JP5770701B2 - Stepping motor drive control device - Google Patents

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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Description

本発明は、回転検出部の検出信号によりロータの位置情報及び速度情報をモータ制御部が取得してフィードバック制御を行ってモータコイルへモータ電流を出力するステッピングモータの駆動制御装置に関する。   The present invention relates to a drive control device for a stepping motor in which a motor control unit acquires position information and speed information of a rotor based on detection signals from a rotation detection unit, performs feedback control, and outputs a motor current to a motor coil.

ステッピングモータの駆動制御装置は、例えば特許第4979646号に開示されるものが知られている。このモータの駆動制御装置は、ステッピングモータをマイクロステップ駆動で始動し、回転子の速度が中高速になると、駆動切替器によって速度サーボ駆動に切り替え、停止位置に近づくとモータが減速し、低速となったところで駆動切替機によってマイクロステップ駆動に切り替えて停止するようになっている(特許文献1参照)。   As a stepping motor drive control device, for example, one disclosed in Japanese Patent No. 4979466 is known. This motor drive control device starts the stepping motor with micro step drive, and when the rotor speed becomes medium to high speed, it switches to speed servo drive by the drive switch, and when approaching the stop position, the motor decelerates and At that time, the drive switching machine switches to microstep driving and stops (see Patent Document 1).

特開2010−28949号公報JP 2010-28949 A

上述したステッピングモータの駆動制御装置は、低速領域でマイクロステップ駆動を行って高精度な位置決めを行い、それ以外の中高速領域では要求トルクに見合ったモータ電流を流す速度サーボ制御を行う。しかしながら、単一の駆動モードで駆動制御されているため、ステッピングモータを利用する場面が限定される。また、ステッピングモータは、駆動停止中でも常に定電流が流れて消費電力が増大してしまったりハンチングが発生したりする場合があり、さらにはモータの回転が安定する高速回転領域で回転トルクが不足して使用できなかったりする場合もあり、必ずしもユーザーのニーズに合致した態様でステッピングモータを利用できなかった。
よって、使用する場面に応じて、低速域で位置決め精度が高いステッピングモータの定電流制御(ステップ駆動)と、電力効率が良いサーボモータのモータ電流制御(省電力駆動)を適宜組み合わせ、ユーザーのニーズに合わせたステッピングモータの動作モードを選択できることが望まれる。
The above-described stepping motor drive control device performs micro-step driving in the low speed region to perform highly accurate positioning, and performs speed servo control in which a motor current corresponding to the required torque is supplied in the other medium and high speed regions. However, since the drive control is performed in a single drive mode, the scene where the stepping motor is used is limited. Also, stepping motors may cause constant current to flow constantly even when driving is stopped, resulting in increased power consumption or hunting, and insufficient rotational torque in the high-speed rotation region where the motor rotation is stable. The stepping motor cannot always be used in a manner that meets the needs of the user.
Therefore, according to the situation of use, constant current control (step drive) of a stepping motor with high positioning accuracy in a low speed range and motor current control (power saving drive) of a servo motor with high power efficiency are appropriately combined to meet user needs. It is desired that the operation mode of the stepping motor can be selected in accordance with the above.

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、使用する場面に応じて、ステッピングモータのステップ駆動と省電力駆動を含む動作モードの中から任意の動作モードを選択してモータ駆動することで低騒音、低振動、省電力駆動を行える汎用性の高いステッピングモータの駆動制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to select an arbitrary operation mode from among operation modes including step driving of a stepping motor and power saving driving depending on a use situation. It is an object of the present invention to provide a versatile stepping motor drive control device that can perform low noise, low vibration, and power saving drive by selecting and driving a motor.

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
回転検出部の検出信号によりロータの位置情報及び速度情報をモータ制御部が取得してフィードバック制御を行ってモータコイルへモータ電流を出力するステッピングモータの駆動制御装置であって、前記モータ制御部は、前記ステッピングモータを定電流制御するステップ駆動とベクトル制御する省電力駆動を含む複数の動作モードから任意の動作モードを選択可能なモード設定手段と、前記モード設定手段による動作モードの選択に応じて実行される動作プログラムにおいて、前記ステッピングモータの動作の位置制定期間、低速期間または高速期間のそれぞれで前記ステップ駆動と前記省電力駆動の切替えを行う駆動切り替え部と、前記駆動切り替え部で切り替えられた駆動方法に応じて前記ステッピングモータに励磁相を切り替えて前記モータコイルへモータ電流を出力するモータ電流制御部と、を具備したことを特徴とする。
上記構成によれば、モード設定手段によりステッピングモータの複数の動作モードから任意の動作モードを選択することで、駆動切り替え部で切り替えられた駆動方法(ステップ駆動又は省電力駆動)に応じてモータ電流制御部により励磁相を切り替えてモータコイルへモータ電流を出力する。
よって、ユーザーが使用する場面に応じて動作モードを選択して、位置制定期間においてホールディングトルクが高く低速期間で位置決め精度が高いステップ駆動と、高速期間で安定した回転が得られかつ電力効率が良い省電力駆動を使い分けることで、顧客の利用場面に応じてステッピングモータを低騒音、低振動、省電力で駆動することが可能となる。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
A drive control device for a stepping motor in which a motor control unit acquires position information and speed information of a rotor by a detection signal of a rotation detection unit, performs feedback control, and outputs a motor current to a motor coil, and the motor control unit , Mode setting means capable of selecting an arbitrary operation mode from a plurality of operation modes including step driving for constant current control of the stepping motor and power saving driving for vector control, and according to selection of the operation mode by the mode setting means In the operation program to be executed, switching is performed by the drive switching unit that switches between the step drive and the power-saving drive in each of the stepping motor operation position establishment period, the low speed period, or the high speed period. Switch the excitation phase to the stepping motor according to the driving method A motor current control unit for outputting a motor current to the serial motor coil, characterized by comprising a.
According to the above configuration, by selecting an arbitrary operation mode from the plurality of operation modes of the stepping motor by the mode setting means, the motor current according to the drive method (step drive or power saving drive) switched by the drive switching unit. The controller switches the excitation phase and outputs the motor current to the motor coil.
Therefore, the operation mode is selected according to the scene used by the user, step driving with high holding torque and high positioning accuracy in the low speed period in the position establishment period, stable rotation in the high speed period, and power efficiency are good. By using power saving drive properly, it becomes possible to drive the stepping motor with low noise, low vibration and power saving according to the customer's usage situation.

前記モード設定手段は、モータを始動してから停止させるまで、前記省電力駆動によりモータ電流のベクトル制御を行って省電力モードで駆動する第1動作モード、前記位置制定期間は前記ステップ駆動によりモータ電流を定電流制御する定電流モードで駆動し、低速運転期間及び高速運転期間は前記省電力モードで駆動する第2動作モード、前記位置制定期間及び低速運転期間は前記定電流モードで駆動し、前記高速運転期間は前記省電力モードで駆動する第3動作モード、前記位置制定期間及び高速運転期間は前記省電力モードで駆動し前記低速運転期間は前記定電流モードで駆動する第4動作モードを有しており、これらの動作モードを外部機器又はスイッチを含む入力手段を通じて選択可能になっていることが望ましい。
即ち、前記モード設定手段は、ユーザーによる前記入力手段からの入力を待って、前記第1動作モード乃至第4動作モードのうちいずれか選択された動作モードに対応する動作プログラムを実行することが望ましい。
これにより、顧客がステッピングモータを使用する場面に応じてステップ駆動と省電力駆動を含む動作モードの中から最適な動作モードを選択して省電力化を図りながら必要トルク(回転トルク、ホールディングトルク)及び高効率が得られるのでステッピングモータの汎用性が広がる。
The mode setting means is a first operation mode in which the motor current vector control is performed by the power saving drive until the motor is started and stopped, and the motor is driven in the power saving mode. Driving in a constant current mode for controlling the current at a constant current, a low speed operation period and a high speed operation period are driven in the power saving mode in a second operation mode, the position establishment period and the low speed operation period are driven in the constant current mode, the third operation mode the high-speed operation period is driven by the power saving mode, a fourth operating mode the position established period and high-speed operation period the low speed operation period is driven by the power-saving mode driven by the constant current mode the has, it is desirable to have become selectable via input means of these operation modes including an external device or switch.
That is, it is desirable that the mode setting unit waits for an input from the input unit by a user and executes an operation program corresponding to an operation mode selected from the first operation mode to the fourth operation mode. .
As a result, the required torque (rotation torque, holding torque) while saving power by selecting the optimal operation mode from the operation modes including step drive and power saving drive according to the situation where the customer uses the stepping motor In addition, since the high efficiency is obtained, the versatility of the stepping motor is expanded.

前記モータ制御部は、ステップ駆動と省電力駆動に対応して各々位置と速度の両方またはいずれか一方のPID制御器を備えており、各PID制御器の積分要素と微分要素がモード切替えの前後で各々更新されるように制御されることが望ましい。
これにより、位置制定期間、低速度期間および高速期間のそれぞれでステップ駆動と省電力駆動の切り替えがスムーズに行え、運転切り替えにより動作が不安定になりモータ電流が乱れて振動や騒音が発生するのを防ぐことができる。
The motor control unit includes PID controllers for position and / or speed corresponding to step driving and power saving driving, and the integral element and the differential element of each PID controller are before and after mode switching. It is desirable to control so that each is updated.
This makes it possible to smoothly switch between step drive and power-saving drive in each of the position establishment period, low speed period, and high speed period, and the operation becomes unstable due to operation switching, and the motor current is disturbed, causing vibration and noise. Can be prevented.

上述したステッピングモータの駆動制御装置を用いれば、使用する場面に応じて、ステッピングモータのステップ駆動と省電力駆動を含む動作モードの中から任意の動作モードを選択してモータ駆動することで低騒音、低振動、省電力駆動を行える汎用性の高いステッピングモータの駆動制御装置を提供することができる。   If the stepping motor drive control device described above is used, low noise can be achieved by selecting any operation mode from among the operation modes including stepping stepping motor and power saving driving according to the situation of use. In addition, it is possible to provide a versatile stepping motor drive control device that can perform low-vibration and power-saving driving.

ステッピングモータの駆動制御装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive control apparatus of a stepping motor. モータ駆動回路の一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of a motor drive circuit. マイクロコンピュータにおいて実行される動作プロクラムの機能を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the function of the operation program executed in a microcomputer. 第1,第2動作モードの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the 1st, 2nd operation mode. 第3,第4動作モードの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the 3rd, 4th operation mode.

以下、本発明に係るステッピングモータの駆動制御装置の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、一例として二相ステッピングモータの駆動制御装置のブロック構成について例示する。ステッピングモータは、PM型、VR型、ハイブリッド型のいずれであってもよい。   Embodiments of a stepping motor drive control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a block configuration of a drive control device for a two-phase stepping motor is illustrated as an example. The stepping motor may be any of PM type, VR type and hybrid type.

図1のブロック図を参照して、二相ステッピングモータの駆動制御装置の概略構成について説明する。
二相ステッピングモータ1は、例えばPM型においてはロータヨークに永久磁石を設けた永久磁石ロータと、ステータコアの極歯の回りにモータコイルを巻き付けられたステータと、モータ軸に連結してロータの回転位置及び回転速度を検出するエンコーダ2(回転検出部)を備えている。エンコーダ2を用いることで、高信頼性(脱調レス)を実現している。尚、エンコーダ2に変えてホールIC等の磁極センサを設けてもよい。本実施例では二相ステッピングモータであるため、ステータには電気角で位相が180度異なるA相コイルとB相コイルが巻き付けられている。各相モータコイルには、後述するモータドライバ回路により所定のタイミングでモータ電流が流れる。
With reference to the block diagram of FIG. 1, a schematic configuration of a drive control device for a two-phase stepping motor will be described.
For example, in the PM type, the two-phase stepping motor 1 includes a permanent magnet rotor in which a permanent magnet is provided on a rotor yoke, a stator in which a motor coil is wound around pole teeth of a stator core, and a rotational position of the rotor connected to a motor shaft. And an encoder 2 (rotation detector) for detecting the rotational speed. By using the encoder 2, high reliability (no step-out) is realized. A magnetic pole sensor such as a Hall IC may be provided instead of the encoder 2. In this embodiment, since it is a two-phase stepping motor, an A-phase coil and a B-phase coil whose phases are different by 180 degrees in electrical angle are wound around the stator. A motor current flows through each phase motor coil at a predetermined timing by a motor driver circuit described later.

上記ロータ位置及び速度を検出するエンコーダ信号(A/B位相、Z信号)はモータ制御部3(モータドライバ回路)に出力される。モータ制御部3は二相ステッピングモータ1へ励磁信号を出力する。モータ制御部3は、二相ステッピングモータ1をACサーボモータと同様にフルクローズドループでソフトウェアに基づいてフィードバック制御を行うことで、ロータ位置と回転速度が制御されるようになっている。   The encoder signal (A / B phase, Z signal) for detecting the rotor position and speed is output to the motor control unit 3 (motor driver circuit). The motor control unit 3 outputs an excitation signal to the two-phase stepping motor 1. The motor control unit 3 controls the rotor position and the rotational speed by performing feedback control of the two-phase stepping motor 1 based on software in a fully closed loop like the AC servo motor.

モータ制御部3は、CPU,ROM,RAMなどの各種制御素子を備えたマイクロコンピュータ4とモータ電流を制御する電力制御回路5を備えている。また、二相ステッピングモータ1の動作モードを選択可能なモード設定スイッチ6を備えていてもよい。マイクロコンピュータ4は、パーソナルコンピュータ7に備えたモード設定用アプリケーションソフトウェアにより選択された動作モードに基づき二相ステッピングモータ1の動作を制御する。
また、モード設定スイッチ6によって、ユーザーがいずれかの動作モードを選択可能になっている。モード設定手段は、モード設定スイッチ6やパーソナルコンピュータ7等の外部機器を含む入力手段からの入力によりモード選択が可能となっている。尚、パーソナルコンピュータ7に代えて各種携帯情報端末(ノートパソコン、タブレットPC等)を用いることも可能である。
The motor control unit 3 includes a microcomputer 4 having various control elements such as a CPU, a ROM, and a RAM, and a power control circuit 5 that controls the motor current. Moreover, the mode setting switch 6 which can select the operation mode of the two-phase stepping motor 1 may be provided. The microcomputer 4 controls the operation of the two-phase stepping motor 1 based on the operation mode selected by the mode setting application software provided in the personal computer 7.
The mode setting switch 6 allows the user to select one of the operation modes. The mode setting means can select a mode by input from input means including external devices such as the mode setting switch 6 and the personal computer 7. Various personal digital assistants (notebook computers, tablet PCs, etc.) can be used instead of the personal computer 7.

モータ制御部3には、上位コントローラ8(例えばプログラマブルロジックコントローラ(programmable logic controller;PLC))からモータの回転指令や位置指令などの信号が入力される。マイクロコンピュータ4は、これらの信号入力や、エンコーダ2からのロータ位置・速度情報、電力制御回路5からのモータ電流情報に基づいてPWM(pulse width modulation:パルス幅変調)信号を生成する。   Signals such as a motor rotation command and a position command are input to the motor control unit 3 from a host controller 8 (for example, a programmable logic controller (PLC)). The microcomputer 4 generates a PWM (pulse width modulation) signal based on these signal inputs, rotor position / speed information from the encoder 2, and motor current information from the power control circuit 5.

次に図2にモータドライバ回路の一例を示す。マイクロコンピュータ4は、PWMゲート駆動パルスを出力してA相ゲートドライバ9a,9bをON/OFFしてハーフブリッジ回路A,Aを通じてモータコイルのA相に通電する。同様にPWMゲート駆動パルスを出力してB相ゲートドライバ9c,9dをON/OFFしてハーフブリッジ回路B,Bを通じてモータコイルのB相に通電する。各ハーフブリッジ回路を構成する部品として、例えば高性能ゲートドライバとMOSFETを用いることにより低発熱で高効率化を実現することができる。各相コイルに流れる電流量は、電流センサ10a,10bにより検出される。モータ電流の制御は後述する動作モードにしたがってソフトウェアにより行われる。また、エンコーダ2の分解能にしたがって、ステッピングモータ本来の任意角度によるステップ駆動も行える。
また、マイクロコンピュータ4には、モータ駆動電源としてはA/D変換された例えば24V〜48Vのモータ駆動電圧が供給される。また、モータドライバ回路を異常電圧から保護するため過電圧保護回路11が接続されている。
Next, FIG. 2 shows an example of a motor driver circuit. The microcomputer 4 is energized A-phase gate driver 9a outputs a PWM gate drive pulse, the 9b ON / OFF to the half-bridge circuit A, the A-phase of the motor coils through A ~. Similarly energizing PWM gate drive pulse output to the B-phase gate driver 9c, a 9d ON / OFF half-bridge circuit B, and B-phase of the motor coils through B ~. By using, for example, a high-performance gate driver and MOSFET as the components constituting each half-bridge circuit, high efficiency can be realized with low heat generation. The amount of current flowing through each phase coil is detected by current sensors 10a and 10b. The motor current is controlled by software in accordance with an operation mode described later. Further, step driving by an arbitrary angle inherent to the stepping motor can be performed according to the resolution of the encoder 2.
The microcomputer 4 is supplied with a motor drive voltage of, for example, 24V to 48V which is A / D converted as a motor drive power supply. An overvoltage protection circuit 11 is connected to protect the motor driver circuit from abnormal voltages.

次に図3において、マイクロコンピュータ4において実行される動作プロクラムの機能を示すブロック構成図を参照して説明する。
動作モードは、図1に示すパーソナルコンピュータ7にインストールされたアプリケーションプログラムにより設定される。マイクロコンピュータ4は、ステッピングモータ1のステップ駆動と省電力駆動を含む複数の動作モードから任意の動作モードを選択可能になっている。マイクロコンピュータ4は、動作モードが選択されると、当該動作モードに対応するプログラムを実行し、目標軌跡生成部15において目標位置と目標速度の両方またはいずれか一方とエンコーダ2からの現在の回転速度・位置情報から新たにロータの回転速度や位置指令を出力する。
Next, referring to FIG. 3, a block configuration diagram showing the function of the operation program executed in the microcomputer 4 will be described.
The operation mode is set by an application program installed in the personal computer 7 shown in FIG. The microcomputer 4 can select an arbitrary operation mode from a plurality of operation modes including step driving and power saving driving of the stepping motor 1. When the operation mode is selected, the microcomputer 4 executes a program corresponding to the operation mode, and the target locus generation unit 15 and / or one of the target position and the target speed and the current rotation speed from the encoder 2 are executed.・ Newly output the rotor speed and position command from the position information.

また、目標軌跡が生成された動作プログラムが実行されると、ステッピングモータ1の動作を低速期間で速度制御する低速運転サーボと停止期間で停止位置を制定する位置制定サーボ(以下単に「低速、位置制定運転サーボ」という)14aと、ステッピングモータ1が安定回転する高速期間で速度制御する高速運転サーボ14bのいずれかが選択されてモータ駆動制御が行われる。また、駆動切り替え部の一例であるサーボ切り替え部12は、選択された動作モードに従い実行される動作プログラムにおいて、エンコーダ2からのロータ位置・速度信号に基づいて低速、位置制定運転サーボ14aと高速運転サーボ14bを切り替える。   When the operation program in which the target locus is generated is executed, a low speed operation servo that controls the operation of the stepping motor 1 in the low speed period and a position establishment servo that establishes the stop position in the stop period (hereinafter simply referred to as “low speed, position 14a) and a high-speed operation servo 14b that performs speed control in a high-speed period during which the stepping motor 1 rotates stably are selected and motor drive control is performed. The servo switching unit 12, which is an example of the drive switching unit, is a low-speed, position-established operation servo 14 a and a high-speed operation based on the rotor position / speed signal from the encoder 2 in the operation program executed according to the selected operation mode. The servo 14b is switched.

また、サーボ切り替え部12で切り替えられたサーボ(低速、位置制定運転サーボ14a又は高速運転サーボ14b)に応じてモータ電流制御部13に対して電流フィードバックゲイン、トルク指令、界磁指令、ロータ位相等の指令値が出力される。モータ電流制御部13はこれらの指令値入力にしたがって、PWM信号を生成して励磁相を切り替えてモータ電流をモータコイルに出力する。   Further, the current feedback gain, torque command, field command, rotor phase, etc. for the motor current control unit 13 according to the servo (low speed, position establishment operation servo 14a or high speed operation servo 14b) switched by the servo switching unit 12. Command value is output. In accordance with these command value inputs, the motor current control unit 13 generates a PWM signal, switches the excitation phase, and outputs the motor current to the motor coil.

次に、モータ制御部3においてソフトウェアによって実行される動作モードの一例について図4及び図5を参照して説明する。
図4おいて、第1動作モードは、ステッピングモータを始動してから停止させるまで(期間I〜V)省電力駆動によりモータ電流をベクトル制御する省電力モードである。例えば、10rpm未満でスムーズな回転を必要としないユーザーや位置制定にステッピングモータと同等のホールド特性を求めないユーザーに向いている。このようにモータ始動から停止までモータ電流をベクトル制御することで、動作モード中最も省電力で電力効率が良い。但し、第1動作モードは位置制定期間や低速回転期間、ゴムベルトなどの弾性負荷の場合にサーボ制御が乱れるおそれがある。
Next, an example of an operation mode executed by software in the motor control unit 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
In FIG. 4, the first operation mode is a power saving mode in which the motor current is vector-controlled by power saving driving until the stepping motor is started and stopped (periods I to V). For example, it is suitable for users who do not need smooth rotation at less than 10 rpm and users who do not require hold characteristics equivalent to stepping motors for position establishment. As described above, the vector control of the motor current from the start to the stop of the motor provides the most power saving and the most efficient power in the operation mode. However, in the first operation mode, servo control may be disturbed in the case of a position establishment period, a low-speed rotation period, or an elastic load such as a rubber belt.

図4において、第2動作モードは、位置制定期間(ホールド期間I,V)はステップ駆動によりモータ電流を定電流制御する定電流モード(通常のステッピングモータ駆動)とし、低速運転期間(II,IV)及び高速運転期間(III)は省電力モード(ベクトル制御駆動)とする。
第2動作モードの場合、位置制定期間(ホールド期間I,V)中は、ステッピングモータの特徴である強いホールディングトルクによって安定した位置制定を行うことができる。
In FIG. 4, the second operation mode is a constant current mode (ordinary stepping motor drive) in which the motor current is constant-current controlled by step drive during the position establishment period (hold periods I and V), and the low speed operation period (II, IV). ) And high-speed operation period (III) are set to the power saving mode (vector control drive).
In the second operation mode, during the position establishment period (hold periods I and V), stable position establishment can be performed by the strong holding torque that is a feature of the stepping motor.

図5において、第3動作モードは、位置制定期間(ホールド期間I,V)及び低速運転期間(II,IV)は定電流モード(通常のステッピングモータ駆動)とし、高速運転期間(III)は省電力モード(ベクトル制御駆動)とする。
これにより、位置制定期間(ホールド期間I,V)及び低速運転期間(II,IV)はステッピングモータの最大の利点である位置決め精度の高い定電流駆動を行い、回転速度が安定する高速運転期間(III)は省電力モード(ベクトル制御駆動)とすることで、低速から高速まで回転が安定し、全域にわたって低振動、低騒音で駆動することができる。
In FIG. 5, the third operation mode is the constant current mode (normal stepping motor drive) during the position establishment period (hold periods I and V) and the low speed operation periods (II and IV), and the high speed operation period (III) is omitted. The power mode (vector control drive) is set.
As a result, the position establishment period (hold periods I, V) and low speed operation periods (II, IV) perform constant current driving with high positioning accuracy, which is the greatest advantage of the stepping motor, and a high speed operation period in which the rotation speed is stable ( III) is a power saving mode (vector control drive), so that the rotation is stable from low speed to high speed, and it can be driven with low vibration and low noise over the entire area.

また、第4動作モードは、モータ位置制定期間(ホールド期間I,V)及び高速運転期間(III)は省電力モードとし、低速運転期間(II,IV)は定電流モード(通常のステッピングモータ駆動)とする。
これによりステッピングモータが停止している時間が長い場合には省電力化を図ることができ、モータの駆動中は低速域から高速域まで安定回転させることができる。
In the fourth operation mode, the motor position establishment period (hold periods I and V) and the high speed operation period (III) are set to the power saving mode, and the low speed operation periods (II and IV) are set to the constant current mode (normal stepping motor driving). ).
As a result, when the time during which the stepping motor is stopped is long, power saving can be achieved, and the motor can be stably rotated from the low speed range to the high speed range while the motor is being driven.

また、モータ制御部3は、ステップ駆動(定電流モード)と省電力駆動(省電力モード)に対応して各々位置と速度の両方またはいずれか一方のPID制御器を備えており、各位置と速度の両方またはいずれか一方のPID制御器の積分要素と微分要素がモード切替えの前後で各々更新されるように制御される。これにより、動作モード中に異なる運転へ切り替わった際に動作が不安定になりモータ電流が乱れて振動や騒音が発生するのを防ぐことができる。   In addition, the motor control unit 3 includes PID controllers for position and / or speed corresponding to step driving (constant current mode) and power saving driving (power saving mode). Control is performed so that the integral element and the derivative element of the PID controller of both or either of the speeds are updated before and after the mode switching. As a result, it is possible to prevent the operation from becoming unstable when the operation is switched to a different operation during the operation mode, and the motor current being disturbed to generate vibration and noise.

尚、動作モード第1〜第4動作モードについて説明したが、ソフトを改変してさらに追加の動作モードを設けるのは自由である。
また、ステッピングモータの定電流制御は、フルステップ駆動に限らずマイクロステップ駆動であってもよい。
また、本実施例では二相ステッピングモータについて説明したが、この三相以上の多相ステッピングモータであっても良いし、モータはインナーロータ型であってもアウターロータ型であってもいずれでもよい。
In addition, although the operation mode 1st-4th operation mode was demonstrated, it is free to modify software and to provide an additional operation mode.
Further, the constant current control of the stepping motor is not limited to full step driving, and may be micro step driving.
Further, although the two-phase stepping motor has been described in the present embodiment, this may be a three-phase or more multi-phase stepping motor, and the motor may be either an inner rotor type or an outer rotor type. .

1 二相ステッピングモータ
2 エンコーダ
3 モータ制御部
4 マイクロコンピュータ
5 電力制御回路
6 モード設定スイッチ
7 パーソナルコンピュータ
8 上位コントローラ
9a,9b A相ゲートドライバ
9b,9d B相ゲートドライバ
10a,10b 電流センサ
11 過電圧保護回路
12 サーボ切り替え部
13 モータ電流制御部
14a 低速、位置制定運転サーボ
14b 高速運転サーボ
15 目標軌跡生成部
1 Two-phase stepping motor
2 Encoder
3 Motor controller
4 Microcomputer
5 Power control circuit
6 Mode setting switch
7 Personal computer
8 Host controller
9a, 9b A phase gate driver
9b, 9d B phase gate driver
10a, 10b Current sensor
11 Overvoltage protection circuit
12 Servo switching part
13 Motor current controller
14a Low speed, position establishment operation servo 14b High speed operation servo 15 Target locus generator

Claims (3)

回転検出部の検出信号によりロータの位置情報及び速度情報をモータ制御部が取得してフィードバック制御を行ってモータコイルへモータ電流を出力するステッピングモータの駆動制御装置であって、
前記モータ制御部は、前記ステッピングモータを定電流制御するステップ駆動とベクトル制御する省電力駆動を含む複数の動作モードから任意の動作モードを選択可能なモード設定手段と、
前記モード設定手段による動作モードの選択に応じて実行される動作プログラムにおいて、前記ステッピングモータの動作の位置制定期間、低速期間または高速期間のそれぞれで前記ステップ駆動と前記省電力駆動の切替えを行う駆動切り替え部と、
前記駆動切り替え部で切り替えられた駆動方法に応じて前記ステッピングモータに励磁相を切り替えて前記モータコイルへモータ電流を出力するモータ電流制御部と、を具備し、
前記モード設定手段は、モータを始動してから停止させるまで、前記省電力駆動によりモータ電流のベクトル制御を行って省電力モードで駆動する第1動作モード、前記位置制定期間は前記ステップ駆動によりモータ電流を定電流制御する定電流モードで駆動し、低速運転期間及び高速運転期間は前記省電力モードで駆動する第2動作モード、前記位置制定期間及び低速運転期間は前記定電流モードで駆動し、前記高速運転期間は前記省電力モードで駆動する第3動作モード、前記位置制定期間及び高速運転期間は前記省電力モードで駆動し、前記低速運転期間は前記定電流モードで駆動する第4動作モードを有しており、前記各動作モードを外部機器又はスイッチを含む入力手段を通じて選択可能になっていることを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
A drive control device for a stepping motor, in which a motor controller acquires position information and speed information of a rotor by a detection signal of a rotation detector, performs feedback control, and outputs a motor current to a motor coil,
The motor control unit is capable of selecting an arbitrary operation mode from a plurality of operation modes including step driving for constant current control of the stepping motor and power saving driving for vector control, and
In the operation program executed in response to the selection of the operation mode by the mode setting means, driving for switching between the step driving and the power saving driving in the position establishment period, the low speed period, or the high speed period of the stepping motor. A switching unit;
A motor current control unit that switches the excitation phase to the stepping motor according to the driving method switched by the drive switching unit and outputs a motor current to the motor coil;
The mode setting means is a first operation mode in which the motor current vector control is performed by the power saving drive until the motor is started and stopped, and the motor is driven in the power saving mode. Driving in a constant current mode for controlling the current at a constant current, a low speed operation period and a high speed operation period are driven in the power saving mode in a second operation mode, the position establishment period and the low speed operation period are driven in the constant current mode, The third operation mode is driven in the power saving mode during the high speed operation period, the fourth operation mode is driven in the power saving mode during the position establishment period and the high speed operation period, and is driven in the constant current mode during the low speed operation period. the it has, characterized in that it becomes selectable through the input means including said external device, or switch the operation modes Steppin Motor drive control device.
前記モータ制御部は、前記ステップ駆動と前記省電力駆動に対応して各々位置と速度の両方又はいずれか一方のPID制御器を備えており、前記PID制御器の積分要素と微分要素がモード切替えの前後で各々更新されるように制御される請求項1記載のステッピングモータの駆動制御装置。 The motor control unit includes a PID controller of position and / or speed corresponding to the step drive and the power saving drive, and the integral element and the derivative element of the PID controller are mode-switched. The stepping motor drive control device according to claim 1, wherein the stepping motor is controlled so as to be updated before and after each of the steps. 前記モード設定手段は、ユーザーによる前記入力手段からの入力を待って、前記第1動作モード乃至第4動作モードのうちいずれか選択された動作モードに対応する動作プログラムを実行する請求項1又は請求項2記載のステッピングモータの駆動制御装置。The mode setting unit waits for an input from the input unit by a user and executes an operation program corresponding to an operation mode selected from the first operation mode to the fourth operation mode. Item 3. A stepping motor drive control apparatus according to Item 2.
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