JPH05333933A - ステッピングモータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータによる閉ループ位置制御
を容易にかつ安価に構成できるようにする。 【構成】 両軸型ステッピングモータ１にロータリーエ
ンコーダ２と駆動対象装置３を連結する。コントローラ
５によりステッピングモータ１を時計方向または反時計
方向へ回転させる。コントローラ５は、 外部のコンピ
ュータからの制御入力に基づいてステッピングモータ１
の動作モードを選択設定し、速度設定指令パルス信号Ｐ
とロータリーエンコーダ２のフィードバックパルス信号
Ａのパルス数との差に応じた回転方向指令パルス信号Ｑ
を比較手段２１から出力させる。回転方向指令パルス信
号Ｑによって判別手段２５が追従動作の完了を判別す
る。最大限位置センサ８または最小限位置センサ９の検
出信号Ｃか追従未完了信号Ｔのいずれか一方でも非常停
止判別手段２４に入力すると駆動対象装置３が停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータを用
いてサーボ式システムを構成したステッピングモータ駆
動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにロボットや工作機械の動作
速度制御や位置制御には、サーボモータとそのフィード
バック制御システムからなるサーボシステムが多用さて
いる。一方、本格的なサーボシステムを必要とするほど
ではないがある程度の位置制御を必要とする場合には、
高価なサーボモータ、サーボシステムではなくステッピ
ングモータを用いたシステムの採用を考えることが多
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
ピングモータを用いるとオープンループになるため脱調
現象や位置ずれ現象を起こしやすく、十分な位置制御が
難しい場合が多くなり、またステッピングモータの閉ル
ープ制御を行なおうとするとシステムが複雑にならざる
を得ず高価なものになってしまうという問題があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なしたもので、ステッピングモータによる閉ループ位置
制御を簡単に行なえ、しかもシステムを安価に構成でき
るステッピングモータ駆動制御装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステッピン
グモータ駆動制御装置は上記目的を達成するために、両
軸型のステッピングモータと、該ステッピングモータの
一方の軸端に連結して回転角を検出しこれに対応するパ
ルス信号を出力するロータリーエンコーダと、上記ステ
ッピングモータを時計方向または反時計方向へ回転駆動
するドライバ回路と、上記ステッピングモータの他方の
軸端に連結して駆動される駆動対象装置の原点位置、最
大駆動位置及び最小駆動位置を検出するセンサ手段と、
上記ドライバ回路を制御する制御手段とからなり、該制
御手段は、外部から入力される動作指令信号に基づいて
駆動パルス発生指令信号を出力する演算手段と、該駆動
パルス発生指令信号に対応するパルス信号を発生するパ
ルス発生手段と、上記ロータリーエンコーダが出力する
パルス信号と上記パルス発生器から入力するパルス信号
とを比較し、両パルス信号の差に対応する駆動パルス信
号を上記ドライバ回路に対して出力する比較手段とから
なる構成としてある。

【０００６】また本発明に係るステッピングモータ駆動
制御装置は、上記比較手段の出力する駆動パルス信号に
基づいて上記動作指令信号に対する上記ステッピングモ
ータの追従動作完了を判別する手段を上記制御手段が備
える構成とすることができる。

【０００７】さらに本発明に係るステッピングモータ駆
動制御装置は、上記追従動作完了を判別する手段から出
力される追従不完了信号または上記センサ手段からの最
大駆動位置もしくは最小駆動位置検出信号の入力によ
り、上記比較手段に対して停止信号を出力し、上記ステ
ッピングモータの作動を停止させる非常停止判別手段
を、上記制御手段が有する構成とすることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係るステッピングモーター駆動制御
装置の位置実施例を示すブロック図で、図中１はステッ
ピングモータ、２はロータリーエンコーダ、３は駆動対
象装置、４はステッピングモータドライバ、５はコント
ローラである。

【０００９】ステッピングモータ１は両軸型のものであ
り、一方の軸端にカップリング６を介してロータリーエ
ンコーダ２を連結し、他方の軸端に駆動対象装置３を直
接にまたは適宜の機構を介して間接に連結してある。も
ちろん、カップリング６には、ステッピングモータ１と
ステッピングモータ１の回転角度を検出しフィードバッ
クパルス信号Ａを発生させるロータリーエンコーダ２の
間を伝達誤差のないように連結できるものを採用する。
ステッピングモータドライバ４は、コントローラ５の制
御のもとで、ステッピングモータ１を時計方向または反
時計方向へ回転駆動する。図中７は原点位置センサ、８
は最大限位置センサ、９は最小限位置センサであり、そ
れぞれ駆動対象装置３の原点、最大限、最小限の各位置
を検出するよう所定の位置に配置してある。図中Ｂは原
点位置千差７の検出出力、Ｃは最大限位置センサ８また
は最小限位置センサ９の検出出力を示す。

【００１０】コントローラ５は、演算制御回路１０、
外部のコンピュータなどからの制御入力側の入力回路１
１及び出力回路１２、ステッピングモータドライバ４へ
の駆動信号Ｄの出力回路１３及び上述した各位置センサ
７〜９の検出出力Ｂ、Ｃを入力する入力回路１４、さら
にロータリーエンコーダ２からのフィードバックパルス
信号Ａを入力するための入力回路１５を備えている。入
力回路１１へは外部のコンピュータから追従動作指令信
号（設定位置追従指令信号Ｅと原点位置追従指令信号
Ｆ）や位置設定指令信号Ｇ、回転方向指令信号Ｈなどが
入力され、出力回路１２からは追従完了信号Ｉやアラー
ム信号Ｊなどが出力する。なお、外部のコンピュータか
らの入力回路１１への信号入力については、入力回路１
１の機能の一部をＲＳ２３２Ｃコネクタにより担うよう
にすれば、本実施例に係るコントローラ５を複数並設し
て複数の駆動対象装置３を並列的に制御できるようにな
る。

【００１１】演算制御回路１０は、モード選択手段１
６、ロジック判別手段１７、演算手段１８、 速度設定
手段１９、パルス発生手段２０、比較手段２１、追従完
了判別手段２２、位置決め幅選択手段２３、 非常停止
判別手段２４を備えており、これらは例えばマイクロコ
ンピュータにより達成される機能と、マイクロコンピュ
ータに付属するスイッチ類により各手段に相当する電気
的回路もしくは機械的回路として構成することができ
る。

【００１２】モード選択手段１６は、内外部からの信号
に基づいてステッピングモータ１の動作モードを後述す
る追従動作や原点復帰動作などの動作モードに選択設定
するものである。外部からは位置設定指令信号Ｇと回転
方向指令信号Ｈとが入力回路１１を介して入力され、ま
た内部的には原点位置センサ７の検出出力Ｂが入力する
ようになっている。またロジック判別手段１７には、外
部のコンピュータから入力回路１１を介して入力される
設定位置追従指令信号Ｅ及び原点位置追従指令信号Ｆ
と、モード選択手段１６の出力信号Ｋとが入力し、比較
手段２１への動作トリガＴｒを発生させると共に、演算
手段１８に対するモード判別信号Ｌを出力するようにな
っている。

【００１３】演算手段１８は、ロジック判別手段１７か
ら入力するモード判別信号Ｌと、速度設定手段１９から
入力する加速、減速、一定速度の速度設定指令信号Ｍと
からパルス発生手段２０に対して駆動パルス発生指示信
号Ｎを出力する。パルス発生手段２０は、演算手段１８
からの指令信号入力にともなって比較手段２１に対する
速度設定指令パルス信号Ｐを発生させる。この速度設定
指令パルス信号Ｐは、非常停止判別手段２４を介して比
較手段２１に入力する。

【００１４】比較手段２１は、非常停止判別手段２４を
介して入力する速度設定指令パルス信号Ｐのパルス数
と、入力回路１５を介して入力するロータリーエンコー
ダ２のフィードバックパルス信号Ａのパルス数とを比較
し、比較結果、即ち両パルス数の差に応じた回転方向指
令パルス信号Ｑを出力する。

【００１５】追従完了判別手段２２は、判別手段２５と
タイマ手段２６とから構成してある。判別手段２５に
は、位置決め幅選択手段２３からの位置決め幅設定値信
号Ｒと、比較手段２１が出力する回転方向指令パルス信
号Ｑが入力し、回転方向指令パルス信号Ｑのパルス数を
位置決め幅選択設定値信号Ｒのパルス数と比較して追従
動作が完了しているか否かを判別する。判別手段２５が
出力する追従完了信号Ｓは出力回路１２へ出力され、追
従未完了信号Ｔはタイマ手段２６へ出力される。位置決
め幅選択手段２３には、例えばマイクロコンピュータに
付属するディップスイッチを利用してパルスの数で位置
決め幅設定するように構成し、例えば最小±１パルスで
位置決め幅を設定できるようにするとよい。タイマ手段
２６は、判別手段２５の追従未完了信号Ｔが所定の時間
だけ外部へ出力しないように遅延させる。タイマ手段２
６の出力信号は非常停止判別手段２４及び出力回路１２
へ入力し、出力回路１２からはアラーム信号Ｊとして外
部へ出力される。

【００１６】非常停止判別手段２４は、最大限位置セン
サ８または最小限位置センサ９の検出信号Ｃと、追従完
了判別手段２２のタイマ手段２６から入力する追従未完
了信号Ｔとのいずれか一方が入力したとき、即ち両信号
の論理和をとって非常停止信号Ｖを出力する。この非常
停止信号Ｖの出力により、パルス発生手段２０からの比
較手段２１に対する速度設定指令パルス信号Ｐの送出が
停止する。

【００１７】次に本実施例の動作を説明する。本実施例
における動作としては、駆動対象装置の機械原点検出ま
で駆動対象装置３を駆動する機械原点検出動作、設定位
置まで加減速または定速で駆動するインデックス動作、
指令信号が与えられている間定速で駆動するスキャニン
グ動作、及び停止位置から機械原点位置まで加減速また
は定速で駆動する原点復帰動作の４種類がある。

【００１８】まず本実施例装置の初期設定として、高速
移動値、低速移動値、加減速時定数、設定位置データを
駆動対象装置３に応じて外部のコンピュータから設定す
る。高速移動値及び 低速移動値は例えば１０００ステ
ップ当たりの移動量、移動距離をパルス数に変換した値
であり、加減速時定数は１０００ＰＰＳ（パルス／秒）
加減速するのに要する時間の平均値であり、設定位置デ
ータは２進化１０進数などのコードデータを用いて多数
箇所（例えば２５６箇所）設定する駆動対象装置３の駆
動位置データである。

【００１９】機械原点検出動作は図２のフローチャート
及び図３のタイミングチャートに示す動作である。図２
のフローチャートを主にして説明すると、電源投入によ
り作動に先立ってシステムの初期化が行なわれ（ステッ
プ１）、入力回路１１へ原点位置追従指令信号Ｆが入力
する（ステップ２）と、上述した演算制御回路１０内の
各手段の動作に基づいて比較手段２１から出力される回
転方向指令パルス信号Ｑがドライバ回路４に入力し、ド
ライバ回路４からの駆動信号Ｄによってステッピングモ
ータ１が回転する。これによって駆動対象装置３が駆動
され、機械原点を検出する方向へ動作する（ステップ
３）。ドライバ回路４からの駆動信号Ｄの内容は、図３
に示すように始めの所定期間を予め設定してある加減速
時定数に基づく加速指示、その後同じく設定してある高
速移動値による定速移動指示となる。そして加速終了後
原点位置センサ７が機械原点の検出出力Ｂを出力するま
でこの定速移動動作が続けられる（ステップ４）。

【００２０】原点位置センサ７が検出出力Ｂを出力する
と、モード選択手段１６がこの検出信号Ｂの立ち下がり
ａを検出し（図３参照）、駆動対象装置３を停止させ
る。このとき慣性により駆動対象装置３が原点位置を通
過するため、ロータリーエンコーダ２からのフィードバ
ックパルス信号Ａは引き続き入力回路１５を介して比較
手段２１に入力する。このいわゆるオーバーシュートに
対応するパルス数の回転方向指令パルス信号Ｑが比較手
段２１から出力され、これが判別手段２５に入力するこ
とによって現在位置が確認され（ステップ５）、さらに
位置決め幅設定手段２３によって設定されたパルス数単
位の設定幅と比較することによって駆動対象装置３の現
在位置が位置決め設定幅以内にあるか否かが判別される
（ステップ６）。

【００２１】そしてオーバーシュート分のパルス数の回
転方向指令パルス信号Ｑによって駆動対象装置３が逆方
向へと移動し（補正動作：ステップ７）、ロータリーエ
ンコーダ２からのフィードバックパルス信号Ａによって
現在位置の確認（ステップ５）と位置決め設定幅以内か
否かの判別（ステップ６）が繰り返し行なわれる。その
後、細かく補正動作を行ない、回転方向指令パルス信号
Ｑが位置決め設定幅以内のパルス数に収束した時点で判
別手段２５から追従完了信号Ｓが出力され、出力回路１
２からの追従完了信号Ｉとなって外部のコンピュータへ
出力され、これによって原点位置追従指令信号Ｆがオフ
となった時点で追従動作が完了し、ステッピングモータ
１の回転が停止する（ステップ８）。もちろん、判別手
段２５からの追従完了信号Ｓによってロジック判別手段
１７や演算手段１８またはパルス発生手段２０などの動
作を停止させる手段を設けて、コントローラ５の内部で
停止処理ができるようにしてもよい。

【００２２】次にインデックス動作について図４のフロ
ーチャートを参照して説明する。この動作は、動作態様
自体は先に説明した原点検出動作と同様であるが、上述
のように予め設定された設定位置データに従って、外部
から指定された位置番号まで移動する動作である。

【００２３】この動作は機械原点の検出後に行なわれる
もので、外部のコンピュータから入力回路１１へ追従位
置指令信号Ｇが入力する（ステップ１）と、ロジック判
別手段１７及び演算手段１８の動作に基づいて比較手段
２１から出力される回転方向指令パルス信号Ｑがドライ
バ回路４に入力し、ドライバ回路４からの駆動信号Ｄに
よってステッピングモータ１が回転し、これによって駆
動対象装置３が駆動され、設定位置方向へ動作する（ス
テップ２）。ドライバ回路４からの駆動信号Ｄの内容
は、図３に示す原点検出動作と同様に始めの所定期間を
予め設定してある加減速時定数に基づく加速指示、その
後同じく設定してある高速移動値による定速移動指示と
なり、比較手段２１が出力する回転方向指令パルス信号
Ｑのパルス数が所定値以下になると減速を開始する。そ
して回転方向指令パルス信号Ｑがなくなるとドライバ回
路４から駆動信号Ｄが出力されなくなり、駆動対象装置
３は停止する（ステップ３）。なお、回転方向指令パル
ス信号Ｑが所定値以下になったときに減速が開始される
ようにしておくこともできる。

【００２４】回転方向指令パルス信号Ｑがなくなると追
従完了として判別手段２５が追従完了信号Ｓを出力する
が、このとき慣性により駆動対象装置３が設定位置を通
過することがある。この場合、先の原点検出動作と同様
に位置捕制動差が行なわれる（ステップ４−６）。そし
て回転方向指令パルス信号Ｑが位置決め設定幅以内のパ
ルス数に収束した時点で判別手段２５から追従完了信号
Ｓが出力されて追従動作が完了し、ステッピングモータ
１の回転が停止する（ステップ７）。

【００２５】次にスキャニング動作について図５のフロ
ーチャート及び図６のタイムチャートを参照して説明す
る。このスキャニング動作は、これまでの二つの動作態
様とは異なり、図６に示すように一方向への定速移動で
ある。

【００２６】外部のコンピュータから入力回路１１へ回
転方向指令信号Ｈが入力する（ステップ１）と、ロジッ
ク判別手段１７及び演算手段１８の動作に基づいて比較
手段２１から出力される回転方向指令パルス信号Ｑがド
ライバ回路４に入力し、ドライバ回路４からの駆動信号
Ｄによってステッピングモータ１が回転し、これによっ
て駆動対象装置３が定速駆動され、回転方向指令信号Ｈ
によって指示された方向へ動作する（ステップ２）。こ
の動作は回転方向指令信号Ｈが入力回路１１から入力さ
れている間継続し、回転方向指令信号Ｈがオフとなった
時点でドライバ回路４から駆動信号Ｄが出力されなくな
り、駆動対象装置３は停止する（ステップ３、４）。も
ちろんこの動作においても慣性により行き過ぎが生じた
場合には、先の動作と同様に位置捕制動差が行なわれる
（ステップ４−６）。そして回転方向指令パルス信号Ｑ
が位置決め設定幅以内のパルス数に収束した時点で判別
手段２５から追従完了信号Ｓが出力されて追従動作が完
了し、ステッピングモータ１の回転が停止する（ステッ
プ７）。

【００２７】さらに動作態様の最後の例として前回停止
位置から機械原点を検出する原点復帰動作について図７
のフローチャートを参照して説明する。この動作は、動
作態様自体は先に説明した原点検出動作とまったく同様
であるが、初期化動作が行なわれず、入力回路１１へ外
部のコンピュータから原点位置追従指令信号Ｆが入力す
る（ステップ１）と、比較手段２１から出力される回転
方向指令パルス信号Ｑによってドライバ回路４から出力
される駆動信号Ｄによりステッピングモータ１が回転
し、駆動対象装置３が原点方向へ移動する（ステップ
２）。ドライバ回路４からの駆動信号Ｄの内容は、先の
原点検出動作と同様である。そして原点位置センサ７が
検出出力Ｂを出力すると駆動対象装置３が停止し、位置
捕制動差が行なわれ（ステップ４−６）、回転方向指令
パルス信号Ｑが位置決め設定幅以内のパルス数に収束し
た時点で追従完了信号Ｓが出力されて追従動作が完了
し、ステッピングモータ１の回転が停止する（ステップ
７）。

【００２８】なお、各動作において最大限位置センサ８
または最小限位置センサ９の検出信号Ｃが出力された場
合、及び追従完了判別手段２２のタイマ手段２６から追
従未完了信号Ｔが出力された場合には、いずれの場合も
非常停止判別手段２４が非常停止信号Ｖを出力し、この
非常停止信号Ｖの出力によりパルス発生手段２０からの
速度設定指令パルス信号Ｐの送出が停止して、駆動対象
装置３は即座に移動を止める。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るステッピングモータ駆動制
御装置は以上説明してきたように、両軸型のステッピン
グモータの一方の軸端にロータリーエンコーダを連結し
て回転角を検出し、駆動対象装置の原点位置、最大駆動
位置及び最小駆動位置をセンサ手段で検出し、制御手段
が、外部から入力される動作指令信号に基づいて出力す
るパルス信号とロータリーエンコーダが出力するパルス
信号とを比較し、両パルス信号の差に対応させてステッ
ピングモータのドライバ回路を制御するようにしたの
で、 ステッピングモータの脱調や位置ずれなどが起こ
らず、 サーボモータに比べて小型、計量、安価であり
かつトルクの発生及び ステップ確実なステッピングモ
ータをサーボモータと同様に制御できるようになり、サ
ーボモータのようなフィードバックが不要になるので制
御方式及び制御装置の構成が容易になるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステッピングモータ駆動制御装置
の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例に係る装置による機械原点検出動
作のフローチャートである。

【図３】図１の実施例に係る装置による機械原点検出動
作のタイミングチャートである。

【図４】図１の実施例に係る装置によるインデックス動
作のフローチャートである。

【図５】図１の実施例に係る装置によるスキャニング動
作のフローチャートである。

【図６】図１の実施例に係る装置によるスキャニング動
作のタイミングチャートである。

【図７】図１の実施例に係る装置による原点復帰動作の
フローチャートである。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ ロータリーエンコーダ ３ 駆動対象装置 ４ ステッピングモータドライバ ５ コントローラ ６ カップリング ７ 原点位置センサ ８ 最大限位置センサ ９ 最小限位置センサ １０ 演算制御回路 １６ モード選択手段 １７ ロジック判別手段 １８ 演算手段 １９ 速度設定手段 ２０ パルス発生手段 ２１ 比較手段 ２２ 追従完了判別手段 ２３ 位置決め幅選択手段 ２４ 非常停止判別手段 ２５ 判別手段 ２６ タイマ手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両軸型のステッピングモータと、該ステ
   ッピングモータの一方の軸端に連結して回転角を検出し
   これに対応するパルス信号を出力するロータリーエンコ
   ーダと、上記ステッピングモータを時計方向または反時
   計方向へ回転駆動するドライバ回路と、上記ステッピン
   グモータの他方の軸端に連結して駆動される駆動対象装
   置の原点位置、最大駆動位置及び最小駆動位置を検出す
   るセンサ手段と、上記ドライバ回路を制御する制御手段
   とからなり、 該制御手段は、外部から入力される動作指令信号に基づ
   いて駆動パルス発生指令信号を出力する演算手段と、該
   駆動パルス発生指令信号に対応するパルス信号を発生す
   るパルス発生手段と、上記ロータリーエンコーダが出力
   するパルス信号と上記パルス発生器から入力するパルス
   信号とを比較し、両パルス信号の差に対応する駆動パル
   ス信号を上記ドライバ回路に対して出力する比較手段と
   からなることを特徴とするステッピングモータ駆動制御
   装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段が、上記比較手段の出力す
   る駆動パルス信号に基づいて上記動作指令信号に対する
   上記ステッピングモータの追従動作完了を判別する手段
   を備える請求項１のステッピングモータ駆動制御装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段が、上記追従動作完了を判
   別する手段から出力される追従不完了信号または上記セ
   ンサ手段からの最大駆動位置もしくは最小駆動位置検出
   信号の入力により、上記比較手段に対して停止信号を出
   力し、上記ステッピングモータの作動を停止させる非常
   停止判別手段を有する請求項２のステッピングモータ駆
   動制御装置。