CN1767365A

CN1767365A - 马达控制装置

Info

Publication number: CN1767365A
Application number: CN 200510116076
Authority: CN
Inventors: 桑野好文; 鹰广昭; 竹森显绪
Original assignee: Japan Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP3949134B2; JP2006129624A; CN100542006C

Abstract

本发明的马达驱动装置包括：第一计算装置，用于对脉冲串指令的步数进行计数；锁存装置，用于通过锁存信号存储第一计算装置的计数值，从而求出位置指令；基准信号产生装置，用于产生锁存信号及基准时钟信号；第一计数装置，用于以基准时钟信号计量脉冲串指令的脉冲间隔；第二计数装置，用于以基准时钟信号计量从脉冲串指令的产生开始到锁存信号的产生为止的时间间隔；并且，使用以第一计数装置计量的指令脉冲间隔信息和以第二计数装置计量的时间差信息来修正位置指令。

Description

马达控制装置

技术领域

本发明涉及一种通过脉冲串的位置指令进行定位控制的马达控制装置，特别涉及一种步进马达的微步控制装置。

背景技术

对于以往的步进马达控制装置，对应旋转方向信号使用加减计数器对从外部施加的脉冲串指令进行上升计数或递减计数，并将对应加减计数器计数值的励磁信号的数据存储在ROM中，从而通过D/A转换器将ROM的数据转换为电压信号，并通过驱动放大器放大D/A转换器的电压信号，从而驱动步进马达。对于所述构成，通过使ROM的数据成为准正弦波，并且使准正弦波的一个周期的分割数增多，从而可以使步进马达流畅地旋转。

在所述步进马达控制装置中，为了使步进马达流畅地旋转，必须要在每次产生脉冲串指令时快速执行从ROM准正弦波的产生到用于驱动步进马达的电压信号的输出的处理。并且，在由逻辑IC及OP放大器等硬件构成的装置中可以进行较高速的处理。但是，目前，为了进行复杂的运算及提高可维护性，搭载有微机等的装置增加，而在搭载有微机等的装置中，为了在每次产生脉冲串指令时执行预定的运算并对步进马达输出适当电压，需要微机等处理速度的高速化，从而存在装置整体价格高的问题。此外，由于微机等处理速度的高速化也存在界限，所以还存在很难高精度地进行马达控制的问题。

作为对策，通过使用步进马达的内部基准信号以固定的周期对脉冲串指令的步数进行计数，从而进行以固定周期执行对微机等的处理速度的采样处理(以下称为采样处理)，但采样处理周期和从外部施加的脉冲串指令的产生时刻之间产生不规则的时间差，并在旋转中产生位置指令的变动，从而成为振动的原因。

发明内容

发明目的在于提供一种可以流畅地旋转马达的马达控制装置。

根据本发明，是一种根据从外部施加的脉冲串指令通有正弦波形状阶段电流的马达驱动装置，包括：第一计算装置，用于对脉冲串指令的步数进行计数；锁存装置，用于通过锁存信号存储第一计算装置的计数值，从而求出位置指令；基准信号产生装置，用于产生锁存信号及基准时钟信号；第一计数装置，用于以基准时钟信号计量脉冲串指令的脉冲间隔；第二计数装置，用于以基准时钟信号计量从脉冲串指令的产生开始到锁存信号的产生为止的时间间隔；并且，使用以第一计数装置计量的指令脉冲间隔信息和以第二计数装置计量的时间差信息来修正位置指令。

在所述马达控制装置中，由于利用由第一计数电路计量的指令脉冲间隔信号和由第二计数电路计量的时间差信息来修正位置指令，所以在采样处理周期和从外部施加的脉冲串指令的产生时刻之间产生不规则的时间差时，由于不必使微机等处理时间高速化，从而进行稳定的采样处理，所以可以使步进马达流畅地旋转。

附图说明

图1为本发明的原理说明图；

图2为本发明的步进马达控制装置的示意图；

图3为图2所示的步进马达控制装置的一部分的详细图；

图4为图2、图3所示的步进马达控制装置的动作说明图；

图5为本发明的另一个步进马达控制装置的示意图；

图6为图5所示的步进马达控制装置的一部分的详细图；

图7为图5、图6所示的步进马达控制装置的动作说明图。

具体实施方式

图1为本发明的原理说明图，是脉冲串指令和位置指令关系的示意图。(A)表示在施加脉冲串指令P^*(n)时的位置指令是θ^*(n)。与此相对，(B)是以脉冲t(n)对位置指令采样的情形，并且(B)与(A)相比偏移时间T2(n)。因此，在步进马达以平均转数ω＝θd/T1(n)旋转时，在以采样脉冲t(n)采样的时刻上，应该考虑到位置指令并不是θ^*(n)，而是进一步变化Δθ(n)之后的(C)值。即，在以采样脉冲t(n)对由脉冲串指令P^*(n)给予的位置指令θ^*(n)进行采样时，产生Δθ(n)的误差。并且，由于脉冲串指令P^*(n)和采样脉冲t(n)是非同步的，所以Δθ(n)在每次采样时都变化，从而在指令中产生振动成分。

因此，使用例如式(1)来推定位置指令的修正值Δθ(n)，并使用式(2)以修正值Δθ(n)修正原来的位置指令θ^*(n)，从而得出修正后的位置指令θc(n)。

Δθ(n)＝{T2(n)/T1(n)}θd (1)

θc(n)＝θ^*(n)+Δθ(n) (2)

其中，T1(n)是表示脉冲串指令P^*(n)的间隔的计数值，T2(n)是表示从脉冲串指令P^*(n)的产生到采样脉冲t(n)(锁存信号)的产生之间的时间间隔的计数值，θd是从外部施加的脉冲串指令的每一个脉冲的步进角。此外，括号内的n表示与第n个脉冲串指令P^*(n)对应的值，在以后的叙述中，在不必特别表示脉冲顺序时省略(n)。

此外，例如在输入脉冲串指令P^*(n+1)之前产生采样脉冲t(n)’的情况下，在式(1)中使用T2(n)’代替T2(n)，从而修正为图1中(C’)所示的状态。

通过图2说明本发明的步进马达控制装置。2是方向指令输入端子，4是脉冲串指令输入端子，8、10是第一相、第二相电流指令输入端子，12是将脉冲串指令P^*转换为位置指令θ^*的计算器，14是位置指令修正器，16是电流指令产生器，18是电流控制器，20是反相器，22、24是第一相及第二相电流检测器，26是步进马达。

概括说明图2所示步进马达控制装置的动作。来自外部的位置指令以旋转方向和脉冲串的形式被施加到方向指令输入端子2、脉冲串指令输入端子4，从而使用计算器12将旋转方向信号U/D、脉冲串指令P^*转换为位置指令θ^*。步进角输入端子6是确定微步分割数的信号的输入端子，从而设定与每一脉冲的旋转量成比例的步进角θd。位置指令修正器14将位置指令θ^*和步进角θd作为输入，从而输出修正位置指令θ^**。在后面详细描述修正位置指令θ^**的产生方法的具体例子。电流指令产生器16将设定在电流指令输入端子8、10中的电流振幅指令Iαp^*、Iβp^*和修正位置指令θ^**作为输入，从而输出电流指令iα^*、iβ^*。

并且，由电流控制器18、反相器20及电流检测器22、24构成电流控制装置，电流控制装置控制马达施加电压，使步进马达26的通电电流iαf、iβf与电流指令iα^*、iβ^*一致，从而实现微步驱动。

图3为图2所示的步进马达控制装置的一部分的详细图。计算器12由对脉冲串指令P^*的步数进行计数的加减计数器28(第一计算装置)和通过锁存信号Ts存储加减计数器28的计数值的锁存电路30(锁存装置)构成，并且，加减计数器28对应旋转方向信号U/D对脉冲串指令P^*的步数进一步上升计数或递减计数，锁存电路30通过由基准信号产生部件42产生的锁存信号(与采样信号同步的信号)Ts存储加减计数器28的计数值，从而在每个固定周期转换为二进制值的位置指令θ^*。

位置指令修正器14包括定时脉冲产生装置32、计算器34、加法器36、锁存电路38、锁存电路40、基准信号产生装置42、除法器44、乘法器46及符号切换装置48。并且，由计算器34、锁存电路38构成第一计数装置，由计算器34、锁存电路40构成第二计数装置。

参考图4说明位置指令修正器14的动作。基准信号产生装置42产生作为定时脉冲产生装置32的控制信号的基准时钟信号CKs和锁存信号Ts。锁存信号Ts是对基准时钟信号CKs进行分频而产生的。定时脉冲产生装置32通过触发电路50、52及54产生内部控制定时信号pt1、pt2及pt3。内部控制定时信号pt1是以基准时钟信号CKs对脉冲串指令P^*进行采样后的信号，内部控制定时信号pt2是内部控制定时信号pt1在时间上延迟基准时钟信号CKs的一个脉冲之后的信号。此外，内部控制定时信号pt3是在内部控制定时信号pt1的上升沿时变为“L”而在锁存信号Ts的上升沿时返回“H”的信号。

在输入脉冲串指令P^*的紧后面的内部控制定时信号pt2的上升沿，计算器34被清除，从而计算器34通过对基准时钟信号CKs计数来计量到随后的下一个内部控制定时信号pt2产生为止的期间。

锁存电路38在计算器34被清除紧之前的内部控制定时信号pt1的上升沿时存储计算器34的值。因此，锁存电路38的输出T1(指令脉冲间隔信息)是与脉冲串指令P^*的时间间隔相当的值。

此外，锁存电路40在内部控制定时信号pt3的上升沿时存储计算器34的值。内部控制定时信号pt3的上升沿与锁存信号Ts的下降沿大体一致，锁存电路40的输出T2(时间差信息)是与从输入脉冲串指令P^*开始到锁存信号Ts产生为止的时间相当的值。

除法器44使用锁存电路38的输出T1对锁存电路44的输出T2进行除法运算，通过符号切换装置48将除法器44的输出转换为与旋转方向信号U/D对应的带符号信息，从而得到修正值Δθ。此外，由于式(1)中的θd是脉冲串指令P^*的每一个脉冲的步进角，所以相当于锁存电路30的最小变化值。因此，由于在与作为锁存电路30的输出的位置指令θ^*进行加法运算时的修正值Δθ的式(1)中的θd成为1，所以符号切换装置48的输出相当于执行式(1)运算后的结果。

由加法器36对作为锁存电路30的输出的位置指令θ^*和作为符号切换装置48的输出的修正值Δθ进行加法运算之后的值相当于作为式(2)运算结果的修正后的位置指令θc，修正值Δθ是位置指令θ^*的最小位的更低位数，修正后的位置指令θc是对位置指令θ^*的低位进行线性插入并扩充之后的值。

乘法器46对作为加法器36的输出的修正后位置指令θc和步进角θd进行乘法运算，并且转换为对应微步分割数的修正位置指令θ^**。即，由于位置指令修正器14的输出是电流指令产生器16的输入，并且作为检索正弦波形电流指令的振幅数据的地址信息使用，所以，例如在θd＝1的情况和θd＝2的情况下，对于每一个脉冲地址的变化，后者是前者的两倍，所以后者相对前者旋转两倍的步进角。

此外，基准信号产生装置42的锁存信号Ts是对基准时钟信号CKs分频之后的信号，并且，通过与锁存信号Ts同步来周期性进行步进马达的微步控制，从而可以构成降低伴随采样处理的振动成分的马达控制装置。

在本发明的步进马达控制装置中，即使在采样处理周期和从外部施加的脉冲串指令的产生时刻之间产生不规则的时间差，由于可以减少位置指令的采样误差，所以可以在很宽的旋转范围内实现抑制稳定脉冲串指令P^*的摆动的采样处理。因此，可以在不必使微机等处理速度高速化的情况下，使步进马达流畅地旋转。

通过图5说明本发明的其他步进马达驱动装置。60是方向指令输入端子，62是脉冲串指令输入端子，64是步进角输入端子，66是将脉冲串指令P^*转换为位置指令θ^*的计算器，68是位置指令修正器，70是加法器，72是乘法器，并且由方向指令输入端子60、脉冲串指令输入端子62、步进角输入端子64、计算器66、位置指令修正器68、加法器70、乘法器72构成修正位置指令运算装置74。

概括说明图5所示步进马达控制装置的动作。来自外部的位置指令以旋转方向和脉冲串的形式被施加到方向指令输入端子60、脉冲串指令输入端子62，从而使用计算器66将旋转方向信号U/D、脉冲串指令P^*转换为位置指令θ^*。步进角输入端子64是确定微步分割数的信号的输入端子，从而设定与每一脉冲的旋转量成比例的步进角θd。位置指令修正器68将旋转方向信号U/D、脉冲串指令P^*作为输入，从而输出修正值Δθ。加法器70对位置指令θ^*和修正值Δθ进行加法运算，从而求出修正后的位置指令θc。乘法器72对修正后的位置指令θc和与每个脉冲的旋转量成比例的步进角θd进行乘法运算，从而求出修正位置指令θ^**。在后面详细描述修正位置指令θ^**的产生方法的具体例子。电流指令产生器16将设定在电流指令输入端子8、10中的电流振幅指令Iαp^*、Iβp^*和修正位置指令θ^**作为输入，从而输出电流指令iα^*、iβ^*。

图6为图5所示的步进马达控制装置的一部分的详细图。计算器66由对脉冲串指令P^*的步数进行计数的加减计数器76(第一计算装置)和通过锁存信号Ts存储加减计数器76的计数值的锁存电路78(锁存装置)构成，并且，加减计数器76对应旋转方向信号U/D对脉冲串指令P^*的步数进行上升计数或递减计数，锁存电路78通过由基准信号产生装置88产生的锁存信号(与采样信号同步的信号)Ts存储加减计数器76的计数值，从而在每个固定周期转换为二进制值的位置指令θ^*。

位置指令修正器68包括定时脉冲产生装置80、计算器82(第二计算装置)、锁存电路84、锁存电路86、基准信号产生装置88、除法器90及符号切换装置92。并且，由计算器82、锁存电路84构成第一计数装置，由计算器82、锁存电路86构成第二计数装置。

参考图7说明位置指令修正器68的动作。基准信号产生装置88产生作为定时脉冲产生装置80的控制信号基准时钟信号CKs和锁存信号Ts。锁存信号Ts是对基准时钟信号CKs进行分频后产生的。定时脉冲产生装置80通过触发电路94、96及98产生内部控制定时信号pt1、pt2及pt3。内部控制定时信号pt1是以基准时钟信号CKs对脉冲串指令P^*进行采样后的信号，内部控制定时信号pt2是内部控制定时信号pt1在时间上延迟基准时钟信号CKs的一个脉冲之后的信号。

此外，内部控制定时信号pt3是在锁存信号Ts的上升沿时变为“H”而在基准时钟信号CKs的上升沿时返回“L”的信号。

在输入脉冲串指令P^*的紧后面的内部控制定时信号pt2的上升沿，计算器82被清除，从而通过对基准时钟信号CKs计数来计量到随后的下一个内部控制定时信号pt2产生为止的期间。

锁存电路84在计算器82被清除紧之前的内部控制定时信号pt1的上升沿时存储计算器82的值。因此，锁存电路84的输出T1(指令脉冲间隔信息)是与脉冲串指令P^*的时间间隔相当的值。

此外，锁存电路86在内部控制定时信号pt3的上升沿时存储计算器82的值。内部控制定时信号pt3的上升沿与锁存信号Ts的下降沿大体一致，锁存电路86的输出T2(时间差信息)是与从输入脉冲串指令P^*开始到锁存信号Ts产生为止的时间相当的值。

除法器90使用锁存电路84的输出T1对锁存电路86的输出T2进行除法运算，通过符号切换装置92将除法器90的输出转换为与旋转方向信号U/D对应的带符号信息，从而得到修正值Δθ。并且，符号切换装置92的输出相当于执行式(1)运算后的结果。

此外，计算器82在内部控制定时信号pt2的上升沿时计数值被清除，但由于在步进马达进入停止状态以后，脉冲串指令P^*没有被输入，所以内部控制定时信号pt2维持在“H”的状态下，从而计算器82的计数值不被清除，而计算器82继续对基准时钟信号CKs进行计数。

因此，计算器82的计数值超过预定值，从而计算器82溢出，进而计算器82输出溢出信号OVFs。并且，由于在除法器90输入溢出信号OVFs时，除法器90输出零，所以修正值Δθ为零。因此，在步进马达进入停止状态以后，修正值Δθ为零。

由加法器70对作为锁存电路78的输出的位置指令θ^*和作为符号切换装置92的输出的修正值Δθ进行加法运算之后的值相当于作为式(2)运算结果的修正后位置指令θc，

乘法器72对作为加法器70的输出的修正后位置指令θc和步进角θd进行乘法运算，并且转换为对应微步分割数的修正位置指令θ^**。

即，加法器70的输出是电流指令产生器16的输出，并且作为检索正弦波形电流指令的振幅数据的地址信息使用。

此外，基准信号产生装置88的锁存信号Ts是对基准时钟信号CKs分频之后的信号，并且，通过与锁存信号Ts同步来周期性进行步进马达的微步控制，从而可以构成降低伴随采样处理的振动成分的马达控制装置。

在本发明的步进马达控制装置中，即使在采样处理周期和从外部施加的脉冲串指令的产生时刻之间产生不规则的时间差，由于减少了位置指令的采样误差，所以可以在很宽的旋转范围内实现抑制了脉冲串指令P^*摆动的采样处理。因此，可以在不必使微机等处理速度高速化的情况下，使步进马达流畅地旋转。此外，由于在步进马达进入停止状态以后，修正值Δθ为零，所以步进马达在步进角θd的倍数位置上停止。

本发明除了以位置控制为目的的步进马达的控制装置之外，还可以用于以脉冲串为指令的步进马达的速度控制装置、以脉冲串为指令的AC伺服马达的位置控制装置、速度控制装置。

此外，脉冲串指令的形态例示有提供旋转方向和脉冲串的情况，但是也可以适用于不同方向的脉冲串指令或两相矩形波脉冲串指令等其他的指令形态。

此外，本发明以使用微机进行控制的马达控制装置为对象，但也可以适用于所有的对于来自外部非同步输入的信号进行采样处理的控制装置。

此外，虽然在进行采样处理的控制装置中，大部分为搭载有微机等从而进行软件处理的装置，但本发明并不仅限于软件硬件处理装置，也可以适用于硬件结构的装置。

Claims

1.一种根据从外部施加的脉冲串指令通有正弦波形状阶段电流的马达驱动装置，

包括：第一计算装置，用于对所述脉冲串指令的步数进行计数；锁存装置，用于通过锁存信号存储所述第一计算装置的计数值，从而求出位置指令；基准信号产生装置，用于产生所述锁存信号及基准时钟信号；第一计数装置，用于以所述基准时钟信号计量所述脉冲串指令的脉冲间隔；第二计数装置，用于以所述基准时钟信号计量从所述脉冲串指令的产生开始到所述锁存信号的产生为止的时间间隔；

并且，使用由所述第一计数装置计量的指令脉冲间隔信息和由所述第二计数装置计量的时间差信息来修正所述位置指令。

2.如权利要求1所述的马达控制装置，与所述锁存信号同步地周期性进行步进马达的微步控制。

3.如权利要求1所述的马达驱动装置，当所述马达停止时，所述位置指令的修正值是零。

4.如权利要求3所述的马达控制装置，其具有第二计算装置，用于对所述基准时钟信号进行计数，并且在所述脉冲串指令被输出时清除计数值，在所述计数值超过预定值时输出溢出信号；当所述溢出信号被输出时，所述修正值是零。