JP2009213244A - Stepping motor drive controller and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータ駆動制御装置及びステッピングモータ駆動制御方法に関し、特に、複数の駆動方法を選択的に切り替えて実行するように制御するステッピングモータ駆動制御装置及びステッピングモータ駆動制御方法に関する。 The present invention relates to a stepping motor drive control device and a stepping motor drive control method, and more particularly to a stepping motor drive control device and a stepping motor drive control method for performing control by selectively switching a plurality of drive methods.
従来、ステッピングモータの駆動方法としては、定電流マイクロステップ駆動が一般的に知られている。しかしながら、この駆動方法では負荷に因らず一定電流を流してモータを駆動するため、効率が悪いという問題があった。そこで、効率の良い制御を行なうために、センサレス制御を適用することが考えられている。センサレス制御とは、回転子位置及び/又は速度を検出するセンサ(位置検出センサ、回転速度センサ等)を用いないで実行するモータ駆動制御方法である。ステッピングモータのモータモデルは一般の同期電動機のモデルと同一である。したがって、同期電動機全般に提案されているセンサレス制御を適用することができる。 Conventionally, constant current micro-step driving is generally known as a stepping motor driving method. However, this driving method has a problem that the efficiency is poor because the motor is driven by supplying a constant current regardless of the load. Therefore, in order to perform efficient control, it is considered to apply sensorless control. The sensorless control is a motor drive control method executed without using a sensor (position detection sensor, rotation speed sensor, etc.) that detects the rotor position and / or speed. The motor model of the stepping motor is the same as that of a general synchronous motor. Therefore, it is possible to apply sensorless control that has been proposed for general synchronous motors.
センサレス制御を利用したステッピングモータの駆動方法としては、例えば特許文献1が挙げられる。特許文献1の制御方法においては、低速領域ではオープンループ制御とし、高速領域ではステッピングモータ内に生成される逆起電力をドライバからの電圧と電流により算出し、この算出された逆起電力を利用してロータとステータの位置関係を求め、この位置関係を利用してロータの位置を制御するクローズドループ制御を採用している。
As a method for driving a stepping motor using sensorless control, for example,
特許文献2に開示された駆動制御装置では、ステッピングモータの回転速度を基準値と比較し、基準値より低いときはオープンループによる駆動系統を選択し、基準値より高いときはクローズドループによる駆動系を選択するように構成されている。
In the drive control device disclosed in
特許文献3に開示された駆動制御装置は、チョッパオフ直後に開放相のスイッチング素子を短期間オンさせ、スイッチング素子の出力静電容量を速やかに充放電するように構成されている。
しかしながら、上記特許文献1〜3に開示されたステッピングモータの駆動制御においては、それぞれ次のような問題点がある。特許文献1及び特許文献2に開示された駆動制御装置では、モータが負荷を負った場合に、オープンループ制御とクローズドループ制御とを切り替えると、切替時に大きな過渡現象が生じてしまう。また、特許文献3に開示された駆動制御では、複雑な励磁シーケンスを用いて逆起電力を検出する必要がある。
However, the drive control of the stepping motor disclosed in
これらの従来技術の問題点に鑑みて、本発明の目的は、ステッピングモータの駆動方法を切り替えることにより、複雑な励磁シーケンス等を用いずにステッピングモータを効率よく駆動すると共に、前記駆動方法の切替時における過渡現象を抑制して安定した駆動を実現することを目的とする。 In view of these problems of the prior art, the object of the present invention is to drive the stepping motor efficiently without using a complicated excitation sequence by switching the driving method of the stepping motor, and to switch the driving method. The purpose is to realize a stable drive by suppressing the transient phenomenon at the time.
上記目的を達成するために、本発明は、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するステッピングモータ駆動制御装置であって、前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出器と、前記センサレス駆動を実行するために、位置指示と前記検出した実電流に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのセンサレス駆動指令を形成するセンサレス制御手段と、前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第1の負荷推定値を得る負荷推定器とを備え、前記センサレス制御手段は、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、前記推定した負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記センサレス駆動指令を前記第1の負荷推定値を用いて形成するように構成されている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a stepping motor drive control device for controlling a stepping motor by switching between micro-step driving and sensorless driving, and a current detector for detecting an actual current flowing through the stepping motor; A sensorless control means for forming a sensorless drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction and the detected actual current to execute the sensorless drive; A load estimator that estimates a load of the stepping motor at the time of step driving to obtain a first load estimated value, and the sensorless control means switches the estimated load when switching from microstep driving to sensorless driving. The sensorless drive for determining the drive current to meet It is configured to the decree formed using the first load estimate.
上記ステッピングモータ駆動制御装置は、前記位置指示に基づいて速度指示を形成する速度指示器をさらに備え、前記センサレス制御手段は、前記速度指示と前記実電流に基づいて推定された推定速度との偏差にPI補償を施すことによって得られるトルク分電流指示を用いて前記センサレス駆動指令を形成するように、かつ前記センサレス駆動に切り替えたときに、前記第1の負荷推定値を用いて前記PI補償のための積分要素の初期値を設定するように構成してもよい。 The stepping motor drive control device further includes a speed indicator that forms a speed instruction based on the position instruction, and the sensorless control means includes a deviation between the speed instruction and an estimated speed estimated based on the actual current. When the sensorless drive command is generated using the torque component current instruction obtained by applying PI compensation to the sensor, and when the sensorless drive is switched, the PI compensation is calculated using the first load estimated value. An initial value of the integral element for setting may be set.
また、前記マイクロステップ駆動を実行するために、前記位置指示に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのマイクロステップ駆動指令を形成するマイクロステップ制御手段を備え、前記センサレス制御手段は、前記センサレス駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第2の負荷推定値を算出し、前記マイクロステップ制御手段は、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記推定したセンサレス駆動時の負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記マイクロステップ駆動指令を形成するように構成してもよい。 In order to execute the micro-step drive, the sensor-less control unit includes a micro-step control unit that forms a micro-step drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction. The control means estimates a load of the stepping motor at the time of the sensorless drive and calculates a second load estimated value, and the microstep control means performs the estimation when switching from the sensorless drive to the microstep drive. The micro-step drive command for determining the drive current corresponding to the load at the time of sensorless drive may be formed.
さらに、前記位置指示に基づいて電気角指示を形成する電気角指示器をさらに備え、該電気角指示器は、センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記第2の負荷推定値を用いて電気角指示を形成し、前記マイクロステップ制御手段は、前記電気角指示に基づいて、前記マイクロステップ駆動指令を形成するように構成してもよい。 Furthermore, an electrical angle indicator that forms an electrical angle indication based on the position indication is further provided, and the electrical angle indicator uses the second load estimated value when switching from sensorless driving to microstep driving. An electrical angle instruction may be formed, and the microstep control means may be configured to form the microstep drive command based on the electrical angle instruction.
例えば、前記センサレス制御手段は、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示と、前記トルク分電流指示と、前記実電流に基づいて推定された推定電気角とに基づいて、前記センサレス駆動指令を形成する。 For example, the sensorless control means is configured to generate the sensorless drive command based on an estimated excitation current instruction that is set or calculated in advance, a torque current instruction, and an estimated electrical angle that is estimated based on the actual current. Form.
一例として、前記センサレス制御手段は、速度・電気角推定器を備え、速度・電気角推定器は、前記実電流とモータモデルから算出された推定電流との差分から前記推定速度と前記推定電気角を算出する。 As an example, the sensorless control means includes a speed / electrical angle estimator, and the speed / electrical angle estimator calculates the estimated speed and the estimated electrical angle from a difference between the actual current and an estimated current calculated from a motor model. Is calculated.
他の例として、前記センサレス制御手段は、電流制御器と適応オブザーバを備え、前記電流制御器は、前記実電流から算出されたdq軸電流と、前記推定励磁分電流指示と、前記トルク分電流指示とからdq軸電圧指示を形成し、前記適応オブザーバは、前記dq軸電流と前記dq軸電圧指示とから前記推定速度と前記推定電気角を算出する。 As another example, the sensorless control means includes a current controller and an adaptive observer, and the current controller includes a dq axis current calculated from the actual current, the estimated excitation current instruction, and the torque current. A dq axis voltage instruction is formed from the instruction, and the adaptive observer calculates the estimated speed and the estimated electrical angle from the dq axis current and the dq axis voltage instruction.
さらに、前記位置指示と前記推定電気角とを比較して、両者の偏差を算出する位置誤差調整器を備え、前記電気角指示器は、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記偏差を前記位置指示に加算して、該偏差を加算した位置指示と前記第2の負荷推定値とから前記電気角指示を形成するように構成してもよい。 Further, it comprises a position error adjuster that compares the position indication with the estimated electrical angle and calculates a deviation between the two, and when the electrical angle indicator is switched from the sensorless drive to the microstep drive, A deviation may be added to the position instruction, and the electrical angle instruction may be formed from the position instruction obtained by adding the deviation and the second estimated load value.
また、本発明は、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するステッピングモータ駆動制御方法であって、前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出ステップと、前記センサレス駆動を実行するために、位置指示と前記検出した実電流に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのセンサレス駆動指令を形成するセンサレス制御ステップと、前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第1の負荷推定値を得る第1の負荷推定ステップとを含み、前記センサレス制御ステップは、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、前記推定した負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記センサレス駆動指令を前記第1の負荷推定値を用いて形成するステップを含む。 The present invention is also a stepping motor drive control method for controlling a stepping motor by switching between micro-step driving and sensorless driving, wherein a current detection step for detecting an actual current flowing through the stepping motor and the sensorless driving are executed. A sensorless control step for forming a sensorless driving command for determining a driving current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position indication and the detected actual current; and the stepping at the time of the microstep driving. A first load estimating step for estimating a load of the motor to obtain a first load estimated value, and the sensorless control step corresponds to the estimated load when the microstep driving is switched to the sensorless driving. The sensor for determining the drive current; A drive command comprises forming with said first load estimate.
上記ステッピングモータ駆動制御方法は、前記マイクロステップ駆動を実行するために、前記位置指示に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのマイクロステップ駆動指令を形成するマイクロステップ制御ステップと、前記センサレス駆動時の前記ステッピングモータの負荷を推定して第2の負荷推定値を得る第2の負荷推定ステップとを含み、前記マイクロステップ制御ステップは、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記推定したセンサレス制御時の負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記マイクロステップ駆動指令を形成するように構成してもよい。 The stepping motor drive control method includes a microstep control for forming a microstep drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction in order to execute the microstep drive. And a second load estimating step of obtaining a second load estimated value by estimating a load of the stepping motor at the time of the sensorless driving, and the microstep control step is changed from the sensorless driving to the microstep driving. When the switching is performed, the micro-step drive command for determining the drive current corresponding to the estimated load at the time of the sensorless control may be formed.
本発明に係るステッピングモータ駆動制御装置及びステッピングモータ駆動制御方法では、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えてステッピングモータを制御する。マイクロステップ駆動は、一般的にすべての回転速度領域において有効ではなく低速領域において優位性が高いという性質がある。一方、センサレス駆動は、一般的にステッピングモータの停止時及び低速領域よりも中・高速領域において優位性が高いという性質がある。 In the stepping motor drive control device and the stepping motor drive control method according to the present invention, the stepping motor is controlled by switching between microstep drive and sensorless drive. The micro-step drive generally has a property that it is not effective in all rotation speed regions but has a superiority in low speed regions. On the other hand, the sensorless drive generally has a property that it is superior in the middle and high speed regions than when the stepping motor is stopped and in the low speed region.
本発明では、複雑な励磁シーケンス等を用いずに、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するため、停止時及び低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域においてセンサレス駆動を実行することによって、精度が高く効率の良い制御を行なうことが可能となっている。 In the present invention, since the stepping motor is controlled by switching between micro-step driving and sensorless driving without using a complicated excitation sequence or the like, microstep driving is executed at the time of stop and in the low speed region, and sensorless in the middle / high speed region. By executing the drive, it is possible to perform highly accurate and efficient control.
さらに、本発明は、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、マイクロステップ駆動時におけるステッピングモータの負荷を推定して得られた負荷推定値を用いて、モータ駆動電流を決定するためのセンサレス駆動指令を形成している。したがって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えた瞬間及び直後において、前記センサレス駆動指令にマイクロステップ駆動時の負荷推定値が反映されるため、マイクロステップ駆動時の負荷に見合う電流が前記ステッピングモータに流れる。したがって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに生じる速度変動等の過渡現象を抑制して安定した駆動を実現することができる。 Furthermore, the present invention provides a sensorless method for determining a motor drive current using a load estimation value obtained by estimating a load of a stepping motor at the time of microstep drive when switching from microstep drive to sensorless drive. A drive command is formed. Therefore, since the load estimated value at the time of microstep driving is reflected in the sensorless driving command immediately and immediately after switching from microstep driving to sensorless driving, a current corresponding to the load at the time of microstep driving flows to the stepping motor. . Therefore, it is possible to realize stable driving by suppressing transient phenomena such as speed fluctuations that occur when switching from microstep driving to sensorless driving.
以下、本発明の第1の実施形態を添付の図により説明する。図1に本実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置の回路図を模式的に示す。ステッピングモータ駆動制御装置1は、外部から与えられた位置指示θ*に基づいてN相HB形ステッピングモータ2の回転子位置制御を実行している。この位置制御に際しては、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とが選択的に切り替えられて実行される。本実施形態において、ステッピングモータ駆動制御装置1は、ステッピングモータ2の停止時と低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域においてセンサレス駆動を実行するように構成されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a circuit diagram of a stepping motor drive control device according to the present embodiment. The stepping motor
まず、停止時はマイクロステップ駆動で位置を保持し、位置指示θ*が入力されると、マイクロステップ駆動で始動する。その後、速度が中高速になると、位置指示θ*を入力とする駆動方法切替器3によりセンサレス駆動に駆動方法を切り替える。停止位置に近づくと、ステッピングモータ2は減速し、低速となったところで駆動方法切替器3によってマイクロステップ駆動に切り替え、停止位置で停止する。
First, when stopping, the position is held by microstep driving, and when the position instruction θ * is input, the microstep driving is started. Thereafter, when the speed becomes medium to high, the driving method is switched to the sensorless driving by the driving
マイクロステップ駆動とセンサレス駆動を切り替える基準値である速度閾値は予め設定されている。駆動方法切替器3は、位置指示θ*から速度を算出し、算出した速度と予め設定された速度閾値とを比較して、マイクロステップ駆動を実行するか、センサレス駆動を実行するかを判定して、切替信号を出力し、スイッチ4を介してマイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えている。
A speed threshold value that is a reference value for switching between microstep driving and sensorless driving is set in advance. The drive
[センサレス駆動時]
定常状態におけるセンサレス駆動について以下に説明する。
速度指示器5は位置指示θ*から速度指示ωsを算出してセンサレス制御部6に出力する。センサレス制御部6は、速度指示ωsと、ステッピングモータ2に流れている実電流iNとに基づいて、センサレス駆動用指令VsNを算出して、PWMインバータ7に出力する。ステッピングモータ2に流れている実電流iNは、電流検出器8で検出される。前記センサレス駆動用指令VsNは、ステッピングモータ2の各相に流す駆動電流を決定するための指令値である。
[When sensorless drive]
The sensorless driving in the steady state will be described below.
The
本実施形態おけるセンサレス制御部6は、定常状態においてセンサレス制御を行なってセンサレス駆動用指令VsNを形成する手段であればよく、特定のセンサレス制御を行なう手段に限定されるものではない。
The
センサレス制御部6の一例を以下に簡単に説明する。センサレス制御部6は、(図示しない)PI制御器を有する速度制御器を備えている。この速度制御器は、速度指示器5から出力された速度指示と実電流iNに基づいて推定された推定速度との差分を算出し、該差分に対してPI制御を行ない、トルク分電流指示を形成する。センサレス制御部6は、形成されたトルク分電流指示と、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示と、実電流iNに基づいて推定された推定電気角とから、前記センサレス駆動用指令VsNを算出して、PWMインバータ7に出力する。PWMインバータ7は前記センサレス駆動用指令VsNを電力増幅し、ステッピングモータ2をセンサレス駆動する。
An example of the
なお、センサレス制御部6は、センサレス駆動を実行している間、センサレス駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Tsを算出している。この負荷推定値は後述のようにセンサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時において、駆動制御に用いられる。該負荷推定値Tsの算出については、後の[センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時]において詳述する。
Incidentally, the
[マイクロステップ駆動時]
定常状態におけるマイクロステップ駆動について以下に説明する。入力された位置指示θ*から電気角指示器9が電気角指示θmを算出する。電気角指示θmはステッピングモータ2の励磁電気角を指示する値である。マイクロステップ制御部10は、算出された電気角指示θmと電流検出器8によって検出したステッピングモータ2の実電流iNと外部から与えられたマイクロステップ電流指示(マイクロステップ駆動用設定電流値)に基づいて、マイクロステップ駆動用指令VmNを形成して出力する。マイクロステップ駆動用指令VmNは、ステッピングモータ2の各相に流す駆動電流を決定するための指令値である。算出されたマイクロステップ駆動用指令VmNは、PWMインバータ7に出力され、PWMインバータ7はマイクロステップ駆動用指令VmNを電力増幅し、ステッピングモータ2をマイクロステップ駆動する。
[In micro step drive]
The microstep drive in the steady state will be described below. The
なお、負荷推定器11は、マイクロステップ駆動を実行している間、マイクロステップ駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Tmを算出している。この負荷推定値Tmは後述のようにマイクロステップ駆動からセンサレス駆動への切替時において、駆動制御に用いられる。該負荷推定値Tmの算出については、後の[マイクロステップ駆動からセンサレス駆動への切替時]において詳述する。
The
[マイクロステップ駆動からセンサレス駆動への切替時]
以下に、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えるときのステッピングモータ駆動制御装置1の動作について説明する。
ステッピングモータの駆動において、負荷のない場合には、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動の両駆動方式における電気角を合致させて切り替えを行うことで、速度変動のない切り替え動作を行うことが出来る。しかしながら、負荷がある場合には、過渡現象として速度変動が生じる。特にマイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替える場合には大きな速度変動を生じ、場合によっては制御不能となる。
[When switching from microstep drive to sensorless drive]
The operation of the stepping motor
In the driving of the stepping motor, when there is no load, the switching operation with no speed fluctuation can be performed by switching by matching the electrical angle in both the microstep driving and the sensorless driving. However, when there is a load, speed fluctuation occurs as a transient phenomenon. In particular, when switching from microstep driving to sensorless driving, a large speed fluctuation occurs, and in some cases, control becomes impossible.
多くのセンサレス制御は、積分器を備えた速度制御器を用いて、要求トルクに応じた電流を流すように電流を制御する。駆動方法切り替え時点ではセンサレス駆動を行っていないため、切替時のトルク分電流指示は、速度制御器における積分器の初期値によって決定される。すなわち、積分器の初期値がゼロに設定されている場合、切替時のトルク分電流指示はゼロになる。したがって、有負荷の場合、負荷に見合ったトルク分電流指示が形成されるまでに速度変動が生じる。 Many sensorless controls use a speed controller with an integrator to control the current so that a current corresponding to the required torque flows. Since sensorless driving is not performed at the time of switching the drive method, the torque current instruction at the time of switching is determined by the initial value of the integrator in the speed controller. That is, when the initial value of the integrator is set to zero, the torque current instruction at the time of switching is zero. Therefore, in the case of a load, speed fluctuation occurs until a torque component current instruction corresponding to the load is formed.
図3は、ステッピングモータが負荷を負った場合における、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたときの時間と速度の関係を示す実験結果である。
図3においては、時間0の時点でマイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替わっている。図3から明らかなように、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えた直後から0.4秒を超える間において大きな速度変動が生じている。
FIG. 3 is an experimental result showing the relationship between time and speed when switching from microstep driving to sensorless driving when the stepping motor is loaded.
In FIG. 3, the microstep drive is switched to the sensorless drive at
そこで、本発明においては、マイクロステップ駆動時の定常状態の負荷を推定し、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたときに、推定した負荷に見合った電流がステッピングモータに流れるように制御を行なうことによって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動への切替時における速度変動を抑制している。 Therefore, in the present invention, a steady state load at the time of microstep driving is estimated, and control is performed so that a current corresponding to the estimated load flows to the stepping motor when switching from microstep driving to sensorless driving. Therefore, the speed fluctuation at the time of switching from the micro step drive to the sensorless drive is suppressed.
本実施形態では、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、マイクロステップ駆動時の負荷に見合った積分初期値を速度制御器の積分器に設定することによって、前記負荷に見合った電流がステッピングモータに流れるように制御している。 In this embodiment, when switching from micro-step driving to sensorless driving, the initial value of integration corresponding to the load during micro-step driving is set in the integrator of the speed controller, so that the current corresponding to the load is stepped. It is controlled to flow to the motor.
先に述べたようにマイクロステップ駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Tmは、マイクロステップ駆動時に負荷推定器11によって算出される。
図2に負荷推定器11の回路図を模式的に示す。以下、図2を参照して負荷Tmの算出方法を説明する。ステッピングモータ2の発生トルクTは鎖交磁束数φaと電流Iaと磁束位置(回転子位置)θreと励磁位置(励磁電気角)θから次式で求めることが出来る。
FIG. 2 schematically shows a circuit diagram of the
負荷推定器11に備えられた誘起起電圧推定演算装置20は、電流検出器8で検出した実電流iNとマイクロステップ駆動指令VmNから各相の誘起起電圧eNを推定する。誘起起電圧推定演算装置20には、N相2相変換装置21が接続されている。N相2相変換装置21は、推定された各相の誘起起電圧eNを2相交流に変換して誘起起電圧eα、eβを求める。
The induced electromotive force
負荷推定器11は、さらに、sin関数発生器22とcos関数発生器23とを備えている。sin関数発生器22は、あらかじめ求め又は推定しておいた回転子位置推定電気角θest reを入力としてsinθest reを算出する。乗算器24は、算出されたsinθest reと推定した2相交流誘起起電圧の1相分eβとを入力として乗算を行う。
The
同様に、cos関数発生器23は、あらかじめ求め又は推定しておいた回転子位置推定電気角θest reを入力としてcosθest reを算出する。乗算器26は、算出したcosθest reと推定した2相交流誘起起電圧の1相分eαとを入力として乗算を行う。ここで求めたeβ×sinθest reとeα×cosθest reとの値を減算器25に入力して、その差であるeα×cosθest re−eβ×sinθest reを求める。
Similarly, cos function
求めたeα×cosθest re−eβ×sinθest reを第1の増幅器27に入力して、これを増幅する。第1の増幅器27で増幅した出力を第1の積分器28に入力して積分する。該第1の積分器28により積分した出力結果を、さらに第2の積分器29に入力して積分するとともに、前記第1の積分器28からの出力を、前記第2の積分器29に並列に接続される前記第2の増幅器30に入力して増幅する。そして第2の積分器29からの積分結果と第2の増幅器30からの増幅結果とを、加算器31に入力して積分出力と増幅出力とを加算する。
The obtained eα × cos θ est re −eβ × sin θ est re is input to the
加算器31からの算出出力θest reをステッピングモータ2の回転子の推定位置にすると共に、該算出出力を、前記あらかじめ求められ又は推定されて入力された回転子位置に代えるように、sin関数発生器22とcos関数発生器23にフィードバックして、繰り返し演算する。
The sin function is used so that the calculated output θ est re from the
この動作を繰り返すことにより、前記加算器31からの算出出力をステッピングモータ2の推定される回転子位置θest reとしている。負荷推定値算出部32は、推定された回転子位置θest reと電気角指示器9から出力された電気角指示(励磁電気角)θmとを入力としてマイクロステップ駆動時の負荷推定値Tmを算出する。
By repeating this operation, the calculated output from the
次に、上記に説明した負荷推定器11の作用を数式を用いてより詳細に説明する。
各相の印加電圧をV、電流をI、誘起起電圧をE、インピーダンスをZとおけば、N相ステッピングモータの電流電圧方程式は次式となる。
Next, the operation of the
If the applied voltage of each phase is V, the current is I, the induced electromotive voltage is E, and the impedance is Z, the current-voltage equation of the N-phase stepping motor is as follows.
電圧Vにはマイクロステップ駆動指令VmNを、電流Iには電流検出器8で検出した実電流iNを、N相ステッピングモータのインピーダンスZにはあらかじめ測定しておいた値(各相のインダクタンス値と抵抗値)を用いれば、誘起起電圧Eは次式から求められる。
The micro step drive command V mN to the voltage V, and the actual current i N detected by the
次に、推定した誘起電圧情報から位置情報を得る方法を説明する。
前記誘起電圧eα、eβを誘起させる、界磁のα、β相の電機子巻線鎖交磁束数ψfα、ψfβは、その最大値をψf′とすると次式で表される。
The α and β phase armature winding interlinkage magnetic flux numbers ψ fα and ψ fβ for inducing the induced voltages eα and eβ are expressed by the following equations, where the maximum value is ψ f ′.
ここで、θreは、α相電機子巻線を基準として時計回りに取った界磁の角度(電気角)であり、ωreを電気角速度とすると次式で表される。
ステッピングモータ2の回転子の推定位置演算結果θest reの正弦(sin)値及び余弦(cos)値を求め、それぞれの値と誘起電圧eα、eβとを乗算すると次式となる。
前記(10)式から前記(11)式を減算すると次式となる。
前記(13)式を前記(12)式に代入すると次式となる。
すなわち、図2における減算器25からの出力結果は、θre−θest reの計算を行ったこととなる。そこで、第1の増幅器27の増幅率をA1、第2の増幅器30の増幅率をA2、第1、第2の積分器27,28の伝達関数を1/sとおき、図2における誘起起電圧推定演算装置20以後の伝達関数を求めると次式となる。
また、前記回転子の推定位置を、所望のダンピングファクタや固有振動数の応答で求めようとするために、前記第1の増幅器27の増幅率A1、前記第2の増幅器30の増幅率A2を設定することができる。
Further, in order to obtain the estimated position of the rotor by a response of a desired damping factor or natural frequency, the amplification factor A1 of the
負荷推定値算出部32は(図示しない)減算器で、推定された回転子位置(電気角)θest reと電気角指示器9から出力された電気角指示(励磁電気角)θmとの差を算出する。ここで、求めた回転子推定位置θest reは、α相電機子巻線を基準として時計回りに取った誘起電圧の電気角の推定結果である。従って、界磁位置は90゜進んだ角度となる。したがって、前記減算器で算出された差にπ/2を(図示しない)加算器で加算して、負荷角θ−θreを推定する。 Load estimated value calculating section 32 with (not illustrated) the subtractor, the estimated rotor position (electrical angle) theta est re output electrical angle instruction from the electrical angle indicator 9 (excitation electrical angle) between theta m Calculate the difference. Here, the obtained rotor estimated position θ est re is an estimation result of the electrical angle of the induced voltage taken clockwise with respect to the α-phase armature winding. Therefore, the field position is an angle advanced by 90 °. Therefore, π / 2 is added to the difference calculated by the subtracter by an adder (not shown) to estimate the load angle θ− θre .
負荷推定値算出部32は、推定した負荷角θ−θreと予め設定されている相電流のピーク電流値iaとモータ定数φaから前記(1)式を用いて負荷推定値Tmを算出する。負荷推定器11は、前述のように、前記(15)式によって表されるトラッキングフィルタによって推定された回転子位置を用いて負荷推定値Tmを算出している。該トラッキングフィルタは高周波成分をカットするフィルタ機能を有しているため、負荷推定器11による負荷推定値Tmの算出に際して、検出ノイズによる負荷推定値の変動を除去することができる。
The estimated load value calculator 32 calculates the estimated load value T m from the estimated load angle θ−θ re , the preset peak current value i a of the phase current and the motor constant φ a using the equation (1). calculate. As described above, the
マイクロステップ駆動からセンサレス制御に切り替えられると、センサレス制御部は、負荷推定値算出部32で推定された負荷推定値Tmを取得して、速度制御器に備えられた積分器の初期値を負荷推定値Tmに見合う値に設定する。ここで、負荷推定値Tmは、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えられる直前に算出された負荷推定値Tmである。前記積分初期値は、負荷推定値Tmをトルク定数で除算して電流に換算し、さらに制御ゲインで除算することにより決定される。 When switched from the micro step drive for the sensorless control, sensorless control unit acquires the estimated load estimated value calculating section 32 load estimated value T m, load the initial value of the integrator provided in the speed controller set to a value appropriate to estimate T m. Here, load estimated value The T m is the load estimated value T m calculated immediately before is switched from the micro step drive to sensorless driving. The initial integral value is determined by dividing the estimated load value Tm by a torque constant, converting it to a current, and further dividing by a control gain.
このように、速度制御器の積分器の初期値をマイクロステップ駆動時の負荷の値に見合う値に設定することによって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えた瞬間及び直後にマイクロステップ駆動時の負荷に見合う電流がステッピングモータに流れるように制御され、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたときの速度変動を抑制することができる。 In this way, by setting the initial value of the integrator of the speed controller to a value commensurate with the load value at the time of microstep driving, the load at the time of microstep driving immediately after and immediately after switching from microstep driving to sensorless driving. Is controlled so that a current commensurate with the current flows in the stepping motor, and speed fluctuations when switching from microstep driving to sensorless driving can be suppressed.
図4は、ステッピングモータ駆動制御装置1において、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたときの時間と速度の関係を示す実験結果である。
図4からも明らかなように、本実施形態においては、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたときの過渡現象が抑制されて、切替時の速度変動はほとんど生じていない。
FIG. 4 shows experimental results showing the relationship between time and speed when the stepping motor
As is apparent from FIG. 4, in this embodiment, the transient phenomenon when switching from the microstep drive to the sensorless drive is suppressed, and the speed fluctuation at the time of switching hardly occurs.
[センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時]
センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時においては、電気角指示器9が、センサレス駆動時におけるモータ2の負荷の値を示す負荷推定値Tsを、センサレス制御部6から取得し、該推定負荷値Tsと入力された位置指示θ*とに基づいて、該推定負荷値Tsに見合う電流をステッピングモータ2に流すように電気角指示θmを形成する。
[When switching from sensorless drive to microstep drive]
At the time of switching from the sensorless drive to the microstep drive, the
センサレス制御では、一般的にオブザーバやモータ逆モデルを使用して磁束位置を推定し、推定した磁束位置に基づいてトルク分電流の大きさを制御している。したがって、センサレス制御部6は、トルク定数とトルク分電流から負荷推定値Tsを算出している。
In sensorless control, the position of the magnetic flux is generally estimated using an observer or a motor inverse model, and the magnitude of the torque component current is controlled based on the estimated magnetic flux position. Therefore, the
センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時に、電気角指示器9が取得する負荷推定値Tsは、センサレス駆動からマイクロステップ駆動へ切り替えられる直前にセンサレス制御部6で算出された負荷推定値Tsである。
When switching from the sensorless drive to the micro step drive, load estimate
上記のように、センサレス駆動からマイクロステップ駆動へ切り替えられるときに、推定負荷値Tsに見合う電流がステッピングモータ2に流れるため、センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時における速度変動を抑制することができる。
As described above, when switched from the sensorless drive to the micro step drive, the current commensurate with the estimated load value T s flows through the stepping
以上に説明したように、本実施形態では、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを選択的に切り替えることによって効率の良い位置制御を実現すると共に、マイクロステップ駆動とセンサレス駆動とを切り替えるときに、それぞれ切替前の負荷の値に見合う電流をステッピングモータ2に流すように制御しているため、切替時の速度変動を抑制して安定した制御を実現している。
さらに、負荷推定器11における負荷推定方法として、前述の方法を実行しているため、モータに検出巻線等を用いないので、特別なモータを必要としない。また検出巻線等を使わないので、特別な検出回路を必要とせず、CPUで演算が可能である。
As described above, in the present embodiment, efficient position control is realized by selectively switching between microstep driving and sensorless driving, and switching is performed when switching between microstep driving and sensorless driving. Since the current corresponding to the value of the previous load is controlled to flow to the stepping
Furthermore, since the above-described method is executed as the load estimation method in the
[第2の実施形態]
図5に第2の実施形態を示す。ステッピングモータ駆動制御装置40は、第1の実施形態と同様に、N相HB形ステッピングモータ39の停止時と低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域においてセンサレス駆動を実行するように構成されている。駆動方法の切替は、第1の実施形態と同様に、駆動方法切替器42によって実行される。駆動方法切替器42から出力された切替信号に応じてスイッチ43,44が切り替えられることによって、上記駆動方法が切り替えられる。図5においては、スイッチ43,44はマイクロステップ駆動を選択している。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a second embodiment. As in the first embodiment, the stepping motor
速度指示器45に接続された減算器46、速度制御器47、電流制御器48、モータモデル49、速度・電気角推定器50及び座標変換器51は、第1の実施形態におけるセンサレス制御部6に対応する。電気角指示器52に接続された座標変換器53、減算器54、電流制御器55は、第1の実施形態におけるマイクロステップ制御部10に対応する。負荷推定器56は、第1の実施形態における負荷推定器11と同様の処理を実行する。
The
定常状態におけるセンサレス駆動では、位置指示θ*を入力とする速度指示器45から出力された速度指示ωsと、電流検出器41によって検出された実電流iNに基づいて推定された推定速度とが減算器46に入力されて、速度指示ωsと推定速度との差分が速度制御器47に入力される。速度制御器47は、PI制御器を備え、入力された差分に対してPI制御を行なってトルク分電流指示として電流制御器48に出力する。
In sensorless driving in the steady state, the speed instruction ω s output from the
電流制御器48は、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示とトルク分電流指示とから、dq軸電圧指示Vdqsをスイッチ43を介して座標変換器58に出力する。座標変換器58には、さらに、電流検出器41によって検出された実電流iNに基づいて算出された推定電気角がスイッチ44を介して入力される。
The
座標変換器58は、dq軸電圧指示Vdqsと推定電気角とを入力としてdq−3相変換を実行し、センサレス駆動用指令VsNをPWMインバータ59に出力する。PWMインバータ59はセンサレス駆動用指令VsNを電力増幅し、ステッピングモータ2をセンサレス駆動する。
The coordinate
前記推定速度及び前記推定電気角は、速度・電気角推定器50によって算出される。速度・電気角推定器50には、モータモデル49から取得されたモデル電流と、座標変換器51を介して軸変換された実電流とが入力される。モータモデル49は、モータの数学モデルであって、電圧速度から電流値を推定するものである。座標変換器51は、電流検出器41によって検知された相電流とフィードバックされた推定電気角を入力として3相−dq変換を実行して励磁分電流とトルク分電流とを算出し、速度・電気角推定器50に出力している。
The estimated speed and the estimated electrical angle are calculated by a speed /
速度・電気角推定器50はモデル電流と実電流(3相−dq変換された前記励磁分電流とトルク分電流)との差分(誤差)から速度及び電気角を算出して、推定速度及び前記推定電気角を出力している。
The speed /
定常状態におけるマイクロステップ駆動では、電気角指示器52が位置指示θ*を入力として電気角指示(励磁電気角)θmを出力する。座標変換器53は電気角指示θmと電流検出器41によって検出された実電流iNとを入力として3相−dq変換を実行して直流電流を算出し、該直流電流を減算器54に出力する。減算器54は、入力されたマイクロステップ電流指示と前記直流電流との差分を算出して電流制御器55に出力する。電流制御器55は、入力値に対してPI制御を行なって、dq軸電圧指示Vdqmを出力する。
In the micro step drive in the steady state, the
出力されたdq軸電圧指示Vdqmはスイッチ43を介して座標変換器58に出力される。座標変換器58には、さらに、電気角指示器52から出力された電気角指示θmがスイッチ44を介して入力される。座標変換器58はdq軸電圧指示Vdqmと電気角指示θmとを入力としてdq−3相変換を実行し、マイクロステップ駆動用指令VmNをPWMインバータ59に入力する。PWMインバータ59はマイクロステップ駆動用指令VmNを電力増幅し、ステッピングモータ39をマイクロステップ駆動する。
The output dq axis voltage instruction V dqm is output to the coordinate
マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替わるときには、第1の実施形態と同様に、負荷推定器56で推定された推定負荷値Tmに見合った積分初期値が速度制御器47の積分器に設定される。したがって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替わるときの速度変動を抑制することができる。なお、本実施形態では、モータ逆モデルを用いてdq軸電圧指示Vdqsを算出しているため、電流制御器48おいてPI制御器を設ける必要がない。よって、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えるときに電流制御器48において積分初期値を設定する必要はない。
When switching from micro-step driving to sensorless driving, an integral initial value corresponding to the estimated load value T m estimated by the
センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替わるときには、センサレス駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Tsが速度制御器47から電気角指示器52に出力される。速度制御器47は前記速度指示ωsと推定速度との差分に基づいて算出したトルク分電流に対して、予め与えられているモータ定数を乗じて負荷推定値Tsを算出している。
When the sensorless drive is switched to the microstep drive, the estimated load value T s indicating the load value during the sensorless drive is output from the
電気角指示器52には、さらに位置指示θ*が入力される。この位置指示θ*は、前記マイクロステップ駆動に切り替わる際に位置誤差調整器57にも入力される。以下、位置誤差調整器57について説明する。速度・電気角推定器50で推定された推定電気角が位置誤差調整器57に入力される。位置誤差調整器57は、推定電気角と位置指示θ*とを入力として両者の偏差を算出し、該偏差を電気角指示器52に出力する。電気角指示器52は入力された偏差を位置指示θ*に加算する。電気角指示器52は、前記偏差を加算した位置指示θ*と負荷推定値Tsとから、センサレス駆動時の負荷に見合う電流がモータ39に流れるように、電気角指示(励磁電気角)θmを形成して、座標変換器53に出力している。
The
前記位置誤差調整器57は、速度制御系であるセンサレス駆動と位置制御系であるマイクロステップ駆動とを切り替えるときに生じる演算誤差を解消する目的を有している。すなわち、センサレス駆動では、速度指示器45を介して位置指示θ*から速度指示ωsを算出する等、位置と速度の変換を実行している。したがって、このような変換の過程で生じた演算誤差によって速度指示と位置指示の整合がとれなくなる可能性がある。
The
そこで、位置誤差調整器57は、速度指示と位置指示の整合をとるために、入力された推定電気角と入力された位置指示θ*との偏差を算出して、電気角指示器52に出力している。そして、電気角指示器52は該偏差を位置指示θ*に加算して電気角指示θmを形成している。これにより、マイクロステップ駆動に切り替えたときに、演算誤差等が解消された電気角指示θmが出力されることになる。
Therefore, the
[第3の実施形態]
図6に第3の実施形態を示す。N相HB形モータ61を駆動制御するステッピングモータ駆動制御装置60において、速度指示器62に接続された減算器63、速度制御器64、電流制御器65、適応オブザーバ66、積分器67、座標変換器68は、第1の実施形態におけるセンサレス制御部6に対応する。電気角指示器69に接続された座標変換器70、(図示しない)減算器を備えた電流制御器71は第1の実施形態におけるマイクロステップ制御部10に対応する。負荷推定器72は、第1の実施形態における負荷推定器11と同様の処理を実行する。駆動方法切替器73による駆動方法の切替及び定常状態のマイクロステップ駆動については、第2の実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、図6においては、スイッチ74,75はマイクロステップ駆動を選択している。
[Third Embodiment]
FIG. 6 shows a third embodiment. In a stepping motor
定常状態のセンサレス駆動において、速度指示器62は位置指示θ*を入力として速度指示ωsを算出して減算器63に入力する。減算器63は速度指示器62から出力された速度指示ωsと電流検出器76によって検出された実電流に基づいて推定された推定速度との差分を算出して速度制御器64に出力する。速度制御器64は、PI制御器を備え、入力された差分に対してPI制御を行なってトルク分電流指示を形成し、該トルク分電流指示を電流制御器65に出力している。
In the sensorless driving in the steady state, the
電流制御器65は、PI制御器を備え、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示及びトルク分電流指示と、電流検出器76によって検出された実電流から算出された励磁分電流及びトルク分電流との差分を算出してPI制御を実行し、dq軸電圧指示Vdqsを形成して出力している。dq軸電圧指示Vdqsはスイッチ74を介して座標変換器77に入力される。座標変換器77には、さらにスイッチ75を介して、電流検出器76によって検出された実電流に基づいて推定された推定電気角が入力される。
The
座標変換器77はdq軸電圧指示Vdqsと推定電気角とを入力としてdq−3相変換を実行し、センサレス駆動用指令VsNをPWMインバータ78に入力する。PWMインバータ78はセンサレス駆動用指令VsNを電力増幅し、ステッピングモータ61をセンサレス駆動する。
The coordinate
前記推定速度及び前記推定電気角は、適応オブザーバ66によって算出される。適応オブザーバ66には電流検出器76によって検出された実電流が座標変換器68を介して入力される。座標変換器68はフィードバックされた推定電気角と入力された実電流(相電流)とから、3相−dq変換を実行して、励磁分電流とトルク分電流(dq軸電流)とを算出して、適応オブザーバ66に入力している。
The estimated speed and the estimated electrical angle are calculated by the
適応オブザーバ66は、入力された実電流(dq軸電流)と、電流制御器65から出力されたdq軸電圧指示Vdqsの電圧とから推定速度を算出し、該推定速度を積分器67を介して積分することによって推定電気角を算出している。
本実施形態のように、センサレス制御手段として適応オブザーバ66を使用すると、各制御部分のゲイン設定が容易になる。
The
If the
マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えるときは、上記第2の実施形態と同様に、負荷推定器72で算出した負荷推定値Tmに見合う積分初期値を速度制御器64の積分器に設定する。加えて、本実施形態では、電流制御器65においてもPI制御を実行しているため、電流制御器65の積分器においても、負荷推定器72で算出した負荷推定値Tmに見合う積分初期値を設定する。
When switching from the micro step drive in the sensorless drive, as in the second embodiment, setting the integration initial value commensurate with the load estimated value T m calculated by the
センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えるときは、上記第2の実施形態と同様に、速度制御器64から出力されたセンサレス駆動時の負荷推定値Tsを電気角指示器69に入力する。位置誤差調整器79は、位置指示θ*と適応オブザーバ66で推定された推定電気角とを入力として、両者の偏差を電気角指示器69に出力する。電気角指示器69は、該偏差を加算した位置指示θ*と負荷推定値Tsとから、センサレス駆動時の負荷に見合った電流がステッピングモータ61に流れるように、電気角指示(励磁電気角)θmを形成している。
When switching from the sensorless drive the micro step drive inputs said as in the second embodiment, the load estimated value T s during sensorless drive output from the
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施形態における定常時のセンサレス制御及びマイクロステップ制御は上記実施形態に限定されない。他の構成要素及び制御によって実行される様々なセンサレス制御及びマイクロステップ制御を本発明に適用することができる。
また、上記第1の実施形態における負荷推定器ではトラッキングフィルタを用いて回転子推定位置を算出しているがこれに限定されない。例えば、逆正接関を用いて回転子推定位置θest reを算出することもできる。この場合、前記N相2相変換装置21によって2相交流に変換して求められた誘起起電圧eα、eβを、逆正接関数に入力し、該逆正接関数からの出力をフィルタに入力し、該フィルタからの出力を回転子推定位置θest reとして前記負荷推定値算出部32に出力するように構成しても良い。
既述の実施形態では、N相HB形ステッピングモータを駆動対象のモータとして採用しているがこれに限定されず、他のタイプのステッピングモータを駆動対象としても良い。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation and change are possible based on the technical idea of this invention.
For example, sensorless control and microstep control during steady state in the above embodiment are not limited to the above embodiment. Various sensorless control and microstep control performed by other components and controls can be applied to the present invention.
In the load estimator in the first embodiment, the estimated rotor position is calculated using a tracking filter, but the present invention is not limited to this. For example, the rotor estimated position θ est re can be calculated using an arctangent. In this case, induced electromotive voltages eα and eβ obtained by converting into two-phase alternating current by the N-phase to two-phase converter 21 are input to an arc tangent function, and an output from the arc tangent function is input to a filter, it may be configured to output the output from the filter to the load estimated value calculating section 32 as the rotor position estimate theta est re.
In the above-described embodiment, the N-phase HB type stepping motor is employed as the motor to be driven. However, the present invention is not limited to this, and another type of stepping motor may be the driving object.
上記第2及び第3の実施形態では、位置誤差調整器は、センサレス駆動からマイクロステップ駆動へ切り替えたときに動作している。しかしながら、位置誤差調整器57,79はセンサレス駆動中に動作して位置誤差を調整することもできる。この場合、位置誤差調整器57,79は、センサレス駆動中において、位置指示θ*と推定電気角の偏差を算出して速度指示器45,62に出力する。速度指示器45,62は該偏差を位置指示θ*に加算して該偏差を加算した位置指示θ*から速度指示を算出することによって、演算誤差等が補正された速度指示を出力する。このように、センサレス駆動中に速度指示器45,62から出力される速度指示が位置誤差調整器57,79を介してすでに調整されている場合には、マイクロステップ駆動へ切り替える際に、推定電気角の位置指示θ*に対する誤差等を補正する必要はない。したがって、上記第2及び第3の実施形態において、センサレス駆動中に位置誤差調整器57,79を介して上記速度指示を調整した場合には、位置誤差調整器57,79は、前記偏差を電気角指示器52,69に出力する必要はない。
In the second and third embodiments, the position error adjuster operates when switching from sensorless driving to microstep driving. However, the
上記第2及び第3の実施形態において、センサレス制御時の負荷推定値Tsは速度制御器47,64においてトルク分電流に基づいて算出されているが、これに限定されない。例えば、座標変換器51,68から出力されるトルク分電流に、任意の演算手段を介してモータ定数を乗じることによってセンサレス制御時の負荷推定値Tsを算出し、該算出した負荷推定値Tsを電気角指示器52,69に入力するように構成しても良い。
In the second and third embodiments, the load estimated value T s during sensorless control is calculated based on the torque current in the
1,40,60 ステッピングモータ駆動制御装置
2,39,61 ステッピングモータ
3,42,73 駆動方法切替器
5,45,62 速度指示器
6 センサレス制御部
8,41,76 電流検出器
9,52,69 電気角指示器
10 マイクロステップ制御部
11,56,72 負荷推定器
47,64 速度制御器
48,65 電流制御器
49 モータモデル
50 速度・電気角推定器
57,79 位置誤差調整器
66 適応オブザーバ
1, 40, 60 Stepping motor
Claims (10)
前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出器と、
前記センサレス駆動を実行するために、位置指示と前記検出した実電流に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのセンサレス駆動指令を形成するセンサレス制御手段と、
前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第1の負荷推定値を得る負荷推定器と
を備え、
前記センサレス制御手段は、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、前記推定した負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記センサレス駆動指令を前記第1の負荷推定値を用いて形成するように構成されている、ステッピングモータ駆動制御装置。 A stepping motor drive control device for controlling a stepping motor by switching between micro-step driving and sensorless driving,
A current detector for detecting an actual current flowing through the stepping motor;
Sensorless control means for forming a sensorless drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction and the detected actual current to execute the sensorless drive;
A load estimator that estimates a load of the stepping motor at the time of the microstep drive and obtains a first load estimated value;
The sensorless control means uses the first load estimated value to form the sensorless drive command for determining the drive current corresponding to the estimated load when the microstep drive is switched to the sensorless drive. A stepping motor drive control device configured as described above.
前記センサレス制御手段は、前記速度指示と前記実電流に基づいて推定された推定速度との偏差にPI補償を施すことによって得られるトルク分電流指示を用いて前記センサレス駆動指令を形成するように、かつ前記センサレス駆動に切り替えたときに、前記第1の負荷推定値を用いて前記PI補償のための積分要素の初期値を設定するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 A speed indicator that forms a speed indication based on the position indication;
The sensorless control means forms the sensorless drive command using a torque current instruction obtained by performing PI compensation on a deviation between the speed instruction and an estimated speed estimated based on the actual current. In addition, when switching to the sensorless drive, the initial value of the integral element for the PI compensation is set using the first load estimated value. The stepping motor drive control device described.
前記センサレス制御手段は、前記センサレス駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第2の負荷推定値を算出し、
前記マイクロステップ制御手段は、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記推定したセンサレス駆動時の負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記マイクロステップ駆動指令を形成するように構成されている、請求項1又は2に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 In order to execute the microstep drive, microstep control means for forming a microstep drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction,
The sensorless control means calculates a second load estimated value by estimating a load of the stepping motor during the sensorless driving,
The microstep control means is configured to form the microstep drive command for determining the drive current commensurate with the estimated load during the sensorless drive when the sensorless drive is switched to the microstep drive. The stepping motor drive control device according to claim 1 or 2.
該電気角指示器は、センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記第2の負荷推定値を用いて電気角指示を形成し、
前記マイクロステップ制御手段は、前記電気角指示に基づいて、前記マイクロステップ駆動指令を形成することを特徴とする、請求項3に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 An electrical angle indicator that forms an electrical angle indication based on the position indication;
The electrical angle indicator forms an electrical angle indication using the second load estimated value when switching from sensorless drive to microstep drive,
The stepping motor drive control device according to claim 3, wherein the microstep control means forms the microstep drive command based on the electrical angle instruction.
速度・電気角推定器は、前記実電流とモータモデルから算出された推定電流との差分から前記推定速度と前記推定電気角を算出することを特徴とする、請求項5に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 The sensorless control means includes a speed / electrical angle estimator,
6. The stepping motor drive according to claim 5, wherein the speed / electrical angle estimator calculates the estimated speed and the estimated electrical angle from a difference between the actual current and an estimated current calculated from a motor model. Control device.
前記電流制御器は、前記実電流から算出されたdq軸電流と、前記推定励磁分電流指示と、前記トルク分電流指示とからdq軸電圧指示を形成し、
前記適応オブザーバは、前記dq軸電流と前記dq軸電圧指示とから前記推定速度と前記推定電気角を算出することを特徴とする、請求項5に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 The sensorless control means includes a current controller and an adaptive observer.
The current controller forms a dq-axis voltage instruction from the dq-axis current calculated from the actual current, the estimated excitation current instruction, and the torque current instruction.
6. The stepping motor drive control device according to claim 5, wherein the adaptive observer calculates the estimated speed and the estimated electrical angle from the dq-axis current and the dq-axis voltage instruction.
前記電気角指示器は、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記偏差を前記位置指示に加算して、該偏差を加算した位置指示と前記第2の負荷推定値とから前記電気角指示を形成することを特徴とする、請求項4に従属する請求項5〜7のいずれか1項に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 A position error adjuster that compares the position indication with the estimated electrical angle and calculates a deviation between the two;
The electrical angle indicator adds the deviation to the position instruction when the sensorless driving is switched to the microstep driving, and the electric power is calculated from the position instruction obtained by adding the deviation and the second load estimated value. The stepping motor drive control device according to claim 5, wherein the stepping motor drive control device is dependent on claim 4.
前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出ステップと、
前記センサレス駆動を実行するために、位置指示と前記検出した実電流に基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定するためのセンサレス駆動指令を形成するセンサレス制御ステップと、
前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して第1の負荷推定値を得る第1の負荷推定ステップと
を含み、
前記センサレス制御ステップは、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えたときに、前記推定した負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記センサレス駆動指令を前記第1の負荷推定値を用いて形成するステップを含む、ステッピングモータ駆動制御方法。 A stepping motor drive control method for controlling a stepping motor by switching between micro-step drive and sensorless drive,
A current detection step of detecting an actual current flowing through the stepping motor;
A sensorless control step for forming a sensorless drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the position instruction and the detected actual current in order to execute the sensorless drive;
A first load estimating step of estimating a load of the stepping motor during the microstep driving to obtain a first load estimated value;
The sensorless control step is a step of forming the sensorless drive command for determining the drive current corresponding to the estimated load using the first load estimated value when switching from microstep drive to sensorless drive. A stepping motor drive control method.
前記センサレス駆動時の前記ステッピングモータの負荷を推定して第2の負荷推定値を得る第2の負荷推定ステップと
を含み、
前記マイクロステップ制御ステップは、前記センサレス駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記推定したセンサレス制御時の負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記マイクロステップ駆動指令を形成するように構成されている、請求項9に記載のステッピングモータ駆動制御方法。 A micro-step control step for forming a micro-step drive command for determining a drive current to be supplied to each phase of the stepping motor based on the position instruction in order to execute the micro-step drive;
A second load estimating step of estimating a load of the stepping motor during the sensorless driving to obtain a second load estimated value;
The microstep control step is configured to form the microstep drive command for determining the drive current commensurate with the estimated load during the sensorless control when the sensorless drive is switched to the microstep drive. The stepping motor drive control method according to claim 9.
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