JPH03215194A - ステッピングモータの速度制御方法 - 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】 「産業上の利用分野コ 本発明はステッピングモータの速度制御方法の改良に関
する． ［従来の技術］ 一般に，ステッピングモータの駆動パルス周波数応答特
性は第６図中の起動トルク曲線（イ）および同図中の脱
出トルク曲線（口）に示すような特性曲線となる。

したかって．ステッピングモータを自起動可能領域を超
えて第６図中にハッチで示したスルー領域（ハ）まで高
速に運転した場合，ステッピソグモー夕は．その脱調を
回避しなから迩度な速度パターンにもとすいて加減速制
御を行う。

この時，従来の加減速制御方法においては，第４図に示
すように速度を直線的に増減し．すなわち加減速制御時
にステッピングモータを等加速度運動となるように運転
している。

ここで，一般にステッピングモータの運動方程式は次式
で表される。

Ｊ　・ｄｗ（ｔ）／ｄｔ十Ｄ　−　ｗ（ｔ）＋Ｔｆ＝Ｔ
・・・（１）ここで，Ｊはモータのロータ慣性，Ｄは粘
性係数，ｗ（ｔ）はロータの角速度，Ｔｆは静止摩擦ト
ルク，Ｔはモータの発生トルクである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の等加速度による直線加減制御方法（第１の従来例
）の場合，第４図で明らかなようにステッピングモータ
の起動時，加速から定速移行時．定速から減速移行時，
停止時に突然上記（１》式左辺の第１項の　Ｊ　−　ｄ
ｗ（ｔ　）／　ｄ　ｔ　　が変化することを意味し，こ
の変化直前のバランス状態が次のバランス状態に整定す
るまでの問のエネルギー消費として大きな振動が発生す
る。

この振動現象は．ステッピングモータを用いた軌跡制御
装置等においては甚だ不都合な現象であり，結果的にこ
れら装置の性能を低下させていた．この欠点を改善した
先行技術として特公昭６１３５７９９号公報に示す台形
加速度制御によるステッピングモータの駆動方式（第２
の従来例）が提案されている。

この方式は．第５図に示すように加速度を台形状とする
ことによってモータ駆動速度指令が起動時．加速から定
速移行時，定速から減速移行時停止時に緩やかな曲線を
もたせ，各々の速度変曲点で発生する振動を抑制するこ
とを目的の一つとしている。

ところで，第２の従来例のものも，加速度の急激な変化
に対して十分な対策が取られていないため，直線加減速
法と比較すると振動抑制効果はあるが，上記に述べたよ
うに加速度の変化によって運動方程式のバランスが崩れ
．振動が発生するという問題は解決されていなかった． 本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決するよ
うにしたステッピングモータの速度制御方法を提供する
ことを目的とする。

［課題と解決するための手段コ この課題を解決するために．本発明ではステッピングモ
ータが駆動されるときの運動方程式に注目し，加減速制
御時の加速度を滑らかに増減することによって運動方程
式（１）の左辺を緩やかに変化させ，この非線形加速度
から算出された速度パターンにしたがってモータ駆動を
行うようにしている。

さらに，詳しくいえば．本発明は所定の加減速制御指令
にも基づいた速度パターンに従って駆動されるステッピ
ングモータの速度制御方法において，加減速制御時にお
ける加速度が連続的な曲線て増減されるように前記速度
パターンを構成し，この速度ベターンに基づいて前記ス
テッピングモータ含速度制御するようにしたステッピン
グモータの速度制御方法に関する。

この場合，加減速時の加速度の時間特性としてｓｉｎ関
数のものを使用し，これを１回積分して速度パターンを
得るようにしたステッピングモータの速度制御方法とす
ることができる。

また，ステッピングモータの起動時，加速から定速移行
時，定速から減速移行時，停止時における加速度が連続
的な曲線で増減されるように速度パターンを構成し．こ
の速度パターンに基づいてステッピングモータを速度制
御するようにしたステッピングモータの速度制御方法と
することが望ましい． なお，この場合，加減速時の加速度の時間特性としてｓ
ｉｎ関数の波形に対して起動時，加速から定速移行時，
定速から減速移行時，減速から停止移行時をゆるやかな
曲線としたものを１回積分して速度パターンを得るよう
にしたステッピングモータの速度制御方法とすることが
できる。

［作用］ 本発明のようにステッピングモータを加減速時における
加速度が連続的に緩やかな曲線で変化するように速度制
御することによって，振動を抑制しながら高速回転領域
まで運転が可能となる．「実施例］ 以下第１図および第２図に示す第１および第２の実施例
により本発明を具体的に説明する．ａ．第１の実施例 第１図は本発明の第１の実施例を示す加減速時の加速度
および速度の時間特性図（制御パターン）である。

第１の実施例のものでは．加減速時の加速度に対する時
問変化をｓｉｎ関数で表されるパターンとしている。

この場合，加減速時の加速度は，ステッピングモータの
起動から定速移行時までおよび減速移行時から停止まて
の間ｓｉｎ関数の連続的な曲線にしたがって徐々に増減
され，加減速時の途中に直線的に折れ曲がる変化かない
ことから．（１）式の運動方程式左辺の第１項が緩やか
に変化する。

この結果，発生する　（１）式のアンハランスが緩やか
であることからステッピングモータの振動を励起するに
至らず，加減速時の回転が滑らかに行われる。

したがって，第５図に示した従来例の台形加減速制御法
の場合にみられる加減速時の中間で発生する振動も抑制
可能となる。

実際にステッピングモータを駆動する場合の一例として
は，　　ｓｉｎ関数で表現された加速度を一回積分を行
い，算出された結果を速度データテーブルとして読み出
し専用メモリ（ＲＯＭ）に格納しておく． 次に駆動指令が入力されたら．前記速度データテーブル
から順次データを待ち時間処理手段に呼び出し，所定タ
イミングで駆動パルスをステッピングモータに送り込め
ばよい。

本実施例の方法でステッピングモータを駆動した場合．
振動抑制効果を改善した第２の従来例（第５図）より大
幅に振動抑制効果を発揮できる。

なお，上記実施例では．加速度の増減をｓｉｎ関数とし
た場合について説明しているが，　　ｓｉｎ関数にこだ
わらず，ステッピングモータ駆動系の条件に適合するよ
うに適切な他の曲線を用いて連続的に滑らかに加速度の
増減を行えば，同様の効果を得ることができる。

ｂ．第２の実施例 第２の実施例は，振動抑制効果をさらに，ステッピング
モータの起動時，加速から定速移行時，定速から減速移
行時，停止時にも波及させるようするため，第２図に示
すように．加速度の増減をステッピングモータの起動時
．加速から定速移行時，定速から減速移行時，停止時に
おいても緩やかな曲線で行うようにしたものである。

このようにすると，ステッピングモータの起動から停止
に至るまでの間振動を大幅に抑制し，滑らかな回転駆動
を行うことが可能となる．なお，実際にステッピングモ
ータを駆動する方法の一例としては，第２図に示すよう
に．加減速時の加速度の時間特性としてｓｉｎ閏数の波
形に対して起動時，加速から定速移行時，定速から減速
移行時，減速から停止移行時をゆるやかな曲線としたも
のを１回積分して速度パターンを得るようにし，この速
度パターンに基づいてステツビングモー夕の速度制御を
行えばよい。

第２図の方法による振動抑制効果を，第２の従来例（第
５図）の方法と比較するため．供試ステツビングモータ
の回転軸にタコジェネレータを装着し，実際の駆動時に
おける速度変化の状態を第３図に示す． 第３図（イ）中，実線で示したものは本発明による第２
図の加減速制御法によって駆動されてステッピングモー
タの速度変化を，同図（口）中，実線で示したものは第
２の従来例の加減速制御法によって駆動された同一ステ
ッピングモータの速度変化を夫々示している。

また．第４図（イ），（口）中，破線で示したものは夫
々目標とする速度一時間特性のパーンを示す。

同図（イ），（口）を比較すれば．本発明によるステッ
ピングモータ駆動方式が振動抑制効果の面で優れている
ことが判る。

「発明の効果］ 上記のように，本発明のステッピングモータ速度制卿方
法ではステッピングモータが駆動されるときの運動方程
式に注目し．加減速制御時の加速度を滑らかに増減する
ことによって運動方程式の左辺を緩やかに変化させ，こ
の非線形加速度から算出された速度パターンにしたがっ
てモータ駆動を行うように制御しているから，高速運転
を目的としてステッピングモータの加減速制御を行う際
に，従来のように加速度の急激な変化に伴い発生する振
動は抑制され，滑らかな回転駆動を実現して良好な軌跡
制御を行うことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は夫々本発明の第１および第２の各
実施例における加速度一時間特性図，速度時間特性図で
ある。 第３図は本発明と従来例のものとを比較して示した速度
一時間特性図である。 第４図および第５図は夫々従来例における加速度一時間
特性図，速度一時間特性図である。 第６図はステッピングモ 夕の駆動パルス周波 数応答特性図である９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の加減速制御指令にも基づいた速度パターンに
   従って駆動されるステッピングモータの速度制御方法に
   おいて、加減速制御時における加速度が連続的な曲線で
   増減されるように前記速度パターンを構成し、この速度
   パターンに基づいて前記ステッピングモータを速度制御
   するようにしたことを特徴としたステッピングモータの
   速度制御方法。 ２、ステッピングモータの起動時、加速から定速移行時
   、定速から減速移行時、減速から停止移行時における加
   速度が連続的な曲線で増減されるように速度パターンを
   構成し、この速度パターンに基づいてステッピングモー
   タを速度制御するようにした請求項１記載のステッピン
   グモータの速度制御方法。 ３、加減速時の加速度の時間特性としてｓｉｎ関数のも
   のを使用し、これを１回積分して速度パターンを得るよ
   うにした請求項１記載のステッピングモータの速度制御
   方法。 ４、加減速時の加速度の時間特性としてｓｉｎ関数の波
   形に対して起動時、加速から定速移行時、定速から減速
   移行時、減速から停止移行時をゆるやかな曲線としたも
   のを１回積分して速度パターンを得るようにした請求項
   ２記載のステッピングモータの速度制御方法。