JP2594595B2 - Step motor drive - Google Patents

Step motor drive

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JP2594595B2
JP2594595B2 JP63017261A JP1726188A JP2594595B2 JP 2594595 B2 JP2594595 B2 JP 2594595B2 JP 63017261 A JP63017261 A JP 63017261A JP 1726188 A JP1726188 A JP 1726188A JP 2594595 B2 JP2594595 B2 JP 2594595B2
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drive
step motor
driving
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栄治 荻原
直 北村
伸一郎 田中
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Toyota Motor Corp
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Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばエンジンのスロットルバルブの制御
に用いられるステップモータの駆動装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device for a step motor used for controlling a throttle valve of an engine, for example.

〔従来技術、および発明が解決しようとする課題〕[Prior art and problems to be solved by the invention]

例えば特開昭60−200798号公報に開示されたステップ
モータの駆動方法は、ステップモータ高速駆動時の発生
トルクの低下をステップモータへの印加電圧を変化(増
減)させることにより改善しようとするものである。た
とえば、自動車、オートバイ等のように、印加電圧(即
ちバッテリー電圧)がDC12Vというように電圧値が低
く、一定の電圧であり、変化させることが困難な場合に
は、上記公報のような制御を行ってもステップモータの
発生トルクを改善することができず、ステップモータ高
速駆動時の発生トルクの低下が依然として残ってしまう
し、また、印加電圧が低いため、高速駆動時の発生トル
クの低下も目立ったものとなってしまう。通常、このよ
うに印加電圧が低く、高速駆動する場合は、発生トルク
が印加電圧にあまり影響を受けない定電流駆動を用いる
のが一般であるが、この定電流駆動を用いても、DC12V
程度の印加電圧では、高速駆動時の発生トルクの低下は
避けられないという課題があった。
For example, a method of driving a step motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-200798 aims to improve the reduction in torque generated during high-speed driving of the step motor by changing (increase or decrease) the voltage applied to the step motor. It is. For example, when the applied voltage (that is, the battery voltage) is a low voltage value such as DC12V, which is a constant voltage such as an automobile or a motorcycle, and it is difficult to change the voltage, the control described in the above publication is performed. Even if it is performed, the generated torque of the step motor cannot be improved, and the reduction of the generated torque at the time of high-speed driving of the step motor still remains.In addition, since the applied voltage is low, the generated torque of the high-speed driving also decreases. It will be noticeable. Usually, when the applied voltage is low and the driving speed is high, it is common to use the constant current driving in which the generated torque is not so affected by the applied voltage.
With such an applied voltage, there is a problem that a reduction in the generated torque during high-speed driving is inevitable.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明によれば、ステップモータを定電流方式で駆動
するために一つの相の巻線および他の相の巻線へ電流を
供給する一対の定電流駆動回路であって、上記制御回路
からステップモータ駆動用の励磁相切換タイミング信号
を入力してステップモータの各励磁相を随時切換え、又
基準電流値切換回路からの信号により各巻線への印加電
流値を制限してこの信号によりステップモータを定電流
駆動する回路; 該定電流駆動回路へ基準電流値信号を供給する基準電
流値切換回路であって、ステップモータの発生トルクの
低下開始の駆動周波数になると、制御回路から駆動電流
値を変更させる信号が送られ、この信号に対応し切換回
路のモータへの駆動電流の励磁パターンを対称階段状か
らパルス前半部分よりもパルス後半部分の駆動電流値が
大きい非対称階段状に切換えることを可能とするもので
あり、該切換回路はポテンショメータ、双方向スイッ
チ、インバータを組合わせて構成された回路;および マイコンと該マイコンに基準クロックを供給するクロ
ックジェネレータとから構成された制御回路であって、
該マイコンは更に、プリセット可能で任意の時間毎に割
込要求を発生するプログラマブルタイマと、割込処理を
する割込制御回路と、ステップモータの駆動制御処理を
実行するCPUと、該CPUの演算処理用の制御プログラムや
データを予め記録したROMと、演算処理用データを一時
的に読書きするRAMと、該RAMの一部を用いステップモー
タの最新駆動周波数情報をラッチする駆動周波数モニタ
と、定電流駆動回路と基準電流値切換回路に駆動信号と
切換信号を夫々出力する入出力バッファとから構成され
た制御回路;とを具備し、 駆動周波数のデータを常に監視し、所定の駆動周波数
になったら基準電流値切替回路にステップモータの駆動
電流値を変えるように信号を送り、基準電流値切替回路
はその信号に従い、低速時には対称階段状とし、高速時
にはパルス前半部分よりもパルス後半部分の駆動電流位
が大きい非対称階段状に切換えることを特徴とするもの
である、ステップモータの駆動装置、 が提供される。
According to the present invention, there is provided a pair of constant current drive circuits for supplying a current to one phase winding and another phase winding in order to drive a stepping motor in a constant current mode, The excitation phase switching timing signal for the motor drive is input, and each excitation phase of the step motor is switched at any time, and the current applied to each winding is limited by a signal from the reference current value switching circuit, and the step motor is controlled by this signal. A circuit for driving a constant current; a reference current value switching circuit for supplying a reference current value signal to the constant current drive circuit; In response to this signal, the excitation pattern of the drive current to the motor of the switching circuit corresponding to this signal is changed from a symmetrical step shape to a drive current value of the latter half of the pulse that is larger than the former half of the pulse. The switching circuit can be switched in an asymmetric stepwise manner, and the switching circuit includes a circuit configured by combining a potentiometer, a bidirectional switch, and an inverter; and a microcomputer and a clock generator that supplies a reference clock to the microcomputer. Control circuit,
The microcomputer further includes a programmable timer capable of presetting and generating an interrupt request at any time, an interrupt control circuit for performing an interrupt process, a CPU for performing a step motor drive control process, and an arithmetic operation of the CPU. ROM in which a control program or data for processing is recorded in advance, RAM for temporarily reading and writing data for arithmetic processing, a drive frequency monitor for latching the latest drive frequency information of the step motor using a part of the RAM, A control circuit comprising a constant current drive circuit and an input / output buffer for respectively outputting a drive signal and a switch signal to a reference current value switching circuit; When this happens, a signal is sent to the reference current value switching circuit to change the drive current value of the step motor, and the reference current value switching circuit follows the signal and forms a symmetrical step at low speeds and at a high speed. The present invention provides a stepping motor driving device characterized in that switching is performed in an asymmetric stepwise manner in which the driving current level in the latter half of the pulse is larger than that in the first half of the pulse.

〔作 用〕(Operation)

本発明による装置においては、ステップモータの駆動
周波数が、所定の周波数を超えたら、上記の階段状に不
等配分された相電流の配分割合を変化させて駆動するこ
とにより、印加電圧を増加させることなく、高速駆動時
の発生トルクの低下を改善する。
In the device according to the present invention, when the drive frequency of the step motor exceeds a predetermined frequency, the applied voltage is increased by changing the distribution ratio of the phase currents unequally distributed in a stepwise manner as described above. Without reducing the generated torque during high-speed driving.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明の一実施例としてのステップモータ
の駆動装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a drive device for a step motor according to one embodiment of the present invention.

第1図を参照すると、制御回路3は定電流駆動回路2
と、基準電流値切換回路6に制御信号を送り、定電流駆
動回路2は、基準電流値切換回路6と制御回路3からの
信号に従い、定電流駆動回路2に接続されたステップモ
ータ1を適切に駆動制御する。
Referring to FIG. 1, the control circuit 3 includes a constant current driving circuit 2
And the control signal is sent to the reference current value switching circuit 6, and the constant current drive circuit 2 appropriately controls the step motor 1 connected to the constant current drive circuit 2 according to the signals from the reference current value switching circuit 6 and the control circuit 3. Drive control.

また、定電流駆動回路2には、駆動周波数モニタ50が
接続され、ステップモータ1の駆動周波数が随時制御回
路3に送られるような構成になっている。第1図装置の
特徴の一つは、上記駆動周波数モニタ50を備え、常にス
テップモータ1の駆動周波数を監視し、ステップモータ
1の駆動周波数が所定の周波数(たとえば、発生トルク
が低下し始める駆動周波数)になった時に、制御回路3
でそれを察知し、ステップモータ1のトルク低下を改善
するように最適制御を行うことにある。
A drive frequency monitor 50 is connected to the constant current drive circuit 2 so that the drive frequency of the step motor 1 is sent to the control circuit 3 as needed. One of the features of the apparatus shown in FIG. 1 is that the drive frequency monitor 50 is provided, and the drive frequency of the step motor 1 is constantly monitored. Control circuit 3
Therefore, the optimum control is performed so as to improve the torque reduction of the step motor 1.

第1図の定電流駆動回路2は、ステップモータ1を定
電流方式で駆動する。この定電流駆動回路2には、制御
回路3と基準電流値切換回路6から信号が入力されてい
る。制御回路3からの信号は、ステップモータ1を駆動
させるための、励磁相切換タイミングの信号であり、こ
の信号により、定電流駆動回路2はステップモータ1の
各励磁相を随時切り換えている。また、基準電流値切換
回路6からの信号は、ステップモータ1の各巻線への印
加電流値を規定するものであり、この信号により定電流
駆動回路2は、ステップモータ1に流れる電流値を制限
して、定電流駆動するものである。
The constant current drive circuit 2 in FIG. 1 drives the step motor 1 by a constant current method. Signals from the control circuit 3 and the reference current value switching circuit 6 are input to the constant current drive circuit 2. The signal from the control circuit 3 is an excitation phase switching timing signal for driving the stepping motor 1, and the constant current driving circuit 2 switches each excitation phase of the stepping motor 1 as needed by this signal. The signal from the reference current value switching circuit 6 defines the value of the current applied to each winding of the step motor 1, and the constant current drive circuit 2 limits the current value flowing to the step motor 1 by this signal. Then, constant current driving is performed.

基準電流値切換回路6の出力波形を第6図(a)に実
線で示す。第6図(a)は駆動パルス順…つまり駆動シ
ーケンスに従って書いてある。そして、同図には、多数
ある駆動方法の代表例として、1−2相励磁駆動のパタ
ーンを示すものとする。
The output waveform of the reference current value switching circuit 6 is shown by a solid line in FIG. FIG. 6 (a) is written in the order of the drive pulse... FIG. 1 shows a 1-2-phase excitation drive pattern as a representative example of a number of drive methods.

以上のような作用により、通常は、第6図(a)の実
線で示すような、基準電流値切換回路6の出力波形に従
い、第6図(b)に示すような電流波形でモータの各巻
線に電流を流してステップモータ1を最適に駆動してい
る。しかし、第6図(b)に示す電流波形は低い駆動周
波数域のものであり、駆動周波数が高くなるに従い、モ
ータ巻線のインダクタンスの影響で、第6図(c)のよ
うに電流の立ち上がり方が悪くなり、ついには、第6図
(d)に実線で示すように、基準電流値Iに達しきらな
くなってしまう。巻線電流が基準電流値に達しなけれ
ば、基準のトルクは発生し得ない。これが、高速駆動時
にモータの発生トルクが低下する原因である。そこで第
1図に示すような駆動周波数モニタ50を設置することに
より、上記課題に対処する。
Due to the above-described operation, each winding of the motor is normally provided with a current waveform as shown in FIG. 6 (b) in accordance with the output waveform of the reference current value switching circuit 6 as shown by a solid line in FIG. 6 (a). A current is supplied to the wire to drive the step motor 1 optimally. However, the current waveform shown in FIG. 6 (b) is in a low drive frequency range, and as the drive frequency increases, the current rises as shown in FIG. 6 (c) due to the influence of the inductance of the motor winding. As a result, as shown by the solid line in FIG. 6 (d), the current does not reach the reference current value I. If the winding current does not reach the reference current value, the reference torque cannot be generated. This is the cause of the decrease in the torque generated by the motor during high-speed driving. Therefore, the above problem is solved by installing a drive frequency monitor 50 as shown in FIG.

駆動周波数モニタ50は定電流駆動回路2のステップモ
ータ励磁相切り換えタイミングから、ステップモータ1
の駆動周波数を検知し、制御回路3に随時データを送り
出している。制御回路3では、駆動周波数モニタ50から
送られてくる駆動周波数のデータを常に監視し、所定の
駆動周波数(たとえば、ステップモータ1の発生トルク
の低下が始まる駆動周波数)になったら、基準電流値切
換回路6にステップモータ1の駆動電流値を変えるよう
に信号を送る。基準電流値切換回路6は、その信号に従
い、第6図(a)の出力波形を実線で示す波形から、実
線+点線で示すような波形に変える。基準電流値切変回
路6から、このような出力波形が出されると、定電流駆
動回路2のモータへの印加電流波形も、第6図(d)の
点線部分が付加されたような電流波形に変わり、高駆動
周波数域でも基準電流値を満たすようになる。これによ
り、高速駆動時のモータの発生トルクの低下が改善でき
るのである。
The drive frequency monitor 50 detects the step motor excitation phase switching timing of the constant current drive circuit 2 based on the step motor 1
, And sends out data to the control circuit 3 as needed. The control circuit 3 constantly monitors the drive frequency data sent from the drive frequency monitor 50, and when the drive frequency reaches a predetermined drive frequency (for example, a drive frequency at which the generated torque of the step motor 1 starts to decrease), the reference current value A signal is sent to the switching circuit 6 to change the drive current value of the step motor 1. In accordance with the signal, the reference current value switching circuit 6 changes the output waveform of FIG. 6 (a) from a waveform shown by a solid line to a waveform shown by a solid line + a dotted line. When such an output waveform is output from the reference current value switching circuit 6, the current waveform applied to the motor of the constant current drive circuit 2 is also the current waveform to which the dotted line portion in FIG. 6 (d) is added. To satisfy the reference current value even in the high driving frequency range. As a result, a decrease in the generated torque of the motor during high-speed driving can be improved.

この時のモータのトルク特性を第7図に示す。実線は
改善前、破線は改善後の特性を示す。指の印は基準電流
値を切り換える、所定の駆動周波数の設定点を示す。
FIG. 7 shows the torque characteristics of the motor at this time. The solid line shows the characteristics before the improvement and the broken line shows the characteristics after the improvement. Finger marks indicate set points of a predetermined drive frequency at which the reference current value is switched.

次に定電流駆動回路2を説明する。第1図において、
比較器74,94の基準側電圧をマイクロコンピュータ5の
指令のもとに基準電流値切換回路を介して設定する。基
準電流値切換回路は、ポテンショメータ60,61と双方向
スイッチ62,63,64,65から成り、ポテンショメータ60又
は61で設定された、基準電流値のベースとなる電圧をマ
イクロコンピュータ5の指令により、比較器74,94の基
準側電圧に供給している。比較器74,94では、ステップ
モータ1内の各コイル相Aと、又はBとに流れる電
流に応じた各電圧を前記基準電圧と大小比較してオン又
はオフの信号を発生させる。該オン又はオフの信号に応
じて各ゲート用トランジスタ76又は96を介してパワート
ランジスタ78又は98をオン又はオフさせる。図中の+B
は12Vの自動車用バッテリを示す。
Next, the constant current drive circuit 2 will be described. In FIG.
The reference voltages of the comparators 74 and 94 are set via a reference current value switching circuit under the command of the microcomputer 5. The reference current value switching circuit is composed of potentiometers 60 and 61 and bidirectional switches 62, 63, 64 and 65. The voltage set by the potentiometers 60 or 61 and serving as the base of the reference current value is commanded by the microcomputer 5. The reference voltage of the comparators 74 and 94 is supplied. The comparators 74 and 94 compare the voltages corresponding to the currents flowing through the respective coil phases A and B in the step motor 1 with the reference voltage to generate an ON or OFF signal. The power transistor 78 or 98 is turned on or off via the gate transistor 76 or 96 in response to the on or off signal. + B in the figure
Indicates a 12V automotive battery.

一方、マイクロコンピュータ5の指令のもとにパワー
トランジスタ84,86,104又は106をオン・オフさせる。ス
テップモータ1には4つのコイル相A,,B,が存在
し、パワートランジスタ78は2つのコイル相A,に接続
され、一方、パワートランジスタ98は残りの相B,に接
続されている。また、各パワートランジスタ84,86,104,
106は各々コイル用A,,B,に接続されている。こうし
て、各パワートランジスタのオン・オフに応じて、各コ
イル相に電流が流れる。図中の抵抗88,108は電流検出用
の値の小さな抵抗である。また、ダイオード79,99は、
ダンピング制御用のフライホイールダイオードである。
On the other hand, the power transistor 84, 86, 104 or 106 is turned on / off under the command of the microcomputer 5. There are four coil phases A, B in the stepper motor 1; the power transistor 78 is connected to the two coil phases A, while the power transistor 98 is connected to the remaining phases B. In addition, each power transistor 84, 86, 104,
106 is connected to coils A, B, respectively. Thus, a current flows through each coil phase according to the on / off state of each power transistor. The resistors 88 and 108 in the figure are resistors having a small current detection value. The diodes 79 and 99 are
This is a flywheel diode for damping control.

コイル相A,、又はB,に流れる電流に応じたポイン
ト89又は109の電位(電圧)は各々バッファアンプ90又
は110によって増幅されて各比較器74又は94へ帰還され
る。この各入力電圧を比較器74又は94によって各基準の
電圧と比較してオン・オフ信号を発生させることは即
ち、各コイル相に流れる電流をある基準値以下に設定制
御することになる。
The potential (voltage) at the point 89 or 109 corresponding to the current flowing through the coil phase A or B is amplified by the buffer amplifier 90 or 110, respectively, and is fed back to each comparator 74 or 94. Comparing each input voltage with each reference voltage by the comparator 74 or 94 to generate an on / off signal means that the current flowing through each coil phase is set and controlled to a certain reference value or less.

以上の回路作動をタイミング図である第5図を参照し
て更に説明する。第5図の各図の左側記号は第1図の各
信号発生箇所と対応する。
The operation of the above circuit will be further described with reference to FIG. 5 which is a timing chart. The left symbols in the respective drawings in FIG. 5 correspond to the respective signal generation locations in FIG.

信号a,bは、ステップモータ1の駆動に際して各相に
流す電流を2段階に切換制御する方法を採用しているた
めその周期的切換信号を示したものである。信号c,dは
信号a,bに応じて、2つの基準電圧の発生状態を示して
いる。時間t1とt2の間は、モータの発生トルクが低下し
はじめ、相電流の配分割合を変化させる期間を示し、時
間t1とt2の間はマイクロコンピュータ5からの信号a,b
の切換パターンが変化している。信号a,bの変化によ
り、信号c,dもそれに応じて変化している。
The signals a and b indicate periodic switching signals because a method of controlling the current flowing in each phase in two steps when the step motor 1 is driven is adopted. Signals c and d indicate the generation states of two reference voltages according to signals a and b. Between times t 1 and t 2, beginning the torque generated by the motor is reduced, indicates a period for changing the distribution ratio of the phase current, signal a from the microcomputer 5 between times t 1 and t 2, b
Has changed. As the signals a and b change, the signals c and d also change accordingly.

信号i,j,k,lは各々コイル用A,B,,への通電を制
御するオン・オフ信号である。各コイル相への通電制御
に際し電流は各コイル相のインダクタンスのために遅れ
る。即ち、トランジスタ76,96のオン信号に応じて各コ
イルに流れる電流はある傾斜を有して立上り、オフ信号
に応じてある傾斜を有して下降する。まずパワートラン
ジスタ84のみがオンの場合に、トランジスタ76のオン信
号に応じてコイルAのみが通電される。コイル相Aのイ
ンダクタンスに応じて、その電流はある傾斜角度で上昇
し、やがて比較器74へ入力される比較側電圧は基準値電
圧を超え始める。この時比較器74の作用によりオフ信号
が発せられてトランジスタ76をオフにさせる。この場合
も、コイル用Aのインダクタンスに応じて即時に電流が
無くなるのではなく、ある傾斜を有して電流が減少す
る。即ち比較器74の比較側入力電圧もある傾斜で下降
し、今度は基準電圧よりも下がり始める。この時比較器
74はオン信号を発生させるのでトランジスタ76がオンと
なり、コイルAに通電を再開する。コイルAとへの通
電に応じた比較器74への比較側入力電圧の変動を模式的
に信号gに示し、コイルBとへの通電に応じた比較器
94への比較側入力電圧の変動を模式的に信号hに示して
いる。信号e,fは各々信号g,hの入力電圧変動に対応した
オン・オフ信号(チョッピング信号)を示している。
The signals i, j, k, l are on / off signals for controlling the energization of the coils A, B,. In controlling the energization of each coil phase, the current is delayed due to the inductance of each coil phase. That is, the current flowing through each coil rises with a certain slope in response to the ON signals of the transistors 76 and 96, and falls with a certain slope in accordance with the OFF signals. First, when only the power transistor 84 is on, only the coil A is energized according to the on signal of the transistor 76. In accordance with the inductance of the coil phase A, the current increases at a certain inclination angle, and the comparison side voltage input to the comparator 74 starts to exceed the reference value voltage. At this time, an off signal is generated by the operation of the comparator 74, and the transistor 76 is turned off. Also in this case, the current does not disappear immediately according to the inductance of the coil A, but decreases with a certain slope. That is, the input voltage on the comparison side of the comparator 74 also drops at a certain slope, and then starts to drop below the reference voltage. At this time the comparator
Since 74 generates an ON signal, the transistor 76 is turned ON, and the coil A is restarted. Fluctuation of the comparison side input voltage to the comparator 74 according to the energization to the coil A is schematically shown in a signal g, and the comparator according to the energization to the coil B.
The fluctuation of the comparison-side input voltage to 94 is schematically shown in a signal h. Signals e and f indicate on / off signals (chopping signals) corresponding to input voltage fluctuations of signals g and h, respectively.

第2図に、制御回路3の構成を示す。制御回路3は、
マイクロコンピュータ5と、このマイクロコンピュータ
5に基準クロックパルスを供給するクロックジェネレー
タ72とから構成されている。マイクロコンピュータ5
は、クロックジェネレータ72からの基準クロック信号に
基づき、CPU54によりプリセットできる任意の時間毎に
割込要求を発生するプログラマブルタイマ52と、この割
込要求に応じて割込処理を実行させる割込制御回路53
と、ステップモータ1の駆動制御処理を実行するCPU54
と、CPU54で演算処理を実行するのに必要な制御プログ
ラムやデータが予め記録されたROM55と、同じくCPU54で
演算処理を実行するのに必要なデータが一時的に読み書
きされるRAM56と、このRAM56の一部を使い、ステップモ
ータ1の最新駆動周波数情報をラッチする駆動周波数モ
ニタ50と、定電流駆動回路2及び基準電流値切換回路6
に駆動信号や切換信号を出力する入出力バッファ57と、
から構成されている。
FIG. 2 shows the configuration of the control circuit 3. The control circuit 3
The microcomputer 5 includes a microcomputer 5 and a clock generator 72 for supplying a reference clock pulse to the microcomputer 5. Microcomputer 5
Is a programmable timer 52 that generates an interrupt request at any time preset by the CPU 54 based on a reference clock signal from the clock generator 72, and an interrupt control circuit that executes an interrupt process in response to the interrupt request. 53
And a CPU 54 that executes a drive control process of the step motor 1.
A ROM 55 in which a control program and data necessary for executing the arithmetic processing by the CPU 54 are recorded in advance; a RAM 56 for temporarily reading and writing data necessary for executing the arithmetic processing by the CPU 54; and a RAM 56 , A driving frequency monitor 50 for latching the latest driving frequency information of the step motor 1, a constant current driving circuit 2 and a reference current value switching circuit 6.
An input / output buffer 57 that outputs a drive signal and a switching signal to the
It is composed of

以下、上記の如く構成された制御回路3で実行される
ステップモータ1の駆動制御処理について第12図、第9
図に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。
Hereinafter, a drive control process of the step motor 1 executed by the control circuit 3 configured as described above will be described with reference to FIGS.
This will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.

駆動周波数モニタ50は、マイクロコンピュータ5内部
のRAM56の一部を使い、ROM55内に記録されたステップモ
ータ制御用モータをもとに、CPU54で算出されたステッ
プモータ駆動周波数情報を駆動周波数の変更毎に最新情
報としてラッチしておくバッファであり、ラッチされる
駆動周波数情報の更新は、CPUのメインルーチンで、ス
テップモータ1の駆動周波数を変更する毎に行われるも
のとする。
The drive frequency monitor 50 uses a part of the RAM 56 inside the microcomputer 5 and uses the step motor drive frequency information calculated by the CPU 54 based on the step motor control motor recorded in the ROM 55 every time the drive frequency is changed. The drive frequency information to be latched is updated each time the drive frequency of the step motor 1 is changed in the main routine of the CPU.

ここでいう駆動周波数情報とは、第4図に示すように
駆動周波数の逆数、つまり周期をいい、この周期そのも
のが、プログラマブルタイマ52のプリセットデータとな
るのである。ここでは、100KHzを基準クロックとしてい
るので、第4図に示す如きデータとなる。
The drive frequency information referred to here is a reciprocal of the drive frequency, that is, a cycle, as shown in FIG. 4, and the cycle itself is the preset data of the programmable timer 52. Here, since 100 KHz is used as the reference clock, the data is as shown in FIG.

第12図は、常時くり返し実行され、ステップモータ1
の駆動周波数モニタ50から出力される情報に基づき、ス
テップモータ1の励磁パターンを算出する、目標励磁パ
ターン算出ルーチンを表わしている。
FIG. 12 shows that the step motor 1 is constantly executed repeatedly.
4 shows a target excitation pattern calculation routine for calculating an excitation pattern of the step motor 1 based on information output from the drive frequency monitor 50 of FIG.

第12図に示す如く、この処理が開始されると、まずス
テップ201を実行し、ステップモータ1の駆動周波数モ
ニタ50より駆動周波数情報RPPSを読み込み、ステップ20
2に移行する。
As shown in FIG. 12, when this process is started, first, step 201 is executed, and drive frequency information RPPS is read from the drive frequency monitor 50 of the step motor 1, and step 20 is executed.
Move to 2.

次のステップ202では、駆動周波数情報RPPSと、基準
駆動周波数情報BAPPSとの大小比較を行う。大小比較の
結果RPPS>BAPPSであると判断されると、ステップ203に
移行して、フラグFを「0」にセットし、励磁パターン
を第3図の上段に示す励磁パターンIにする、と、算出
する。
In the next step 202, the drive frequency information RPPS and the reference drive frequency information BAPPS are compared in magnitude. When it is determined that RPPS> BAPPS as a result of the magnitude comparison, the process proceeds to step 203, where the flag F is set to “0” and the excitation pattern is set to the excitation pattern I shown in the upper part of FIG. calculate.

一方、上記ステップ202においてRPPS≦BAPPSと判断さ
れた場合は、ステップ204に移行して、フラグFを
「1」にセットし、励磁パターンを第3図の下段に示す
励磁パターンIIにする、と、算出する。
On the other hand, if it is determined in step 202 that RPPS ≦ BAPPS, the process proceeds to step 204, where the flag F is set to “1” and the excitation pattern is set to the excitation pattern II shown in the lower part of FIG. ,calculate.

ここで、上記ステップ202で大小比較される、基準駆
動周波数情報BAPPSは、マイクロコンピュータ5内のROM
55に予め記録されているデータであり、その値は、ステ
ップモータ1のトルク低下の始まる、所定の駆動周波数
である。
Here, the reference drive frequency information BAPPS, which is compared in magnitude in step 202, is stored in the ROM in the microcomputer 5.
The data is a predetermined drive frequency at which the torque of the step motor 1 starts to decrease.

次に第9図は、駆動回路2に駆動信号を出力し、ステ
ップモータ1を駆動制御する駆動制御ルーチンを表わ
し、CPU54の制御により、第4図に示すような任意の時
間をプリセット可能なプログラマブルタイマ52から発生
されるパルス信号毎に実行される。
Next, FIG. 9 shows a drive control routine for outputting a drive signal to the drive circuit 2 and controlling the drive of the stepper motor 1. Under the control of the CPU 54, an arbitrary time as shown in FIG. It is executed for each pulse signal generated from the timer 52.

処理が開始されると、まずステップ301にて、ステッ
プモータ1の回転方向を決めるフラグCWCCWの「0」ま
たは「1」を判断し、フラグCWCCWが「0」であれば、
次ステップ302に移行する。そしてステップ302において
は、ステップカウンタNSTEPの値に「1」を加算し、ス
テップ304に移行する。
When the process is started, first, in step 301, it is determined whether the flag CWCCW for determining the rotation direction of the step motor 1 is “0” or “1”. If the flag CWCCW is “0”,
The process proceeds to the next step 302. Then, in step 302, “1” is added to the value of the step counter NSTEP, and the process proceeds to step 304.

一方、上記ステップ301にて、フラグCWCCWの値が
「1」である場合には、ステップ303に移行して、今度
はステップカウンタNSTEPの値から「1」を減算し、ス
テップ304に移行する。
On the other hand, if the value of the flag CWCCW is “1” in step 301, the process proceeds to step 303. This time, “1” is subtracted from the value of the step counter NSTEP, and the process proceeds to step 304.

ステップ304においては、ステップカウンタNSTEPの下
位3bitの値に基づき第3図に示す如きデータマップを用
いて駆動回路2及び基準電流値切換回路6への駆動・切
換信号パターンを算出して、ステップ305に移行する。
In step 304, a driving / switching signal pattern to the driving circuit 2 and the reference current value switching circuit 6 is calculated based on the lower 3 bits of the step counter NSTEP using a data map as shown in FIG. Move to

ステップ305では、第12図の目標励磁パターン算出ル
ーチンにおいてセットされたフラグFの「0」または
「1」を判断し、フラグFが「0」であると判断したな
らば、次ステップ306へ移行し、第3図の上段の励磁パ
ターンIに示す出力を行うものである。また、上記ステ
ップ305において、フラグFが「1」であると判断され
た場合は、ステップ307に移行し、第3図の下段の励磁
パターンIIに示す出力を行うものである。
In step 305, it is determined whether the flag F set in the target excitation pattern calculation routine of FIG. 12 is "0" or "1". If it is determined that the flag F is "0", the process proceeds to the next step 306. Then, the output shown in the excitation pattern I in the upper part of FIG. 3 is performed. If it is determined in step 305 that the flag F is "1", the process proceeds to step 307 to output the excitation pattern II shown in the lower part of FIG.

以上のような処理をして、本ルーチンは一旦終了し、
次の割込命令を待つのである。
After performing the processing described above, this routine ends once,
It waits for the next interrupt instruction.

ここで、上記ステップ301で「0」または「1」と判
断されるフラグCWCCWはCPUのメインルーチンで算出され
るステップモータの1の回転方向を決定するフラグであ
る。
Here, the flag CWCCW determined as “0” or “1” in step 301 is a flag for determining the rotation direction of the step motor 1 calculated in the main routine of the CPU.

また、ステップ302以降に出てくるステップカウンタN
STEPは、ここでは8bitとしている。ステップ304でNSTEP
の下位3bitから第3図に示す如き信号パターンを算出す
るのは、ステップモータ1が4相で、1−2相励磁によ
って駆動するため、駆動信号パターンとしては8パター
ンとなり、下位3bitのステップ位置情報のみでステップ
モータ1を駆動制御することができるからである。
Also, the step counter N appearing after step 302
STEP is 8bit here. NSTEP in step 304
The signal pattern as shown in FIG. 3 is calculated from the lower 3 bits of the step signal 1 because the step motor 1 is driven in four phases and driven by 1-2 phase excitation. This is because the drive of the stepping motor 1 can be controlled only by the information.

第6図には、1−2相励磁駆動の駆動パターンのみを
示したが、他のダブル1−2相、トリプル1−2相、
…、マイクロステップ駆動等の駆動パターンでも同様に
高速駆動時のステップモータのトルク特性の改善が行え
る。
FIG. 6 shows only the drive pattern of the 1-2-phase excitation drive, but other double 1-2-phase, triple 1-2-phase,
.., The torque characteristics of the step motor at the time of high-speed driving can be similarly improved by using a driving pattern such as micro-step driving.

また、第6図(a)の破線で示したような、基準電流
値波形の変化だけではなく、さらに、第8図(c)に示
すような矩形波波形にしても同様の効果があり、これは
波形変化をさせ易くする。
In addition, not only the change in the reference current value waveform as shown by the broken line in FIG. 6 (a) but also the rectangular wave waveform as shown in FIG. 8 (c) has the same effect. This facilitates waveform changes.

また、上限の電流値を超えなければ、相電流の不等配
分変化の増加割合はいくつでもよい。
If the current value does not exceed the upper limit, the rate of increase in the unequal distribution change of the phase current may be any number.

一般にステップモータのトルクと相電流の関係は、第
10図に示すような関係にあり、たとえばA,B相を同時に
通電するような2相励磁の時は、A相、B相の各相電流
の合成ベクトルとしてトルクが発生するため、A相、B
相の各相電流をサインカーブ的に減少させなれげば、1
相励磁時のトルクとの差が生じてしまう。よって、相電
流の不等配分の割合は、ステップモータのトルク脈動を
なくすという点に関しては、第11図(a)に図示の如く
サインカーブ的な配分割合が好ましいが、モータのトル
ク脈動を気にしないような使用方法ならば、三角波的な
不等配分の割合でもよい。
Generally, the relationship between the step motor torque and the phase current is
The relationship is as shown in FIG. 10. For example, in the case of two-phase excitation in which the A and B phases are simultaneously energized, torque is generated as a combined vector of the A-phase and B-phase currents. B
If the phase current of each phase should be reduced like a sine curve, 1
A difference from the torque at the time of the phase excitation occurs. Therefore, in terms of eliminating the torque pulsation of the step motor, the ratio of the unequal distribution of the phase current is preferably a sine curve distribution ratio as shown in FIG. 11 (a). If it is not used, the ratio may be unequally distributed like a triangular wave.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、高速駆動時のトルク低下を改善する
ことにより、高速域でも脱調することなく、安心して駆
動させることが可能であるので高速域までステップモー
タを使用できる。より具体的には、高速連続駆動中に電
圧波形を不等配分することにより、1相での電流が飽和
状態に達し、十分なトルクを発生させることができるの
で、パルス数を飛ばしたり、脱調したりすることを防ぐ
ことが可能となる。また、定電流駆動の電流値を変化さ
せて、トルクアップしており、電源電圧(バッテリー電
圧)に依存しないので、印加電圧を変える必要がない。
According to the present invention, the stepping motor can be used up to the high-speed region by improving the torque reduction at the time of the high-speed driving, so that the driving can be performed without any loss of synchronism even in the high-speed region. More specifically, by unequally distributing the voltage waveform during high-speed continuous driving, the current in one phase reaches a saturation state, and a sufficient torque can be generated. Tuning can be prevented. Further, since the torque is increased by changing the current value of the constant current drive and does not depend on the power supply voltage (battery voltage), there is no need to change the applied voltage.

また、駆動周波数モニタ、基準電流値切換信号等、す
べて制御回路内のソフト上で対応可能なため、特別な付
加物がいらない。その結果として構成が簡単になる。
In addition, since a drive frequency monitor, a reference current value switching signal, and the like can all be handled by software in the control circuit, there is no need for special additional components. As a result, the configuration is simplified.

また、切り換えのパラメータが、モータ駆動周波数だ
けであるので、制御ソフトの数値変更だけで済む。その
結果、モータ、駆動方法が変わってもすぐ対応できる。
Further, since the switching parameter is only the motor drive frequency, it is only necessary to change the numerical value of the control software. As a result, even if the motor and the driving method are changed, it can be dealt with immediately.

また、高速駆動時に、上限ピーク電流を超えないよう
に電流値を制御しているので、モータ発熱の変化がな
く、それゆえ、発熱の増加がない。
In addition, since the current value is controlled so as not to exceed the upper limit peak current at the time of high-speed driving, there is no change in motor heat generation, and therefore, there is no increase in heat generation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のステップモータ駆動装置の一実施例を
示す回路構成図; 第2図は第1図の装置における制御回路のブロック線
図; 第3図は第1図の装置における制御回路の出力信号パタ
ーンを説明する図; 第4図は第2図の制御回路のプログラマブルタイマの駆
動周波数に対するプリセットデータを説明する図; 第5図は第1図の装置におけるa,b,…k,l各ライン出力
のタイミングを示す図; 第6図は第1図の装置における1−2相励磁駆動パター
ンの波形図; 第7図はステップモータのトルク特性を示す図; 第8図は第1図の装置における励磁駆動パターンの他の
例を示す波形図; 第9図は第1図装置における駆動信号出力ルーチンの流
れ図; 第10図はトルク対相電流の関係を示す図; 第11図は相電流配分を説明する図; 第12図は駆動周波数情報を用いた励磁パターン算出ルー
チンの流れ図; を夫々示している。 1……ステップモータ、 2……定電流駆動回路、3……制御回路、 5……マイクロコンピュータ、 6……基準電流値切換回路、 50……駆動周波数モニタ。 60,61……ポテンショメータ、 62,63,64,65……双方向スイッチ、 74,94……比較器、 76,78,84,86,96,98,104,106……トランジスタ、 79,99……ダイオード、88,108……抵抗、 90,110……バッファアンプ。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a step motor driving apparatus according to the present invention; FIG. 2 is a block diagram of a control circuit in the apparatus shown in FIG. 1; FIG. 3 is a control circuit in the apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining preset data for the drive frequency of the programmable timer of the control circuit of FIG. 2; FIG. 5 is a diagram for explaining a, b,. l Diagram showing the timing of each line output; FIG. 6 is a waveform diagram of a 1-2-phase excitation drive pattern in the apparatus of FIG. 1; FIG. 7 is a diagram showing the torque characteristics of a step motor; FIG. 9 is a waveform diagram showing another example of the excitation drive pattern in the apparatus shown in FIG. 9; FIG. 9 is a flowchart of a drive signal output routine in the apparatus shown in FIG. 1; FIG. 10 is a view showing the relationship between torque and phase current; Diagram illustrating phase current distribution; FIG. 12 shows drive Flow diagram of the excitation pattern calculation routine with wavenumber information; indicates respectively a. 1 ... step motor, 2 ... constant current drive circuit, 3 ... control circuit, 5 ... microcomputer, 6 ... reference current value switching circuit, 50 ... drive frequency monitor. 60,61… Potentiometer, 62,63,64,65… Bidirectional switch, 74,94… Comparator, 76,78,84,86,96,98,104,106 …… Transistor, 79,99 …… Diode 88,108… Resistance, 90,110 …… Buffer amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 伸一郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−236386(JP,A) 特開 昭61−88799(JP,A) 実開 昭60−135098(JP,U) 実開 昭60−77300(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinichiro Tanaka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-62-236386 (JP, A) JP-A-61-88799 (JP, A) Japanese Utility Model Showa 60-135098 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 60-77300 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステップモータを定電流方式で駆動するた
めに一つの相の巻線および他の相の巻線へ電流を供給す
る一対の定電流駆動回路であって、上記制御回路からス
テップモータ駆動用の励磁相切換タイミング信号を入力
してステップモータの各励磁相を随時切換え、又基準電
流値切換回路からの信号により各巻線への印加電流値を
制限してこの信号によりステップモータを定電流駆動す
る回路; 該定電流駆動回路へ基準電流値信号を供給する基準電流
値切換回路であって、ステップモータの発生トルクの低
下開始の駆動周波数になると、制御回路から駆動電流値
を変更させる信号が送られ、この信号に対応し切換回路
のモータへの駆動電流の励磁パターンを対称階段状から
パルス前半部分よりもパルス後半部分の駆動電流値が大
きい非対称階段状に切換えることを可能とするものであ
り、該切換回路はポテンショメータ、双方向スイッチ、
インバータを組合わせて構成された回路;および マイコンと該マイコンに基準クロックを供給するクロッ
クジェネレータとから構成された制御回路であって、該
マイコンは更に、プリセット可能で任意の時間毎に割込
要求を発生するプログラマブルタイマと、割込処理をす
る割込制御回路と、ステップモータの駆動制御処理を実
行するCPUと、該CPUの演算処理用の制御プログラムやデ
ータを予め記録したROMと、演算処理用データを一時的
に読書きするRAMと、該RAMの一部を用いステップモータ
の最新駆動周波数情報をラッチする駆動周波数モニタ
と、定電流駆動回路と基準電流値切換回路に駆動信号と
切換信号を夫々出力する入出力バッファとから構成され
た制御回路;とを具備し、 駆動周波数のデータを常に監視し、所定の駆動周波数に
なったら基準電流値切替回路にステップモータの駆動電
流値を変えるように信号を送り、基準電流値切替回路は
その信号に従い、低速時には対称階段状とし、高速時に
はパルス前半部分よりもパルス後半部分の駆動電流値が
大きい非対称階段状に切換えることを特徴とするもので
ある、ステップモータの駆動装置。
1. A pair of constant current drive circuits for supplying current to one phase winding and another phase winding to drive a step motor by a constant current method. The excitation phase switching timing signal for driving is inputted, and each excitation phase of the step motor is switched at any time, and the current applied to each winding is limited by a signal from the reference current value switching circuit, and the step motor is determined by this signal. A current driving circuit; a reference current value switching circuit for supplying a reference current value signal to the constant current driving circuit, wherein the control circuit changes the driving current value when the driving frequency at which the generated torque of the step motor starts to decrease is reached. A signal is sent, and in response to this signal, the excitation pattern of the drive current to the motor of the switching circuit is changed from a symmetrical staircase to a drive current value in the latter half of the pulse that is larger than that in the first half of the pulse. It is possible to switch in a stepwise manner, and the switching circuit includes a potentiometer, a bidirectional switch,
A control circuit comprising a microcomputer and a clock generator for supplying a reference clock to the microcomputer, the microcomputer further comprising a presettable interrupt request at any time; A programmable timer that generates an interrupt, an interrupt control circuit that performs an interrupt process, a CPU that executes a step motor drive control process, a ROM in which a control program and data for the arithmetic process of the CPU are recorded in advance, and an arithmetic process. RAM for temporarily reading and writing data, a driving frequency monitor for latching the latest driving frequency information of the step motor using a part of the RAM, a driving signal and a switching signal for a constant current driving circuit and a reference current switching circuit. And a control circuit composed of an input / output buffer for respectively outputting the driving frequency, and constantly monitors the driving frequency data so that the driving frequency becomes a predetermined driving frequency. A signal is sent to the reference current value switching circuit to change the drive current value of the step motor. A drive device for a stepping motor, characterized in that the current is switched in an asymmetric stepwise manner with a large current value.
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