JP4362488B2 - ステッピングモータ駆動装置 - Google Patents
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Description
図4の従来例1は、ステッピングモータ27に対してPWMインバータ24でステッピングモータに所定の電圧を印加しロータを回転させる。PWMインバータ24の指令は、電流検出器25、26で検出した相電流iαf、iβfを電流制御器23に入力してステッピングモータに流す電流をα相電流指令iα*、β相電流指令iβ*と一致するように制御するものである。前記α相電流指令iα*は、COS信号生成器21の出力COS*と電流指令入力端子14に外部から印加される電流指令i*を乗じたものである。また、前記β相電流指令iβ*は、SIN信号生成器22の出力SIN*と前記電流指令i*を乗じたものである。従来例1では、電源投入時に外部指令パルス入力端子10に加えられる指令パルスから進角制御器20によって生成される励磁角度θ*を用いてCOS信号生成器21の出力COS*とSIN信号生成器22の出力SIN*を生成し、モータが励磁されて停止しているロータ位置を初期磁極位置としていた。図5は50極対、基本ステップ角度1.8度のステッピングモータの角度−トルク特性(θ―T特性)の例であるが、実線を定格電流通電時のθ−T特性、破線で表示した特性は定格電流の50%通電時のθ−T特性を示している。周知の通りモータのロータ角度と発生トルクの関係は(1)式で近似することができ、発生トルクはモータ電流に比例する。図5のA点は安定点と言われるポイントで、前記従来例1ではA点にロータが停止すると仮定して前記A点を初期磁極位置としている。しかしながら、前記手法では負荷トルクの影響により初期磁極位置を誤って検出してしまう。
例えば、図5に示す通りロータが停止している状態において0.1Nmの負荷トルクが生じる場合では、ロータが停止する位置は図5のB点となり、安定点Aからθ2だけずれてしまうため,負荷を担った状態で起動した場合ではB点が初期磁極位置として検出されることになる。初期磁極位置に誤差があると磁束と電流の間の位相誤差が大きくなるため発生トルクが低下するという問題がある。
補正角度Δは最初に定格電流の50%でステッピングモータを励磁して図5のθ1の位置を検出し、次に定格電流でステッピングモータを励磁して図5のθ2の位置を検出し、θ1とθ2の角度差δ(δ=θ1−θ2=ε−λ)から(2)式によって導きだすことができる。
図1において、ステッピングモータ27に対してPWMインバータ24で所定の電圧を印加しステッピングモータ27を励磁する。PWMインバータ24の指令は、電流検出器25、26で検出した相電流iαf、iβfと、乗算器12、13を入力とする電流制御器23の出力であり、電流制御器23はステッピングモータ27に流す電流をα相電流指令iα*、β相電流指令iβ*と一致するように制御している。前記α相電流指令iα*は、COS信号生成器21の出力COS*と磁極位置補正器32からの電流指令i*を乗じたものである。また、前記β相電流指令iβ*は、SIN信号生成器22の出力信号SIN*と磁極位置補正器32からの電流指令i*を乗じたものである。
COS信号生成器21とSIN信号生成器22には、進角制御器20と磁極位置補正器32の差分である励磁角度θ*が入力される。進角制御器20には、外部指令パルス入力端子10からの指令パルスと、ステッピングモータ27に取り付けてある角度検出器28と角度演算器29によって得られた角度検出信号θfとが入力され、この進角制御器20の出力と、磁極位置補正器32からの補正角度θhとを加算器11により加算して得られた励磁角度θ*を用いてCOS信号COS*とSIN信号SIN*を生成する。
まず第1ステップとして電源投入時において動作指定器50から出力0が発生するものとして、Dフリップフロップ回路52〜56によって第3の切換器62をA側に接続して0設定器61の出力値である0を外部に補正角度θhとして出力し、電流指令i*はDフリップフロップ回路52、53、54によって第2の切換器58をA側に接続して例えば定格電流の50%に設定した第1の電流指令発生器30からの第1の電流指令とする。前記第1の電流指令によって得られるステッピングモータ27のロータ停止位置θh1を角度演算器29で検出し第1の切換器57をA側に接続して第1のラッチ回路59にラッチする。
最後に補正角度θhは、第1のラッチ回路59にラッチした角度θf1と第2のラッチ回路60にラッチした角度θf2とを減算器70により減算して補正角度値データテーブル63の検索データとし、Dフリップフロップ回路52〜56によって第3の切換器62をB側に接続して補正角度データテーブル63から補正角度を出力するものである。
なお、パルス発生器51はフリップフロップ回路52〜56の同期処理のために例えば周波数1MHzのクロックパルス発生器でフリップフロップ回路52〜56のクロック入力端子に接続されている。
11 加算器
12、13 乗算器
14 電流指令入力端子
20 進角制御器
21 COS信号生成器
22 SIN信号生成器
23 電流制御器
24 PWMインバータ
25、26 電流検出器
27 ステッピングモータ
28 角度検出器(エンコーダ)
29 角度演算器
30 第1の電流指令
31 第2の電流指令
32 磁極位置補正器
50 動作指定器
51 パルス発生器
52 第1のDフリップフロップ回路
53 第2のDフリップフロップ回路
54 第3のDフリップフロップ回路
55 第4のDフリップフロップ回路
56 第5のDフリップフロップ回路
57 第1の切換器
58 第2の切換器
59 第1のラッチ回路
60 第2のラッチ回路
61 0設定値
62 第3の切換器
63 補正角度データテーブル
Claims (1)
- 外部指令パルスの印加ごとにモータ巻線に正弦波状電流を通電し、基本ステップ角を細分化するマイクロステップ機能を有するステッピングモータの駆動装置において、ロータ回転角度を検出する角度検出器と、前記外部指令パルスと前記ロータ回転角度から励磁角度を演算する進角制御器と、ステッピングモータを駆動するインバータと、ステッピングモータの電流を制御するための電流制御器と、モータ電流を検出する電流検出器と、電流振幅指令を発生する電流指令発生器とを具備し、モータ停止時において前記電流指令発生器から異なる2種類の電流指令を発生させたときの角度検出器出力の変化情報を用いてステッピングモータの前記ロータ回転角度を決定する角度指令を補正することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
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