JP2011062001A - ステッピングモータの駆動制御方法および駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で分解能を向上させることのできるステッピングモータの駆動制御方法および駆動制御装置を提供すること。
【解決手段】ステッピングモータ１の駆動制御装置４０は、駆動用ＩＣからなる駆動回路部５０と、マイクロコンピュータからなるモータ制御部６０とを備えている。モータ制御部６０は、回転角検出器７０による検出結果と微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出する位置偏差算出部６２と、位置偏差をゼロにするための制御量を求める補償制御部６３とを備えている。このため、回転子の目標停止位置として、回転子における磁極の数、励磁相の相数、および励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角に対応する第１角度位置と第２角度位置との間に、回転子の目標停止位置を設定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御方法および駆動制御装置に関するものである。さらに詳しくは、ステップ角よりも分解能の高い位置で回転子を停止させるための駆動制御技術に関するものである。

ステッピングモータは、Ｎ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されているマグネットを備えた回転子と、回転子のマグネットに対向して配置された励磁相を複数備えた固定子とを有しており、励磁相に駆動パルスを供給して回転子を回転させて、回転子を所定の位置で停止させる。かかるステッピングモータは、オープンループでの制御が可能である分、モータおよび駆動制御部の構成を簡素化できるという利点がある。但し、ステッピングモータに対しては、回転子における磁極の数や励磁相の相数により規定される基本ステップ角より分解能が高い目標停止位置に回転子を停止させることが要求される場合がある。

かかる要求に対応することを目的に、駆動パルスを複数のステップに分割し、励磁相に供給する電流配分を徐々に変化させることにより、基本ステップ角よりも細かいステップでモータを駆動させるマイクロステップ駆動が提案されている（特許文献１参照）。

一方、ステッピングモータにおいて脱調を防止することを目的に、回転子の回転を検出する回転角検出器を設け、かかる回転角検出器での検出結果に基づいて、励磁相に供給する駆動パルスの位相を最適化する技術が提案されている（特許文献２参照）。

また、回転子の回転を検出する回転角検出器を設け、かかる回転角検出器での検出結果に基づいて回転子の位置を監視し、回転子が目標停止位置に接近するまでは、ステップ歯間隔の駆動パルスで駆動し、回転子が目標停止位置に接近した以降は、マイクロステップ駆動に切り換える技術も提案されている（特許文献３参照）。

さらに、マイクロステップ駆動を採用するとともに、回転子の回転を検出する回転角検出器を設けることにより、モータ個体間の違いにかかわらず、回転子の目標停止位置と、実際の停止位置との誤差を縮小する技術が提案されている（特許文献４参照）。

特開昭５８−２３３６４号公報 特開２００３−３３９１９３号公報 特開平１０−２７１８９５号公報 特開平６−２８４７９０号公報

上記特許文献１、３、４に記載の技術を採用した場合でも、ステッピングモータの停止位置の分解能は、回転子における磁極の数、励磁相の相数、および励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角より制限されているため、分解能をさらに高めるには、マイクロステップ駆動で用いる駆動パルスの波形を正弦波に近い波形とする必要がある。但し、かかる構成を採用した場合には、駆動回路部の構成を完全に変更する必要があるのに加えて、ＰＷＭ信号を出力可能なマイクロコンピュータ、電流検出のためのオペアンプやＡ／Ｄコンバータなどが必要となるため、安価であるというステッピングモータの利点が損なわれるという問題点がある。

また、特許文献２、３、４に記載の技術のように、回転子の回転を検出する回転角検出器を設けた場合には、励磁タイミングを最適化してモータを所定の目標速度で駆動させる場合には有効であるが、回転子の停止位置の分解能を高める場合には、特に有効とはいえない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、簡素な構成で分解能を向上させることのできるステッピングモータの駆動制御方法および駆動制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、Ｎ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されているマグネットを備えた回転子と、該回転子のマグネットに対向して配置された励磁相を複数備えた固定子と、を有するステッピングモータの駆動制御方法であって、前記回転子の目標停止位置として、前記回転子における磁極の数、前記励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間に微小ステップ目標停止位置を設定した際、前記回転子を前記第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを前記励磁相に印加する第１駆動動作と、前記回転子を前記第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを前記励磁相に印加する第２駆動動作と、を行うことを特徴とする。

かかる駆動制御方法は、以下の駆動制御装置によって実現することができる。すなわち、本発明は、Ｎ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されているマグネットを備えた回転子と、該回転子のマグネットに対向して配置された励磁相を複数備えた固定子と、前記励磁相に通電して前記回転子を第１回転方向に回転させるとともに当該第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転させるモータ駆動回路部と、を有するステッピングモータの駆動制御装置であって、前記モータ駆動回路部を制御して前記回転子を目標停止位置に停止させるモータ制御部を有し、当該モータ制御部は、前記目標停止位置として、前記回転子における磁極の数、前記励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間に微小ステップ目標停止位置が設定された際、前記回転子を前記第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを前記励磁相に印加する第１駆動動作と、前記回転子を前記第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを前記励磁相に印加する第２駆動動作とを前記モータ駆動回路部に行なわせることを特徴とする。

本発明では、回転子の目標停止位置として、回転子における磁極の数、励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間の微小ステップ目標停止位置を設定した際、回転子を第１角度位置で停止させようとする第１駆動パルスを励磁相に印加する第１駆動動作と、回転子を第２角度位置で停止させようとする第２駆動パルスを励磁相に印加する第２駆動動作とを行う。その結果、回転子は、第１角度位置と第２角度位置との間のうち、第１駆動パルスと第２駆動パルスとのパルス数に比例する位置で停止する。このため、マイクロステップ駆動で用いる駆動パルスの波形を正弦波に近い波形とするなどといった複雑な構成を採用しなくても、分解能を高めることができる。

本発明においては、前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを交互に行なうことが好ましい。かかる構成によれば、回転子を微小ステップ目標停止位置に迅速に停止させることができる。

本発明において、前記モータ駆動回路部はモータ駆動用ＩＣに構成され、前記モータ制御部は、マイクロコンピュータに構成されていることが好ましい。このような構成によれば、マイクロコンピュータの構成を変更するだけで本発明を実現することができ、モータ駆動回路部については、汎用のモータ駆動用ＩＣを用いることができる。

本発明において、前記第１駆動動作では、前記回転子が前記微小ステップ目標停止位置に対して前記第２角度位置側にあるタイミングで前記第１駆動パルスを前記励磁相に印加し、前記第２駆動動作では、前記回転子が前記微小ステップ目標停止位置に対して前記第１角度位置側にあるタイミングで前記第２駆動パルスを前記励磁相に印加することが好ましい。

かかる駆動制御方法は、例えば、前記回転子の実際の位置を検出する回転角検出器を設けておき、前記回転子を前記微小ステップ目標停止位置に停止させる際、前記回転角検出器による検出結果と前記微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出し、当該位置偏差がゼロになるように前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを行なうことにより実現することができる。また、上記駆動制御方法は、前記回転子の実際の位置を検出する回転角検出器を有し、前記モータ制御部は、前記回転角検出器による検出結果と前記微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出する位置偏差算出部と、当該位置偏差をゼロにするための制御量を算出する補償制御部と、前記制御量に基づいて前記モータ駆動回路部に前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを行なわせる制御信号を生成して出力する制御信号生成出力部と、を有している駆動制御装置により実現することができる。かかる構成によれば、ステッピングモータでのフィードバック制御の内容を一部最適化するだけで、分解能を高めることができる。

この場合、前記回転角検出器は、絶対値エンコーダであることが好ましい。かかる構成によれば、電源供給を行なった際に回転角検出器の原点復帰を行なわなくても磁極位置が分るという利点がある。

本発明では、回転子の目標停止位置として、回転子における磁極の数、励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間の微小ステップ目標停止位置を設定した際、回転子を第１角度位置で停止させようとする第１駆動パルスを励磁相に印加する第１駆動動作と、回転子を第２角度位置で停止させようとする第２駆動パルスを励磁相に印加する第２駆動動作とを行う。その結果、回転子は、第１角度位置と第２角度位置との間のうち、第１駆動パルスと第２駆動パルスとのパルス数に比例する位置で停止する。このため、マイクロステップ駆動で用いる駆動パルスの波形を正弦波に近い波形とするなどといった複雑な構成を採用しなくてよいので、安価であるというステッピングモータの利点を活かしながら、分解能を高めることができる。

本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータの構成を示す説明図である。 本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータの駆動制御装置の説明図である。 本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータで用いられる基本駆動パルスの説明図である。 本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータでマイクロステップ駆動を行なう場合の駆動パルスの説明図である。 本発明を適用したモータ駆動制御装置のモータ制御部の要部構成などを示すブロック図である。 本発明を適用したモータ駆動制御装置のモータ制御部に構成したパルス数算出処理部での処理内容を示すブロック図である。 本発明を適用したモータ駆動制御装置のモータ制御部に構成したパルス出力処理部での処理内容を示す説明図である。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下、本発明をＰＭ型のステッピングモータに適用した例を中心に説明する。

（ステッピングモータの基本構造）
図１は、本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータの構成を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は各々、本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータの構成を模式的に示す説明図、および内部結線図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ＰＭ型のステッピングモータ１は、ステータコアに形成された複数の励磁相１１（極歯）、およびこれらの励磁相１１を励磁するためのコイルを複数相備えた固定子５（ステータ）と、周方向においてＮ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されたマグネット１３を備えた回転子３（ロータ）とを有している。ステッピングモータ１において、固定子５は、図１（ｂ）に示すように、複数相のコイルとして、Ａ相の励磁電流が供給されるＡ相のコイル１２Ａと、Ａ相の励磁電流と波形が同じで位相が異なるＢ相の励磁電流が供給されるＢ相のコイル１２Ｂとを備えている。

かかるステッピングモータ１では、複数相のコイル１２Ａ、１２Ｂの各々に励磁電流を供給して回転子３を回転駆動する。また、回転子３は出力軸１５を備えており、ステッピングモータ１は、各種機器に搭載される際、出力軸１５には、被駆動部材が直接、あるいは輪列などを介して接続される。また、出力軸１５自身がリードスクリューとして構成される場合もある。さらに、固定子５については、互いに電気角をずらしたものをモータ軸線方向に複数、積層した構造を採用する場合もある。

（駆動制御装置の構成、および駆動制御方法の内容）
図２は、本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータの駆動制御装置の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、駆動制御装置の構成を示すブロック図、および微小ステップ目標停止位置の説明図である。図３および図４は、本発明が適用されるＰＭ型のステッピングモータで用いられる基本駆動パルスの説明図、およびマイクロステップ駆動を行なう場合の駆動パルスの説明図である。

本形態のステッピングモータ１は、図２（ａ）に示す駆動制御装置４０によって駆動制御され、複数相の励磁電流として、Ａ相の励磁電流（Ａ相のパルス、およびその反転パルス（Ａバー相）、およびＢ相の励磁電流（Ｂ相のパルス、およびその反転パルス（Ｂバー相））が用いられる。駆動制御装置４０は、概ね、駆動用ＩＣからなる駆動回路部５０と、マイクロコンピュータからなるモータ制御部６０とを備えている。

駆動回路部５０は、励磁相制御部５１、励磁相制御部５１から出力されるパルス信号に電力増幅を行なう出力回路部５２、励磁モード切換部５３、回転方向設定部５４、電流制御部５５、周波数可変部５６、クロックジェネレータ５７などを備えている。

クロックジェネレータ５７は所定周期のパルス信号を発生させる。励磁相制御部５１は、モータ制御部６０の制御の下、コイル１２Ａ、１２Ｂに対してパルス信号を分配するためのシフトレジスタとしての機能などを担っており、出力回路部５２は、励磁相制御部５１から出力されたパルス信号を電流増幅してコイル１２Ａ、１２Ｂに対して励磁パルス（駆動電流／モータ電流）として供給する。本形態では、励磁相制御部５１は、モータ制御部６０から制御パルス（ＰＵＬＳＥ）が１つ入力される毎に駆動パルスを１つ出力する。電流制御部５５は、モータ制御部６０の制御の下、出力回路部５２を制御し、コイル１２Ａ、１２Ｂに分配される励磁パルスの電流値を制御することにより、回転子３のトルクを制御する。周波数可変部５６は、モータ制御部６０の制御の下、クロックジェネレータ５７で発生するパルス信号の周期を変化させ、コイル１２Ａ、１２Ｂに分配される励磁電流の周波数を制御することにより、回転子３の回転速度を制御する。回転方向設定部５４は、モータ制御部６０の制御の下、励磁相制御部５１および出力回路部５２を制御し、回転子３の回転方向を制御する。本形態では、回転方向設定部５４は、モータ制御部６０から出力された制御パルス（ＣＷ／ＣＣＷ）に基づいて、励磁相制御部５１および出力回路部５２を制御する。

励磁モード切換部５３は、モータ制御部６０での設定条件や指令に基づいて励磁相制御部５１を制御し、図３に示す波形を用いた２相励磁を実現するとともに、２相励磁に代えて、１相励磁や１−２相励磁を実現する。また、励磁モード切換部５３は、モータ制御部６０での設定条件や指令に基づいて、出力回路部５２を制御し、通常のパルス駆動に切り換えて、図４に示すように、正弦波を分割した波形の駆動パルスを用いたマイクロステップ駆動を実現する。

再び図２（ａ）において、本形態のステッピングモータ１および駆動制御装置４０では、モータ制御部６０で設定された運転条件に基づいて、ステッピングモータ１の励磁相１１に駆動パルスを供給して回転子３を第１回転方向（例えば、時計周りＣＷ）に回転させるとともに、励磁相１１に駆動パルスを供給して回転子３を第１回転方向とは逆の第２回転方向（例えば、反時計周りＣＣＷ）に回転させる。

かかるステッピングモータ１において、図３に示す駆動パルスを利用した場合、ステップ角は、回転子３における磁極の数、および励磁相１１の相数によって規定される。例えば、回転子３の磁極の数が５極（１０極着磁）で、２相励磁を行った場合は２０ステップの分解能であり、ステップ角（基本ステップ角）は、３６０°／２０＝１８°である。

また、図４に示す駆動パルスを用いてマイクロステップ駆動を採用した場合、ステップ角は、回転子３における磁極の数、励磁相１１の相数、および駆動パルスの分割数によって規定される。例えば、回転子３の磁極の数が５極（１０極着磁）で、駆動パルスの分解数が１６であれば、３２０ステップの分解能であり、ステップ角（基本ステップ角）は、３６０°／３２０＝１．１２５°である。

ここに本形態では、マイクロステップ駆動を利用するとともに、上記のステップ角（１．１２５°）に比してより高い分解能での微小ステップ目標停止位置に回転子３を停止させることを目的に、以下の駆動制御方法を採用する。

本形態では、回転子３の目標停止位置として、回転子３における磁極の数、励磁相１１の相数、および励磁相１１に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角により設定される２つの角度位置（第１角度位置と第２角度位置）との間に微小ステップ目標停止位置を設定した際、回転子３を第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを励磁相１１に印加する第１駆動動作と、回転子３を第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを励磁相に印加する第２駆動動作とを行う。

かかる駆動制御の具体例を、図２（ｂ）を参照して説明する。本形態では、回転子３における磁極の数、励磁相１１の相数、および励磁相１１に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角を１．１２５°とすると、ステップ角により設定される角度位置は、１．１２５°×ｎ（ここで、ｎは整数）で表される。ここで、回転子３の目標停止位置として、１７ステップ目（１９．１２５°の角度位置／第１角度位置）と、１８ステップ目（２０．２５０°の角度位置／第２角度位置）との間、例えば、１９．９１２５°の角度位置（微小ステップ目標停止位置）が設定されたとする。

かかる場合には、本形態では、モータ制御部６０は、駆動回路部５０に対して、回転子３を１９．１２５°の第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを励磁相１１に印加する第１駆動動作と、２０．２５０°の第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを励磁相１１に印加する第２駆動動作とを行なわせる。その際、第１駆動パルスと第２駆動パルスとをパルス数で３：７の割り合いで励磁相１１に供給する。その結果、回転子３を１９．１２５°＋１．１２５×（７／１０）＝１９．９１２５°に停止させることができる。

かかる駆動制御方法を実現するために、本形態では、まず、回転子３の実際の位置を検出する回転角検出器７０が設けられている。本形態では、回転角検出器７０として、例えば、図１（ａ）に示すように、出力軸１５に固着された回転板７１と、固定スリット板７２と、固定スリット板７２を介して回転板７１に向けて光を出射する発光ダイオード７３と、発光ダイオード７３から出射されて固定スリット板７２および回転板７１を透過した光を受光する受光素子７４とを備えた光学式エンコーダを用いる。また、本形態では、回転角検出器７０として、アブソリュート（絶対値）エンコーダを用い、かかるアブソリュートエンコーダによれば、出力軸１５固有の角度位置を検出することができるので、電源投入時の原点復帰が不要である。なお、回転角検出器７０として、光学式エンコーダに代えて、磁気式エンコーダを用いてもよい。

次に本形態では、モータ制御部６０には、入力情報に基づいて運転条件を指令する運転条件指令部６１と、回転角検出器７０による検出結果と微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出する位置偏差算出部６２（比較部）と、位置偏差をゼロにするための制御量を求める補償制御部６３と、この補償制御部で求めた制御量に基づいて駆動回路部５０に第１駆動動作と第２駆動動作とを行なせる制御パルス（制御信号）を生成して駆動回路部５０に出力する制御信号生成出力部６５とが構成されている。ここで、制御信号生成出力部６５は、パルス数算出処理部６５１とパルス出力処理部６５２とによって構成される。また、補償制御部６３は、位置偏差に比例した制御量を演算する比例要素演算回路、位置偏差の微分値に比例した制御量を演算する微分要素演算回路、位置偏差の積分値に比例した制御量を演算する積分要素演算回路、およびこれらの出力を加算する加算器から構成されている。

本形態において、回転角検出器７０は、電気角を１０２４分割した値で回転子３の位置を検出することから、パルス数算出処理部６５１より前段では、電気角を１０２４分割した値で処理され、パルス数算出処理部６５１において電気角を１０２４分割した値から６４分割した値に変換する。

このような構成によれば、回転角検出器７０での検出結果に基づいてフィードバック制御を行なうため、図２（ｂ）において、回転子３を１９．１２５°の第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを励磁相１１に印加する第１駆動動作は、回転子３が微小ステップ目標停止位置（１９．９１２５°の角度位置）に対して第２角度位置（２０．２５０°の角度位置）の側にあるタイミングで行なわれる。また、回転子３を２０．２５０°の第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを励磁相１１に印加する第２駆動動作は、回転子３が微小ステップ目標停止位置（１９．９１２５°の角度位置）に対して第１角度位置（１９．１２５°の角度位置）の側にあるタイミングで行なわれる。さらに、第１駆動動作と第２駆動動作は交互に行なわれる。その際、第１駆動パルスや第２駆動パルスを１パルス分、印加する期間は、回転子３が実際に第１角度位置側あるいは第２角度位置側に回転する速度に比較して十分、短い。それ故、回転子３は、無用な振動を起こすことなく、微小ステップ目標停止位置に停止する。

なお、回転子３の目標停止位置として、回転子３における磁極の数、励磁相１１の相数、および励磁相１１に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角により設定される角度位置（例えば、１９．９１２５°の角度位置や２０．２５０°）に設定された場合にも、回転角検出器７０による検出結果と目標停止位置との差に相当する位置偏差をゼロにするように制御量が設定される。かかる場合でも、結果的には、通常のマイクロステップ駆動と同様な動作となる。

（モータ制御部６０の具体的構成例）
図５は、本発明を適用したモータ駆動制御装置４０のモータ制御部６０の要部構成などを示すブロック図である。図６は、本発明を適用したモータ駆動制御装置４０のモータ制御部６０に構成したパルス数算出処理部６５１での処理内容を示すブロック図である。図７は、本発明を適用したモータ駆動制御装置４０のモータ制御部６０に構成したパルス出力処理部６５２での処理内容を示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は各々、パルス出力処理部６５２での処理内容を示すフローチャート、およびリセット信号が出力される様子を示す説明図である。

まず、モータ制御部６０の運転条件指令部６１に運転条件が入力されると、運転条件指令部６１では加減速速度指令生成処理が行なわれる。次に、加減速速度指令は、積分回路６０１で積分される結果、回転子３の目標停止位置（微小ステップ目標停止位置）を示す位置指令が生成される。次に、位置偏差算出部６２では、回転角検出器７０による検出結果（回転子３の角度位置）と目標停止位置との差に相当する位置偏差が算出され、補償制御部６３は、位置偏差がゼロにするための制御量（磁極位置指令）を求める。ここで、補償制御部６３の後段には、第１リミッタ６０２が設けられており、第１リミッタ６０２により回転子３の脱調を防止するための処理が行なわれる。かかる脱調防止処理としては、磁束位置に応じた最適な位相となるようにモータ電流を制御する方法と、磁束と電流の位相関係を一定に保ったまま、負荷トルクに対向するトルクを発生するようにモータ電流を制御する方法とがある。いずれの場合も、回転子３の磁極の位置と電気角が９０°以上、離れないように制御される。なお、本形態では、電流振幅制御部６０３で電流振幅制御処理が行なわれ、駆動パルスの振幅を制御することにより、ステッピングモータ１の発熱を抑えるようになっている。

次に、補償制御部６３から出力された磁極位置指令と、回転角検出器７０による回転子３の角度位置との検出結果とが加算されて、回転子３を微小ステップ目標停止位置に停止させるための電気角（駆動条件）が求められる。その際、第２リミッタ６０４によって、電気角が１０２４分割の値で表される。

次に、制御信号生成出力部６５のパルス数算出処理部６５１でのパルス数算出処理によって、図６に示すように、回転子３を目標停止位置まで移動させるのに必要な電気角を３６０分割した値でパルスの数（絶対値：ＡＢＳ＝ＯＵＴ P）で算出し、パルス出力処理部６５２に出力する。また、回転子３の回転方向を示すパネルの極性（Ｓｉｇｎ＝Ｓ PULSE）も、パルス出力処理部６５２に出力する。なお、本形態では、回転子３を時計周りに回転させるパルスを出力する場合、Ｓ PULSE＝＋１とされ、回転子３を反時計周りに回転させるパルスを出力する場合、Ｓ PULSE＝−１と設定される。

また、制御周期内での演算時間を考慮し、１制御周期内のパルス数については、第４リミッタ６０６によって０〜５に設定される。なお、本形態では、下位４ビット（２^-4）で切り捨てられた端数と、第４リミッタ６０６で切り捨てられた端数とが累積されるのを修正することを目的に、端数を積分器６０７で積分した値を上位４ビット（２⁺⁴）に加算して磁極位置の推定を行ない、かかる推定値と磁極位置指令とを比較部６０８で比較している。

このようにして得られた駆動条件は、図５に示すように、パルス出力処理部６５２でのパルス出力処理によって制御パルス（ＰＵＬＳＥ、ＣＷ／ＣＣＷ）として駆動回路部５０に出力される。ここで、制御パルス（ＰＵＬＳＥ）は、パルスの数（絶対値：ＡＢＳ＝ＯＵＴ P）に対応し、制御パルス（ＣＷ／ＣＣＷ）は、パネルの極性（Ｓｉｇｎ＝Ｓ PULSE）に対応する。

また、本形態では、図７（ｂ）に示すように、１制御周期で出力するパルスの数ＯＵＴ Pの最高５パルスとする。また、１制御周期内で所定数のパルスを駆動回路部５０に出力すると、リセット信号を出力し、次のパルスを駆動回路部５０に出力する。

より具体的には、図７（ａ）に示すように、パルス出力処理が開始されると、まず、ステップＳＴ１１で変数ＳOUTが以下の式
定数Ｓ OUT＝定数Ｓ OUT ＋ 変数Ｓ PULSE
算出される。かかる変数Ｓ OUTは回転子３の位置に対応する。ステップＳＴ１２において変数Ｓ OUTが０であるか否かが判断され、この判断結果において、変数Ｓ OUTが０でない場合には、ステップＳＴ１３でパルス出力のためのポート処理を行い、ステップＳＴ１４でパルスを出力する。次に、ステップＳＴ１５で出力すべきパルスがあるか否かが判断され、ステップＳＴ１５で出力すべきパルスがあると判断されれば再び、ステップＳＴ１１に戻る。これに対して、次に、出力すべきパルスがない場合、処理が終了する。

一方、ステップＳ１２において、変数Ｓ OUTが０であると判断された場合には、ステップＳＴ１７でリセット信号出力のためのポート処理を行い、ステップＳＴ１４でパルス（リセット信号／ＲＥＳＥＴ）を出力する。このため、駆動制御装置４０において、駆動用ＩＣからなる駆動回路部５０と、マイクロコンピュータからなるモータ制御部６０との同期を確保することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、回転子３の目標停止位置として、回転子３における磁極の数、励磁相１１の相数、および励磁相１１に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間の微小ステップ目標停止位置を設定した際、回転子３を第１角度位置で停止させようとする第１駆動パルスを励磁相に印加する第１駆動動作と、回転子３を第２角度位置で停止させようとする第２駆動パルスを励磁相に印加する第２駆動動作とを行う。その結果、回転子３は、第１角度位置と第２角度位置との間のうち、第１駆動パルスと第２駆動パルスとのパルス数に比例する位置で停止する。このため、マイクロステップ駆動で用いる駆動パルスの波形を正弦波に近い波形とするなどといった複雑な構成を採用しなくても、分解能を高めることができる。それ故、簡素な構成で分解能をさらに向上させることができる。

また、本形態では、回転子３の実際の位置を検出する回転角検出器７０を設けてフィードバック制御を行なう。このため、回転子３を第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを励磁相１１に印加する第１駆動動作は、回転子３が微小ステップ目標停止位置に対して第２角度位置側にあるタイミングで行なわれる。また、回転子３を第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを励磁相１１に印加する第２駆動動作は、回転子３が微小ステップ目標停止位置に対して第１角度位置側にあるタイミングで行なわれる。また、第１駆動動作と第２駆動動作は交互に行なわれる。このため、回転子３を微小ステップ目標停止位置に迅速に停止させることができる。しかも、モータ制御部６０でのフィードバック制御の内容を最適化するだけで、分解能を高めることができる。さらに、マイクロコンピュータの構成を変更するだけで分解能を高めることができ、モータ駆動回路部５０については、汎用のモータ駆動用ＩＣを用いることができる。

さらに、回転角検出器７０として絶対値エンコーダを用いたため、電源供給を行なった際に回転角検出器７０の原点復帰を行なわなくても磁極位置が分るという利点がある。

１ ステッピングモータ
３ 回転子（ロータ）
５ 固定子（ステータ）
１１ 励磁相
１２Ａ、１２Ｂ コイル
１３ マグネット
４０ 駆動制御装置
５０ 駆動回路部
５１ 励磁相制御部
５２ 出力回路部
５３ 励磁モード切換部
５４ 回転方向設定部
５５ 電流制御部
５６ 周波数可変部
５７ クロックジェネレータ
６０ モータ制御部
６１ 運転条件指令部
６２ 位置偏差算出部
６３ 補償制御部
６５ 制御信号生成出力部
７０ 回転角検出器
６５１ パルス数算出処理部
６５２ パルス出力処理部

Claims (8)

1. Ｎ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されているマグネットを備えた回転子と、該回転子のマグネットに対向して配置された励磁相を複数備えた固定子と、を有するステッピングモータの駆動制御方法であって、
   前記回転子の目標停止位置として、前記回転子における磁極の数、前記励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間に微小ステップ目標停止位置を設定した際、前記回転子を前記第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを前記励磁相に印加する第１駆動動作と、前記回転子を前記第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを前記励磁相に印加する第２駆動動作と、を行うことを特徴とするステッピングモータの駆動制御方法。
2. 前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを交互に行なう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の駆動制御方法。
3. 前記第１駆動動作では、前記回転子が前記微小ステップ目標停止位置に対して前記第２角度位置側にあるタイミングで前記第１駆動パルスを前記励磁相に印加し、
   前記第２駆動動作では、前記回転子が前記微小ステップ目標停止位置に対して前記第１角度位置側にあるタイミングで前記第２駆動パルスを前記励磁相に印加することを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータの駆動制御方法。
4. 前記回転子の実際の位置を検出する回転角検出器を設けておき、
   前記回転子を前記微小ステップ目標停止位置に停止させる際、前記回転角検出器による検出結果と前記微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出し、当該位置偏差がゼロになるように前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを行なう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の駆動制御方法。
5. Ｎ極及びＳ極が交互に等間隔に着磁されているマグネットを備えた回転子と、該回転子のマグネットに対向して配置された励磁相を複数備えた固定子と、前記励磁相に通電して前記回転子を第１回転方向に回転させるとともに当該第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転させるモータ駆動回路部と、を有するステッピングモータの駆動制御装置であって、
   前記モータ駆動回路部を制御して前記回転子を目標停止位置に停止させるモータ制御部を有し、
   当該モータ制御部は、前記目標停止位置として、前記回転子における磁極の数、前記励磁相の相数、および当該励磁相に供給される駆動パルスの分割数によって規定されるステップ角をなす第１角度位置と第２角度位置との間に微小ステップ目標停止位置が設定された際、前記回転子を前記第１角度位置で停止させようとする１乃至複数の第１駆動パルスを前記励磁相に印加する第１駆動動作と、前記回転子を前記第２角度位置で停止させようとする１乃至複数の第２駆動パルスを前記励磁相に印加する第２駆動動作とを前記モータ駆動回路部に行なわせることを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
6. 前記モータ駆動回路部はモータ駆動用ＩＣに構成され、
   前記モータ制御部は、マイクロコンピュータに構成されてい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の駆動制御装置。
7. 前記回転子の実際の位置を検出する回転角検出器を有し、
   前記モータ制御部は、前記回転角検出器による検出結果と前記微小ステップ目標停止位置との差に相当する位置偏差を算出する位置偏差算出部と、当該位置偏差をゼロにするための制御量を算出する補償制御部と、前記制御量に基づいて前記モータ駆動回路部に前記第１駆動動作と前記第２駆動動作とを行なわせる制御信号を生成して出力する制御信号生成出力部と、を有していることを特徴とする請求項５または６に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
8. 前記回転角検出器は、絶対値エンコーダであることを特徴とする請求項７に記載のステッピングモータの駆動制御装置。

Images