特許 6395923 低温冷却装置アクティブ除振の適応位相制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6395923

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】低温冷却装置アクティブ除振の適応位相制御

(51)【国際特許分類】

   G05D 19/02 20060101AFI20180913BHJP

   G10K 11/178 20060101ALI20180913BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20180913BHJP

   F25B 9/14 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G05D19/02 A

   G10K11/178 100

   F16F15/02 A

   F25B9/14 520Z

【請求項の数】20

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2017-508547(P2017-508547)

(86)(22)【出願日】2015年6月16日

(65)【公表番号】特表2017-528817(P2017-528817A)

(43)【公表日】2017年9月28日

(86)【国際出願番号】US2015035974

(87)【国際公開番号】WO2016025072

(87)【国際公開日】20160218

【審査請求日】2017年4月13日

(31)【優先権主張番号】14/461,226

(32)【優先日】2014年8月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】ブルックマン，ドーソン アール．

(72)【発明者】

【氏名】キーファー，マイケル エイチ．

【審査官】 大野 明良

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５８３６１６５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３９２６０７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２１９１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１１０７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｆ２５Ｂ ９／１４

Ｇ０５Ｂ １／００ − ７／０４

１１／００ −１３／０４

１７／００ −１７／０２

２１／００ −２１／０２

Ｇ０５Ｄ １９／０２

Ｇ１０Ｋ １１／１７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクティブ除振プロセスにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用する適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御の方法であって、
前のキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の被測定力ベクトルが、前記前のキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
第１のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第１のキャンセル力ベクトルが、前記第１のキャンセル力の大きさ及び位相角により確定されることと、
少なくとも１つのピストンに結合した少なくとも１つのモーターに第１のＡＦＦキャンセル信号を送信することであって、前記第１のＡＦＦキャンセル信号は前記少なくとも１つのモーターに前記第１のキャンセル力を発生させるように構成されることと、
前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の合成力ベクトルが前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
前記第１の合成力ベクトルの位相角と前記第１の被測定力ベクトルの位相角との間の位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第１のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し続けることと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、
第２のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第２のキャンセル力ベクトルが前記第２のキャンセル力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
ＡＦＦ機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を含む第２のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し、前記少なくとも１つのモーターに、前記第１のキャンセル力及び前記第２のキャンセル力のキャンセルベクトル和の大きさと、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値によって確定される位相角を生成することであって、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値は、前記伝達関数に対する補償と、前記第１のキャンセル力の位相角に比べた前記第２のキャンセル力の位相角の減少とを表すことと、
前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角を測定することであって、第２の合成力ベクトルが前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
を含む方法。

【請求項2】

前記第１の合成力ベクトル及び第２の被測定力ベクトルが等しく、
前記方法は、
前記第２の合成力ベクトルの位相角と前記第２の被測定力ベクトルの位相角との間の第２の位相角差が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第２のＡＦＦキャンセル信号を送信し続けることと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、第３のＡＦＦキャンセル信号を生成することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の被測定力ベクトルの大きさが前記第２の被測定力ベクトルの大きさより大きくないと判定したことに応答して、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値の符号を反転させることを更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１のキャンセル力の位相角は、前記第１の被測定力ベクトルを基準にして測定される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のＡＦＦキャンセル信号は、前記少なくとも１つのモーターに、前記前のキャンセル信号から生じる振動力を実質的にキャンセルする前記第１のキャンセル力を生成させるように構成されている、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１のキャンセル力の大きさは、前記第１の被測定力ベクトルの大きさと、指定された反復回数に対応するＡＦＦ利得値とに基づいている、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

アクティブ除振プロセスにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用する適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御のためのコンピュータプログラムであって、実行されたときに、少なくとも１つの処理装置に、
前のキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の被測定力ベクトルが、前記前のキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
第１のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第１のキャンセル力ベクトルが、前記第１のキャンセル力の大きさ及び位相角により確定されることと、
少なくとも１つのピストンに結合した少なくとも１つのモーターに第１のＡＦＦキャンセル信号を送信することであって、前記第１のＡＦＦキャンセル信号は前記少なくとも１つのモーターに前記第１のキャンセル力を発生させるように構成されることと、
前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の合成力ベクトルが前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
前記第１の合成力ベクトルの位相角と前記第１の被測定力ベクトルの位相角との間の位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第１のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し続けることと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、
第２のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第２のキャンセル力ベクトルが前記第２のキャンセル力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
ＡＦＦ機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を含む第２のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し、前記少なくとも１つのモーターに、前記第１のキャンセル力及び前記第２のキャンセル力のキャンセルベクトル和の大きさと、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値によって確定される位相角を生成することであって、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値は、前記伝達関数に対する補償と、前記第１のキャンセル力の位相角に比べた前記第２のキャンセル力の位相角の減少とを表すことと、
前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角を測定することであって、第２の合成力ベクトルが前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
を実行させるコンピュータプログラム。

【請求項8】

前記第１の合成力ベクトル及び第２の被測定力ベクトルが等しく、
前記コンピュータプログラムは、実行されたとき、前記少なくとも１つの処理装置に、
前記第２の合成力ベクトルの位相角と前記第２の被測定力ベクトルの位相角との間の第２の位相角差が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第２のＡＦＦキャンセル信号を送信し続けることと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、第３のＡＦＦキャンセル信号を生成することと、
を実行させる、請求項７に記載のコンピュータプログラム。

【請求項9】

前記コンピュータプログラムは、実行されたとき、前記少なくとも１つの処理装置に、
前記第１の被測定力ベクトルの大きさが前記第２の被測定力ベクトルの大きさより大きいと判定したことに応答して、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値に０°を加算することと、
前記第１の被測定力ベクトルの大きさが前記第２の被測定力ベクトルの大きさより大きくないと判定したことに応答して、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値に１８０°を加算することと、
を実行させる、請求項８に記載のコンピュータプログラム。

【請求項10】

前記第１のキャンセル力の位相角は、前記第１の被測定力ベクトルを基準にする、請求項７に記載のコンピュータプログラム。

【請求項11】

前記第１のＡＦＦキャンセル信号は、前記少なくとも１つのモーターに、前記前のキャンセル信号から生じる振動力を実質的にキャンセルする前記第１のキャンセル力を生成させるように構成されている、請求項７に記載のコンピュータプログラム。

【請求項12】

前記第１のキャンセル力の大きさは、前記第１の被測定力ベクトルの大きさと、指定された反復回数に対応するＡＦＦ利得値とに基づいている、請求項７に記載のコンピュータプログラム。

【請求項13】

アクティブ除振プロセスにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用する適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御のための装置であって、
処理回路を含み、前記処理回路は、
前のキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の被測定力ベクトルが、前記前のキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
第１のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第１のキャンセル力ベクトルが、前記第１のキャンセル力の大きさ及び位相角により確定されることと、
少なくとも１つのピストンに結合した少なくとも１つのモーターに第１のＡＦＦキャンセル信号を送信することであって、前記第１のＡＦＦキャンセル信号は前記少なくとも１つのモーターに前記第１のキャンセル力を発生させるように構成されることと、
前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することであって、第１の合成力ベクトルが前記第１のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角により確定されることと、
前記第１の合成力ベクトルの位相角と前記第１の被測定力ベクトルの位相角との間の位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第１のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し続けることと、
前記位相角差によって表される伝達関数が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、
第２のキャンセル力の大きさ及び位相角を計算することであって、第２のキャンセル力ベクトルが前記第２のキャンセル力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
ＡＦＦ機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を含む第２のＡＦＦキャンセル信号を前記少なくとも１つのモーターに送信し、前記少なくとも１つのモーターに、前記第１のキャンセル力及び前記第２のキャンセル力のキャンセルベクトル和の大きさと、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値によって確定される位相角を生成することであって、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値は、前記伝達関数に対する補償と、前記第１のキャンセル力の位相角に比べた前記第２のキャンセル力の位相角の減少とを表すことと、
前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる前記振動力の大きさ及び位相角を測定することであって、第２の合成力ベクトルが前記第２のＡＦＦキャンセル信号から生じる振動力の大きさ及び位相角によって確定されることと、
を行うように構成されている、装置。

【請求項14】

前記振動力を測定する少なくとも１つの振動センサを更に備える、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

低温冷却装置を更に備え、
前記少なくとも１つの振動センサは、前記低温冷却装置内の複数のモータによって生成された前記振動力を測定するように構成されている、
請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記第１の合成力ベクトル及び第２の被測定力ベクトルが等しく、
前記処理回路は、
前記第２の合成力ベクトルの位相角と前記第２の被測定力ベクトルの位相角との間の第２の位相角差が実質的に零に等しいか否かを判定することと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しいと判定したことに応答して、前記第２のＡＦＦキャンセル信号を送信し続けることと、
前記第２の位相角差が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、第３のＡＦＦキャンセル信号を生成することと、
を行うように更に構成されている、請求項１３に記載の装置。

【請求項17】

前記処理回路は、前記第１の被測定力ベクトルの大きさが前記第２の被測定力ベクトルの大きさより大きくないと判定したことに応答して、前記ＡＦＦ ＭＰＤＯ値の符号を反転させるように更に構成されている、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記第１のキャンセル力の大きさは、前記第１の被測定力ベクトルの大きさと、指定された反復回数に対応するＡＦＦ利得値とに基づいている、請求項１３に記載の装置。

【請求項19】

前記処理回路は、前記第１のＡＦＦキャンセル信号の位相角を監視することによって、前記第１の合成力ベクトルの位相角と前記第１の被測定力ベクトルの位相角との間の位相角差を測定するように更に構成されている、請求項１３に記載の装置。

【請求項20】

制御システムにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用して機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を判定する方法であって、
制御信号を表す制御信号ベクトルの大きさ及び位相角を判定することであって、前記制御信号は制御システムに少なくとも１つのピストンに結合された少なくとも１つのモーターにおける応答を生成させるように構成されたことと、
少なくとも１つのセンサから、前記制御システムからの応答を示し、各々が単一周波数を有する出力信号を受信し、
前記受信された出力信号のうちの少なくとも１つに対して、
前記少なくとも１つの受信された出力信号の大きさ及び位相角を測定し、
前記少なくとも１つの受信された出力信号の大きさ及び位相角によって確定される出力信号ベクトルを判定し、
前記出力信号ベクトルの位相角と前記制御信号ベクトルの位相角との間の第１の位相角差を計算することによって、前記制御信号と前記応答との間の関係の伝達関数を測定することと、
前記第１の位相角差が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、
前記第１の位相角差を使用して前記ＭＰＤＯを計算することと、
前記ＭＰＤＯ値を前記制御信号に加算することにより調整済みの制御信号を生成することと、
前記調整済みの制御信号を前記制御システムに送信して、前記少なくとも１つのピストンに結合した少なくとも１つのモーターにおける第２の応答を生成することと
を含み、
前記第１の位相角差は、前記出力信号ベクトルの位相角と前記調整済みの制御信号を取得したことに対する前記制御システムの後続の応答を示すその後に受信された出力信号の位相角との間の第２の位相角差より大きくなる、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、低温冷却装置を対象にする。より詳しくは、本開示は、スターリングサイクル低温冷却装置などのための低温冷却装置アクティブ除振の適応位相制御を対象にする。

【背景技術】

【0002】

宇宙船は、画像を撮影する多種多様のセンサと、センサからの信号を受信し処理するコンピュータと、データを送信する通信モジュールとを含むことがあり得る。スターリングサイクル低温冷却装置は、センサから熱を除去し、５ケルビン（Ｋ）〜１００Ｋの範囲内の超低温までセンサを冷却するために使用され得る。低温冷却装置は、１つ以上のコンプレッサピストン、エキスパンダピストン（ディスプレーサピストンと呼ばれることもある）、エキスパンダピストンの力に対抗するバランサマスなどのいくつかの移動コンポーネントを含む。これらの移動コンポーネントのそれぞれは、移動コンポーネント組立体の一部分であるリニアモータによって駆動される。例えば、ピストン組立体は、ピストンのシャフト部を環状に取り囲むボビンの周りに巻き付けられたワイヤコイルを含み、ピストン組立体は、磁界内に存在し、コイルを通る電流を受け取ると、電磁力がピストンを直線運動で駆動する。これらの移動コンポーネントは、振動を生成し、振動が低減されない場合、様々なセンサの性能を制限することがある。移動コンポーネントは、基本モータ駆動周波数と、モータ駆動周波数の多くの高調波とで振動を生成する。スターリングサイクル低温冷却装置は、基本周波数及びより高次の高調波で低温冷却装置の移動コンポーネントに関連付けられた振動を抑制するために、適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御システムを含むことがあり得る。

【0003】

一例として、スターリングサイクル低温冷却装置システムは、冷却装置が引き起こした物理的振動を感知し、感知された振動に対応する電気出力信号を生成する圧電力トランスデューサを含むことがあり得る。ＡＦＦ制御システムは、トランスデューサの出力信号を解析してモータ駆動回路へ出力されるキャンセル信号を生成する処理回路を含む。キャンセル信号を受信したことに応答して、ピストン及びバランサマスは、基本周波数及びこれの多くの高調波の振動力を実質的にキャンセルするように駆動される。

【発明の概要】

【0004】

本開示は、スターリングサイクル低温冷却装置などのための低温冷却装置アクティブ除振の適応位相制御を提供する。

【0005】

一実施形態では、アクティブ除振プロセスにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用する適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御の方法が提供される。この方法は、前のコマンド信号から生じる振動力の大きさ（magnitude）及び位相角を同定（identify）することを含み、第１の被測定力ベクトルは、前のコマンド信号から生じる振動力の大きさ及び位相角によって定められる。この方法は、第１のキャンセル力の大きさ及び位相角を同定（identify）することを更に含み、第１のキャンセル力ベクトルは、第１のキャンセル力の大きさ及び位相角によって定められる。この方法は、第１のキャンセル力を生成するように構成された第１のＡＦＦコマンド信号を送信することを更に含む。この方法は、第１のＡＦＦコマンド信号から生じる振動力の大きさ及び位相角を同定することを更に含み、第１の合成力ベクトルは、第１のＡＦＦコマンド信号から生じる振動力の大きさ及び位相角によって定められる。この方法は、第１の合成力ベクトルの位相角と第１の被測定力ベクトルの位相角との間の位相角差によって表現された伝達関数が実質的に零に等しいか否かを判定することを更に含む。その上、この方法は、位相角差が実質的に零に等しいと判定することに応答して、第１のＡＦＦコマンド信号を送信し続けることを含む。

【0006】

その他の技術的利点は、以下の図面及び説明の検討後に当業者に容易に明白になることがある。

【0007】

本開示及びこれの利点のより完全な理解のため、今度は、添付図面と併せて以下の説明を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本開示による低温冷却装置アクティブ除振プロセスのための適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御システムの実施例及び関連した詳細を例示して説明する図である。

【図1B】本開示による低温冷却装置アクティブ除振プロセスのための適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御システムの実施例及び関連した詳細を例示して説明する図である。

【図2】本開示によるＡＰＣモジュールを含まないＡＦＦコントローラに関して周波数と対比した振動高調波の大きさの実施例を例示して説明する図である。

【図3】本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の大きさの実施例を例示して説明する図である。

【図4】本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の位相角の実施例を例示して説明する図である。

【図5】本開示による機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値の反復のフェーザ表現の実施例を例示して説明する図である。

【図6A】本開示による機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を判定する反復のフェーザ表現の実施例を例示して説明する図である。

【図6B】図５及び図６Ａにおける２つのフェーザ表現の統合されたフェーザ表現を例示して説明する図である。

【図7】本開示によるＡＰＣモジュールの制御図の実施例を例示して説明する図である。

【図8】本開示によるＡＰＣモジュールを使用するＡＦＦ動作中に時間と対比した振動大きさのシミュレーションの実施例を例示して説明する図である。

【図9】本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の振動位相角のシミュレーションの実施例を例示して説明する図である。

【図10】本開示によるＡＰＣモジュールを使用して時間と対比したＭＰＤＯ値の実施例を例示して説明する図である。

【図11】本開示による低温冷却装置アクティブ除振プロセスの適応位相制御の方法の実施例を例示して説明する図である。

【図12】本開示による制御システムにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用して機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を判定する方法の実施例を例示して説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

後述の図１から図１２と、本特許文書における本開示の原理を説明するために使用された様々な実施形態とは、例示して説明するためのものに過ぎず、決して開示の範囲を限定するように解釈されるべきではない。当業者は、本開示の原理が各種の適切に用意された機器又はシステムに実装されることがあることを理解するであろう。

【0010】

図１Ａ及び１Ｂは、本開示による低温冷却装置アクティブ除振プロセスのための適応位相制御（ＡＰＣ）を実装する適応フィードフォワード（ＡＦＦ）振動制御システム２０の実施例及び関連した詳細を例示して説明する。本実施例では、制御システム２０は、宇宙船１０において使用されるが、システム２０は、他の適当な環境においても使用され得る。

【0011】

図１Ａに表されるように、制御システム２０は、スターリングサイクル低温冷却装置１１１と、冷却装置１１の低温先端に結合された画像センサ１２（検出器アレイと呼ばれることもある）と、冷却装置１１に結合されたロードセル３１及び３２とを含む。制御システム２０は、低温冷却装置アクティブ除振プロセスのＡＰＣを提供する１つ以上のコントローラを更に含む。

【0012】

低温冷却装置１１は、冷却装置筐体１４と、冷却装置筐体１４内に配置されたエキスパンダモジュール１５及びコンプレッサモジュール１６と、エキスパンダモジュール１５用のコントローラ２７と、コンプレッサモジュール１６用のコントローラ２８とを含む。低温冷却装置の実施例には、スターリングサイクル低温冷却装置と、パルスチューブ低温冷却装置と、スターリング／パルスチューブ・ハイブリッド型低温冷却装置が含まれる。一部の実施形態では、コントローラ２７〜２８は、冷却装置筐体１４の内部に包み込まれるか、又は、少なくとも１つの連通リンクなどによって冷却装置１１に結合される。

【0013】

エキスパンダモジュール１５は、エキスパンダピストン１７と、エキスパンダピストン１７用の駆動モータ１８と、エキスパンダモジュール１５用のバランサマス２１と、バランサマス２１用の駆動モータ２２とを含む。エキスパンダモジュールは、ガス（例えば、ヘリウム）移送ラインによってコンプレッサモジュールに接続される。

【0014】

コンプレッサモジュール１６は、２つのコンプレッサピストン２３及び２５と、それぞれのコンプレッサピストンの駆動モータ２４及び２６とを含む。駆動モータは、コンプレッサピストンと同じシャフト上にリニアモータを含むことがあり得る。駆動モータ２４及び２６は、コンプレッサピストン２３及び２５の運動が相補的であるように、正弦波コマンド信号を使用して整合した逆向きの直線運動で２つのコンプレッサピストン２３及び２５を駆動する。相補的な運動は、コンプレッサピストン２３及び２５を互いにバランスさせ、個々のピストンによって生成された振動力の大半が筐体１４でキャンセルされる。コンプレッサピストン２３及び２５は、これらの間に収容された多量のガスを圧縮する。各ピストンは、表面間に摩擦がない状態でガス圧縮を可能にする非接触隙間シールと一体になってシリンダの内側を動く。ガスは、ガス移送ラインを介して強制的にコンプレッサから外に出され、エキスパンダの中へ入れられる。完璧に整合したピストン及びモータ駆動は、基本モータ駆動周波数で振動を完全に無効にするであろう。しかしながら、適応フィードフォワード振動制御なしの場合、ピストン２３と２５との間のわずかな差は、いくらかの残留基本高調波力及び残留高次高調波力を生成する。冷却装置１１は、明細書では、閉鎖系分割サイクルスターリング冷却装置として記述されているが、他の種類の低温冷却装置、若しくは、振動力を生成する他の種類の機械も使用される可能性があることに注意すべきである。冷却装置１１は、画像センサ１２（又は、低温冷却の恩恵を受ける他の機器）を約５Ｋから１００Ｋなどのターゲット定常状態温度まで冷却する。

【0015】

エキスパンダモジュール１５及びコンプレッサモジュール１６は、それぞれのコントローラ２７〜２８に結合される。コントローラ２７〜２８は、モータ駆動信号を生成することによって、低温冷却装置が冷たくなる温度を制御する。冷却制御に向けてモータ駆動信号を生成することに加えて、コントローラ２７〜２８は、キャンセル信号を生成することにより適応フィードフォワード振動制御システム２０を制御する。モータ駆動信号及びキャンセル信号は、コントローラ２７〜２８からのコマンド信号３５〜３６として生成され得る。即ち、コントローラからモータへのコマンド信号３５〜３６は、モータ駆動信号、ＡＦＦキャンセル信号、又は両方を含むことがあり得る。例えば、各コントローラ２７〜２８は、ＡＦＦ振動制御手順を実装し得る。エキスパンダモジュール１５用のコントローラ２７は、モータ駆動信号及びＡＦＦキャンセル信号を駆動モータ１８及び２２に供給し、コンプレッサモジュール１６用のコントローラ２８は、モータ駆動信号及びＡＦＦキャンセル信号を駆動モータ２４及び２６に供給する。コントローラ２７〜２８は、駆動モータ１８、２２〜２６を制御する単一のコントローラ又は制御システムとして実装され得る。各コントローラ２７〜２８は、種々の形式のうちいずれかで機械使用可能な、コンピュータ使用可能な又はコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶された実行可能な命令を含み、これらの命令は、実行されたとき、コントローラの処理回路にＡＦＦ振動制御及び除振を行わせる。コントローラ２７〜２８は、データを記憶するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）などのマイクロプロセッサメモリを含むことがあり得る。メモリは、プロセッサによる使用のためデータ及び命令を記憶し得る。

【0016】

ＡＦＦ振動制御手順を実施するとき、コントローラ２７〜２８は、低温冷却装置１１の移動コンポーネントによって生成された駆動周波数力の基本駆動周波数及び高次高調波で小さいピストンのバランスの悪さに対抗するキャンセル信号を反復的に生成する。反復毎に、ＡＦＦ振動制御手順は、振動高調波の大きさ及び位相を解析し、これらの振動を部分的にキャンセルするために使用される波形を有するキャンセル信号を生成する。キャンセル信号及びモータ駆動信号の波形は、ピストンを制御するため使用される。コントローラ２７〜２８は、データ点の形式でキャンセル信号をＲＡＭに記憶することができ、データ点を全て零値に初期化することができる。例えば、コントローラ２７〜２８は、各高調波に対して、高調波毎にＲＡに記憶された１対の正弦基準波形及び余弦基準波形などのフーリエ係数を判定する。各基準波形は、（正弦成分Ｂ_ｎ及び余弦成分Ｃ_ｎを含む）フーリエ係数を計算するために振動波形を乗じられる。各高調波に対して、ＲＡＭに記憶された１対の正弦合成波形及び余弦合成波形は、この周波数でのモータ駆動入力から力トランスデューサまでの位相遅延に一致するように位相シフトされる。ＡＦＦキャンセル信号波形は、各フーリエ係数に対応する合成波形及び利得項を乗じることにより作り出される。次の反復へ進む際に、コントローラ２７〜２８は、新しいＡＦＦキャンセル信号の波形を前のＡＦＦキャンセル信号波形に加算する。コントローラ２７〜２８は、合成キャンセル信号波形を先行するＡＦＦキャンセル信号波形に加算するので、キャンセルの量は、反復のたびに増加し、振動の量が減少する。各反復は、振動が振動フィードバック及びモータ駆動コマンドの分解能限界に減らされるまで前のキャンセル波形に基づいて進む。コントローラ２７〜２８が振動のおよそ１０〜２５％減衰を与える利得項を選択するとき、収束時間は減速するが、システム応答変動に対するより高い耐性が得られる。低温冷却装置１１の構造の分解能限界の範囲内で達成可能な最小振動は、ＡＦＦが収束するときに現れる。利得項のより優れたチューニングは、高調波レベルのより高速な収束とより高い安定性とをもたらす。

【0017】

ある実施形態では、ＡＦＦキャンセル信号がモータ駆動増幅器による出力の前にモータ駆動信号に加算される。ある実施形態では、ＡＦＦキャンセル信号は、駆動信号と組み合わされることなくトリムコイルを駆動するために使用される。トリムコイルは、ピストン上で駆動モータと同じボビンに巻き付けられた別個のコイルである。トリムコイルは、モータ駆動が達成できる分解能より精細な分解能で力がピストンに印加されることを許す。

【0018】

パルスチューブ低温冷却装置の場合、（パルスチューブと呼ばれる受動的な共振空洞である）エキスパンダモジュールの中に移動部品が存在しないので、コントローラ２７は、ＡＦＦ振動制御手順を実施することなく、コンプレッサモジュール用のコントローラ２８だけがＡＦＦ振動制御手順を実施する。

【0019】

スターリング低温冷却装置又はスターリング／パルスチューブ・ハイブリッド型低温冷却装置の場合、エキスパンダモジュールは、コンプレッサ圧力波と相対的に膨張の位相をより高い効率を示す最適動作点に操作する膨張能力をもたらす能動エキスパンダピストンを含む。能動エキスパンダピストンの構造は、別のエキスパンダと対をなすことを防止する。力をバランスさせるために、モータ２２は、正弦波波形を有するコマンド信号を使用してエキスパンダピストン１７と逆向きの運動でバランスマス２１を駆動する。エキスパンダは、ガスが膨張することを許し、エキスパンダモジュールの終端で低温先端から熱を吸収して望ましい冷却作用を提供する。ピストンの全ては、同じ周波数（例えば、２０Ｈｚから１００Ｈｚを上回る範囲）で駆動している。

【0020】

以下は、エキスパンダモジュール１５を制御するコントローラ２７の説明であるが、類似した説明がコンプレッサモジュール１６を制御するコントローラ２８にも当てはまる。動作中に、コントローラ２７は、コマンド信号３５〜３６を生成し、モータ１８、２２の入力端子に送信する。コマンド信号３５〜３６を受信したことに応答して、モータ１８、２２は、（基本周波数とも呼ばれる）モータ駆動周波数で直線運動を生成し、単一周波数正弦波運動に従うようにピストン１７、２１を駆動する。例えば、単一周波数正弦波運動は、基本周波数と同一であることがあり得る。コントローラ２７は、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆの完全なキャンセルを生じさせるコマンド信号３５〜３６を生成する。即ち、基本周波数に関連付けられた、動いているピストンからの振動力は、コマンド信号３５〜３６の基本周波数を調整することによってキャンセルされ得る。

【0021】

ロードセル３１は、筐体１４とコントローラ２７との間に結合され、（感知振動信号とも呼ばれる）フィードバック信号３３をコントローラ２７に供給する。ロードセル３２は、筐体１４とコントローラ２８との間に結合され、フィードバック信号３４をコントローラ２８に供給する。各ロードセル３１〜３２は、筐体１４に搭載され、筐体１４内に存在する振動だけを示すフィードバック信号３３〜３４を生成する（圧電力トランスデューサなどの）振動センサを含む。例えば、ロードセル３は、１サイクル毎に３６０点のモータ駆動周波数で振動データのサンプルを測定する。データ転送速度は、キャンセルされる最高高調波周波数のため十分な分解能を有するように選択される。ロードセル３１〜３２は筐体１４に対する全反力ΔＦ作用を感知し、この全反力ΔＦは、基本周波数での単一周波数正弦波運動に従うピストン１７、２１によって生成された基本周波数で生じる振動力ΔＦ_ｆを含んでいる。全反力ΔＦの中で、ロードセル３１〜３２は、残留高次高調波力、即ち、振動力ΔＦ_ｈを感知する。ロードセル３１からのフィードバック信号３３に基づいて、コントローラ２７は、全反力ΔＦ＝ΔＦ_ｈとなるように、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆをバランスさせる、又は、（一部の残留基本振動力を除いて）実質的に零に低減するためにコマンド信号３５〜３６の振幅αを調整する。

【0022】

ピストン１７、２３、３５及びバランスマス３３の運動からの振動力に加えて、冷却装置１１は、非線形力を生成するモータ駆動電子機器、ピストンサスペンション屈曲部、及びガス熱力学を含む。例えば、冷却装置１１は、ガススプリングをもたらすヘリウムガスで満たされ得る。別の実施例として、システム２０の機械的共振は、冷却装置１１の内部に非線形振動力を生成する。その上、低温冷却装置ピストン１７、２１、２３、２５の運動とピストンを懸架するサスペンション屈曲部との間の非線形相互作用は、冷却装置１１の内部に非線形振動力を引き起こす。

【0023】

駆動モータ１８、２２に印加されたコマンド信号３５〜３６の基本周波数の調整は、基本周波数の高調波に関連付けられた振動力ΔＦ_ｈをキャンセルしないことがあり、基本周波数のこれらの高調波は、モータ駆動電子機器、ピストンサスペンション屈曲部、ガススプリング熱力学、機械的共振などに関連付けられた非線形力によって生成される。更に、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆをキャンセルするコマンド信号３５〜３６の振幅αの調整は、基本周波数の高次高調波に関連付けられた振動力ΔＦ_ｈをキャンセルしないことがある。同じことは、ピストン１７、２１の質量不平衡又は不均衡に対抗するための完全な正弦波コマンド信号３５〜３６への調整が非常に小さい状況において、完全な正弦波コマンド信号がモータ１８、２２に印加されるとき、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆは完全に打ち消されることもあり得るという仮説例においても言える。即ち、例えば、モータ付き駆動周波数が完全に４５Ｈｚである場合、低温冷却装置ケースでの合成振動は、零であることがあり得るが、９０Ｈｚの第２次高調波は、サスペンション屈曲部及びガススプリング熱力学の非線形力に起因する非線形振動を示すであろう。

【0024】

コントローラ２７〜２８は、低温冷却装置アクティブ除振プロセスのＡＰＣアルゴリズムを実施する適応位相制御（ＡＰＣ）モジュール３７〜３８をそれぞれ含む。例えば、各ＡＰＣモジュール３７〜３８は、種々の形式のうちいずれかで機械読み取り可能な、コンピュータ使用可能な、又はコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶された実行可能な命令を含む可能性があり、これらの命令は、実行されたとき、コントローラ２７〜２８の処理回路に低温冷却装置アクティブ除振のＡＰＣを行わせる。一部の実施形態では、各モジュール３７〜３８は、ＡＰＣを行う処理回路を含み、ＭＰＤＯ値を含む位相コマンドをそれぞれのＡＦＣコントローラ２７〜２８に送信するために結合される。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、基本周波数の複数の高調波（第１次、第２次、第３次及び第Ｎ次高調波など）に関連付けられた振動力ΔＦ_ｈをキャンセルする。より詳しくは、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、モータ駆動電子機器、ピストンサスペンション屈曲部、ガススプリング熱力学、機械的共振などの非線形力に関連付けられた振動力をキャンセルできる。

【0025】

ＡＰＣモジュール３７は、ＡＦＦコントローラ２７が残留高調波振動力ΔＦ_ｈをキャンセルするために、モータ１８、２２に供給されたコマンド信号３５〜３６の位相角φを自動的に適合させることを可能にする。ＡＰＣモジュール３７は、開始伝達関数とは無関係に望ましい低温冷却装置アクティブ除振を行うことができる最適角を自動的に判定する。即ち、ＡＰＣモジュール３７は、ＡＦＦコントローラ７７に対し、コマンド信号３５、３６の位相角φを示すＭＰＤＯ値を生成する。言い換えると、ＭＰＤＯ値は、選択されたモータが駆動される位相角φを設定する。ＡＰＣモジュール３７は、ＡＦＦシステム２０への入力、即ち、コマンド信号３５〜３６と、ＡＦＦシステム２０からの出力、即ち、感知された振動信号３３〜３４との間の関係を表現する伝達関数を判定する。以下の図１Ｂについての記載は、伝達関数が変化するのにつれて、ＡＰＣモジュール３７は、ＡＦＦコントローラ２８が最初から最後まで伝達関数の変化を追跡することを可能にさせることをより詳しく記述する。

【0026】

ＡＦＦシステム２０の伝達関数は、物理現象に応答して変化する。物理現象の実施例は、地面を基準にする冷却装置１１の向きの変化、（低温冷却装置の低温先端での周囲温度から超低温までの低下などの）低温冷却装置の内部の温度変化、又は他の物理現象を含む。ＡＰＣモジュール３７は、ＡＦＦ除振アルゴリズムを自立的に実施するために必要とされる正しい機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を自動的に判定する。ＡＰＣアルゴリズムは、ＡＦＦコントローラ２７が動作中に必要に応じてＭＰＤＯ値を調整することにより冷却装置１１の冷却プロファイル中に振動をより効率的にキャンセルするコマンド信号３５〜３６を生成することを可能にする。ＡＰＣモジュール３７は、低温冷却装置の統合及び試験に関連付けられた時間及びコストを削減するＡＰＣアルゴリズムを実行し、低温冷却装置が引き渡し後に遠隔的に再チューニングされることを許す。例えば、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、複数の高調波（例えば、第１次、第２次、第３次及び第Ｎ次高調波）の範囲内で各周波数に対してＭＰＤＯを調整することにより複数の周波数のうちの各周波数で振動を低減する。非限定的な実施例として、初期モータ力の基本周波数が５０Ｈｚであり、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ，．．．Ｎ×５０Ｈｚの高調波を伴う場合、ＡＰＣモジュールは、固定周波数波形のＭＰＤＯを調整する。

【0027】

ＡＰＣモジュール３８は、ＡＦＦコントローラ２８のため類似した機能を行えることに注意すべきである。このようにして、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、低温冷却装置アクティブ除振プロセスの性能を著しく改善することに役立つ可能性がある。

【0028】

図１Ｂは、ＡＦＦ制御システムから出力されたキャンセル信号と、コマンド信号を受信するモータによって駆動された単一周波数正弦波運動と、正弦波運動によって生成された振動を感知する力センサから出力された出力信号との簡略化されたタイミングチャート１００の実施例を例示して説明する。図１Ｂに表された波形は、単に実施例として与えられている。

【0029】

冷却装置１１は、ＡＦＦ振動制御手順が始まる前の時点ｔ_０より前に動作を開始する。時点ｔ_０で、ＡＦＦシステム２０は、（１番目の波形１０５として表された）初期キャンセル信号を冷却装置の選択されたモータに送信する。初期キャンセル信号は、図１Ａのコマンド信号３５〜３６の実施例である。初期コマンド信号は、初期直線並進周波数及び初期大きさを選択されたモータ１８、２２、２４、２６に指示する。時点ｔ_１で、初期キャンセル信号１０５を受信したことに応答して、選択されたモータは、初期モータ駆動基本周波数及び初期大きさで直線運動する。２番目の波形１１０は、初期モータ駆動基本周波数及び初期大きさでの選択されたモータの直線運動によって駆動された単一周波数正弦波運動を表現する。時点ｔ_２で、ロードセル３１〜３２は、選択されたモータの、選択されたモータによって駆動された直線運動により生じさせられた振動を感知する。被感知振動フィードバック信号３３〜３４は、３番目の波形１１５として表されている。

【0030】

ＡＦＦシステム２０は、ロードセル３１〜３２によって感知された振動力を連続的に監視し、初期キャンセル信号（１番目の波形１０５）に関連付けられた振動力ΔＦを減少させるために選択されたモータに送信されたフィードフォワードキャンセル信号３５〜３６を修正する。ＡＦＦシステム２０は、時点ｔ_２とｔ_３との間に感知された振動力に基づいて（４番目の波形１２０として表された）調整済みのキャンセル信号を生成する。調整済みのキャンセル信号は、図１Ａのコマンド信号３５〜３６の別の実施例である。

【0031】

ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、時点ｔ_３まで初期キャンセル信号１０５を送信し続け、このとき、コントローラ２７〜２８は、調整済みのコマンド信号（４番目の波形１２０）を選択されたモータに送信する。時点ｔ_３を過ぎて、１番目の波形１０５は、ＡＦＦコントローラ２７〜２８が時点ｔ_３で初期コマンド信号を送信することを停止したことを示すために破線として続く。調整済みのキャンセル信号１２０は、選択されたモータに送信された調整済みの直線並進大きさ及びＭＰＤＯ値（例えば、位相角）を示す。時点ｔ_４で、調整済みのキャンセル信号を受信したことに応答して、選択されたモータは、調整済みの直線並進大きさとＭＰＤＯ値に対応する位相遅延とで運動して、調整済みのモータ力１２５をピストンに印加する。２番目の波形１１０は、時点ｔ_４で終わり、選択されたモータが（１番目の波形１０５によって引き起こされた）初期モータ力を印加することを停止し、（４番目の波形１２０によって引き起こされた）調整済みのモータ力１２５を印加することを開始したことを示す。５番目の波形１２５は、調整済みの直線並進大きさとＭＰＤＯ値に対応する位相遅延とでの選択されたモータの直線運動によって駆動されたピストンの単一周波数正弦波運動を表現する。時点ｔ_５で、ロードセル３１〜３２は、調整済みのキャンセル信号１２０を受信したことに応答して運動する選択されたモータの直線運動によって引き起こされた（６番目の波形１３０によって表された）振動を感知する。ＡＦＦシステム２０は、調整済みのコマンド信号に関連付けられた振動力ΔＦを減少させるように、選択されたモータに送信されたフィードフォワードコマンド信号３５〜３６を修正するために、ロードセル３１〜３２によって感知された振動力を引き続いて監視する。３番目の波形１１５は、時点ｔ_５で終わり、ロードセル３１〜３２が初期モータ力に関連付けられた振動を感知することを停止し、調整済みのモータ力に関連付けられた振動を感知することを開始したことを示す。

【0032】

伝達関数は、モータへの（コマンド信号波形１０５又は１２０などの）入力信号と、ロードセル３１〜３２の（感知された振動１１５又は１３０などの）出力信号との間の関係を表現するように定められ得る。伝達関数は、入力信号振幅と出力信号振幅との間の（利得などの）差を表現する。伝達関数は、入力信号位相角と出力信号位相角との間の（位相遅延などの）差も表現する。より詳しくは、入力信号は、ＡＦＦシステム、即ち、低温冷却装置を駆動する機械電気システムから送信され、低温冷却装置の直線運動は、入力信号への応答であり、出力信号は、１つ以上のロードセルから送信される。その結果、伝達関数は、振幅利得と、低温冷却装置を駆動する機械電気システム、低温冷却装置自体、並びに、低温冷却装置が内部で動作する機械電気システムの内部での位相遅延とを表現する。伝達関数のボード線図は、低温冷却装置を駆動する機械電気システムと低温冷却装置が内部で動く機械電気システムとに関して、周波数の関数として位相遅延及び利得を特徴付ける。

【0033】

各伝達関数は、第１、第２、及び第３の位相遅延を含むことがあり得る。例えば、波形１０５と１１０との間の第１の位相遅延ｔ_１−ｔ_０は、（ＡＦＦシステム２０が時点ｔ_０で初期キャンセル信号をモータに送信することを仮定して）モータの電気コンポーネントが初期コマンド信号を受信する時点ｔ_１と、モータの機械コンポーネントが初期モータ駆動基本周波数で直線運動する時点ｔ_１との間の時間を表現する。波形１１０と１１５との間の第２の位相遅延ｔ_２−ｔ_１は、時点ｔ_１と、（ＡＦＦシステムが同じ時点ｔ_２にロードセルによって生成された信号を受信することを仮定して）ロードセルが初期モータ駆動基本周波数で運動しているモータの振動を感知する時点ｔ_２との間の時間を表現する。波形１０５と１１５との間の第３の位相遅延ｔ_２−ｔ_０は、ＡＦＦシステム２０が初期キャンセル信号を時点ｔ_０でモータに送信する時点と、ＡＦＦシステム２０が初期モータ駆動基本周波数で直線運動しているロードセルによって生成された信号を受信する時点ｔ_２との間の時間を表現する。第３の位相遅延は、第１の位相遅延と第２の位相遅延との合計であるので、第３の遅延の長さは、第２の位相遅延の長さに依存する。第３の位相遅延は、機械的位相遅延と呼ぶこともでき、伝達関数位相遅延とも呼ばれる。

【0034】

調整済みのキャンセル信号１２０を印加すると、冷却装置１１は、初期コマンド信号（波形１０５）と調整済みのキャンセル信号（波形１２０）との間の差に過渡応答する。過渡応答は、ＡＦＦコントローラ２７〜２８が時点ｔ_３の直前に初期キャンセル信号１０５を送信することを停止したときに始まる。ＡＦＦコントローラ２７〜２８が調整済みのキャンセル信号１２０をモータに印加する前に、零に等しい初期ＭＰＤＯは、有効であり、入力としての初期キャンセル信号波形１０５及び出力としての振動波形１１５に対応する。過渡応答中に、ＡＦＦシステム２０は、初期ＭＰＤＯから調整済みのＭＰＤＯ（入力波形１２０及び出力波形１３０）に変化する。過渡応答は、調整済みのＭＰＤＯが有効であるときに終わる。ＡＰＣモード３７〜３８は、定常状態動作の期間に初期ＭＰＤＯと調整済みのＭＰＤＯとを判定する。即ち、物理的伝達関数は、制御システム２０に内在する。ＡＰＣアルゴリズムは、ＡＦＦアルゴリズムの各反復を監視することによりこの物理的伝達関数を測定する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、キャンセル信号の入力信号と感知された振動の出力波形との間の関係に基づいて制御システム２０に内在する物理的伝達関数を判定する。即ち、キャンセル信号１０５と感知された振動１１５との間の関係（更に、例えば、キャンセル信号１２０と感知された振動１３０との間の関係）は、制御システム２０に内在する物理的伝達関数を判定する根拠である。ある実施形態では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、現在の調整済みのキャンセル信号１２０の印加から測定された効果に基づくその後の波形の調整とＭＰＤＯ値更新との間のある期間（例えば、過渡応答設定期間）を待機する。

【0035】

時点ｔ_３で調整済みのキャンセル信号１２０を印加すると、初期ＭＰＤＯ値と調整済みのＭＰＤＯ値との間の差は、波形１１０と１２５との間に位相遅延を生成する。ＡＰＣモジュールは、入力（時点ｔ_３での波形１２０）と出力（時点ｔ_５での波形１３０）との間の位相遅延を含めて（波形１０５から１２０までの）フィードフォワードキャンセル信号の調整を表現するために、測定された伝達関数に基づいてＭＰＤＯ値を（人間の介在なしに）自動的に更新し修正する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、測定された伝達関数を使用してＭＰＤＯ値を示すＭＰＤＯ値を自動的に生成し、ロードセル３１〜３２によって感知された通りの調整済みのキャンセル信号の印加に関連付けられた力をキャンセルするためにコマンド信号３５〜３６の範囲内のＭＰＤＯ値を供給する。即ち、ＡＦＦアルゴリズムの次の反復は、次の調整済みのキャンセル信号（即ち、波形１２０の後のキャンセル信号）の中に更新済みのＭＰＤＯ値を含む。

【0036】

図１Ａにおいて、冷却装置１１は、宇宙船１０のコンポーネントとして表されていることに注意すべきである。しかしながら、本開示は、宇宙船システムに限定されない。冷却装置１１は、低温冷却の恩恵を受けるシステムのいかなる種類のコンポーネント、例えば、別の車両システム、実験室試験台のパネル上端などでもよい。冷却装置１１を含むシステムの種類は、調整済みのフィードフォワードキャンセル信号の効果が現れる時点と、ロードセル３１〜３２が筐体１４に合成振動を感知する時点との間の遅延の長さに影響を与える。冷却装置１１を含むシステムの種類は、調整済みのフィードフォワードキャンセル信号がモータ付きのドライバに供給される時点（時点ｔ_３）と、調整済みのキャンセル信号の効果が現れる時点（時点ｔ_４）との間の遅延の長さにも影響を与える。

【0037】

比較すると、ＡＰＣモジュールを含まないＡＦＦは、伝達関数を特徴付けることがなく、補正することがない。ＡＰＣを含まないＡＦＦの除振アルゴリズムを修正する１つの解決策は、ＭＰＤＯ値を実験的に判定して、ＡＦＦキャンセル信号を粗くチューニングすることを含む。しかしながら、ＭＰＤＯ値を実験的に判定することは、時間のかかる試みであり、値は、低温冷却装置の全ての動作温度及び取り付け条件に対して判定される必要がある。

【0038】

図２は、本開示によるＡＰＣモジュールを含まないＡＦＦコントローラに関して周波数と対比した振動高調波の大きさの実施例を例示して説明する。グラフィカル表現２００は、データの単一のサンプルに関してキャンセルされた信号周波数ドメインの範囲内でＡＦＦ動作の実施例からの結果を与える。他のＡＦＦ動作結果は、本開示の範囲から逸脱することなくグラフ的に表現され得る。

【0039】

グラフィカル表現２００は、基本周波数の９つの高調波に対する振動力大きさを表示する。大きさの中の第１のスパイク２１０は、基本周波数の第１次高調波を表現し、これは、約２５〜２７Ｈｚの範囲内の基本周波数に対応する。即ち、モータ１８、２２、２４、２６は、基本周波数でピストン１７、２１、２３、２５の単一周波数正弦波運動を駆動する。大きさの中の第２のスパイク２２０は、基本周波数の第２次高調波を表現し、これは、約５０〜５４Ｈｚの範囲内の基本周波数に対応する。本実施例では、第１次高調波周波数での振動力は、第２次高調波周波数での振動力より大きな大きさを有する。第３、第４、第５、第６、第７、第８及び第９のスパイク２３０〜２９０は、基本周波数のそれぞれの序数の高調波を表現する。

【0040】

図３は、本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の大きさの実施例を例示して説明する。ＡＦＦシステム２０は、８６°伝達関数位相遅延を含む図３に表示されたグラフィカル表現３００を生成するためにシミュレーションされる。グラフィカル表現３００を生成するために、周波数と対比した振動高調波の大きさの合計で少なくとも１００回の反復のグラフィカル表現がグラフィカル表現２００におけるプロットと同様にプロットされ得る。グラフィカル表現３００は、データの１００個のサンプルに対して、図２に表されたのと同じＡＦＦ動作からの結果を提供する。実施例として、データの単一のサンプルは、１秒の持続期間に亘って測定されたデータを含むこと、又は、１秒毎に測定された瞬時データを含むことがあり得る。本開示は、１秒毎に測定されたデータのサンプルについて記載するが、他の時間間隔が使用されることがあり得る。図３における時間ドメインは、１００秒に及ぶ。表示された１００秒間に、調整済みのキャンセル信号がスパイク２１０の大きさを縮小するために１つ以上のモータに印加される。

【0041】

グラフィカル表現３００は、基本周波数の８つの高調波、具体的には、第２次から第９次高調波に対する振動力大きさを表示する。各ラインプロットは、第２次高調波から第９次高調波の各々を表現する。７つのラインプロットのグループ３０５は、振動力ΔＦの削減を表す振幅の減衰を示す。振幅減衰は、調整済みのキャンセル信号が８つの表示された高調波周波数のうちの少なくとも７つで低温冷却装置振動レベルと破壊的に干渉することを表している。

【0042】

ラインプロット３１０は、第２次から第９次高調波のうちの少なくとも１つの挙動を表す。ラインプロット３１０は、適切に調整又はチューニングされていない高調波に対する振動力ΔＦの増加を示す傾斜を含む。傾斜は、調整済みのキャンセル信号が高調波周波数のうちの１つとして低温冷却装置振動レベルと建設的に干渉することを表す。傾斜は、調整済みのキャンセル信号の範囲内で非最適位相値に起因する間違った位相整列によって生じる。

【0043】

図４は、本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の位相角の実施例を例示して説明する。図４の中のグラフィカル表現４００は、図２に表されたものと同じＡＦＦ動作からの結果を与える。時間ドメインは、１００秒に及び、データは、全部で１００個のサンプルに亘って毎秒１サンプルでサンプリングされる。表示された１００秒間に、調整済みのキャンセル信号は、第１のスパイク２１０の大きさを削減するために１台以上のモータに印加される。

【0044】

グラフィカル表現４００は、図２に表された基本周波数の９つの高調波、具体的には、第１次から第９次高調波に対する振動力位相角を表示する。各ラインプロットは、９つの高調波の各々を表現する。ラインプロットのうちの８つを有するグループ４０５ａ〜４０５ｂは、最初から最後まで一定の位相角値を指定する平坦なラインを示す。一定の位相角値は、調整済みのキャンセル信号が９つの表示された高調波周波数のうちの８つに対して位相角の安定性を生成することを表している。

【0045】

ラインプロット４１０は、９つの高調波のうちの１つの挙動を表している。ラインプロット４１０は、適切に調整されていない、又は、チューニングされていない高調波に対する位相角の増加を示す傾斜を含む。傾斜は、調整済みのキャンセル信号が９つの表示された高調波周波数のうちの１つで低温冷却装置振動レベルと建設的に干渉することを表している。傾斜したラインによって表された線形増加は、調整済みのキャンセル信号の範囲内で非最適位相値に起因した間違った位相整列によって生じる。

【0046】

本開示の様々な実施形態は、ＡＦＦ除振プロセスの実行中に情報を獲得し、ＭＰＤＯが低温冷却装置の応答に基づいてＡＦＦコントローラ２７〜２８から送信された（調整済みのキャンセル信号などの）キャンセル信号に合わせて調整される必要があるか否かを判定するＡＰＣモジュール３７〜３８を含む。経時的にキャンセル信号の大きさを監視することにより、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、冷却装置に送信されているキャンセル信号が低温冷却装置振動レベルと破壊的に（好ましく）干渉するか、又は、建設的に（好ましくなく）干渉するかについて判定を行う。位相キャンセルが経時的にどのように変化するかを監視することにより、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、キャンセル信号が実際の振動レベルより進んでいるか、又は、遅れているかについて判定を行う。この情報に基づいて、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、振動を実質的にキャンセルするために、ＭＰＤＯ値への調整がＭＰＤＯ値をＡＦＦアルゴリズムのため必要とされる所要範囲の中に訂正するため必要とされるか否かについて判定を行う。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、計算されたキャンセル信号の位相角の変化を監視することに基づいて（即ち、同じものを測定するために種々の入力を使用して）ＭＰＤＯ値を判定することができる。

【0047】

図５及び図６Ａは、本開示によるＭＰＤＯ値を判定する反復のフェーザ表現５００、６００の実施例を例示して説明する。同じ単一高調波周波数が図５及び図６Ａに適用される。フェーザ表現５００、６００は、低温冷却装置アクティブ除振プロセスのためのＡＰＣの一部分として、ＭＰＤＯ値を判定するＮ回の反復のうちの１回目及び２回目に対応する。フェーザ表現５００、６００は、複素平面｛実部、虚部｝にプロットされる。フェーザ表現５００、６００の大きさは、ベクトル間のフェーザ関係を例示して説明するために正しい縮尺で表されていない。図５の軸は、図６Ａの軸と同じ縮尺で表されていない。図５及び図６Ａに表された実施例では、各ベクトルの大きさは、各反復中に増加する。

【0048】

各フェーザ表現５００、６００は、非測定振動力、キャンセル力、及び合成力の各々に対する振幅及び位相角を含んで、データの振動の１サンプルを（単一周波数に対して）表現する。振動データの１サンプルは、いくつかの周波数に対して、非測定振動力、キャンセル力、及び合成力に対する振幅及び位相角を含むことがあるが、図５及び図６Ａのフェーザ表現５００、６００は、１つの周波数（単一高調波周波数）だけを例示して説明する。フェーザ表現５００、６００は、非測定力、キャンセル力、及び合成力に対応する正弦波形の座標点をプロットする。以下は、単一高調波周波数に対するＭＰＤＯ値を判定する説明であるが、類似の説明が高調波周波数の各々に対するＭＰＤＯ値を判定する場合にも当てはまることが分かる。

【0049】

図５は、ＭＰＤＯ値を判定する１回目の反復のフェーザ表現５００を例示して説明する。時点ｔ_０より前に、冷却装置１１は、動作を開始し、ロードセル３１〜３２は、始動時振動力ΔＦ（ｔ_０）（全反力と呼ばれることもある）を測定し、この力は、コントローラ２７〜２８にフィードバックされた（図１Ｂにおける波形１１５などの）感知振動信号３３〜３４に変換される。時点ｔ_０より前に、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、キャンセル信号を送信しない（又は時点ｔ_０までの波形１０５は、零振幅を有し、高調波を含んでいない）。始動時非測定振動力ΔＦ（ｔ_０）は、振動キャンセル調整量を含まないモータ駆動信号を含む（零値キャンセル信号を含むか、又は、キャンセル信号を含んでいない）初期コマンド信号によって生成される。始動時非測定振動力ΔＦ（ｔ_０）は、冷却装置１１の内部の非線形相互作用、ピストン１７、２１、２３、２５の単一周波数正弦波運動、及びモータ１８、２２、２４、２６の直線運動によって生成された振動力を含む。

【0050】

非測定力ベクトル５０５は、単一高調波周波数に対する始動時非測定振動力ΔＦ（ｔ_０）のフェーザ表現であり、θ_ｎ−１は、始動時被測定力の位相角である。位相角に対する添字は、それぞれの反復の序数を表現する小文字「ｎ」を含む。この序数は、１回目の反復に対してｎ＝１であり、２回目の反復に対してｎ＝２であり、以下同様に続く。しかしながら、２回目の反復は、１回目の反復を基準にして引き出されるので、ｎは、図５及び図６Ａにおいて同じ値を有する。

【0051】

ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、経時的にロードセル３１〜３２によって感知された振動力を監視し、第１次高調波基本周波数に対する始動時被測定振動力ΔＦ（ｔ_０）を実質的にキャンセルするためにキャンセル力を計算する。例えば、ＡＰＣモジュール３７〜３８を使用しない場合、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、全反力がΔＦ（ｔ）＝ΔＦ_ｈであるように基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆをバランスさせる、又は、零まで低下させるために、計算されたキャンセル力に対応するモータ駆動コマンド信号３５〜３６の振幅α及び位相を調整する。即ち、時点ｔ_３で、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、（図１Ｂにおける波形１２０などの）調整済みのキャンセル信号を選択されたモータ（群）１８、２２、２４、２６に送信する。

【0052】

キャンセル力ベクトル５１０は、調整済みのキャンセル信号が単一高調波周波数に対してＡＦＦシステム２０に印加されたときのキャンセル信号のフェーザ表現である。キャンセル力の位相角ψ_ｎは、被測定力ベクトル５０５と相対的に測定される。位相角の添字は、この場合もそれぞれの反復の序数を表現する小文字「ｎ」を含む。ロードセル３１〜３２は、合成全反力ΔＦ（ｔ_３）を測定し、この合成全反力は、コントローラ２７〜２８のＡＰＣモジュール３７〜３８にフィードバックされる（図１Ｂにおける波形１３０などの）被感知振動信号３３〜３４に変換される。合成力ΔＦ（ｔ_３）は、始動時被測定振動力ΔＦ（ｔ_０）と実際のキャンセル力との組み合わせである。説明の簡略化のため、実際のキャンセル力は、計算されたキャンセル力に等しいと仮定されるであろう。

【0053】

合成力ベクトル５１５は、単一高調波周波数に対する合成力ΔＦ（ｔ_３）のフェーザ表現であり、θ_ｎは、合成力の位相角である。合成力ベクトル５１５は、被測定力ベクトル５０５とキャンセル力ベクトル５１０とのベクトル和である。ベクトル和は、始動時被測定力ΔＦ（ｔ_０）の正弦波とキャンセル力とが組み合わされたときに、ロードセル３１〜３２が冷却装置１１の内部で、図１Ｂの波形１３０などの異なる正弦波運動を感知することを表現する。

【0054】

式（１）〜（３）は、キャンセル力ベクトル５１０の位相角φ_ｎがＡＦＦ利得（Ｇ_ＡＦＦ）、及び、被測定ベクトル５０６と合成力ベクトル５１５との間の位相角Δθ_ｎの関数（即ち、φ_ｎ（Δθ_ｎ，Ｇ_ＡＦＦ）であることを表す。三角法及び幾何学と以下の関係とを使用して、被測定力ベクトル５０５と合成力ベクトル５１５との間の位相角差Δθ_ｎは、キャンセル力ベクトル５１０の位相角φ_ｎとＧ_ＡＦＦとの関数であることが証明され得る。

【0055】

｜キャンセル力｜＝Ｇ_ＡＦＦ×｜被測定力｜
｜キャンセル力｜／｜被測定力｜＝Ｇ_ＡＦＦ （１）
但し、０≦Ｇ_ＡＦＦ≦１である。

【0056】

Δθ_ｎ＝θ_ｎ−θ_ｎ−１ （２）
１８０°＝Δθ_ｎ＋φ_ｎ＋ｃｏｔ（｜キャンセル力｜／｜被測定力｜）
＝Δθ_ｎ＋φ_ｎ＋ｃｏｔ（Ｇ_ＡＦＦ） （３）
ＡＰＣモジュール３７〜３８は、Δθの測定値に基づいてＡＦＦ ＭＰＤＯを調整することによりキャンセル力の位相角を零に等しくする（φ_ｎ＝０）ために制御する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＦＦシステム２０への完全なソリューションに向かってＡＦＦ ＭＰＤＯを反復的に収束させ、この完全なソリューションは、φ_ｎ＝０のときに、つまり、ロードセル３１〜３２が零振動力を感知するように、即ち、５０５と５１０とのベクトル和が零であるように、キャンセル力ベクトル５１０が被測定力ベクトル５０５に均等に相反するときに生じる。即ち、ＡＦＦ ＭＰＤＯは、φ_ｎを制御し、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、φ_ｎを零に駆動し、かつ、Δθを零に駆動するためにＡＦＦ ＭＰＤＯを反復的に調整する。

【0057】

φ_ｎ＝伝達関数位相遅延＋ＡＦＦ ＭＰＤＯ （４）
ここで、式（５）は、φ_ｎ＝０のときに生じる。

【0058】

伝達関数位相遅延＝−ＡＦＦ ＭＰＤＯ （５）
Ｇ_ＡＦＦは、コントローラ２７〜２８によって、０から１までの値として定められた定数である。ある実施形態では、ユーザは、Ｇ_ＡＦＦの値を選択し、コントローラ２７〜２８は、ユーザが選択した値を受け取る。ある実施形態では、一旦定義又は選択すると、Ｇ_ＡＦＦ値は、ＡＰＣアルゴリズム又はＡＦＦアルゴリズムによって変更されない。Ｇ_ＡＦＦの値を設定するために、コントローラ２７〜２８は、単一高調波周波数に対する被測定振動力ΔＦ（ｔ）の大きさ及び位相角を判定する。Ｇ_ＡＦＦに対する零値に対応するキャンセル力はない（無限の反復）。Ｇ_ＡＦＦに対する１つの値は、１回の反復の範囲内で、単一高調波周波数に対する被測定振動力ΔＦ（ｔ）を完全にキャンセルするキャンセル力に対応する。コントローラ２７〜２８は、公称反復回数の範囲内で、単一高調波周波数に対する被測定振動力ΔＦ（ｔ）を実質的にキャンセルするようにキャンセル力を収束させるキャンセル力に対応するＧ_ＡＦＦに対する値を選択することによって、ＡＦＦシステム２０が伝達関数の変化に耐えることを可能にする。例えば、コントローラ２７〜２８は、非常に多数の反復を防止するために十分に小さく、かつ、リミットサイクル（キャンセル力のオーバーシュートとアンダーシュートとの間で行ったり来たりすること）を防止するために十分に大きい値の範囲である０．１から０．３までの範囲から選択された値をＧ_ＡＦＦに設定することができる。図８は、Ｇ_ＡＦＦ値に、複数の高調波周波数に対する被測定振動力ΔＦ（ｔ）の大きさを零値漸近線に向かって徐々に（反復毎に）低下させること（完全なソリューション）を表す。

【0059】

図６Ａは、ＡＦＦ ＭＰＤＯを判定する２回目の反復のフェーザ表現６００を例示して説明する。１回目の反復の合成力ベクトル５１５は、２回目の反復の被測定力ベクトル６０５として改称され、使用される。即ち、前（ｎ＝１）の反復の最後に現れる合成全反力ΔＦ（ｔ_３）の測定値は、現在（ｎ＝２）の反復の最初に現れる被測定振動力ΔＦ（ｔ_３）の測定値と同じである。

【0060】

ＡＰＣモジュール３７〜３８は、φ_ｎが零に収束し、πラジアンに収束しないことを保証するために反復毎に被測定力ベクトル５０５の大きさ（｜被測定力｜）を監視することにより反復毎に象限チェック機能を行う。例えば、反復ｎに対する被測定力ベクトル９０５の大きさ（｜被測定力｜_ｎ）が反復ｎ＋１に対する被測定ベクトル６０５の大きさ（｜被測定力｜_ｎ＋１）未満である場合、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、πラジアンを反復ｎ＋１に対するＡＦＦ ＭＰＤＯに加算する。πラジアン以外の値が収束の時間を最適化するために選ばれることもあり得る。

【0061】

反復回数が１より大きい場合（ｎ＞１）、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、前の全ての反復からのキャンセル力ベクトルに対応する信号を含む（図１Ｂにおける波形１２０などの）調整済みのキャンセル信号を送信する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＦＦアルゴリズムキャンセル力ベクトル６１０がΔθ_ｎ＋１＜Δθ_ｎ及びφ_ｎ＋１＜φ_ｎと｜キャンセル力｜_ｎ＜｜キャンセル力｜_ｎ＋１とを生じるように、ＡＦＦ ＭＰＤＯを計算する。

【0062】

ロードセル３１〜３２は、調整済みのモータ駆動信号及び（ベクトル６１０のキャンセル力を生成するように構成された）キャンセル信号を受け取るモータの直線運動から得られた冷却装置１１の内部の正弦波運動の（合成力ベクトル６１５によって表現された）力を感知し測定する。２回目の反復の合成力ベクトル６１５は、３回目の反復の被測定力ベクトルと同じである。図６Ｂは、図５及び図６Ａの２つのフェーザ表現の組み合わされたフェーザ表現を例示して説明する。図示されるように、１回目の反復に対する被測定力ベクトル５０５と（反復２として表された）ｎ回目の反復に対する合成力ベクトル６１５との間のベクトル差は、初期キャンセルベクトル（例えば、１回目の反復より前の零キャンセル）まで遡る前のキャンセルベクトルのベクトル和６５０に等しい。図示された実施例では、キャンセルベクトル和６５０は、キャンセル力ベクトル５１０にキャンセル力ベクトル６１０を加えたベクトル和に等しい。換言すれば、調整済みのキャンセル信号１２０は、キャンセルベクトル和６５０、即ち、初期キャンセルベクトルまで遡る前のキャンセルベクトルの合計によってキャンセル力を定めさせる。

【0063】

図７は、本開示によるＡＰＣモジュール３７〜３８の制御図の実施例を例示して説明する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、指定された設定点７１０と被測定位相角差Δθ入力７１５との間の差を判定するエラーコンパレータ７０５を含む。エラーコンパレータ７０５は、ＡＦＦシステム２０に適合させるように設定された利得Ｐ倍で差を増幅する。象限チェック処理ブロック７２０は、象限チェック機能を行う。例えば、象限チェック処理ブロック７２０は、｜被測定力｜_ｎ≦｜被測定力｜_ｎ＋１である場合、πラジアン、即ち、１８０°を出力する。積分利得（Ｉ）増幅器７２５は、これの入力を積分利得倍に増幅し、バッファ７３０は、エラーコンパレータ出力７３５（−Δθ）を受信する。総和ブロック７４０は、象限チェック処理ブロック７２０、増幅器７２５、及びバッファ７３０からの出力を加算する。ＡＦＦ ＭＰＤＯ ７４５は、総和ブロック７４０からの出力である。ＡＦＦ ＭＰＤＯ ４７４５は、式（６）に表されるように表現され得る。

【0064】

ＡＦＦ ＭＰＤＯ＝ｐ×｛−Δθ＋Ｉ∫（−Δθ）｝＋象限チェック （６）
図８は、本開示によるＡＰＣモジュール３７〜３８を使用するＡＦＦ動作中に時間と対比した振動大きさのシミュレーションの実施例を例示して説明する。ＡＦＦシステム２０は、８６°伝達関数位相遅延を含む図８に表示されたグラフィカル表現８００を生成するためにシミュレーションされる。グラフィカル表現８００は、データの１００個のサンプルに対する結果を提供する。グラフィカル表現８００を生成するために、周波数と対比した振動高調波の大きさの合計で少なくとも１００回の反復のグラフィカル表現がグラフィカル表現２００におけるプロットと同様にプロットされ得る。実施例として、データの単一のサンプルは、１秒の持続期間に亘って測定されたデータを含むこと、又は、１秒毎に測定された瞬時データを含むことがあり得る。図８における時間ドメインは、０秒（時点ｔ_０）から始まる１００秒に及ぶ。データは、表示された時間間隔の間、合計で１００サンプルに亘って、毎秒１サンプルずつサンプリングされる。表示された１００秒間に、調整済みのキャンセル信号が複数の高調波周波数の各々で振動の大きさを減少させるために１つ以上のモータに印加される。本開示は、１秒毎に測定されたデータのサンプルについて記載するが、他の時間間隔が本開示の範囲から逸脱することなく使用されることがあり得る。

【0065】

グラフィカル表現８００は、基本周波数の９つの高調波、具体的には、第１次から第９次高調波に対するシミュレーション振動力大きさを表示する。各ラインプロットは、第１次から第９次高調波の各々を表現する。ラインプロットの全部を含むグループ８０５は、あらゆる高調波周波数で振動力ΔＦの低下を表す振幅の減衰を示す。振幅減衰は、調整済みのキャンセル信号が９つの表示された高調波周波数の全部で低温冷却装置振動と破壊的に干渉することを表している。

【0066】

ラインプロット８１０は、９つの高調波のうち、伝達関数位相遅延が８６度である１つの高調波の振動力大きさ挙動を表している。ラインプロット８１５は、伝達関数位相遅延が１１４度である９つの高調波のうちの別の高調波の振動力大きさ挙動を表している。このグラフィカル表現８００によって表されているのは、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＰＣモジュール３７〜３８が使用されなかった場合に不安定になっていたことであろう伝達関数に対する振動レベルを低下させることである。

【0067】

図９は、本開示によるＡＦＦ動作中に時間と対比した振動高調波の振動位相角のシミュレーションの実施例を例示して説明する。グラフィカル表現９００は、図８に表されるように通り同じＡＦＦ動作からの結果を提供する。図９の時間ドメインは、図８の時間ドメインと同じである。グラフィカル表現９００は、基本周波数の９つの高調波、具体的には、第１次から第９次高調波に対する振動力位相角を表示する。各ラインプロットは、９つの高調波の各々を表現する。表されたラインプロットは、最初から最後まで一定の位相角値を表す平坦なラインを示す。一定の位相角値は、調整済みのキャンセル信号が９つの高調波に対して位相角の安定性を生成することを表している。

【0068】

ラインプロット９１０の位相角値は、ラインプロット８１０の振動大きさの振幅に対応する。即ち、ラインプロット９１０は、９つの高調波のうち、伝達関数位相遅延が８６度である１つの高調波の位相角挙動を表している。ラインプロット９１５の位相角値は、ラインプロット８１５の振動大きさの振幅に対応する。ラインプロット９１５は、９つの高調波のうち、伝達関数位相遅延が１１４度である別の高調波の位相角挙動を表している。このグラフィカル表現９００によって表されているのは、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＰＣモジュール３７〜３８が使用されなかった場合に経時的に一定であったことであろう伝達関数に対するΔθを経時的に減少させることである。

【0069】

図１０は、本開示によるＡＰＣモジュール３７〜３８を使用して時間と対比したＭＰＤＯ値の実施例を例示して説明する。グラフィカル表現１０００は、図８に表された動作と同じＡＦＦ動作からの結果を提供する。図１０の時間ドメインは、図８の時間ドメインと同じである。ラインプロット１０１０のＭＰＤＯ値は、ラインプロット８１０の振動大きさの振幅、及び、ラインプロット９１０の位相角値に対応する。即ち、ラインプロット１０１０は、９つの高調波のうち、伝達関数位相遅延が８６度である１つの高調波のＭＰＤＯ値挙動を表している。ＭＰＤＯ値の中にスパイクが存在しないことは、象限チェックモジュール出力が最初から最後まで零であることを表している。漸近線（完全なソリューション）へのラインプロット１０１０の緩やかな減衰は、複数回の反復がＭＰＤＯ値をおよそ１．７ラジアンの値に収束させることを示す。

【0070】

ラインプロット１０１５のＡＦＦ ＭＰＤＯ値は、ラインプロット８１５の振動大きさの振幅、及び、ラインプロット９１５の位相角値に対応する。ラインプロット１０１５は、９つの高調波のうち、伝達関数位相遅延が１１４度である別の高調波のＡＦＦ ＭＰＤＯ挙動を表している。ＡＦＦ ＭＰＤＯ値の中のスパイクは、象限チェックモジュール出力が最初の２回の反復の間の比較に対応するπであることを表している。即ち、φ_ｎ値は、位相φ_ｎ値の正／負の符号を逆転することによって位相φ_ｎ値の象限を変更するために１回目の反復に対して１８０°反転させられる。１８０°反転は、位相φ_ｎ値の象限を変更するために使用される角度の実施例であり、その他の角度が本開示の範囲から逸脱することなく使用され得る。

【0071】

ラインプロット１０２０のＭＰＤＯ値は、図８から図１９にプロットされた９つの高調波のうち残りの７個の高調波（ラインプロット８１０、９１０又はラインプロット８１５、９１５に対応しない７つの高調波）の振幅大きさの振幅、及び、位相角値に対応する。グラフィカル表現１０００によって表されているのは、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＰＣモジュール３７〜３８が使用されなかった場合に不安定になったことであろうパラメータに対して安定であるＡＦＦ ＭＰＤＯに対するソリューションに収束することである。

【0072】

図１１は、本開示による低温冷却装置アクティブ除振プロセスの適応位相制御の方法１１００の実施例を例示して説明する。図１１に表された方法１１００の実施形態は、例示して説明することだけを目的とする。他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく使用されることがあり得る。方法１１００は、ＡＰＣモジュール３７〜３８、若しくは、ＡＰＣモジュール３７〜３８を含むＡＦＦコントローラ２７〜２８によって、又は、他の適当なコンポーネント（群）によって実施され得る。方法１１００は、ＡＦＦシステム２０又は他のシステムの伝達関数位相遅延を測定するために使用され得る。

【0073】

図１１における各ステップは、着目している各周波数値に対して実行され得る。着目している周波数値は、基本周波数と、基本周波数の複数の高調波とを含むことがあり得る。例えば、基本周波数の９つの高調波が着目している９つの周波数値である場合、９つの被測定振動力ベクトル、９つのキャンセル力ベクトル、及び９つの合成力ベクトルが反復毎に判定され得る。

【0074】

ブロック１１０５では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、例えば、冷却装置１１などのため始動時被測定振動力ΔＦ（ｔ_０）の大きさ及び位相角を測定する。始動時被測定振動力ΔＦ（ｔ_０）は、振動キャンセル調整を含まない（図１Ｂにおける波形１０５などの）初期コマンド信号によって生成され得る。ブロック１１１０では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、始動時被測定振動力ΔＦ（ｔ_０）を実質的にキャンセルするために必要とされるキャンセル力の大きさ及び位相角を計算する。例えば、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、１回の反復において第１次高調波基本周波数を実質的にキャンセルするためにキャンセル力ベクトルのフェーザ表現を計算する。ＡＰＣモジュール３７〜３８を使用することなしに、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆをバランスさせる、又は、零に減少させるために計算されたキャンセル力に対応するモータ駆動コマンド信号３５〜３６の振幅αを調整する。ブロック１１２０では、コントローラ２７〜２８は、第１のコマンド信号を少なくとも１つの選択されたモータに送信する。第１のキャンセル信号は、１回目の反復のキャンセル力ベクトルに対応する。例えば、第１のキャンセル信号は、基本駆動周波数振動力ΔＦ_ｆを実質的に零までキャンセルする。本開示のある実施形態では、制御システム２０は、収束に到達したことをＡＰＣモジュールに指示し、反復しないために十分に小さい収束限界値として零を定義して構成されている。例えば、零の定義は、実質的に零値であることがあり得る。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ブロック１１０５の被測定振動力ベクトルを基準にしてキャンセル力ベクトルの位相角φ_ｎを判定する。

【0075】

ブロック１１２５では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＦＦモジュールから合成振動力ΔＦ（ｔ_３）の大きさ及び位相角の情報を受信する。例えば、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ＡＦＦシステム２０がブロック１１２０において送信された第１のキャンセル信号に応答して生成する合成振動力のフェーザ表現を判定する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ブロック１１０５の被測定振動力の位相角と合成振動力の位相角との間の差（Δθ）を判定する。ブロック１１３０では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、第１のキャンセル信号がΔθを完全なソリューションに収束させることにより合成振動力を実質的にキャンセルさせたか否かを判定する。Δθ＝０である場合、ブロック１１５０において、実質的に完全なソリューションが達成され、コントローラ２７〜２８は、第１のキャンセル信号を送信し続ける。Δθ≠０である場合、コントローラ２７〜２８は、ブロック１１３５へ進む。

【0076】

このプロセスは、測定済みの伝達関数（Δθ）を図７に引き渡し、図７では、象限チェックが行われ、更新済みのＡＦＦ ＭＰＤＯが計算される。このＡＦＦ ＭＰＤＯは、その後、新しいキャンセル力をこの新しい情報（即ち、図７の象限チェック済み、計算済み、更新済みのＡＦＦ ＭＰＤＯ）に基づいて適用するＡＦＦモジュールに送られる。その後、このプロセスは反復する。ブロック１１３５では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、別の反復を始める。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、前の反復のブロック１１２５の合成力ベクトルが（２回目の反復の被測定力などの）現在の反復の被測定力ベクトルであるか否かを判定する。具体的には、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、（ブロック１１２０の１回目の反復のキャンセル信号などの）前の反復のコマンド信号に関連付けられた被測定振動力を実質的にキャンセルするために必要とされたキャンセル力の大きさ及び位相角を計算する。ブロック１１４０では、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ブロック１１３５の現在の反復のキャンセル力ベクトルの位相角とブロック１１１０の前の反復のキャンセル力ベクトルの位相角とを比較することにより象限チェックを行う。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、比較に基づいて０°又は１８０°をＭＰＤＯ値に加算する。ブロック１１４５では、ＡＦＦコントローラ２７〜２８は、Ｇ_ＡＦＦ、ブロック１１２５の被測定力ベクトルの大きさ、及び、ＡＰＣモジュールによって生成されたＭＰＤＯ値を使用して、ＭＰＤＯ値を含んでいる第２のキャンセル信号を選択されたモータ（群）に送信する。ＡＰＣモジュール３７〜３８は、式（６）を使用して現在の反復のＭＰＤＯ値を生成することができる。即ち、ＡＰＣモジュール３７〜３８は、ブロック１１４０の象限チェック値を使用してＭＰＤＯ値を計算することができる。方法１１００は、必要に応じて、（３回目の反復などの）次の反復に対する合成力ベクトルでもある（２回目の反復などの）現在の反復に対する合成力ベクトルを生成するためにブロック１１４５の後にブロック１１２５に戻る。

【0077】

図１２は、本開示による制御システムにおいて適応位相制御（ＡＰＣ）を使用して機械的位相遅延オフセット（ＭＰＤＯ）値を判定する方法１２００の実施例を例示して説明する。図２に表された方法１２００の実施形態は、例示して説明することだけを目的とする。他の実施形態が本開示の範囲から逸脱することなく使用されることがあり得る。方法１２００は、ＡＰＣアルゴリズムを実施するように構成されたＡＰＣモジュール、若しくは、システムのコントローラによって、又は、他の適当なコンポーネント（群）によって実施され得る。方法１２００は、制御されたシステムの伝達関数を測定し、システムに入力された制御信号とシステムから受信された出力信号との間の位相角差を低減するために使用され得る。

【0078】

ブロック１２０５では、システムのコントローラは、制御信号ベクトルの大きさ及び位相角を判定する。制御信号ベクトルは、システムに入力された制御信号を表現する。制御信号は、少なくとも大きさ、位相角、及び周波数のそれぞれを有する電気信号になり得る。

【0079】

ブロック１２１０では、システムのコントローラから制御信号を取得することに応答して、システムは、応答を生成する。システムの応答は、センサ又はトランスデューサ（例えば、力トランスデューサ）によって測定可能である。ある実施形態では、システムは、システムのコントローラがシステムの一部分である場合などに、システム自体で制御信号を生成することにより制御信号を取得する。ある実施形態では、制御システムは、システムが外部コントローラによって制御される場合などに、制御信号を受信することにより制御信号を取得する。

【0080】

ブロック１２１５では、システムのコントローラは、ブロック１２０５の制御信号とブロック１２１０の応答との間の関係の伝達関数を測定する。ある実施形態では、伝達関数を測定することは、システムから出力信号を受信すること（ブロック１２２０）と、受信された出力信号の大きさ及び位相角を測定すること（ブロック１２２５）と、受信された出力信号を表現する出力信号ベクトルを判定すること（ブロック１２３０）と、出力信号ベクトルの位相角と制御信号ベクトルの位相角との間の第１の位相角差を計算すること（ブロック１２３５）とを含む。

【0081】

ブロック１２２０では、システムのコントローラは、センサから、制御されたシステムからの応答を示す少なくとも１つの出力信号を受信する。センサは、制御されたシステムの応答を感知し、応答の指標を生成する。センサは、システムの一部分となること、又は、システムの一部に結合されることがあり得る。センサは、複数の出力信号をシステムのコントローラに供給するいくつかのセンサを含むことがあり得る。受信された出力信号の各々は、単一周波数を有する。例えば、複数の出力信号は、基本周波数の様々な高調波周波数を含むことがあり得る。ある実施形態では、基本周波数は、制御信号の中に含まれている。

【0082】

ブロック１２２５では、システムのコントローラによって受信された複数の出力信号のうちの少なくとも１つに対して、方法１２００は、受信された出力信号の大きさ及び位相角を測定することを含む。

【0083】

ブロック１２３０では、システムのコントローラによって受信された複数の出力信号のうちの少なくとも１つに対して、方法１２００は、受信された出力信号の大きさ及び位相角によって定められた（即ち、ブロック１２２５において測定された）出力信号ベクトルを判定することを含む。

【0084】

ブロック１２３５では、システムのコントローラによって受信された複数の出力信号のうちの少なくとも１つに対して、方法１２００は、出力信号ベクトルの位相角と制御信号ベクトルの位相角との間の第１の位相角差を計算することを含む。

【0085】

ブロック１２４０では、第１の位相角差が実質的に零に等しくないと判定したことに応答して、システムのコントローラは、第１の位相角差を使用してＭＰＤＯを計算し（ブロック１２４５）、調整済みの制御信号を生成する（ブロック１２５０）。ある実施形態では、第１の位相角差が実質的に零に等しくないと判定することは、第１の位相角差を収束限界値と比較することを含む。ＭＰＤＯは、システムの制御信号（例えば、又は入力信号）の位相角とシステムの出力信号の位相角との間の関係をシステムの伝達関数に向けて収束させる。

【0086】

ブロック１２４５では、システムのコントローラは、ＭＰＤＯを制御信号に加算することにより調整済みの制御信号を生成する。

【0087】

続いて、方法１２００の次の反復では、システムは、システムのコントローラから調整済みの制御信号を取得すること（即ち、生成すること又は受信すること）に応答する（ブロック１２１０の次の反復）。システムのコントローラは、調整済みの制御信号への応答の大きさ及び位相によって定められた第２の出力信号ベクトルを判定する（ブロック１２３０の次の反復）。システムのコントローラは、第１の出力信号ベクトルの位相角と第２の出力信号ベクトルの位相角との間の位相角差を計算することがあり得る。即ち、この第２の位相角差は、第１の出力信号ベクトルの位相角と、調整済みの制御信号を取得することに対する制御システムの後続の応答を示すその後に受信された出力信号の位相角との間の差である。その結果、第１の位相角差は、第２の位相角差より大きい。

【0088】

変更、追加、又は省略は、発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されたシステム、装置及び方法になされることがある。システム及び装置のコンポーネントは、統合されること、又は、分離されることがある。更に、システム及び装置の動作は、より多数の、より少数の、又は他のコンポーネントによって行われることがある。方法は、より多数の、より少数の、又は他のステップを含むことがある。付加的に、ステップは、何らかの適当な順序で行われることがある。本文書において使用されるように、「各々」は、集合の中の各メンバー、又は、集合の部分集合の中の各メンバーのことを指す。

【0089】

特許庁と、本出願に関して発行されたあらゆる特許のあらゆる読者とが願書に添付された特許請求の範囲を解釈するのに役立つように、出願人は、請求項又は請求項の要素がいずれも、文言「する手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」又は「するステップ（ｓｔｅｐ ｆｏｒ）」が特定の請求項において明示的に使用されない限り、本願の出願日に存在しているので、出願人が米国特許法第１１２条第７パラグラフを行使するつもりはないことを指摘したい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】