JP2006174607A - ステッピングモータ制御装置及びそれを用いたペンレコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ステッピングモータ制御装置及びそれを用いたペンレコーダに関し、特にエンコーダを用いた閉ループ制御のステッピングモータ制御装置及びそれを用いたペンレコーダに関するものである。
入力パルス信号に応じてステッピングモータの励磁コイルを駆動するドライバと、
該ドライバに与える前記パルス信号を変化させてステッピングモータの回転を制御するPWM制御部と、ステッピングモータの回転に応じて回転し、移動対象の位置に対応したパルスを出力するパルスエンコーダと、該パルスエンコーダより出力されるパルスをカウントして移動対象の現在位置を検出する位置カウンタと、前記PWM制御部に移動対象の目標位置と現在位置との偏差に応じて前記ドライバに与える前記パルス信号の更新待ち時間を制御するレート制御信号を与えるパルスレート制御部とを設けた。
【選択図】 図1
Description
また、ステッピングモータの高精度の位置決め及び高速移送と、低い振動性とをともに実現するステッピングモータ制御装置を示したものとして、例えば特許文献2に記載されたものがあった。
エンコーダで位置検出して閉ループ制御によりステッピングモータを駆動する場合、閉ループ制御によるエンコーダ位置検出パルスからモータ駆動パルスを生成するため、モータ駆動回路はシンプルになるものの、速度制御ができなかった。
また、2相励磁駆動の場合、ミクロ的にはステップ状の動きになるので、モータの回転が滑らかではなく、移動対象を滑らかに動かすことができなかった。
(1)入力パルス信号に応じてステッピングモータの励磁コイルを駆動するドライバと、
該ドライバに与える前記パルス信号を変化させてステッピングモータの回転を制御するPWM制御部と、
ステッピングモータの回転に応じて回転し、移動対象の位置に対応したパルスを出力するパルスエンコーダと、
該パルスエンコーダより出力されるパルスをカウントして移動対象の現在位置を検出する位置カウンタと、
前記PWM制御部に移動対象の目標位置と現在位置との偏差に応じて前記ドライバに与える前記パルス信号の更新待ち時間を制御するレート制御信号を与えるパルスレート制御部と、
を有することを特徴とするステッピングモータ制御装置。
(10)
入力パルス信号に応じてステッピングモータの励磁コイルを駆動するドライバと、
該ドライバに与える前記パルス信号を変化させてペンを移動させるステッピングモータの回転を制御するPWM制御部と、
ステッピングモータの回転に応じて回転し、ペンの位置に対応したパルスを出力するパルスエンコーダと、
該パルスエンコーダより出力されるパルスをカウントしてペンの現在位置を検出する位置カウンタと、
前記PWM制御部に測定記録信号の大きさに応じたペンの目標位置と現在位置との偏差に応じて前記ドライバに与える前記パルス信号の更新待ち時間を制御するレート制御信号を与えるパルスレート制御部と、
を有することを特徴とするペンレコーダ。
移動対象の目標位置と現在位置との偏差に応じてドライバに与えるパルス信号のレートを制御することで速度制御が可能となり、かつ2相励磁駆動とマイクロステップ駆動を切り換えることにより、ステッピングモータの高精度の位置決めと高速移動を実現することができる。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。ステッピングモータ制御装置をペンレコーダのペン位置制御に使用した場合について説明する。測定記録信号は、図示しないA/D変換器でデジタルデータに変換されてCPU6に入力される。CPU6は、測定記録信号の値の大きさに応じた位置指定データに変換し、メモリ10及びASIC化されているデジタル回路20に入力する。デジタル回路20には、エンコーダディスク2の回転検出信号に基づくペンの現在位置データも入力されている。デジタル回路20は、駆動制御信号をドライバ30に入力してステッピングモータ1を駆動し、移動対象であるペンが測定記録信号の値の大きさに応じた位置指定データに追従して移動するように位置制御を行う。これにより、記録紙には、ペンにより、測定記録信号の変化状態が連続した線分として記録されることになる。
図2の場合、偏差が大きく64以上であれば待ち時間なしで2相励磁駆動を行い、偏差が小さくなるとマイクロステップ駆動に切り換え、偏差に応じた更新待ち時間をテーブルから選択する。
2相励磁駆動の場合、図3(b)のNo.1,4,7,10のポイントで切り換えて動作させるが、マイクロステップ駆動の場合、No.0〜11のポイントを順番に1ポイントずつ切り換えて動作させる。No.0〜11のポイントを昇順に切り換える場合と降順に切り換える場合とでステッピングモータの回転方向が変わる。
ステッピングモータの動作状態で必要な駆動電流の大きさが異なるので、駆動電流を動作状態に応じて適切に制御することにより消費電力の低減を図ることができる。
ペンの目標位置と現在位置との偏差が規定値(例えば64)より大きいか小さいかを判断する(S1)。
ペンの目標位置と現在位置との偏差が規定値より大きい場合は通常動作の相PWMテーブルを使用し、規定値より小さくなるまで通常動作の相PWMテーブルを使用する(S2)。
ペンの目標位置と現在位置との偏差が規定値より小さい場合はパワーダウン動作の相PWMテーブルを使用する(S3)。
ペンが目標位置に到達すると静止動作の相PWMテーブルを使用し(S4,S5)、目標位置が移動するまで静止動作の相PWMテーブルを使用する(S6)。
エンコーダディスク2がステッピングモータ1の励磁相に対して理想的に取り付けられていない場合、ステッピングモータ1の時計回り回転と反時計回り回転とで速度差が生じる。そこで、この速度差を無くすため進み角制御により補正を行う。遅い方の回転が早くなるように進角補正することにより、逆に早い方の回転は遅くなる。
図7は、1.5°進角補正した相PWMテーブルの例であり、この他にも進角の違う複数のテーブルを予め用意しておく。ペン位置の調整時に、これら進角の相PWMテーブルを切り換えて時計回り回転、反時計回り回転で速度差が小さくなる最適なテーブルを選択し、調整値として格納しておく。
ペンレコーダに必要なペンサーボモータ動作を行うためのCPU6の処理は、最初にパルスレートテーブル40及び相PWMテーブル50をメモリ10に展開した後は、測定記録信号をデジタル信号に変換した目標位置データのみをレジスタ24に書き込むだけでよく、ペン位置制御のためのCPU負荷を大幅に軽減できる。
22 位置カウンタ
25 パルスレート制御部
26 PWM制御部
30 ドライバ
40 パルスレートテーブル
50 相PWMテーブル
Claims (10)
- 入力パルス信号に応じてステッピングモータの励磁コイルを駆動するドライバと、
該ドライバに与える前記パルス信号を変化させてステッピングモータの回転を制御するPWM制御部と、
ステッピングモータの回転に応じて回転し、移動対象の位置に対応したパルスを出力するパルスエンコーダと、
該パルスエンコーダより出力されるパルスをカウントして移動対象の現在位置を検出する位置カウンタと、
前記PWM制御部に移動対象の目標位置と現在位置との偏差に応じて前記ドライバに与える前記パルス信号の更新待ち時間を制御するレート制御信号を与えるパルスレート制御部と、
を有することを特徴とするステッピングモータ制御装置。 - 前記パルスレート制御部は、前記偏差に応じた待ち時間を経過した後に前記パルス信号を変化させることを特徴とする請求項1記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記パルスレート制御部は、前記偏差に応じた待ち時間を規定したパルスレートテーブルを基に前記パルス信号を制御することを特徴とする請求項2記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記PWM制御部は、ステッピングモータの動作状態に応じた複数の動作モードを識別し、該複数の動作モード毎に前記パルス信号の最大パルス幅を制限することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記PWM制御部は、ステッピングモータの動作状態に応じて前記複数の動作モード毎に前記パルス信号の最大パルス幅が違う相PWMテーブルを切り換えることを特徴とする請求項4記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記複数の動作モードは、初期動作、通常動作、パワーダウン動作、静止動作であることを特徴とする請求項4又は5記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記PWM制御部は、前記偏差により前記複数の動作モードを識別することを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記PWM制御部は、ステッピングモータの回転方向による速度差を補正するため、前記複数の動作モード毎に相PWMテーブルを進角補正した進角相PWMテーブルの中から回転方向による速度差が小さくなるように最適な進角相PWMテーブルを選択することを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載のステッピングモータ制御装置。
- 前記パルスレートテーブル及び相PWMテーブルにより、前記初期動作時、パワーダウン動作時及び静止動作時にはマイクロステップ駆動を行い、前記通常動作時には2相励磁駆動を行うことを特徴とする請求項6乃至8記載のステッピングモータ制御装置。
- 入力パルス信号に応じてステッピングモータの励磁コイルを駆動するドライバと、
該ドライバに与える前記パルス信号を変化させてペンを移動させるステッピングモータの回転を制御するPWM制御部と、
ステッピングモータの回転に応じて回転し、ペンの位置に対応したパルスを出力するパルスエンコーダと、
該パルスエンコーダより出力されるパルスをカウントしてペンの現在位置を検出する位置カウンタと、
前記PWM制御部に測定記録信号の大きさに応じたペンの目標位置と現在位置との偏差に応じて前記ドライバに与える前記パルス信号の更新待ち時間を制御するレート制御信号を与えるパルスレート制御部と、
を有することを特徴とするペンレコーダ。
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