JPH06141594A - モータの加減速駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータ等のモータの加減速駆動
を高速かつ精密に行なえる制御方法を提供する。 【構成】 被駆動物の移動量を入力し（Ｓ１０１）、そ
れに対応するモータの駆動量に応じて加速、定速、減速
の各駆動時間を算出する（Ｓ１０２）。続いて駆動単位
時間ごとのパルスレートをＲＯＭのテーブルから求める
か、演算により算出し、均等補正パルス数を加算する
（Ｓ１０３〜１０６）。さらに小数点以下の余りの切り
捨てによりパルスレートを整数化するとともに、前記余
りを積算し（Ｓ１０７）、積算値が１を越えるたびに積
算値から１を引き、そのときの駆動単位時間のパルスレ
ートを１パルス増加して出力する（Ｓ１０８〜１１
１）。こうして前記余りの累積による誤差パルス数の最
終的な合計を２以下にすることができ、高速かつ精密な
駆動制御が可能になる。

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等
のモータを低いパルスレート（駆動パルスの周波数）か
ら起動して順次加速し、駆動量の多少によって定速駆動
し、その後順次減速するモータの加減速駆動の制御方法
に関し、特に与えられた駆動量に応じてモータの加速駆
動時間、定速駆動時間、減速駆動時間と、駆動単位時間
ごとのパルスレートとを演算により設定してモータを加
減速駆動するモータの加減速駆動制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】モータにより駆動される被駆動物の移動
すべき移動量により与えられる駆動量（駆動パルス数）
だけモータを加減速駆動する場合、加速駆動時間、定速
駆動の有る場合の定速駆動時間、減速駆動時間および各
駆動単位時間ごとのパルスレートの設定による駆動量の
合計が前記の与えられた駆動量に対して誤差（不足）を
生じる場合がある。誤差のパルス数は、定速駆動のな
い、いわゆる三角駆動では最大で最高パルスレートの２
倍のパルス数マイナス１である。定速駆動のある、いわ
ゆる台形駆動の場合は最大で最高パルスレートのパルス
数マイナス１の誤差がある。

【０００３】この場合、誤差を補正するパルス数（以下
「補正パルス数」という）だけ余計にモータを駆動する
必要がある。このため、従来では図１に斜線を付して示
すように補正用のパルスを減速終了時に最低パルスレー
ト単位で付加する方法、あるいは図２に示すように補正
パルスを減速時に最低パルスレート単位に分散してパル
スレートのパルス数に加える方法が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが図１の方法で
は、減速終了時に補正パルスによる駆動時間（図では６
単位の時間）が付け加えられるので、駆動時間が長くな
り、高速な制御に不適当である。また図２の方法では、
減速曲線の歪みが大きくてモータに振動が生じ易く、精
密な制御に不適当である。

【０００５】一方、上記の各駆動単位時間ごとのパルス
レートの設定を演算により行ない、算出したパルスレー
トの値に小数点以下の余りがあり、そのパルスレートの
値を整数化する場合、従来では小数点以下の切り捨て、
あるいは四捨五入だけで処理していた。このため前記の
切り捨て、あるいは四捨五入された小数点以下の値の累
積による誤差パルス数が生じ、全体の誤差パルス数が多
くなってしまい、上記の図１あるいは図２の補正による
問題が更に深刻になってしまうという問題もあった。

【０００６】そこで本発明の課題は、このような問題を
解消し、モータの加減速駆動制御を高速かつ精密に行な
える方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、与えられた駆動量に応じてモータ
の加速駆動時間、定速駆動時間、減速駆動時間と、駆動
単位時間ごとのパルスレートとを演算により設定してモ
ータを加減速駆動するモータの加減速駆動制御方法にお
いて、前記駆動単位時間ごとのパルスレートを設定する
際に該パルスレートを整数化する場合、小数点以下の余
りを切り捨て、前記余りを駆動単位時間ごとに順次積算
し、積算値が所定の整数を越えるたびに該積算値から前
記所定の整数を引き、そのときの駆動単位時間のパルス
レートを前記所定の整数のパルス増加する構成を採用し
た。

【０００８】また、同制御方法において、加速駆動時に
は、予め所定の複数単位の前後する駆動単位時間ごとに
パルスレートを算出しておき、順次各駆動単位時間のパ
ルスレートを次の駆動単位時間のパルスレートと大小比
較し、次のパルスレートより大きい場合は当該パルスレ
ートと次のパルスレートの出力順を入れ換え、減速駆動
時には、前記出力順を入れ換えた後の加速駆動時のパル
スレートの出力データを逆の順序で出力する構成を採用
した。

【０００９】

【作用】上記の前者の構成によれば、上記整数化のため
の小数点以下の余りの累積による誤差パルス数の最終的
な合計は、多くても上記所定の整数の２倍のパルス数だ
けになり、最終的な誤差パルス数とそれに対応した補正
パルス数を極めて小さくすることができる。

【００１０】また、後者の構成によれば、加速中におい
て前のパルスレートが後のパルスレートよりも大きいこ
と、つまり局所的な減速を上記パルスレートの出力順の
入れ換えにより解消でき、減速中には局所的な加速を解
消できる。

【００１１】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１２】まず図３により本発明によるモータの加減
速駆動制御方法が適用されるモータの駆動制御系の構成
を説明する。

【００１３】図３の構成において、駆動制御系の入力部
１からモータ（例えばステッピングモータ）９の駆動に
より駆動される不図示の被駆動物の移動の目標位置ない
し移動距離などが制御部２に入力される。

【００１４】制御部２は、マイクロプロセッサからなる
ＣＰＵ（中央処理ユニット）３、ＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）４、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５およ
び出力ポート６などからなる。ＲＯＭ４にはＣＰＵ３の
制御プログラムや後述のモータの駆動データテーブルな
ど制御に必要な固定データが格納され、ＲＡＭ５はＣＰ
Ｕ３のワークエリアとして用いられる。

【００１５】ＣＰＵ３はＲＯＭ４の制御プログラムを実
行し、入力部１からの入力に応じてモータ９を駆動す
る。その場合、ＣＰＵ３は出力ポート６を介してシーケ
ンサ７に駆動パルスと回転方向の信号を出力し、その信
号に応じてシーケンサ７により駆動回路８によるモータ
９の励磁が切り換えられ、モータ９が駆動される。

【００１６】次にＣＰＵ３によるモータ９の加減速駆動
制御の詳細を図４以下により説明する。

【００１７】図４は本実施例の駆動制御方法によるモー
タ９の加減速駆動時のパルスレートの経時的変化を模式
的に示している。ここに示すように、本実施例では、一
定の加速度と減速度で直線的に加速と減速を行ない、加
速駆動時間と減速駆動時間は等しいものとする。

【００１８】このためにＲＯＭ４に図５に一例を示すよ
うなモータの駆動データテーブルが格納される。図５中
１，２，３…はパルスレートを示しており、文字通りの
数値でなくても複数の単位数の倍数と考えてもよい。テ
ーブルのアドレスの若い方から順に順次増加するパルス
レートのデータが上限のレートのデータまで格納され
る。

【００１９】このデータテーブルのデータを上から順に
所定周期で順次出力してモータ９を駆動することにより
上記の加速を行なえ、データの出力順を逆にすれば減速
を行なえる。なお定速駆動の有る台形駆動の場合は加速
時に上限パルスレートのデータまで出力されるが、定速
駆動の無い三角駆動の場合は加速駆動時間が短く上限パ
ルスレートより低いレートで加速が終了する。

【００２０】上記のことを前提として、入力により与え
られた駆動量に応じて加速駆動時間、定速駆動時間、減
速駆動時間を演算により設定し、その設定による合計の
駆動量が前記の与えられた駆動量に対して誤差（不足）
があったとする。この場合、本実施例では誤差に相当す
る補正パルス数を、図４中斜線で示すように、加速時と
減速時の各駆動単位時間ごとに均等に分担するように各
駆動時間単位ごとのパルスレートを補正する。

【００２１】ここで前記の均等に分担する補正パルス数
（以下「均等補正パルス数」という）は上記誤差に相当
する補正パルス数を加速駆動時間と減速駆動時間の合計
の駆動単位時間の総数により除算して得られるが、その
除算結果の小数点以下の余りを処理して整数にしなけれ
ばならない。

【００２２】このため、ここでは前記余りを切り捨てて
整数化を行なうとともに、加速時の各駆動単位時間ごと
に、順次前記の余りを積算し、積算値が１以上になるた
びに該積算値から１を引いてその時の駆動単位時間のパ
ルスレートを１パルス増加して出力する。減速時には加
速時のパルスレートの出力データを順次逆に払い出す。
このような余りの処理により、加速時と減速時の全駆動
時間の均等補正パルス数の小数点以下の余りの最終的な
合計、つまり誤差パルス数の最終的な残りの合計は多く
ても２パルスにしかならない。

【００２３】次に、上記のような制御を実現するＣＰＵ
３の制御処理動作の詳細を図６のフローチャートにより
説明する。

【００２４】ＣＰＵ３はモータ９の加減速駆動を行なう
にあたって、まず入力部１から被駆動物の移動量を入力
する（ステップＳ１０１）。

【００２５】次に、前記の入力された移動量に相当する
モータ９の駆動量に応じた加速駆動時間、定速駆動時
間、減速駆動時間を算出する（ステップＳ１０２）。

【００２６】次に、上記算出した加速駆動時間、定速駆
動時間、減速駆動時間による駆動量の合計の前記入力さ
れた移動量に相当する駆動量に対する誤差を補正する駆
動パルス数を算出する（ステップＳ１０３）。

【００２７】次に、前記ステップＳ１０３で得た補正の
ための駆動パルス数を前記算出した加速駆動時間と減速
駆動時間の合計時間により除算し、前述した加速時と減
速時の各駆動単位時間ごとの均等補正パルス数を算出す
る（ステップＳ１０４）。

【００２８】次にステップＳ１０５〜Ｓ１１２の繰返し
により、順次加速のための各駆動単位時間ごとのパルス
レートをステップＳ１０２〜Ｓ１１０により設定して出
力し、加速を行なう。

【００２９】即ち、図４で先述したように加速度ｄｖ／
ｄｔが一定の時は、まず加速の１駆動単位時間のパルス
レートを図５のデータテーブルから求め（ステップＳ１
０５）、それに均等補正パルス数を加算し（ステップＳ
１０６）、その加算結果を小数点以下の切り捨てにより
整数化すると共に、切り捨てた余りを積算する（ステッ
プＳ１０７）。

【００３０】続いて前記余りの積算値が１以上になった
か否か判定し（ステップＳ１０８）、１以上だったら積
算値から１を差し引き（ステップＳ１０９）、ステップ
Ｓ１０７の整数化で得たパルスレートに１パルスを加え
（ステップＳ１１０）、その結果のパルスレートを出力
する（ステップＳ１１１）。また、ステップＳ１０８で
積算値が１より小さかった場合は、ステップＳ１０７で
得たパルスレートをそのまま出力する（ステップＳ１１
１）。

【００３１】そしてステップＳ１１２では、加速が終了
したか否かを判定し、終了していなければ、ステップＳ
１０５に戻り、ステップＳ１０５〜Ｓ１１２を繰り返
す。

【００３２】このようにして加速が終了したら定速駆動
の有無を判定し（ステップＳ１１３）、定速駆動があれ
ば、そのためのパルスレートの出力を行なう（ステップ
Ｓ１１４）。その後は減速駆動のための出力を行なう
（ステップＳ１１５）。この場合、加速時のパルスレー
トの出力データを逆の順序で出力すればよい。

【００３３】以上のような処理により図４に示したよう
なパルスレートの変化で加減速駆動を行なうことができ
る。上述したパルスレートの小数点以下の余りの処理に
より、最終的に残る誤差パルス数は多くても２パルスで
あり、極めて少なくできる。そして、この２パルスがあ
った場合は、これを減速時の最後に付加して出力すれば
良い。

【００３４】なお、以上の処理において、加速度と減速
度が一定でなく、例えばパルスレートの変化の波形が指
数曲線や正弦波などになる場合、図５のデータテーブル
を用いず、ステップＳ１０５にて演算によりパルスレー
トのデータを算出する。他のステップは同様である。

【００３５】以上のような本実施例の方法によれば、補
正パルス数の分配による駆動時間の増加は、あっても上
記の最終的な誤差の２パルスの分しか無いので、図１の
従来方法よりモータの駆動時間を短時間にでき、高速な
駆動制御を行なえる。また本実施例の方法によれば、図
１、図２の従来方法より加速曲線と減速曲線の対称性が
良く、減速曲線の歪みが少なく、より精密な制御を行な
える。

【００３６】ところで、本実施例において、加速時の１
駆動単位時間の経過ごとにパルスレートが１パルス以上
増加する場合は良いが、複数の駆動単位時間の経過ごと
に１パルス増加する場合、図６のステップＳ１１０での
パルスレートの１パルスの加算により問題が生じる場合
がある。

【００３７】例えば、図７に示すように、複数の駆動単
位時間の経過ごとにパルスレートが１パルス増加する場
合、上記の余りの処理により、例えば４番目と９番目の
駆動単位時間ｔ4、ｔ9のパルスレートに斜線で示すよう
に１パルス加算すると、駆動単位時間ｔ4、ｔ9それぞれ
のパルスレートが、それより後の駆動単位時間のパルス
レートより高くなってしまう場合がある。即ち、加速中
に局所的な減速が生じ、モータの振動が生じてしまうこ
とになる。

【００３８】この場合、図８に示すように、１パルスの
増加を駆動単位時間ｔ4からｔ6、ｔ9からｔ10というよ
うに、後の駆動単位時間にシフトして前記の局所的な減
速を解消する必要がある。

【００３９】こうするために、例えば図９に示すよう
に、予め加速部分の最初の単位の駆動単位時間のパルス
レートを計算しておき、計算順（駆動単位時間順）に各
駆動単位時間のパルスレートを次の駆動単位時間のパル
スレートと大小比較して上記局所的な減速の有無を調
べ、あればそれを解消するように１パルスの増加を後の
駆動単位時間にシフトする。具体的には、そのパルスレ
ートと次のパルスレートの出力順を入れ換える。つま
り、図９中で丸付きの数字で示したパルスレートの計算
順に対して丸付き、ダッシュ付きの数字で示したパルス
レートの出力順を入れ換えるように変更することによ
り、前記のシフトを行なう。

【００４０】例えば計算順で１番目と次の２番目のパル
スレートを比較して１番目のパルスレートの方が大きか
ったら、計算順で１番目のパルスレートの出力順を２番
目にし、計算順で２番目のパルスレートの出力順を１番
目に変更する。続いて、出力順を入れ換えた後の２番目
と３番目、３番目と４番目、…というように、大小比較
とその結果による出力順の入れ換えを計算順（駆動単位
時間順）に順次行なう。

【００４１】ここで前後何単位の駆動単位時間ごとにパ
ルスレートの比較を行なうかは（加速駆動時間の分割
数）／（最高パルスレート）の比と加速の波形による。
加速の波形が直線である場合、前記の比が３以下であれ
ば前後２単位だけの比較を行なえばよい。

【００４２】なお、上記の問題は減速の場合も同様であ
り、上記１パルスの増加による局所的な加速を解消する
必要がある。この場合、上記出力順の入れ換えを行なっ
た後の加速時のパルスレートの出力データを逆に払い出
すことにより、前記の１パルスの増加が前の駆動単位時
間にシフトされることになって、局所的な加速が解消さ
れる。

【００４３】このようにしてパルスレートの設定による
加速中の局所的な減速、及び減速中の局所的な加速を解
消し、それによるモータの振動を防止し、精密な駆動制
御を行なうことができる。

【００４４】なお、以上ではパルスレート整数化の余り
の積算値が１以上になるたびに該積算値から１を引いて
その時の駆動単位時間のパルスレートを１パルス増加し
て出力するものとしたが、前記の１パルスの１という数
を１より大きな所定の整数に置き換えることも考えられ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、与えられた駆動量に応じてモータの加速駆動
時間、定速駆動時間、減速駆動時間と、駆動単位時間ご
とのパルスレートとを演算により設定してモータを加減
速駆動するモータの加減速駆動制御方法において、前記
駆動単位時間ごとのパルスレートを設定する際に該パル
スレートを整数化する場合、小数点以下の余りを切り捨
て、前記余りを駆動単位時間ごとに順次積算し、積算値
が所定の整数を越えるたびに該積算値から前記所定の整
数を引き、そのときの駆動単位時間のパルスレートを前
記所定の整数のパルス増加する構成を採用したので、前
記パルスレートの小数点以下の余りの累積による誤差パ
ルス数の最終的な合計を極めて小さくして、最終的な誤
差パルス数とそれに対応した補正パルス数を極めて小さ
くすることができ、高速で精密な駆動制御が可能にな
る。

【００４６】また、本発明によれば、同モータの加減速
駆動制御方法において、加速駆動時には、予め所定の複
数単位の前後する駆動単位時間ごとにパルスレートを算
出しておき、順次各駆動単位時間のパルスレートを次の
駆動単位時間のパルスレートと大小比較し、次のパルス
レートより大きい場合は当該パルスレートと次のパルス
レートの出力順を入れ換え、減速駆動時には、前記出力
順を入れ換えた後の加速駆動時のパルスレートの出力デ
ータを逆の順序で出力する構成を採用したので、パルス
レートの設定による加速中の局所的な減速、減速中の局
所的な加速を解消し、それによるモータの振動を防止し
て精密な駆動制御が可能になるという優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の加減速駆動制御方法による駆動量の補正
を示すパルスレートの経時的変化のグラフ図である。

【図２】他の従来の補正方法を示すグラフ図である。

【図３】本発明の加減速駆動制御方法が適用されるモー
タの駆動制御系の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の加減速駆動制御方法の実施例による駆
動量の補正を示すグラフ図である。

【図５】図３中のＲＯＭに格納されるモータ駆動用の駆
動データテーブルの説明図である。

【図６】同実施例による加減速駆動制御の処理手順を示
すフローチャート図である。

【図７】パルスレートの整数化の余りの処理による加速
中の局所的な減速の発生の様子を示すグラフ図である。

【図８】上記の局所的な減速を解消する１パルス増加の
シフトの様子を示すグラフ図である。

【図９】前記１パルス増加のシフトを行なうための前後
所定単位数の駆動単位時間のパルスレートの比較の様子
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 入力部 ２ 制御部 ３ ＣＰＵ ４ ＲＯＭ ５ ＲＡＭ ６ 出力ポート ７ シーケンサ ８ 駆動回路 ９ モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 与えられた駆動量に応じてモータの加速
   駆動時間、定速駆動時間、減速駆動時間と、駆動単位時
   間ごとのパルスレートとを演算により設定してモータを
   加減速駆動するモータの加減速駆動制御方法において、 前記駆動単位時間ごとのパルスレートを設定する際に該
   パルスレートを整数化する場合、小数点以下の余りを切
   り捨て、前記余りを駆動単位時間ごとに順次積算し、積
   算値が所定の整数を越えるたびに該積算値から前記所定
   の整数を引き、そのときの駆動単位時間のパルスレート
   を前記所定の整数のパルス増加することを特徴とするモ
   ータの加減速駆動制御方法。
2. 【請求項２】 与えられた駆動量に応じてモータの加速
   駆動時間、定速駆動時間、減速駆動時間と、駆動単位時
   間ごとのパルスレートとを演算により設定してモータを
   加減速駆動するモータの加減速駆動制御方法において、 加速駆動時には、予め所定の複数単位の前後する駆動単
   位時間ごとにパルスレートを算出しておき、順次各駆動
   単位時間のパルスレートを次の駆動単位時間のパルスレ
   ートと大小比較し、次のパルスレートより大きい場合は
   当該パルスレートと次のパルスレートの出力順を入れ換
   え、 減速駆動時には、前記出力順を入れ換えた後の加速駆動
   時のパルスレートの出力データを逆の順序で出力するこ
   とを特徴とするモータの加減速駆動制御方法。