JP2022147669A - モータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラム - Google Patents

モータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラム Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/24—Arrangements for stopping
    • H02P8/30—Holding position when stopped

Abstract

【課題】より高い精度でモータの静止位置を制御することが可能なモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラムを提供すること。【解決手段】駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部と、前記目標電圧値とステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータと、前記駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記駆動信号生成部は、前記駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えたときにステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間よりも長い時間をかけて、前記駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように前記駆動信号を調整する第１調整部と、前記駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に目標駆動電流値に戻るように前記駆動信号を調整する第２調整部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラムに関する。
電動スライダやシリンダなどのアクチュエータに使用されるモータには、使いやすさやコストなどの理由によってステッピングモータが採用されることが多い。ステッピングモータでは、１ステップごとの駆動量があらかじめ決められている。駆動装置は、目標駆動位置に応じたステップ数を決定して、オープンループ制御によりステッピングモータを駆動する。
ステッピングモータの駆動技術としては、例えば特許文献１に示すモータ駆動装置における制御方法が知られている。特許文献１のモータ駆動装置では、定電流チョッパ回路において、コイルに流れる電流が目標電流に近づくようにパルス変調された制御パルスを生成して、ロジック回路に入力する。ロジック回路は、生成された制御パルスと入力パルスとを論理合成して駆動パルスを生成することにより、入力パルスに同期してステッピングモータを制御している。定電流チョッパ回路が、入力パルスに応じて目標電流を調節可能に構成されていることにより、電流制御性能などを改善することができる。
特開２０１７－６０３３４号公報
ステッピングモータは駆動ステップ毎に振動が生じるため、正確な停止位置の情報を取得できない場合がある。例えば，電子基板のチップマウンタなどのアクチュエータが停止と駆動とを短時間に繰り返す装置にステッピングモータが使用されると、振動が十分に減衰する前に次の駆動シーケンスが開始されるため、本来の停止位置と位置情報の読み取り時の位置とのズレが大きくなってしまう。
これを回避する方法として、マイクロステップ駆動で励磁状態を段階的に切り替えることで振動を抑制することが考えられる。しかしながら、マイクロステップ駆動で段階的に切り替えた場合、振動は抑制されるものの、回転子の慣性モーメントが小さくなることで本来の静止位置に到達する前に停止してしまい、本来の静止位置とならないことがあった。
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、より高い精度でモータの静止位置を制御することが可能なモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラムを提供することにある。
上記課題を解決するために、一実施形態に記載されたモータ制御装置は、ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部と、前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータと、前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記駆動信号生成部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整部と、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整部とを有する。
本発明のモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラムによれば、より高い精度でモータの静止位置を制御することが可能となる。
実施形態のモータ制御装置を組み込んだモータ制御システムの一例を示す概略構成図である。 モータ駆動装置のＦＰＧＡの機能ブロックの構成例を示す図である。 モータ駆動基準時間について説明するための図である。 ＤＡＣ出力における電圧値とコイルに与えられる駆動電流との推移を示す図である。 時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様の例を示す図である。 時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様の例を示す図である。 時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様の例を示す図である。 ＦＰＧＡの動作を示すフローチャートである。 駆動電流の制御手法による停止位置の変動を示す図である。
１．実施形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
〔１〕本発明の代表的な実施形態に係るモータ制御装置（２）は、ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成部（２２）と、前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部（２３ａ、２３ｂ）と、前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータ（２７ａ、２７ｂ）と、前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部（２４ａ、２４ｂ）とを備え、前記駆動信号生成部（２２）は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整部と、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整部とを有する。
〔２〕上記〔１〕に記載のモータ制御装置において、前記第１調整部および第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値までオーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るまでの時間が、１回の駆動時間を超えないように前記駆動信号を調整してもよい。
〔３〕上記〔１〕または〔２〕に記載のモータ制御装置において、前記第１調整部および第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に到達するまでにＳ字曲線または階段状を示す部分を含むように前記駆動信号を調整してもよい。
〔４〕上記〔１〕から〔３〕のいずれか１つに記載のモータ制御装置において、前記第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値から前記目標駆動電流値に戻るまでにＳ字曲線または階段状を示す部分を含むように前記駆動信号を調整してもよい。
〔５〕本発明の代表的な実施形態に係るモータ制御方法は、ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成ステップと、前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成ステップと、前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力する比較結果出力ステップと、前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成ステップとを含む、モータ制御方法であって、前記駆動信号生成ステップは、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整サブステップと、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整サブステップとを含む。
〔６〕本発明の代表的な実施形態に係るモータ制御プログラムは、ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部と、前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータと、前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを備えたモータ制御装置のモータ制御プログラムであって、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整工程と、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整工程と、をコンピュータに実行させる。
２．実施形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
実施形態のモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御プログラムについて図面を用いて説明する。
図１は、実施形態のモータ制御装置を組み込んだモータ制御システムの一例を示す概略構成図である。モータ制御システム１００は、図１に示すように、ステッピングモータ１と、モータ制御装置２とを備えている。ステッピングモータ１としては、２相のコイルに所定の駆動電流を与えることにより、モータのロータが所定の角度だけ回転するように構成されたモータである２相ステッピングモータが用いられてもよい。なお、本明細書では、モータのロータが回転することを単に、モータが回転するともいう。
モータ制御装置２は、図１に示すように、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）２１と、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）２２と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３ａ、２３ｂと、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御部２４ａ、２４ｂと、Ｈブリッジ回路２５ａ、２５ｂと、電流検出抵抗２６ａ、２６ｂと、コンパレータ２７ａ、２７ｂとを有している。ＦＰＧＡ２２は、駆動信号生成部の一例である。ＤＡＣ２３ａ、２３ｂは、目標電圧値生成部の一例である。ＰＷＭ制御部２４ａ、２４ｂは、制御信号生成部の一例である。目標駆動電流値よりも大きい最大の電流値、決められた電流値に至るまでに要する所定時間、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様、１回の駆動時間、目標電圧値を算出するための抵抗値（電圧検出抵抗２６の抵抗値）などの制御に必要なパラメータなどが挙げられる。これらのパラメータの詳細については後述する。フラッシュメモリ２１とともに、あるいはフラッシュメモリ２１に代えて、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の任意の記憶装置を用いてもよい。フラッシュメモリ２１に記憶される各種パラメータは、工場から出荷される前に生産者によって設定されてもよい。フラッシュメモリ２１に記憶される各種パラメータは、ユーザに納品された後にエンジニア（納品者）によって設定されてもよい。フラッシュメモリ２１に記憶される各種パラメータは、納品された後にユーザによって設定されてもよい。
ＦＰＧＡ２２は、フラッシュメモリ２１に格納されたパラメータに基づいて各種の機能を実現する処理を実行するようにプログラムされた回路である。ＦＰＧＡ２２は、ステッピングモータ１を目標駆動位置まで回転させるようにステッピングモータ１のコイルに与える駆動電流である目標駆動電流を指定する駆動信号を出力する。
ＤＡＣ２３は、ＦＰＧＡ２２から出力された駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する。ＤＡＣ２３は、目標電圧値をコンパレータ２７の入力端子に出力する。目標電圧値とは、Ｈブリッジ回路２５からステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流の値が所望の値となるように調整されたＤＡＣ２３の出力電圧値である。目標電圧値は、駆動電流の所望の値と電圧検出抵抗２６の抵抗値との積によって得られる値に調整することができる。
Ｈブリッジ回路２５は、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を切り替えるとともに、ステッピングモータ１のコイルに流れた電流に相当する電圧をコンパレータ２７に入力する。Ｈブリッジ回路２５ａは、ＰＷＭ制御部２４ａから入力されたＰＷＭ信号に応じてＡ相のコイルに与えられる駆動電流を切り替える。同様に、Ｈブリッジ回路２５ｂは、ＰＷＭ制御部２４ｂから入力されたＰＷＭ信号に応じてＢ相のコイルに与えられる駆動電流を切り替える。
Ｈブリッジ回路２５は、電流検出抵抗２６を介して接地されている。Ｈブリッジ回路２５と電流検出抵抗２６との間に、コンパレータ２７の入力端子が接続されている。
電流検出抵抗２６は、例えば、電流計と並列に設けられたシャント抵抗器によって構成してもよい。コンパレータ２７に入力される電圧値のうち、Ｈブリッジ回路２５から入力された電圧値は、ステッピングモータ１のコイルに流れた電流に相当する電圧値と等しい。ステッピングモータ１のコイルに流れた電流に相当する電圧値は、電流検出抵抗２６として設けられたシャント抵抗器の抵抗値とＨブリッジ回路２５に流れた駆動電流値との積で表される値である。
コンパレータ２７は、ＤＡＣ２３から入力された目標電圧値とＨブリッジ回路２５から入力された電圧値とを比較して、比較結果に応じた２値の出力値を出力する。２値の出力値は、Ｈｉｇｈ（１）とＬｏｗ（０）である。
具体的には、コンパレータ２７の反転端子には、ステッピングモータ１のコイルに流れた電流に相当する電圧値であるコイル電圧値の波形が入力される。コンパレータ２７の非反転端子にはＤＡＣから出力される目標電圧値の波形が入力される。コンパレータ２７は、コイル電圧値が目標電圧値よりも小さい場合は、Ｈｉｇｈ（１）の出力値を出力する。コンパレータ２７は、コイル電圧値が目標電圧値よりも大きい場合は、Ｌｏｗ（０）の出力値を出力する。コンパレータ２７は、コイル電圧値が目標電圧値と等しい場合は、出力値を出力しない。コンパレータ２７は、コイル電圧値と目標電圧値との関係に応じて、必要な場合は「１」、「０」の矩形波を出力する。
ＰＷＭ制御部２４は、コンパレータ２７から入力された２値の出力値に応じて、ＦＰＧＡ２２からの駆動パルスのｄｕｔｙ比を調整して、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ制御部２４は、コンパレータ２７から「１」が出力された場合は、駆動電流が小さいので、ステッピングモータ１のコイル与えられる駆動電流を上げるためにｄｕｔｙ比を増加させたＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ制御部２４は、コンパレータ２７から「０」が出力された場合は、駆動電流が大きいので、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を下げるためにｄｕｔｙ比を減少させたＰＷＭ信号を生成する。
このように、モータ制御装置２は、ＦＰＧＡ２２から出力される駆動信号に基づいて、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を制御することができる。ここで、駆動信号をＤＡＣ２３に入力するＦＰＧＡ２２についてさらに説明する。
図２は、モータ駆動装置のＦＰＧＡの機能ブロックの構成例を示す図である。
ＦＰＧＡ２２は、図２に示すように、駆動信号生成タイミング部２２１と、目標駆動電流取得部２２２と、駆動信号調整生成部２２３とを機能部として備えるようにプログラムされている。
駆動信号生成タイミング部２２１は、駆動信号の生成タイミングを決定して、駆動信号の生成タイミングであることを目標駆動電流取得部２２２にその旨を通知する。駆動信号生成タイミング部２２１は、必要に応じて、ＰＷＭ制御部２４に駆動パルスを出力する。
目標駆動電流取得部２２２は、駆動信号の生成タイミングであることの通知を受けると、フラッシュメモリ２１から目標駆動電流値などの制御に必要なパラメータを取得して、駆動信号調整生成部２２３に渡す。目標駆動電流値とは、ステッピングモータ１を目標駆動位置まで回転させるようにステッピングモータ１に与えられる駆動電流の大きさを示す値である。すなわち、ステッピングモータ１が駆動されて最終的に目標の位置に移動したときにステッピングモータ１のコイルに流れる電流値が目標駆動電流値である。
駆動信号調整生成部２２３は、目標駆動電流値などの制御に必要なパラメータを受け取ると、駆動信号を生成する。駆動信号調整生成部２２３は、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流が所望の変化をするように調整した駆動信号を生成する。所望の変化とは、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流が目標駆動電流値などのパラメータや経過時間に応じた変化をすることである。時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様については、後述する。駆動信号調整生成部２２３は、第１調整部２２４と第２調整部２２５とを有している。
第１調整部２２４は、モータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を初期値から目標駆動電流値に変化するように、駆動信号を調整する。モータ駆動基準時間とは、コイルに与えられる駆動電流を瞬時に目標駆動電流に切り替えたときにステッピングモータ１が目標駆動位置に到達するまでの時間である。
ここで、モータ駆動基準時間について説明する。
図３は、モータ駆動基準時間について説明するための図である。図３（ａ）はステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流に切り替えた場合の時間経過に応じた回転位置を示す。図３（ｂ）は駆動信号調整生成部２２３により生成された駆動信号にしたがってステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流の時間経過に応じた変化を示す。
ステッピングモータ１は、時刻０において、コイルに与えられる駆動電流が瞬時に初期値から目標駆動電流に切り替えられると、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１に目標駆動位置Ｐ１に到達する。目標駆動位置Ｐ１とは、ステッピングモータ１のコイルに目標駆動電流を流すことによりステッピングモータ１が駆動されて最終的に移動すべき位置として目標とする位置である。しかしながら、ステッピングモータ１は、目標駆動位置Ｐ１を超えて回転する。ステッピングモータ１は、目標駆動位置Ｐ１を超えた後に逆転することで、さらに目標駆動位置Ｐ１を超える。このように、ステッピングモータ１は、目標駆動位置Ｐ１を通り過ぎるような振動を繰り返した後に静止する。本明細書では、コイルに与えられる駆動電流を目標駆動電流に切り替えた時刻０から目標駆動位置Ｐ１に最初に到達するまでの時刻ｔ１によって定義される時間Ｔ１をモータ駆動基準時間とよぶ。
第１調整部２２４は、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流が緩やかに変化して、時刻０から、モータ駆動基準時間Ｔ１に至ったときの時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２までの長い時間Ｔ２をかけて目標駆動電流値ａ１になるように駆動信号を調整する。この構成により、ステッピングモータ１が停止する際に発生する振動を抑制することができる。
第２調整部２２５は、ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流が目標駆動電流値より大きい最大の電流値にオーバーシュートして所定時間保持された後に目標駆動電流値に戻るように、駆動信号を調整する。オーバーシュートした電流値を保持する所定時間は、「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」としてフラッシュメモリ２１に格納された値を用いて決定する。
第１調整部２２４および第２調整部２２５は、駆動電流が初期値からオーバーシュートして目標駆動電流値に戻るまでの時間が１回の駆動時間を超えないように調整する。１回の駆動時間とは、１つの目標駆動電流に基づいて駆動する時間として設定された時間である。１回の駆動時間は、例えば、ステッピングモータ１の初期値としてフラッシュメモリ２１に格納された値を用いる。
駆動信号調整生成部２２３において、第１調整部２２４および第２調整部は、ＤＡＣ２３の出力が所望の電圧値となるようにＤＡＣ２３に入力する駆動信号を調整することができる。第１調整部２２４および第２調整部２２５は、駆動信号を調整することによってステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を変動させる。ステッピングモータ１のコイルに与えられる駆動電流を変動させる時間は、「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」として予め設定されている。「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」としては、例えば、（１）初期値から目標駆動電流値に至るまでに要する時間、（２）目標駆動電流値に至ってから目標駆動電流値より大きい最大の電流値に至るまでに要する時間、（３）目標駆動電流値より大きい最大の電流値に至ってからオーバーシュートの所定時間が経過するまでに要する時間、（４）オーバーシュートの所定時間が経過してから目標電流値に至るまでに要する時間の４つの時間が設定されている。
「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」のうち、（１）初期値から目標駆動電流値に至るまでに要する時間は、モータ駆動基準時間よりも長い時間に設定されなければならない。また、「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」のうち、（１）から（５）までの合計の時間が、１回の駆動時間を超えないように設定されなければならない。
「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」は、制御に必要なパラメータとして、フラッシュメモリ２１に格納されている。ここで、駆動信号調整生成部２２３が生成する駆動信号に基づくＤＡＣ出力と駆動電流との関係について説明する。
図４は、調整された駆動信号に基づくＤＡＣ出力における電圧値とコイルに与えられる駆動電流との推移を示す図である。図４（ａ）は時間の経過に応じたＤＡＣ出力における電圧値の推移を示す。図４（ｂ）は時間経過における駆動電流の推移を示す。
図４（ａ）において、上段はＤＡＣ２３ａの出力電圧値の推移を示す。図４（ａ）において、下段はＤＡＣ２３ｂの出力電圧値の推移を示す。図４（ａ）中、ｄａ、ｄｂは、目標駆動電流に相当するＤＡＣ２３ａ、２３ｂの電圧値を示している。図４（ｂ）において、上段はＡ相のコイルに与えられる駆動電流の推移を示す。図４（ｂ）において、下段はＢ相のコイルに与えられる駆動電流の推移を示す。図４（ｂ）中、ａ１、ａ２はＡ相の目標駆動電流を示している。図４（ｂ）中、ａ３、ａ４はＢ相の目標駆動電流を示している。また、ａ２、ａ４はマイナスの値である。
（第１の区間：ｔ１１からｔ１２）
ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、まずＤＡＣ２３ａの出力電圧値が、時刻ｔ１１から低下する。そして、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、時刻ｔ１２には「０」になる。この過程では、ＤＡＣ２３ａから出力される目標電圧値がコイル電圧値よりも低下することになるので、コンパレータ２７ａは「０」を出力する。その結果、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流を下げるよう制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流の絶対値は０まで低下する。
（第２の区間：ｔ１２からｔ１３）
ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値が時刻ｔ１２において「０」になった後、上昇する。この過程では、ＤＡＣ２３ａから出力される目標電圧値がコイル電圧値よりも大きいと考えられるので、コンパレータ２７ａは「１」を出力する。その結果、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流を上げるよう制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流は上昇する。
（第３の区間：ｔ１３からｔ１４）
ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値が時刻ｔ１３において目標駆動電流を示す電圧値になった後も上昇する。この過程でも、ＤＡＣ２３ａから出力される目標電圧値がコイル電圧値よりも小さいと考えられるので、コンパレータ２７ａは「１」を出力する。その結果、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流を上げるよう制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流は上昇する。
（第４の区間：ｔ１４からｔ１５）
ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、Ａ相の駆動電流が目標駆動電流値よりも大きい最大の電流値を示す、時刻ｔ１４まで上昇する。ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの所定時間の間、その出力電圧値を保持する。この過程では、ＤＡＣ２３ａから出力される目標電圧値とコイル電圧値とが等しくなると考えられるので、コンパレータ２７ａは出力しない。その結果、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流を維持するよう制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流は維持される。
（第４の区間のおわり：ｔ１５）
ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、時刻ｔ１５になると、目標駆動電流を示す電圧値に戻る。この過程では、ＤＡＣ２３ａから出力される目標電圧値がコイル電圧値よりも小さくなると考えられるので、コンパレータ２７ａは「０」を出力する。その結果、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流を目標駆動電流となるまで下げるよう制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流は目標駆動電流となるように低下する。
ＦＰＧＡ２２の駆動信号調整生成部２２３は、１回の駆動時間の間に、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値が、上記した第１の区間から第４の区間の変動を示すように調整した駆動信号を生成している。第１の区間の開始から第２の区間の終わりまでの時間は、（１）初期値から目標駆動電流値に至るまでに要する時間に相当する。第３の区間は、（２）目標駆動電流値に至ってから目標駆動電流値より大きい最大の電流値に至るまでに要する時間に相当する。第４の区間は、（３）目標駆動電流値より大きい最大の電流値に至ってからオーバーシュートの所定時間が経過するまでに要する時間に相当する。これらの所定時間は「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」としてフラッシュメモリ２１に格納されている値を用いて決定する。駆動信号調整生成部２２３は、第１の区間から第４の区間などの各区間の開始時刻、終了時刻を、「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」としてフラッシュメモリ２１に格納されている値を用いて決定する。
次の駆動時間においても、図４（ａ）に示すように、ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ｂの出力電圧値が、次のｔ２１からｔ２５のタイミングで、ｔ１１からｔ１５におけるＤＡＣ２３ａの出力電圧値と同様に変動する。ＤＡＣ２３ｂの出力電圧値の変動により、ＰＷＭ制御部２４ｂは、ステッピングモータ１のＢ相のコイルに与えられる駆動電流が所望の変化をするように制御をする。ＰＷＭ制御部２４ｂの制御に応じて、ステッピングモータ１のＢ相の駆動電流は図４（ｂ）に示すように変動する。
さらに次の駆動時間においても、図４（ａ）に示すように、ＦＰＧＡ２２から入力された駆動信号に基づいて、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値が、次のｔ３１からｔ３５のタイミングで、ｔ１１からｔ１５におけるＤＡＣ２３ａの出力電圧値と同様に変動する。ＤＡＣ２３ａの出力の変動により、ＰＷＭ制御部２４ａは、ステッピングモータ１のＡ相のコイルに与えられる駆動電流が所望の変化をするように制御をする。ＰＷＭ制御部２４ａの制御に応じて、ステッピングモータ１のＡ相の駆動電流は図４（ａ）のｔ３１からｔ３５に示すように変動する。このとき、図４（ａ）のｔ３１からｔ３５に示すように、ＰＷＭ制御部２４ａは、駆動パルスに基づいて、ｔ１１からｔ１５の間とは逆の位相でステッピングモータ１のＡ相の駆動電流を変動させている。
図４の例では、駆動電流が線形に変化する態様を用いて説明しているが変化のパターンはこれに限定されない。図５から図７を用いて、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様について説明する。時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様は、制御に必要なパラメータの一つとして、フラッシュメモリ２１に格納されている。
図５から図７は、モータのコイルに与えられる、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様を示す図である。モータのコイルに与えられる駆動電流は、図５から図７に示すように、傾斜状、Ｓ字状、階段状に変化するようにさせてもよい。図５は第１の区間から第３の区間において、モータのコイルに与えられる、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様を示している。図５（ａ）は、第１の区間の開始時刻ｔ１１から第３の区間の終了時刻ｔ１４においてＳ字状に変化させている。図５（ｂ）は、第１の区間の開始時刻ｔ１１から第３の区間の終了時刻ｔ１４において階段状に変化させている。
図６は、第４の区間の後の第５の区間において、モータのコイルに与えられる、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様の例を示す図である。図６（ａ）は、第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）において傾斜状に変化させている。図６（ｂ）は、第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）においてＳ字状に変化させている。図６（ｃ）は、第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）において階段状に変化させている。
第５の区間は、「決められた電流値に至るまでに要する所定時間」のうちの（４）オーバーシュートの所定時間が経過してから目標電流値に至るまでに要する時間としてフラッシュメモリ２１に格納されている値を用いて決定することができる。
図７は、第１の区間の開始時刻ｔ１１から第３の区間の終了時刻ｔ１４および第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）において、モータのコイルに与えられる、時間経過に応じた駆動電流値の変化の態様を示している。図７（ａ）では、第１の区間の開始時刻ｔ１１から第３の区間の終了時刻ｔ１４においては階段状に変化させ、第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）においても階段状に変化させている。図７（ｂ）では、第１の区間の開始時刻ｔ１１から第３の区間の終了時刻ｔ１４においてはＳ字状に変化させ、第５の区間（時刻ｔ１５から時刻ｔ１６）においても階段状に変化させている。
ＦＰＧＡ２２の駆動信号調整生成部２２３は、モータのコイルに与えられる駆動電流が上記した駆動電流の態様となるように、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値を変化させる駆動信号を生成することができる。
次に、上述したようにＤＡＣ２３ａ、２３ｂの出力電圧値を変化させる駆動信号を生成されるＦＰＧＡの動作について説明する。
図８は、ＦＰＧＡの動作を示すフローチャートである。
駆動信号生成タイミング部２２１において、駆動パルスを出力開始するかを判断する（ステップＳ１０１）。駆動パルスの出力を開始すると判断した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、目標駆動電流取得部２２２が目標駆動電流等のパラメータを取得する（ステップＳ１０２）。目標駆動電流取得部２２２は、取得した目標駆動電流等のパラメータを駆動信号調整生成部２２３に渡す。
駆動信号調整生成部２２３は、目標駆動電流等のパラメータを受け取ると、第１調整部２２４において、目標駆動電流値に到達する時間をモータ駆動基準時間よりも長い時間に調整した駆動信号を生成する（ステップＳ１０３）。この駆動信号により、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、図４のｔ１１からｔ１３までに示すように変動する。
駆動信号調整生成部２２３は、目標駆動電流値に到達する駆動信号を生成した後、第２調整部において、目標駆動電流値より大きい最大の電流値に到達するように調整した駆動信号を生成する（ステップＳ１０４）。この駆動信号により、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、図４のｔ１３からｔ１４までに示すように変動する。
駆動信号調整生成部２２３は、目標駆動電流値より大きい最大の電流値に到達する駆動信号を生成した後、第２調整部は、目標駆動電流値より大きい最大の電流値に到達してから所定時間が経過したかを判断する（ステップＳ１０５）。第２調整部は、第２調整部は、所定時間が経過したと判断できない場合は（ステップＳ１０５：ＮＯ）定期的にステップＳ１０５の判断を繰り返し、所定時間が経過したと判断するまで、目標駆動電流値より大きい最大の電流値を維持するように調整した駆動信号を生成している。この駆動信号により、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、図４のｔ１４からｔ１５までに示すように一定の値を維持する。
第２調整部は、所定時間が経過したと判断した場合は（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、目標駆動電流値に戻すように調整する（ステップＳ１０６）。この駆動信号により、ＤＡＣ２３ａの出力電圧値は、図４のｔ１５に示すように変動する。
図９は、駆動電流の各制御手法において駆動から停止するまでの位置変動を示す図である。図９では、目標とする駆動位置は１．８（ｄｅｇ）の位置である。曲線Ａはフルステップ駆動により駆動電流を制御した場合の変動を示している。曲線Ｂはマイクロステップ駆動により駆動電流を制御した場合の変動を示している。曲線Ｃは本実施形態の駆動手法により駆動電流を制御した場合の変動を示している。
図９に示す例では、曲線Ａの停止位置は１．９１（ｄｅｇ）の位置である。曲線Ａの読み取り位置と目標の停止位置との誤差は、＋０．１１（ｄｅｇ）である。曲線Ｂの停止位置は１．７５（ｄｅｇ）の位置である。曲線Ｂの読み取り位置と目標の停止位置との誤差は、－０．０５（ｄｅｇ）である。曲線Ｃの停止位置は１．８０（ｄｅｇ）の位置である。曲線Ｃの読み取り位置と目標の停止位置との誤差は、０．００（ｄｅｇ）である。
図９に示すように、フルステップ駆動を示す曲線Ａでは大きく振動して、停止するまでに時間を要し、位置情報読み取りのタイミングまでに完全には停止していない。一方で、マイクロステップ駆動を示す曲線Ｂでは、位置情報読み取りのタイミングには完全には停止しているが、トルクが足りないため、目標の駆動位置に到達する前に停止してしまう。これらに比べて、本実施形態の駆動手法を示す曲線Ｃでは、位置情報読み取りのタイミングで完全に停止しており、目標の駆動位置に停止している。
このように、本実施形態のモータ制御装置、モータ制御システムおよびモータ制御方法によれば、ステップ毎に生じる振動と回転子の慣性モーメントの両方の影響を抑制し、高精度で静止することが可能となる。
（実施形態の変形例）
以上の実施形態では、図１の構成のモータ制御システムを用いて、具体的な一例について説明したが、図１の構成に限定されない。同様に、ステッピングモータ１、モータ制御装置２の構成についても説明した例に特に限定されない。
例えば、ＦＰＧＡ２２に代えて、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等の各種メモリ、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ）によって構成されていてもよい。その場合、プログラム処理装置のプロセッサがメモリ等のフラッシュメモリ２１に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにＡ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって図２に示す各機能部の構成を実現することができる。
以上の実施形態において、図４に示したＤＡＣ出力における電圧値と駆動電流との推移は具体例であって、推移の態様はこれらに限定されない。
以上の実施形態において、図８に示したＦＰＧＡの処理フローは具体例であって、処理フローはこれらに限定されない。
１…ステッピングモータ、２…モータ制御装置、２１…フラッシュメモリ、２２…ＦＰＧＡ、２３ａ、２３ｂ…ＤＡＣ、２４ａ、２４ｂ…ＰＷＭ制御部、２５ａ、２５ｂ…Ｈブリッジ回路、２６ａ、２６ｂ…電流検出抵抗、２７ａ、２７ｂ…コンパレータ、２２１…駆動信号生成タイミング部、２２２…目標駆動電流取得部、２２３…駆動信号調整生成部、２２４…第１調整部、２２５…第２調整部、１００…モータ制御システム

Claims (6)

  1. ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、
    前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部と、
    前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータと、
    前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
    前記駆動信号生成部は、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整部と、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整部とを有する、
    モータ制御装置。
  2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
    前記第１調整部および第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値までオーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るまでの時間が、１回の駆動時間を超えないように前記駆動信号を調整する、
    モータ制御装置。
  3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置であって、
    前記第１調整部および第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に到達するまでにＳ字曲線または階段状を示す部分を含むように前記駆動信号を調整する、
    モータ制御装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
    前記第２調整部は、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値から前記目標駆動電流値に戻るまでにＳ字曲線または階段状を示す部分を含むように前記駆動信号を調整する、
    モータ制御装置。
  5. ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成ステップと、
    前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成ステップと、
    前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力する比較結果出力ステップと、
    前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成ステップとを含む、モータ制御方法であって、
    前記駆動信号生成ステップは、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整サブステップと、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整サブステップとを含む、
    モータ制御方法。
  6. ステッピングモータを目標駆動位置まで回転させるように前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を示す目標駆動電流値を指定する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、
    前記駆動信号に基づいて目標電圧値を生成する目標電圧値生成部と、
    前記目標電圧値と前記ステッピングモータに与えられた駆動電流に相当する電圧値との比較結果を出力するコンパレータと、
    前記比較結果に基づいて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを備えたモータ制御装置のモータ制御プログラムであって、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流を瞬時に初期値から目標駆動電流値に切り替えた場合に前記ステッピングモータが前記目標駆動位置に到達するまでの時間であるモータ駆動基準時間よりも長い時間をかけて、前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記初期値から前記目標駆動電流値に変化するように、前記駆動信号を調整する第１調整工程と、
    前記ステッピングモータに与えられる駆動電流が前記目標駆動電流値より大きい最大の電流値に、所定時間オーバーシュートした後に前記目標駆動電流値に戻るように、前記駆動信号を調整する第２調整工程と、をコンピュータに実行させる、
    モータ制御プログラム。
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