基于电磁与静压气浮复合支撑的主动隔振装置
对于超精密测量仪器和超精密加工制造装备产生干扰的振动频率主要在0.8~100赫兹内的低频振动;同时作为干扰振源主要包括两类,分别是来自外界环境的振动和来自被控对象本身产生的振动。被动隔振器从原理上依靠降低其固有频率,滤掉来自外界的振动,隔振效果取决于其固有频率的大小。但是固有频率与隔振器刚度算术平方根成正比,即固有频率越小刚度越小。对于负载带来的扰动振源被动隔振器是无法抑制的。主动控制的隔振系统对于解决超低频微幅隔振非常有效,同时选择合适的结构和控制策略可实现对负载带来的扰动进行抑制。基于负刚度原理的隔振器在保证系统承载能力的同时,有效降低了机构的刚度,从而使得整个隔振器的固有频率降低,隔振频带加宽,提高了隔 振能力。采用电磁执行器的负刚度结构的隔振器,电磁执行器采用速度或电流闭环控制方法,可实现隔振器机构刚度的自动调节,即机构刚度由小到无穷大的调节。这样通过对隔振器机构刚度的调节,可兼顾两种类型的振源的抑制。日本埼玉大学的TaksehiMizuno等人提出基于零功率控制的主动控制方法及负刚度结构实现了隔振器的刚度无穷大,解决了隔振器负载扰动引入的振动抑制问题。但是该隔振器和方法无法实现对外界环境振动的抑制;其装置中支撑元件采用的是机械弹簧和电磁执行器,受到体积大小的限制,隔振器的承载能力差,无法提供大承载;采用机械弹簧和电磁铁作用隔振器位置精度控制达不到微米以及亚微米量级,对于超精密隔振特别是极大规模集成电路加工制造的隔振要求隔振器具有优异的隔振性能的同时还要具有超精密位置控制精度。2012年6月前基于主动或被动的隔振装置均存在一个共性的问题,就是存在着结构复杂,制造成本高,需要性能优异的传感器和作动器等不利特点。 [3]
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