記ゲイン変更ステップにおいて変更されるフィードバックゲインの増大に伴い、前記センサの出力信号が発振し始めるときのゲインの値である臨界ゲインを特定する臨界ゲイン特定ステップと、
前記臨界ゲイン特定ステップで特定されたゲインの略４０〜略６０％の値を前記アクティブ防振システムのフィードバックゲインとして設定するゲイン設定ステップと、を備えたコンピュータプログラムを実行させるものとする。
【００１８】
前記の方法により、コンピュータ装置によって前記ゲイン変更ステップと、臨界ゲイン特定ステップと、ゲイン設定ステップとが実行されることで、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明に係るフィードバックゲインの自動調整方法を適用する精密除振台Ａの一例を示し、この除振台は、例えば、図示しない半導体検査装置や電子顕微鏡、光学式計測装置等の精密機器を搭載して、それらの機器を床からの振動と殆ど絶縁した状態で設置するためのものである。すなわち、前記精密除振台Ａの概略構成は、図示の如く、床面に設置される下側構造部１と、その下側構造部１の上面の４隅にそれぞれ設けられた空気バネ式のアイソレータ２、２、…と、該４つのアイソレータ２、２、…の上部に搭載された搭載盤３とからなる。
【００２１】
前記下側構造部１は、鋼製角パイプの構造部材を概ね直方体形状となるように櫓組みしたものであり、それぞれ上下方向に延びる４本の脚部４、４，…と、その隣接する２本の脚部４，４同士を下端側で連結するように水平方向に延びる下梁部５、５、…と、それら４本の脚部４、４、…の上端側外周を囲んで平面視で略矩形の枠状となるように配置された上梁部６、６、…とからなる。この各上梁部６、６、…の内側面は脚部４、４、…の外側面に接合されるとともに、各上梁部６、６、…の上面は脚部４、４、…の上端面と同一平面上に位置づけられている。そして、前記各脚部４の上端面からその外側を囲む上梁部６、６の上面にわたって、水平板７、７、…が配置されていて、この各水平板７上にそれぞれアイソレータ２が配置されている。また、下側構造部１の長手方向に延びる２つの下梁部５、５の下面には、移動用のキャスター８、８、…が２つずつ配設さるとともに、各脚部４の下端面にはそれぞれ高さ調整用のレベラー９、９、…が配設されている。
【００２２】
（空気圧の制御）
この実施形態に係る精密防振台Ａは、前記の如く４つのアイソレータ２、２、…によって床からの上下及び水平振動の両方について殆ど絶縁することができるとともに、その各アイソレータ２、２、…における空気ばねＳｖの空気圧をコントローラ３０により制御して、搭載盤３に対し制御振動を積極的に付加することにより、該搭載盤３上の機器から発生する振動をも抑制できるようにした、いわゆるアクティブ防振機能を有するものである。
【００２３】
以下、説明の便宜のために上下方向の振動のみについて、その振動抑制のための具体的な制御の内容を説明する。尚、水平方向についても上下方向と同様の構成を備え、同様の制御を行うようにすればよい。
【００２４】
前記アイソレータ２は、図２に模式的に示すように、矩形板状のベースプレート１０上に空気ばねＳｖを配設し、その空気ばねＳｖによって、前記搭載盤３及び搭載機器の荷重を受ける矩形板状のトッププレート２１を弾性的に支持するとともに、その空気ばねＳｖをアクチュエータとして利用して、当該トッププレート２１に制御振動を付加するようにしている。
【００２５】
前記アイソレータ２の空気ばねＳｖは、図２に模式的に示すように、内部に空気が充填された空気室１５と、この空気室１５の上壁の開口部にダイヤフラム１４を介して気密上に内挿されたピストン１３とを備えており、そのピストン１３の上面に前記トッププレート２１が配置されている。なお、空気ばねＳｖとしては、ジンバルピストンを備えたものを用いることが特に好ましいが、この限りではなく、ベローズ形空気ばね等を用いることもできる。
【００２６】
また、前記各アイソレータ２には、トッププレート２１の加速度及び変位をそれぞれ検出する加速度センサ３１及び変位センサ３２と、ベースプレート１０の加速度を検出する加速度センサ３３とが配設されていて、該各センサ３１〜３３からの出力信号がそれぞれコントローラ３０に入力される。一方、各アイソレータ２毎の空気ばねＳｖの空気室１５等へ連通する空気通路にはホース等を介して個別にサーボ弁３４（１つのみ図示する）が接続されており、該各サーボ弁３４が前記コントローラ３０からの制御信号を受けて開閉作動することにより、各アイソレータ２毎の空気ばねＳｖの空気室１５に対する空気の給排気量がそれぞれ調整されて、当該空気ばねＳｖの空気室１５の空気圧が速やかに変更されるようになっている。
【００２７】
尚、前記サーボ弁３４は、圧搾空気を貯留するリザーバタンク３５に接続されており、このリザーバタンクには図示しない電動ポンプが接続されていて、この電動ポンプの作動によりリザーバタンク３５内の空気圧が所定値に維持されるようになっている。
【００２８】
前記コントローラ３０によるサーボ弁３４の制御の内容は、各アイソレータ２毎に概ね図３のブロック図に示すようになり、サーボ弁３４への制御入力に対して、トッププレート２１に配設された加速度センサ３１からの信号ｘ”に基づいてフィードバック補正が行われるとともに、ベースプレート１０に配設された加速度センサ３３からの信号ｘ０”に基づいてフィードフォワード補正が行われる。
【００２９】
また、前記のフィードバック補正及びフィードフォワード補正制御を含めたシステムＰ全体（図に仮想線で囲んで示す）への制御入力に対して、図の下側に示すように、変位センサ３２からの出力ｘ−ｘ０に基づくＰＩＤ制御則によりフィードバック補正を行うことによって、トッププレート２１を所定の位置に保つことができる。
【００３０】
なお、本発明はフィードバック制御を対象としたものであるため、説明の便宜上、トッププレート２１に配設された加速度センサ３１からの信号ｘ”によるフィードバック制御のみについて以下に詳しく説明するが、変位センサ３２からの信号を用いたフィードバック制御についても本発明を用いることができる。また、加速度センサ３３からの出力信号によるフィードフォワード補正を伴わない、フィードバック制御のみの場合についても当然、用いることができる。
【００３１】
加速度センサ３１からの信号に基づいて行われるフィードバック制御は、加速度センサ３１により検出される被支持体の振動状態、即ちトッププレート２１の上下方向加速度ｘ”に基づいて、その振動を軽減するような制御振動を空気ばねＳｖにより発生させるものである。即ち、検出された加速度ｘ”を微分したものに対応するフィードバックゲインをＧｍとし、また、加速度ｘ”に対応するフィードバックゲインをＧｃとし、さらに、加速度ｘ”を積分したものに対応するフィードバックゲインをＧｋとして、加速度の検出値ｘ”に基づいて各フィードバック補正値をそれぞれ演算し、これらの和として求められるフィードバック補正値Ｕｆｂを制御量Ｕｏから減算して、制御量Ｕを求める（フィードフォワード制御を含む場合には、さらにこの制御量Ｕからフィードフォワード補正値Ｕｆｆを減算する）。このようにして、制御入力に対してフィードバック補正を行うことで、被支持体の実際の振動状態に応じて、この振動を抑えるような制御振動を発生させることができる。
【００３２】
以下に加速度フィードバックの場合の開ループ伝達関数について説明する。なお、以下では説明の便宜のために、加速度信号によるフィードバック制御の開ループ伝達関数についてのみ説明するが、加速度信号を微分又は積分した場合のフィードバック制御についても、加速度信号によるフィードバック制御の場合と同様に、開ループ伝達関数を求めることができる。
【００３３】
まず、制御量Ｕとこれに対して空気ばねＳｖに発生する力Ｆとの関係は、サーボ弁３４のゲインＫｖ、空気ばねＳｖの受圧面積Ａｍ、サーボ弁３４の時定数Ｔｖ及びラプラス演算子ｓを用いて次式のように表される。
【００３４】
【数１】
2004246661.tif 000003
【００３５】
また、空気ばねＳｖに発生する力Ｆとトッププレート２１に加わる加速度ｘ”との間の関係式は、トッププレート２１に搭載盤３やその上の機器の分担荷重を含めた振動系の質量Ｍ、空気ばねＳｖの減衰定数Ｃ及びバネ定数Ｋを用いて以下のように表される。
【００３６】
【数２】
2004246661.tif 000004
【００３７】
さらに、加速度フィードバックの制御量は、加速度ｘ”に対応するフィードバックゲインＧｃを用いて、次式のように表される。
【００３８】
【数３】
2004246661.tif 000005
【００３９】
上式（１）〜（３）より、加速度フィードバックの開ループ伝達関数Ｄ（ｓ）は、
【００４０】
【数４】
2004246661.tif 000006
【００４１】
のように表すことができる。実際の制御では、制御対象の無駄時間や制御回路中のフィルターなどの遅れが発生するため、（４）式の開ループ伝達関数Ｄ（ｓ）の周波数特性は、図４や図５に示すとおりとなる。
【００４２】
ここで、加速度フィードバックのゲインＧｃが大きくなると、位相が１８０°遅れる位相交点（図中では周波数が５８Ｈｚ）のゲインが図５のように０ｄＢを超える。その場合には、加速度センサ３１の出力信号が安定な状態（図６（ａ）参照）に比べて非常に大きな振幅を持った正弦波が出力に加わり、持続的な発振（図６（ｂ）参照）を始めるようになる（本発明における出力信号の発振の有無は、このような出力信号の発振時の特徴を考慮して、出力信号の振幅が所定の閾値を超えたかどうかにより判定する）。
【００４３】
このように出力信号が発振している場合には、制御が不安定になることから、この位相交点でのゲインが０ｄＢを超えないようなゲインに設定する必要があるが、ゲインを必要以上に低く設定すると、フィードバック制御による高い振動低減性能は期待できない。したがって、制御の安定性と制御による振動低減性能とを高い次元で両立させる最適なゲインに設定する必要がある。この最適なゲインとは、位相交点でのゲイン余裕が略６ｄＢになる場合であることが経験的に知られている。そのときの開ループ伝達関数の周波数特性の一例を図４に示す。
【００４４】
ところで、上記のようにゲインを最適な値に設定する場合、従来までは作業者が開ループ伝達関数をＦＦＴ等で測定しながら、フィードバックゲインの調整を行うようにしており、多大な時間、労力及び熟練が必要とされていたことは上述したとおりである。
【００４５】
これに対し、本発明では、コンピュータ装置を用いて、上記のフィードバックゲインの調整作業を自動的におこない、最適なフィードバックゲインに自動的に設定できるようにしたことを特徴とする。
【００４６】
（フィードバックゲインの調整）
以下、前記コントローラ３０を用いて前記フィードバックのゲイン調整を行い、最適な値に決定する具体的な手順について、図７のフローチャートに基づいて説明する。すなわち、この実施形態では、まず、センサの出力信号が発振しないと考えられる低いゲインを初期値（下限値）として与え、その値をフィードバックゲインに設定した場合のセンサ出力信号の発振の有無を確認する。そして、発振していない場合にはセンサの出力信号が発振するまで、前記ゲインに対して所定のゲイン変化量を加算していくことにより、フィードバックゲインを段階的に変化させていき、出力信号が発振する臨界ゲインを特定する。
【００４７】
図７に示すフローにおいて、スタート後のステップＳＡ１では、初期設定として、センサの出力信号が発振しないと考えられるフィードバックゲインを初期値として与える。続いて、ステップＳＡ２において所定の待ち時間を経た後、ステップＳＡ３により、加速度センサ３１の出力信号を検出し、発振しているかどうかの判定を行う。なお、出力信号の発振は、出力信号の振幅が一定の閾値を超えた場合に検出するようにしているが、発振をしていても振幅が閾値を超える状態になるまでには時間を要する場合もあるため、前記ステップＳＡ２で所定の待ち時間を経た後、前記ステップＳＡ３でセンサの出力信号を検出するようにしている。
【００４８】
前記ステップＳＡ３において、判定がＹＥＳ（出力信号が発振している）であれば、出力信号が発振しないと考えられるゲイン初期値で発振していることになるため、システム又はゲイン初期値の異常と判断し、本フローはストップする。一方、前記ステップＳＡ３における判定がＮＯ（出力信号が発振していない）であれば、そのままステップＳＡ４（ゲイン変更ステップ）に進む。
【００４９】
このステップＳＡ４では、フィードバックゲインに対して所定のゲイン変化量を加算し、新たな設定ゲインとする。続いてステップＳＡ５において所定の待ち時間を経た後、ステップＳＡ６（臨界ゲイン特定ステップ）においてセンサの出力信号を検出し、出力信号が発振しているかどうかの判定を行う。この判定がＹＥＳ（出力信号が発振している）であれば、このときの設定ゲインをセンサ出力信号が発振し始める臨界ゲインと判断して、後述するステップＳＡ７（ゲイン設定ステップ）に進む。
【００５０】
一方、前記ステップＳＡ６における判定がＮＯ（出力信号が発振していない）であれば、そのままステップＳＡ８に進み、設定ゲインが、必ず発振すると考えられる最大ゲインよりも大きい値かどうかについて判定を行う。この判定がＹＥＳ（設定ゲインが最大ゲインよりも大きい）であれば、必ず発振すると考えられる最大ゲインよりも大きい値において発振していないことになるため、システム又は最大ゲイン設定値の異常と判断し、本フローはストップする。一方、前記ステップＳＡ８において、ＮＯ（設定ゲインが最大ゲインよりも小さい）と判定すれば、前記ステップＳＡ４にリターンし、設定ゲインに対して所定のゲイン変化量を加算する。
【００５１】
そして、前記ステップＳＡ６で臨界ゲインを特定するまで、上記フローの前記ステップＳＡ４〜ＳＡ６及びＳＡ８を繰り返し実行し、その結果、臨界ゲインが特定された場合（前記ステップＳＡ６においてＹＥＳの判定）には、前記ステップＳＡ７に進んで、前記臨界ゲインの略５０％（略４０〜略６０％でもよい）の値をアクティブ防振システムの最終フィードバックゲインとして設定し、ゲイン調整が終了する。なお、このときの位相交点におけるゲイン余裕は略６ｄＢとなる。
【００５２】
ここで、前記フローのステップＳＡ４により設定ゲインに対して所定のゲイン変化量を加算するのがゲイン変更手段３０ａであり、ステップＳＡ６によりセンサの出力信号の発振の有無を判定するのが臨界ゲイン特定手段３０ｂであり、ステップＳＡ７により臨界ゲインの略５０％（略４０〜略６０％でもよい）の値をアクティブ防振システムの最終フィードバックゲインに設定するのがゲイン設定手段３０ｃである。
【００５３】
したがって、上記の実施形態によれば、アクティブ防振システムのフィードバック自動調整装置において、センサの出力信号が発振し始める臨界ゲインを特定するまで、ゲインを一定量で自動的に変化させてゲイン調整を行うようにしたため、従来までのような人手によるゲイン調整が不要になり、労力と時間の軽減を図ることができる。
【００５４】
なお、前記実施形態では、センサ出力信号が発振しないと考えられるゲインを初期値として設定し、臨界ゲインが特定されるまで、そのゲイン初期値に所定のゲイン変化量を加算してゲイン調整を行うが、これに限らず、センサ出力信号が発振すると考えられるゲインを初期値として与え、限界ゲインが特定されるまで、そのゲイン初期値から所定のゲイン変化量を減算することによってもゲイン調整を実現することができる。
【００５５】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係るフィードバックゲインの調整方法を示し、この実施形態２のフィードバックゲイン自動調整装置を適用するアクティブ防振システムは実施形態１のもの（図２参照）と同様に構成されていて、フィードバック調整方法が一部異なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。すなわち、この実施形態２では、ゲインの上限値及び下限値から求めた中央値におけるセンサ出力信号の発振状況に応じて、該中央値を上限値又は下限値に置き換えることにより、上限値及び下限値によって区画されるゲイン範囲をその制御サイクル毎に半分にする。そして、このことを繰り返すことにより、上限値又は下限値のいずれかとその中央値が実質的に等しくなるまでゲイン範囲を収束させて、臨界ゲインを特定する。
【００５６】
図８に示すフローにおいて、スタート後のステップＳＢ１では、初期設定として、センサの出力信号が発振しないと考えられるゲインを下限値とし、ステップＳＢ２では、センサの出力信号が発振すると考えられるゲインを上限値として与える。
【００５７】
続いてステップＳＢ３において、前記下限値及び上限値からその中央値を求め、続くステップＳＢ４では、前記中央値を所定の小数点以下で切り捨てる。なお、本実施形態２では、ゲイン下限値又は上限値のいずれかがその中央値に等しくなるゲインを臨界ゲインとするため、その計算速度及び精度は、前記ステップＳＢ４で行うゲイン中央値の小数点を切り捨てる桁数により影響を受ける。したがって、要求される計算速度および及び精度に合わせて、ゲイン中央値の小数点切り捨て桁数を決定する必要がある（図８の実施例では小数点２桁以下を切り捨てている）。
【００５８】
続くステップＳＢ５において、前記ステップＳＢ４で得られたゲインの値と前記下限値又は上限値のいずれかと等しいかどうかについて判定を行い、この判定において、ＹＥＳ（前記ステップＳＢ４で得られた値と前記下限値又は上限値のいずれかが等しい）の場合には、前記ステップＳＢ４で得られたゲインを臨界ゲインと判断し、後述するステップＳＢ６に進む。一方、前記ステップＳＢ５における判定がＮＯ（前記ステップＳＢ４で得られた値は前記下限値又は上限値のいずれとも等しくない）の場合には、そのままステップＳＢ７へ進み、前記ステップＳＢ４にて得られたゲインをフィードバックゲインとして設定する。
【００５９】
続くステップＳＢ８で所定の待ち時間を経た後、ステップＳＢ９において、センサの出力信号を検出し、発振しているかどうかの判定を行う。この判定において、ＹＥＳ（センサ出力信号が発振している）の場合には、ステップＳＢ１０へ進み、前記ステップＳＢ７において設定したゲインを新たな上限値として設定する。一方、前記ステップＳＢ９において、ＮＯ（センサ出力信号が発振していない）の判定の場合には、ステップＳＢ１１へ進み、前記ステップＳＢ７において設定したゲインを新たな下限値として設定する。
【００６０】
前記ステップＳＢ１０又はＳＢ１１のいずれかに進んだ後、前記ステップＳＢ３へリターンし、新たに設定された上限値又は下限値から中央値を計算し、前記ステップＳＢ４において、前記中央値の所定の小数点以下を切り捨てた後、前記ステップＳＢ５において、下限値又は上限値のいずれかと前記ステップＳＢ４で得られたゲインが等しいかどうかの判定を行う。
【００６１】
前記ステップＳＢ５において、ゲインの下限値又は上限値のいずれかと前記ステップＳＢ４で得られるゲインが等しくなるまで、上記フローの前記ステップＳＢ３〜ＳＢ５及びＳＢ７〜ＳＢ１１を繰り返し実行し、その結果、臨界ゲインが特定された場合（ステップＳＢ５においてＹＥＳの判定）には、前記ステップＳＢ６により、臨界ゲインの略５０％（略４０〜略６０％でもよい）の値をアクティブ防振システムの最終フィードバックゲインとして設定し、ゲイン調整は終了する。
【００６２】
次に、上記フローの手順によって臨界ゲインが特定される様子を図９に示す。図９において、臨界ゲインＲｅｇＣよりも右側斜線部は出力信号が発振する領域であり、臨界ゲインＲｅｇＣよりも左側は発振しない領域を示す。前記ステップＳＢ３により、前記ステップＳＢ１及びステップＳＢ２でそれぞれ与えられた初期ゲイン下限値Ｒｅｇ１（０）及び初期ゲイン上限値Ｒｅｇ２（０）のゲイン中央値Ｒｅｇ３（０）が求められる。図９において、前記ゲイン中央値Ｒｅｇ３（０）は、発振領域外にあるため、出力信号は発振しない。そのため、前記ステップＳＢ１１により、前記ゲイン中央値Ｒｅｇ３（０）は新たなゲイン下限値Ｒｅｇ１（１）に設定される。
【００６３】
次に、前記ステップＳＢ３により、新たに設定されたゲイン下限値Ｒｅｇ１（１）とゲイン上限値Ｒｅｇ２（０）のゲイン中央値Ｒｅｇ３（１）が求められる。このゲイン中央値Ｒｅｇ３（１）は、図９において発振領域内のため出力信号は発振し、前記ステップＳＢ１０によって、前記ゲイン中央値Ｒｅｇ３（１）が新たなゲイン上限値Ｒｅｇ２（１）に設定される。このように、前記実施形態２では、ゲイン下限値Ｒｅｇ１及びゲイン上限値Ｒｅｇ２により区画されるゲインの範囲を制御サイクル毎に半分にすることを繰り返して、臨界ゲインＲｅｇＣまで収束させるようにしているため、臨界ゲインＲｅｇＣの近傍までゲインの範囲を短時間で絞り込むことができ、前記実施形態１に比べて計算速度を短縮することができる。
【００６４】
また、そのようにゲインの範囲を絞り込むことにより、高い精度で臨界ゲインＲｅｇＣを特定することができる。
【００６５】
ここで、前記フローのステップＳＢ１、２、３、９、１０及び１１はゲイン変更ステップに、ステップＳＢ５は臨界ゲイン特定ステップに、ステップＳＢ６はゲイン設定ステップにそれぞれ対応している。
【００６６】
また、図８において、前記フローのステップＳＢ１、２及び３によりゲインの下限値及び上限値からその中央値を求め、ステップＳＢ９により該中央値におけるセンサの出力信号の発振の有無を判定し、ステップＳＢ１０及び１１により該中央値を新たな下限値又は上限値として設定するのがゲイン変更手段３０ａである。より詳しくは、ステップＳＢ１及び２が初期値設定部に、ステップＳＢ３がゲイン変更設定部に、ステップＳＢ９が発信判定部に、ステップＳＢ１０及び１１が上下限値更新部に、それぞれ対応している。
【００６７】
さらに、ステップＳＢ５によりゲインの上限値又は下限値のどちらかがその中央値と等しいかどうかの判定をおこない、等しい場合には臨界ゲインとして特定するのが臨界ゲイン特定手段３０ｂであり、さらにまた、ステップＳＢ６により臨界ゲインの略５０％（略４０〜略６０％でもよい）の値をアクティブ防振システムの最終フィードバックゲインに設定するのがゲイン設定手段３０ｃである。
【００６８】
以上より、この実施形態２では、ゲインの上限値又は下限値がその中央値と実質的に等しくなるまでゲインの範囲を収束させて、臨界ゲインを特定するようにしているため、ゲインの初期値に所定の変化量を加算することにより臨界ゲインを検出する前記実施形態１に比べ、臨界ゲインをより早く且つ精度良く検出することが可能になる。
【００６９】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態１及び２に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態に係るアイソレータ２、２、…では、被支持体である機器や搭載盤３を基礎であるベースプレート１０に対して弾性的に支持するために、ダイヤフラム形空気ばねＳｖを用いているが、これに代えて、例えば窒素ガス等を充填した気体ばねを用いてもよい。
【００７０】
また、前記各実施形態に係るアイソレータ２、２、…では、空気ばねＳｖ自体を上下方向のアクチュエータとして利用するようにしているが、これに限らず、アクチュエータとしては別途、リニアモータや圧電素子、或いは磁歪素子等を用いるようにしてもよい。すなわち、一般的に空気ばねの場合はその応答性が限界となって、あまり高い周波数の振動には追従できないので、前記実施形態のアクティブ防振制御は約数十Ｈｚ以下の周波数の振動に対応して行われることになるが、応答性に優れるリニアモータ等を用いれば、より広い周波数域の振動に対して制御を適用することができる。この場合、空気ばねに代えてコイルばね、ゴム弾性体等を用いることもできる。
【００７１】
図１０は、アクチュエータとしてリニアモータを用いるようにしたアイソレータの一例を示し、同図において符号４１は、アイソレータ４０のトッププレート４２に上下方向の制御振動を付加するためのリニアモータである。なお、前記各実施形態のようにアクチュエータとして空気ばねＳｖを用いる場合には、空気ばねＳｖは制御量を積分した力を得るのに対し、図１０のようにリニアモータを用いる場合には、制御量に比例した力を得ることになる。このことから、加速度フィードバックによる振動制御を行う空気ばねＳｖの代わりにリニアモータを用いる場合には、加速度を積分した速度におけるフィードバック制御により振動制御を行うことになる。
【００７２】
前記アイソレータ４０には、空気ばねＳｖの空気圧を制御するためのサーボ弁は備えられておらず、その代わりに、トッププレート４２の高さを維持するための機械式空気弁４３が配設されている。この機械式空気弁４３は、接続部４３ａに接続されるホースを介して図示しないリザーバタンクに接続される一方、Ｕ字状に湾曲するチューブ４４を介して空気ばねＳｖの空気室に接続されていて、トッププレート４２の高さが基準位置よりも低くなってセンサアーム４３ｂが下方に回転すると、前記リザーバタンクから空気ばねＳｖの空気室に圧搾空気を供給し、一方、トッププレート４２の高さが基準位置よりも高くなってセンサアーム４３ｂが上方に回動すると、前記空気室の空気を大気中に漏出させるようになっている。尚、アイソレータ４０に、水平方向の振動を検出する加速度センサと水平方向に可動なリニアモータとを設けることにより、トッププレート４２の水平方向の振動を制御し低減することが可能であり、本発明を利用することができる。
【００７３】
また、前記各実施形態では、加速度センサにより検出される加速度を用いてフィードバック制御を行うようにしているが、これに限らず、加速度を微分あるいは積分したものを用いたフィードバック制御に関しても前記各実施形態と同様の方法でゲイン調整を行うことが可能である。
【００７４】
さらにまた、前記各実施形態では、上下方向の振動を検出して振動制御するようにしているが、これに限らず、水平方向を含む全ての方向について制御可能な６自由度制御にも適用することができる。
【００７５】
さらに、前記各実施形態においては、本願発明のフィードバックゲイン自動調整方法を精密除振台Ａのアイソレータ２、２、…に適用しているが、これに限らず、例えば、半導体製造装置等の防振支持のために、それらの装置に合わせて専用に設計した搭載盤を３〜４本のアイソレータにより支持する構成としたり、或いは、クリーンルームのグレーチング床へ埋め込む可動床を同様にアイソレータにより支持する構造として、このアイソレータに本願発明のフィードバックゲイン自動調整方法を適用することも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係るフィードバックゲイン自動調整装置によると、被支持体の振動状態をセンサにより検出して、アクチュエータで制御振動を付加することにより、前記被支持体の振動を低減するものにおいて、そのアクチュエータのフィードバックゲインを自動的に変更して、センサの出力信号が発振し始める臨界ゲインを自動的に特定し、特定された臨界ゲインに基づいてフィードバックゲインを設定するようにしたため、多大な時間と労力をかけることなく、フィードバックゲインを適切な値に設定できる。
【００７７】
請求項２記載の発明によると、請求項１のフィードバックゲイン自動調整装置において、アクティブ防振システムのフィードバックゲインを臨界ゲインの略５０％の値として設定することにより、システムの安定性とシステムによる振動低減性能とを高い次元で両立可能な最適なフィードバックゲインに設定することができる。
【００７８】
請求項３記載の発明によると、フィードバックゲインを予め設定した下限値から、段階的に増大させて、センサの出力信号の振幅が所定の閾値を超えたときに、臨界ゲインとして特定することにより、容易にゲイン調整を行うことができる。
【００７９】
請求項４記載の発明によると、予め設定したフィードバックゲインの下限値及び上限値により区画されるゲインの範囲を制御サイクル毎に半分にし、これを繰り返して臨界ゲインまで収束させることにより、請求項３の発明に比べて、臨界ゲインを早く且つ精度良く特定することができる。
【００８０】
請求項５記載の発明に係るフィードバックゲイン自動調整方法によると、前記請求項１の発明と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る精密防振台Ａの全体構成を示す斜視図である。
【図２】アイソレータにおける上下方向のアクティブ防振システムの概略構成図である。
【図３】アクティブ防振の基本構成を示すブロック図である。
【図４】加速度フィードバックの開ループ伝達関数を示すボード線図である。
【図５】出力信号が発振しているときの図４相当図である。
【図６】発振していない通常時（ａ）と、発振した場合（ｂ）の加速度信号を示すグラフ図である。
【図７】所定のゲイン変化量を加算することによりゲインを徐々に変化させていくゲイン調整方法の流れを示すフローチャート図である。
【図８】ゲインの上限値及び下限値から求めた中央値が該上限値又は該下限値のいずれかに等しくなるまでゲイン範囲を収束させるゲイン調整方法の流れを示すフローチャート図である。
【図９】図８のゲイン調整方法を用いた場合に、臨界ゲインを特定するまでの様子を示した模式図である。
【図１０】アクチュエータとしてリニアモータを用いた他の実施形態に係るアイソレータの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ          精密除振台（アクティブ防振システム）
Ｓｖ                  空気ばね（アクチュエータ）
２、４０    アイソレータ
３          搭載盤（被支持体）
１０        ベースプレート
１３        ピストン本体
１４        ダイヤフラム
１５        空気室
２１、４２  トッププレート（被支持体）
３０        コントローラ（コンピュータ装置）
３０ａ      ゲイン変更手段
３０ｂ      臨界ゲイン特定手段
３０ｃ      ゲイン設定手段
３１、３３  加速度センサ
３２        変位センサ
３４        サーボ弁
４１        リニアモータ
【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】
2004246661.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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