JP3608807B2 - ステッピングモータ制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、電流駆動ステッピングモータの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
定電流駆動ステッピングモータの駆動回路を図4に示す。
電源2とグランドGNDの間に、FET1〜FET4のブリッジ回路からなる出力段3が組まれ、ブリッジ回路の出力側にステッピングモータ1の巻線21が接続される。なお、図においては、巻線21は1相分のみを示して、他の相の回路の図示は省略している。出力段3を構成する各FET1〜FET4のゲートには、CPU5からバッファ4を介して、図5に示す電流制御信号と相切替信号が入力される。
【0003】
CPU5は、外部からの指示入力7とステッピングモータ1の現ステップとから、ステッピングモータ1の回転方向、回転速度等を計算して、各FET1〜FET4に電流を制御するための信号を出力する。
図5に電流制御信号と相切替信号の関係を示す。
図5の期間t1 において、FET4にその期間中オンとなる相切替信号▲4▼が入力され、FET1にオンとオフが繰り返される電流制御信号▲1▼が入力される。また、続く期間t2においては、FET3にその期間中オンとなる相切替信号▲3▼が入力され、FET2にオンとオフが繰り返される電流制御信号▲2▼が入力される。以上のステップが順次繰り返されることにより、ステッピングモータ1がステップを進めて行く。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のステッピングモータ1の制御装置においては、CPU5による計算の結果、所望の電流値を得るように電流制御信号のオン時間とオフ時間の比を決定している。このオン時間とオフ時間の繰り返しを以後「デューティ信号」と呼ぶ。励磁電流を変更するとき、電流制御信号は、変更前のデューティ信号から変更後のデューティ信号へと変更される。
【0005】
しかしながら、このように励磁電流の変化時に最初からデューティ比制御を行うと、励磁電流の立ち上がりが遅れることとなり、所望の電流値に到達する時間が長くなる。このため、ステッピングモータ1の高速駆動に対応することができなかった。
本発明は、定電流制御ステッピングモータの制御装置を、ステッピングモータの高速駆動に対応することが可能なものとすることを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、励磁電流の変更時に、電流制御信号の最初に励磁電流を所定値まで上昇させるオン固定時間または励磁電流を所定値まで下降させるオフ固定時間を設ける。
図6に電流制御信号と励磁電流との関係を示す。今、励磁電流をI1からI2に増加するとき、オン固定時間T1 を設定する。このオン固定時間の間、励磁電流は上昇を続け、速やかにI1 とI2 の差のΔIだけ上昇する。このオン固定時間T1 経過後に、電流制御信号としてデューティ信号が供給される。
【0007】
また、励磁電流をI2 からI1 に減少させるとき、オフ固定時間T2 を設定する。このオフ固定時間T2 の間、励磁電流は減少を続け、速やかにI2 とI1 の差のΔIだけ下降する。このオフ固定時間T2 経過後に励磁電流の変更後のデューティ信号が供給される。
なお、励磁電流の変更後の値I2 が0の場合は、オン固定時間またはオフ固定時間Tn の後には、電流制御信号が供給されないことは言うまでもない。
【0008】
次に、オン固定時間およびオフ固定時間Tn の決定の仕方について説明する。電流増加時にステッピングモータ1の巻線21の励磁電流は、図7に示すように上昇する。このカーブは、巻線21に固有のものである。そして、さらにこのカーブは、図7に示すように、電源電圧+Bにより変化する。すなわち、電源電圧が高いときは励磁電流は速く上昇し、低いときは遅く上昇する。電流減少時の励磁電流のカーブもこれと同様に変化する。ただし、電流減少時のカーブは電源電圧に影響されない。
【0009】
したがって、本発明においては、このオン固定時間およびオフ固定時間Tn を得るために、電流変化パターン(励磁電流の変化量と変化の方向)と、電源電圧に対応したオン固定時間またはオフ固定時間Tn を記録したマップを用意する。そして、CPU5の計算の結果、励磁電流を変更させるときには、電流変化パターンと電源電圧の測定結果から、それに対応するオン固定時間またはオフ固定時間Tn を読み出し、通常の電流制御信号の前にオン固定時間またはオフ固定時間Tn を設定する手段を設ける。
【0010】
【作用】
オン固定時間およびオフ固定時間Tn を設定することにより、励磁電流の変更時に励磁電流はすみやかに変更後の電流値に到達するから、本発明の制御装置によれは、ステッピングモータの高速駆動に対応することができることとなる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)
本発明のステッピングモータの制御装置の実施例を図を用いて説明する。図1は、本発明の実施例のブロック図を示す。
始めに、ブロックの構成について説明する。
【0012】
ステッピングモータ1と電源2の間に出力段3が挿入される。出力段3には、バッファ4を介してCPU5から制御信号が入力される。この出力段3の内容あるいは電流制御信号、相切替信号については、すでに図4〜図6を用いて説明ずみであるので、それを参照されたい。
CPU5の制御部6には、外部より指示入力7が入力される。制御部6は、指示入力7と内部に記憶された現在ステップ位置から回転方向、差のステップ数および巻線21の励磁パターンを決定する。巻線21の励磁パターンの1例を図8に示す。
【0013】
図8に示す励磁パターンは、励磁電流を時間的に多分割化し、電流値を多段階に変化させたもので、モータのステップを磁極間に多数設定し、より精密な位置調整を可能とするものである。
この励磁パターンには、電流変化パターンが▲1▼〜▲8▼の8個が含まれる。すなわち、▲1▼〜▲4▼においては、励磁電流は上昇し、それぞれの上昇する電流値が異なっている。また、▲5▼〜▲8▼においては、励磁電流は減少し、それぞれの減少する電流値が異なっている。
【0014】
制御部6は、決定された励磁パターンにより決まる電流値を励磁シーケンサ8に出力する。また同時に、制御部6は励磁電流の変更時に、電流変化パターン▲1▼〜▲8▼を設定手段9に出力する。
設定手段9には、検出手段10が検出した電源電圧+Bが入力される。
設定手段9は、電流変化パターン▲1▼〜▲8▼と電源電圧+Bにより、マップ11から該当するオン固定時間またはオフ固定時間Tn を読み出し、それを励磁シーケンサ8に出力する。
【0015】
マップ11の一部を図9に示す。マップ11には、電流変化パターンを縦軸にとり、電源電圧を横軸にとり、それらの交点にオン固定時間またはオフ固定時間Tnが記録されている。
励磁シーケンサ8は、制御部6から出力された電流値の指令に応じたデューティ信号の電流制御信号または相切替信号を出力段3の各FET1〜FET4に出力する。そして、図6に示すように、設定手段9からオン固定時間またはオフ固定時間Tnが出力されると、このオン固定時間の間、所定のFET1またはFET2をオンし続け、あるいは所定のFET3またはFET4をオフし続ける。このオン固定時間またはオフ固定時間が終了すると、その後は電流値の指令に応じたデューティ信号を出力する。
【0016】
次に、以上説明した制御装置の動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。
制御部6が励磁シーケンサ8に指示する電流値が変更されるとき、図2の動作がスタートする。
ステップS11でデューティ信号を出力する電流制御処理をストップする。
【0017】
ステップS12では、電流変化パターンが電流増加を示すか否かが判定される。増加の場合(Y)、ステップS13で所定のFET1またはFET2がオン、減少の場合(N)は、ステップS14でオフとされる。
ステップS15で電源電圧が検出される。
次いで、ステップS16で設定手段9は、マップ11からオン固定時間またはオフ固定時間Tn を読み出す。ステップS17では、電流制御処理のためのタイマが読み出された時間Tn にセットされる。
【0018】
時間Tn の経過後、ステップS18で、電流変化パターンが電流増加を示すか否かが判定される。増加の場合(Y)、ステップS20で、オンとされていたFETがオフとされ、減少の場合(N)は、ステップS19で、オフとされていたFETがオンとされる。
その後は、ステップS21に進み通常のデューティ信号の出力に戻る。なお、変更後の励磁電流が0の場合は、当然デューティ信号は出力されない。
【0019】
(実施例2)
次に、オン固定時間またはオフ固定時間Tn を現在実際に使用しているステッピングモータ1の巻線21の特性に一致させ、さらに正確な制御を行わせる例について、図3を用いて説明する。
図3のブロック図は、図1のブロック図に、学習手段が追加されたものである。その他の点は図1と同様であるので説明は省略する。
【0020】
学習手段12は、ステッピングモータの運転に先立って、あるオン固定時間T1 の間、巻線21に励磁電流を流す。これにより、巻線21には、その巻線に固有のカーブを描いて、増加する励磁電流が流れる。そして、学習手段12はオン固定時間T1経過時の電流値ΔI’を得る。そして、検出した電流値ΔIと、マップ11上の同一オン固定時間T1に対応する電流値ΔIを対比する。これにより、マップ11と実際の巻線21の特性との比を補正値αとして記憶する。
【0021】
以降は、前記実施例1と同様にマップ11からオン固定時間またはオフ固定時間Tnを読み出したとき、値Tn に補正値αを掛けて、その値をオン固定時間またはオフ固定時間として使用する。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、定電流制御ステッピングモータの制御装置を、ステッピングモータの高速駆動に対応することが可能なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のブロック図。
【図2】図1の装置の動作を説明するフローチャート。
【図3】本発明の実施例2のブロック図。
【図4】定電流制御ステッピングモータの駆動回路を示すブロック図。
【図5】図4の出力段に供給される信号を示す波形図。
【図6】電流制御信号と励磁電流の関係を示す波形図。
【図7】ステッピングモータの巻線の励磁電流の特性を示すグラフ。
【図8】励磁電流の励磁パターンを示すグラフ。
【図9】図1および図2におけるマップの内容を示す図。
【符号の説明】
1…ステッピングモータ
2…電源
3…出力段
5…CPU
6…制御部
7…指示入力
8…励磁シーケンサ
9…設定手段
10…検出手段
11…マップ
12…学習手段
21…巻線
Claims (2)
- 定電流制御ステッピングモータ制御装置において、
励磁電流の電流変化パターンと電源電圧に対応し、励磁電流を所定値まで上昇させるオン固定時間または励磁電流を所定値まで下降させるオフ固定時間を記録したマップと、
バッテリの電源電圧を検出する検出手段と、
励磁電流の変更時に、電流変化パターンと前記電源電圧に基づいて、前記マップから対応するオン固定時間またはオフ固定時間を読み出すことにより、前記オン固定時間またはオフ固定時間を決定し、電流制御信号の最初に、前記オン固定時間または前記オフ固定時間を設ける設定手段と、
を具備したことを特徴とする定電流制御ステッピングモータ制御装置。 - ステッピングモータの運転に先立って、ステッピングモータの巻線にあるオン固定時間の間電源電圧を印加し、そこで検出した励磁電流と、マップから得た励磁電流により補正値を得て記憶する学習手段を具備し、
前記設定手段は、オン固定時間またはオフ固定時間を決定する際に、マップから読み出した値と学習手段の記憶した補正値とからオン固定時間またはオフ固定時間を決定することを特徴とする請求項1に記載の定電流制御ステッピングモータ制御装置。
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