JPH01177899A - Drive system of stepping motor - Google Patents

Drive system of stepping motor

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JPH01177899A
JPH01177899A JP33336687A JP33336687A JPH01177899A JP H01177899 A JPH01177899 A JP H01177899A JP 33336687 A JP33336687 A JP 33336687A JP 33336687 A JP33336687 A JP 33336687A JP H01177899 A JPH01177899 A JP H01177899A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
position command
step motor
motor
digital filter
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP33336687A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiko Tsujisawa
辻澤 隆彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To drive a stepping motor, which is hardly vibrated, by passing a target position command through a digital filter and preparing a stopping position command damping the vibrations of the stepping motor. CONSTITUTION:A digital filter 1 outputs a value acquired by filtering a target position command (r) to ROMs 2a, 2b for a fine-feed circuit 5 as the stopping position command (u) of a two-phase linear stepping motor 4 at every previously set sampling time. The values ia, ib of phase currents are output respectively to amplifiers 3a, 3b from the ROMs 2a, 2b. The amplifiers 3a and 3b receive the values ia, ib of currents and make currents flow through each phase of the two-phase linear stepping motor 4 and drive the motor, and the motor is made to reach a stepping-motor position (x).

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステップモータの駆動方式、特に、フロッピ
ディスク装置における磁気ヘッドの送り制御等、ステッ
プモータのオープンループ制御に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a step motor drive system, and particularly to open loop control of a step motor, such as feeding control of a magnetic head in a floppy disk device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ステップモータは、入力パルスが加わる毎に成る定まっ
た角度(または距離)だけ回転(または移動)するモー
タで、サーボ機構を簡単化できるため従来から位置決め
装置の駆動部として多く利用されてきた。例えば、NC
工作機械ではX−Yテーブル位置決め用のテーブル駆動
アクチュエータ、フロッピディスク装置等の磁気ディス
ク装置では磁気ヘッドをデータトラック上に位置決めす
る磁気ヘッド駆動アクチュエータ、プリンタ装置では印
字ヘッドを位置決めするキャリッジ駆動アクチュエータ
としてそれぞれ利用されている。
A step motor is a motor that rotates (or moves) by a fixed angle (or distance) each time an input pulse is applied, and has been widely used as a drive unit for positioning devices because it can simplify the servo mechanism. For example, N.C.
In machine tools, it is used as a table drive actuator for positioning the X-Y table, in magnetic disk devices such as floppy disk drives, it is used as a magnetic head drive actuator to position the magnetic head on the data track, and in printer equipment, it is used as a carriage drive actuator to position the print head. It's being used.

ステップモータの駆動方式としては、2相のリニアステ
ップモータをバイポーラ駆動する場合を例にとると、通
常、各相へ印加する電流の向きの組合わせ、すなわち、
正・正、正・負、負・負、負・正の4種類の電流の向き
の組合わせによって各相を励磁するという方法がとられ
ている。
As an example of a step motor drive method, taking as an example a bipolar drive of a two-phase linear step motor, the combination of the directions of the currents applied to each phase, that is,
A method is used in which each phase is excited by a combination of four types of current directions: positive/positive, positive/negative, negative/negative, and negative/positive.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この駆動方式を用いたときのステップモータの運動は、
下記(1)式のばね一質量系で表される。
The motion of the step motor when using this drive method is
It is expressed as a spring-mass system in the following equation (1).

ここで、Mはステップモータの可動部の質量、8はリニ
アステップモータの位置と停止位置との位置ずれ、μは
粘性抵抗係数、kはリニアステップモータの発生推力か
ら決まる定数である。
Here, M is the mass of the movable part of the step motor, 8 is the positional deviation between the position of the linear step motor and the stop position, μ is the viscous resistance coefficient, and k is a constant determined from the thrust generated by the linear step motor.

従って(1)式からもわかるように、上記したような駆
動方式では、粘性抵抗係数が小さい場合や、摩擦力が小
さい場合にはステップモータは目標の停止位置になかな
か収束せず、振動を続け、整定するまでに要する時間が
長くかかるという問題点を有している。
Therefore, as can be seen from equation (1), with the drive method described above, if the viscous drag coefficient is small or the frictional force is small, the step motor will not easily converge to the target stop position and will continue to vibrate. However, the problem is that it takes a long time to settle.

本発明の目的は、ステップモータを高速、高精度に駆動
するために必要な振動の少ないステップモータの駆動方
式を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a step motor drive system that requires less vibration to drive the step motor at high speed and with high precision.

C問題点を解決するための手段〕 本発明のステップモータの駆動方式は、ステップモータ
の目標位置指令を受けて、この目標位置指令を変形し、
停止位置指令を発生するディジタルフィルタと、 前記停止位置指令を受けて、前記ステップモータの各励
磁相への励磁電流値を出力する記憶素子及び前記記憶素
子の出力値にしたがって前記ステップモータへ電流を印
加する増幅器からなる微小送り回路とを備えている。
Means for Solving Problem C] The step motor driving method of the present invention receives a step motor target position command, transforms this target position command,
a digital filter that generates a stop position command; a storage element that receives the stop position command and outputs an excitation current value to each excitation phase of the step motor; and a memory element that outputs an excitation current value to each excitation phase of the step motor in accordance with the output value of the storage element. It is equipped with a micro-feeding circuit consisting of an amplifier for applying voltage.

〔作用〕[Effect]

ステップモータの目標位置指令をディジタルフィルタを
通すことによって、ステップモータの振動を抑制するよ
うな停止位置指令を作成し、この停止位置指令をマイク
ロステップ駆動を行う微小送り回路へ与え、振動の少な
いステップモータの駆動を可能とする。
By passing the target position command of the step motor through a digital filter, a stop position command that suppresses the vibration of the step motor is created, and this stop position command is given to the micro-feed circuit that performs micro-step drive to create a step with less vibration. Enables motor drive.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係わる2相リニアステツプ
モータとリードオンリーメモリを用いたマイクロステッ
プ駆動用微小送り回路及びディジタルフィルタからなる
ステップモータの駆動方式を示すブロック図である。′ 目標位置指令rは2相リニアステツプモータ4の目標位
置を示す信号である。ディジタルフィルタ1に目標位置
指令rが与えられると、ディジタルフィルタ1は予め設
定されているサンプリングタイム毎に、目標位置指令r
をフィルタリングした値を2相リニアステツプモータ4
の停止位置指令Uとして、微小送り回路5のリードオン
リーメモリ (ROM)2..2kに出力する。リード
オンリーメモリ2..2bには2相リニアステツプモー
タ4の停止位置に対応してリニアステップモータ4の各
相へ印加する電流値が予め記憶されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a step motor drive system comprising a two-phase linear step motor, a microfeed circuit for microstep drive using a read-only memory, and a digital filter according to an embodiment of the present invention. ' The target position command r is a signal indicating the target position of the two-phase linear step motor 4. When a target position command r is given to the digital filter 1, the digital filter 1 outputs the target position command r at each preset sampling time.
2-phase linear step motor 4
The read-only memory (ROM) of the minute feed circuit 5 is used as the stop position command U of 2. .. Output to 2k. Read-only memory 2. .. 2b stores in advance the current values to be applied to each phase of the linear step motor 4 corresponding to the stop position of the two-phase linear step motor 4.

リードオンリーメモリ2..2.に停止位置指令Uが与
えられるとリードオンリーメモリ2.は2相リニアステ
ツプモータ4の一方の相に印加する電流の値i、を、ま
たリードオンリーメモリ2bは2相リニアステツプモー
タ4の他方の相に印加する電流の値i、をアンプ(AM
P)3−.3bにそれぞれ出力する。アンプ3.及び3
.は電流の値f&Abを受けて2相リニアステツプモー
タ4の各相へ電流を流しモータを駆動し、ステップモー
タ位置Xに到達させる。
Read-only memory 2. .. 2. When the stop position command U is given to the read-only memory 2. is the value i of the current applied to one phase of the two-phase linear step motor 4, and the read-only memory 2b is the value i of the current applied to the other phase of the two-phase linear step motor 4.
P)3-. 3b, respectively. Amplifier 3. and 3
.. receives the current value f&Ab and flows a current to each phase of the two-phase linear step motor 4 to drive the motor and make the step motor reach the position X.

第2図はディジタルフィルタ1の一構成例を2−変換の
演算子を用いて示した図であるhallral!+  
a!In  aZ2+  bIn bIn CI及びd
lはディジタルフィルタ1のパラメータで、実定数であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the digital filter 1 using a 2-conversion operator. +
a! In aZ2+ bIn bIn CI and d
l is a parameter of the digital filter 1 and is a real constant.

また、z−1はサンプリングタイムに等しい時間遅れで
あり、Zl+22はディジタルフィルタの状態変数であ
る。7. 8. 9は加算要素を示す。
Also, z-1 is a time delay equal to the sampling time, and Zl+22 is a state variable of the digital filter. 7. 8. 9 indicates an addition element.

例えば、ステップモータ4の固有振動数が200Hzで
あるときには、サンプリングタイムを100μsecと
すると、ディジタルフィルタ1の各パラメータは次のよ
うに選ぶことができる。固有振動数とは、ステップモー
タのスティッフネスカーブがゼロクロスする点でのステ
ィッフネスカーブの傾きとステップモータの可動部質量
から決まる値である。また、下記のパラメータ値をもつ
ディジタルフィルタの特性としては、200Hz近傍の
信号を通さないものが設定されている。
For example, when the natural frequency of the step motor 4 is 200 Hz and the sampling time is 100 μsec, each parameter of the digital filter 1 can be selected as follows. The natural frequency is a value determined from the slope of the stiffness curve of the step motor at the point where the stiffness curve crosses zero and the mass of the moving part of the step motor. Further, the characteristics of the digital filter having the following parameter values are set so as not to pass signals around 200 Hz.

a ++ =0.994274     a +z=8
.46646X10−’a 、、 = −108,29
4a 、、=0.707929b、−4,47626x
lO−9bz  =8.46646xlO−’C,−−
3382,12ct、  =1.0kT時刻に注目する
と、ディジタルフィルタ1は以下のアルゴリズムに従っ
て、停止位置指令U(kT)を計算する。ここで、Tは
サンスワンゲタイムを表す。
a ++ =0.994274 a +z=8
.. 46646X10-'a,, = -108,29
4a,,=0.707929b,-4,47626x
lO-9bz =8.46646xlO-'C, --
Focusing on the time 3382, 12ct, =1.0kT, the digital filter 1 calculates the stop position command U(kT) according to the following algorithm. Here, T represents sanswange time.

zt((k+1)T)”aIl ’ 2+(kT)+a
+z’ Kg(kT)+b、−r(kT)     (
1) zg((k+1)T)= all ’ 2 +(kT)
+ azz ’ zz(kT)+b!・r (kT) 
    (2)u(kT)=c+ + Zz(kT) 
+ dl−r(kT)  (3)ただし、((k+1)
T)はkT時刻の次のサンプリング時刻を示す。
zt((k+1)T)"aIl' 2+(kT)+a
+z' Kg (kT) +b, -r (kT) (
1) zg ((k+1)T) = all ' 2 + (kT)
+ azz 'zz(kT)+b!・r (kT)
(2) u(kT) = c+ + Zz(kT)
+ dl-r(kT) (3) However, ((k+1)
T) indicates the next sampling time after kT time.

第3図は上述した固有振動数200Hzのステップモー
タとそれに対応したディジタルフィルタを用いたときの
、(i)目標位置指令、(ii )ディジタルフィルタ
出力としての停止位置指令、及び(iii )モータの
位置を示した図である0時刻t0で第3図(i)の目標
位置指令rがディジタルフィルタ1に与えられると、変
形されて第3図(ii )に示す停止位置指令Uが発生
される。この停止位置指令Uが微小送り回路5に入力さ
れ、2相リニアステツプモータ4を第3図(iii )
のように振動を少なく駆動してモータ位置Xに到達させ
る。
Figure 3 shows (i) the target position command, (ii) the stop position command as the output of the digital filter, and (iii) the motor when using the above-mentioned step motor with a natural frequency of 200 Hz and the corresponding digital filter. When the target position command r shown in FIG. 3(i) is given to the digital filter 1 at time t0, which is a diagram showing the position, it is transformed and the stop position command U shown in FIG. 3(ii) is generated. . This stop position command U is input to the minute feed circuit 5, and the two-phase linear step motor 4 is moved as shown in FIG. 3 (iii).
The motor is driven to the position X with less vibration as shown in the figure.

第4図はフロッピディスク装置で用いられるようないわ
ゆる3 m5ecシ一ク動作を3トラック分実施した場
合の目標位置指令、停止位置指令及びモータの位置を示
した図である。1.7m5ecs 4.7m5ec及び
7.7m5ecにおいて目標位置指令が与えられ、これ
に伴って停止位置指令が変化している。停止位置指令が
ディジタルフィルタから出力されるタイミングは、既に
述べたように100μsec毎である。ステップモータ
は停止位置指令の周波数成分内に200Hz近傍の成分
が含まれないことからほとんど振動せずに、目標位置へ
到達する。
FIG. 4 is a diagram showing the target position command, stop position command, and motor position when a so-called 3 m5ec seek operation used in a floppy disk device is performed for three tracks. The target position command is given at 1.7m5ecs, 4.7m5ec, and 7.7m5ec, and the stop position command changes accordingly. The timing at which the stop position command is output from the digital filter is every 100 μsec, as described above. Since the frequency component of the stop position command does not include a component near 200 Hz, the step motor reaches the target position with almost no vibration.

以上説明したように、本実施例によると振動の少ないス
テップモータの駆動が可能になり、その結果高速な動作
が実現できる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to drive a step motor with less vibration, and as a result, high-speed operation can be realized.

本実施例ではディジタルフィルタの特性としてステップ
モータの固有振動数近傍の周波数成分を通さないものに
ついて説明したが、その他に、例えばローパスフィルタ
の特性を持つものや、積分特性を持つもの等を設定する
ことも可能である。
In this example, we have explained that the digital filter has characteristics that do not pass frequency components near the natural frequency of the step motor, but it is also possible to set other digital filters, such as those that have low-pass filter characteristics or those that have integral characteristics. It is also possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ステップモータの目標位置指令をディ
ジタルフィルタを通し、ステップモータの振動を抑制す
るような停止位置指令を作成し、この停止位置指令をマ
イクロステップ駆動を行う微小送り回路へ与えることに
よって、振動の少ないステップモータの駆動が可能とな
る。
According to the present invention, a step motor target position command is passed through a digital filter to create a stop position command that suppresses vibration of the step motor, and this stop position command is given to a microfeed circuit that performs microstep drive. This makes it possible to drive a step motor with less vibration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例に係わる2相リニアステツプ
モータとリードオンリーメモリを用いたマイクロステッ
プ駆動用微小送り回路及びディジタルフィルタからなる
ステップモータの駆動方式を示すブロック図、 第2図はディジタルフィルタの一構成例をz −変換の
演算子を用いて示した図、 第3図は本発明による目標位置指令、停止位置指令及び
モータの位置の関係を示した図、第4図はフロッピディ
スク装置で用いられるようないわゆる3 m5ecシ一
ク動作を3トラック分実施した場合の目標位置指令、停
止位置指令及びモータの位置を示した図である。 1・・・・・・ディジタルフィルタ 2−.2b  ・・・リードオンリーメモリ3、.3b
 ・・・アンプ 4・・・・・・2相リニアステツプモータ5・・・・・
・微小送り回路 ?、8.9・・加算要素 aIl、a12*a21・a2’l+bhb2・CI−
dl・・・ディジタルフィルタのパラメー タ 1m+’b  ・・・リードオンリーメモリ出力r・・
・・・・目標位置指令 U・・・・・・停止位置指令 X・・・・・・ステップモータ位置 z −1・・・・・時間遅れ ”l+2!  ・・・ディジタルフィルタの状態変数、
− 即 (i) (ii) 第3図
FIG. 1 is a block diagram showing a step motor drive system comprising a two-phase linear step motor, a micro-feed circuit for micro-step drive using read-only memory, and a digital filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. A diagram showing an example of the configuration of a digital filter using a z-conversion operator, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between a target position command, a stop position command, and a motor position according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a floppy FIG. 3 is a diagram showing a target position command, a stop position command, and a motor position when a so-called 3 m5ec seek operation used in a disk device is performed for three tracks. 1...Digital filter 2-. 2b...Read-only memory 3, . 3b
...Amplifier 4...Two-phase linear step motor 5...
・Minute feed circuit? , 8.9... addition element aIl, a12*a21・a2'l+bhb2・CI−
dl...Digital filter parameter 1m+'b...Read-only memory output r...
...Target position command U...Stop position command X...Step motor position z -1...Time delay "l+2!"...Digital filter state variable,
- Immediately (i) (ii) Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) ステップモータの目標位置指令を受けて、この
目標位置指令を変形し、停止位置指令を発生するディジ
タルフィルタと、 前記停止位置指令を受けて、前記ステップモータの各励
磁相への励磁電流値を出力する記憶素子及び前記記憶素
子の出力値にしたがって前記ステップモータへ電流を印
加する増幅器からなる微小送り回路とを備えたマイクロ
ステップ駆動によるステップモータの駆動方式。
(1) A digital filter that receives a step motor target position command, transforms the target position command, and generates a stop position command, and receives the stop position command and supplies excitation current to each excitation phase of the step motor. A method for driving a step motor using microstep drive, comprising a memory element that outputs a value and a micro-feed circuit that includes an amplifier that applies a current to the step motor in accordance with the output value of the memory element.
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