主动系统隔振
本章节将帮助工程师和科学家对主动隔振系统有一个大致的了解，它们是如何工作的，什么时候应该应用，以及它们有什么限制。由于半导体制造业在这一领域出现了许多应用，因此得到了特别的关注。
5.5 应用类型
广义上，有两种不同类型的应用：振动临界或稳定时间临界。它们是不一样的，每个都有不同的解决方案。有些应用程序可能两者都是，但是由于它们的解决方案不是互斥的，因此独立地考虑这两种类型是公平的。然而，值得注意的是，由于解决方案是相互独立的，因此它们的成本也是相互独立的。因此，如果你所需要的是更快的稳定时间，你应该避免购买一个主动系统来减少振动，反之亦然。
5.5.1振动临界的应用程序
振动临界应用实际上是少数。这意味着需要比被动系统更好的隔振的应用程序数量相当少。tmc的被动隔振系统在抑制频率在几赫兹以上的地面噪声方面非常 有 xiao。只有两种类型的应用中，被动隔振器的隔振性能是一个问题。
首先，有可能地面噪声的水平如此之高，以至于在大多数环境中起作用的仪器变得对地面噪声敏感。这通常只发生在楼层非常薄弱的建筑中，或者在高层建筑中，建筑的晃动成为一个问题。这是一个不寻常的情况，因为大多数设备（如半导体检测机）通常带有一个供应商非常不愿意忽视的“地面规格”。
第 er 类应用是那些具有 极 gao 内在灵敏度的应用。主要的例子是原子力和扫描隧道显微镜（afms和stms）。它们具有原子尺度的分辨率，对 最 xiao 的 有 xiao 载荷振动很敏感。
在这两种情况下，除了0.7 hz到3hz的频率范围内被动底座放大地面运动外，被动底座的减振性能通常是足够的。这是一个方便的巧合，因为主动系统（如惯性反馈方案）善于消除这种共振放大。再次强调，重要的是要避免主动减振系统，除非您有一个应用程序，您确定有一个隔振问题不能用被动隔振器解决。今 tian 大多数半导体设备都有一个不同的问题：稳定时间。
5.5.2稳定时间的临界应用
在稳定时间的临界应用中，被动气动减振器的隔振性能是 完 quan 充分的，但隔振器的稳定时间是不够的。很容易确定你的系统是否是这样一个系统。如果在你让 有 xiao 载荷从扰动（舞台运动）稳定下来之后，它工作得很好，那么你只有一个稳定时间的问题。（见5.8节）。然而，在继续之前，重要的是理解“稳定时间”的含义。
稳定时间。“稳定时间”这个术语是业内被滥用 最 duo 的术语之一，主要是因为它缺乏一个被广泛接受的定义。物理学家可能会把“稳定时间”定义为系统能量下降1/e的时间。这是一个不错的、与模型无关的定义。不幸的是，这并不是任何人使用这个术语时的本意。常见的定义是“系统停止运动的时间”。这是所有定义中糟糕的，因为它是非物理的，模型和载荷依赖的，主观的，在其他方面 完 quan 不充分。尽管如此，它可以在一些条件下使用。
理论上，受扰谐振子的运动按指数衰减，这是 无 xian 长的寿命。当在隔振器的情况下，可以认为系统“停止运动”的时间是系统的均方根运动达到一个定值所需要的时间，在这个定值下，系统的运动由地面振动的传入控制。这既不是人们所说的稳定时间的意思，也不是与模型无关的，因为“停止运动的时间”取决于初始扰动的大小和地面噪声的水平。事实上，没有定义“稳定时间”作为一个单一的规范，在被动或其他情况下可以用来定义系统性能。
这是tmc所使用的定义：稳定时间是载荷受已知输入衰减到临界加速水平以下所需要的时间。这是一个 精 que 的定义，需要三个数字：已知的输入是扰动（阶段运动）停止后载荷的初始加速度。临界加速水平是 有 xiao 载荷所能承受并仍能成功执行其功能的 最 da 加速水平。稳定时间是扰动后 有 xiao 载荷的运动衰减到临界加速水平以下所需要的时间。注意，我们使用的是临界加速度水平，而不是 最da 位移。它不是载荷的位移破坏过程，而是加速度，因为加速度是什么引入了载荷的内部应力，扭曲结构，阶段定位，光学等。在这三个数字中，这是需要理解的，因为它从根本上表示了你的仪器的刚性。
对于这个网站上的产品规范，临界加速和输入水平是未知的。因此，我们将我们的稳定时间规格报价为初始振荡幅度减少90%所需的时间。
5.6惯性反馈的问题
虽然惯性反馈系统可以用来缩短稳定时间和提高隔振性能，但它们有几个明显的缺点。如前所述，水平惯性反馈系统的实现受到倾斜到水平耦合问题的强烈限制（章节5.4.2）。另一个问题是，这些系统（除了pzt-based系统）的位置稳定时间较差。
图19显示了 有 xiao 载荷对外部扰动的响应。它是基于一个理想化的1-dof系统的模型，只是为了定性地演示多自由度系统的性能。这两条曲线代表同一个主动系统，除了 第 yi 条曲线表示位移与施加力的比值，第二条曲线表示加速度与施加力的比值，两者都是频率的函数。唯 yi的区别是 第 yi个图乘以频率的两次幂得到了第二个图。这些曲线分别显示了位置传感器和加速度计在系统受到扰动时的测量结果。请注意，这些图表上的星等标度有任意的起源，仅供参考。
结果表明，位置响应以低频共振为主，加速度响应以高频峰值为主。注意，开环响应的峰值是相同的。
结果表明，位置响应以低频共振为主，加速度响应以高频峰值为主。这是一个反直觉的结果，因为在开环（纯被动）响应的峰值在两种情况下频率相同。
好消息是双重的。正如所承诺的那样，该系统能很好地抑制系统中的开环谐振。事实上，它甚至在0.5-5 hz的频率范围内提供了大量的额外隔离。第二个好消息是，加速度曲线由20hz左右阻尼良好的共振主导。假设加速度的振幅衰减为：
其中a0为初始振幅，τ= q /（πv）。如果质量因子q约为2，则τ≈32 ms。不错。对于任何对加速度敏感的载荷（大多数是），该伺服系统的稳定时间将提高一个数量级。
第 yi 组曲线说明了这个系统的问题。它们表明在0.1 hz左右的位置响应是由一个峰值主导的。假设q与上面相同，这意味着衰减常数t大约是6.5秒！尽管伺服已经设计了一个大相位裕度使q降至2，低频率的峰值意味着它需要很长时间来确定位置。虽然 有 xiao 载荷对加速度敏感，但有两个值得注意的情况是，较长的位置稳定时间是一个问题。
首先，在 有 xiao 载荷的横摇或俯仰自由度中，一个很长的位置稳定时间可以看起来像一个水平加速度。这是由于爱因斯坦的等效原理：当 有 xiao 载荷倾斜时，重力作用于 有 xiao 载荷的方向会从纯垂直变化到偏离垂直的某个小角度。原则上，这与有一个水平 有 xiao 载荷是相同的，被加速的量等于尖duan角（弧度）x g。换句话说，倾斜度的每一mrad转化为一mg的水平加速度。许多仪器，如电子显微镜，对这一点是敏感的。
另一个重要的问题是对接 有 xiao 载荷。这是一种常见的过程，在这种过程中，载荷须周期性地相对于一个非常 精 que 的离舱物体定位 - 通常是20到200毫米。惯性反馈系统需要很长时间才能定位到这个水平。对此有两种可能的解决方案。第 yi 种是在较低的增益设置下运行伺服，牺牲一些减振性能（这可能是不 必 bi 的），以获得 更 hao 的位置稳定时间。第二种方式是关闭伺服进行对接。不幸的是，伺服系统不喜欢快速地打开和关闭 - 特别是当它们的名义增益像这里所示的那样高时。
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