JPH06225595A - ステップモータの制御装置 - Google Patents
ステップモータの制御装置Info
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- JPH06225595A JPH06225595A JP1093693A JP1093693A JPH06225595A JP H06225595 A JPH06225595 A JP H06225595A JP 1093693 A JP1093693 A JP 1093693A JP 1093693 A JP1093693 A JP 1093693A JP H06225595 A JPH06225595 A JP H06225595A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/04—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for very low speeds
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/12—Control or stabilisation of current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 構成が簡素なステップモータの制御装置を提
供する。 【構成】 処理器５３は検出器５２からの速度・位置検
出信号を処理して電気角度検出信号、機械角度検出信
号、および機械角速度検出信号を出力する。電流指令生
成回路５４，５５，５６および５７は機械角度指令信号
に応答して機械角度検出信号と機械角速度検出信号とに
基づいてｑ軸電流指令信号を出力する。三角関数発生器
５８は電気角度検出信号を三角関数信号に変換する。座
標変換器５９はｑ軸電流指令信号を三角関数信号に基づ
いて相電流指令信号に変換する。電流検出器６０はステ
ータコイルに流れる相電流を検出して相電流検出信号を
出力する。減算器６１，６２は相電流指令信号から相電
流検出信号を減算して相電流偏差信号を出力する。電流
制御回路６３，６４，６５は相電流偏差信号に基づいて
相電圧指令信号を発生する。インバータ６６は相電圧指
令信号に基づいて相電圧をステータコイルに印加する。
供する。 【構成】 処理器５３は検出器５２からの速度・位置検
出信号を処理して電気角度検出信号、機械角度検出信
号、および機械角速度検出信号を出力する。電流指令生
成回路５４，５５，５６および５７は機械角度指令信号
に応答して機械角度検出信号と機械角速度検出信号とに
基づいてｑ軸電流指令信号を出力する。三角関数発生器
５８は電気角度検出信号を三角関数信号に変換する。座
標変換器５９はｑ軸電流指令信号を三角関数信号に基づ
いて相電流指令信号に変換する。電流検出器６０はステ
ータコイルに流れる相電流を検出して相電流検出信号を
出力する。減算器６１，６２は相電流指令信号から相電
流検出信号を減算して相電流偏差信号を出力する。電流
制御回路６３，６４，６５は相電流偏差信号に基づいて
相電圧指令信号を発生する。インバータ６６は相電圧指
令信号に基づいて相電圧をステータコイルに印加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータの制御
装置に関し、特に、ハイブリッド（ＨＢ）形ステップモ
ータの制御装置に関する。
装置に関し、特に、ハイブリッド（ＨＢ）形ステップモ
ータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、ステップモータは電気パ
ルスを入力としてパルス数に対応した機械角度を出力と
するモータである。このステップモータには種々のもの
があるが、その１つにハイブリッド形ステップモータが
ある。
ルスを入力としてパルス数に対応した機械角度を出力と
するモータである。このステップモータには種々のもの
があるが、その１つにハイブリッド形ステップモータが
ある。
【０００３】図２を参照して、ステップモータの動作原
理について可変レラクタンス（ＶＲ）形ステップモータ
を例にとって説明する。図示のステップモータは、筒状
のステータ１０と、このステータ１０内に回転軸ＲＡの
回りに回転可能に収容されたロータ２０とからなる。図
示のステータ１０は、周方向に（π／３）ラジアン（６
０°）の間隔をおいて配置されて半径方向内側に突出し
た６個のステータ歯１２を有する。図示はしていない
が、各ステータ歯１２にはステータコイルが巻回されて
いる。ここでは、互いに対向する対のステータ歯１２の
３組を、それぞれ、Ｕ１−Ｕ２、Ｖ１−Ｖ２、およびＷ
１−Ｗ２と呼び、それらに巻回されたステータコイル
を、それぞれ、Ｕ−Ｕ´相、Ｖ−Ｖ´相、およびＷ−Ｗ
´相と呼ぶことにする。一方、図示のロータ２０は、周
方向に（π／２）ラジアン（９０°）の間隔をおいて配
置されて半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２を
有する。
理について可変レラクタンス（ＶＲ）形ステップモータ
を例にとって説明する。図示のステップモータは、筒状
のステータ１０と、このステータ１０内に回転軸ＲＡの
回りに回転可能に収容されたロータ２０とからなる。図
示のステータ１０は、周方向に（π／３）ラジアン（６
０°）の間隔をおいて配置されて半径方向内側に突出し
た６個のステータ歯１２を有する。図示はしていない
が、各ステータ歯１２にはステータコイルが巻回されて
いる。ここでは、互いに対向する対のステータ歯１２の
３組を、それぞれ、Ｕ１−Ｕ２、Ｖ１−Ｖ２、およびＷ
１−Ｗ２と呼び、それらに巻回されたステータコイル
を、それぞれ、Ｕ−Ｕ´相、Ｖ−Ｖ´相、およびＷ−Ｗ
´相と呼ぶことにする。一方、図示のロータ２０は、周
方向に（π／２）ラジアン（９０°）の間隔をおいて配
置されて半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２を
有する。
【０００４】このような構造を有するステップモータに
おいて、図２（１）に示す如く、Ｕ１−Ｕ２のステータ
歯１２がそれぞれＮ極およびＳ極となるように、ステー
タコイル（Ｕ−Ｕ´相）を励磁したとする。この場合、
Ｕ１−Ｕ２のステータ歯１２とロータ歯２２とが対面す
る位置でロータ２０が停止する（図２（１）参照）。こ
の状態で、図２（２）に示されるように、Ｕ−Ｕ´相の
励磁を切り、Ｖ−Ｖ´相を励磁したとする。この場合、
ロータ２０が反時計方向（ＣＣＷ）に（π／６）ラジア
ン（３０°）回転する（図２（３）参照）。すなわち、
このステップモータのステップ角は３０°である。さら
に、Ｖ−Ｖ´相からＷ−Ｗ´相に励磁を切り変えると再
び反時計方向に３０°回転する。
おいて、図２（１）に示す如く、Ｕ１−Ｕ２のステータ
歯１２がそれぞれＮ極およびＳ極となるように、ステー
タコイル（Ｕ−Ｕ´相）を励磁したとする。この場合、
Ｕ１−Ｕ２のステータ歯１２とロータ歯２２とが対面す
る位置でロータ２０が停止する（図２（１）参照）。こ
の状態で、図２（２）に示されるように、Ｕ−Ｕ´相の
励磁を切り、Ｖ−Ｖ´相を励磁したとする。この場合、
ロータ２０が反時計方向（ＣＣＷ）に（π／６）ラジア
ン（３０°）回転する（図２（３）参照）。すなわち、
このステップモータのステップ角は３０°である。さら
に、Ｖ−Ｖ´相からＷ−Ｗ´相に励磁を切り変えると再
び反時計方向に３０°回転する。
【０００５】このように、ステップモータは、通常、ス
テータ歯１２に巻かれたステータコイルの励磁を切り換
えることにより、位置・速度検出器を持たずに歩進動作
を行なう。しかしながら、このような構造を有するステ
ップモータには以下に述べるような欠点がある。
テータ歯１２に巻かれたステータコイルの励磁を切り換
えることにより、位置・速度検出器を持たずに歩進動作
を行なう。しかしながら、このような構造を有するステ
ップモータには以下に述べるような欠点がある。
【０００６】ａ．励磁されたステータ歯とロータ歯との
間に働く保持トルク以上の負荷がかかると、“脱調”を
生じてステップモータを制御することが不可能になる。
間に働く保持トルク以上の負荷がかかると、“脱調”を
生じてステップモータを制御することが不可能になる。
【０００７】ｂ．励磁切り換えのみの運転では、ステッ
プモータを正確にトルク制御することが不可能となる。
プモータを正確にトルク制御することが不可能となる。
【０００８】ｃ．トルク脈動が大きい。
【０００９】これらの欠点を解決するために、従来か
ら、マイクロステップ駆動法とフィードバック制御法と
が採用されている。ここで、マイクロステップ駆動法と
は、ステップモータの励磁切り換えを正弦波状に切り換
えることで、トルク脈動を抑制する制御方法である。一
方、フィードバック制御法とは、ステップモータに位置
・速度検出器を取り付け、その検出器からの検出信号を
フィードバックすることで脱調等を防ぐ制御方法であ
る。
ら、マイクロステップ駆動法とフィードバック制御法と
が採用されている。ここで、マイクロステップ駆動法と
は、ステップモータの励磁切り換えを正弦波状に切り換
えることで、トルク脈動を抑制する制御方法である。一
方、フィードバック制御法とは、ステップモータに位置
・速度検出器を取り付け、その検出器からの検出信号を
フィードバックすることで脱調等を防ぐ制御方法であ
る。
【００１０】しかしながら、上述した制御法のいずれ
も、ステップモータの理論的な電気回路モデルに基づい
ていないため、下記の問題を有する。
も、ステップモータの理論的な電気回路モデルに基づい
ていないため、下記の問題を有する。
【００１１】Ａ．最適制御条件がわからないため、制御
条件の設定があやふやとなる。
条件の設定があやふやとなる。
【００１２】Ｂ．ステップモータの速度起電力、変圧器
起電力、インピーダンス降下等の性能抑制要因が考慮さ
れていないので、精密な制御ができない。
起電力、インピーダンス降下等の性能抑制要因が考慮さ
れていないので、精密な制御ができない。
【００１３】Ｃ．上記Ａ、Ｂより、ステップモータの
“中身”がわからず、ブラックボックスとして扱うた
め、制御設計ができない。
“中身”がわからず、ブラックボックスとして扱うた
め、制御設計ができない。
【００１４】Ｄ．上記ＡとＣより、制御性向上が望め
ず、またその限界点も把握できない。
ず、またその限界点も把握できない。
【００１５】ところで、１９８７年２月１４日付けで社
団法人電気学会から発行した「電気学会研究会資料 半
導体電力変換研究会 ＳＰＣ−８７−１４〜２５」中の
ＳＰＣ−８７−１７，頁３１〜４０に「ステップモータ
によるブラシレスモータとその脈動トルクの考察」とい
う題で、山中 広之、百目鬼 英雄、および本発明者の
一人である松井 信行共著による論文が発表されてい
る。この論文では、ｄ−ｑ軸モデルで電圧方程式を導出
し、永久磁石型同期モータ、すなわち、ブラシレスモー
タと同じ形のブロック図と制御方法を提案している。し
かしながら、この論文のモデル化の基本的な考えが、励
磁方法とその駆動形態のみからステップモータが二相同
期モータと同じとしており、論文には何故そうなるのか
が理論的に説明されていない。
団法人電気学会から発行した「電気学会研究会資料 半
導体電力変換研究会 ＳＰＣ−８７−１４〜２５」中の
ＳＰＣ−８７−１７，頁３１〜４０に「ステップモータ
によるブラシレスモータとその脈動トルクの考察」とい
う題で、山中 広之、百目鬼 英雄、および本発明者の
一人である松井 信行共著による論文が発表されてい
る。この論文では、ｄ−ｑ軸モデルで電圧方程式を導出
し、永久磁石型同期モータ、すなわち、ブラシレスモー
タと同じ形のブロック図と制御方法を提案している。し
かしながら、この論文のモデル化の基本的な考えが、励
磁方法とその駆動形態のみからステップモータが二相同
期モータと同じとしており、論文には何故そうなるのか
が理論的に説明されていない。
【００１６】そこで、本発明者らは以下に詳細に説明す
るように、ステップモータ（特に、３相ＨＢ形ステップ
モータ）が一般のブラシレスＤＣモータと同一の形で表
わされることを理論的に証明した。
るように、ステップモータ（特に、３相ＨＢ形ステップ
モータ）が一般のブラシレスＤＣモータと同一の形で表
わされることを理論的に証明した。
【００１７】図３を参照して、ステップモータの理論的
な電気回路モデルについて、３相ＨＢ形ステップモータ
を例にとって説明する。３相ＨＢ形ステップモータは、
筒状のステータ１０と、このステータ１０内に回転軸Ｒ
Ａの回りに回転可能に収容されたロータ２０とからな
る。図示のステータ１０はステータコア１１を含む。ス
テータコア１１は、周方向に６０°の間隔をおいて配置
されて半径方向内側に突出した６個のステータ歯１２を
有する。互いに対向する対のステータ歯１２の３組を、
それぞれ、Ｕ１−Ｕ２、Ｖ１−Ｖ２、およびＷ１−Ｗ２
と呼ぶ。各ステータ歯１２にはステータコイル１３が巻
回されている。
な電気回路モデルについて、３相ＨＢ形ステップモータ
を例にとって説明する。３相ＨＢ形ステップモータは、
筒状のステータ１０と、このステータ１０内に回転軸Ｒ
Ａの回りに回転可能に収容されたロータ２０とからな
る。図示のステータ１０はステータコア１１を含む。ス
テータコア１１は、周方向に６０°の間隔をおいて配置
されて半径方向内側に突出した６個のステータ歯１２を
有する。互いに対向する対のステータ歯１２の３組を、
それぞれ、Ｕ１−Ｕ２、Ｖ１−Ｖ２、およびＷ１−Ｗ２
と呼ぶ。各ステータ歯１２にはステータコイル１３が巻
回されている。
【００１８】ステータコイル１３には、図３（ｂ）およ
び（ｃ）に示すように、Ｕ−Ｕ´相コイル、Ｖ−Ｖ´相
コイル、およびＷ−Ｗ´相コイルの３種類のコイルがあ
る。Ｕ−Ｕ´相コイルはステータ歯Ｕ１およびＵ２に巻
かれており、同一方向に磁力線を発生するように直列に
接続されている。同様に、Ｖ−Ｖ´相コイルはステータ
歯Ｖ１およびＶ２に巻かれており、同一方向に磁力線を
発生するように直列に接続されている。Ｗ−Ｗ´相コイ
ルはステータ歯Ｗ１およびＷ２に巻かれており、同一方
向に磁力線を発生するように直列に接続されている。
び（ｃ）に示すように、Ｕ−Ｕ´相コイル、Ｖ−Ｖ´相
コイル、およびＷ−Ｗ´相コイルの３種類のコイルがあ
る。Ｕ−Ｕ´相コイルはステータ歯Ｕ１およびＵ２に巻
かれており、同一方向に磁力線を発生するように直列に
接続されている。同様に、Ｖ−Ｖ´相コイルはステータ
歯Ｖ１およびＶ２に巻かれており、同一方向に磁力線を
発生するように直列に接続されている。Ｗ−Ｗ´相コイ
ルはステータ歯Ｗ１およびＷ２に巻かれており、同一方
向に磁力線を発生するように直列に接続されている。
【００１９】一方、ロータ２０は、間に軸方向にＮ極、
Ｓ極をもつ永久磁石２３を介して配置された一対のロー
タコア２１Ａおよび２１Ｂを含む。図示の如く、回転軸
ＲＡと直交する中心面ＣＰを境にして、ロータコア２１
Ａ側を区間Ａと呼び、ロータコア２１Ｂ側を区間Ｂと呼
ぶことにする。ロータコア２１Ａおよび２１Ｂはステー
タコア１１と対向している。図３（ｂ）に示すように、
ロータコア２１Ａは、周方向に９０°の間隔をおいて配
置されて半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２Ａ
を有する。同様に、図３（ｃ）に示すように、ロータコ
ア２１Ｂは、周方向に９０°の間隔をおいて配置されて
半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２Ｂを有す
る。図３（ｂ）および（ｃ）から明らかなように、ロー
タ歯２２Ａとロータ歯２２Ｂとは互いにピッチが半分ピ
ッチ、即ち、電気角度で位相がπラジアン（１８０°）
ずれている。ここで、ステップモータの技術分野では、
ロータ歯の１ピッチを３６０°としてこれを電気角度と
呼んでいる。従って、図３に示すステップモータでは、
ロータ歯が４つあるので、ロータ２０が機械的に１回転
すると、電気角度で４回転したことになる。また、電気
角度θr はステータ歯Ｕ１を基準として反時計方向（Ｃ
ＣＷ）を正とする。図３（ｂ）に示すように、４個のロ
ータ歯２２Ａを、ステータ歯Ｕ１に対向したものを１と
した場合に、時計方向に、それぞれ、１、２、３および
４と呼ぶことにする。同様に、図３（ｃ）に示すよう
に、４個のロータ歯２２Ｂを、ステータ歯Ｕ１より時計
方向に、それぞれ、１´、２´、３´および４´と呼ぶ
ことにする。
Ｓ極をもつ永久磁石２３を介して配置された一対のロー
タコア２１Ａおよび２１Ｂを含む。図示の如く、回転軸
ＲＡと直交する中心面ＣＰを境にして、ロータコア２１
Ａ側を区間Ａと呼び、ロータコア２１Ｂ側を区間Ｂと呼
ぶことにする。ロータコア２１Ａおよび２１Ｂはステー
タコア１１と対向している。図３（ｂ）に示すように、
ロータコア２１Ａは、周方向に９０°の間隔をおいて配
置されて半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２Ａ
を有する。同様に、図３（ｃ）に示すように、ロータコ
ア２１Ｂは、周方向に９０°の間隔をおいて配置されて
半径方向外側に突出した４個のロータ歯２２Ｂを有す
る。図３（ｂ）および（ｃ）から明らかなように、ロー
タ歯２２Ａとロータ歯２２Ｂとは互いにピッチが半分ピ
ッチ、即ち、電気角度で位相がπラジアン（１８０°）
ずれている。ここで、ステップモータの技術分野では、
ロータ歯の１ピッチを３６０°としてこれを電気角度と
呼んでいる。従って、図３に示すステップモータでは、
ロータ歯が４つあるので、ロータ２０が機械的に１回転
すると、電気角度で４回転したことになる。また、電気
角度θr はステータ歯Ｕ１を基準として反時計方向（Ｃ
ＣＷ）を正とする。図３（ｂ）に示すように、４個のロ
ータ歯２２Ａを、ステータ歯Ｕ１に対向したものを１と
した場合に、時計方向に、それぞれ、１、２、３および
４と呼ぶことにする。同様に、図３（ｃ）に示すよう
に、４個のロータ歯２２Ｂを、ステータ歯Ｕ１より時計
方向に、それぞれ、１´、２´、３´および４´と呼ぶ
ことにする。
【００２０】図３（ｂ）に示すように、ステータ歯Ｕ
１，Ｕ２がロータ歯１，３と一致しているとすると、ス
テータ歯Ｖ１，Ｗ１とロータ歯２及びステータ歯Ｖ２，
Ｗ２とロータ歯４は、ロータ歯ピッチで１／３ピッチ
（電気角度で１２０°）ずれている。尚、各ステータ歯
に巻かれたステータコイル１３のコイル巻数は全てＮｓ
とする。
１，Ｕ２がロータ歯１，３と一致しているとすると、ス
テータ歯Ｖ１，Ｗ１とロータ歯２及びステータ歯Ｖ２，
Ｗ２とロータ歯４は、ロータ歯ピッチで１／３ピッチ
（電気角度で１２０°）ずれている。尚、各ステータ歯
に巻かれたステータコイル１３のコイル巻数は全てＮｓ
とする。
【００２１】３相ＨＢ形ステップモータのロータ２０と
ステータ歯１２との間の磁気の通りやすさ、すなわち、
パーミアンスＰを抵抗の形で表現し、永久磁石２３と各
ステータコイル１３を磁力線の発生源として電源の形で
表現すると、３相ＨＢ形ステップモータを図４に示す電
気回路（磁気回路）で表現できる。ここで、ＨU1はステ
ータ歯Ｕ１に巻かれたＵ相コイルによる起磁力で、ＰU
はＵ相のパーミアンスとする。その他の記号も同様であ
る。ステータ歯Ｕ１とステータ歯Ｕ２、ステータ歯Ｖ１
とステータ歯Ｖ２、およびステータ歯Ｗ１とステータ歯
Ｗ２のパーミアンスは常に同一である。
ステータ歯１２との間の磁気の通りやすさ、すなわち、
パーミアンスＰを抵抗の形で表現し、永久磁石２３と各
ステータコイル１３を磁力線の発生源として電源の形で
表現すると、３相ＨＢ形ステップモータを図４に示す電
気回路（磁気回路）で表現できる。ここで、ＨU1はステ
ータ歯Ｕ１に巻かれたＵ相コイルによる起磁力で、ＰU
はＵ相のパーミアンスとする。その他の記号も同様であ
る。ステータ歯Ｕ１とステータ歯Ｕ２、ステータ歯Ｖ１
とステータ歯Ｖ２、およびステータ歯Ｗ１とステータ歯
Ｗ２のパーミアンスは常に同一である。
【００２２】図４の電気回路を解き、３相ＨＢ形ステッ
プモータのモデル化を行う。図４中、パーミアンス
ＰU ，ＰV ，ＰW ，ＰU'，ＰV'，およびＰW'について説
明する。これらは、それぞれ、ステータ歯Ｕ１，Ｖ１，
Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，およびＷ２の磁力線（以下、磁束と
呼ぶ）の通りやすさを示すもので、ロータ２０とステー
タ１０の位置関係が変わると、これらの値も変化する。
これらは電気角度θによる周期関数で、パーミアンスＰ
U 〜ＰW'は、一般に下記の数式１で与えられる。
プモータのモデル化を行う。図４中、パーミアンス
ＰU ，ＰV ，ＰW ，ＰU'，ＰV'，およびＰW'について説
明する。これらは、それぞれ、ステータ歯Ｕ１，Ｖ１，
Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，およびＷ２の磁力線（以下、磁束と
呼ぶ）の通りやすさを示すもので、ロータ２０とステー
タ１０の位置関係が変わると、これらの値も変化する。
これらは電気角度θによる周期関数で、パーミアンスＰ
U 〜ＰW'は、一般に下記の数式１で与えられる。
【００２３】
【数１】 ここで、Ｐバー（Ｐの上にバーが付いている）は平均パ
ーミアンス値、Ｐｏはパーミアンスの振幅を示し、これ
らの値はモータの寸法及び構造によって決まる定数で、
単位は［Ｈ］である。また、下記の数式２が成り立つと
する。
ーミアンス値、Ｐｏはパーミアンスの振幅を示し、これ
らの値はモータの寸法及び構造によって決まる定数で、
単位は［Ｈ］である。また、下記の数式２が成り立つと
する。
【００２４】
【数２】 ここで、ｉU 、ｉV およびｉW は、それぞれ、Ｕ−Ｕ´
相コイル、Ｖ−Ｖ´相コイルおよびＷ−Ｗ´相コイルに
流れる相電流である。
相コイル、Ｖ−Ｖ´相コイルおよびＷ−Ｗ´相コイルに
流れる相電流である。
【００２５】ステップモータのモデル化は、図４に示す
電気回路を下記の手順で解くこで実現される。
電気回路を下記の手順で解くこで実現される。
【００２６】i）図４に示す電気回路をコイル鎖交磁束
＝パーミアンス×起磁力、すなわち、下記の数式３の形
で表わす。
＝パーミアンス×起磁力、すなわち、下記の数式３の形
で表わす。
【００２７】
【数３】 各相及びロータ、ステータ間は干渉しているので、行列
形式となる。
形式となる。
【００２８】ii）次に、電圧ベクトルＶ、電流ベクトル
ｉ、磁束ベクトルλを、下記の数式４で求め、図３に示
すステップモータを電圧方程式の形で表現する。
ｉ、磁束ベクトルλを、下記の数式４で求め、図３に示
すステップモータを電圧方程式の形で表現する。
【００２９】
【数４】 ここで、Ｒはコイル抵抗行列を表わす。図４に示す電気
回路に、上記数式１および数式２を代入して、磁束ベク
トルλを求める。その結果は、下記の数式５となる。
回路に、上記数式１および数式２を代入して、磁束ベク
トルλを求める。その結果は、下記の数式５となる。
【００３０】
【数５】 ここでは、電流ｉU 、ｉV およびｉW を電流ベクトルと
して解いた。尚、磁束ベクトルλは、λU （＝λU1＋λ
U2）、λV （＝λV1＋λV2）およびλW （＝λW1＋
λW2）とおいた。ここで、ロータ２０にはコイルがな
く、永久磁石２３のみなので、ロータ側の要素は存在せ
ず、Ｈｍによって等価的に示される。
して解いた。尚、磁束ベクトルλは、λU （＝λU1＋λ
U2）、λV （＝λV1＋λV2）およびλW （＝λW1＋
λW2）とおいた。ここで、ロータ２０にはコイルがな
く、永久磁石２３のみなので、ロータ側の要素は存在せ
ず、Ｈｍによって等価的に示される。
【００３１】次に、ステータコイル１個分のコイル抵抗
をＲｓとして、コイル抵抗行列Ｒを作り、モータの電圧
方程式を導く。その結果は、下記の数式６となる。
をＲｓとして、コイル抵抗行列Ｒを作り、モータの電圧
方程式を導く。その結果は、下記の数式６となる。
【００３２】
【数６】
【００３３】上記数式６中、ＰバーＮｓ2 （パーミアン
ス平均値とコイル巻数の２乗）の項は、モータのインダ
クタンス成分を表わし、一般に対角成分（＝（８／３）
ＰバーＮｓ2 ）は自己インダクタンスＬｓと呼ばれ、そ
れ以外の成分（＝（−４／３）ＰバーＮｓ2 ）は相互イ
ンダクタンスＭｓと呼ばれている。
ス平均値とコイル巻数の２乗）の項は、モータのインダ
クタンス成分を表わし、一般に対角成分（＝（８／３）
ＰバーＮｓ2 ）は自己インダクタンスＬｓと呼ばれ、そ
れ以外の成分（＝（−４／３）ＰバーＮｓ2 ）は相互イ
ンダクタンスＭｓと呼ばれている。
【００３４】また、数式６の右辺、最終項のＰｏＮｓco
s θr ・Ｍｍの要素は、電気角度θr の変動によって発
生する電圧の項であり、永久磁石形同期電動機（以後、
ブラシレスＤＣモータと呼ぶ）の誘起電圧項と同一であ
る。ここで、ＰｏＮｓＭｍ＝ＭｒＩｍであり、Ｉｍはロ
ータ側磁石の等価起磁力電流を表わし、Ｍｒは相互イン
ダクタンスを表わす。上記の表現を用いて、数式６を書
き表わすと、下記の数式７が得られる。
s θr ・Ｍｍの要素は、電気角度θr の変動によって発
生する電圧の項であり、永久磁石形同期電動機（以後、
ブラシレスＤＣモータと呼ぶ）の誘起電圧項と同一であ
る。ここで、ＰｏＮｓＭｍ＝ＭｒＩｍであり、Ｉｍはロ
ータ側磁石の等価起磁力電流を表わし、Ｍｒは相互イン
ダクタンスを表わす。上記の表現を用いて、数式６を書
き表わすと、下記の数式７が得られる。
【００３５】
【数７】
【００３６】上記数式７から、３相ＨＢ形ステップモー
タが、図５に示すような、一般のブラシレスＤＣモータ
と同一の形で表わされることが分かる。
タが、図５に示すような、一般のブラシレスＤＣモータ
と同一の形で表わされることが分かる。
【００３７】周知のように、モータ制御の分野において
は、３相−２相変換やｄ−ｑ変換が用いられる。ここ
で、３相−２相変換とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相から
α、βの２相に変換することをいう。また、ｄ−ｑ変換
とは、α、βの静止座標系からロータ側に同期して回転
する、ｄ、ｑ座標系に変換することをいう。
は、３相−２相変換やｄ−ｑ変換が用いられる。ここ
で、３相−２相変換とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相から
α、βの２相に変換することをいう。また、ｄ−ｑ変換
とは、α、βの静止座標系からロータ側に同期して回転
する、ｄ、ｑ座標系に変換することをいう。
【００３８】ステップモータにおいてｄ軸とは、図６に
示すように、ロータ歯の中心軸を意味し、ｑ軸とはｄ軸
から電気角度でπ／２（９０°）進んだところに位置す
る。（通常のステップモータでは、ロータ歯は複数個あ
るので、ｄ軸も複数本存在する。）上記数式７に、３相
−２相変換およびｄ−ｑ変換を施すと、下記の数式８が
得られる。
示すように、ロータ歯の中心軸を意味し、ｑ軸とはｄ軸
から電気角度でπ／２（９０°）進んだところに位置す
る。（通常のステップモータでは、ロータ歯は複数個あ
るので、ｄ軸も複数本存在する。）上記数式７に、３相
−２相変換およびｄ−ｑ変換を施すと、下記の数式８が
得られる。
【００３９】
【数８】
【００４０】上記数式８を状態方程式の形に表現し直す
と、下記の数式９が得られる。
と、下記の数式９が得られる。
【００４１】
【数９】
【００４２】上記数式９をラプラス演算子ｓを用い、ラ
プラス変換を行った上でブロック線図を描くと、図７が
得られる。ここで、ステップモータの負荷を１／（Ｊｓ
＋Ｄ）で表現し、負荷トルクをＴL で表現する。図７よ
り、本ステップモータのトルクＴｅは下記の数式１０で
与えられる。
プラス変換を行った上でブロック線図を描くと、図７が
得られる。ここで、ステップモータの負荷を１／（Ｊｓ
＋Ｄ）で表現し、負荷トルクをＴL で表現する。図７よ
り、本ステップモータのトルクＴｅは下記の数式１０で
与えられる。
【００４３】
【数１０】
【００４４】ここで、ｐ・Ｍｒ´・Ｉｍは永久磁石によ
る磁束であるので、一定値として扱える。したがって、
ｑ軸電流ｉq をコントロールすることで、ステップモー
タをトルク制御することができる。また、ｄ軸電流ｉd
は、モータ出力に寄与しないので、常に零に制御すれば
よい。以上述べたことを纏めると、下記の数式１１が得
られる。
る磁束であるので、一定値として扱える。したがって、
ｑ軸電流ｉq をコントロールすることで、ステップモー
タをトルク制御することができる。また、ｄ軸電流ｉd
は、モータ出力に寄与しないので、常に零に制御すれば
よい。以上述べたことを纏めると、下記の数式１１が得
られる。
【００４５】
【数１１】
【００４６】しかしながら、図７のブロック線図より、
モータ入力電圧ｖd ．ｖq からｑ軸電流ｉq へ辿る行程
には干渉要素（図７の点線で囲んだ部分）が存在してい
る。この結果、モータ入力電圧ｖd ．ｖq からｄ軸電流
ｉd およびｑ軸電流ｉq を直接制御することはできな
い。これを解決するために、以下に詳細に説明する手順
に従って、制御系の非干渉化を行う。
モータ入力電圧ｖd ．ｖq からｑ軸電流ｉq へ辿る行程
には干渉要素（図７の点線で囲んだ部分）が存在してい
る。この結果、モータ入力電圧ｖd ．ｖq からｄ軸電流
ｉd およびｑ軸電流ｉq を直接制御することはできな
い。これを解決するために、以下に詳細に説明する手順
に従って、制御系の非干渉化を行う。
【００４７】ステップモータのインピーダンス項に入
力する電圧ｖ´d ，ｖ´q は、図７に示すように、下記
の数式１２および数式１３で与えられる。
力する電圧ｖ´d ，ｖ´q は、図７に示すように、下記
の数式１２および数式１３で与えられる。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
【数１３】
【００５０】ステップモータの電気角速度ωr 、ｄ軸
電流ｉd およびｑ軸電流ｉq はリアルタイムで検出可能
な値であり、ＬｓとＭｒ´・Ｉｍはモータ定数で既知で
ある。
電流ｉd およびｑ軸電流ｉq はリアルタイムで検出可能
な値であり、ＬｓとＭｒ´・Ｉｍはモータ定数で既知で
ある。
【００５１】したがって、数式１２の右辺第２項｛ω
r Ｌｓ・ｉq ｝と、数式１３の右辺第２項｛ωr （Ｌｓ
・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とは演算可能であり、以下、そ
れぞれ、ｄ軸干渉成分及びｑ軸干渉成分と呼ぶ。したが
って、モータ入力端子への印加電圧ｖd ，ｖq が下記の
数式１４および数式１５となるように制御する。
r Ｌｓ・ｉq ｝と、数式１３の右辺第２項｛ωr （Ｌｓ
・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とは演算可能であり、以下、そ
れぞれ、ｄ軸干渉成分及びｑ軸干渉成分と呼ぶ。したが
って、モータ入力端子への印加電圧ｖd ，ｖq が下記の
数式１４および数式１５となるように制御する。
【００５２】
【数１４】
【００５３】
【数１５】
【００５４】上記数式１４および数式１５で表わされ
る電圧を印加電圧ｖd ，ｖq として与えることで、図７
に示すブロック線図の干渉項は打ち消され、図８に示す
ように簡素化される。
る電圧を印加電圧ｖd ，ｖq として与えることで、図７
に示すブロック線図の干渉項は打ち消され、図８に示す
ように簡素化される。
【００５５】ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝と、ｑ
軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とを電
圧指令値に盛り込むことは、一種のフィードフォワード
制御であり、かつ予測制御となる。すなわち、過去の電
気角速度ωr 、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉq の値
で、未来のｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝およびｑ軸
干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝の値を求
めることに相当する。従って、厳密には図８に示す非干
渉化が成立しない。しかしながら、信号処理のスピー
ド、すなわち、ｄ軸電流ｉd およびｑ軸電流ｉq の検出
と、ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝とｑ軸干渉成分
｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝の計算等が、モー
タスピード（機械角速度）各ωrmの変化に対して十分
（１００倍以上）に速いので、図８に示す非干渉化が成
り立つ。
軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とを電
圧指令値に盛り込むことは、一種のフィードフォワード
制御であり、かつ予測制御となる。すなわち、過去の電
気角速度ωr 、ｄ軸電流ｉdおよびｑ軸電流ｉq の値
で、未来のｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝およびｑ軸
干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝の値を求
めることに相当する。従って、厳密には図８に示す非干
渉化が成立しない。しかしながら、信号処理のスピー
ド、すなわち、ｄ軸電流ｉd およびｑ軸電流ｉq の検出
と、ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝とｑ軸干渉成分
｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝の計算等が、モー
タスピード（機械角速度）各ωrmの変化に対して十分
（１００倍以上）に速いので、図８に示す非干渉化が成
り立つ。
【００５６】なお、図８に示す非干渉化は、定常状態の
ときに成り立つもので、過渡状態のときには成り立たな
い。しかし、実際の制御システムでは、過渡状態の整定
は、瞬時（電気的時定数の１／１０以下）に行われるの
で、影響は少ない。
ときに成り立つもので、過渡状態のときには成り立たな
い。しかし、実際の制御システムでは、過渡状態の整定
は、瞬時（電気的時定数の１／１０以下）に行われるの
で、影響は少ない。
【００５７】次に、ステップモータのインピーダンス
項に入力する電圧ｖ´d ，ｖ´q に関しては、ｄ軸電流
ｉd およびｑ軸電流ｉq の電流値をフィードバックした
電流制御器を用いる。制御系の構成は、図９に示すよう
になる。図９中、伝達関数Ｇid（ｓ），Ｇiq（ｓ）で表
わされる電流制御器としては、一般に、比例制御器（Ｐ
制御器）や比例−積分制御器（ＰＩ制御器）が使用され
る。
項に入力する電圧ｖ´d ，ｖ´q に関しては、ｄ軸電流
ｉd およびｑ軸電流ｉq の電流値をフィードバックした
電流制御器を用いる。制御系の構成は、図９に示すよう
になる。図９中、伝達関数Ｇid（ｓ），Ｇiq（ｓ）で表
わされる電流制御器としては、一般に、比例制御器（Ｐ
制御器）や比例−積分制御器（ＰＩ制御器）が使用され
る。
【００５８】以上、上記〜で述べたことをブロッ
ク線図で表わすと、図１０が得られる。
ク線図で表わすと、図１０が得られる。
【００５９】なお、本制御方法を採用する場合は、ステ
ップモータのロータに同期して回転する座標系（＝モー
タの磁極中心と同期して回転する座標系）である、ｄ，
ｑ軸を用いるため、磁極位置検出装置は不可欠である。
ップモータのロータに同期して回転する座標系（＝モー
タの磁極中心と同期して回転する座標系）である、ｄ，
ｑ軸を用いるため、磁極位置検出装置は不可欠である。
【００６０】以上の議論より得られる３相ＨＢ形ステッ
プモータの制御装置の構成を図１１に示す。図３に示し
たような３相ＨＢ形ステップモータ３１の回転軸には速
度・位置検出器３２が取り付けらており、その速度・位
置検出器３２からの速度・位置検出信号は速度・位置信
号処理器３３に送出される。なお、速度・位置検出器３
２としては、レゾルバあるいはエンコーダが用いられ
る。速度・位置信号処理器３３は速度・位置検出信号を
処理して、電気角度検出信号θr ，電気角速度検出信号
ωr 、機械角度検出信号θrmおよび機械角速度検出信号
ωrmを出力する。電気角度検出信号θr は角度／正弦・
余弦変換器３４によって正弦関数信号sinθr および余
弦関数信号cos θr に変換される。
プモータの制御装置の構成を図１１に示す。図３に示し
たような３相ＨＢ形ステップモータ３１の回転軸には速
度・位置検出器３２が取り付けらており、その速度・位
置検出器３２からの速度・位置検出信号は速度・位置信
号処理器３３に送出される。なお、速度・位置検出器３
２としては、レゾルバあるいはエンコーダが用いられ
る。速度・位置信号処理器３３は速度・位置検出信号を
処理して、電気角度検出信号θr ，電気角速度検出信号
ωr 、機械角度検出信号θrmおよび機械角速度検出信号
ωrmを出力する。電気角度検出信号θr は角度／正弦・
余弦変換器３４によって正弦関数信号sinθr および余
弦関数信号cos θr に変換される。
【００６１】一方、ＨＢ形ステップモータ３１のステー
タコイル（図３の１３）にはＵ相電圧ｖu 、Ｖ相電圧ｖ
v およびＷ相電圧ｖw が供給される。ＨＢ形ステップモ
ータ３１の入力側には電流検出器３５が設けられ、ここ
でＵ相電流ｉu とＶ相電流ｉv が検出される。これらＵ
相電流検出信号ｉu およびＶ相電流検出信号ｉv は３相
交流／ｄ−ｑ座標変換器３６に供給される。この３相交
流／ｄ−ｑ座標変換器３６には角度／正弦・余弦変換器
３４から正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos
θr も供給される。３相交流／ｄ−ｑ座標変換器３６
は、正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos θr
に基づいてＵ相電流検出信号ｉu およびＶ相電流検出信
号ｉv をｄ軸電流検出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号
ｉq に変換する。
タコイル（図３の１３）にはＵ相電圧ｖu 、Ｖ相電圧ｖ
v およびＷ相電圧ｖw が供給される。ＨＢ形ステップモ
ータ３１の入力側には電流検出器３５が設けられ、ここ
でＵ相電流ｉu とＶ相電流ｉv が検出される。これらＵ
相電流検出信号ｉu およびＶ相電流検出信号ｉv は３相
交流／ｄ−ｑ座標変換器３６に供給される。この３相交
流／ｄ−ｑ座標変換器３６には角度／正弦・余弦変換器
３４から正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos
θr も供給される。３相交流／ｄ−ｑ座標変換器３６
は、正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos θr
に基づいてＵ相電流検出信号ｉu およびＶ相電流検出信
号ｉv をｄ軸電流検出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号
ｉq に変換する。
【００６２】機械角度検出信号θrmは第１の減算器３７
に供給され、第１の減算器３７は機械角度指令信号θ＊
rmから機械角度検出信号θrmを減算してその機械角度偏
差信号を位置制御器３８に送出する。位置制御器３８は
機械角度偏差信号に基づいて機械角速度指令信号ω＊ rm
を発生する。この機械角速度指令信号ω＊ rmは第２の減
算器３９に供給される。この第２の減算器３９には機械
角速度検出信号ωrmも供給され、第２の減算器３９は機
械角速度指令信号ω＊ rmから機械角速度検出信号ωrmを
減算して機械角速度偏差信号を速度制御器４０に送出す
る。速度制御器４０は機械角速度偏差信号に基づいてｑ
軸電流指令信号ｉ＊ q を発生する。
に供給され、第１の減算器３７は機械角度指令信号θ＊
rmから機械角度検出信号θrmを減算してその機械角度偏
差信号を位置制御器３８に送出する。位置制御器３８は
機械角度偏差信号に基づいて機械角速度指令信号ω＊ rm
を発生する。この機械角速度指令信号ω＊ rmは第２の減
算器３９に供給される。この第２の減算器３９には機械
角速度検出信号ωrmも供給され、第２の減算器３９は機
械角速度指令信号ω＊ rmから機械角速度検出信号ωrmを
減算して機械角速度偏差信号を速度制御器４０に送出す
る。速度制御器４０は機械角速度偏差信号に基づいてｑ
軸電流指令信号ｉ＊ q を発生する。
【００６３】３相交流／ｄ−ｑ座標変換器３６から出力
されたｄ軸電流検出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号ｉ
q はそれぞれ第３および第４の減算器４１および４２に
供給される。第３の減算器４１は零に等しいｄ軸電流指
令信号ｉ＊ d からｄ軸電流検出信号ｉd を減算してｄ軸
電流偏差信号Δｉd を出力する。第４の減算器４２には
速度制御器４０からｑ軸電流指令信号ｉ＊ q が供給され
る。第４の減算器４２はｑ軸電流指令信号ｉ＊ q からｑ
軸電流検出信号ｉq を減算してｑ軸電流偏差信号Δｉq
を出力する。ｄ軸電流偏差信号Δｉd およびｑ軸電流偏
差信号Δｉq は、それぞれ、第１および第２の電流制御
器４３および４４に供給される。第１および第２の電流
制御器４３および４４は、それぞれ、図９又は図１０中
の伝達関数Ｇid（ｓ）およびＧiq（ｓ）で表わされる伝
達特性を有する。
されたｄ軸電流検出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号ｉ
q はそれぞれ第３および第４の減算器４１および４２に
供給される。第３の減算器４１は零に等しいｄ軸電流指
令信号ｉ＊ d からｄ軸電流検出信号ｉd を減算してｄ軸
電流偏差信号Δｉd を出力する。第４の減算器４２には
速度制御器４０からｑ軸電流指令信号ｉ＊ q が供給され
る。第４の減算器４２はｑ軸電流指令信号ｉ＊ q からｑ
軸電流検出信号ｉq を減算してｑ軸電流偏差信号Δｉq
を出力する。ｄ軸電流偏差信号Δｉd およびｑ軸電流偏
差信号Δｉq は、それぞれ、第１および第２の電流制御
器４３および４４に供給される。第１および第２の電流
制御器４３および４４は、それぞれ、図９又は図１０中
の伝達関数Ｇid（ｓ）およびＧiq（ｓ）で表わされる伝
達特性を有する。
【００６４】第１の電流制御器４３はｄ軸電流偏差信号
Δｉd に基づいてｄ軸電圧指令信号ｖ'* d を発生する。
同様に、第２の電流制御器４４はｑ軸電流偏差信号Δｉ
q に基づいてｑ軸電圧指令信号ｖ'* q を発生する。３相
交流／ｄ−ｑ座標変換器３６から出力されたｄ軸電流検
出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号ｉq は非干渉化制御
器４５にも供給される。非干渉化制御器４５には速度・
位置信号処理器３３から電気角速度検出信号ωr が供給
される。非干渉化制御器４５は、図１０に示す非干渉制
御（フィードフォワード）と記したブロックの部分に対
応する。非干渉化制御器４５は、ｄ軸電流検出信号
ｉd 、ｑ軸電流検出信号ｉq および電気角速度検出信号
ωr に基づいて、ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝とｑ
軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とを計
算する。ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝は減算器４６
に供給され、ｑ軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´
Ｉｍ）｝は加算器４７に供給される。減算器４６には第
１の電流制御器４３からｄ軸電圧指令信号ｖ'* d が供給
され、加算器４７には第２の電流制御器４４からｑ軸電
圧指令信号ｖ'* q が供給されている。減算器４６は、上
記数式１４に示すように、ｄ軸電圧指令信号ｖ'* d から
ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝を減算して、非干渉化
したｄ軸電圧指令信号ｖ＊ d を出力する。同様に、加算
器４７は、上記数式１５に示すように、ｑ軸電圧指令信
号ｖ'* q とｑ軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉ
ｍ）｝とを加算して、非干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ
＊ q を出力する。
Δｉd に基づいてｄ軸電圧指令信号ｖ'* d を発生する。
同様に、第２の電流制御器４４はｑ軸電流偏差信号Δｉ
q に基づいてｑ軸電圧指令信号ｖ'* q を発生する。３相
交流／ｄ−ｑ座標変換器３６から出力されたｄ軸電流検
出信号ｉd およびｑ軸電流検出信号ｉq は非干渉化制御
器４５にも供給される。非干渉化制御器４５には速度・
位置信号処理器３３から電気角速度検出信号ωr が供給
される。非干渉化制御器４５は、図１０に示す非干渉制
御（フィードフォワード）と記したブロックの部分に対
応する。非干渉化制御器４５は、ｄ軸電流検出信号
ｉd 、ｑ軸電流検出信号ｉq および電気角速度検出信号
ωr に基づいて、ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝とｑ
軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉｍ）｝とを計
算する。ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝は減算器４６
に供給され、ｑ軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´
Ｉｍ）｝は加算器４７に供給される。減算器４６には第
１の電流制御器４３からｄ軸電圧指令信号ｖ'* d が供給
され、加算器４７には第２の電流制御器４４からｑ軸電
圧指令信号ｖ'* q が供給されている。減算器４６は、上
記数式１４に示すように、ｄ軸電圧指令信号ｖ'* d から
ｄ軸干渉成分｛ωr Ｌｓ・ｉq ｝を減算して、非干渉化
したｄ軸電圧指令信号ｖ＊ d を出力する。同様に、加算
器４７は、上記数式１５に示すように、ｑ軸電圧指令信
号ｖ'* q とｑ軸干渉成分｛ωr （Ｌｓ・ｉd ＋Ｍｒ´Ｉ
ｍ）｝とを加算して、非干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ
＊ q を出力する。
【００６５】これら非干渉化したｄ軸電圧指令信号ｖ＊
d と非干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ＊ q とはｄ−ｑ／
３相交流座標変換器４８に供給される。このｄ−ｑ／３
相交流座標変換器４８には、角度／正弦・余弦変換器３
４から正弦関数信号sin θrおよび余弦関数信号cos θ
r も供給される。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器４８は、
正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos θr に基
づいて、非干渉化したｄ軸電圧指令信号ｖ＊ d および非
干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ＊ q をＵ相電圧指令信号
ｖ＊ u ，Ｖ相電圧指令信号ｖ＊ v ，およびＷ相電圧指令
信号ｖ＊ w に変換する。これらＵ相、Ｖ相およびＷ相電
圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v ，およびｖ＊ w はＰＷＭイン
バータ４９に供給される。ＰＷＭインバータ４９は、Ｕ
相、Ｖ相およびＷ相電圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v ，およ
びｖ＊ w に基づいて、それぞれ、上述したＵ相、Ｖ相お
よびＷ相電圧ｖu 、ｖv およびｖw を３相ＨＢ形ステッ
プモータ３１に供給する。
d と非干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ＊ q とはｄ−ｑ／
３相交流座標変換器４８に供給される。このｄ−ｑ／３
相交流座標変換器４８には、角度／正弦・余弦変換器３
４から正弦関数信号sin θrおよび余弦関数信号cos θ
r も供給される。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器４８は、
正弦関数信号sin θr および余弦関数信号cos θr に基
づいて、非干渉化したｄ軸電圧指令信号ｖ＊ d および非
干渉化したｑ軸電圧指令信号ｖ＊ q をＵ相電圧指令信号
ｖ＊ u ，Ｖ相電圧指令信号ｖ＊ v ，およびＷ相電圧指令
信号ｖ＊ w に変換する。これらＵ相、Ｖ相およびＷ相電
圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v ，およびｖ＊ w はＰＷＭイン
バータ４９に供給される。ＰＷＭインバータ４９は、Ｕ
相、Ｖ相およびＷ相電圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v ，およ
びｖ＊ w に基づいて、それぞれ、上述したＵ相、Ｖ相お
よびＷ相電圧ｖu 、ｖv およびｖw を３相ＨＢ形ステッ
プモータ３１に供給する。
【００６６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の３相Ｈ
Ｂ形ステップモータの制御装置は、ｄ−ｑ軸上での制御
システムなので、Ｕ相およびＶ相電流検出信号ｉu およ
びｉv をｄ軸およびｑ軸電流検出信号ｉd およびｉq に
変換するための３相交流／ｄ−ｑ座標変換器３６や非干
渉演算のための非干渉化制御器４５が必要になり、構成
が複雑となる欠点がある。
Ｂ形ステップモータの制御装置は、ｄ−ｑ軸上での制御
システムなので、Ｕ相およびＶ相電流検出信号ｉu およ
びｉv をｄ軸およびｑ軸電流検出信号ｉd およびｉq に
変換するための３相交流／ｄ−ｑ座標変換器３６や非干
渉演算のための非干渉化制御器４５が必要になり、構成
が複雑となる欠点がある。
【００６７】したがって、本発明の目的は、構成が簡素
なステップモータの制御装置を提供することにある。
なステップモータの制御装置を提供することにある。
【００６８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るステップモ
ータの制御装置は、ステータと、このステータと対向し
て回転軸の回りに回転可能に配置されたロータとからな
るステップモータの制御装置であって、ステータは、周
方向に間隔をおいて配置されて半径方向に突出した第１
の個数のステータ歯をもつステータコアと、ステータ歯
の各々に巻回されたステータコイルとを有し、ロータ
は、周方向に間隔をおいて配置されてステータ歯と対向
するように半径方向に突出し、かつ第１の個数より少な
い第２の個数のロータ歯をもつロータコアを有する。
ータの制御装置は、ステータと、このステータと対向し
て回転軸の回りに回転可能に配置されたロータとからな
るステップモータの制御装置であって、ステータは、周
方向に間隔をおいて配置されて半径方向に突出した第１
の個数のステータ歯をもつステータコアと、ステータ歯
の各々に巻回されたステータコイルとを有し、ロータ
は、周方向に間隔をおいて配置されてステータ歯と対向
するように半径方向に突出し、かつ第１の個数より少な
い第２の個数のロータ歯をもつロータコアを有する。
【００６９】本発明によれば、上記ステップモータの制
御装置は、ステップモータの速度・位置を検出して、速
度・位置検出信号を出力する検出手段と、速度・位置検
出信号を処理して、電気角度検出信号、機械角度検出信
号、および機械角速度検出信号を出力する処理手段と、
機械角度指令信号に応答して、機械角度検出信号と機械
角速度検出信号とに基づいてｑ軸電流指令信号を出力す
る電流指令生成手段と、電気角度検出信号を三角関数信
号に変換する三角関数発生手段と、ｑ軸電流指令信号を
三角関数信号に基づいて相電流指令信号に変換する座標
変換手段と、ステータコイルに流れる相電流を検出し
て、相電流検出信号を出力する電流検出手段と、相電流
指令信号から相電流検出信号を減算して、相電流偏差信
号を出力する減算手段と、相電流偏差信号に基づいて相
電圧指令信号を発生する電流制御手段と、相電圧指令信
号に基づいて相電圧をステータコイルに印加する駆動手
段とを有することを特徴とする。
御装置は、ステップモータの速度・位置を検出して、速
度・位置検出信号を出力する検出手段と、速度・位置検
出信号を処理して、電気角度検出信号、機械角度検出信
号、および機械角速度検出信号を出力する処理手段と、
機械角度指令信号に応答して、機械角度検出信号と機械
角速度検出信号とに基づいてｑ軸電流指令信号を出力す
る電流指令生成手段と、電気角度検出信号を三角関数信
号に変換する三角関数発生手段と、ｑ軸電流指令信号を
三角関数信号に基づいて相電流指令信号に変換する座標
変換手段と、ステータコイルに流れる相電流を検出し
て、相電流検出信号を出力する電流検出手段と、相電流
指令信号から相電流検出信号を減算して、相電流偏差信
号を出力する減算手段と、相電流偏差信号に基づいて相
電圧指令信号を発生する電流制御手段と、相電圧指令信
号に基づいて相電圧をステータコイルに印加する駆動手
段とを有することを特徴とする。
【００７０】上記電流指令生成手段は、機械角度指令信
号から機械角度検出信号を減算して機械角度偏差信号を
出力する第１の減算器と、機械角度偏差信号に基づいて
機械角速度指令信号を発生する位置制御器と、機械角速
度指令信号から機械角速度検出信号を減算して機械角速
度偏差信号を出力する第２の減算器と、機械角速度偏差
信号に基づいてｑ軸電流指令信号を発生する速度制御器
とを有することが好ましい。
号から機械角度検出信号を減算して機械角度偏差信号を
出力する第１の減算器と、機械角度偏差信号に基づいて
機械角速度指令信号を発生する位置制御器と、機械角速
度指令信号から機械角速度検出信号を減算して機械角速
度偏差信号を出力する第２の減算器と、機械角速度偏差
信号に基づいてｑ軸電流指令信号を発生する速度制御器
とを有することが好ましい。
【００７１】上記ステップモータが３相ステップモータ
の場合、上記電流検出手段は、相電流検出信号としてＵ
相およびＶ相電流検出信号を出力し、上記三角関数発生
手段は、三角関数信号としてＵ相およびＶ相に対応する
互いに（２π／３）ラジアンだけ相違する第１及び第２
の三角関数信号を出力し、上記座標変換手段は、ｑ軸電
流指令信号を第１及び第２の三角関数信号に基づいて相
電流指令信号としてＵ相およびＶ相電流指令信号に変換
し、上記減算手段は、Ｕ相電流指令信号からＵ相電流検
出信号を減算して、Ｕ相電流偏差信号を出力するＵ相用
減算器と、Ｖ相電流指令信号からＶ相電流検出信号を減
算して、Ｖ相電流偏差信号を出力するＶ相用減算器とを
有し、上記電流制御手段は、Ｕ相電流偏差信号に基づい
て相電圧指令信号の１つとしてＵ相電圧指令信号を発生
するＵ相用電流制御器と、Ｖ相電流偏差信号に基づいて
相電圧指令信号の他の１つとしてＶ相電圧指令信号を発
生するＶ相用電流制御器と、Ｕ相電圧指令信号の極性反
転信号とＶ相電圧指令信号の極性反転信号とを加算して
相電圧指令信号のさらに他の１つとしてＷ相電圧指令信
号を出力する加算器とを有し、上記駆動手段は、Ｕ相、
Ｖ相およびＷ相電圧指令信号に基づいて相電圧としてＵ
相、Ｖ相およびＷ相電圧を３相ステップモータのステー
タコイルに印加するＰＷＭインバータである、ことが好
ましい。
の場合、上記電流検出手段は、相電流検出信号としてＵ
相およびＶ相電流検出信号を出力し、上記三角関数発生
手段は、三角関数信号としてＵ相およびＶ相に対応する
互いに（２π／３）ラジアンだけ相違する第１及び第２
の三角関数信号を出力し、上記座標変換手段は、ｑ軸電
流指令信号を第１及び第２の三角関数信号に基づいて相
電流指令信号としてＵ相およびＶ相電流指令信号に変換
し、上記減算手段は、Ｕ相電流指令信号からＵ相電流検
出信号を減算して、Ｕ相電流偏差信号を出力するＵ相用
減算器と、Ｖ相電流指令信号からＶ相電流検出信号を減
算して、Ｖ相電流偏差信号を出力するＶ相用減算器とを
有し、上記電流制御手段は、Ｕ相電流偏差信号に基づい
て相電圧指令信号の１つとしてＵ相電圧指令信号を発生
するＵ相用電流制御器と、Ｖ相電流偏差信号に基づいて
相電圧指令信号の他の１つとしてＶ相電圧指令信号を発
生するＶ相用電流制御器と、Ｕ相電圧指令信号の極性反
転信号とＶ相電圧指令信号の極性反転信号とを加算して
相電圧指令信号のさらに他の１つとしてＷ相電圧指令信
号を出力する加算器とを有し、上記駆動手段は、Ｕ相、
Ｖ相およびＷ相電圧指令信号に基づいて相電圧としてＵ
相、Ｖ相およびＷ相電圧を３相ステップモータのステー
タコイルに印加するＰＷＭインバータである、ことが好
ましい。
【００７２】
【作用】従来のステップモータの制御装置に比較して、
本発明のステップモータの制御装置は、精度や応答性の
点では若干劣るとはいうものの、３相交流／ｄ−ｑ座標
変換演算や非干渉化演算が不要なので、構成が簡素とな
る。
本発明のステップモータの制御装置は、精度や応答性の
点では若干劣るとはいうものの、３相交流／ｄ−ｑ座標
変換演算や非干渉化演算が不要なので、構成が簡素とな
る。
【００７３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００７４】図１に本発明の一実施例による３相ＨＢ形
ステップモータの制御装置の構成を示す。図示の制御装
置は、図３に示したような３相ＨＢ形ステップモータ５
１のトルク制御を行うためのものである。
ステップモータの制御装置の構成を示す。図示の制御装
置は、図３に示したような３相ＨＢ形ステップモータ５
１のトルク制御を行うためのものである。
【００７５】３相ＨＢ形ステップモータ５１の回転軸に
は速度・位置検出器５２が取り付けらており、その速度
・位置検出器５２からの速度・位置検出信号は速度・位
置信号処理器５３に送出される。なお、速度・位置検出
器５２としては、レゾルバあるいはエンコーダが用いら
れる。速度・位置信号処理器５３は速度・位置検出信号
を処理して、電気角度検出信号θr ，機械角度検出信号
θrmおよび機械角速度検出信号ωrmを出力する。
は速度・位置検出器５２が取り付けらており、その速度
・位置検出器５２からの速度・位置検出信号は速度・位
置信号処理器５３に送出される。なお、速度・位置検出
器５２としては、レゾルバあるいはエンコーダが用いら
れる。速度・位置信号処理器５３は速度・位置検出信号
を処理して、電気角度検出信号θr ，機械角度検出信号
θrmおよび機械角速度検出信号ωrmを出力する。
【００７６】機械角度検出信号θrmは第１の減算器５４
に供給され、第１の減算器５４は機械角度指令信号θ＊
rmから機械角度検出信号θrmを減算して機械角度偏差信
号を位置制御器５５に送出する。位置制御器５５は機械
角度偏差信号に基づいて機械角速度指令信号ω＊ rmを発
生する。この機械角速度指令信号ω＊ rmは第２の減算器
５６に供給される。この第２の減算器５６には機械角速
度検出信号ωrmも供給され、第２の減算器５６は機械角
速度指令信号ω＊ rmから機械角速度検出信号ωrmを減算
して機械角速度偏差信号を速度制御器５７に送出する。
速度制御器５７は機械角速度偏差信号に基づいてｑ軸電
流指令信号ｉ＊ q を発生する。したがって、第１の減算
器５４、位置制御器５５、第２の減算器５６および速度
制御器５７の組み合わせは、機械角度指令信号θ＊ rmに
応答して、機械角度検出信号θrmと機械角速度検出信号
ω＊ rmとに基づいてｑ軸電流指令信号ｉ＊ q を出力する
電流指令生成回路として働く。
に供給され、第１の減算器５４は機械角度指令信号θ＊
rmから機械角度検出信号θrmを減算して機械角度偏差信
号を位置制御器５５に送出する。位置制御器５５は機械
角度偏差信号に基づいて機械角速度指令信号ω＊ rmを発
生する。この機械角速度指令信号ω＊ rmは第２の減算器
５６に供給される。この第２の減算器５６には機械角速
度検出信号ωrmも供給され、第２の減算器５６は機械角
速度指令信号ω＊ rmから機械角速度検出信号ωrmを減算
して機械角速度偏差信号を速度制御器５７に送出する。
速度制御器５７は機械角速度偏差信号に基づいてｑ軸電
流指令信号ｉ＊ q を発生する。したがって、第１の減算
器５４、位置制御器５５、第２の減算器５６および速度
制御器５７の組み合わせは、機械角度指令信号θ＊ rmに
応答して、機械角度検出信号θrmと機械角速度検出信号
ω＊ rmとに基づいてｑ軸電流指令信号ｉ＊ q を出力する
電流指令生成回路として働く。
【００７７】電気角度検出信号θr は三角関数発生器５
８によってＵ相およびＶ相に対応する互いに（２π／
３）ラジアンだけ相違する第１及び第２の三角関数信号
sin θr およびsin （θr −２π／３）に変換される。
これら第１及び第２の三角関数信号sin θr およびsin
（θr −２π／３）はｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９
に供給される。このｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９に
は、速度制御器５７からｑ軸電流指令信号ｉ＊ q が供給
される。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９は、第１及び
第２の三角関数信号sin θr およびsin （θr −２π／
３）に基づいて、ｑ軸電流指令信号ｉ＊ q をＵ相および
Ｖ相電流指令信号ｉ＊ u およびｉ＊ v に変換する。
８によってＵ相およびＶ相に対応する互いに（２π／
３）ラジアンだけ相違する第１及び第２の三角関数信号
sin θr およびsin （θr −２π／３）に変換される。
これら第１及び第２の三角関数信号sin θr およびsin
（θr −２π／３）はｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９
に供給される。このｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９に
は、速度制御器５７からｑ軸電流指令信号ｉ＊ q が供給
される。ｄ−ｑ／３相交流座標変換器５９は、第１及び
第２の三角関数信号sin θr およびsin （θr −２π／
３）に基づいて、ｑ軸電流指令信号ｉ＊ q をＵ相および
Ｖ相電流指令信号ｉ＊ u およびｉ＊ v に変換する。
【００７８】一方、ＨＢ形ステップモータ５１にはＵ相
電圧ｖu 、Ｖ相電圧ｖv およびＷ相電圧ｖw が供給され
る。ＨＢ形ステップモータ５１の入力側には電流検出器
６０が設けられ、ここでＵ相電流ｉu とＶ相電流ｉv が
検出される。これらＵ相電流検出信号ｉu およびＶ相電
流検出信号ｉv は、それぞれ、Ｕ相用およびＶ相用減算
器６１および６２に供給される。Ｕ相用およびＶ相用減
算器６１および６２には、それぞれ、ｄ−ｑ／３相交流
座標変換器５９からＵ相およびＶ相電流指令信号ｉ＊ u
およびｉ＊ v が供給される。Ｕ相用減算器６１は、Ｕ相
電流指令信号ｉ＊ u からＵ相電流検出信号ｉu を減算し
て、Ｕ相電流偏差信号を出力する。同様に、Ｖ相用減算
器６２は、Ｖ相電流指令信号ｉ＊ v からＶ相電流検出信
号ｉv を減算して、Ｖ相電流偏差信号を出力する。
電圧ｖu 、Ｖ相電圧ｖv およびＷ相電圧ｖw が供給され
る。ＨＢ形ステップモータ５１の入力側には電流検出器
６０が設けられ、ここでＵ相電流ｉu とＶ相電流ｉv が
検出される。これらＵ相電流検出信号ｉu およびＶ相電
流検出信号ｉv は、それぞれ、Ｕ相用およびＶ相用減算
器６１および６２に供給される。Ｕ相用およびＶ相用減
算器６１および６２には、それぞれ、ｄ−ｑ／３相交流
座標変換器５９からＵ相およびＶ相電流指令信号ｉ＊ u
およびｉ＊ v が供給される。Ｕ相用減算器６１は、Ｕ相
電流指令信号ｉ＊ u からＵ相電流検出信号ｉu を減算し
て、Ｕ相電流偏差信号を出力する。同様に、Ｖ相用減算
器６２は、Ｖ相電流指令信号ｉ＊ v からＶ相電流検出信
号ｉv を減算して、Ｖ相電流偏差信号を出力する。
【００７９】Ｕ相およびＶ相電流偏差信号は、それぞ
れ、Ｕ相用およびＶ相用電流制御器６３および６４に供
給される。Ｕ相用電流制御器６３は、Ｕ相電流偏差信号
に基づいてＵ相電圧指令信号ｖ＊ u を発生する。同様
に、Ｖ相用電流制御器６４は、Ｖ相電流偏差信号に基づ
いてＶ相電圧指令信号ｖ＊ v を発生する。Ｕ相およびＶ
相電圧指令信号ｖ＊ u およびｖ＊ v は加算器６５に供給
される。加算器６５は、Ｕ相電圧指令信号ｖ＊ u の極性
反転信号−ｖ＊ u とＶ相電圧指令信号ｖ＊ v の極性反転
信号−ｖ＊ v とを加算してＷ相電圧指令信号ｖ＊ w を出
力する。したがって、Ｕ相用およびＶ相用電流制御器６
３および６４と加算器６５との組み合わせは、相電流偏
差信号に基づいて相電圧指令信号を発生する電流制御回
路として働く。これらＵ相、Ｖ相およびＷ相電圧指令信
号ｖ＊ u ，ｖ＊ v およびｖ＊ w は、ＰＷＭインバータ６
６に供給される。ＰＷＭインバータ６６は、Ｕ相、Ｖ相
およびＷ相電圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v およびｖ＊ w に
基づいてＵ相、Ｖ相およびＷ相電圧ｖu ，ｖv およびｖ
w を３相ＨＢ形ステップモータ５２のステータコイル
（図３の１３）に印加する。すなわち、ＰＷＭインバー
タ６６は、相電圧指令信号に基づいて相電圧をステータ
コイルに印加する駆動回路として作用する。
れ、Ｕ相用およびＶ相用電流制御器６３および６４に供
給される。Ｕ相用電流制御器６３は、Ｕ相電流偏差信号
に基づいてＵ相電圧指令信号ｖ＊ u を発生する。同様
に、Ｖ相用電流制御器６４は、Ｖ相電流偏差信号に基づ
いてＶ相電圧指令信号ｖ＊ v を発生する。Ｕ相およびＶ
相電圧指令信号ｖ＊ u およびｖ＊ v は加算器６５に供給
される。加算器６５は、Ｕ相電圧指令信号ｖ＊ u の極性
反転信号−ｖ＊ u とＶ相電圧指令信号ｖ＊ v の極性反転
信号−ｖ＊ v とを加算してＷ相電圧指令信号ｖ＊ w を出
力する。したがって、Ｕ相用およびＶ相用電流制御器６
３および６４と加算器６５との組み合わせは、相電流偏
差信号に基づいて相電圧指令信号を発生する電流制御回
路として働く。これらＵ相、Ｖ相およびＷ相電圧指令信
号ｖ＊ u ，ｖ＊ v およびｖ＊ w は、ＰＷＭインバータ６
６に供給される。ＰＷＭインバータ６６は、Ｕ相、Ｖ相
およびＷ相電圧指令信号ｖ＊ u ，ｖ＊ v およびｖ＊ w に
基づいてＵ相、Ｖ相およびＷ相電圧ｖu ，ｖv およびｖ
w を３相ＨＢ形ステップモータ５２のステータコイル
（図３の１３）に印加する。すなわち、ＰＷＭインバー
タ６６は、相電圧指令信号に基づいて相電圧をステータ
コイルに印加する駆動回路として作用する。
【００８０】上述したように、本実施例のステップモー
タの制御装置は、図１１に示した従来のものに比較し
て、３相交流ｄ−ｑ座標変換器３６と非干渉化制御器４
５とを省略することができる。したがって、本実施例の
ステップモータの制御装置は構成が簡易であるという利
点がある。一方、上述した回路を省略した分だけ、本実
施例のものの方が従来のものに比較して、精度や応答性
の点で若干劣る。しかしながら、電流及びトルクの整定
時間について高速サーボ並みの性能が要求されなけれ
ば、本実施例のステップモータの制御装置は、十分に実
用に供する。
タの制御装置は、図１１に示した従来のものに比較し
て、３相交流ｄ−ｑ座標変換器３６と非干渉化制御器４
５とを省略することができる。したがって、本実施例の
ステップモータの制御装置は構成が簡易であるという利
点がある。一方、上述した回路を省略した分だけ、本実
施例のものの方が従来のものに比較して、精度や応答性
の点で若干劣る。しかしながら、電流及びトルクの整定
時間について高速サーボ並みの性能が要求されなけれ
ば、本実施例のステップモータの制御装置は、十分に実
用に供する。
【００８１】なお、上記実施例の制御装置のさらに外側
に、速度・位置制御ループを設けても良いのは言うまで
もない。また、上記実施例の制御装置は、連続値制御を
行なうアナログ回路や、離散値制御を行なうディジタル
回路で実現できる。
に、速度・位置制御ループを設けても良いのは言うまで
もない。また、上記実施例の制御装置は、連続値制御を
行なうアナログ回路や、離散値制御を行なうディジタル
回路で実現できる。
【００８２】また、上記実施例では、ステップモータと
して３相ＨＢ形ステップモータを例として説明したが、
本発明は、一般によく使用されている、２相ステップモ
ータもしくは５相ステップモータにも同様に適用でき
る。但し、この場合には、相変換演算が必要となる。さ
らに、上記実施例では、ステップモータとしてインナー
ロータ形を例として説明したが、本発明は、アウタロー
タ形にも同様に適用できる。また、本発明は、ステータ
側にコイルと磁石とを具備したステップモータにも適用
できる。
して３相ＨＢ形ステップモータを例として説明したが、
本発明は、一般によく使用されている、２相ステップモ
ータもしくは５相ステップモータにも同様に適用でき
る。但し、この場合には、相変換演算が必要となる。さ
らに、上記実施例では、ステップモータとしてインナー
ロータ形を例として説明したが、本発明は、アウタロー
タ形にも同様に適用できる。また、本発明は、ステータ
側にコイルと磁石とを具備したステップモータにも適用
できる。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように本発明のステップモ
ータの制御装置は、従来のものと比較して、精度や応答
性の点では若干劣るとはいうものの、３相交流／ｄ−ｑ
座標変換演算や非干渉化演算が不要なので、構成が簡素
となる利点がある。
ータの制御装置は、従来のものと比較して、精度や応答
性の点では若干劣るとはいうものの、３相交流／ｄ−ｑ
座標変換演算や非干渉化演算が不要なので、構成が簡素
となる利点がある。
【図１】本発明の一実施例による３相ＨＢ形ステップモ
ータの制御装置の構成を示すブロック図である。
ータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ステップモータの動作原理を説明するための図
である。
である。
【図３】本発明が適用される３相ＨＢ形ステップモータ
の構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ´線から見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ
´線から見た断面図である。
の構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ´線から見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ
´線から見た断面図である。
【図４】３相ＨＢ形ステップモータの電気回路モデルを
示す回路図である。
示す回路図である。
【図５】ブラシレスＤＣモータの等価回路モデルを示す
回路図である。
回路図である。
【図６】ステップモータのｄ軸およびｑ軸を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図７】３相ＨＢ形ステップモータのブロック線図であ
る。
る。
【図８】非干渉化後のブロック線図である。
【図９】ｄ軸およびｑ軸電流をフィードバックした電流
制御器を用いた制御系の構成を示すブロック線図であ
る。
制御器を用いた制御系の構成を示すブロック線図であ
る。
【図１０】非干渉化を行なう制御システムを示すブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図１１】従来の３相ＨＢ形ステップモータの制御装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
５１ ３相ＨＢ形ステップモータ ５２ 検出器 ５３ 速度・位置信号処理器 ５４ 減算器 ５５ 位置制御器 ５６ 減算器 ５７ 速度制御器 ５８ 三角関数発生器 ５９ ｄ−ｑ／３相交流座標変換器 ６０ 電流検出器 ６１ 減算器 ６２ 減算器 ６３ 電流制御器 ６４ 電流制御器 ６５ 加算器 ６６ ＰＷＭインバータ
Claims (3)
- 【請求項１】 ステータと、該ステータと対向して回転
軸の回りに回転可能に配置されたロータとからなるステ
ップモータの制御装置であって、前記ステータは、周方
向に間隔をおいて配置されて半径方向に突出した第１の
個数のステータ歯をもつステータコアと、前記ステータ
歯の各々に巻回されたステータコイルとを有し、前記ロ
ータは、周方向に間隔をおいて配置されて前記ステータ
歯と対向するように半径方向に突出し、かつ前記第１の
個数より少ない第２の個数のロータ歯をもつロータコア
を有する、ステップモータの制御装置において、 前記ステップモータの速度・位置を検出して、速度・位
置検出信号を出力する検出手段と、 前記速度・位置検出信号を処理して、電気角度検出信
号、機械角度検出信号、および機械角速度検出信号を出
力する処理手段と、 機械角度指令信号に応答して、前記機械角度検出信号と
前記機械角速度検出信号とに基づいてｑ軸電流指令信号
を出力する電流指令生成手段と、 前記電気角度検出信号を三角関数信号に変換する三角関
数発生手段と、 前記ｑ軸電流指令信号を前記三角関数信号に基づいて相
電流指令信号に変換する座標変換手段と、 前記ステータコイルに流れる相電流を検出して、相電流
検出信号を出力する電流検出手段と、 前記相電流指令信号から前記相電流検出信号を減算し
て、相電流偏差信号を出力する減算手段と、 前記相電流偏差信号に基づいて相電圧指令信号を発生す
る電流制御手段と、 前記相電圧指令信号に基づいて相電圧を前記ステータコ
イルに印加する駆動手段とを有することを特徴とするス
テップモータの制御装置。 - 【請求項２】 前記電流指令生成手段は、 前記機械角度指令信号から前記機械角度検出信号を減算
して機械角度偏差信号を出力する第１の減算器と、 前記機械角度偏差信号に基づいて機械角速度指令信号を
発生する位置制御器と、 前記機械角速度指令信号から前記機械角速度検出信号を
減算して角速度偏差信号を出力する第２の減算器と、 前記機械角速度偏差信号に基づいて前記ｑ軸電流指令信
号を発生する速度制御器とを有することを特徴とする請
求項１記載のステップモータの制御装置。 - 【請求項３】 前記ステップモータは３相ステップモー
タであり、 前記電流検出手段は、前記相電流検出信号としてＵ相お
よびＶ相電流検出信号を出力し、 前記三角関数発生手段は、前記三角関数信号としてＵ相
およびＶ相に対応する互いに（２π／３）ラジアンだけ
相違する第１及び第２の三角関数信号を出力し、 前記座標変換手段は、前記ｑ軸電流指令信号を前記第１
及び第２の三角関数信号に基づいて前記相電流指令信号
としてＵ相およびＶ相電流指令信号に変換し、 前記減算手段は、Ｕ相電流指令信号から前記Ｕ相電流検
出信号を減算して、Ｕ相電流偏差信号を出力するＵ相用
減算器と、Ｖ相電流指令信号から前記Ｖ相電流検出信号
を減算して、Ｖ相電流偏差信号を出力するＶ相用減算器
とを有し、 前記電流制御手段は、前記Ｕ相電流偏差信号に基づいて
前記相電圧指令信号の１つとしてＵ相電圧指令信号を発
生するＵ相用電流制御器と、前記Ｖ相電流偏差信号に基
づいて前記相電圧指令信号の他の１つとしてＶ相電圧指
令信号を発生するＶ相用電流制御器と、前記Ｕ相電圧指
令信号の極性反転信号と前記Ｖ相電圧指令信号の極性反
転信号とを加算して前記相電圧指令信号のさらに他の１
つとしてＷ相電圧指令信号を出力する加算器とを有し、 前記駆動手段は、前記Ｕ相、Ｖ相およびＷ相電圧指令信
号に基づいて前記相電圧としてＵ相、Ｖ相およびＷ相電
圧を前記３相ステップモータのステータコイルに印加す
るＰＷＭインバータである、 請求項１記載のステップモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1093693A JPH06225595A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | ステップモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1093693A JPH06225595A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | ステップモータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06225595A true JPH06225595A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11764113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1093693A Withdrawn JPH06225595A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | ステップモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06225595A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1333573A2 (en) * | 2002-01-23 | 2003-08-06 | Japan Servo Co. Ltd. | Stepping motor driver using vector control |
| EP1347568A2 (en) * | 2002-03-19 | 2003-09-24 | Japan Servo Co. Ltd. | Stepping motor driver |
| US6747433B2 (en) | 2001-09-26 | 2004-06-08 | Japan Servo Co., Ltd. | Stepping motor controller |
| EP1463194A1 (en) * | 2003-03-11 | 2004-09-29 | Japan Servo Co. Ltd. | Stepping motor driver |
| JP2012249473A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Iai:Kk | 制御装置、アクチュエータシステム、及び制御方法 |
| US8508176B2 (en) | 2010-01-13 | 2013-08-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Drive apparatus for stepping motor |
| US9961221B2 (en) | 2015-10-16 | 2018-05-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Motor control apparatus that controls motor based on result of detection by position detection sensor that detects rotational position of rotor of motor, and image forming apparatus |
| US10305402B2 (en) | 2016-04-13 | 2019-05-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Motor control apparatus, sheet conveyance apparatus, document feeding apparatus, document reading apparatus, and image forming apparatus |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP1093693A patent/JPH06225595A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
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| US6850027B2 (en) | 2002-03-19 | 2005-02-01 | Japan Servo Co., Ltd. | Stepping motor driver |
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