精密主动减振器技术研究现状与进展

　　主动减振器为精密设备提供一个超静的内部环境，主动减振技术是集成电路制造、精密测量、检测医疗等设备的关键技术［1 ～3］。精密设备的精度和分辨率等指标受限于外部环境振，而减振器的性能则直接决定了其振动的等级［4，5］。

　　相比被动减振器，主动减振器在维持优异的中高频隔振性能的同时，还能较好的衰减固有频率处的结构共振。由于主动减振器兼具较好的位置稳定性和隔振性能，广泛应用在以 IC 光刻机为代表的集成电路制造领域，以 AFM、SEM/TEM 等为代表的精密测量领域，以精密车床等为代表的精密加工领域，以核磁共振成像仪 MRI 等为代表的医疗设备，以太阳能面板驱动装置、太空望远镜等为代表的航空航天领域等［1 ～3，6 ～9］。　　围绕改善主动减振器的稳定性和减振性能，国外研究单位和厂商针做了大量的研究。主动减振器生产商包括德国的 IDE 公司和 Halcyonics 公司、日本的特许公司和明立精机公司、美国的TMC 公司和Kinet-ic Systems 公司等。世界三大投影光刻机制造商:ASML 公司、Nikon 公司和 Canon 公司，提出了大量新型结构的软式主动减振器，并深入研究了其控制方法［1，10 ～14］。针对软式主动器的输入扰动和结构的不确定性，荷兰的 Eindhoven 大学基于 IDE 公司的 TCN型减振器，研究了软式主动减振器的线性时变控制和鲁棒控制技术［15 ～17］。荷兰 Twente 大学设计了用于以及用于光刻机内部测量框架减振的 Smart Mount 硬式减振系统［18 ～20］。日本 Saitama 大学基于低刚度的正负刚度串联结构，设计了理论上无穷大刚度磁浮硬式减振器［21 ～23］。美国的 MIT 大学等在重力波探测中，深入研究了主动减振技术以衰减地基振动噪声［24 ～27］。另外还有东京工业大学、南安普顿大学等单位围绕主动减振控制技术作了大量的研究。

　　目前国内还没有发现国产的主动减振器产品在市场上销售，国内许多高校研究单位对主动减振器的结构和控制等关键技术做了大量研究。华中科技大学提出了多种主动减振器新构型，研究了软式减振器的自适应前馈和反馈控制算法［28 ～34］。哈尔滨工业大学研究了大型重载隔振基础的速度反馈控制技术［35］。中南大学研究了用于扫描投影光刻机的硬式减振器的主动控制技术［36］。上海交通大学、浙江大学等单位也对主动控制技术做了一定的研究。

　　1 主动减振器的原理及分类

　　减振器按工作原理可分为主动减振器、被动减振器和半主动减振器［37］。图 1 为主动减振器的结构原理图，通过驱动执行器，衰减地基传递到负载的振动，主动补偿作用在负载上的直接扰动力，以维持负载的绝对稳定性。