JPH0246196A - ステツピングモータ制御方式 - Google Patents

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〕 本発明はステッピングモータ制御方式に係り、特にＮＣ
装置、ロボット等の複数のステッピングモータを高精度
、低振動で制御し、駆動するのに好適なステッピングモ
ータ制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

ステッピングモータを２軸以上同期制御する場合、回転
数の最も高いモータ（長軸側モータ）に供給する駆動パ
ルスを基準として、残りのモータ（短軸側モータ）に供
給する駆動パルスは各々のモータの回転数に応じて上記
基準パルスからパルスを間引く、いわゆる、直線補間方
式によって駆動するのが一般的であった。

この例として、２軸制御の場合の説明を第２図を用いて
行う。第２図において、ステッピングモータの回転は、
見易いように平面移動に置き換えてあり、破線は理想移
動軌跡（目標軌跡）を示し、矢印付の実線は実際の移動
軌跡を示す。第２図（ａ）は長軸側と短軸側との移動に
大きな差がなく、長軸側に対する目標軌跡の角度αが大
きい場合である。同図下側には、長軸及び短軸に供給す
るパルスのタイミングが示してあり、短軸側は基準パル
スである長軸側からパルスを７個間引いである例を示し
てある。第２図（ｂ）はαが小さい場合を示し、第２図
（ａ）、（ｂ）ともに目標軌跡に対する実際の移動量の
誤差は、１駆動パルス入力による移動量（基本移動量Ｌ
ｕ）の１７２以下であるが、第２図（ｂ）の場合は、第
２図（ｃ）に示す目標軌跡と短軸移動方向との角度α′
＝９０−αが大きく、かつ、短軸側移動頻度が間欠的で
あるため、理想軌跡と実際の移動軌跡との誤差が目立つ
ようになる。この現象は、プロッタに代表される製図装
置の場合、誤差が目視確認できる程度まで悪影響を及ぼ
すことがある。さらに、ステッピングモータの場合、そ
の共振周波数が２００　Ｈｚ以下であることが多く、短
軸側の駆動パルス周波数が共振周波数と一致することに
より異常振動が発生し、最悪の場合脱調してモータが停
止することがある。

上述の如く直線補間方式により多軸制御を行う場合、短
軸側のαが小さい領域での目標軌跡との誤差の増大によ
る精度の息下、異常振動の発生等不具合が発生する。こ
の問題を解決するためには、第３図に示すように、基本
移動量り、を小さくすること、すなわち、分解能を上げ
ることが必要である。第３図は、基本移動量Ｌｕをり、
’　＝Ｌ、１５とすることによって５倍高分解能化をは
かった例を示す線図で、高分解化により目標軌跡に対す
る誤差が改善されている。この手段としては、船釣に、 １、ステッピングモータ自体の分解能の向上２６マイク
ロステツプ制御による高分解能化が用いられる。（１）
は２相ステツピングモータから４相、５相ステツピング
モータに変更すること及びモータのロータ、ステータ等
機械加工精度向上をはかることであるが、自ずと限界が
あり、価格の上昇は避けられない。（２）は従来の分解
能のステッピングモータを用いて１回路制御によってス
テッピングモータの基本回転量を電流制御によって多分
割して高分解能化、低振動化を実現するものであり、第
４図にその制御回路の一例を示す。

同図において、端子Ａ−Ａ間にはモータ巻線を接続する
。端子Ｄ４には正転、逆転信号を入力し、スイッチング
トランジスタ１７．１８をオン・オフする。端子Ｄｏ”
Ｄａにはモータ巻線に流す目標電流値を２進数で設定す
る。Ｄ／Ａコンバータ８は、上記２進数に応じて出力電
圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｉ　　を出力する。コンパレータ１０は
、出力電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｔ　　と検出抵抗２３に表われ
るモータ励磁電流とを比較し、両者が同一値となるよう
にスイッチングトランジスタ１５．１６をオン・オフし
、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。ＰＷＭ周波数は発
振器９から供給される。■Ｄ端子にはモータ駆動電圧を
供給する６ダイオード１９〜２２はトランジスタ１５〜
１８の保護用に設けである。以上の動作により、Ｄ／Ａ
コンバータ８の入力端子Ｄｏ＝Ｄａに設定する値により
モータ励磁電流を制御することができ、この例では、２
４＝１６段階電流を変化させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記（１）、　（２）のいずれの方式でも高分解能化、
低振動化を実現できるが、それにともなう弊害として次
の不具合点が生じる。すなわち、モータの回転速度を落
さないで高分解能化をはかるためには、高分解能化に比
例した周波数で駆動パルスを発生させなければならない
ことである。例えば、従来は１駆動パルス当す０　、９
　ｅｇｒｅｅ　／ｐｕ　Ｑ　ｓｅ回転するステッピング
モータを１０　ｋｐｐｓ（ｐｕ　ｎ　５ｅｐｅｒ　５ｅ
ｃｏｎｄ）で駆動していたとすると、これを１駆動パル
ス当り０．０９””ａｅ／ｐｕｆｌｓｅ　回転するよう
に１０倍高分解能化した場合、モータの回転速度を従来
と同じにするためには、 の周波数の駆動パルスを供給しなければならない。

一般に、マイクロコンピュータシステムでパルス出力を
実行する場合、パルス出力速度を１０倍高速化するため
には、 （ｉ）高価なパルス発生用専用コントローラを採用する
。

（ｉｉ　）　複数（７）マイクロコンピュータを使用し
て仕事を分坦して処理速度を向上させる。

（ｉｉｉ）マイクロコンピュータを上位高速形に変更す
る。

等が必要であり、コスト、作業量の大幅増加は避けられ
ない。

本発明の目的は、従来のマイクロコンピュータシステム
を用いて高速時の速度を犠牲にすることなく高分解能、
低振動化を実現することができるステッピングモータ制
御方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は．マイクロステツプ制御回路のＤ／Ａコンバ
ータに供給する励磁パターンデータをステッピングモー
タ駆動周波数に応じて切り換えることのできる励磁パタ
ーンデータ選択回路を設けた構成として達成するように
した。

〔作用〕

第２図（ｂ）において、αが小さい領域では、マイクロ
ステップ制御による高分解能駆動が必要であるが、ステ
ッピングモータの共振周波数を２００　Ｈｚとした場合
、駆動速度５００ＰＰＳ以下ノ領域のみでマイクロステ
ップ制御を行えば十分である。このとき、長軸側の駆動
速度を１ｏｋＰＰＳとすると、 となる。マイクロコンピュータシステム側の可能なパル
ス出力速度が１０ｋｐｐｓの場合、α＜２．８６ｄｅｇ
ｒｅｅ領域での分゛解能は、ａ　）　２　、８６　ｄｅ
ｇｒｅｅ領域での分解能に対して１０ｋｐｐｓ／　５０
０ＰＰＳ　＝２０倍まで高分解能化が可能である。αが
大きい領域では高速駆動が必要であるが、マイクロコン
ピュータシステム処理能力の限界によって．マイクロス
テツプによる高分解能駆動は不可能である。しかし、こ
の領域での短軸側駆動周波数は５００ＰＰＳ以上であり
、モータの共振周波数から・大きくはずれること及びα
′が小さいことにより目標値との誤差が小さく．マイク
ロステツプ制御は不要である。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図を用い詳細に説明する。

第１図は本発明のステッピングモータ制御方式の一実施
例を示す回路図で、２軸制御の場合を示してあり１回路
ブロック７と７′は同一回路構成である。

ステッピングモータ巻線５，６に流す励磁電流を制御す
るマイクロステップ駆動回路４，４′は第４図と同一構
成であり、本実施例では４ビツトＤ／Ａコンバータを使
用しているため、励磁電流を最大１６段階制御可能であ
る。マイクロコンピュータシステム側は、システムバス
あるいはＴ１０バス３０を介してアップダウンカウンタ
２のＣＬＫ端子にモータ駆動パルスを入力し、Ｕ／Ｄ端
子に正転・逆転信号を入力する６アツプダウンカウンタ
２の出力端子は、ＲＯＭ　（リード・オンリー・メモリ
）３の下位アドレスＡＯ”Ａ３に接続されており、ＲＯ
Ｍ３は、アップダウンカウンタ２のインクリメント、デ
クリメントに応じて各アドレスに書き込まれている励磁
パターンをデータ端子Ｄｏ”Ｄｅに出力する。マイクロ
ステップ駆動回路４，４′は、ＲＯＭ３のデータ端子Ｄ
ｏ−Ｄ９の出力信号に応じて１６段階までの励磁電流を
ステッピングモータ巻線５，６に流す。

ＲＯＭ３の上位アドレス領域には、あらかじめマイクロ
ステップ制御用励磁パターンを、下位アドレ領域には、
通常の１相励磁、１−２相励磁、２相励磁等の励磁パタ
ーンを書き込んでおく。

ＲＯＭ３の上位アドレス入力端子Ａｎに与える信号は、
マイクロコンピュータシステム側からラッチ回路１に書
き込むデータＤＯＬによりＩＩＨ”かＬＬ　Ｌ　ｌｊに
変えることができ、ＲＯＭａ内の２種類の励磁パターン
が選択可能である。

ａ　（２、８７ｄｅｇｒｅｅの場合Ａｎ＝″Ｈ”、α≧
２　、８７　ｄｅｇｒｅｅの場合Ａｎ＝“Ｌ”となるよ
うにマイクロコンピュータシステム側でラッチ回路１に
データＤＯＬを書き込むソフトウェアを用意する。

以上の設定により、長軸側の駆動パルス周波数が１０ｋ
ｐｐｓであるとすると、短軸側は次の動作を行う。

（Ａ）駆動パルス５００ＰＰＳ　以下の領域（αく２　
、８７　ｄｅｇｒｅｅ）では、ＲＯＭ３の上位アドレス
が選択されるため．マイクロステツプ制御による１６分
割高分解能駆動が行われる。

（Ｂ）駆動パルス５００ＰＰＳ以上の領域（α〉２　、
８７　ｄｅｇｒｅｅ）では、ＲＯＭ３の下位アドレスが
選択され、通常の１相励磁、１−２相励磁、２相励磁パ
ターンに切り替わるため高速駆動が可能となる。

以上はＲＯＭａ内の励磁パターンを２種類だけ書き込ん
でおき、αの大きさに応じて２段階に切り替える例であ
るが、破線で示す接続を追加するだけで、ＲＯＭａ内に
励磁パターンを８種類まで設定できることになり、駆動
パルス周波数に応じてよりきめ細かな制御が可能である
。ラッチ回路１のビット数を増やすことにより、さらに
励磁パターンを増やすことも容易にできる。

第１図においては、ラッチ回路１のみがＲＯＭ３の上位
アドレスを設定できるのではなく、通常のペリフェラル
アダプタ及びＲＡＭ　（リード・アクセス・メモリ）で
の代替が可能である。ＲＯＭ３は、　ＥＥＰＲＯＭ、Ｎ
ＶＲＲＡＭ、ＲＡＭニより代替可能テアル。

さらに、ＲＯＭ３の代替としてＲＡＭを用いた場合、マ
イクロコンピュータシステム側でソフトウェアにより励
磁パターンを書き込めるため、ラッチ回路１を取り外し
た構成とすることができる。

マイクロステップ駆動回路４，４′のＤ／Ａコンバータ
入力ビット数を増やすことにより、さらに高分解能化を
はかることができ、駆動回路の構成も第４図に示す例に
限られるものではない。また、ステッピングモータは２
相タイプに限られるものではなく．マイクロステツプ駆
動回路４，４′及びＲＯＭ３のビット数を単純に増やす
ことにより。

４相及び５相ステツピングモータにも対応可能である。

本実施例は２軸制御の例であるが、回路ブロック７及び
７′を単純に増やすことにより３軸以上の制御が可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のマイクロコンピュータシステム
を用いて高速駆動時の速度を低下させることなく、低速
度領域でのステッピングモータの高分解能駆動が可能と
なり、これにより高精度化、低振動化が実現できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のステッピングモータ制御方式の一実施
例を示す回路図、第２図は直線補間方式の説明線図、第
３図は高分解能駆動による直線補間方式の説明線図、第
４図はマイクロステップ駆動回路の一例を示す回路図で
ある。 １・・・ラッチ回路、２・・・アップダウンカウンタ、
３・・・ＲＯＭ、４，４′・・・マイクロステップ駆動
回路、５．６・・・ステッピングモータ巻線、７，７′
・・・回路ブロック、８・・・Ｄ／Ａコンバータ、９・
・・発振回路、１０・・・コンパレータ、１５〜１８・
・・スイッチ杢２図 （α） （ｂ） 馬！！動パル入 捲λ図 （Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロステツプ制御によつて複数のステツピング
   モータを駆動するシステムにおいて、マイクロステツプ
   制御回路のＤ−Ａコンバータに供給する励磁パターンデ
   ータをステツピングモータ駆動周波数に応じて切り換え
   ることのできる励磁パターンデータ選択回路を設けたこ
   とを特徴とするステツピングモータ制御方式。
2. ２．前記励磁パターンデータ選択回路は、前記Ｄ−Ａコ
   ンバータに供給する励磁パターンデータを前記ステツピ
   ングモータの共振周波数に応じて切り換えることができ
   るように構成してある特許請求の範囲第１項記載のステ
   ツピングモータ制御方式。
3. ３．前記励磁パターンデータは、ソフトウエアによつて
   発生させるようにしてある特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のステツピングモータ制御方式。
4. ４．前記マイクロステツプ制御回路で制御されるものが
   ソレノイド及びリニアアクチユエータである特許請求の
   範囲第１項記載のステツピングモータ制御方式。