CN102811009A - 控制装置、致动器系统、及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的控制装置(20)包括：位置指令生成部(211)，其生成步进电动机(32)的旋转角度的目标值；位置控制器(213)，其根据旋转角度的目标值和检测值的偏差而计算出步进电动机(32)的旋转速度；升压指令处理部(218)，其对应于所计算出的旋转速度而计算出升压电压；升压电路(22)，其对电动机电源电压进行升压；及PWM逆变器(25)，其生成对步进电动机(32)供给的脉冲信号。

Description

控制装置、致动器系统、及控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置、致动器系统、及控制方法。

背景技术

一般而言，有助于各种操作自动化的工业用机器人具备致动器。所述致动器包括例如步进电动机作为驱动源。步进电动机的价格相对较低，且具有在旋转速度低的区域内转矩较大的性质。因此，包括步进电动机的致动器适于能活用此性质的操作。另一方面，在旋转速度高的区域内，因强大的反电动势(逆电压)而导致步进电动机的转矩显着降低。

近年来，提出有一种改善所述转矩降低的技术(例如，参照专利文献1及2)。专利文献1所公开的控制装置是在步进电动机的电动机输出满足特定条件的情况下，进行磁场削弱电流控制，由此缓和步进电动机所产生的反电动势的影响。另外，专利文献2所公开的驱动装置使用恒定电流控制电路的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号控制对步进电动机施加的电压，由此缓和反电动势的影响。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2004-320847号公报

[专利文献2]日本专利特开2009-089560号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，由专利文献1所公开的控制装置所实现的转矩提高是有限制的。另外，专利文献2所公开的驱动装置是根据PWM信号的占空比而控制电压。然而，在特定旋转速度以上的状态下，占空比成为固定值，因此无法抑制在旋转速度高的区域内产生的反电动势的影响。

本发明是鉴于所述问题点而完成，其目的在于提供一种在旋转速度较高的区域内有效防止步进电动机的转矩降低的控制装置、致动器系统、及控制方法。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，本发明的控制装置包括：

驱动单元，其将用以驱动步进电动机的驱动信号供给至所述步进电动机；

运算单元，其根据所述步进电动机的输出状态而对所述驱动信号的升压电压进行运算；及

升压单元，其根据所述运算单元所运算出的升压电压而对所述驱动信号进行升压。

所述运算单元也可根据所述步进电动机的旋转速度的目标值而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

所述运算单元也可根据所述步进电动机的旋转速度的检测值而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

所述控制装置也可包括动态模型生成单元，该动态模型生成单元计算出以包含所述步进电动机的机械系动态模型预测的所述步进电动机的旋转速度，

所述运算单元根据以所述动态模型生成单元计算出的所述步进电动机的旋转速度而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

所述运算单元也可根据所述步进电动机的旋转角度的目标值和所述步进电动机的旋转角度的检测值的偏差而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

所述运算单元也可将从多个电压中选择出的电压作为所述驱动信号的升压电压，所述多个电压为与所述步进电动机的旋转速度的上升成比例而分等级往高设定的多个电压。

所述运算单元也可在所述步进电动机的输出状态超过特定阈值的情况下，对所述驱动振号的升压电压进行运算。

所述升压单元也可基于事先设定的电压而对所述驱动信号进行升压。

所述控制装置也可包括磁场削弱控制单元，该磁场削弱控制单元在超出所述步进电动机的最大响应频率区域的区域内，进行削弱所述驱动信号的磁场电流的控制。

本发明的致动器系统包括：

步进电动机；及控制所述步进电动机的上述任一控制装置。

本发明的控制方法是控制用以驱动步进电动机的驱动信号的升压电压的控制方法，且

根据所述步进电动机的输出状态而对所述驱动信号的升压电压进行运算，并根据运算出的升压电压而对所述驱动信号进行升压。

[发明的效果]

根据本发明，根据步进电动机的旋转状态，对施加至步进电动机的电压进行升压。由此，可在旋转速度较高的区域中有效地提高步进电动机的转矩。

附图说明

图1是表示实施方式1的致动器系统的概观的外形图；

图2是表示构成图1所示的致动器系统的控制装置及线性致动器的构成的方块图；

图3是说明根据电动机输出的目标值而计算出的磁场削弱电流的图；

图4是表示从旋转坐标系的电流向静止坐标系的电流的坐标转换的图；

图5是表示升压电路构成的电路图；

图6是表示控制装置的处理的流程图；

图7是表示由磁场削弱补偿器及坐标转换器实施的电流控制处理的流程图；

图8是表示由升压指令处理部及升压电路实施的升压处理的流程图；

图9是表示旋转速度的目标值和电动机电源电压的关系的图；

图10是表示实施方式2的升压电路构成的电路图；

图11是表示由升压指令处理部及升压电路实施的升压处理的流程图；

图12是表示旋转速度的目标值和电动机电源电压的关系的图；

图13是表示构成实施方式3的致动器系统的控制装置及线性致动器的构成的方块图；

图14是表示由升压指令处理部及升压电路实施的升压处理的流程图；

图15是表示在包含升压指令处理电路以代替升压指令处理部的情况下构成致动器系统的控制装置及线性致动器的构成的方块图；

图16是表示构成实施方式4的致动器系统的控制装置及线性致动器的构成的方块图；

图17是表示由动态模型生成部、升压指令处理部及升压电路实施的升压处理的流程图；

图18是表示构成实施方式5的致动器系统的控制装置及线性致动器的构成的方块图；

图19是表示旋转角度的偏差和旋转速度的关系的图；

图20是表示由升压指令处理部及升压电路实施的升压处理的流程图；以及

图21是表示旋转角度的偏差的绝对值和电动机电源电压的关系的图。

[符号的说明]

10                        致动器系统

20                        控制装置

21                        运算部

211                       位置指令生成部

212                       第1减法运算器

213                       位置控制器

214                       第2减法运算器

215                       速度控制器

216                       磁场削弱补偿器

217                       坐标转换器

218                       升压指令处理部

219                       动态模型生成部

22                        升压电路

221                       DC/DC控制器

222                       升压电压调整部

23、24                    电流控制器

25                        PWM逆变器

26、27                    电流检测器

28                        升压指令处理电路

30                        线性致动器

31                        外壳

32                        步进电动机

33                        滚珠螺杆

34                        滑块

35                        编码器

41                        电动机电缆

42                        编码器电缆

C1                        电容器

CPU1、CPU2、CPU3、CPU4    信号

D1                        二极管

Id、Iq、Iα、Iβ        电流

It                      电流的目标值

L1                      线圈

La                      特性

Lb                      实线

P1、P3                  输入端口

P2                      输出端口

Pa、Pb                  点

Pm                      常数

R1～R6                  电阻

T1～T4                  晶体管

Th                      阈值

θ                      旋转角度的检测值

θt                     旋转角度的目标值

θd                     旋转角度的偏差

τ                      转矩

ф                      相位

ω                      旋转速度的检测值

ωt                     旋转速度的目标值

ωd                     旋转速度的偏差

ωm                     被模型化的旋转速度

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(实施方式1)

图1表示实施方式1的致动器系统10的概观。如图1所示，致动器系统10包括控制装置20、线性致动器30、电动机电缆41、及编码器电缆42。

线性致动器30包括外壳31、步进电动机32、滚珠螺杆33、滑块34、及编码器35。

外壳31是保护内部的各部件的中空部件。在外壳31的内部收纳有步进电动机32、滚珠螺杆33、及编码器35。

步进电动机32的旋转轴和滚珠螺杆33连结。步进电动机32使滚珠螺杆33根据从控制装置20经由电动机电缆41输入的脉冲电力进行旋转。由此，滑块34向X轴方向移动。滑块34的位置和步进电动机32的旋转角度成比例。例如在滑块34如图1所示般位于离步进电动机32最近的位置的情况下，旋转角度为0°。在步进电动机从此状态起进行旋转而旋转角度达到720°的情况下，滑块34向+X轴方向移动2cm。

编码器35是例如磁式旋转编码器。编码器35检测步进电动机32的旋转角度及旋转速度。编码器35经由编码器电缆42将表示旋转角度及旋转速度的检测值的信号输出至控制装置20。编码器35并不限于磁式，也可是光学式等其他方式的编码器。

控制装置20通过对步进电动机32供给脉冲电力而使步进电动机32旋转至特定旋转角度为止。控制装置20经由编码器电缆42从编码器35取得步进电动机32的旋转角度及旋转速度的检测值。

使用图2说明控制装置20的功能。图2表示构成图1所示的致动器系统10的控制装置20及线性致动器30的方块图。如图2所示，控制装置20包括运算部21、升压电路22、电流控制器23、24、PWM逆变器25、及电流检测器26、27。

运算部21以CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)及存储装置等为资源而执行程序，由此执行各种处理。运算部21由位置指令生成部211、第1减法运算器212、位置控制器213、第2减法运算器214、速度控制器215、磁场削弱补偿器216、坐标转换器217、及升压指令处理部218构成。

位置指令生成部211根据所执行的程序而生成表示步进电动机32的旋转角度的目标值θt的位置指令信号。位置指令生成部211将所生成的信号输出至第1减法运算器212。位置指令生成部211也可从运算部21的外部取得目标值θt。例如位置指令生成部211也可取得用户输入至控制装置20的值。

第1减法运算器212计算出从位置指令生成部211输出的旋转角度的目标值θt、及由编码器35检测出的旋转角度的检测值θ的偏差θd。第1减法运算器212将表示偏差θd的信号输出至位置控制器213。

位置控制器213根据从第1减法运算器212输出的偏差θd，计算出旋转速度的目标值ωt。位置控制器213将表示目标值ωt的信号输出至第2减法运算器214及升压指令处理部218。

第2减法运算器214计算出从位置控制器213输出的旋转速度的目标值ωt、及由编码器35检测出的旋转速度的检测值ω的偏差ωd。第2减法运算器214将表示偏差ωd的信号输出至速度控制器215。

速度控制器215根据从第2减法运算器214输出的偏差ωd，计算出供给至步进电动机32的脉冲电流的目标值It、占空比及脉冲周期等目标值。速度控制器215将表示所计算出的目标值It等的信号输出至磁场削弱补偿器216。

磁场削弱补偿器216根据从速度控制器215输出的脉冲电流的目标值It，计算出旋转坐标系的d轴电流Id及q轴电流Iq。磁场削弱补偿器216根据目标值It和旋转速度的检测值ω，计算出电动机输出的目标值Pt。磁场削弱补偿器216在目标值Pt满足特定条件的情况下，将d轴电流Id设为磁场削弱电流，由此执行磁场削弱电流控制。磁场削弱补偿器216将表示电流Id、Iq的信号输出至坐标转换器217。

使用图3说明磁场削弱电流控制。图3的上部是表示将横轴设为转矩τ、将纵轴设为旋转速度ω时转矩τ和旋转速度ω的关系的特性图。图中点划线所表示的特性La是表示在不执行磁场削弱电流控制的情况下步进电动机32的最大响应频率区域的特性。具体而言，特性La是在二相(A相、B相)电动机中流通额定电流而进行全步驱动(fullstep drive)的情况下的特性。如特性La所呈现，在旋转速度较高的区域内，步进电动机32的转矩显着降低。

磁场削弱补偿器216事先设定磁场削弱补偿输出区域。磁场削弱补偿输出区域是图3中比实线Lb更右侧的区域、即标注影线的区域。实线Lb是使用电动机输出固定的反比例曲线而规定。如果电动机输出的目标值Pt在磁场削弱补偿输出区域内，则磁场削弱补偿器216执行磁场削弱电流控制。如果目标值Pt在磁场削弱补偿输出区域外，则磁场削弱补偿器216根据原本的特性La而驱动步进电动机32。

具体而言，磁场削弱补偿器216事先求出规定实线Lb的电动机输出的常数Pm。常数Pm是事先根据Pm＝K×ωs×I的公式计算出来。其中，K表示转矩常数(Nm/A)、ωs表示边界旋转速度(rad/sec)、及I表示额定电流(A)。K、ωs及I是步进电动机32的固有值。磁场削弱补偿器216根据Pt＝K×ω×It的公式计算出电动机输出的目标值Pt。在目标值Pt超过常数Pm的情况下，磁场削弱补偿器216执行磁场削弱电流控制。在目标值Pt为常数Pm以下的情况下，磁场削弱补偿器216不执行磁场削弱电流控制。

在执行磁场削弱电流控制的情况下，磁场削弱补偿器216根据ф＝cos^-1(Pm/Pt)的公式计算出相位ф。磁场削弱补偿器216根据Id＝It×sinф的公式计算出d轴电流Id。磁场削弱补偿器216根据Iq＝It×cosф的公式计算出q轴电流Iq。

例如，在电动机输出的目标值Pt示于图3中的点Pb的情况下，点Pb在磁场削弱补偿输出区域内，因此磁场削弱补偿器216执行磁场削弱电流控制。在此情况下，电流It、Id、Iq的关系示于图3下部。d轴电流Id是磁场削弱电流。因为电流Id如图3的下部所示为负值，所以在抵消反电动势的影响的方向上起作用。

返回图2，坐标转换器217将从磁场削弱补偿器216输出的旋转坐标系的电流Id、Iq转换为静止坐标系的电流Iα、Iβ。转换的具体示例示于图4。坐标转换器217将分别表示电流Iα、Iβ的信号输出至电流控制器23、24。

升压指令处理部218根据从位置控制器213输出的旋转速度的目标值ωt，判定是否对施加至步进电动机32的电动机电源电压进行升压。在进行升压的情况下，升压指令处理部218判定升压后的电动机电源电压(以下，称为升压电压)的电压值。升压指令处理部218将表示此等判定结果的信号输出至升压电路22。

升压电路22对从控制装置20的外部施加的控制装置电源电压进行升压，以此作为步进电动机32的电动机电源电压。控制装置电源电压是例如直流的24V。升压电路22将电动机电源电压施加至PWM逆变器25。

图5是表示升压电路22的电路图。如图5所示，升压电路22由DC/DC（直流-直流）控制器221、线圈L1、二极管D1、晶体管T1、电阻R1、R5、R6、升压电压调整部222、及电容器C1构成。

DC/DC控制器221、线圈L1、二极管D1、晶体管T1、电阻R1、R5、R6、及电容器C1作为对电压进行升压的电路而构成基本电路。在使DC/DC控制器221从输出端口P2施加至晶体管T1的栅极电压导通的情况下，能量存储在线圈L1中。在施加至晶体管T1的栅极电压为断开的情况下，存储在线圈L1中的能量作为电动机电源电压的成分而得以释放。DC/DC控制器221通过反复进行栅极电压的导通/断开，将电动机电源电压升压至高于控制装置电源电压的电压值。

DC/DC控制器221根据从升压指令处理部218输入至输入端口P1的信号CPU1，选择是否要升压。在施加至输入端口P1的电压为导通的情况下，DC/DC控制器221反复进行栅极电压的导通/断开。由此，DC/DC控制器221对电动机电源电压进行升压。在施加至输入端口P1的电压为断开的情况下，DC/DC控制器221不对电动机电源电压进行升压。在此情况下，电动机电源电压和控制装置电源电压相等，为24V。

在对电动机电源电压进行升压的情况下，DC/DC控制器221调整栅极电压的导通/断开的时机。由此，经由输入端口P3取得的点Pa的电压保持于固定，升压电压维持为特定电压值。

升压电压调整部222由电阻R2～R4及晶体管T2～T4构成。升压电压调整部222根据从升压指令处理部218输出的信号CPU2～CPU4，使电阻R2～R4各自导通。在信号CPU2～CPU4分别为导通、导通、及断开的情况下，升压电压调整部222使电阻R2、R3导通，不使电阻R4导通。由此，升压电压和点Pa的电压的比例根据电阻R2～R4的电阻值及信号CPU2～CPU4的导通/断开而变化。因为点Pa的电压是固定的，所以升压电压成为与变更的比例对应的电压值。升压电压调整部222根据信号CPU2～CPU4以26V、28V、…、40V这8组对电动机电源电压进行升压。升压电压的值可通过变更电阻R2～R4、R5、及R6各自的电阻值而任意设定。

返回图2，电流控制器23通过对PWM逆变器25输出控制信号，将从PWM逆变器25输出的A相信号的电流量保持为电流Iα。电流控制器23通过从电流检测器26取得电流量的检测值而稳定从PWM逆变器25输出的电流量。

电流控制器24和电流控制器23同样，通过从电流检测器27取得电流量的检测值，将从PWM逆变器25输出的B相信号的电流量保持为电流Iβ。

PWM逆变器25将A相及B相的脉冲信号作为用以驱动步进电动机的驱动信号输出至步进电动机32。A相及B相各自的脉冲信号的电流量是通过电流控制器23、24而保持为电流Iα、Iβ。A相及B相的脉冲信号的电压是从升压电路22供给的电动机电源电压。

使用图6说明控制装置20所执行的处理。

位置指令生成部211生成表示旋转角度的目标值θt的位置指令(步骤S101)。第1减法运算器212计算出旋转角度的目标值θt和检测值θ的偏差θd(步骤S102)。位置控制器213根据偏差θd而计算出旋转速度的目标值ωt(步骤S103)。第2减法运算器214计算出旋转速度的目标值ωt和检测值ω的偏差ωd(步骤S104)。速度控制器215根据旋转速度的偏差ωd而计算出电流的目标值It等(步骤S105)。

磁场削弱补偿器216及坐标转换器217执行电流控制处理(步骤S106)。使用图7说明电流控制处理。

磁场削弱补偿器216取得脉冲电流的目标值It及旋转速度的检测值ω(步骤S111)。

磁场削弱补偿器216根据目标值It及检测值ω而计算出电动机输出的目标值Pt(步骤S112)。

磁场削弱补偿器216通过将计算出的目标值Pt和事先设定的常数Pm进行比较，而判定目标值Pt是否位于磁场削弱补偿输出区域内(步骤S113)。

在判定目标值Pt在磁场削弱补偿输出区域内的情况下(步骤S113，Yes(是))，磁场削弱补偿器216执行磁场削弱电流控制。磁场削弱补偿器216计算出包含磁场削弱电流成分的电流Id、Iq(步骤S114)。

在判定目标值Pt不在磁场削弱补偿输出区域内的情况下(步骤S113，No(否))，磁场削弱补偿器216计算出不包含磁场削弱电流成分的电流Id、Iq(步骤S115)。磁场削弱补偿器216将电流Id设为零，且将电流Iq设为和电流It相等的电流量。

坐标转换器217将旋转坐标系的电流Id、Iq向静止坐标系的电流Iα、Iβ进行坐标转换(步骤S116)。

返回图6，继步骤S106的电流控制处理之后，升压指令处理部218及升压电路22执行升压处理(步骤S107)。用图8来说明升压处理。

升压指令处理部218从位置控制器213取得旋转速度的目标值ωt(步骤S121)。

升压指令处理部218判定旋转速度的目标值ωt是否为特定阈值以上(步骤S122)。特定阈值是例如400rpm。

在判定目标值ωt为特定阈值以上的情况下(步骤S122，Yes)，升压指令处理部218将信号CPU1的电压设定为导通(步骤S123)。

升压指令处理部218计算出和步进电动机32的旋转速度的目标值ωt对应的升压电压(步骤S124)。如图9所示，升压指令处理部218将旋转速度的额定范围中的特定阈值以上的范围分割成8个区域。旋转速度的额定范围是例如0～2000rpm。具体而言，和步进电动机32的旋转速度上升成比例而将步进电动机32的电动机电源电压分等级的往高设定。升压指令处理部218从多个电动机电源电压之中选择和包含目标值ωt的区域对应的特定升压电压。例如，在目标值ωt位于400～600rpm的区域内的情况下，升压指令处理部218选择26伏(volt)作为步进电动机32的电动机电源电压。如图9所示，升压指令处理部218是等量分割旋转速度的区域，同时等间隔地设定升压电压，但亦可任意设定所分割的区域及升压电压。

升压指令处理部218根据计算出的升压电压而设定信号CPU2～CPU4的导通/断开电压。由此，升压电路22将电动机电源电压升压至特定电压(步骤S125)。

步骤S122中，在判定目标值ωt不在特定阈值以上的情况下(步骤S122，No)，升压指令处理部218将信号CPU1的电压设定为断开(步骤S 126)。在此情况下，升压电路22不对电动机电源电压进行升压。

返回至图6，PWM逆变器25通过输出驱动信号而驱动步进电动机32(步骤S108)。

如以上所说明般，本实施方式中，升压指令处理部218是根据步进电动机32的旋转速度的目标值ωt而对步进电动机32的电动机电源电压进行运算。步进电动机32旋转时所产生的反电动势的影响是通过升高电动机电源电压而得到抑制。由此，可防止在旋转速度较高的区域内步进电动机32的转矩降低。

升压指令处理部218使升压电压根据旋转速度的目标值ωt而变化。此处，升压指令处理部218可在目标值ωt超过特定阈值的情况下，对步进电动机32的电动机电源电压进行运算，在目标值ωt小于特定阈值的情况下不进行运算。由此，不多余消耗电力，可防止在旋转速度较高的区域内步进电动机32的转矩降低。

升压指令处理部218通过执行程序而决定升压电压。也就是说，升压指令处理部218可自由变更和旋转速度的目标值ωt对应的升压电压。通过对升压电压进行微调，可有效地抑制反电动势的影响。

通过升压指令处理部218操作信号CPU2～CPU4的导通/断开，升压电路22对电动机电源电压进行升压。由此，可将升压电路22构成为简单的分立电路。

磁场削弱补偿器216在超出步进电动机32的最大响应频率区域的区域内执行磁场削弱电流控制，由此，相比仅执行升压处理的情况，可进一步抑制反电动势的影响。

(实施方式2)

对于实施方式2，以与所述实施方式1的不同点为中心进行说明。对与实施方式1的构成要素相同的构成要素分别附以相同的符号，省略对与实施方式1重复的部分的说明。

图10是表示实施方式2的升压电路22的电路图。如图10所示，升压电路22由DC/DC控制器221、线圈L1、二极管D1、晶体管T1、电阻R1、R5、R6、及电容器C1构成。DC/DC控制器221根据从升压指令处理部218输入至输入端口P1的信号CPU1，选择是否对电动机电源电压进行升压。

使用图11说明升压指令处理部218及升压电路22所执行的升压处理。

步骤S121～S123的处理和实施方式1相同。升压指令处理部218在步骤S123之后不计算升压电压，便结束升压处理。在步骤S122的判定结果为否定的情况下(步骤S122，No)，步骤S126以后的处理和实施方式1相同。由此，升压电路22如图12所示般，对应于旋转速度而对电动机电源电压进行升压。

如以上所说明般，本实施方式的升压电路22不包含用以调整升压电压的机构。在目标值ωt为特定阈值以上的情况下，升压电路22基于事先设定的电压而对步进电动机32的电动机电源电压进行升压。由此，可将升压电路22设为简单的构成。

(实施方式3)

对于实施方式3，以与所述实施方式1的不同点为中心进行说明。对与实施方式1的构成要素相同的构成要素分别附以相同的符号，省略对与实施方式1重复的部分的说明。

图13表示构成实施方式3的致动器系统的控制装置及线性致动器的方块图。如图13所示，升压指令处理部218从编码器35取得步进电动机32的旋转速度的检测值ω。升压指令处理部218根据检测值ω而判定是否要进行升压。在进行升压的情况下，升压指令处理部218判定升压电压。升压指令处理部218将表示此等判定结果的信号输出至升压电路22。

使用图14说明升压指令处理部218及升压电路22所执行的升压处理。

升压指令处理部218从编码器35取得旋转速度的检测值ω(步骤S31)。升压指令处理部218判定检测值ω是否为特定阈值以上(步骤S32)。

在判定检测值ω为特定阈值以上的情况下(步骤S32，Yes)，升压指令处理部218和实施方式1同样将信号CPU1设定为导通。升压指令处理部218计算出和检测值ω对应的升压电压(步骤S34)。检测值ω及升压电压的对应关系和实施方式1的目标值ωt及升压电压的对应关系(参照图9)相同。升压指令处理部218和实施方式1同样地设定信号CPU2～CPU4的导通/断开。

在不判定检测值ω为特定阈值以上的情况下(步骤S32，No)，升压指令处理部218所执行的处理和实施方式1相同。

如以上所说明般，本实施方式中，升压指令处理部218根据步进电动机32的旋转速度的检测值ω，对步进电动机32的电动机电源电压进行运算。由此，控制装置20可根据实际旋转速度而将脉冲电压施加至步进电动机32。

本实施方式中，控制装置20具备反馈步进电动机32的旋转速度的检测值ω的机构。反馈机构是通过包括升压指令处理部218的运算部21执行反馈控制而实现，但并不限于此。例如，控制装置20也可如图15所示，使用由分立电路构成的升压指令处理电路28执行反馈控制。在此情况下，可抑制对运算部21施加的处理负荷，因此可由廉价CPU等构成运算部21。

(实施方式4)

对于实施方式4，以与所述实施方式1的不同点为中心进行说明。对与实施方式1的构成要素相同的构成要素分别附以相同的符号，省略对与实施方式1重复的部分的说明。

图16表示构成实施方式4的致动器系统的控制装置及线性致动器的方块图。如图16所示，运算部21由位置指令生成部211、第1减法运算器212、位置控制器213、第2减法运算器214、速度控制器215、磁场削弱补偿器216、坐标转换器217、升压指令处理部218及动态模型生成部219构成。

动态模型生成部219取得旋转角度的目标值θt，并根据目标值θt而生成包含步进电动机32、滚珠螺杆33及滑块34等的机械系动态模型。动态模型生成部219计算出模型化的步进电动机的旋转速度ωm。动态模型生成部219将表示旋转速度ωm的信号输出至升压指令处理部218。所生成的动态模型也可是仅步进电动机32的旋转速度被模型化的简略模型。

升压指令处理部218从动态模型生成部219取得被模型化的旋转速度ωm。升压指令处理部218根据旋转速度ωm而判定是否要对电动机电源电压进行升压。在进行升压的情况下，升压指令处理部218判定升压电压。升压指令处理部218将表示此等判定结果的信号输出至升压电路22。

使用图17说明动态模型生成部219、升压指令处理部218及升压电路22所执行的升压处理。

动态模型生成部219从位置指令生成部211取得旋转角度的目标值θt(步骤S41)。动态模型生成部219根据目标值θt而生成动态模型(步骤S42)。动态模型生成部219计算出被模型化的旋转速度ωm(步骤S43)。

升压指令处理部218判定旋转速度ωm是否为特定阈值以上(步骤S44)。在判定旋转速度ωm为特定阈值以上的情况下(步骤S44，Yes)，升压指令处理部218和实施方式1同样地将信号CPU1设定为导通。升压指令处理部218根据旋转速度ωm计算出升压电压(步骤S45)。旋转速度ωm及升压电压的对应关系和实施方式1的目标值ωt及升压电压的对应关系(参照图9)相同。升压指令处理部218和实施方式1同样地设定信号CPU2～CPU4的导通/断开。在步骤S44中判定旋转速度ωm不在特定阈值以上的情况下(步骤S44，No)，升压指令处理部218和实施方式1同样地将信号CPU1设定为断开，并结束升压处理。

如以上所说明般，本实施方式中，动态模型生成部219利用包含步进电动机32的机械系动态模型而预测步进电动机32的旋转速度。升压指令处理部218根据所预测的旋转速度ωm而对步进电动机32的电动机电源电压进行运算。由此，控制装置20可更有效地对步进电动机的电动机电源电压进行运算。例如在已生成精确的预测模型的情况下，升压指令处理部218及升压电路22可一边预测步进电动机32的旋转速度，一边升压至合适的电压。在取得控制装置20或线性致动器30的使用历史而生成模型的情况下，可执行适于长年累月而劣化的装置的升压。

(实施方式5)

对于实施方式5，以与所述实施方式1的不同点为中心进行说明。对与实施方式1的构成要素相同的构成要素分别附以相同的符号，省略对与实施方式1重复的部分的说明。

图18表示构成本实施方式的致动器系统的控制装置及线性致动器的方块图。如图18所示，升压指令处理部218从第1减法运算器212取得步进电动机32的旋转角度的目标值θt和步进电动机32的旋转角度的检测值θ的偏差θd。偏差θd是和步进电动机32的旋转速度对应的物理量。

使用图19具体说明偏差θd和旋转速度的关系。在步进电动机32的旋转角度的目标值θt和检测值θ相等的情况下，步进电动机32无需旋转，因此旋转速度成为零。在偏差θd为零的情况下，旋转速度为零。在步进电动机32的旋转角度的目标值θt大于检测值θ的情况下，步进电动机32必须增加旋转角度，因此旋转速度成为正值。在偏差θd为正值的情况下，旋转速度成为正值。在偏差θd为负值的情况下，旋转速度成为负值。如果偏差θd的绝对值变大，则旋转速度的绝对值成为较大的值。

返回图18，升压指令处理部218根据偏差θd而判定是否要对电动机电源电压进行升压。在升压的情况下，升压指令处理部218判定升压电压。升压指令处理部218将表示此等判定结果的信号输出至升压电路22。

使用图20说明升压指令处理部218及升压电路22所执行的处理。

升压指令处理部218从第1减法运算器212取得偏差θd(步骤S51)。

升压指令处理部218判定偏差θd的绝对值是否为特定阈值以上(步骤S52)。例如在图19中，特定阈值是和400rpm的旋转速度对应的值Th。

在判定偏差θd的绝对值为阈值Th以上的情况下(步骤S52，Yes)，升压指令处理部218将信号CPU1的电压设定为导通(步骤S53)。

升压指令处理部218计算出和偏差θd的绝对值对应的升压电压(步骤S54)。如图21所示，升压指令处理部218将阈值Th以上的范围分割为8个区域。具体而言，和偏差θd的上升成比例而将步进电动机32的电动机电源电压分等级的往高设定。升压指令处理部218从多个电动机电源电压之中选择和包含偏差θd的绝对值的区域对应的特定升压电压。

升压指令处理部218根据所选择的升压电压，设定信号CPU2～CPU4的导通/断开电压。由此，升压电路22将电动机电源电压升压至特定电压(步骤S55)。

在步骤S52中判定出偏差θd的绝对值不在阈值Th以上的情况下(步骤S52，No)，升压指令处理部218将信号CPU1设定为断开(步骤S56)。在此情况下，升压电路22不对电动机电源电压进行升压。

如以上所说明般，本实施方式中，升压指令处理部218不执行旋转速度的运算，而根据步进电动机32的旋转角度的目标值和步进电动机32的旋转角度的检测值的偏差θd，对步进电动机的电动机电源电压进行运算。由此，控制装置20可更高速地执行升压处理。

以上，对实施方式1～5进行了说明，但本发明并不限定于所述实施方式。

在上述实施方式中，位置指令生成部211生成了旋转角度的目标值θt，但也可代替旋转角度而生成X轴上的滑块34的位置的目标值。另外，线性致动器30包括旋转编码器作为编码器35，但也可包括检测滑块34的位置的线性编码器。

在上述实施方式中，升压电压调整部222包括晶体管T2～T4，但也可包括4个以上的晶体管。也就是说，也可增加旋转速度的额定范围中的执行升压处理的范围的分割数目。在此情况下，可和旋转速度对应而更平稳地设定升压电压，因此可实现有效升压。

升压电压调整部222也可包括2个以下的晶体管。也就是说，也可减少旋转速度的额定范围中的执行升压处理的范围的分割数目。在此情况下，可将升压电压调整部222设为简单的构成。

在上述实施方式中，步进电动机32是作为线性致动器30的驱动源，但控制装置20也可对其他装置所包括的步进电动机供给脉冲电力。

在上述实施方式中，速度控制器215是根据旋转速度的偏差ωd而计算出脉冲电流的目标值It，但也可仅根据旋转速度的目标值ωt而计算出目标值It。

在上述实施方式中，磁场削弱补偿器216是根据旋转速度的检测值ω而计算出电动机输出的目标值Pt，但也可根据目标值ωt而计算。具体而言，磁场削弱补偿器216也可根据Pt＝K×ωt×It的公式而计算出目标值Pt。

在所述实施方式中，磁场削弱补偿输出区域是由电动机输出的常数Pm规定，但也可设为任意区域。如图3所示，磁场削弱补偿输出区域是设为超出步进电动机32的最大响应频率区域而不和该最大响应频率区域重合的区域，但并不限于此。也可通过将磁场削弱补偿输出区域设定得和最大响应频率区域的一部分重叠，以此有效地执行磁场削弱电流控制。

在所述实施方式中，控制装置20是根据步进电动机32的旋转状态设定电动机电源电压。具体而言，在实施方式1～3中是升压指令处理部218根据旋转速度ωt、ω对电动机电源电压进行运算，在实施方式4中是动态模型生成部219及升压指令处理部218根据旋转角度θt对电动机电源电压进行运算，在实施方式5中是升压指令处理部218根据偏差θd对电动机电源电压进行运算。并不限于此，也可由控制装置20根据还包含例如角加速度的旋转状态对电动机电源电压进行运算。

在所述实施方式中，为了便于理解，升压指令处理部218是在计算出升压电压之后，再设定信号CPU2～CPU4，但并不限于此。实施方式1的升压指令处理部218也可根据旋转速度的目标值ωt而直接设定信号CPU2～CPU4的导通/断开。在此情况下，省略计算升压电压的处理，因此可更高速地调整升压电压。

本发明可在不脱离本发明的广义的精神及范围的情况下获得各种实施方式及变形。所述实施方式用以说明本发明，并不限定本发明的范围。

Claims (11)

1.一种控制装置，其特征在于包括：

驱动单元，其将用以驱动步进电动机的驱动信号供给至所述步进电动机；

运算单元，其根据所述步进电动机的输出状态而对所述驱动信号的升压电压进行运算；及

升压单元，其根据所述运算单元所运算出的升压电压而对所述驱动信号进行升压。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述运算单元根据所述步进电动机的旋转速度的目标值而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述运算单元根据所述步进电动机的旋转速度的检测值而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于包括动态模型生成单元，该动态模型生成单元计算出以包含所述步进电动机的机械系动态模型预测的所述步进电动机的旋转速度，且

所述运算单元根据由所述动态模型生成单元计算出的所述步进电动机的旋转速度而对所述驱动信号的升压电压进行运算。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述运算单元根据所述步进电动机的旋转角度的目标值和所述步进电动机的旋转角度的检测值的偏差，对所述驱动信号的升压电压进行运算。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的控制装置，其特征在于：所述运算单元将从多个电压中选择出的电压作为所述驱动信号的升压电压，所述多个电压为与所述步进电动机的旋转速度的上升成比例而分等级往高设定的多个电压。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制装置，其特征在于：所述运算单元在所述步进电动机的输出状态超过特定阈值的情况下，对所述驱动信号的升压电压进行运算。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制装置，其特征在于：所述升压单元基于事先设定的电压而对所述驱动信号进行升压。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制装置，其特征在于包括磁场削弱控制单元，该磁场削弱控制单元在超出所述步进电动机的最大响应频率区域的区域内，进行削弱所述驱动信号的磁场电流的控制。

10.一种致动器系统，其特征在于包括：步进电动机；及控制所述步进电动机的权利要求1至9中任一项所述的控制装置。

11.一种控制方法，控制用以驱动步进电动机的驱动信号的升压电压，其特征在于：根据所述步进电动机的输出状态而对所述驱动信号的升压电压进行运算，并根据运算出的升压电压而对所述驱动信号进行升压。

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