JPH02136100A

JPH02136100A - 位置制御装置

Info

Publication number: JPH02136100A
Application number: JP28932388A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Onodera; 博美小野寺; Toshio Inaji; 利夫稲治; Tsukasa Yoshiura; 司吉浦; Hiroshi Mitani; 浩三谷; Noriaki Wakabayashi; 若林　則章
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1990-05-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、位置制御装置に係わり、特に高速でかつ高精
度の位置決めが可能な位置制御装置に関する。

従来の技術近年、情報機器の性能の向上はめざましく、それに伴い
磁気ディスク装置やプリンタなどの駆動源としては、よ
り高速でより高精度の位置制御装置が要求されている。

従来、上述したこれらの機器の駆動源としては、ステッ
プモータが広く使用されており、これを開ループ制御す
る方式が一般的であった。

間ループ制御方式は、制御回路が節単であるという利点
がある反面、常にステップモータの脱調の危険性を伴う
ため、高速化が困難である。また位置決め停止の際に、
停止点を中心に振動的になり整定に時間がかかる。さら
に、位置決め精度にも限界がある等、高速で高精度の位
置制御装置を実現する上で、数々の困難な問題があるの
は周知のとおりである。

発明が解決しようとする課題上記のように、駆動源としてステップモータを使用した
位置制御装置は高速化が困難で、かつ位置決めの整定時
間が長いという欠点を持っていた。

特に位置決め精度を上げることはステップモータの構造
上困難であった。また、従来のステップモータを用いた
位置制御装置は、ある基準位置におけるステップモータ
の各相の電流指令の電気的な位相とステップモータの機
械的な位相を微妙に調整する工程が必要であった。この
ため位置制御装置の量産性が、著しく低下するという問
題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、従来のス
テップモータでは実現できなかった高速・高精度の位置
決めが可能で量産性の高い位置制御装置を提供するもの
である。

課題を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明の位置制御装置は、
ステップモータと、その動作に応じて互いに位相の異な
る複数相の信号を出力するエンコーダと、前記複数相の
信号より現在位置信号を生成する電子スケール手段と、
ステップモータを開ループ位置制御するための開ループ
位置指令を発生する第１の位置指令発生手段と、閉ルー
プ位置制御するための閉ループ位置指令を発生する第２
の位置指令発生手段と、閉ループ位置指令と現在位置信
号とを比較し偏差信号を出力する比較手段と、前記偏差
信号よりステップモータに対する操作量としての操作電
気角度信号を演算する操作電気角度演算手段と、前記ス
テップモータとエンコーダの位相差に応じた位相補正信
号を生成する自動位相調整手段と、前記閉ループ位置制
御時には操作電気角度信号と現在位置信号と位相補正信
号の３つの信号を入力とし、前記開ループ位置制御時に
は開ループ位置指令を入力としてアドレス信号を出力す
るアドレス生成手段と、前記アートレス信号に応じて一
定の関数に従った複数相の電流指令を出力する関数発生
手段と、前記複数相の電流指令に応じて前記ステップモ
ータに駆動＠流を供給する駆動手段とを含んで構成され
る。

作用本発明は、ステップモータとエンコーダの間の位相差を
自動位相調整手段を用いて電気的に且つ自動的に調整し
、ステップモータの機械的な位相と、ステップモータに
対する複数相の電流指令の電気的な位相との対応関係を
付ける方法を採用している。この方式は従来の位置制御
装置がステップモータまたはエンコーダの機械的位相を
調整するのに対して、複数相の電流指令の位相を電気的
に調整するものである。その原理は、ステップモータを
駆動する複数相の電流指令を発生させるアドレス信号に
、自動位相調整手段の出力である位相補正信号を加え合
わせることにより前記アドレス信号に一定のオフセット
を与え、結果として複数相の電流指令の位相をずらすと
いうものである。

また、位相補正信号の生成についても自動的に行うので
、ステップモータまたはエンコーダの機械的な位相を調
整する微妙な調整工程が不用になり、位置制御装置の量
産性は向上する。さらに、機械的位相と電流指令の位相
の対応関係が付いているので、その情報を眉いて常に最
も望ましい範囲のトルク角でステップモータを効率よく
駆動させることができる。また常にエンコーダ及び電子
スケール手段を用いてステップモータの現在位置を検出
し、それを制御系にフィードバックして閉ループ制御系
を構成するため、過渡的状態でも脱調を引き起こす心配
がなく、従来の開ループ制御でステ、プモータを使用す
る場合と比べて、ステップモータの性能を十分に引き出
すことができるので上述の°作用とあわせて装置の高速
化を図ることができると共に信頌性を向上させることが
できる。

また、操作電気角度演算手段により微分補償を行なうこ
とにより、ステップモータに対して電気的なダンピング
を与えることができるので、ステップモータを指令位置
に振動を押さえた状態で、素早く整定させることができ
る。

従って本発明は、従来の問題点を解決し、高速で、高精
度、かつ高信頼性で量産性も高い位置制御装置を提供で
きるものである。

実施例以下に、図面を用いて本発明の位置制御装置の一実施例
を説明する。尚、以下の説明において、信号とその信号
が表わす値は同一の記号で記述する。

第１図は本発明の位置制御装置の第１の実施例の全体構
成を示すブロック図である。第１図において、２は回転
型ステップモータであり、本実施例では２相モータを用
いている。１はインクリメンタリ型のエンコーダで、ス
テップモータ２の回転軸に取り付けられ、その回転に応
じて互いに９０°位相の異なる２相の正弦波状の位置信
号ａとｂ及び基準位置を示す基準位置信号２を出力する
。３は電子スケール手段であって、正弦波状の位置信号
ａとｂより、基準位置から回転の変位量にリニアに比例
する現在位置信号Ｃを生成する。

５は比較手段であって、第２の位置指令発生手段９より
与えられる閉ループ位置指令Ｓと現在位置信号Ｃとの差
分を計算し偏差信号ｅ　（＝ｓ−ｃ）を出力する。６は
操作電気角度演算手段であって、偏差信号ｅに対して、
積分及び微分補償演算等を施し、操作電気角度信号ｆを
生成する。１０は第１の位置指令発生手段であって、ス
テップモータを開ループ位置制御する間ループ位置指令
りを発生する。４は自動位相洲整手段であって、ステッ
プモータ２とエンコーダ１の位相差に相当する位相補正
信号ｄを出力する。１１はアドレス生成手段であって、
閉ループ位置制御時には操作電気角度信号ｆと現在位置
信号Ｃと位相補正信号ｄとを入力としてアドレス信号ｒ
を出力する。また、開ループ位置制御時には開ループ位
置指令りを入力としてアドレス信号ｒを出力する。７は
関数発生手段であって、アドレスｒに従ってステップモ
ータ２のＡ相、Ｂ相の各々に与えるべき一定の関数（本
実施例では各々正弦波と余弦波）に従ったマイクロステ
ップ電流指令ｓｃ、ｓｓを算出する。

２相のマイクロステップ電流指令ｓｃ、ｓ−ｓは、駆動
手段８により増幅され、ステップモータ２に供給される
。

本発明の位置制御装置は電源投入時などに、値が不定と
なる電子スケール手段３及び第２の位置指令発生手段９
の初期化を行う必要がある（これを装置の初期化と呼ぶ
）、装置の初期化では、まず間ループ位置指令りを時間
比例的に変化させて、ステップモータ２を基準位置信号
２の示す位置まで開ループ制御で回転させる。第１の位
置指令発生手段１０は、位置指令を一定の時間毎にその
出力値が増加または減少する一種のカウンタを用いて実
現している。ここで発生される開ループ位置指令ｔは、
アドレス生成手段１１および関数発生手段７により、マ
イクロステップ電流指令５Ｃ５ｓを発生させ、これらの
マクロステップ電流指令ｓｃ、ｓｓは、駆動手段８によ
り増幅され、ステップモータ２を回転させる。従って、
開ループ位置指令ｔが増加するのに対応じて、ステップ
モータ２は一定方向にステップ駆動される。そしてステ
ップモータ２が回転してエンコーダ１が出力する基準位
置信号２が“″Ｌレレベ′から゛′Ｈレベル”に変化す
る位置（あるいは゛■］レベル”から”Ｌレベル°°に
変化する位置）に到達したとき、第１の位置指令発生手
段１０はインクリメント・カウンタの増分を停止して位
置指令の値を固定し、ステップモータ２もその位置で停
止する。さらにこの位置で、電子スケール手段３及び第
２の位置指令発生手段９を各々初期化（本実施例では零
にクリア）する。

以上初期化のための処理が終了した後、本位置制御装置
は、通常の閉ループ位置制御を行う、閉ループ位置制御
では、第２の位置指令発生手段９の出力する閉ループ位
置指令Ｓと、電子スケール手段３の゛出力する現在位置
信号Ｃが一致するように位置決めされる。閉ループ位置
指令Ｓと現在位置信号Ｃは比較手段５に入力され、偏差
信号ｅ（・５−ｃ）となる。操作電気角度演算手段６は
偏差信号ｅを入力とし、これに微分及び積分補償演算等
を施し、操作電気角度信号ｆを出力する。積分補償演算
は、低域高ゲイン特性を有する１次のディジタルフィル
タ手段により実現され、微分補償演算は、１次の高域高
ゲイン特性を有するディジタルフィルタ手段等により実
現される。尚、積分補償は摩擦負荷等の影響で生じる定
常偏差を、極力減少させるように作用し、微分補償はス
テップモータ２に対して電気的なダンピングを付与し、
ステップモータ２を指令位置に振動を押さえた状態で、
素早く整定させることができ、さらに位置制御系を安定
化するように作用する。また、閉ループ位置制御ではア
ドレス生成手段１１の入力は操作電気角度信号ｒ、現在
位置信号Ｃ及び位相補正信号ｄであり、出力はマイクロ
ステップ電流指令ｓｃ、ｓｓである。これらのマイクロ
ステンプ電流指令は装置の初期化の場合と同様に駆動手
段８により増幅され、ステップモータ２を駆動する。

第２図から第７図は、前記第１図に示す本発明の実施例
の各要素の具体的な構成について説明するための図面で
あり、以下これらを用いて詳細に説明してゆく。尚、第
１図と同一の構成要素には同一の番号を付す。また、本
実施例では、説明を節単にする為に、現在位置信号Ｃと
アドレス信号ｒのスケール（−分解能）が同一の場合に
ついて説明する。

第２図は、アドレス生成手段１１及び関数発生手段７の
一実施例を示すブロック図である。２４及び２５は一定
の関数（本実施例では互いに９０゜位相の異なる正弦波
）に従ったステップモータ２の基本の１ピツチ分Ｐに相
当するマイクロステンプ電流指令データを有するメモリ
手段であり、このメモリ手段２４．２５に対するアドレ
スｒを算出するのが、第１の加算手段２１、第２の加算
手段２２、上位切捨て手段２３である。第１の加算手段
２１は、現在位置信号Ｃと操作電気角度信号ｆとの加算
を行い、第２の加算手段２２は、第１の加算手段２１の
出力と位相補正信号ｄとの加算を行なう。位相補正信号
ｄは、メモリ手段２４及び２５に対するアドレスｒに一
定のオフセントを与える為に用いられる。すなわち、マ
イクロステップＴ１ｍ指令ｓｃ、ｓｓの電気的位相は、
ｄに対応する量だけシフトする。従ってステップモータ
２の機械的な位相と、マイクロステップ電流指令の電気
的位相とがずれて位相差を有する場合でも、その位相差
に応じて位相補正信号ｄの大きさを変えることにより、
両者を正確に対応させることができ、常に最も望ましい
範囲のトルク角でステップモータ２を効率よく駆動させ
ることができる。

上位切捨て手段２３は、ステップモータ２の可動範囲が
基串位置から基本の１ピツ千Ｐ以内であれば第２の加算
手段２２の出力をそのままメモリ手段２４．２５のアド
レスｒとする事もできるので必ずしも必要ではないが、
可動範囲が基本の１ピツ千Ｐを越える場合は、第２の加
算手段２２の出力の内、１ピツチを越える分の上位デー
タを切り捨てる為に必要である。

第３図は第１図に示す自動位相調整手段４の原理を説明
する為の原理図である。第３図（ａ）は、ステップモー
タ２とエンコーダｌの位相調整を行う場合の開ループ位
置指令りの一例を示す。図に示すように、開ループ位置
指令しはＡ点から時間比例的にその値が増加し、Ｂ点か
らは時間比例的にその値が減少するものとする。このよ
うな開ループ位置指令ｔが与えられたときのアドレス信
号ｒと、電子スケール手段３の示す現在位置信号Ｃとの
関係を第３図（ｂ）に示す。ここでは、現在位置信号Ｃ
とアドレス信号ｒのスケール（−分解能）を同一として
いるので、第３図（ｂ）のステップモータ２の現在位置
信号の軌跡の中心を示す一点鎖線の傾きは１となる。位
相補正信号ｄは、ステップモータ２が回転して現在位置
信号Ｃが調整位置と一致した時のアドレスα、βをそれ
ぞれ取り込み、ｄ＝α十（β−α）／２の演算を行うこ
とにより得られる。このようにして得られた位相補正信
号ｄは、閉ループ位置制御の時に使用される。

まだここでは現在位置信号Ｃとアドレス信号「のスケー
ル（−分解能）を同一としているので、位相補正信号ｄ
は、第３図（ａ）に示す間ループ位置指令しによりステ
ップモータ２を間ループ位置制御して、その時のアドレ
ス信号ｒがある基卓アドレスと一致したときの現在位置
α°、β゛をそれぞれ取り込み、ｄ−α゛＋（β”　−
α゛）／２の演算を行うことによっても同）策に得るこ
とができる。また現在位置信号Ｃとアドレス信号ｒの分
解能が異なり、ｒ＝ｑ−ｃの関係のある場合においても
、上記で求めたアドレス補正信号ｄに９をかけたものを
アドレス補正信号ｄとすることにより同様に実現できる
。

第４図は、自動位相調整手段４の一実施例の構成を示す
ブロック図である。第１図と同一の構成要素については
同一の番号を付し説明を省略する。

また、間ループ位置指令しは、第３図（ａ）と同一のも
のが与えられるとする。開ループ位置指令ｔが与えられ
て、ステップモータ２が回転すると、それに伴い現在位
置信号Ｃが変化する。その現在位置信号Ｃと予め適当な
値を与えた調整位置信号とを比較し、両者が一致した時
にゲート信号ｇｌ、ｇ２を出力するように比較手段１２
を構成しておく。但し、ゲート信号ｇ１は開ループ位置
指令りがＡからＢへ変化する間で発生し、ゲート信号ｇ
２は開ループ位置指令りがＢからＣへ変化する間で発生
するようにしておく。このように構成することにより、
第１の記憶手段１３には第３図（ｂ）に示すアドレスβ
が記憶され、第２の記憶手段１４には同様にアドレスα
が記憶されることになる。この記憶されたアドレスα、
βについて、ｄ・α＋（β−α）／２の演算を施すのが
６４算手段１５である。以上の結果、位相補正信号ｄが
自動的に検出することができる。

第５図は、第１図の位置制御装置における電子スケール
手段３の第１の実施例を示すブロック図である。エンコ
ーダからの２相の正弦波状位置信号ａ、ｂは、波形整形
回路３０ａ、３０ｂにより各々矩形波ｇ、ｈに変換され
、パルス分離回路３１に人力される。矩形波ｇ、　　ｈ
は、パルス分離回路３１に°よりステップモータ２の回
転方向に応じて、アップ・カウント・パルス、ダウン・
カウント・パルスに分離される。これを可逆カウンタ３
２により計数することにより、ステップモータの回転の
変位量に比例する現在位置信号Ｃを得ることができる。

但し、可逆カウンタ３２は、電源投入後の初期状態にお
いて、その値が不定であるので、装置の初期化において
、初期リセット入力端子３３に入力される基準位置信号
Ｚにより、基準位置で零にクリアされる。

以上のように構成された電子スケール手段３の場合は、
エンコーダ２の分解能がそのまま位置の分解能に対応す
るため、高精度の位置制御を行なうためには、エンコー
ダ２に分解能の高いものを使用する必要がある。

第６図は、電子スケール手段３の第２の実施例を示すブ
ロック図である０図中４１ａ、４１ｂはエンコーダ１の
出力する２相正弦波状の位置信号ａとｂをそれぞれ増幅
する位置信号増幅器である。

４２ａ、４２ｂは変調回路で、位置信号増幅器４１ａ、
４１ｂの２相正弦波出力でもって高い周波数のキャリア
信号４６ａ、４６ｂをそれぞれ変調する一種の乗算器で
ある。４０はキャリア信号発生器であって、基準発振器
４７の基準クロック信号を分周してキャリア信号４６ａ
、４６ｂを作成している。この２つのキャリア信号４６
ａ４６ｂは互いに９０６ずつ位相がずれていて、キャリ
ア信号発生器４０より変調回路４２ａ４２ｂに人力され
ている。４３は加算回路で、上記２つの変調回路４２ａ
、４２ｂの変調出力を加え合わせる。４４はローパスフ
ィルタであり、加算回路で加え合わされた変調出力の高
調波成分を除去し、基本波成分のみを取り出す。４５は
波形整形回路で上記基本波を矩形波に変換する。いま位
置信号増幅器４１ａ、４１ｂの２相正弦波出力をそれぞ
れＥＡ（θ）、ＥＢ（θ）とすれば以下のように表現で
きる。

ＥＡ（θ）＝Ｅ−ＣＯ５（２πθ／θＰ）ＥＢ（θ）＝
Ｅ−５ＩＮ　　（２πθ／θＰ）ただし、θはステップ
モータ２の回転角度、θＰはエン゛コーダｌの出力する
正弦波の１周期ピッチ、Ｅは正弦波位置信号の波高値で
ある。

一方、キャリア信号４６ａ、４６ｂをそれぞれＣＡ　Ｄ
）、ＣＢ　（ｔ）とすれば以下のように表現できる。

ＣＡ　（ｔ）　＝ＣＯ５（２πｒ　ｃ　ｔ）ＣＢ　（ｔ
）　＝ＳＩＮ　　（２Ｋ　ｆ　ｃ　ｔ）ただし、ｆｃは
キャリア周波数である。

変調回路４２ａ、４２ｂで変調後、加算回路で加え合わ
せた結果をＰ　（ｔ、　　θ）とすれば、Ｐ　（ｔ、　
　θ）　＝ＥＡ　（θ）・ＣＡ（ｔ）＋ＥＢ　　（θ）
　・　ＣＢ（も　）＝Ｅ（ＣＯ５（２πθ／θＰ）　・ＣＯ３（２πｆｃｔ
　）＋５ＩＮ（２πθ／θＰ）　　・ＳＩＮ　（２πｆ
ｃｔ　）１＝ＥＣＯ５（２πｆｃｔ　−２ｙｔθ／θＰ
）となる。これはｆｃの周波数をもつキャリアに２πθ
／θＰという位相項が含まれていることを意味している
。換言すれば、ｐ　（ｔ、　　θ）では位置情報θが位
相情報という形に変換されている。

したがってＰ　（ｔ、　　θ）の位相情報を復調すれば
ステンプモータ２の位置を認識することができる。

さて変調後加算された信号Ｐ　（ｔ、　　θ）はそのま
までは利用できないので、これを復調して位置情報のみ
を分離して取り出す必要がある。本発明の実施例では信
号ｐ　（ｔ、　　θ）を波形整形回路４５で矩形波に変
換した後、キャリア信号４６ａに対する信号ｐ　（ｔ、
　　θ）の位相ずれを、基準発振器４７の出力する基準
クロック信号を用いて直接計数することにより分解能の
高い位置情報を取り出すという復調方式を用いている。

４８は信号Ｐ　（ｔ、　　θ）の位相情報を計数するだ
めの位相差カウンタである。位相差カウンタ４８の入力
は、キャリア信号４６ａと信号Ｐ　（ｔ、　　θ）を波
形整形回路４５で矩形波に変換された信号と発振器４７
の出力する基準クロック信号とである。位相差カウンタ
４８はキャリア信号４６ａの立ち上がり（または立ち下
がり）で７１クロック信号の計数を開始し、信号Ｐ　（
ｔ、　　θ）の立ち上がり（または立ち下がり）を検出
するまで計数する。このように構成することにより信号
Ｐ　（ｔ、　　θ）に含まれる位相情報（２πθ／θＰ
）が位相差カウンタ４８の計数値として取り出すことが
できる。またキャリア信号４６ａの周波数はｆｃなので
周波数ｆｃのｎ倍の周波数を持つ基準クロック信号を用
いることによって、１周期に対してｌ　／　ｎの分解能
を持った位相測定が可能になる。これは位相２πに対し
て１　／　ｎの分解能を持つことを意味し、位相２πが
エンコーダ１の出力する正弦波位置信号の１周期ピッチ
θＰに対応するので回転角に対して位置信号の１周期ピ
ンチθＰを等間隔にｌ／ｎに内挿（または補間）したこ
とを意味している。

したがって分解能を上げ、滑らかな位置情報を得るため
にはθＰを小さく、ｎを大きくすればよい。

４０は分周回路で発振器４７の出力を１　／　ｎに分周
し２相のキャリア信号４６ａ、４６ｂを出力する。とこ
ろで位相差カウンタ４８の内容は最大ｎであり、位置信
号の１周期ピッチθＰの範囲内でしか位相の弁別能力が
ない。そこで実際の位置制御装置で必要とされるような
広い範囲内での動作を可能にするために、１つの可逆カ
ウンタを設は位置信号が１周期ピッチθＰを越えた数を
計数している。５０が上述の可逆カウンタであり、４９
はパルス分離回路である。パルス分離回路４９は位相差
カウンタ４８の内容がＱ　−Ｉ　ｎまたはｎ→０に変化
する毎にそれぞれに応じてアップ・カウント　パルス、
ダウン・カウント・パルスに分離する。可逆カウンタ５
０は、このアップ・カウント・パルス、ダウン・カウン
ト・パルスを受けてアンプ・カウントまたはダウン・カ
ウントする。

５１は可逆カウンタ５０の原点・初期リセント人力であ
り、基乍位置を示す基準位置信号Ｚが人力される。５２
は位置カウンタで、可逆カウンタ５０の内容と位相差カ
ウンタ４８の内容をそれぞれ上位ビット部および下位ビ
ット部に合成し位置データｉを出力する。５４は減算手
段で、位置カウンタ５２より与えられる位置データｉと
補償値記憶手段５３より与えられる一定の補償値ｚｘと
の差分を計算し、現在位置信号ｃ　（＝ｉ−ｚｘ）を出
力する。

ここで補償値ＺＸについて説明する。電子スケール手段
３は、装置の初期化において、初期化しなければならな
い。その理由は位置カウンタ５２の値が電源投入後に不
定になる為であり、基準位ぼに対応した初期値を与えて
やる必要があるからである。しかしながら、第２図の実
施例のように電気的な内挿方式を用いた場合は、単純に
初期化（本実施例では零にクリア）できるのは、可逆カ
ウンタ５０の内容だけであり、正弦波状の位置信号ａ、
ｂの１周期ピンチθＰ内の内挿情報である位相差カウン
タ４８の内容まで初期化することはできない。一方、第
２の位置指令発生手段９の出力である閉ループ位置指令
Ｓは、基準位置信号Ｚの位置でクリアされて零になるの
で、両者の間でずれを生してしまう。そこで本実施例で
は、ステンプモータ２が基準位置信号２の示す基準位置
に位置する時の内挿カウンタ４８の値（＝位置カウンタ
５２の下位ビット部）ｚｘを補償値記憶手段５３に記憶
し、以後、位置データｉから一定の補償値ｚｘを差し引
いたものを現在位置信号Ｃとすることで、初期化の問題
点を解決している。

第７図は変調回路４２ａ、４２ｂの一実施例である。５
５は位置信号増幅器４１ａまたは４１ｂの正弦波出力Ｅ
（θ）である。５６は反転増幅器（ゲイン１）である。

５７はキャリア信号（周波数ｆｃ）４６によって制御さ
れる半導体スイッチである。上記半導体スイッチ５７は
キャリア信号４６が゛′Ｈレベル“のときは位置信号Ｅ
（θ）をそのまま伝送し、キャリア信号４６が゛Ｌレレ
ベ゛。

のときは反転した位置信号−Ｅ（θ）を伝送するように
構成されていて、図に示すような変調出力５日を得てい
る。

以上の構成によって正弦波状の位置信号ａ、　　ｂは、
回転の変位量に比例し、高分解能な現在位置信号Ｃに変
換される。−船釣に、高分解能のエンコーダは、製造が
難しく、高価であるが、このような電気的内挿手段を用
いれば、分解能の粗い比較的安価なエンコーダからでも
、十分に細かい現在位置信号を容易に得ることができる
。従ってステップモータ２のステップのきざみ幅を細か
くでき、より精度の高い位置制御装置を実現することが
可能となる。

上記第１図に示す実施例では、比較手段５、操作電気角
度演算手段６、アドレス生成手段１１、関数発生手段７
、自動位相調整手段４、第１の位置指令発生手段１０を
、各々ハードウェアで実現する場合について示した。し
かしこれらの構成要素は、コンピュータを用いてプログ
ラム的に処理しても同様の機能を実現できることは言う
までもない、また、第６図に示した電子スケール手段３
の実施例の中で、補償値記憶手段５３とｉ！ＩＳ２算手
段５４等も、プログラム的に処理した方が便利である。

第８図には、その場合の構成について示している。

第８図は、本発明の第２の実施例における位置制御装置
のブロック図である。尚、第１図に示す実施例と同じ要
素については、同一の番号を付し説明を省略する。図中
６０は演算処理ユニ、トでアリ一種のコンピュータであ
る。ｆ４算処理ユニ・ント６０は、メモリ６１のＲＯＭ
　ＲＪｆ域（リードオンリメモリ領域）に格納されてい
る後述の所定の内蔵プログラムに従って動作する。

以下、メモリ６１のＲＯＭ　Ｈ域に格納されている内蔵
プログラムについて説明する。

第９図は、その基本フローチャートを示し、以後この図
に従って説明する。但し、ここでは電子スケール手段３
に第６回に示す実施例を用いた場合に限定して説明する
ものとする。

処理７０は、動作モード指令の６１１　ｉＵ処理であり
、装置の初期化であれば処理７１へ、通常の閉ループ位
置制御であれば処理８０へそれぞれ移行する。

電源投入後は、初めに装置の初期化が選択される。

処理７１は、第１の位置指令発生手段ＩＯに相当する。

これは、装置の初期化時のステノプモタ２に送る、一定
時間ごとに増加する開ループ位置指令りを生成する為の
処理ルーチンである。具体的には、ＲＡ　Ｍ　領域のあ
る番地に割り当てた開ループ位置指令レジスタの内容と
ある一定値にとを加算して、その結果を開ループ位置指
令レジスタに取り込む。この時の一定（ｉｋは、ステッ
プモータ２を開ループステップ駆動する際のステップ幅
に対応する。

処理７２は、アドレス生成手段１１の内の上位切捨て手
段２３に相当する。ここでは、間ループ位置指令レジス
フの内容の内、ステップモータ２の基本のｌビノナＰを
越える部分の上位ビットの切捨て処理を行ない、その結
果をＲＡＭ領域に割り当てられたアドレスレジスタに格
納する。

処理７３では、処理７２で格納したアドレスレジスタの
内容をメモリ６１に対するアドレスとして、メモリ６１
のＲＯＭ領域に格納されている正弦波および余弦波の関
数テーブルを参照することにより２相信号ｓｃとｓｓを
求め、それぞれを駆動手段８に出力する。これによりス
テップモータ２は、一定値ｋに対応したステップ幅で１
ステップ回転する。

処理７４は、ステップモータ２が基準位置信号２の位置
まで移動したか否かを確認する処理である。もし移動が
終了していたら処理７６へ移行し、まだであれば処理７
５で一定の時間待ちをした後、処理７１から処理７４を
繰り返す。ステソブモータ２が基準位置信号Ｚの位置に
到達すると、電子スケール手段３及び第２の位置指令発
生手段９は、基準位置信号２により初期化される。

処理７６では、電子スケール手段３の位置カウンタ５２
の出力である位置データｉを取り込み、ＲＡＭ領域に割
り当てられた補償値記憶レジスタに格納する。この補償
値をＺχとする。

処理７７は、自動位相調整手段４に相当するものであり
、位相補正信号ｄを算出し、位相補正レジスタに格納す
る。この後、処理７０へ移行する。

処理８０から処理８４は、通常の閉ループ位置制御モー
ドの処理である。

処理８０では、タイマーからの割り込みを待っている。

タイマーは、所定の時間へＴ毎に割り込み信号を発生し
、割り込みが入ると処理８１に移行する。すなわち、サ
ンプリング時間ΔＴで以下の処理を行うことになる。

処理８１は、減算手段５４を含む。ここでは、閉ループ
位置指令Ｓと位置データｌとをそれぞれ取り込み、ＲＡ
　Ｍ　ａ域に割り当てられた位置指令レジスタ、現在位
置レジスタに格納する。次に格納された位置データｉか
ら処理７６で補償値記憶レジスフに格納された補償値ｚ
ｘを減算し、その結果を現在位置信号Ｃとして現在位置
レジスタに格納する。

処理８２は、操作電気角度演算手段６に相当する。ここ
では、ステップモータ２を指令位置に位置決めするため
に、位置指令レジスタの内容Ｓと現在位置レジスタの内
容Ｃの差分を計算し、偏差信号ｅ　（＝ｓ−ｃ）を求め
る。さらに、その偏差信号ｅをもとに積分補償及び微分
補償を行なうディジタルフィルタ演算を行い、操作電気
角度量ｆを生成し、ＲＡＭ領域に割り当てられた）桑作
電気角度レジスタに格納する。

処理８３は、関数発生手段７の肉筆１の加算手段２１．
第２の加算手段２２、上位切捨て手段２３に相当する。

ここでは、現在位置レジスフと操作電気角度レジスタと
の加算を行い、更にその結果と位相補正信号記憶レジス
タの内容との加算を行なう。次にそこで得られた値の内
、ステ、プモータ２の基本の１ピ、チＰを越える部分の
上位ビットの切捨て処理を行ない、前記アドレスレジス
タに格納する。

処理８４では、アドレスレジスタの内容をメモリ６１に
対するアドレスとして、メモリ６１のＲＯＭ　８５域に
格納されているＳＩＮ波およびＣＯ５波の関数テーブル
を参照することにより２相信号ｓｃとｓｓを求め、それ
ぞれを駆動手段８に出力する。本処理のあとは、外部よ
り別モードへ移行させる指令が与えられるまで処理８０
から処理８４を繰り返し実行する。

尚、以上に示す実施例において、エンコーダ１とステッ
プモータ２と電子スケール手段３とは、２相の場合に限
定して説明したが、それぞれ３相以上の場合でも同様の
効果を得ることができる。

また、以上の説明では、ステップモータ及びエンコーダ
に回転型のものを使用して本発明の詳細な説明したが、
もちろん、リニアモータのような直線運動をする駆動源
とリニアスケールを使用しても適用することができるこ
とは言うまでもない。また、以上の説明ではエンコーダ
はステ、プモータの回転軸に直結されているものとした
が、モータの回転にしたがって駆動される可動部材に取
り付けても可能なことは言うまでもない。

また、本実施例では、基単位置を示す基準位置信号ｌを
エンコーダ１より得る場合について説明したが、それに
限定されるものではない。

さらに、実施例では、関数発生手段内のＲＯＭに格納さ
れる互いに９０°位相の異なる関数データは、ステップ
モータの基本の１ピンチ分用意することで説明している
が、正弦波等、対称性を持つものではＲＯＭに格納する
関数データを１ピッチ分の一部とし、残りを対称性を考
慮した演算で生成する方法でも実現できる。

発明の効果以上述べたように、本発明の位置制御語では、エンコー
ダと電子スケール手段により常にステ７ブモータの現在
位置を高分解能で検出している。

そしてその現在位置をフィールドバンクする事により閉
ループ制御系を構成し、ステップモータの位置を制御す
るので、税調の心配もなく、ステップモータの性能を限
界まで引き出せるため、高速、高信頼性の位置制御装置
を実現できるものである。

また本発明の位置制御装置は、操作電気角度演算手段の
有する微分補償の作用によって、ステップモータに対し
て電気的にダンピングを付与することができるので、位
置決め時に発生する振動を極力押さえた状態で、素早く
整定させることが可能となり、位置制御装置で必要とさ
れる即応性が得られる。さらには操作電気角度演算手段
の有する積分補償の作用によって指令位置と現在位置と
の間に発生する定常偏差を零にするよう制御系が動作す
るので、位置決め精度の高い位置制御装置を実現するこ
とができる。またさらに、本発明の位置制御装置は、自
動位相調整手段が出力する位相補正信号により電流指令
の電気的な位相に補正をかけ、ステップモータとエンコ
ーダの位相差を相殺する方式を採用したため、常に最も
望ましい範囲のトルク角でステップモータを効率よく駆
動させるこきができるので、装置の高速化を図ることが
でき葛。更に、基準位置におけるステップモータの機械
的位相を調整する工程を製造工程からな（す事ができる
ため、生産性の向上に大きく寄与するものである。

したがって、本発明の位置制御装置を、例えば磁気ディ
スク装置またはプリンタの駆動源として使用するならば
、高速で、高精度、かつ高分解能の位置決め性能を容易
に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における位置制御装置の
ブロック図、第２図は関数発生手段の具体的な構成を示
すブロック図、第３図は自動位相調整手段の原理を説明
するための原理図、第４図は自動位相調整手段の構成を
示すブロック図、第５図は電子スケール手段の第１の実
施例の構成を示すブロック図、第６図は電子スケール手
段の第２実施例を示すブロック図、第７図は電子スケー
ル手段で用いる変調回路の具体的な構成を示すブロック
図、第８図は本発明の第２の実施例における位置ｉ、＋
制御装置のブロック図、第９図は第８図のメモリに格納
されている内蔵プログラムの基本フローチャートである
。１・・・・・・エンコーダ、２・・・・・・ステップモ
ータ、３・・・・・・電子スケール手段、４・・・・・
・自動位相調整手段、５・・・・・・比較手段、６・・
・・・・操作電気角度演算手段、７・・・・・・関数発
生手段、８・・・・・・駆動手段、９・・・・・第２の
位置指令発生手段、１０・・・・・・第１の位置指令発
生手段、１１・・・・・・アドレス生成手段。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第図第図第図３θ良／−−−Ｘンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ステップモータと、その動作に応じて互いに位
相の異なる複数相の信号を出力するエンコーダと、前記
複数相の信号より現在位置信号を生成する電子スケール
手段と、ステップモータを開ループ位置制御するための
開ループ位置指令を発生する第１の位置指令発生手段と
、閉ループ位置制御するための閉ループ位置指令を発生
する第２の位置指令発生手段と、閉ループ位置指令と現
在位置信号とを比較し偏差信号を出力する比較手段と、
前記偏差信号よりステップモータに対する操作量として
の操作電気角度信号を演算する操作電気角度演算手段と
、前記ステップモータと前記エンコーダの位相差に応じ
た位相補正信号を生成する自動位相調整手段と、前記閉
ループ位置制御時には前記操作電気角度信号と前記現在
位置信号と前記位相補正信号の３つの信号を入力とし、
前記開ループ位置制御時には前記開ループ位置指令を入
力としてアドレス信号を出力するアドレス生成手段と、
前記アドレス信号に応じて一定の関数に従った複数相の
電流指令を出力する関数発生手段と、前記複数相の電流
指令に応じて前記ステップモータに駆動電流を供給する
駆動手段とを含めて構成され、前記自動位相調整手段は
ステップモータを開ループ位置制御により往復運動させ
てステップモータとエンコーダの位相差に応じた位相補
正信号を生成することを特徴とする位置制御装置。
（２）　電子スケール手段は、エンコーダの出力する位
相の異なる複数相の信号によって変調されるキャリア信
号を発生するキャリア信号発生手段と、前記変調された
キャリア信号の位相情報を復調する復調手段を含めて構
成されたことを特徴とする請求項（１）記載の位置制御
装置。
（３）　操作電気角度演算手段は、少なくとも微分補償
フィルタ手段を含んで構成されたことを特徴とする請求
項（１）記載の位置制御装置。
（４）　操作電気角度演算手段は、ステップモータが閉
ループ位置指令に対して、定常的な偏差を発生しないよ
う補償するための積分補償フィルタ手段を含んで構成さ
れたことを特徴とする請求項（３）記載の位置制御装置
。
（５）　アドレス生成手段は、操作電気角度信号と現在
位置信号と位相補正信号とを加算する加算手段と、前記
加算手段の出力の上位データを切捨てる為の上位切捨て
手段とを含んで構成されたことを特徴とする請求項（１
）記載の位置制御装置。
（６）　関数発生手段は、一定の関数に従ったデータを
テーブル化したメモリ手段を含んで構成され、前記メモ
リ手段はアドレス信号に応じて読み出され前記一定の関
数に従った互いに位相の異なる複数相の信号を出力する
ことを特徴とする請求項（１）記載の位置制御装置。
（７）　関数発生手段の関数は複数相の略正弦波とした
請求項（６）記載の位置制御装置。
（８）　比較手段と操作電気角度演算手段と関数発生手
段と第１の位置指令発生手段と自動位相調整手段は、処
理内容に従ったプログラム・データを保存するメモリ手
段と、前記プログラム・データに従って処理を実行する
演算処理ユニットより構成されたことを特徴とする請求
項（１）記載の位置制御装置。
（９）　自動位相調整手段は、ステップモータを開ルー
プ位置制御により往復運動させた時に、電子スケール手
段により得られる現在位置信号と位相調整を行う位置を
示す一定の調整位置信号とを比較し、両者が一致する往
路と復路における各々のアドレス信号を取り込み記憶す
る第１，第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段と第２
の記憶手段との差分を計算し、前記差分を１／２にする
演算手段を含んで構成され、前記１／２にされた差分を
基に位相補正信号を生成する請求項（１）記載の位置制
御装置。
（１０）　自動位相調整手段は、ステップモータを開ル
ープ位置制御により往復運動させた時に、アドレス信号
と位相調整を行うアドレスを示す基準アドレス信号とを
比較し、両者が一致する往路と復路における各々の現在
位置信号を取り込み記憶する第１，第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段と第２の記憶手段との差分を計算し
、前記差分を１／２にする演算手段と、前記１／２され
た差分をアドレス信号と対応付ける為に適当なスケール
・ファクタと掛け合わせる為の演算手段を含んで構成さ
れ、前記演算結果を基に位相補正信号を生成する請求項
（１）記載の位置制御装置。