JPH0417598A - ステッピングモータの駆動方法 - 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］ この発明は、ステッピングモータを負荷の大きさに応じ
て、最適の速度で効率よく駆動するステッピングモータ
の駆動方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ロボットアーム、Ｘ−Ｙテーブル等の位置制御等
に用いられているステッピングモータは、オープンルー
プによる制御が可能であるため、比較的簡単で、安価な
制御装置で駆動することができるという利点を有してい
る。

しかし、オープンループ制御では、過負荷などによって
生ずる脱調現象を駆動中に検出して、その発生を未然に
防止することができないという欠点がある。

このため、従来は、使用目的などに応じて負荷変動を予
測し、最大の負荷変動が生じた場合でも脱調しないよう
に、十分に余裕のあるトルクで駆動する方法が行われて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の方法では、特に負荷変動が大きい場合に
は、脱調を有効に防止するために、余裕トルク量を大き
くとらなければならず、高速化、高効率化が困難になる
という問題点がある。

また、クローズトループ制御によって駆動する方法も考
えられるが、脱調状態を検出するために、位置検出装置
なとの複雑な装置を設ける必要があり、制御装置が複雑
かつ高価になるという問題点がある。

この発明は上記課題を解決することを基本的な目的とし
、位置検出装置などの複雑な装置を設けることなく、加
速時に負荷状態を積出して、負荷に応じた！適の速度で
駆動することができるステッピングモータの駆動方法を
提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本願発明のステッピングモー
タの駆動方法は、低速で起動した後、負荷状態を検出し
つつ、加速し、負荷状態が脱調直前となった時に、加速
を中止するとともに速度を所定量減少させ、その後に高
速のスルー領域で駆動することを特徴とするものである
。

低速起動における初期速度は、必要に応じて、０または
適当な数値が選択される。

起動後の加速度も使用目的などによって適宜選択される
。なお、加速に際しては、速度を直線的に増加させる他
に、例えば、指数関数状や階段状に増加させることも可
能であり、要は、一定の取り決めに従って、速度を増加
させるものであればよい。

負荷状態の検出には、各種の方法を用いることが可能で
あるが、コイル電圧の測定によれば、簡易な装置で検出
が可能である。

その一方法としては、ステッピングモータのコイル電圧
を測定し、このコイル電圧と、ステッピングモータの速
度に対応した予測コイル電圧とを比較して差電圧を得る
ことによって負荷状態を検出する。

また、コイル電圧を利用する他の方法として、ステッピ
ングモータのコイル電圧を測定し、このコイル電圧と、
直前に測定したコイル電圧とを比較して、差電圧を得る
ことによって負荷状態を検出する方法を用いることも可
能である。

脱調直前か否かの判定は、負荷状態の横出方法に応じた
要素によりなされる。

例えば、コイル電圧と、ステッピングモータの速度に対
応した予測コイル電圧とを比較する方法では、比較結果
の差電圧が規定値以上となった時に、脱調直前と判定す
る。

この規定値は、脱調に対し、安全余裕を有するように、
経験間なとによって定める。したがって、規定値の選定
によって安全度を変えることができる。

また、コイル電圧と、直前に測定したコイル電圧とを比
較する方法では、差電圧が所定値以下となった時に、脱
調直前と判定する。

上記所定値は、前記規定値と同様に定めることが可能で
ある。

なお、上記コイル電圧の測定に際しては、直前の測定に
対し、測定時点の鎚が確定できるように行う。したがっ
て、直前測定と現測定とは、一定の時間差を有して行わ
れ、しかもその差は小さいのが望ましい。

各種横出方法によって脱調直前と判定した後、速度を所
定量減少させる６減少方法は、速度を、瞬時に所定値に
低下させる他に、負荷の慣性などを考慮して、所定の時
間内に徐々に減速することも可能である。

上記Ａ速量は、脱調のお＋れに対し、十分な安全性を有
するとともに、必要以上に減速して効率を低下させなう
ように定める。

なお、減速後は、高速のスルー領域で、所望時間駆動す
る。スルー領域での駆動後は、スローダウンなどの従来
方法によって、減速、停止することができる。

［作　用］ すなわち、この発明によれば、負荷状態を検出すること
によって、脱調直前状態が否かの情報が容易に得られ、
しかも、脱調直前状態までは、最適の加速状態で駆動す
ることができる。

そして、脱調直前の状態では、モータは、負荷に対し、
最大応答周波数で高速回転しており、この状態で所定量
の減速を行うことによって、脱調現象の発生が有効に防
止される。減速量を適当に選定することによって、ステ
ッピングモータは、脱調現象が生じない安全速度であっ
て、負荷に応じた最適の速度で高速に回転することにな
る。

なお、負荷状、Ｑを検出する際に、コイル電圧を測定す
る方法では、コイルには回転子の回転によって逆起電圧
が発生しており、コイルに印加された励磁電圧がら逆起
電力を廻し引いた電圧がコイル電圧として測定される。

また、前記した逆起電力は、モータの回転速度と相関関
係があり、回転速度に応じた逆起電力、すなわち、コイ
ル電圧が容易に算出される。したがって、励磁パルスと
モータの回転とが同期した状、籾では、測定コイル電圧
と、算出した予測コイル電圧とは一致する。

一方、モータの回転が同期状態からずれた状、靭では、
モータは遅れて回転することになり、逆起電力は、同期
時よりも低下する。このため、実測のコイル電圧は、同
期状態がずれる程、予測電圧よりも大きくなり、ついに
は、脱調現象が生ずる。従って、上記両型圧の差電圧が
、規定値以上となった時に、脱調直前であると判定する
ことができる。

また、コイル電圧を利用する他の方法では、測定したコ
イル電圧と、直前のコイル電圧とを比較するが、加速状
態では、モータの回転速度が一定の取り決めによって増
加しており、逆起電力すなわちコイル電圧は、加速状、
Ｑでは、時間の経過とともに減少する。

したが゛って、現在のコイル電圧と、直前のコイル電圧
との差電圧は、加速度と相関関係を有しており、加速度
が一定であれば、外電圧も一定値となる。干して、モー
タの回転が、同期状、籾からずれ始めたときには、コイ
ル電圧は、理論値よりも大きくなる。したがって、同期
状態で回転していた直前のコイル電圧との差電圧は理論
値よりも小さくなる。同期状態からのずれが大きくなる
と、差電圧はさらに小さくなり、ついには脱調現象を生
ずる。

したがって、上記超電圧が所定値以下となった時を脱調
直前状態として判定することができる。

［実施例］ 以上に、この発明の一実施例を第１図〜第４図に基づい
て説明する。

第１図は、実施例に用いられる位置制御ユニット１を示
すものであり、位置制御を行うステッピングモータ２と
ステッピングモータ２の駆動制御を行う制［ｊ３とによ
って構成されている。

上記制御部３の構成を以下に詳述する。

制御部３の外部がら、位置指令信号が入力端３ａに入力
されており、この入力端３ａに、ＣＰＵ５が接続されて
いる。

また、ステッピングモータ２の各コイル電圧の測定結果
を示す信号８１〜Ｓ４が、測定回路１゜からＡ／Ｄコン
バータ４に入力されており、Ａ／Ｄコンバータ４の出力
が、前記ＣＰＵ５に入力されている。

上記したＣＰＵ５には、駆動周波数を示すタイマデータ
が記録されたＲＯＭ６と、逐次データが記録されるＲＡ
Ｍ７とが接続されており、ＣＰＵ５の出力端には、Ｉ１
０ボート８を介してドライバユニット９が接続されてい
る。

ドライバユニット９の出力端には、４相のステッピング
モータ２のコイル端末線２１．２２．２３．２４が接続
されている。なお、２ａは、永久磁石からなる回転子で
ある。

また、上記各端末線２１〜２４には、抵抗Ｒ〜Ｒ８、コ
ンデンサ０１〜ｃ４、ダイオードＤ〜Ｄ８で構成された
測定回路ｉｏが接続されており、その出力信号８１〜ｓ
４は、前述したように、Ａ／Ｄコンバータ４に加えられ
ている。

なお、ＲＯＭ６では、第１表に示すように、所定のアド
レスに、タイマデータが記録されており、高番地になる
に従い、駆動周波数が比例して増加するようにデータが
作成されている。

第　　１　　表 上記装置の動作を、第３図に基づいて説明すると、外部
から、入力端３ａを通して、ＣＰＵ５に位置制ｖ９指令
信号（デジタル値）が入力される（ステップＰＩ）。

ｃｐｕｓでは、上記デジタル信号に従って、位置制御に
必要なステッピングモータ２の総回転ステップ数を算出
し、さらに、参照アドレスなどの必要な初期化を行う（
ステップＰ２）。

また、ＣＰＬＩ５では、参照アドレスに従って、ＲＯＭ
６からタイマデータを読み取り　（ステップＰ３）、そ
のデータ信号を、Ｉ１０ボート８を通してドライバユニ
ット９へと出力する（ステップＰ４）。

ドライバユニット９では、データ信号に従った周波数を
有するパルスを発生させ、そのパルスをステッピングモ
ータ２の各コイル端末線２１〜２４に加えて、ステッピ
ングモータ２をタイマデータで示される駆動周波数で回
転させる。

上記ｃｐｕｓでは、タイマなどによって所定時間毎に参
照アドレスを高番地へと変更しており（ステップＰ７）
、ステッピングモータ２に加えられる駆動周波数を時間
とともに高くして、ステッピングモータ２を加速状態で
運転する。

一方、ステップＰ５では、ステッピングモータ２のコイ
ル電圧が）り定されている。

すなわち、各コイル電流が、渭］定回路１０に入力され
、このｔａをダイオードＤ１〜Ｄ４．コンデンサ０１〜
Ｃ４で整流し、抵抗８５〜９８間で生じた電圧と、基準
電圧（ＤＣ５Ｖ）との差を、信号８１〜Ｓ４としてＡ／
Ｄコンバータ４に入力している（ステップＰ５１）。な
お、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、分圧用に用いている。

Ａ／Ｄコンバータ４では、信号８１〜Ｓ４をデジタル値
化してＣＰＬＩ５に入力する。ＣＰＵ５では、Ａ／Ｄコ
ンバータ４からの信号を受けて、これを−時的にＲＡＭ
７に記録するとともに（ステップＰ５２）、所定時間前
、すなわち直前に、同様にしてＲＡＭ７に記録した電圧
信号を読み出しくステップＰ５３）、両電圧の差分から
なる井電圧を得る（ステップＰ５４）。なお、珪電圧は
、各信号８１〜Ｓ４に応じてそれぞれ得られており、以
下に述べるステップＰ６における判定も各珪電圧毎に行
われる。

ステップＰ６では、ステップＰ５で得られた上記井電圧
と、予め設定した所定値とを比較し、上記丼電圧が所定
値を超えている時には、脱調直前状態ではないと判定す
る。この判定に従って、ステッピングモータ２の加速を
続行するように、駆動周波数の参照アドレスを、１番地
だけ高番地に変更した後（ステップＰ７）、ステップＰ
３へ移行し、上記各ステップをループして繰り退し処理
行う。

一方、加速の続行に従い、ステップＰ６で、丼電圧の１
つでも所定値以下となった時には、脱調直前と判定し、
ループから抜は出して、ステップＰ８へと移行する。

ステップＰ８、Ｐ９では、脱調直前状、咄と判定した際
の駆動周波数（２５０ＰＰＳ）が記録されたアドレス（
００Ａ番地）から、１番地前にアドレス（００９番地）
を戻すとともに、このアドレスのタイマデータを参照し
て、データ（２２５ＰＰ５）を取り出す。

このデータは、Ｉ１０ボート８がら、ドライバユニット
９へと出力され、ドライバユニット９で、データに基づ
いて発生させた上記駆動周波数によって、ステッピング
モータ２を高速スルー領域で定速駆動する（ステップｐ
　＋　ｏ）。

なお、ＣＰＵ５では、ステッピングモータ２に印加した
パルスの総数が加算されており、バルブ開度に応じた必
要なパルス数に基づいて、高速スルー領域で所定時間の
駆動を行い、その後、停止位置の数ステップ前から徐々
に、一定の割合で減速するスローダウンによって停止す
る（ステップＰ１１）。以上の駆動によって、所望の位
置制御が行われる。

上記の高速スルー領域の速度は、脱調のおそれがない最
高の速度であり、効率よく位置制御を行うことができる
。

なお、上記実施例では、差電圧を、予め定めた所定値と
比較して脱調直前か否かを判定したが、前回測定で得ら
れた差電圧と、今回ぶり定で得られた差電圧と比較する
ことによって、差電圧が所定値以下となったか否かを判
定することもでき、この場合には、所定値を予め設定す
る必要がない。

以上のように、上記実施例による制御方法では、負荷が
異なる場合でも、負荷に応じて自動的に最適の速度でス
テッピングモータが駆動される。したがって、負荷が大
きい場合には、第４図に点線で示すように、ステッピン
グモータは比較的１低速で作動し、負荷が小さい場合に
は、実線で示すように高速で作動し、負荷に見合った効
率のよいステッピングモータの駆動制御が実現する。

［発明の効果１ 以上説明したように、この発明のステッピングモータの
駆動方法によれば、低速で起動した後、負荷状態を検出
しつつ、加速し、負荷状態が脱調直前となった状態で、
加速を中止するとともに速度を所定量減少させ、その後
に高速のスルー領域で駆動するので、位置検出装置など
を用いることなく、負荷に応じた最適の速度でステッピ
ングモータを駆動でき、高速度、高効率での駆動が可能
になるという効果がある。

また、第２の発明では、ステッピングモータの４゜ コイル電圧を測定し、このコイル電圧と、ステッピング
モータの回転速度に対応した予測コイル電圧とを比較す
ることによって負荷状態を検出し、比較結果の差電圧が
規定値以上となった時に、脱調直前状、咄と判定するの
で、負荷状態の検出を簡易かつ正確に行うことができ、
簡単な制御装置でステッピングモータを高効率に駆動す
ることができる。

さらに、第３の発明では、ステッピングモータのコイル
電圧を測定し、このコイル電圧と、直前に測定したコイ
ル電圧とを比較して、差電圧を得ることによって負荷状
態を検出し、差電圧０９斤定値以下となった時に、脱調
直前状態と判定するので、負荷状、格の検出を連続して
正確に行うことができ、また、第２の発明と同様に簡単
な制御装置で高効率に駆動することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施イ列に用いられる位置制御
ユニットを示すブロック図、第２図はモータの駆動結線
図、第３図は実施例の制御手順を示すフローチャート、
第４図は同じくステップ数に対するパルスの駆動周波数
を示すグラフである。 ・・・位置制御ユニット ３・・・制御回路 ５・・・ＣＰＵ ８・・・ドライバユニット ０・・・測定回路 ２・・・ステッピングモータ ４・・・Ａ／Ｄコンバータ ６・・・ＲＯＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　低速で起動した後、負荷状態を検出しつつ、加速し
   、負荷状態が脱調直前となった時に、加速を中止すると
   ともに速度を所定量減少させ、その後に高速のスルー領
   域で駆動することを特徴とするステッピングモータの駆
   動方法 ２　ステッピングモータのコイル電圧を測定し、このコ
   イル電圧と、ステッピングモータの回転速度に対応した
   予測コイル電圧とを比較して差電圧を得ることによって
   負荷状態を検出し、差電圧が規定値以上となった時に、
   脱調直前と判定することを特徴とする請求項１記載のス
   テッピングモータの駆動方法 ３　ステッピングモータのコイル電圧を測定し、このコ
   イル電圧と、直前に測定したコイル電圧とを比較して、
   差電圧を得ることによって負荷状態を検出し、差電圧が
   所定値以下となった時に、脱調直前と判定することを特
   徴とする請求項１記載のステッピングモータの駆動方法