JPH0386099A - ステッピングモータの加減速制御方法 - 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） 本発明はステッピングモータの加減速制御方法に関し、
特にステッピングモータの速度−トルク特性を考慮して
加減速度を設定するようにしたステッピングモータの加
減速制御方法に関する。

（従来の技術） 近年、ステッピングモータは、半導体ウェーハ、ＩＣデ
バイスの製造やレーザ加工等に使用される精密位置決め
テーブル（ＸＹテーブル）等の駆動に用いられているが
、その駆動精度向上と共に、作業能率の向上も要求され
ている。

例えば、上記の種類のＸＹテーブルに使用される場合は
、テーブルの位置決めのためにテーブルが所要距離を移
動するのに要する時間は、ステッピングモータの起動か
ら停止までの駆動時間によって決まるため、その駆動時
間の短縮化を図ることは作業能率の向上につながる。

一方、ステッピングモータの駆動は、パルス発生用コン
トローラにより制御されているが、ステッピングモータ
の加減速度、即ち、起動してから高速域に達するまでの
加速度及びその高速域から停止するまでの減速度は、ス
テッピングモータの回転速度に拘らず、即ち低速域と高
速域とで同一の加減速度であった（直線加減速）。

しかし、通常、ステッピングモータの出力トルクは、第
５図に示すように回転速度の増加とともに低下する傾向
にあり、出力トルクは低速域においては大きく、高速域
においては小さいという特性を有している。

ところが、従来のステッピングモータの直線加速及び直
線減速は、低速域から高速域に亘り高速域の比較的低い
一定トルクに合わせて比較的小さい加減速度に設定して
いるため、低速域においても高速域の低いトルクに合わ
せた比較的小さい加減速度が適用されることになり、低
速域では比較的高いトルクに合わせてより大きな加減速
度が得られるにも拘らずこれを利用しないため、ステッ
ピングモータの低速域の加減速に要する時間が高速域と
同じく長いと云う問題点があった。

また、上述したステッピングモータの直線加速及び直線
減速に依ると、該モータの起動時にも上記一定加速度が
適用されるため瞬時に駆動トルクが作用する一方、該モ
ータの停止時には上記−足載速度が適用されるため瞬時
に制動トルクが零となるために、起動時及び停止時の過
渡時のトルク変動が大きく、従って振動が大きくなると
云う不具合もあった。

（発明の目的） 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、ステッピングモータの加減速に要する
時間の短縮化を図るとともに、該モータの起動時、停止
時の振動抑制を図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項１は低速域での出力ト
ルクが高速域での出力トルクより大きいステッピングモ
ータの加減速制御方法において、前記ステッピングモー
タの出力トルクに応じて低速域における加減速度を高速
域における加減速度よりも大きい値に切換えることを特
徴とするものである。

請求項２は低速域での出力トルクが高速域の出力トルク
より大きいステッピングモータの加減速制御方法におい
て、前記ステッピングモータの出力トルクに応じて低速
域における加減速度を高速域における加減速度よりも大
きな値に切換えるとともに、前記ステッピングモータの
起動時及び停止時の加減速度を小さい値に切換えること
を特徴とするものである。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の加減速制御方法が適用されるステッピ
ングモータの駆動制御装置の全体構成を示すブロック図
である。ステッピングモータｌは、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）から成る指令装置（パルス発生用コントローラ）２
からの指令に応じて、モータ駆動装Ｍ３を介して、その
回転加減速度、回転速度、回転角度等を制御されるとと
もに、該モータＩの回転に応じて、例えば位置決めテー
ブル４の移動制御が行われる。ステッピングモータｌは
、指令装置２かもの指令パルス信号のパルス周波数に比
例してモータ回転速度が変化し、該パルス周波数の時間
当りの変化量（増加量、減少量）はモータ回転の加減速
度を決定する。

第２図（ａ）、　　（ｂ）、　　（Ｃ）は本発明のステ
ッピングモータの加減速制御方法を実行するためのプロ
グラムフローチャートを示す図であり、同図（ａ）はス
テッピングモータのスタートから停止までの基本モード
制御ルーチンのフローチャートを示す図、又、同図（ｂ
）、（ｃ）は夫々、加速指令モード、減速指令モード制
御サブルーチンのフローチャートを示す図である。これ
らのプログラムは、指令装置２において実行される。

第２図（ａ）において、先ずプログラムがスタートする
と、ステッピングモータが起動されると同時に加速指令
により同図（ｂ）の加速指令モードが実行され（ステッ
プ２０１）　、回転速度が所定の目的速度に到達するま
で加速される。モータの回転速度が該目的速度に到達す
ると定速指令モードが実行され（ステップ２０２）　、
該目的速度を位置決めテーブル４の移動すべき距離に応
じた所要時間保持する。該所要時間経過後、減速指令に
より同図（Ｃ）の減速指令モードが実行され（ステップ
２０３）、モータの回転が減速、停止し、本プログラム
が終了する。

第２図（ｂ）の加速指令モードでは先ず、ステップ３０
１において低速用加速度の設定を前記パルス周波数の時
間当りの増加量（増加度合）を決定することにより行う
、即ち、第５図において低速域内の切換速度Ｖ１（例え
ばｌ、　２００ｒｐｍ）が設定され、該切換速度ｖ１に
達するまでの低速域の加速度は、該切換速度■１時のモ
ータ出力トルクＴ＋（＞Ｔｔ、例えば４ｋｇｆ−ａｍ）
に応じた比較的大きな、所定加速度α目こ設定されてい
る。従って低速域Ｖｏ−Ｖｌにおいては、加速度が上記
低速用の所定加速度α１となるように、周波数の増加度
合が一定（例えば５０，０００パルス／５ｅｃ２）であ
るパルス信号が指令装置２から出力され、ステッピング
モータ１は該入力パルス信号の周波数に応じた比較的大
きな加速度α１で加速される。

次に該低速用加速度α１で加速中の現在速度Ｖを読込み
（ステップ３０２）　、ステップ３０３において、現在
速度Ｖが最終の目的速度Ｖ２に達しているか否かを判別
する。その答が否定（Ｎｏ）の場合、即ちＶ　（Ｖ　２
が成立するときには、現在速度Ｖが目的速度ｖ２に達し
ていないと判別して、ステップ３０４において、現在速
度Ｖが前記切換速度Ｖｌより高いか否かを判別する。そ
の答が否定（Ｎｏ）の場合、即ちＶ　（Ｖ　１が成立す
るときには、現在速度Ｖが切換速度ｖ１に達していない
と判別して、前記ステップ３０２−３０４を実行する。

一方、ステップ３０４の答が肯定（Ｙｅｓ）の場合、即
ちＶ≧ｖＩが成立するときには、ステップ３０５におい
て、加速度の切換を行う。即ち、ステップ３０１と同様
に、切換速度Ｖ＋から前記目的速度ｖ２までの高速域に
おける加速期間の加速度は、該目的速度Ｖ２時に得られ
るモータ出力トルク”２　（＜’ｒ＋、例えば２ｋｇｆ
−ｃｍ）に応じた比較的小さな所定加速度α２に設定さ
れる。即ち、高速域においては、加速度を上記所定加速
度αに切換えるべくパルス信号のパルス周波数の増加度
合は２５，０００パルス／ｓｅｅ”に設定される。従っ
て、ステッピングモータｌは、比較的小さなトルクＴｚ
（（Ｔｔ）に応じた比較的小さな加速度α２（くα１）
で加速される。次に前記ステップ３０２−３０３を実行
し、該高速用加速度α２で加速中の現在速度Ｖを読込み
、現在速度Ｖが目的速度ｖ２に達しているか否かを判別
する。そのステップ３０３の答が肯定（Ｙｅｓ）の場合
、即ちＶ＝Ｖ２が成立するときは、現在速度Ｖが目的速
度Ｖ２に達したと判別して、本プログラムを終了する。

ステップ３０３の答えが否定（Ｎｏ）の場合は前述のと
おりステップ３０４を実行し加速を続ける。

このように、本発明の加速制御方法に依れば、モータ回
転速度Ｖが低速域（Ｖ　（Ｖ　＋　）のときの加速は、
低速域の比較的大きいモータ出ノＪトルクＴＩに合わせ
て設定された比較的大きい加速度旧によって行うように
したので、従来の、高速域の比較的小さいモータ出力ト
ルクＴ２に合わせて設定された加速度α２のみによって
低速域がら高速域に亘って加速する直線加速に比較して
、より早く目的速度Ｖ２に達することができる。

第２図（ｃ）の減速指令モードでは、先ず、ステップ４
０１において、高速用減速度の設定をパルス周波数の時
間当りの減少量（減少度合）を決定することによって行
う。即ち、第５図において現在速度Ｖが高速域内の前記
目的速度ｖ２で回転しているときの該高速域からの減速
度は、該目的速度Ｖ２時のモータ出力トルクＴ２に応じ
た比較的小さな所定減速度β２に設定されている。従っ
て、高速域からの減速（Ｖ２−Ｖｔ）は、上記高速用の
所定減速度β２となるように、周波数の減少度合が一定
（例えば−２５，０００パルス／５ｅｃ２）であるパル
ス信号が指令装置２から出力され、ステッピングモータ
１は該入力パルス信号の周波数の減少度合に応じた比較
的小さな減速度β２で減速される。

次に、該高速用減速度β２で減速中の現在速度Ｖを読込
み（ステップ４０２）　、ステップ４０３において、現
在速度Ｖが零であるか否かを判別する。その答が否定（
Ｎｏ）の場合、即ち、Ｖ−ｌ−Ｏが成立するときには、
ステップ４０４において現在速度Ｖが前述したステップ
３０４と同様に低速域に設定された切換速度ＶＩより低
いか否かを判別する。その答が否定（Ｎｏ）の場合、即
ちｖ＞ＶＩが成立するときには、現在速度Ｖが減速して
切換速度Ｖ１に達していないと判別して、前記ステップ
４０２−４０４を実行する６一方、ステップ４０４の答
が肯定（Ｙｅｓ）の場合、即ちＶ≦Ｖ＋が成立するとき
には、ステップ４０５において減速度の切換を行う。即
ち、ステップ４０１と同様に切換速度ｖ１からモータ回
転停止までの低速域の減連期四の減速度は、該切換速度
ＶＩ時に得られるモータ出力トルクＴＩ　（＞Ｔ２）に
応じた比較的大きな所定減速度β目こ設定される。即ち
、低速域Ｖｌ−Ｖｏにおいては減速度を上記所定減速度
βｌに切換えるべく、パルス信号のパルス周波数の減少
度合は−５０，０００パルス／ｓｅｅ”に設定される。

従って、ステッピングモータｌは、比較的大きな制動ト
ルクＴｌ　（＞Ｔ２）に応じた比較的大きな減速度β１
で減速される。次にステップ４０２−４０３を実行し、
該低速用減速度β！で減速中の現在速度Ｖを読込み、現
在速度Ｖが零であるか否かを判別する。そのステップ４
０３の答が肯定（Ｙｅｓ）の場合、即ちＶ＝０が成立す
るときには、モータ回転が停止したと判別して、本プロ
グラムを終了する。ステップ４０３の答えが否定（Ｎｏ
）の場合は前述のとおりステップ４０４を実行し減速を
続ける。

このように、本発明の減速制御方法に依れば、モータ回
転速度Ｖが減速されて低速域（Ｖ≦Ｖ＋）に入るときに
は、低速域の比較的大きいモータ出力トルクＴｘ　（＞
１’２）に合わせて設定された比較的大きい減速度β１
によって行うようにしたので、従来の、高速域からの減
速開始時の比較的小さいモータ出力トルクＴ２に合わせ
て設定された減速度β２のみによって高速域から低速域
に亘って減速する直線減速に比較して、より早くモータ
回転を停止させることができる。

第３図は、本発明の加減速制御方法に依るステッピング
モータ駆動時間の短縮化を説明する図であり、ステッピ
ングモータの速度変化を本発明の方法、従来の方法の夫
々の場合で示している。従来の方法に依ると、Ｌｏ→Ｌ
＾間の加速は一定加速度α２（ｔｏ−＋ｔ＾間の速度Ｖ
の傾き）で行われる直線加速であり、またｔａ−ｅｔｃ
間の減速は一定加速度α２（ｕＢ−＋ｔｃ：間の速度Ｖ
の傾きの絶対値）で行われる直線減速である。−力、本
発明の方法に依ると、ｔｏ−＋ｔｔ間、即ち速度Ｖが切
換速度Ｖ＋に達するまでの加速度α璽は低速域の比較的
大きいトルク′Ｆ１に合わせて設定しているため、ｔｏ
→１＋間の加速度α１はＬｌ−ｔａ間の加速度α２より
大きく、ＬＯ→Ｌｕ間、即ち現在速度Ｖが目的速度Ｖ２
に達するまでの加速は切換速度Ｖ１を境目として２段階
で行われる。また、Ｌｗ−４ｔ、ｖ間、即ち現在速度Ｖ
が切換速度Ｖ＋から零になるまでの減速度β１は低速域
の比較的大きいトルク１”ｌに合わせて設定しているた
め、Ｌ■→Ｌｖ間の減速度βｌはＬｍ−４１，ｖ間の減
速度β２より大きく、Ｌｍ−ｅｊｖ間、即ち速度Ｖが高
速域の速度■２から零になるまでの減速は、切換速度Ｖ
＋を境目として２段階で行われる。

従って、モータのトータル回転数、即ち速度の時間分積
分値は同一に保持されていても、その駆動時間を従来の
（ｊｃ−ｔｏ）　　（例えば０．２ｓｅｃ）がら（Ｌｖ
−ｔｏ）　　（例えば０．１３秒）へ、その差分の（ｊ
ｃ　−ｊｖ）（０，０７ｓｅｃ）だけの時間短縮（約３
５％減）ができる。このような大０Ｊな時間短縮は、例
えばＸＹテーブルのテーブル移動に要する時間の短縮化
につながり、ＸＹテーブルを用いた作業の能率向上を図
ることができる。

更に、上述した本発明の加減速制御方法の特徴である段
階的加減速制御方法を活用して、ステッピングモータの
起動時、停止時の過渡時の振動を低減することができる
。第４図は、本発明の別の実施例を示し、この実施例は
起動時、停止時の振動低減を図るものであり、第３図と
同様に、ステッピングモータの速度変化を、本発明の方
法、従来の方法の夫々の場合で示している。実施例に依
ると、第３図の２段階加減速度設定に対して更にステッ
ピングモータの起動時（ＬＯ−ｔｔ）及び停止時（ｔ２
−ｔａ）に夫々の加減速度α３．β３を設定する。即ち
、前述した第２図（ｂ）、　　（ｃ）の加減速指令モー
ドにおける加減速度設定に加え、起動時、停止時に対応
する極低速域内の切換速度Ｖｏを設定し、該速度ＶＯ以
下での加減速度α３゜β３を、低レベルのトルクＴｏ（
第５図）に合わせて小さな値（くα２．β２）に設定す
る。従ってステッピングモータの起動時、停止時の加減
速度α３゜β３を、従来の直線加減速による加減速度α
２．β２より緩やかにすることができ、起動時、停止時
の過渡的なトルク変動が小さくなり、振動を大１１１に
低減できる。

上述した本発明の方法に依る加減速トルクの設定に依れ
ば、従来の方法に依る加減速度は、前述したように目的
速度Ｖ２時に得られる比較的小さなモータ出力トルクＴ
２に合わせて設定していたために加減速トルクとしては
、第５図の領域Ｂしか利用していなかったのに対し、本
発明の方法に依る加減速度は、前述したように低速域に
おいては切換速度Ｖ１時に得られる比較的大きなモータ
出力トルクＴｔに２”ｒ２）に合わせて設定するように
したので、低速域での加減速トルクとしては、第５図の
領域Ｂに加えて領域Ａをも利用できる。

このように、本発明に依ると、低速域の加減速度は従来
の方法に依る加減速度と比較して、その加減速トルクＴ
Ｉ、Ｔ２に応じて約２倍に設定することができる。また
、モータの起動時、停止時には前述したように、切換速
度ＶＯ及びトルクＴｏを設定し、第５図の領域Ｃを利用
するようにしている。

尚、上記各実施例においては、２段階または３段階の加
減速度設定としたが、本発明はこれに限られるものでは
なく、ステッピングモータの速度−トルク特性に合わせ
て、更に多段階の加減速度設定としてもよい。

（発明の効果） 以上許述したように、本発明の請求項１に依れば、低速
域での出力トルクが高速域での出力トルクより大きいス
テッピングモータの加減速制御方法において、前記ステ
ッピングモータの出力トルクに応じて低速域における加
減速度を高速域における加減速度よりも大きい値に切換
えることを特４゜ 徴とするので、ステッピングモータの加減速に要する時
間を短縮でき、従って、ステッピングモータの駆動時間
を大巾に短縮して作業能率の向上を図ることができる。

また、本発明の請求項２に依れば、低速域での出力トル
クが高速域の出力トルクより大きいステッピングモータ
の加減速制御方法において、前記ステッピングモータの
出力トルクに応じて低速域における加減速度を高速域に
おける加減速度よりも大きな値に切換えるとともに、前
記ステッピングモータの起動時及び停止時の加減速度を
小さい値に切換えることを特徴とするので、ステッピン
グモータの駆動時間を大＋１３に短縮することができる
とともに、該モータの起動時、停止時の振動を大巾に低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用されるステッピングモータの
全体構成を示すブロック図、第２図（ａ）。 （ｂ）、　　（Ｃ）は本発明の方法を実行するためのプ
ログラムのフローチャートであり、第２図（ａ）は基本
モードプログラムのフローチャート、第２図（ｂ）は加
速指令モード制御サブルーチンのフローチャート、第２
図（ｃ）は減速指令モード制御サブルーチンのフローチ
ャート、第３図は本発明の方法に依るステッピングモー
タ作動時間短縮化を示す図、第４図は本発明の方法に依
るステッピングモータの起動時、停止時の振動低減を説
明する図、第５図は本発明の方法に依る加減速度を決定
するときのトルク設定を説明する図である。 ｌ・・・ステッピングモータ、２・・・指令装置（パル
ス発生用コントローラ（加減速指令モード））、３・・
・モータ駆動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低速域での出力トルクが高速域での出力トルクより
   大きいステッピングモータの加減速制御方法において、
   前記ステッピングモータの出力トルクに応じて低速域に
   おける加減速度を高速域における加減速度よりも大きい
   値に切換えることを特徴とするステッピングモータの加
   減速制御方法。 ２、低速域での出力トルクが高速域の出力トルクより大
   きいステッピングモータの加減速制御方法において、前
   記ステッピングモータの出力トルクに応じて低速域にお
   ける加減速度を高速域における加減速度よりも大きな値
   に切換えるとともに、前記ステッピングモータの起動時
   及び停止時の加減速度を小さい値に切換えることを特徴
   とするステッピングモータの加減速制御方法。