CN105264762B - 步进马达的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

该控制装置通过切换开放控制与伺服控制来控制步进马达(3)，该控制装置(1)具备控制部(11)，该控制部(11)降低向伺服控制切换的切换频度，当以开放控制进行使步进马达(3)的可动件停止于目标位置的控制之际，可动件的位置与目标位置的偏移量成为预先决定的阈值以上时，切换为伺服控制，在使可动件停止于目标位置之后切换为开放控制，并且基于在伺服控制中使可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在开放控制中向步进马达(3)供给的电流。

Description

步进马达的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及步进马达的控制装置以及控制方法。

本申请基于2013年6月6日在日本申请的特愿2013-119912号主张优先权，在此援引其内容。

背景技术

作为步进马达的控制方法，进行有对开放控制与伺服控制进行切换的方法，其中，开放控制利用脉冲信号进行励磁的切换，伺服控制通过反馈步进马达的转子的位置而进行与位置相应的励磁(例如，专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-163988号公报

发明内容

发明要解决的课题

当向伺服控制的切换频繁发生时，有可能损害基于开放控制的步进马达的定位的精度以及其响应性。

本发明提供一种能够降低向伺服控制切换的切换频度的步进马达的控制装置以及控制方法。

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方案，步进马达的控制装置具备控制部，该控制部当以开放控制进行使步进马达的可动件停止于目标位置的控制之际，所述可动件的位置与目标位置的偏移量成为预先决定的阈值以上时，切换为伺服控制，在使所述可动件停止于目标位置之后切换为开放控制，并且基于在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在开放控制中向所述步进马达供给的电流。

根据本发明的第二方案，以第一方案所涉及的步进马达的控制装置为基础，所述控制部基于在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在开放控制中进行使所述可动件停止于目标位置的控制时向所述步进马达供给的电流。

根据本发明的第三方案，以第一方案或第二方案所涉及的步进马达的控制装置为基础，当在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置之际的电流指令值的最大值大于在开放控制中向所述步进马达供给的电流时，所述控制部将在开放控制中向步进马达供给的电流更新为所述最大值。

根据本发明的第四方案，驱动步进马达的控制装置所进行的控制方法具有控制步骤，在该控制步骤中，当以开放控制进行使步进马达的可动件停止于目标位置的控制之际，所述可动件的位置与目标位置的偏移量成为预先决定的阈值以上时，切换为伺服控制，在使所述可动件停止于目标位置之后切换为开放控制，并且基于在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在开放控制中向所述步进马达供给的电流。

发明效果

根据上述的步进马达的控制装置以及控制方法，在使可动件停止的位置从目标位置偏移了时，基于在伺服控制中使可动件返回到目标位置时使用的电流指令值，决定在开放控制中向步进马达供给的电流。由此，能够在开放控制中产生可承受使停止中的可动件的位置偏移的干扰的转矩，能够降低向伺服控制切换的切换频度。

附图说明

图1是表示具备本实施方式中的控制装置的马达控制系统的结构例的框图。

图2是表示本实施方式中的控制装置所进行的控制处理的流程图。

图3是表示本实施方式中的马达控制系统的第一应用例的图。

图4是表示本实施方式中的马达控制系统的第二应用例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式中的步进马达的控制装置以及控制方法进行说明。

图1是表示具备本实施方式中的控制装置1的马达控制系统100的结构例的框图。马达控制系统100具备控制装置1、电源部2、步进马达3、编码器4、联轴器5、驱动轴6、基座7以及驱动台8。

如图1所示，控制装置1根据从外部输入的位置指令，将从电源部2供给的电力向步进马达3输出，由此驱动步进马达3。步进马达3根据所输入的电力使转子(可动件)旋转，由此将旋转运动输出。在步进马达3安装有对转子的位置进行检测并将表示检测到的转子的位置的信号输出的编码器4。

在步进马达3的转子上连接有联轴器5。联轴器5将步进马达3所输出的旋转运动向驱动轴(滚珠丝杠)6传递。驱动轴6根据步进马达3所输出的旋转运动进行旋转，使设置在基座7上的驱动台8滑动。

控制装置1在使步进马达3的驱动开始时，进行基于由编码器4检测到的转子的位置的通电。此时，控制装置1以使驱动台8移动至由外部输入的位置指令所表示的目标位置的方式来驱动步进马达3。控制装置1通过切换开放控制与伺服控制来进行，其中，开放控制通过供给脉冲信号(电力)来驱动步进马达3，伺服控制通过供给基于步进马达3的转子的位置与目标位置之间的偏差的电力来驱动步进马达3。

如图1所示，控制装置1具备控制部11、位置检测部12以及马达驱动部13。向控制部11输入位置指令和位置信息。位置信息是表示位置检测部12基于从编码器4输入的信号而计算出的转子的电角度的信息。控制部11选择使用开放控制与伺服控制的哪一种来驱动步进马达3。控制部11在使用开放控制的情况下，生成向马达驱动部13输出脉冲信号的控制信号，该脉冲信号将转子从自位置检测部12输入的位置信息所表示的转子的位置驱动至目标位置。控制部11在使用伺服控制的情况下，生成包括电流指令值的控制信号，该电流指令值通过基于位置信息所表示的转子的位置与目标位置之间的偏差的P1控制或PID控制而计算出。控制部11将生成的控制信号向马达驱动部13输出。马达驱动部13基于从控制部11输出的控制信号，对从电源部2供给的电力进行转换并供给至步进马达3，由此使步进马达3的转子旋转。

图2是表示本实施方式中的控制装置1所进行的控制处理的流程图。

当向步进马达3的控制装置1输入位置指令时，控制部11使用伺服控制来驱动步进马达3(步骤S101)。

控制部11在步进马达3的转子的位置到达目标位置时，切换为开放控制并使转子停止于目标位置(步骤S102)。

控制部11在转子位于目标位置的期间，将向步进马达3供给的脉冲信号设定为电流值β(步骤S103)。

在此，电流值β在初始状态下，设定有用于赋予用来维持转子的停止的规定转矩的电流值。

控制部11在使转子停止于目标位置的期间，判定目标位置与转子的位置是否产生了预先决定的阈值以上的偏移量(步骤S104)。控制部11在未产生阈值以上的偏移量的情况下(步骤8104：否)，继续进行基于开放控制的使转子停止的控制(步骤S105)。

另一方面，在产生阈值以上的偏移量的情况下(步骤S104：是)，控制部11使处理进入步骤S107。

阈值例如以电角度被赋予。此时，若对应于目标位置的电角度与从位置检测部12输入的位置信息所表示的电角度之间的差分角度成为阈值(n度)以上，则控制部11判定为产生阈值以上的偏移量。阈值基于编码器4的分辨能力、步进马达3的驱动中的分辨能力等而预先决定。例如，也可以对阈值设定比在步进马达3中产生失步时的偏移量小的值。由此，即便产生偏移，也能够在步进马达3失步之前修正偏移。

控制部11判定是否输入了新的位置指令(步骤S106)，在输入有新的位置指令的情况下(步骤S106：是)，将处理返回到步骤S101并重复执行各处理。

另一方面，在未输入新的位置指令的情况下(步骤S106：否)，控制部11将处理返回到步骤S104，继续进行使转子停止的控制。

在产生阈值以上的偏移量的情况下(步骤S104：是)，控制部11切换为伺服控制(步骤S107)，进行使转子旋转至目标位置的控制(步骤S108)。

控制部11判定在使转子旋转至目标位置时计算出的电流指令值是否比电流值β大(步骤S109)，在电流指令值比电流值β大的情况下(步骤S109：是)，将电流值β更新为电流指令值所表示的值(步骤S110)。另一方面，在电流指令值为电流值β以下的情况下(步骤S109：否)，控制部11使处理进入步骤S111。

控制部11判定是否利用伺服控制使转子返回到目标位置(步骤S111)，在使转子返回到了目标位置的情况下(步骤S111：是)，使处理进入步骤S106，在未使转子返回到目标位置的情况下(步骤S111：否)，进行错误处理(步骤S112)，并结束控制处理。

在此，步骤S111中的是否使转子返回到目标位置的判定例如通过判定转子的位置与目标位置之间的差分是否为上述的阈值以下来进行。另外，作为进行步骤S111的时机，例如是切换为伺服控制之后经过了规定的时间的时刻、控制部11计算出的电流指令值小于规定的值的时刻等。

另外，错误处理是在转子的位置从目标位置偏移后未返回到目标位置的情况下进行的处理，例如是在由于干扰的影响等而无法使转子返回到目标位置的情况下进行的处理，向控制装置1的用户或运用者输出异常产生的通知等。

本实施方式中的控制装置1通过进行上述的控制处理(图2)，从而在利用开放控制使步进马达3停止的情况下，当驱动台8等受到干扰而使转子的位置从目标位置偏移时，切换为伺服控制并使转子返回到目标位置而停止，由此即便在开放控制中产生失步并且未进行原点恢复处理等，也能够继续进行步进马达3的控制。

此时，当在从切换为伺服控制开始到使转子返回到目标位置并停止为止的期间内计算出的电流指令值大于在开放控制中使转子停止时的电流值β的情况下，控制装置1使电流值β更新为电流指令值。由此，即便在受到干扰的影响的情况下，也能够将与使转子返回到目标位置并停止时所需的转矩对应的电流值(电流指令值)反映到开放控制中，在开放控制中使转子停止时再次发生相同的干扰的情况下，也能够继续使转子停止于目标位置。即，能够在开放控制中产生可承受使停止中的转子的位置偏移的干扰的转矩，能够降低从开放控制切换到伺服控制的频度。

另外，通过将电流值β决定为较小的值、例如将用于使转子停止的最小的电流值决定为初始值而进行控制处理，从而能够进行按照根据马达控制系统100的利用状况所要求的停止转矩而使转子停止的开放控制。由此，即便不预先决定适于电流值β的值，也能够设定适于马达控制系统100的利用状况的电流值β，能够抑制不必要的电力消耗。

图3及图4是表示本实施方式中的马达控制系统100的应用例的图。在图3所示的应用例中，基于使用固定的相机91对堆放在驱动台8上的输送物92进行拍摄而得到的图像，来进行输送物92的检查等。输送物92例如是CD、DVD、电子部件等。在图3所示的应用例中，基于由相机91获取表面的刻印或打印而获得的图像，进行CD、DVD、电子部件等的检查。因此，若在使输送物92(驱动台8)停止时(拍摄时)由于干扰等而导致驱动台8移动，则会被判定为不合格。通过进行上述的控制处理，能够抑制输送物92受到干扰的影响而从目标位置偏移，能够降低产生因驱动系统引起的不合格的判定的可能性。

在图4所示的应用例中，以驱动台8在铅垂方向上移动的方式固定基座7，通过使安装于驱动台8的喷嘴93在铅垂方向上移动，而进行使从喷嘴93射出的墨等附着于放置在喷嘴93正下方的对象物94的处理。在这样的装置中，有时在进行使喷嘴93(驱动台8)停止的控制时会由于喷嘴93的自重而发生移动。通过进行上述的控制处理，能够抑制在使喷嘴93停止时受到喷嘴93的自重的影响而发生移动，能够使墨等附着于对象物94的规定的位置处。

上述的控制装置1也可以在内部具有计算机系统。在该情况下，上述的控制处理的过程以程序的形式存储于计算机可读取的记录介质中，通过由计算机读出并执行该程序，从而进行上述处理。在此，计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，也可以通过通信线路将该计算机程序发送至计算机，使收到该发送的计算机执行该程序。

实施方式作为例子进行了提示，并未限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形包含在发明的范围、宗旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。例如，代替在输入位置指令后通过伺服控制进行驱动的处理(步骤S101)，也可以通过开放控制使转子旋转到目标位置。另外，步骤S101与步骤S102之间的切换时机也可以在相对于目标位置的距离成为规定的距离以下时切换为开放控制。

另外，在实施方式中，示出了控制装置1对旋转型的步进马达3进行驱动的结构，但也可以驱动直进型的步进马达(线性马达)来使可动件移动。

另外，在上述的控制处理中，除了开放控制中的使转子停止的控制以外，也可以利用与电流值β相应的脉冲信号来驱动步进马达3。

另外，上述的控制处理中的步骤S109及步骤S110中的电流指令值也可以为，从在伺服控制中使转子移动到目标位置开始到停止于目标位置的期间内的电流指令值的最大值。由此，能够使用与使转子返回到目标位置时所需的最大的转矩对应的转矩，在开放控制时使转子停止，能够抑制干扰的影响。

工业实用性

本发明能够应用于在针对步进马达的开放控制中要求使转子或可动件停止的控制的装置或者系统。

附图标记说明

1 控制装置

3 步进马达

11 控制部

Claims (4)

1.一种步进马达的控制装置，其具备

控制部，其当以开放控制进行使步进马达的可动件停止于目标位置的控制之际，所述可动件的位置与目标位置的偏移量成为预先决定的第一阈值以上时，切换为伺服控制，在使所述可动件驱动至目标位置之后切换为开放控制，用于维持所述可动件向所述目标位置的停止，并且基于在所述伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在所述开放控制中向所述步进马达供给的电流；

位置检测部，其构成为供给所述可动件的位置信息，

所述控制部选择使用所述开放控制与所述伺服控制中的哪一种来驱动所述步进马达，

在使用所述开放控制时，所述控制部基于来自所述位置检测部的所述位置信息，生成用于输出下述脉冲信号的控制信号，所述脉冲信号用于向所述目标位置驱动所述可动件。

2.根据权利要求1所述的步进马达的控制装置，其中，

所述控制部基于在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在开放控制中进行使所述可动件停止于目标位置的控制时向所述步进马达供给的电流。

3.根据权利要求1或2所述的步进马达的控制装置，其中，

当在伺服控制中使所述可动件停止于目标位置之际的电流指令值的最大值大于在开放控制中向所述步进马达供给的电流时，所述控制部将在开放控制中向步进马达供给的电流更新为所述最大值。

4.一种控制方法，其是驱动步进马达的控制装置进行的控制方法，该控制方法具有：

控制步骤，在该控制步骤中，当以开放控制进行使所述步进马达的可动件停止于目标位置的控制之际，所述可动件的位置与目标位置的偏移量成为预先决定的第一阈值以上时，切换为伺服控制，在使所述可动件驱动至所述目标位置之后切换为所述开放控制，用于维持所述可动件向所述目标位置的停止，并且基于在所述伺服控制中使所述可动件停止于目标位置时的电流指令值，决定在所述开放控制中向所述步进马达供给的电流；

检测步骤，在该检测步骤中，确定所述可动件的位置信息，

在所述控制步骤中，选择使用所述开放控制与所述伺服控制中的哪一种来驱动所述步进马达，

在使用所述开放控制时，在所述控制步骤中，基于来自所述检测步骤的位置信息，生成用于输出下述脉冲信号的控制信号，所述脉冲信号用于向所述目标位置驱动所述可动件。