JP2013247776A - パルスモータ制御装置およびパルス信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス生成タイミングの演算における演算誤差が少なくし、演算負荷を低減する。
【解決手段】制御区間ごとに制御区間の演算値の初期値および制御区間の終了条件が記憶される記憶手段４と、現在の制御区間から次の制御区間へと切り替わる点である変化点を検出する変化点検出手段２と、記憶手段４に記憶された制御区間の演算値の初期値に基づいて、演算を行うとともに、演算された演算値が所定の閾値以上となるとパルス生成タイミングを出力する有界演算器６と、有界演算器６が出力したパルス生成タイミングに基づいて、パルスモータ１３を制御するためのパルス信号を生成するパルス生成手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス信号によりパルスモータを制御するパルスモータ制御装置およびパルス信号生成方法に関する。

パルスモータ（「ステッピングモータ」ともいう）を制御するためのパルス信号を発生して、パルスモータを制御するパルスモータ制御装置（パルスジェネレータ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、パルスモータは、パルスモータ制御装置から発生されるパルス信号により駆動され、パルス信号における出力間隔である周波数に対応する回転速度でパルスモータが回転する。また、パルス信号のパルス数に対応する角度だけパルスモータが回転し、これが、パルスモータにより駆動する移動機構の移動距離となる。
したがって、パルスモータの回転速度（移動機構の速度）やパルスモータの回転角（移動機構の移動距離）の制御を行うためには、パルスモータ制御装置から発生されるパルス信号の周波数（単位時間あたりのパルス数）およびパルス数を制御する必要がある。

通常、パルスモータの駆動制御においては、時間に対する速度制御（即ち、パルス信号の周波数制御）を台形駆動制御として行う（例えば、特許文献２の第１図参照）。

ここで、図１３を用いて、台形駆動制御について説明する。図１３は、台形駆動制御を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間［ｓ］(second)とし縦軸を速度［ｐｐｓ］(pulse per second)としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間［ｓ］とし縦軸を加速度［ｐｐｓ／ｓ］としたグラフである。

即ち、図１３（ｂ）に示すように、まず、パルスモータの起動時から一定の正の加速度を与える（正定加速）ことにより、図１３（ａ）に示すように、速度（パルス信号の周波数）を徐々に上昇させてパルスモータの回転速度を徐々に上昇させる（加速区間）。

次に、パルスモータの回転速度が目標の速度に達すると、図１３（ｂ）に示すように、加速度をゼロにする（加速＝０）ことで、図１３（ａ）に示すように、速度（パルス信号の周波数）を一定にしてパルスモータの回転速度を一定にする（定速区間）。

更に、パルスモータの停止時には、図１３（ｂ）に示すように、一定の負の加速度を与える（負定加速）ことにより、図１３（ａ）に示すように、速度（パルス信号の周波数）を徐々に低下させてパルスモータの回転速度を徐々に低下させ（減速区間）、目標速度に到達後にパルス信号を停止させる。

ここで、図１３の加速区間に注目して、加速区間における速度制御について図１４を用いて更に説明する。図１４は、台形駆動制御における加速区間を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間［ｓ］とし縦軸を速度［ｐｐｓ］としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間［ｓ］とし縦軸を加速度［ｐｐｓ／ｓ］としたグラフである。

図１４（ａ）に示すように、速度の初速度をＦＬ［ｐｐｓ］とし、速度の到達速度（目標の速度）をＦＨ［ｐｐｓ］とし、速度が到達速度ＦＨに到達までのパルス数をＮ［ｐ］(pulse)とし、図１４（ｂ）に示すように、加速区間における加速度をＡ［ｐｐｓ／ｓ］とする。

一般的にこの時の演算は、速度が初速度ＦＬから到達速度ＦＨに到達までの時間をｔ_n ［ｓ］とすると、以下の式（１）で表すことができる。

ここで、パルスモータによる駆動において、常に、１パルス毎の移動距離が等しいことから、速度が初速度ＦＬから到達速度ＦＨに到達までのパルス数Ｎは、以下の式（２）で表すことができる。

そして、これら式（１）および式（２）より、時間ｔ_n は、以下の式（３）という演算式が導かれる。また、加速度Ａは、以下の式（４）という演算式が導かれる。なお、式（３）および式（４）の導出は、非特許文献１および非特許文献２に開示されている。

従来のパルスモータ制御装置は、これら式（１）から式（４）に示す演算式を用いて、パルス生成タイミングを演算、または、あらかじめ演算結果を記憶しておき記憶された演算結果を読み出して使用することにより、パルスモータの回転速度制御を可能としている。

なお、図１３および図１４において、パルスモータ制御装置の速度制御を台形駆動制御するものとして説明した。パルスモータ制御装置の速度制御は、この台形駆動制御の他にも、加速度の急激な変化を抑制する制御方法として、２次関数や三角関数を使用したり、複数の直線を組み合せたりする（例えば、加速区間を「低加速区間、高加速区間、低加速区間」の３つの直線で駆動制御することにより、加速度の急激な変化を低減させる）制御方法等もある。

特開平１０−２８５９９７号公報 特公平６１−０３５７９９号公報

見城尚志著、菅原晟著、「ステッピングモータとマイコン制御」、総合電子出版社、１９９４年、p.１５１−１５５ 高橋久著、「Ｃ言語によるモータ制御入門講座−ＳＨマイコンで学ぶプログラミングと制御技法−」、電波新聞社、２００７年、p.２３９−２４２

しかしながら、前述のような演算によるパルスモータの回転速度制御の場合、全ての演算をリアルタイムで行うものとすると、演算が複雑で時間がかかるため、パルスモータの高速動作に適切に応答することが困難になってくるという課題がある。

また、低速時のスローアップが不要な場合であっても、複雑な演算を行うこととなるため、演算に時間を要して、パルスモータの動作時間がかかり、システム全体のスループットの低下をまねく場合が生じてしまうという課題がある。

一方、これらの課題を解決する為に、演算式の簡易化を行うと、演算誤差の補正演算を追加しても、累積演算誤差を発生させる場合が生じてしまうという課題がある。

また、あらかじめ演算結果をメモリ等のデータ保持手段に記憶させておき、記憶された演算結果を読み出して使用する方式においては、必要な駆動パターン数や、駆動時間が増加するとデータ保持手段の容量が増大し、システムとしての対応が困難になってくるという課題がある。

したがって、演算負荷の低減が可能な演算式で、演算誤差が少ない演算方式を採用することが望ましい。また、必要な加速度の変化はシステムにより値が異なるので、不要な低加速変化をすることなく、システム毎に最適化を選択できることが望ましい。

そこで、本発明は、パルス生成タイミングの演算における演算誤差が少なく、演算負荷の低減が可能なパルスモータ制御装置およびパルス信号生成方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、制御区間ごとに前記制御区間の演算値の初期値および前記制御区間の終了条件が記憶される記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記制御区間の終了条件に基づいて、現在の制御区間から次の制御区間へと切り替わる点である変化点を検出する変化点検出手段と、前記記憶手段に記憶された前記制御区間の演算値の初期値に基づいて、演算を行うとともに、演算された演算値が所定の閾値以上となるとパルス生成タイミングを出力する有界演算器と、前記有界演算器が出力した前記パルス生成タイミングに基づいて、パルスモータを制御するためのパルス信号を生成するパルス生成手段と、を備えることを特徴とするパルスモータ制御装置である。

また、本発明は、制御区間の演算値の初期値に基づいて演算を行う演算ステップと、前記演算ステップにより演算された演算値が所定の閾値以上となるとパルス生成タイミングを出力するパルス生成タイミング出力ステップと、前記パルス生成タイミング出力ステップにより出力された前記パルス生成タイミングに基づいて、パルスモータを制御するためのパルス信号を生成するパルス信号生成ステップと、を備えることを特徴とするパルスモータ制御装置のパルス信号生成方法である。

本発明によれば、パルス生成タイミングの演算における演算誤差が少なく、演算負荷の低減が可能なパルスモータ制御装置およびパルス信号生成方法を提供することができる。

パルスモータを制御する本実施形態に係るパルスモータ制御装置の構成ブロック図である。 有界演算器の構成を示す機能ブロック図である。 Ｓ字駆動制御を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフであり、（ｂ）はＳ字駆動制御の加速区間について横軸を時間とし縦軸を加速度としたグラフである。 制御情報メモリに格納される格納データの例である。 制御情報メモリに格納される格納データの例である。 加加速区間における有界演算器の演算経過の例である。 定加速区間における有界演算器の演算経過の例である。 減加速区間における有界演算器の演算経過の例である。 直線での駆動制御を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間とし縦軸を加速度としたグラフである。 変形例に係る有界演算器の構成を示す機能ブロック図である。 変形例に係るパルスモータ制御装置の構成図である。 変形例に係るパルスモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。 台形駆動制御を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間とし縦軸を加速度としたグラフである。 台形駆動制御における加速区間を説明するグラフであり、（ａ）は横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間とし縦軸を加速度としたグラフである。 台形駆動制御における加速区間でのパルス生成タイミングの変化を説明するグラフであり、横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフである。 Ｓ字駆動制御の加速区間でのパルス生成タイミングの変化を示すグラフであり、（ａ）は横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間とし縦軸を加速度としたグラフである。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

≪パルスモータ制御装置１≫
図１を用いて本実施形態に係るパルスモータ制御装置１について説明する。図１は、パルスモータ１３を制御する本実施形態に係るパルスモータ制御装置１の構成ブロック図である。

パルスモータ制御装置１は、パルスモータ１３を駆動させるためのパルス信号を生成して駆動回路１２に送信することにより、パルスモータ１３の回転速度やパルスモータ１３の回転角を制御することができるようになっている。

駆動回路１２は、パルスモータ制御装置１（後述するパルス生成手段１１）で生成されたパルス信号に基づいてパルスモータ１３の励磁電流を生成し、パルスモータ１３に出力するようになっている。

パルスモータ１３は、駆動回路１２から入力した励磁電流により回転するようになっている。なお、パルスモータ１３により駆動する図示しない移動機構（例えば、回転運動を直線運動に変換する回転直動機構）が設けられている場合には、パルスモータ制御装置１は、パルスモータ１３を制御することにより、移動機構（図示せず）の速度および移動距離を制御することができるようになっている。

パルスモータ制御装置１の各部について更に説明する。
パルスモータ制御装置１は、変化点検出手段２と、メモリアドレス生成手段３と、制御情報メモリ４と、演算定数選択手段５と、有界演算器６と、演算値計測手段７と、クロック計測手段８と、外部計測手段９と、パルス計測手段１０と、パルス生成手段１１と、を備えている。

変化点検出手段２は、後述する演算値計測手段７、クロック計測手段８、外部計測手段９およびパルス計測手段１０からの各種計測情報と、制御情報メモリ４から入力された計測制御値に基づいて、変化点であるか否かを判定することができるようになっている。ここで、変化点とは、速度−時間特性（後述する図３参照）において、ある制御区間から次の制御区間に切り替わる点をいう。
そして、変化点であると判定した場合、変化点検出手段２は、メモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に条件成立信号を出力するようになっている。

メモリアドレス生成手段３は、メモリアドレスを保持し、制御情報メモリ４に保持されたメモリアドレスを出力するようになっている。
また、メモリアドレス生成手段３は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されると、メモリアドレスに記憶されているアドレスを「１」加算するようになっている。なお、アドレス値は、速度−時間特性（後述する図３参照）における１つの制御区間に対応するようになっている。

制御情報メモリ４は、アドレス（制御区間）に対応するように、計測制御値と演算設定値が記憶されている。ここで、計測制御値とは、変化点検出手段２で変化点であると判定するための閾値である。また、演算設定値とは、アドレスに対応する制御区間における演算値（加加速度Ｂ，加速度Ａ，速度Ｖ）の初期値である。
また、制御情報メモリ４は、メモリアドレス生成手段３から入力されたアドレスに対応する計測制御値を変化点検出手段２に出力するとともに、メモリアドレス生成手段３から入力されたアドレスに対応する演算設定値を演算定数選択手段５に出力するようになっている。

演算定数選択手段５は、制御情報メモリ４の演算設定値と、有界演算器６の演算結果値とのいずれかを選択して、有界演算器６に出力するようになっている。
具体的には、変化点検出手段２の条件成立信号が入力された場合には、制御情報メモリ４の演算設定値を有界演算器６に出力し、変化点検出手段２の条件成立信号が入力されなかった場合には、有界演算器６の演算結果値を有界演算器６に出力するようになっている。

有界演算器６は、演算定数選択手段５から入力した値（演算設定値または演算結果値）に基づいて、演算周期（演算用クロックの周期）で演算を実行し、その演算結果値を、演算定数選択手段５および演算値計測手段７に出力するようになっている。
また、有界演算器６は、所定の条件を満たすことにより、パルス生成信号（後述するオーバーフロー信号）をパルス計測手段１０およびパルス生成手段１１に出力するようになっている。
なお、有界演算器６における演算については、図２等を用いて後述する。

演算値計測手段７は、有界演算器６の演算結果値を保持するとともに、その演算結果値を計測情報として変化点検出手段２に出力することができるようになっている。

クロック計測手段８は、クロック（有界演算器６における演算回数）をカウントするとともに、そのクロックカウントを計測情報として変化点検出手段２に出力することができるようになっている。

外部計測手段９は、パルスモータ制御装置１の外部の情報（例えば、図示しない移動機構が所定の位置まで移動したことを検知するセンサの検知信号）を取得するとともに、その外部情報を計測情報として変化点検出手段２に出力することができるようになっている。

パルス計測手段１０は、有界演算器６からパルス生成信号（オーバーフロー信号）が入力した回数をカウントすることにより、パルス生成手段１１が生成したパルス信号の数を計測するとともに、その生成したパルス信号の数を計測情報として変化点検出手段２に出力することができるようになっている。

パルス生成手段１１は、有界演算器６から入力したパルス生成信号（オーバーフロー信号）を受信することにより、パルス信号を生成して駆動回路１２に送信することができるようになっている。

≪有界演算器６における演算処理≫
次に、パルスモータ制御装置１が備える有界演算器６について更に説明する。

＜演算式＞
まず、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１が用いる演算式について説明する。

図１３および図１４を用いて説明した台形駆動制御を例に、台形駆動制御の加速区間でのパルス生成タイミングについて図１５を用いて更に説明する。図１５は、台形駆動制御における加速区間でのパルス生成タイミングの変化を説明するグラフであり、横軸を時間［ｓ］とし縦軸を速度［ｐｐｓ］としたグラフである。

パルスモータによる駆動において、時間ｔ₀ ，ｔ₁ ，ｔ₂ ，・・・，ｔ_n においてパルス信号を出力するものとすると、常に、１パルス毎の移動距離が等しいことから、図１５に示す速度−時間特性における面積Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，・・・，Ｓ_n-1 は、Ｓ₀ ＝Ｓ₁ ＝Ｓ₂ ＝・・・＝Ｓ_n-1 の関係が成立する。
また、一般的に、速度＝∫加速度dt、距離＝∫速度dt、の関係が成立する。

そこで、図１６に示すような２次曲線を採用したＳ字駆動制御を例に、Ｓ字駆動制御の加速区間でのパルス生成タイミングについて説明する。図１６は、Ｓ字駆動制御の加速区間でのパルス生成タイミングの変化を示すグラフであり、（ａ）は横軸を時間［ｓ］とし縦軸を速度［ｐｐｓ］としたグラフであり、（ｂ）は横軸を時間［ｓ］とし縦軸を加速度［ｐｐｓ／ｓ］としたグラフである。

即ち、図１６（ｂ）に示すように、一定の正の加加速度を与えて加速度を上昇させることにより、図１６（ａ）に示すように、速度を２次曲線で徐々に上昇させる（加加速区間）。

次に、図１６（ｂ）に示すように、加加速度をゼロにすることで加速度を一定にさせることにより、図１６（ａ）に示すように、速度を一定の傾きで上昇させる（定加速区間）。

そして、図１６（ｂ）に示すように、一定の負の加加速度を与えて加速度を低下させることにより、図１６（ａ）に示すように、速度を２次曲線で徐々に低下させる（減加速区間）。

このようにＳ字駆動制御することにより、台形駆動制御（図１３参照）と比較して、加速区間開始時および加速区間終了時における加速度の急激な変化を低減させることができるようになっている。即ち、図示しない移動機構にかかる力が、急激に変化することを抑制することができるようになっている。

ここで、距離（パルス数）をｄ［ｐ］とし、速度（パルス信号の周波数）をｖ［ｐｐｓ］とし、加速度をａ［ｐｐｓ／ｓ］とし、加加速度をｂ［ｐｐｓ／ｓ² ］として、ある時間ｔ_n ［ｓ］での距離ｄ_n 、速度ｖ_n 、加速度をａ_n 、加加速度ｂ_n の関係は、以下の式（５）で表すことができる。

この式（５）から、特定の時間（Δｔ［ｓ］）が経過した時間ｔ_n+1［ｓ］（すなわち、ｔ_n+1 ＝ｔ_n＋Δｔ）おける演算式は、以下の式（６）で表すことができる。

この式（６）のままでは、演算が複雑となるため、特定の時間（Δｔ）を演算用クロックの周波数１クロック分の時刻として、即ち、「Δｔ＝１」として、演算式の簡略化を行った。簡略化された演算式を以下の式（７）に示す。なお、この簡略化された演算式（７）における加速度ａ，加加速度ｂは、演算用クロックで換算された値となっている。

演算式（７）において、各演算式のｎが１進んだときの演算結果が、１クロック分の変化結果に相当することを示している。ここで、１パルス毎の移動距離が等しいことから、距離ｄが所定の値を超える（オーバーフローする）タイミングがパルス生成タイミングとなる。

このように、演算式（７）に演算用クロックで換算した加速度ａ、加加速度ｂを与えて、クロック時刻に同期して演算を繰返すことで、パルス生成タイミングを生成することができ、複雑な演算が不要なパルス生成方式が可能となる。

＜有界演算器６の構成＞
図２を用いて、演算式（７）を実現する有界演算器６の構成について説明する。図２は、有界演算器６の構成を示す機能ブロック図である。
有界演算器６は、加加速度値保持手段６１と、加速度値保持手段６２と、速度値保持手段６３と、距離値保持手段６４と、加算器６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅと、１／２演算器６６ａ，６６ｂと、１／３演算器６７と、を備えている。

まず、演算定数選択手段５（図１参照）から入力した値（演算設定値または演算結果値）のうち、加加速度値が加加速度値保持手段６１に保持され、加速度値が加速度値保持手段６２に保持され、速度値が速度値保持手段６３に保持され、距離値が距離値保持手段６４に保持される。

加速度値保持手段６２には、加加速度値保持手段６１に保持された加加速度値と加速度値保持手段６２に保持された加速度値を加算器６５ａで加算した値が入力され、保持される。

速度値保持手段６３には、加加速度値保持手段６１に保持された加加速度値を１／２演算器６６ａで処理した値と、加速度値保持手段６２に保持された加速度値と、速度値保持手段６３に保持された速度値を加算器６５ｂ，６５ｃで加算した値が入力され、保持される。

距離値保持手段６４には、加加速度値保持手段６１に保持された加加速度値を１／２演算器６６ａおよび１／３演算器６７で処理した値と、加速度値保持手段６２に保持された加速度値を１／２演算器６６ｂで処理した値と、速度値保持手段６３に保持された速度値と、距離値保持手段６４に保持された距離値を加算器６５ｄ，６５ｅで加算した値が入力され、保持される。

また、加算器６５ｅは、オーバーフローが発生した際には、オーバーフローの発生を示すオーバーフロー信号をパルス生成信号としてパルス計測手段１０およびパルス生成手段１１に出力するようになっている。

そして、加加速度値保持手段６１に保持された加加速度値と、加速度値保持手段６２に保持された加速度値と、速度値保持手段６３に保持された速度値と、距離値保持手段６４に保持された距離値とを、演算結果値として演算定数選択手段５および演算値計測手段７に出力するようになっている。

なお、有界演算器６において、１／２演算器６６ａ，６６ｂを１ビットシフトとし、１／３演算器６７を３クロックに１回の割合で出力するものとすることにより、有界演算器６における必要な演算を加算のみにすることができる。

≪パルスモータ制御装置１の動作（Ｓ字駆動制御）≫
次に、図３（ａ）に示すＳ字駆動制御を行う場合において、図３（ｂ）に示す加速区間における加速度制御を例に本実施形態に係るパルスモータ制御装置１の動作について説明する。

図４は、制御情報メモリ４に格納されている格納データの例である。
図３（ａ）に示すように、パルスモータ１３の起動から停止に至る一連の動作を、速度，加速度，加加速度などの制御条件が変化する毎の「制御区間」に分割されている。そして、各制御区間内における速度，加速度，加加速度などの初期値や制御区間の終了条件（次の制御区間への移行条件）を予め求めておき、格納データとして制御情報メモリ４に格納されている。
図３（ａ）に示すＳ字駆動制御は、制御区間Ｔ_Ｓ1〜T_S8の区間で区切られた曲線で構成されていることから、制御情報メモリ４に格納されている格納データは、例えば、図４に示すようになる。

変化点情報選択条件には、その制御区間において、変化点検出手段２が、いずれの計測情報と計測制御値に基づいて変化点であるか否かを判定するかが格納されている。
また、演算条件には、演算定数選択手段５において、制御情報メモリ４から出力される各初期値（速度、加速度、加加速度）を選択（上書き）して次の区間演算を始めるか、または、有界演算器６から出力される各演算結果値（速度、加速度、加加速度）を選択（継承）して次の区間演算を始めるか、を示す選択フラグとしての演算条件が格納されている。
なお、変化点情報選択条件（選択条件）と演算条件とは、後述する図５のように一つのフラグで管理されていてもよい。

計測制御値には、変化点検出手段２で変化点であると判定するための閾値が格納されている。
演算設定値には、アドレスに対応する制御区間における演算値（加加速度Ｂ，加速度Ａ，速度Ｖ）の初期値が格納されている。

例えば、図３における入力パラメータを、加速区間における初速度ＦＬ＝２００００［ｐｐｓ］、加速区間における到達速度ＦＨ１０００００［ｐｐｓ］、制御区間Ｔ_S1 ＝１２５［μｓ］、制御区間Ｔ_S2 ＝３２［μｓ］、制御区間Ｔ_S3 ＝５５［μｓ］、であるものとして説明する。
また、有界演算器６の演算周期（演算用クロック）を１［ＭＨｚ］の周期で演算するものとし、図５に示す格納データを制御情報メモリ４に格納して、
また、オーバーフロー判定は距離Ｄが１００００００を超える度に発生するものとして説明する。

まず、メモリアドレス生成手段３には、アドレス「０」を保持されている。制御情報メモリ４は、アドレス「０」に基づいて、フラグ「０」、クロック設定値「０」、パルス設定値「０」（図５参照）を変化点検出手段２に出力する。
演算をスタートすると、変化点検出手段２は、条件成立信号をメモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に出力する。

メモリアドレス生成手段３は、メモリアドレスを１加算してアドレス「１」を保持するとともに、制御情報メモリ４にアドレス「１」を出力する。
制御情報メモリ４は、アドレス「１」に基づいて、フラグ「１」、計測制御値（クロック設定値「１２５」）（図５参照）を変化点検出手段２に出力する。また、制御情報メモリ４は、演算設定値（加加速度Ｂ「５」、加速度Ａ「０」、速度Ｖ「２００００」）を演算定数選択手段５に出力する。
なお、フラグ「１」とは、計測制御値のうちクロック設定値を用いて変化点の判定を行うことを示すフラグであり、演算定数選択手段５に演算設定値として加加速度Ｂ、加速度Ａ、速度Ｖを出力することを示すフラグである。

演算定数選択手段５は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されたことにより、演算設定値（加加速度Ｂ「５」、加速度Ａ「０」、速度Ｖ「２００００」）を有界演算器６に出力する。
有界演算器６は、加加速度値保持手段６１に「５」、加速度値保持手段６２に「０」、速度値保持手段６３に「２００００」を格納し、演算を開始する。そして、有界演算器６は、演算結果値（加加速度Ｂ「５」、加速度Ａ「５」、速度Ｖ「２０００５」、距離Ｄ「２０００８」）を演算定数選択手段５および演算値計測手段７に出力するようになっている。

次の演算周期において、演算定数選択手段５は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されていないため、演算結果値（加加速度Ｂ「５」、加速度Ａ「５」、速度Ｖ「２０００５」、距離Ｄ「２０００８」）を有界演算器６に出力する。そして、変化点検出手段２から演算定数選択手段５に条件成立信号が入力されるまで演算を繰り返す。

そして、クロック計測手段８が計測したカウントが「１２５」（即ち、制御区間Ｔ_S1終了）となると、変化点検出手段２は、条件成立信号をメモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に出力する。

図６に加加速区間Ｔ_S1における有界演算器６の演算経過の例を示す。なお、距離Ｄは１００００００を超える度にオーバーフローが発生するため、距離値保持手段６４に保持される値は７桁目を削除したものとなるが、図６においては標記している。
このように、１２５クロック目の加速度が６２５、速度が５９６８５に達しており、４個のパルスが生成したことがわかる。

制御区間Ｔ_S1終了時に、条件成立信号が出力されたことにより、メモリアドレス生成手段３は、メモリアドレスを１加算してアドレス「２」を保持するとともに、制御情報メモリ４にアドレス「２」を出力する。
制御情報メモリ４は、アドレス「２」に基づいて、フラグ「２」、計測制御値（クロック設定値「３２」）（図５参照）を変化点検出手段２に出力する。また、制御情報メモリ４は、演算設定値（加加速度Ｂ「０」、加速度Ａ「６２５」）を演算定数選択手段５に出力する。
なお、フラグ「２」とは、計測制御値のうちクロック設定値を用いて変化点の判定を行うことを示すフラグであり、演算定数選択手段５に演算設定値として加加速度Ｂ、加速度Ａを出力することを示すフラグである。

演算定数選択手段５は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されたことにより、演算設定値（加加速度Ｂ「０」、加速度Ａ「６２５」）と演算結果値（速度Ｖ「５９６８５」、距離Ｄ「２０６０４２」（オーバーフローにより７桁目は削除されている））を有界演算器６に出力する。そして、変化点検出手段２から演算定数選択手段５に条件成立信号が入力されるまで演算を繰り返す。

そして、クロック計測手段８が計測したカウントが「３２」（即ち、制御区間Ｔ_S2終了）となると、変化点検出手段２は、条件成立信号をメモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に出力する。

図７に加加速区間Ｔ_S2における有界演算器６の演算経過の例を示す。なお、距離Ｄは１００００００を超える度にオーバーフローが発生するため、距離値保持手段６４に保持される値は７桁目を削除したものとなるが、図７においては標記している。
このように、３２クロック目の速度が７９６８５に達しており、２個のパルスが生成したことがわかる。

制御区間Ｔ_S2終了時に、条件成立信号が出力されたことにより、メモリアドレス生成手段３は、メモリアドレスを１加算してアドレス「３」を保持するとともに、制御情報メモリ４にアドレス「３」を出力する。
制御情報メモリ４は、アドレス「３」に基づいて、フラグ「２」、計測制御値（クロック設定値「５５」）（図５参照）を変化点検出手段２に出力する。また、制御情報メモリ４は、演算設定値（加加速度Ｂ「−１０」、加速度Ａ「０」）を演算定数選択手段５に出力する。

演算定数選択手段５は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されたことにより、演算設定値（加加速度Ｂ「−１０」、加速度Ａ「０」）と演算結果値（速度Ｖ「７９６８５」、距離Ｄ「４５５９６２」（オーバーフローにより７桁目は削除されている））を有界演算器６に出力する。そして、変化点検出手段２から演算定数選択手段５に条件成立信号が入力されるまで演算を繰り返す。

そして、クロック計測手段８が計測したカウントが「５５」（即ち、制御区間Ｔ_S3終了）となると、変化点検出手段２は、条件成立信号をメモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に出力する。

図８に加加速区間Ｔ_S3における有界演算器６の演算経過の例を示す。なお、距離Ｄは１００００００を超える度にオーバーフローが発生するため、距離値保持手段６４に保持される値は７桁目より上を削除したものとなるが、図８においては標記している。
このように、５５クロック目の速度が１０００００に達しており、５個のパルスが生成したことがわかる。

制御区間Ｔ_S4終了時に、条件成立信号が出力されたことにより、メモリアドレス生成手段３は、メモリアドレスを１加算してアドレス「４」を保持するとともに、制御情報メモリ４にアドレス「４」を出力する。
制御情報メモリ４は、アドレス「４」に基づいて、フラグ「３」、計測制御値（パルス設定値「５」）（図５参照）を変化点検出手段２に出力する。また、制御情報メモリ４は、演算設定値（加加速度Ｂ「０」、加速度Ａ「０」、速度Ｖ「１０００００」）を演算定数選択手段５に出力する。
なお、フラグ「３」とは、計測制御値のうちパルス設定値を用いて変化点の判定を行うことを示すフラグであり、演算定数選択手段５に演算設定値として加加速度Ｂ、加速度Ａ、速度を出力することを示すフラグである。

演算定数選択手段５は、変化点検出手段２から条件成立信号が入力されたことにより、演算設定値（加加速度Ｂ「０」、加速度Ａ「０」、速度Ｖ「１０００００」）と演算結果値（距離Ｄ「５２６８８１」（オーバーフローにより７桁目より上は削除されている））を有界演算器６に出力する。そして、変化点検出手段２から演算定数選択手段５に条件成立信号が入力されるまで演算を繰り返す。

そして、パルス計測手段１０が計測したカウントが制御区間Ｔ_S5開始から「５」増えると、変化点検出手段２は、条件成立信号をメモリアドレス生成手段３および演算定数選択手段５に出力する。

これらの一連の動作により、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１は、入力パラメータで指定した動作が可能となる。

このように、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１によれば、演算式（７）の有界演算器６（図２参照）を用いることにより、前記した式（１）〜（４）に基づいて制御する従来のパルスモータ制御装置と比較して、除算回路を不要とし、高速に動作させることができるので、演算誤差が少なく、演算負荷を低減させることができる。

また、式（１）〜（４）に基づいて制御する従来のパルスモータ制御装置では、制御パルスの生成が困難であったＳ字駆動制御（２次曲線速度制御）についても、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１によれば、容易に実現することができる。

また、除算を不要とすることで、距離に対する累積誤差が発生しない演算回路とすることができる。更に、演算式（７）では、精度への制限が無いことから、演算周期と演算有効幅を適宜変更することで、システムが要求する演算精度に合せることも可能である。

≪変形例≫
なお、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

変化点検出手段２は、クロック計測手段８の計測情報（クロック数）またはパルス計測手段１０の計測情報（パルス数）に基づいて変化点であるか否かを判定するものを例に説明したが、これに限られるものではなく、演算値計測手段７の計測情報（演算された加速度、速度、距離等）や外部計測手段９の計測情報（図示しないセンサの出力値）に基づいて判定するものでもよく、これらを組み合せて判定するものであってもよい。

また、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１は、図３に示すＳ字駆動制御するものとして説明したが、これに限られるものではない。本実施形態に係るパルスモータ制御装置１において、加加速度ｂ_n＝０とすることにより、台形駆動制御（図１３参照）や、図９に示す３直線での駆動制御（加速区間を「低加速区間、高加速区間、低加速区間」のすることにより、加速度の急激な変化を低減させる制御）を適用することもできる。

また、有界演算器６は、図２に示す構成であるものとして説明したが、これに限られるものではない。図１０に示すように、有界演算器６Ａは、加加速度値保持手段６１と、加速度値保持手段６２と、速度値保持手段６３と、距離値保持手段６４と、加算器６５ａ，６５ｃ，６５ｅとで構成されているものであってもよい。
このように構成することにより、レジスタ（加加速度値保持手段６１、加速度値保持手段６２、速度値保持手段６３、距離値保持手段６４）と、加算器（６５ａ，６５ｃ，６５ｅ）のみで有界演算器６Ａを構成することができるため、安価に構成することができる。

本実施形態に係るパルスモータ制御装置１の有界演算器６は、図２に示すハードウェアで構成されるものとして説明したが、これに限られるものではなく、ソフトウェアでも同様に実現できる。

図１１は、変形例に係るパルスモータ制御装置１Ａの構成図である。
パルスモータ制御装置１Ａは、例えば、コンピュータ装置であり、図１１に示すように、演算部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、格納データ（図４図５参照）や各種アプリケーションプログラムが格納されているＭｅｍｏｒｙと、Ｔｉｍｅｒと、入出力部であるＩ／Ｏと、を備え、各部はバスラインで接続されている。

ＣＰＵは、各種アプリケーションプログラムを実行することにより、変化点検出手段２、メモリアドレス生成手段３、演算定数選択手段５、有界演算器６、演算値計測手段７、パルス計測手段１０として機能するようになっている。Ｍｅｍｏｒｙは、制御情報メモリ４として機能するようになっている。Ｔｉｍｅｒは、クロック計測手段８として機能するようになっている。Ｉ／Ｏは、外部計測手段９およびパルス生成手段１１として機能するようになっている。

図１２は、変形例に係るパルスモータ制御装置１Ａの動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、ＣＰＵは、前述の演算式（７）に基づいて、有界演算を実行する。

ステップＳ１０２において、ＣＰＵは、区間係数処理および条件処理を実行する。
ここで、区間係数処理は、区間の終了または駆動の終了を判定する（後述するステップS１０３，Ｓ１０７参照）際に用いる係数（例えば、速度、加速度、加加速度、クロック数、パルス数）の処理を行う。また、条件処理は、例えば、外部の情報（計測情報）に基づく区間の終了または駆動の終了を判定する際に用いる条件処理を行う。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵは、区間が終了したか否かを判定する。区間が終了した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＣＰＵの処理はステップＳ１０７に進む。区間が終了していない場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＣＰＵの処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵは、ステップＳ１０１で演算した距離Ｄ_n+1が所定のＤＰconstより大きいか否かを判定する。
距離Ｄ_n+1が所定のＤＰconstより大きい場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＣＰＵの処理はステップＳ１０５に進む。距離Ｄ_n+1が所定のＤＰconstより大きくない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＣＰＵの処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵは、オーバーフローしたと判定して、距離Ｄ_n+1を距離Ｄ_n+1−ＤＰconstとするとともに、パルス生成タイミングとする。そして、ＣＰＵの処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵは、加速度Ａ、速度Ｖ、距離Ｄを更新（承継）する。そして、ＣＰＵの処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０７において、ＣＰＵは、駆動が終了したか否かを判定する。駆動が終了した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＣＰＵの処理を終了する。駆動が終了していない場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＣＰＵの処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵは、Ｍｅｍｏｒｙの格納データ（図４図５参照）から次の区間の初期値を取得（上書き）する。
そして、ＣＰＵの処理はステップＳ１０４に進む。

そして、ＣＰＵは、パルス生成タイミング（ステップＳ１０５参照）に基づいてパルス信号を生成し、Ｉ／Ｏから出力する。このように、本実施形態に係るパルスモータ制御装置１は、ソフトウェアでも同様に実現することができる。

１ パルスモータ制御装置
２ 変化点検出手段
３ メモリアドレス生成手段
４ 制御情報メモリ
５ 演算定数選択手段
６ 有界演算器
７ 演算値計測手段
８ クロック計測手段
９ 外部計測手段
１０ パルス計測手段
１１ パルス生成手段
１２ 駆動回路
１３ パルスモータ
６１ 加加速度値保持手段
６２ 加速度値保持手段
６３ 速度値保持手段
６４ 距離値保持手段
６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅ 加算器
６６ａ，６６ｂ １／２演算器（１／２演算手段）
６７ １／３演算器（１／３演算手段）

Claims (6)

1. 制御区間ごとに前記制御区間の演算値の初期値および前記制御区間の終了条件が記憶される記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記制御区間の終了条件に基づいて、現在の制御区間から次の制御区間へと切り替わる点である変化点を検出する変化点検出手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記制御区間の演算値の初期値に基づいて、演算を行うとともに、演算された演算値が所定の閾値以上となるとパルス生成タイミングを出力する有界演算器と、
   前記有界演算器が出力した前記パルス生成タイミングに基づいて、パルスモータを制御するためのパルス信号を生成するパルス生成手段と、
   を備えることを特徴とするパルスモータ制御装置。
2. 前記有界演算器は、
   加加速度を保持する加加速度値保持手段、加速度を保持する加速度値保持手段、速度を保持する速度値保持手段、距離を保持する距離値保持手段、第１の１／２演算手段、第２の１／２演算手段、および、１／３演算手段を有し、
   前記演算において、
   前記加加速度値保持手段に保持された加加速度値と、前記加速度値保持手段に保持された加速度値とを、加算演算した値が前記加速度値保持手段に入力され、
   前記加加速度値保持手段に保持された加加速度値を前記第１の１／２演算手段で処理した値と、前記加速度値保持手段に保持された加速度値と、前記速度値保持手段に保持された速度値とを、加算演算した値が前記速度値保持手段に入力され、
   前記加加速度値保持手段に保持された加加速度値を前記第１の１／２演算手段および前記１／３演算手段で処理した値と、前記加速度値保持手段に保持された加速度値を前記第２の１／２演算手段で処理した値と、前記速度値保持手段に保持された速度値と、前記距離値保持手段に保持された距離値とを、加算演算した値が前記距離値保持手段に入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載のパルスモータ制御装置。
3. 前記有界演算器は、
   加加速度を保持する加加速度値保持手段、加速度を保持する加速度値保持手段、速度を保持する速度値保持手段、および、距離を保持する距離値保持手段を有し、
   前記演算において、
   前記加加速度値保持手段に保持された加加速度値と、前記加速度値保持手段に保持された加速度値とを、加算演算した値が前記加速度値保持手段に入力され、
   前記加速度値保持手段に保持された加速度値と、前記速度値保持手段に保持された速度値とを、加算演算した値が前記速度値保持手段に入力され、
   前記速度値保持手段に保持された速度値と、前記距離値保持手段に保持された距離値とを、加算演算した値が前記距離値保持手段に入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載のパルスモータ制御装置。
4. 前記加加速度値保持手段に保持された加加速度値を前記第１の１／２演算手段および前記１／３演算手段で処理した値と、前記加速度値保持手段に保持された加速度値を前記第２の１／２演算手段で処理した値と、前記速度値保持手段に保持された速度値と、前記距離値保持手段に保持された距離値を、加算演算した値が所定の閾値以上となると前記パルス生成タイミングを出力するとともに、前記加算演算した値から前記閾値を減算した値が前記距離値保持手段に入力される
   ことを特徴とする請求項２に記載のパルスモータ制御装置。
5. 前記速度値保持手段に保持された速度値と、前記距離値保持手段に保持された距離値を、加算演算した値が所定の閾値以上となると前記パルス生成タイミングを出力するとともに、前記加算演算した値から前記閾値を減算した値が前記距離値保持手段に入力される
   ことを特徴とする請求項３に記載のパルスモータ制御装置。
6. 制御区間の演算値の初期値に基づいて、演算を行う演算ステップと、
   前記演算ステップにより演算された演算値が所定の閾値以上となるとパルス生成タイミングを出力するパルス生成タイミング出力ステップと、
   前記パルス生成タイミング出力ステップにより出力された前記パルス生成タイミングに基づいて、パルスモータを制御するためのパルス信号を生成するパルス信号生成ステップと、
   を備えることを特徴とするパルスモータ制御装置のパルス信号生成方法。

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