專利名稱：用于有效載荷的洛倫茲電動機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制多個洛倫茲電動機(Lorenz motor)的控制裝置，所述多個洛倫茲電動機致動一個具有重心的有效載荷，該控制裝置包括一個控制器，該控制器用于從感測所述有效載荷的高度的傳感器接收高度信號并且用于根據(jù)所述高度信號來計算用于所述洛倫茲電動機的控制信號。
已知用多個(例如三個或四個)減震器(mount)來支撐一個有效載荷。所述減震器可以各包括一個氣墊式減震器(airmount)以及一個或兩個洛倫茲電動機。代替氣墊式減震器，可以使用其它類型的“彈簧”。所述有效載荷具有一個重心，該重心可以在所述氣墊式減震器的上方，也可以不在所述氣墊式減震器的上方。取決于氣墊式減震器的設計，有效載荷變得失衡的重心臨界高度可能更低一些或者更高一些。因此，對于氣墊式減震器上方的重心高度的可允許上限做了嚴格的規(guī)定。本領域技術人員已經(jīng)知道，所述氣墊式減震器越軟或者底座越小(即氣墊式減震器之間的距離)，則臨界高度越低。反之，有效載荷的重心的實際高度越高，就必須把氣墊式減震器設計得越高或者使氣墊式減震器之間的距離越大。
在現(xiàn)有技術中，處理該問題的另一種方式是施加一些附加的水平彈簧，這些彈簧接合有效載荷的側(cè)表面以及與所述側(cè)表面相對的墻壁。這些彈簧增加有效載荷的旋轉(zhuǎn)剛度，并且防止其在傾斜方面變得不穩(wěn)定。
然而，在某些位置處可能沒有空間來安裝附加的水平彈簧，因此也就無法安裝附加的框架。此外，所述方案可能較為昂貴。并且當希望用較軟的氣墊式減震器來替換現(xiàn)有的氣墊式減震器時，所述底座可能已經(jīng)固定了。
一個典型的例子是懸置一個電子顯微鏡或者光刻設備(或其部件)。為了改進與地板震動的隔離，優(yōu)選地使用較軟的氣墊式減震器。這種設備的重心高度要求將氣墊式減震器定位得更高或者更遠。然而，增加氣墊式減震器的高度可能會對設備操作人員有所妨礙，并且例如由于與電子裝置機殼的沖突或者出于商業(yè)考慮，可能不允許增大底座。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供對減震器的改進的控制，以便在不顯著增加垂直剛度的情況下減低有效載荷對重力不穩(wěn)定性的敏感度。
為此，本發(fā)明提供一種如開頭段落所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器用于根據(jù)所述高度信號來計算重心關于一個水平軸的至少一個旋轉(zhuǎn)角度，并且根據(jù)該至少一個旋轉(zhuǎn)角度來計算用于所述洛倫茲電動機的所述控制信號，從而達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度以支撐所述有效載荷。
因此，應用一個多輸入多輸出控制器，該控制器計算有效載荷重心的至少一個旋轉(zhuǎn)分量并且控制洛倫茲電動機，以便在不增加垂直剛度的情況下提供附加的旋轉(zhuǎn)剛度。改進重力穩(wěn)定性是有可能的。比起現(xiàn)有技術系統(tǒng)，有效載荷可以具有更高的重心，而不會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種用于控制多個洛倫茲電動機的方法，所述多個洛倫茲電動機致動一個具有重心的有效載荷，該方法包括從感測所述有效載荷的高度的傳感器接收高度信號以及根據(jù)所述高度信號來計算用于所述洛倫茲電動機的控制信號，其特征在于，根據(jù)這些高度信號來計算所述重心關于一個水平軸的至少一個旋轉(zhuǎn)角度，并且根據(jù)該至少一個旋轉(zhuǎn)角度來計算用于所述洛倫茲電動機的所述控制信號，從而達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度以支撐所述有效載荷。
此外，本發(fā)明涉及一種包括由計算機加載的指令和數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn)品，在被加載之后，所述指令和數(shù)據(jù)使得該計算機執(zhí)行如上所述的方法。
最后，本發(fā)明涉及一種包括這種計算機程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。
下面將參照附圖來解釋本發(fā)明，這些附圖僅用于說明本發(fā)明而不是限制其范圍。本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書及其技術等效表述限定。


圖1示出由多個減震器支撐的有效載荷；圖2示出用于洛倫茲電動機的多輸入多輸出控制裝置的一般示意框圖。
圖1示出由多個減震器支撐的有效載荷4。有效載荷4具有重心12。所述減震器包括氣墊式減震器15、16以及洛倫茲電動機1、2。為簡明起見，圖1示出兩個氣墊式減震器15、16和兩個洛倫茲電動機1、2，然而，大多數(shù)情況下將有三個或四個氣墊式減震器，以及每個氣墊式減震器至少一個洛倫茲電動機。所述氣墊式減震器支撐有效載荷4，而作為控制概念的一部分，所述洛倫茲電動機1、2則被致動來施加力以便產(chǎn)生垂直伺服剛度和/或伺服阻尼。此外，作為控制概念的一部分，至少有一個或多個額外的洛倫茲電動機用來施加水平力，以便產(chǎn)生水平伺服剛度和/或伺服阻尼，正如本領域技術人員所公知的那樣。本發(fā)明不討論用來施加水平力的額外的洛倫茲電動機。
圖中的洛倫茲電動機之間的距離為l。
定義了一個x、y、z軸系統(tǒng)，其原點在預定位置處。將旋轉(zhuǎn)定義為圍繞x軸的旋轉(zhuǎn)。重心12位于洛倫茲電動機1、2上方的高度h處。
圖2示出用于控制兩個洛倫茲電動機1、2的控制裝置。如圖所示，該控制裝置包括兩個分別用于感測高度z1、z2的傳感器6、7。這兩個傳感器6、7向控制器8反饋高度信號z1、z2。該控制器8根據(jù)這些高度信號z1、z2來計算分別用于洛倫茲電動機1、2的控制信號C1、C2。圖2是一個簡化圖，其中只示出兩個傳感器6、7，并且對于控制器8只示出兩個輸入信號和兩個輸出信號。在多數(shù)情況下，將使用三個z傳感器來提供關于z、q的信息以及圍繞y軸的旋轉(zhuǎn)。
對于圖1中所示的兩個洛倫茲電動機的實施例，提出由控制器8執(zhí)行以下的控制概念-從z1、z2導出角度，例如根據(jù)(z1-z2)/l
-根據(jù)角度計算轉(zhuǎn)矩TT＝-k.，其中k是旋轉(zhuǎn)剛度的度量，其單位是Nm/rad-根據(jù)轉(zhuǎn)矩T計算控制信號C1、C2C1＝-T/a，C2＝T/b，其中a和b是常數(shù)，其值可以自由選擇，但是它們具有相同的符號。
在一個實施例中，可以應用一個低通濾波器。于是可以通過T＝-k..H1p來計算轉(zhuǎn)矩，其中H1p是低通濾波器傳輸函數(shù)。
在一個三維實施例中，總體概念如下將來自全部所使用的高度傳感器的高度位置信號反饋到控制器8，根據(jù)這些高度位置信號計算圍繞x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)這些旋轉(zhuǎn)角度為全部所使用的洛倫茲電動機計算控制信號，以便在不顯著產(chǎn)生附加垂直剛度的情況下達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度。
本領域技術人員已知，可以應用除氣墊式減震器之外的其它類型的減震器，比如彈簧。此外，當應用氣墊式減震器15、16時，它們可以配備有供氣線，以便為其提供空氣。因此，可以用適當?shù)膲毫υ磥砉猓鰤毫υ匆灿煽刂破?控制。應當理解，控制器8已知為單個單元。然而，也可以用協(xié)同工作的多個計算機來實施控制器8，所述多個計算機例如以主從配置工作?？梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)載體或者其它任何適當方式來分發(fā)適當?shù)能浖４送?，用于氣體力學的控制器可以獨立于用于洛倫茲電動機的控制器。
權利要求
1.用于控制多個洛倫茲電動機(1，2)的控制裝置，所述多個洛倫茲電動機致動一個具有重心(12)的有效載荷(4)，該控制裝置包括一個控制器(8)，該控制器用于從感測所述有效載荷的高度的傳感器接收高度信號(z1，z2)并且用于根據(jù)所述高度信號來計算用于所述洛倫茲電動機的控制信號(C1，C2)，其特征在于，所述控制器(8)用于根據(jù)所述高度信號(z1，z2)來計算所述重心關于一個水平軸的至少一個旋轉(zhuǎn)角度，并且根據(jù)該至少一個旋轉(zhuǎn)角度來計算用于所述洛倫茲電動機(1，2)的所述控制信號(C1，C2)，從而達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度以支撐所述有效載荷(4)。
2.如權利要求1所述的控制裝置，其中所述控制器(8)用于控制三個或者四個洛倫茲電動機。
3.用于控制多個洛倫茲電動機(1，2)的方法，所述多個洛倫茲電動機致動一個具有重心(12)的有效載荷(4)，該方法包括從感測所述有效載荷的高度的傳感器接收高度信號(z1，z2)以及根據(jù)所述高度信號來計算用于所述洛倫茲電動機的控制信號(C1，C2)，其特征在于，根據(jù)這些高度信號(z1，z2)來計算所述重心關于一個水平軸的至少一個旋轉(zhuǎn)角度，并且根據(jù)該至少一個旋轉(zhuǎn)角度來計算用于所述洛倫茲電動機(1，2)的所述控制信號(C1，C2)，從而達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度以支撐所述有效載荷(4)。
4.包括將由計算機加載的指令和數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn)品，在被加載之后，所述指令和數(shù)據(jù)使得該計算機執(zhí)行如權利要求3所述的方法。
5.包括如權利要求4所述的計算機程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
用于控制多個洛倫茲電動機(1，2)的控制裝置和方法，所述洛倫茲電動機致動一個具有重心(12)的有效載荷(4)。從感測所述有效載荷的高度的傳感器接收高度信號(z1，z2)。根據(jù)這些高度信號(z1，z2)來計算所述重心關于一個水平軸的至少一個旋轉(zhuǎn)角度，并且根據(jù)該至少一個旋轉(zhuǎn)角度來計算用于所述洛倫茲電動機(1，2)的所述控制信號(C1，C2)，從而達到一個預定旋轉(zhuǎn)剛度以支撐所述有效載荷(4)。一個典型的應用是懸置電子顯微鏡或者光刻設備，以便與地板震動隔離。
文檔編號F16F15/00GK1829948SQ200480022195
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權日2003年8月4日
發(fā)明者M·F·希爾特杰斯, M·J·弗沃德爾唐克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司