CN103155404A - 步进马达的微步驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

目的在于得到一种即使摩擦转矩等变化也无需预驱动而能够降低定位转矩的影响所致的转矩变动的步进马达的微步驱动控制装置，具备：相位差推测部，根据马达的检测电流以及指令值推测电流相对指令值的推测相位差；低速时马达旋转角推测部，根据检测电流以及微步驱动信号，推测低速旋转时的推测马达旋转角θ_MEL；高速时马达旋转角推测部，根据推测相位差以及指令值，推测高速旋转时的推测马达旋转角θ_MEH；加法部，根据指令值以适合的比例将推测马达旋转角θ_MEL以及θ_MEH进行相加来推测推测马达旋转角θ_ME；定位转矩推测部，根据推测马达旋转角θ_ME推测推测定位转矩；和补偿信号生成部，根据推测定位转矩以及推测马达旋转角θ_ME生成补偿信号。

Description

步进马达的微步驱动控制装置

技术领域

本发明涉及步进马达的微步（micro-step）驱动控制装置。

背景技术

步进马达的微步驱动是通过使对步进马达的各相施加的电流的大小阶段性地变化而使电流波形接近正弦波从而降低马达旋转中的转矩变动的驱动控制方法。通过降低该转矩变动，能够无旋转不均匀且低振动地旋转驱动步进马达。但是，在内部具有永久磁铁的步进马达的情况下，由于步进马达在无励磁时产生的保持转矩（以下称为定位转矩（detent torque））的影响，即使进行微步驱动有时也无法降低旋转驱动中的转矩变动。

在以往的步进马达的微步驱动装置中，为了去除所述定位转矩的影响，在使用步进马达之前，预驱动所述步进马达，并通过编码器等位置传感器来测定该预驱动中的目标旋转角度与实际的应答旋转角度之差，随着时间推移求出用于去除该差所需的校正电流值，将所求出的校正电流值预先存储到存储介质。实际上，在使用所述步进马达时，根据从所述步进马达的驱动开始的时间点起的时间经过，读入所述存储介质中存储的校正电流值，将该读入的校正电流值附加到微步驱动的基本电流值而旋转驱动所述步进马达（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开平1－107700号公报

发明内容

在以往的步进马达的微步驱动装置中，需要针对所使用的每个步进马达事先实施基于预驱动的校正电流值的测定，所以具有在步进马达驱动系统的开发中花费时间这样的问题。

另外，根据从步进马达的驱动开始的时间点起的时间经过而进行校正电流值的读入，所以如果由于所述步进马达的绕驱动轴的摩擦转矩的经年变化等而在预驱动时的马达旋转角的时刻变化和所述步进马达使用时的马达旋转角的时刻变化中发生一点点的差错，也会在从存储介质读出的校正电流值与实际上定位转矩的校正中所需的校正电流值之间产生时间差，成为相位误差。如果使用包含该相位误差的校正电流值来旋转驱动所述步进马达，则存在不仅无法降低转矩变动、而且在最坏的情况下使转矩变动进一步增加这样的问题。

本发明是为了解决上述那样的问题点而完成的，其目的在于提供一种步进马达的微步驱动控制装置，无需为了降低定位转矩的影响所致的转矩变动而进行基于预驱动的校正电流值的测定等事先作业，并且即使马达驱动条件由于摩擦转矩的经年变化等而发生了变化的情况下，也能够降低所述转矩变动。

本发明的步进马达的微步驱动控制装置具备：驱动器，驱动步进马达；控制电路，向驱动器提供微步驱动信号；指令值生成部，向控制电路提供指令值；电流检测器，检测步进马达中流过的实际电流；相位差推测部，根据由电流检测器检测的检测电流以及指令值，推测检测电流相对指令值的推测相位差；低速时马达旋转角推测部，根据检测电流以及微步驱动信号，推测步进马达在无法以规定的精度推测推测相位差的低速下进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEL；高速时马达旋转角推测部，根据推测相位差以及指令值，推测步进马达高速旋转时的推测马达旋转角θ_MEH；加法部，基于放大值根据指令值而分别变化的低速推测角增益以及高速推测角增益，以适合的比例将推测马达旋转角θ_MEL以及推测马达旋转角θ_MEH进行相加来推测推测马达旋转角θ_ME；定位转矩推测部，根据推测马达旋转角θ_ME，推测推测定位转矩；以及补偿信号生成部，根据推测定位转矩以及推测马达旋转角θ_ME，生成补偿信号。

本发明能够提供一种步进马达的微步驱动控制装置，无需为了降低定位转矩的影响所致的转矩变动而进行基于预驱动的校正电流值的测定等事先作业，并且即使马达驱动条件由于摩擦转矩的经年变化等而发生了变化的情况下，也能够降低所述转矩变动。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的步进马达的微步驱动控制装置的结构的框图。

图2是示出本发明的实施方式1的步进马达的微步驱动控制装置的马达旋转角推测部的详细内容的框图。

图3是示出本发明的实施方式3的步进马达的微步驱动控制装置的结构的框图。

图4是示出本发明的实施方式3的步进马达的微步驱动控制装置的动作流程的流程图。

图5是示出本发明的实施方式4的步进马达的微步驱动控制装置的结构的框图。

图6是示出本发明的实施方式5的步进马达的微步驱动控制装置的结构的框图。

（符号说明）

1：步进马达；2：微步驱动控制装置；3：驱动器；4：控制电路；5：指令值生成部；6：电流检测器；7：推测运算部；8：马达旋转角推测部；9：定位转矩推测部；10：补偿信号生成部；11：相位差推测部；12：低速时马达旋转角推测部；13：高速时马达旋转角推测部；14：加法部；15：低速时推测旋转角放大部；16：高速时推测旋转角放大部；17：加法器；18：存储介质；19：第1切换开关；20：第2切换开关；100：第1步骤；101：第2步骤；102：第3步骤；103：第4步骤。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出实施方式1的步进马达1的微步驱动控制装置2的结构的框图，图2是示出该装置中的马达旋转角推测部8的详细内容的框图。

首先，参照图1以及图2，说明实施方式1中的步进马达1的微步驱动控制装置2的结构。

在图1中，步进马达1的微步驱动控制装置2具备：驱动器3，对步进马达1的各相施加励磁电流而旋转驱动步进马达1；控制电路4，生成微步驱动信号而输出到驱动器3；指令值生成部5，生成向步进马达1的旋转角度/角速度的指令值并输出到控制电路4；电流检测器6，检测由驱动器3对步进马达1施加的实际电流，并输出所检测出的检测电流；以及推测运算部7，根据所述检测电流、所述指令值以及所述微步驱动信号，将补偿信号输出到控制电路4。

推测运算部7在物理上由微型计算机等运算处理装置构成，包括：马达旋转角推测部8，根据所述检测电流、所述指令值以及所述微步驱动信号来推测马达旋转角；定位转矩推测部9，根据所述推测的马达旋转角（以下，称为推测马达旋转角θ_ME），推测当前的定位转矩；以及补偿信号生成部10，根据所述推测的定位转矩（以下，称为推测定位转矩）以及所述推测马达旋转角θ_ME，生成用于补偿定位转矩的所述补偿信号并输出到控制电路4。

在图2中，马达旋转角推测部8具有：相位差推测部11，根据所述指令值以及所述检测电流，推测所述检测电流相对所述指令值的相位差；低速时马达旋转角推测部12，根据所述微步驱动信号以及所述检测电流，推测步进马达低速旋转时的马达旋转角；高速时马达旋转角推测部13，根据由相位差推测部11推测的所述相位差（以下，称为推测相位差）以及所述指令值，推测马达高速旋转时的马达旋转角；和加法部14，根据所述推测的步进马达低速旋转时的马达旋转角（以下，称为推测马达旋转角θ_MEL）、所述推测的步进马达高速旋转时的马达旋转角（以下，称为推测马达旋转角θ_MEH）以及所述指令值，输出所述推测马达旋转角θ_ME。

加法部14包括：低速时推测旋转角放大部15，输入推测马达旋转角θ_MEL以及所述指令值，对推测马达旋转角θ_MEL乘以放大值根据所述指令值而变化的低速推测角增益K_L并输出；高速时推测旋转角放大部16，输入推测马达旋转角θ_MEH以及所述指令值，对推测马达旋转角θ_MEH乘以放大值根据所述指令值而变化的高速推测角增益K_H并输出；和加法器17，将这些低速时推测旋转角放大部15以及高速时推测旋转角放大部16的输出进行相加，而计算所述推测马达旋转角θ_ME。

接下来，参照图1以及图2，说明图1和图2的各模块的动作。

其中，关于步进马达1、驱动器3以及指令值生成部5，由于与在一般的步进马达的微步驱动控制装置中使用的部件的动作相同，所以省略说明。另外，以下为了易于理解，作为步进马达1，以2相类型的步进马达为对象进行说明，但作为对象不限于此，还能够应用于具有单相、3相以上的相数的步进马达。以下面的2相类型的步进马达为对象的说明能够容易地扩展到具有单相、3相以上的相数的步进马达。

电流检测器6是检测对步进马达1的各相施加的实际电流的检测器，作为电流检测器6，能够利用为了检测电流而一般使用的利用了霍尔效应的电流传感器、对为了检测电流而调整了温度电阻系数的电阻等的电流进行检测的技术。

低速时马达旋转角推测部12根据作为2相类型的步进马达1的基础电压方程式的公式1以及公式2来推测马达旋转角。

[公式1]

$L\·{\stackrel{\·}{I}}_A+R\·I_A=V_A+V_{\mathrm{A\ω}}$

[公式2]

$L\·{\stackrel{\·}{I}}_B+R\·I_B=V_B+V_{\mathrm{B\ω}}$

此处，I_A是A相绕组中流过的电流，I_B是B相绕组中流过的电流，V_A是从驱动器3输出到步进马达1的向A相绕组的微步驱动电压信号，V_B是向B相绕组的微步驱动电压信号，V_Aω是在A相绕组中感应的速度感应电压，V_Bω是在B相绕组中感应的速度感应电压，L是步进马达1的电感，R是步进马达1的绕组电阻。A相绕组的速度感应电压V_Aω和B相绕组的速度感应电压V_Bω如公式3以及公式4所示。

[公式3]

$V_{\mathrm{A\ω}}=K_E\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_M\·\sin \left\{\frac{\mathrm{\π}}{2}(\frac{{\mathrm{\θ}}_M}{\mathrm{\λ}}+\frac{1}{2})\right\}$

[公式4]

$V_{\mathrm{B\ω}}=K_E\·{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_M\·\sin \left\{\frac{\mathrm{\π}}{2}(\frac{{\mathrm{\θ}}_M}{\mathrm{\λ}}-\frac{1}{2})\right\}$

此处，K_E是步进马达1的感应电压常数，θ_M是步进马达1的旋转角，λ是步进马达1的基本步进角。如果使用拉普拉斯算子s，根据公式1和公式2来计算A相绕组的速度感应电压V_Aω与B相绕组的速度感应电压V_Bω之比，则得到公式5的关系。

[公式5]

$\frac{V_{\mathrm{B\ω}}}{V_{\mathrm{A\ω}}}=\frac{(L\·s+R)\·I_A-V_A}{(L\·s+R)\·I_B-V_B}$

公式5通过将右边的分母、分子分别除以（L·s+R）从而变形为公式6。

[公式6]

$\frac{V_{\mathrm{B\ω}}}{V_{\mathrm{A\ω}}}=\frac{I_A-\frac{V_A}{L\·s+R}}{I_B-\frac{V_B}{L\·s+R}}$

另一方面，如果根据公式3和公式4同样地计算A相绕组的速度感应电压V_Aω与B相绕组的速度感应电压V_Bω之比，则得到公式7的关系。

[公式7]

$\frac{V_{\mathrm{B\ω}}}{V_{\mathrm{A\ω}}}=\tan \left\{\frac{\mathrm{\π}}{2}(\frac{{\mathrm{\θ}}_M}{\mathrm{\λ}}-\frac{1}{2})\right\}$

根据公式6和公式7，作为计算马达旋转角θ_M的推测值θ_MEL的式子，得到公式8。

[公式8]

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{MEL}}=\frac{2\mathrm{\λ}}{\mathrm{\π}}({\tan }^{-1}\left(\frac{I_A-I_{A0}}{I_B-I_{B0}}\right)+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

此处，I_A0和I_B0分别如以下的公式9以及公式10所示。

[公式9]

$I_{A0}=\frac{V_A}{L\·s+R}$

[公式10]

$I_{B0}=\frac{V_B}{L\·s+R}$

使用公式8、公式9以及公式10的关系式，将电流检测器6检测出的A相的实际电流（检测电流）和B相的实际电流（检测电流）分别代入到I_A和I_B，并将从驱动器3输出的向A相的微步驱动信号以及向B相的微步驱动信号分别代入到V_A和V_B，从而能够计算步进马达1的当前的旋转角θ_M的推测值即推测马达旋转角θ_MEL。

但是，推测马达旋转角θ_MEL由于附随电流检测器6而使用的高频噪声屏蔽用的低通滤波器的影响、步进马达1的线圈电感L和绕组电阻R的影响，相位相对马达旋转角θ_M稍有延迟。在步进马达1的旋转速度是低速的情况下，该相位延迟不会对定位转矩的补偿造成影响，但在所述旋转速度成为高速的情况下，造成大的影响。

相位差推测部11推测检测电流相对电流指令值的相位差。首先，根据由电流检测器6检测的A相绕组中流过的电流I_A、和B相绕组中流过的电流I_B，基于公式11，计算施加电流的大小I₀。

[公式11]

$I_0=\sqrt{I_A^2+I_B^2}$

此处，设为根据马达旋转角的指令值θ^*，分别如公式12以及公式13那样提供无相位延迟的理想的A相电流指令波形I_A ^*以及B相电流指令波形I_B ^*。

[公式12]

$I_A^{*}=\cos (\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\θ}}^{*}}{2\mathrm{\λ}}+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

[公式13]

$I_B^{*}=\sin (\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\θ}}^{*}}{2\mathrm{\λ}}+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

此时，分别如公式14以及公式15那样表示A相绕组中流过的电流I_A以及B相绕组中流过的电流I_B。

[公式14]

$I_A=I_0\·\cos (\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\θ}}^{*}}{2\mathrm{\λ}}+\frac{\mathrm{\π}}{4}+\mathrm{\γ})$

[公式15]

$I_B=I_0\·\sin (\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\θ}}^{*}}{2\mathrm{\λ}}+\frac{\mathrm{\π}}{4}+\mathrm{\γ})$

此处，γ是检测电流相对电流指令值的相位差。

通过使用公式12、公式13、公式14以及公式15的关系式来计算公式16，能够推测检测电流相对电流指令值的相位差的推测值（推测相位差γ）。

[公式16]

$\mathrm{\γ}={\cos }^{-1}(I_A^{*}\·\frac{I_A}{I_0}+I_B^{*}\·\frac{I_B}{I_0})$

高速时马达旋转角推测部13根据由相位差推测部11推测的推测相位差γ来推测马达旋转角。

如果使用马达旋转角的指令值θ^*和实际的马达的旋转角θ_M的偏差Δθ来写出A相绕组中流过的电流I_A以及B相绕组中流过的电流I_B，则分别如公式17以及公式18所示。

[公式17]

$I_A=I_0\·\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2\mathrm{\λ}}({\mathrm{\θ}}^{*}+\mathrm{\Δ\θ})+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

[公式18]

$I_B=I_0\·\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2\mathrm{\λ}}({\mathrm{\θ}}^{*}+\mathrm{\Δ\θ})+\frac{\mathrm{\π}}{4})$

此处，根据公式14和公式15、以及公式17和公式18的关系式，得到公式19。根据该公式19，能够计算与推测相位差γ相当的马达旋转角的偏差Δθ。

[公式19]

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{2\mathrm{\λ}}{\mathrm{\π}}\mathrm{\γ}$

通过将用公式19计算的马达旋转角的偏差Δθ利用于公式20的关系式，能够求出当前的旋转角θ_M的推测值即推测马达旋转角θ_MEH。

[公式20]

θ_MEH=θ^*-Δθ

马达旋转角的推测值θ_ME的推测中使用的推测相位差γ在步进马达低速旋转时是非常小的值，由于噪声等的影响而难以提高推测精度。因此，当步进马达1在无法以适合的精度推测推测相位差γ的低速下进行旋转时，使用推测相位差γ来推测的推测马达旋转角θ_MEH的精度低于不使用推测相位差γ而求出的推测马达旋转角θ_MEL。另一方面，在步进马达高速旋转时，相位差成为用于进行推测值θ_ME的推测而充分的大小，所以能够在高速旋转时以高精度推测推测马达旋转角θ_MEH。

低速时推测旋转角放大部15根据所述指令值以适合的比例对低速时的推测马达旋转角θ_MEL进行放大。另外，高速时推测旋转角放大部16根据所述指令值以适合的比例对高速时的推测马达旋转角θ_MEH进行放大。这些适合的比例的放大是指满足公式21所示的关系的放大，根据推测马达旋转角推测值θ_MEL以及推测马达旋转角推测值θ_MEH，计算作为马达旋转角推测部8的输出的推测马达旋转角θ_ME。

[公式21]

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ME}}=(1-\mathrm{\ρ}\left({\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}^{*}\right))\·{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{MEL}}+\mathrm{\ρ}\left({\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}^{*}\right)\·{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{MEH}}$

此处，公式21的右边第1项的θ_MEL的系数（1－ρ（dθ/dt^*））是低速推测角增益K_L，右边第2项的θ_MEH的系数ρ（dθ/dt^*）是高速推测角增益K_H。另外，系数ρ（dθ/dt^*）被设定为在马达角速度的指令值dθ/dt^*的函数中满足公式22。

[公式22]

$\mathrm{\&rho;}\left({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{*}\right)=\left\{\begin{array}{c}0({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{*}\&ap;0)\\ 0~1(0<{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{*}<\mathrm{\&omega;})\\ 1({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{*}\&ap;\mathrm{\&omega;})\end{array}\right.$

此处，ω是马达旋转角推测值θ_MEL的误差变得显著的角速度，设定例如根据步进马达1的电感L和绕组电阻R计算的角速度ω_c=R/L等。作为满足公式22的系数ρ（dθ/dt^*）的函数考虑各种函数，能够根据驱动条件、所使用的马达特性来设计。

如公式21以及公式22所示，使用低速推测角增益K_L以及高速推测角增益K_H来推测推测马达旋转角θ_ME，从而在马达角速度充分低速的情况下能够输出向推测马达旋转角θ_MEL的值渐进的推测值，在高速的情况下能够输出向推测马达旋转角θ_MEH的值渐进的推测值。由此，能够不依赖于马达角速度的大小，而始终高精度地推测马达旋转角。另外，构成为并非根据马达角速度来切换并输出推测马达旋转角θ_MEL以及推测马达旋转角θ_MEH，而是按照适合的比例将推测马达旋转角θ_MEL以及推测马达旋转角θ_MEH进行相加并输出，所以推测马达旋转角θ_ME不会由于马达角速度而变得不连续。

定位转矩推测部9使用由马达旋转角推测部8推测的推测马达旋转角θ_ME，根据表示定位转矩的1次分量的公式23，推测步进马达1的旋转角θ_M下的定位转矩的推测值即推测定位转矩T_ME（θ_M）。

[公式23]

$T_{\mathrm{ME}}\left({\mathrm{\&theta;}}_M\right)\&ap;T_{M0}\&CenterDot;\sin \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ME}}}{\mathrm{\&lambda;}}\right)$

此处，T_M0是马达的目录等中记载的定位转矩的最大值。

补偿信号生成部10生成用于去除由定位转矩推测部9推测的推测定位转矩T_ME的影响并降低定位转矩的影响所致的转矩变动的补偿信号。关于由补偿信号生成部10生成的补偿信号，根据由定位转矩推测部9推测的推测定位转矩T_ME以及由马达旋转角推测部8推测的推测马达旋转角θ_ME，基于公式24以及公式25，生成向A相绕组的补偿信号ΔV_A以及向B相绕组的补偿信号ΔV_B。

[公式24]

$\mathrm{\&Delta;}{V}_A=-\frac{T_{\mathrm{ME}}}{K_T}\{R\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&beta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L\&CenterDot;{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\mathrm{ME}}}{\mathrm{\&lambda;}}(2\cos \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&beta;}+\frac{1}{2}\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&beta;})\}$

[公式25]

$\mathrm{\&Delta;}{V}_B=-\frac{T_{\mathrm{ME}}}{K_T}\{R\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&beta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L\&CenterDot;{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\mathrm{ME}}}{\mathrm{\&lambda;}}(2\cos \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&beta;}-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&beta;})\}$

此处，K_T是步进马达1的转矩常数，变量α和变量β分别如公式26以及公式27所示。

[公式26]

$a=2\mathrm{\&pi;}\frac{{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ME}}}{\mathrm{\&lambda;}}$

[公式27]

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ME}}}{\mathrm{\&lambda;}}+\frac{1}{2})$

控制电路4通过对补偿信号生成部10所生成的向A相绕组的补偿信号ΔV_A以及向B相绕组的补偿信号ΔV_B分别相加作为微步驱动信号的基本信号的正弦波状的A相驱动信号V_A0以及B相驱动信号V_B0，从而如公式28以及公式29所示，生成向A相的微步驱动信号V_A和向B相的微步驱动信号V_B。然后，将所生成的A相驱动信号V_A以及B相驱动信号V_B发送到驱动器3。

[公式28]

V_A=V_A0+ΔV_A

[公式29]

V_B＝V_B0+ΔV_B

如果将发送到驱动器3的A相驱动信号V_A以及B相驱动信号V_B中分别包含的向A相绕组的补偿信号ΔV_A以及向B相绕组的补偿信号ΔV_B分别通过驱动器3而施加到步进马达1，则公式30以及公式31所示的A相绕组中的补偿电流ΔI_A以及B相绕组中的补偿电流ΔI_B流入步进马达1的各相的绕组。

[公式30]

$\mathrm{\&Delta;}{I}_A=\frac{\mathrm{\&Delta;}{V}_A}{L\&CenterDot;s+R}=-\frac{T_{\mathrm{ME}}}{K_T}\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&beta;}$

[公式31]

$\mathrm{\&Delta;}{I}_B=\frac{\mathrm{\&Delta;}{V}_B}{L\&CenterDot;s+R}=\frac{T_{\mathrm{ME}}}{K_T}\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\cos \mathrm{\&beta;}$

如果将A相绕组中的补偿电流ΔI_A以及B相绕组中的补偿电流ΔI_B施加到步进马达1，则在步进马达1中产生补偿转矩Δτ。能够根据表示2相步进马达的施加电流与输出转矩τ的关系的公式32，求出此时产生的补偿转矩Δτ。

[公式32]

$\mathrm{\&tau;}=-K_T\&CenterDot;<I_A\&CenterDot;\sin \left\{\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_M}{\mathrm{\&lambda;}}+\frac{1}{2})\right\}+I_B\&CenterDot;\sin \left\{\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_M}{\mathrm{\&lambda;}}-\frac{1}{2})\right\}>$

具体而言，向公式32的A相绕组电流I_A以及B相绕组电流I_B代入分别根据公式30以及公式31求出的A相绕组中的补偿电流ΔI_A以及B相绕组中的补偿电流ΔI_B，能够得到求出补偿转矩Δτ的公式33。

[公式33]

Δτ＝T_ME·sinα

根据公式33求出的补偿转矩Δτ与公式23所示的由定位转矩推测部9推测的推测定位转矩T_ME一致。因此，根据由补偿信号生成部10生成的向A相绕组的补偿信号ΔV_A以及向B相绕组的补偿信号ΔV_B来旋转驱动步进马达1，从而在马达1中生成消除由定位转矩推测部9推测的推测定位转矩T_ME的补偿转矩Δτ，降低了定位转矩的影响所致的变动转矩。

如以上那样，本实施方式的步进马达1的微步驱动控制装置2具备：驱动器3，驱动步进马达1；控制电路4，向驱动器3提供微步驱动信号；指令值生成部5，向控制电路4提供指令值；电流检测器6，检测步进马达1中流过的实际电流；相位差推测部11，根据由电流检测器6检测的检测电流以及所述指令值，推测所述检测电流相对所述指令值的推测相位差；低速时马达旋转角推测部12，根据所述检测电流以及所述微步驱动信号，推测步进马达1在无法以适合的精度推测所述推测相位差的低速下进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEL；高速时马达旋转角推测部13，根据所述推测相位差以及所述指令值，推测步进马达1高速旋转时的推测马达旋转角θ_MEH；加法部14，基于放大值根据所述指令值而分别变化的低速推测角增益K_L以及高速推测角增益K_H，将所述推测马达旋转角θ_MEL以及所述推测马达旋转角θ_MEH以适合的比例进行相加而推测推测马达旋转角θ_ME；定位转矩推测部9，根据所述推测马达旋转角θ_ME，推测推测定位转矩；和补偿信号生成部10，根据所述推测定位转矩以及所述推测马达旋转角θ_ME，生成补偿信号。

通过这样构成，无需为了降低定位转矩的影响所致的转矩变动而进行基于预驱动的校正电流值的测定等的事先作业，能够省去马达使用前的校正电流值的测定作业，所以能够缩短马达驱动系统的开发所需的期间。

另外，无需如以往那样根据从马达驱动开始时起的时间经过而读入预先存储在存储介质中的校正电流值来用于补偿电流的控制，而根据在步进马达1旋转驱动的期间求出的补偿信号对步进马达1施加补偿电流，所以即使在步进马达1的驱动条件由于摩擦转矩的经年变化等而发生了变化的情况下，也能够始终降低定位转矩的影响所致的转矩变动。由此，本实施方式的结构的微步驱动控制装置2能够在宽范围的步进马达1的驱动条件下利用。

另外，构成为在步进马达1旋转驱动的期间始终生成补偿信号，并根据该补偿信号来施加定位转矩的补偿所需的补偿电流，所以在步进马达1的旋转驱动的途中，摩擦转矩等的步进马达1的驱动条件变化了的情况下，也能够实时地生成与变化了的驱动条件相应的补偿信号，所以在发生了时间上的变化早的步进马达1的驱动条件变化的情况下，也能够始终降低定位转矩的影响所致的转矩变动。

另外，马达旋转角推测部8构成为不用切换分别使用各自的推测部求出的推测马达旋转角θ_MEL和推测马达旋转角θ_MEH，而是以适合的比例将分别使用各自的推测部求出的推测马达旋转角θ_MEL和推测马达旋转角θ_MEH进行相加来求出推测马达旋转角θ_ME，所以从低速旋转至高速旋转时，推测值连续而无飞跃，能够高精度地推测马达旋转角θ_M。由此，步进马达从低速旋转时至高速旋转时，不依赖于旋转速度而能够高精度地补偿定位转矩。由此，本实施方式的结构的微步驱动控制装置2能够在宽范围的步进马达1的驱动条件下利用。

实施方式2.

在实施方式1中，说明了在定位转矩推测部9中的推测定位转矩的推测中使用表示定位转矩的1次分量的公式23的结构，但不限于此，也可以构成为使用包含定位转矩的高次分量的推测式。在本实施方式中，作为代表，说明使用除了定位转矩的1次分量以外还包括直至n次分量（n>2）的推测式的结构。另外，除了使用包括所述定位转矩的高次分量的推测式的结构以外，与实施方式1相同，所以省略说明。

除了定位转矩的1次分量以外还包括n次分量的推测式如公式34所示。

[公式34]

$T_{\mathrm{ME}}=T_{M0}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}+\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_{\mathrm{Mk}}-\sin \mathrm{k\&alpha;}$

此处，T_Mk是定位转矩的k次分量的振幅。

在将步进马达1的定位转矩的1次分量至m次分量的振幅的特性规定为马达的规格值的情况下，使用所述规格值，将公式34应用至m次分量，从而能够降低1次分量至m次分量的定位转矩的影响所致的转矩变动。即，能够降低作为马达的规格值规定了特性的范围的高次分量的定位转矩的影响所致的转矩变动，所以能够更高精度地补偿定位转矩。

另外，除了这样能够降低高次分量的定位转矩的影响所致的转矩变动以外，当然也可以得到与实施方式1同样的作用、效果。

另外，在作为马达的规格值没有规定2次分量以上的定位转矩的振幅的特性的情况下，也能够通过在使用步进马达1之前进行预驱动来取得马达旋转时的转矩变动的数据，并对其结果进行频率解析，从而求出各旋转分量的振幅。在该情况下，在使用马达之前需要进行预驱动，但无需如以往那样详细地测定每个旋转角下的定位转矩的特性，所以预驱动和各高次分量的振幅的测定所需的时间少。

实施方式3.

在实施方式1以及2中，构成为始终从推测运算部7向控制电路4传送补偿信号，但不限于此，也可以如图3所示，构成为任意地切换使用从推测运算部7输出的补偿信号和预先存储在存储介质中的补偿信号。

首先，参照图3，说明本实施方式的结构。图3是示出本实施方式的步进马达1的微步驱动控制装置2的结构的框图，对于图1的结构追加了存储介质18、第1切换开关19以及第2切换开关20。存储介质18将补偿信号生成部10生成的补偿信号经由第2切换开关20而存储到内部，并且将所存储的补偿信号经由第1切换开关19而输出到控制电路4。第1切换开关19在来自补偿信号生成部10的补偿信号和来自存储介质18的所存储的补偿信号之间，切换向控制电路4输出的补偿信号。第2切换开关20控制将补偿信号生成部10所输出的补偿信号输出到存储介质18的时机。其他结构与实施方式1或者2相同，所以省略说明。

接下来，参照图3和图4，说明本实施方式中的步进马达1的微步驱动控制装置2的动作。图4是示出第1切换开关19和第2切换开关20的动作的流程图。

如图4所示，在第1步骤100中，将第1切换开关19切换为将来自补偿信号生成部10的补偿信号输出到控制电路4的结构，同时将第2切换开关20切换为将来自补偿信号生成部10的补偿信号输出到存储介质18进行存储的结构。此时，向控制电路4提供的补偿信号是从补偿信号生成部10实时地输出的信号，在存储介质14中随着时间推移也存储相同的信号。

接下来，在第2步骤101中，判定在存储介质18中是否已完成与马达旋转角的1周相应量的补偿信号的存储。在所述判定中，在判定为存储未完成的情况下继续进行所述存储的处理，在判定为存储完成的情况下进入第3步骤102。

在第3步骤102中，将第1切换开关19切换为将存储介质18的所述存储的补偿信号输出到控制电路4的结构，同时将第2切换开关20切换为不将来自补偿信号生成部10的实时的补偿信号输出到存储介质18的结构，从而停止向存储介质18的写入。在这些开关切换后，使推测运算部7的运算处理停止，向控制电路4输出从存储介质18读出的补偿信号。

接下来，在第4步骤103中，判定是否在实施了第3步骤102之后经过了某一定时间T（秒），在经过了一定时间的情况下返回第1步骤100。此时，使推测运算部7的运算处理再次开始，再次从补偿信号生成部10输出补偿信号。

另外，关于作为其他结构要素的驱动器3、指令值生成部5以及电流检测器6的动作，与实施方式1相同，所以省略说明。

这样在本实施方式中，能够在使步进马达1旋转驱动的期间内，在执行第4步骤103的期间使推测运算部7的运算停止。由此，能够减轻对物理地实施推测运算部7的运算处理的微型计算机等运算处理装置施加的运算负荷。特别是在高速地旋转驱动运算处理装置的运算负荷增加的步进马达1的情况下，通过降低该运算负荷的效果，可得到无需使用具有高运算处理能力的运算处理装置这样的优点。

另外，除了这样的降低运算负荷的效果以外，如果除去在实施方式1中叙述的“使发生了时间上的变化早的步进马达1的驱动条件变化的情况下的转矩变动降低的效果”的时间应答性降低与所述一定时间T对应的量，则当然会得到与实施方式1同样的作用、效果。

实施方式4.

在实施方式1至3中，构成为作为马达旋转角推测部8同时使用低速时马达旋转角推测部12和高速时马达旋转角推测部13这两方来计算推测马达旋转角θ_ME，但不限于此，也可以如图5所示，构成为仅使用低速时马达旋转角推测部12。

首先，参照图5，说明本实施方式的结构。图5是示出本实施方式的步进马达1的微步驱动控制装置2的结构的框图。在本实施方式的结构中，代替图1的结构中的马达旋转角推测部8，而由低速时马达旋转角推测部12构成。此时，向低速时马达旋转角推测部12输入由控制电路4生成的微步驱动信号以及由电流检测器6检测的检测电流。并且，构成为将由低速时马达旋转角推测部12推测的马达旋转角θ_MEL输出到定位转矩推测部9和补偿信号生成部10。其他结构与实施方式1至3中的任意一个的结构相同，所以省略说明。

接下来，参照图5，说明本实施方式中的步进马达1的微步驱动控制装置2的动作。

如图5所示，低速时马达旋转角推测部12根据电流检测器6检测出的检测电流和由控制电路4生成的微步驱动信号，使用实施方式1所示的公式8、公式9以及公式10的关系式，计算步进马达1的当前的旋转角θ_M的推测值即推测马达旋转角θ_MEL。

关于由低速时马达旋转角推测部12推测的推测马达旋转角θ_MEL，在马达以能够忽略附随电流检测器6而使用的高频噪声屏蔽用的低通滤波器、步进马达1的线圈电感L和绕组电阻R的延迟的影响的程度低速地旋转的情况下，相位相对于马达旋转角θ_M不会延迟，而高精度地与马达旋转角θ_M一致。

定位转矩推测部9和补偿信号生成部10与实施方式1同样地，根据由低速时马达旋转角推测部12推测的推测马达旋转角θ_MEL，进行定位转矩的推测，生成用于消除所推测的定位转矩的补偿信号。

这样，在本实施方式中，通过构成为作为马达旋转角推测部8仅使用低速时马达旋转角推测部12，能够省去相位差推测部11、高速时马达旋转角推测部13、加法部14，所以能够降低运算处理装置所需的运算，可得到无需使用具有高运算处理能力的运算处理装置这样的优点。

另外，除了这样降低运算负荷的效果以外，在马达以能够忽略附随电流检测器6而使用的高频噪声屏蔽用的低通滤波器、步进马达1的线圈电感L和绕组电阻R的延迟的影响的程度低速地旋转的情况下，无需如以往那样进行基于预驱动的校正电流值的测定等事先作业，而能够降低定位转矩的影响所致的转矩变动。由此，能够省去马达使用前的校正电流值的测定作业，所以能够缩短马达驱动系统的开发所需的期间。

实施方式5.

在实施方式1至3中，构成为作为马达旋转角推测部8同时使用低速时马达旋转角推测部12和高速时马达旋转角推测部13这两方来计算推测马达旋转角θ_ME，但不限于此，也可以如图6所示，构成为仅使用相位差推测部11和高速时马达旋转角推测部13。

首先，参照图6，说明本实施方式的结构。图6是示出本实施方式的步进马达1的微步驱动控制装置2的结构的框图。在本实施方式的结构中，代替图1的结构中的马达旋转角推测部8，而由相位差推测部11和高速时马达旋转角推测部13构成。此时，向相位差推测部11输入从指令值生成部5输出的电流指令值和由电流检测器6检测的检测电流。然后，相位差推测部11将根据所述指令值和所述检测电流推测的推测相位差输出到高速时马达旋转角推测部13。向高速时马达旋转角推测部13输入从指令值生成部5输出的所述指令值和由相位差推测部11计算的所述推测相位差。并且，构成为将由高速时马达旋转角推测部13推测的马达旋转角θ_MEH输出到定位转矩推测部9和补偿信号生成部10。其他结构与实施方式1至3中的任意一个的结构相同，所以省略说明。

接下来，参照图6，说明本实施方式中的步进马达1的微步驱动控制装置2的动作。

如图6所示，相位差推测部11根据从指令值生成部5输出的电流指令值和由电流检测器6检测的检测电流，使用实施方式1所示的公式16的关系式，推测检测电流相对电流指令值的相位差。

高速时马达旋转角推测部13根据由相位差推测部11计算的推测相位差和从指令值生成部5输出的指令值，使用实施方式1所示的公式19以及公式20的关系式，计算步进马达1的当前的旋转角θ_M的推测值即推测马达旋转角θ_MEH。

关于由高速时马达旋转角推测部13推测的推测马达旋转角θ_MEH，在由相位差推测部11计算的推测相位差的值大到不受噪声等的影响的程度的马达高速旋转时，高精度地与马达旋转角θ_M一致。

定位转矩推测部9和补偿信号生成部10与实施方式1同样地，根据由高速时马达旋转角推测部13推测的推测马达旋转角θ_MEH进行定位转矩的推测，生成用于消除所推测的定位转矩的补偿信号。

这样在本实施方式中，构成为代替马达旋转角推测部8而使用相位差推测部11和高速时马达旋转角推测部13，从而能够省去低速时马达旋转角推测部12和加法部14，所以能够降低运算处理装置所需的运算，可得到无需使用具有高运算处理能力的运算处理装置这样的优点。

另外，除了这样降低运算负荷的效果以外，在由相位差推测部11计算的推测相位差的值大到不受噪声等的影响的程度的马达高速时，无需如以往那样进行基于预驱动的校正电流值的测定等事先作业，而能够降低定位转矩的影响所致的转矩变动。由此，能够省去马达使用前的校正电流值的测定作业，所以能够缩短马达驱动系统的开发所需的期间。

另外，在以上的实施方式中，说明了在定位转矩推测部9中的推测定位转矩的推测中使用公式23或者公式34的结构，但不限于此，也可以是使用干扰观测器等观测器的结构。

Claims (8)

1.一种步进马达的微步驱动控制装置，具备：

驱动器，驱动步进马达；

控制电路，向所述驱动器提供微步驱动信号；

指令值生成部，向所述控制电路提供指令值；

电流检测器，检测所述步进马达中流过的实际电流；

相位差推测部，根据由所述电流检测器检测的检测电流以及所述指令值，推测所述检测电流相对所述指令值的推测相位差；

低速时马达旋转角推测部，根据所述检测电流以及所述微步驱动信号，推测步进马达以所述推测相位差的推测无法确保规定的精度的低速进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEL；

高速时马达旋转角推测部，根据所述推测相位差以及所述指令值，推测步进马达以所述推测相位差的推测能够确保规定的精度的高速进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEH；

加法部，基于放大值根据所述指令值而分别变化的低速推测角增益以及高速推测角增益，以规定的比例将所述推测马达旋转角θ_MEL以及所述推测马达旋转角θ_MEH进行相加来推测推测马达旋转角θ_ME；

定位转矩推测部，根据所述推测马达旋转角θ_ME，推测推测定位转矩；以及

补偿信号生成部，根据所述推测定位转矩以及所述推测马达旋转角θ_ME，生成补偿信号。

2.一种步进马达的微步驱动控制装置，具备：

驱动器，驱动步进马达；

控制电路，向所述驱动器提供微步驱动信号；

指令值生成部，向所述控制电路提供指令值；

电流检测器，检测所述步进马达中流过的实际电流；

低速时马达旋转角推测部，根据所述检测电流以及所述微步驱动信号，推测步进马达以所述推测相位差的推测无法确保规定的精度的低速进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEL；

定位转矩推测部，根据所述推测马达旋转角θ_MEL，推测推测定位转矩；以及

补偿信号生成部，根据所述推测定位转矩以及所述推测马达旋转角θ_MEL，生成补偿信号。

3.一种步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，具备：

驱动器，驱动步进马达；

控制电路，向所述驱动器提供微步驱动信号；

指令值生成部，向所述控制电路提供指令值；

电流检测器，检测所述步进马达中流过的实际电流；

相位差推测部，根据由所述电流检测器检测的检测电流以及所述指令值，检测所述检测电流相对所述指令值的推测相位差；

高速时马达旋转角推测部，根据所述推测相位差以及所述指令值，推测步进马达以所述推测相位差的推测能够确保规定的精度的高速进行旋转时的推测马达旋转角θ_MEH；

定位转矩推测部，根据所述推测马达旋转角θ_MEH，推测推测定位转矩；以及

补偿信号生成部，根据所述推测定位转矩以及所述推测马达旋转角θ_MEH，生成补偿信号。

4.根据权利要求1或者2所述的步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，

低速时马达旋转角推测部根据检测电流以及微步驱动信号，依据马达的基础电压方程式和速度感应电压式，推测推测马达旋转角θ_MEL。

5.根据权利要求1或者3所述的步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，

高速时马达旋转角推测部根据指令值以及推测相位差，依据电流相位差和马达旋转角的偏差的关系，推测推测马达旋转角θ_MEH。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，

定位转矩推测部根据推测马达旋转角θ_ME，依据包括直至定位转矩的n次分量的推测式，推测推测定位转矩。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，

补偿信号生成部使用推测马达旋转角θ_ME以及推测定位转矩，生成使大小以及相位与所述推测定位转矩一致的补偿转矩输出的补偿信号。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的步进马达的微步驱动控制装置，其特征在于，

能够在补偿信号生成部所输出的补偿信号与预先存储在存储介质中的补偿信号中切换向控制电路输入的补偿信号。

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