JPH08289594A - ステップモータの駆動制御方法とその装置 - Google Patents

ステップモータの駆動制御方法とその装置

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JPH08289594A
JPH08289594A JP7302971A JP30297195A JPH08289594A JP H08289594 A JPH08289594 A JP H08289594A JP 7302971 A JP7302971 A JP 7302971A JP 30297195 A JP30297195 A JP 30297195A JP H08289594 A JPH08289594 A JP H08289594A
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pulse width
input
step motor
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JP7302971A
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Hiroaki Nakaba
浩明 中場
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00Details of instruments
    • G01P1/07Indicating devices, e.g. for remote indication
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入力パルス信号のパルス幅に応じて軸を滑らか
に回転駆動することができ、入力パルス信号の周期の変
化に対して軸の回転の追従性を向上させることができる
ステップモータの駆動制御方法とその装置を提供する。 【解決手段】CPU1は、車速センサから送られる車速
パルス信号のパルス幅を連続的に測定し、計測したパル
ス幅データに基づいて次に入力されるパルス信号のパル
ス幅を予測・算出する。さらに、CPU1は、そのパル
ス幅データと予測パルス幅データに基づいてステップモ
ータの目標位置(ステップ数)を算出し、目標位置と現
在位置のデータとからステップモータが回動すべきステ
ップ数を算出する。さらに、予測パルス幅データとステ
ップ数から1ステップ当りの駆動時間を算出し、駆動時
間に基づきステップモータ7が駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用計器の駆動、或
はスロットルバルブの開度調整等に使用されるステップ
モータの駆動制御方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、車両用の速度計、回転計等の指針
を駆動する駆動源としてステップモータを用いることが
知られており、例えば、実開昭64−6556号公報に
おいて、速度計又は回転計に使用されるステップモータ
駆動式の針式表示装置が提案されている。
【0003】この針式表示装置のステップモータは、車
速等を示す入力パルス信号の周期に応じて指針軸を回転
駆動するが、ステップモータにより駆動される指針の動
きが段階的にならないように、一定の時間(更新時間)
T内におけるステップモータの回転のステップ数に応じ
て、ステップモータの駆動パルスのパルス周波数を変調
し、一定時間Tの間で駆動パルスを発生させるタイミン
グを制御していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の上記針
式表示装置は、一定時間T内のステップモータの回転の
ステップ数に応じてステップモータの駆動を制御するた
め、例えば、入力パルス信号が頻繁に入力される急加速
時でも、一定時間T毎にしかステップ数の演算を行わな
い。このため、一定時間Tの間の車速変化が大きい場
合、指針軸の回転が遅れ、実際の車速に対する指針の指
示値の追従性が悪化し、さらに、指針の指示の追従性は
一定時間Tが長い程、悪くなるという問題があった。
【0005】さらに、車速の変化が非常に緩やかで、一
定時間Tより入力パルス信号の入力間隔が長くなる場合
には、一定時間Tの間に入力パルス信号が入力されると
きと、入力されないときが生じる。このため、入力され
ない時には車速の変化がないと装置は判断して、指針は
一瞬止まり、入力された時には車速の変化が演算されて
指針が回転駆動されるため、指針の回転が滑らかに行え
ない問題があった。
【0006】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、入力パルス信号のパルス幅に応じて軸を滑らかに回
転駆動することができ、入力パルス信号の周期の変化に
対して軸の回転の追従性を向上させることができるステ
ップモータの駆動制御方法とその装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の駆動制御方法では、入力パルス信号が入力される
と、そのパルス幅が連続的に計測され、計測したパルス
幅データに基づいて次に入力されるパルス信号のパルス
幅が、入力パルス信号の入力に同期して予測・算出され
るとともに、計測したパルス幅データと予測した予測パ
ルス幅データに基づいてステップモータの目標位置(ス
テップ数)が算出される。
【0008】そして、算出した目標位置と現在位置のデ
ータとからステップモータが予測パルス幅の間に回動す
べきステップ数が入力パルス信号に同期して算出され、
さらに、前記予測パルス幅データとそのステップ数から
1ステップ当りの駆動時間が算出される。そして、この
駆動時間に基づき予測パルス幅の間、ステップモータが
駆動され、ステップモータが目標位置に到達するように
駆動される。
【0009】このように、入力パルス信号の入力に同期
して、その入力パルス信号のパルス幅の間のステップ数
に応じて1ステップの駆動時間を算出し、そのパルス幅
(予測パルス幅)の間において軸の回動を均一化してス
テップモータを駆動しているため、軸を段階的ではなく
円滑に回転駆動することができ、入力パルス信号の周期
の変化に対する軸回転の追従性を向上させることができ
る。
【0010】また、入力パルス信号における次のパルス
が入力されたときに、ステップモータが、その入力パル
ス信号のパルス幅の予測に対応した回動位置に到達して
いることになり、入力パルス信号の入力に対してステッ
プモータの駆動をより一層追従させることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0012】図1は本発明の駆動制御方法を実施する車
両用スピードメータの駆動制御装置のブロック図を示
し、図2はそのスピードメータ10の正面図を、図3は
その断面図を示している。
【0013】この駆動制御装置は、CPU1、ROM
2、RAM3、及び入出力回路4を有するマイクロコン
ピュータ13を主要部にして構成され、CPU1は、予
めROM2に記憶されたプログラムデータに基づき、後
述のような、車速パルス信号のパルス幅演算処理、パル
ス幅に対応した複数のステップ数(位置データ)を平均
化し目標位置を算出する処理、目標位置までのステップ
数を算出し1ステップ当りの駆動時間を算出する処理等
を実行する。CPU1は、上記計測手段、予測手段、現
在位置演算手段、ステップ数算出手段、駆動時間算出手
段を構成する。
【0014】記憶手段となるRAM3には、車速センサ
5から送られた車速パルス信号のパルス幅(時間)デー
タを、発生順に複数個記憶するパルス幅記憶エリア、そ
のパルス幅に対応したステップモータ(指針)の位置デ
ータを記憶する位置データ記憶エリア、及び次のパルス
幅の予測時間を記憶する予測時間記憶エリア、予測時間
に対応した位置データを記憶する予測位置データ記憶エ
リア、ステップモータの目標位置データを記憶する目標
位置データ記憶エリア、及びステップモータ(指針)の
現在位置データを記憶する現在位置データ記憶エリア等
が設けられる。
【0015】入出力回路4に接続された車速センサ5
は、車両の速度に応じた幅のパルス信号を発生し、入出
力回路4に出力する。マイクロコンピュータ13には、
レギュレータ20を介してバッテリ19が接続され、所
定の安定化電圧が供給される。スピードメータ9の指針
8を駆動するステップモータ7は、駆動回路6を介して
入出力回路4に接続される。また、イグニションスイッ
チ21が入出力回路4に接続され、イグニションスイッ
チ21をオンしたときの信号がCPU1に送られる。
【0016】図2、図3に示すように、スピードメータ
10の背面の基板16には、ムーブメントとしのステッ
プモータ7が固定され、ステップモータ7の前面には連
結部材14を介して目盛板9が取付けられる。目盛板9
の中央に設けた孔に、ステップモータ7の回転軸(指針
軸)15が配設され、その回転軸15の先端に、指針8
の指針ホルダ11が嵌着される。目盛板9上には零点位
置にストッパ12が設けられる。
【0017】次に、上記構成のスピードメータの駆動制
御装置により実施される駆動制御方法を、図4のフロー
チャート、図5のグラフを参照して説明する。
【0018】先ず、電源の投入と共にCPU1はステッ
プ100を実行し、各種レジスタ、RAM3等を初期化
する。次に、車速センサ5から送られる車速パルス信号
のパルスをチェックし、パルスエッジが発生したか否か
を判定し、車速パルス信号のパルスの立ち上り及び立ち
下りでパルスエッジが発生したとき、次のステップ12
0に進み、一つ前のパルスエッジから今回のパルスエッ
ジまでの時間つまりパルス幅を演算し、RAM3に記憶
する。
【0019】例えば、現時点が図5のグラフに示す現在
位置にある場合、計測された今回のパルス幅データ(時
間データ)はt3であり、RAM3のパルス幅記憶エリ
アに記憶される。また、このパルス幅記憶エリアには、
今回のパルス幅データt3と共に、前回のパルス幅デー
タt2、前々回のパルス幅データt1が順に記憶されて
おり、新なパルスエッジが発生する毎にそれらのデータ
は更新されながら記憶されていく。この実施例では、4
個のパルス幅データt1〜t4が記憶されるが、記憶す
るデータの数は、例えば8個などと任意に決めることが
できる。
【0020】さらに、CPU1は、ステップ130で、
今回算出したパルス幅データt3から、そのデータに対
応した指針の指示値、つまりステップモータの位置デー
タ(モータのステップ数)を算出し、RAM3の位置デ
ータ記憶エリアにそのステップ数を記憶する。このよう
なパルス幅データに対応した指針の位置データ(ステッ
プ数)は、前回のパルス幅データt2、前々回のパルス
幅データt1についても算出されており、位置データ記
憶エリアに記憶されている。
【0021】次に、CPU1は、ステップ140で、記
憶した最新の複数のパルス幅データt1,t2,t3か
ら、次に発生すると予測されるパルスエッジのパルス幅
データt4を、 t4=t2−(t1−t3)/2 の式から算出する。
【0022】この演算式では、前回のパルス幅データt
2を基準にして、前々回と今回のパルス幅データの差
(t1−t3)の1/2を減算することにより、予測パ
ルス幅データt4を算出する。つまり、t2を起点にし
てt1とt3とによって決定されるグラフの傾きから予
測パルス幅データt4が決定される。
【0023】そして、この予測パルス幅データt4から
指針の位置データつまりステップモータのステップ数を
算出し、RAM3の位置データ記憶エリアにそのステッ
プ数を記憶する。
【0024】次に、ステップ150で、上記で算出した
位置データから、次に回動する指針つまりステップモー
タの目標位置(目標ステップ数)を算出する。即ち、上
記で算出され記憶されたパルス幅データt1,t2,t
3及び予測パルス幅データt4に対応する4個の位置デ
ータ(ステップ数)の平均値を算出し、その平均値から
ステップモータの目標位置(目標ステップ数)を算出す
る。
【0025】次に、ステップ160で、上記の目標位置
(目標ステップ数)から、RAM3の現在位置記憶エリ
アに記憶されている現在位置データ(ゼロ位置から現在
位置までのステップ数)を減算することにより、ステッ
プモータ7が今回動く今回ステップ数を算出する。
【0026】さらに、CPU1は、ステップ170で、
ステップモータ7の1ステップ当りの駆動時間を、 駆動時間=予測パルス幅データt4÷今回ステップ数×
遅れ係数 の式から算出する。ここで、遅れ係数は、例えば1より
大きい実数であり、車速パルス信号のパルスが予測より
遅れて発生した場合、指針が目標位置まで動いた後、一
時的に停止することになるが、この遅れ係数により、駆
動時間を実数倍して指針の動きを遅らせ、このような一
時的な停止を防止することができる。
【0027】そして、CPU1は、次のステップ180
で、経過時間をカウントし、上記ステップ170で算出
された1ステップ当りの駆動時間に達するまで、このス
テップ180を保持する。そして、その駆動時間に達し
たとき、ステップ190に進み、ステップモータ7を1
ステップ回動させるための駆動パルス信号を入出力回路
4から駆動回路6に出力する。そして、駆動回路6はス
テップモータ7を1ステップだけ回転駆動させる。
【0028】また、この時、指針8(ステップモータ
7)の現在位置を記憶するRAM3の現在位置データ記
憶エリアでは、その現在位置データが1ステップ加算さ
れたデータに書き換えられる。
【0029】そして、次のステップ200で、CPU1
はステップモータ7の現在位置が目標位置に達したか否
かを判定し、未だ目標位置に達していない場合、ステッ
プ180に戻って、再び上記ステップ180、190を
同様に実行する。
【0030】このように、算出された駆動時間が経過す
る毎に、ステップモータ7が1ステップづつ駆動され、
現在位置が目標位置に達するまで、算出された駆動時間
でステップ駆動される。
【0031】例えば、図5に示すように、前々回から前
回の間に車速が33km/hから36km/hになり、
前回から現在の間に車速が36km/hから40.5k
m/hになったとき、ステップモータ7の1°の回転が
指針8の1km/hに対応し、1ステップで1.5°の
回転が行われる場合、前々回と前回の間では2ステップ
の駆動が行なわれ、前回と現在の間では3ステップの駆
動が行われることになる。また、現在から次回までの間
に車速が40.5km/hから46.5km/hになっ
たとき、現在と次回の間では4ステップの駆動が行われ
ることになる。
【0032】ここで、図5の中央のグラフは、1入力パ
ルス信号入力時のステップモータの回転角度を示し、こ
のグラフにおける1本の矢印は1ステップを示す。ま
た、図5の下段のグラフには、ステップモータ7の駆動
電流波形が示されるが、入力パルス信号のパルス幅(時
間)の間に回動すべきステップ数に応じて1ステップ当
たりの駆動時間が変更されている例である。すなわち、
この波形のように、ステップモータ7には周期を変調さ
れた交流電流が供給され、駆動されることになる。
【0033】一方、ステップ200において、現在位置
が目標位置に達したとき、次のステップ210に進み、
車速センサ5から新な車速パルス信号のパルスエッジが
発生したか否かを判定する。そして、新なパルスエッジ
が発生した場合、次にステップ120に戻り、上述のよ
うに、ステップ120以降の処理を実行し、新な目標位
置を算出し、予測パルス幅データt4と今回ステップ数
から新な1ステップ当りの駆動時間を算出する。
【0034】一方、新たなパルスエッジが発生しない場
合、ステップ210からステップ220に進み、予め設
定された時間が経過しても新たなパルスエッジが発生し
なことを条件にして、車速がゼロになったと判定する。
そして、車速がゼロになったと判定したとき、次にステ
ップ230に進み、ステップモータ7をゼロステップ位
置まで回動させ、指針をゼロ目盛位置に戻すように動作
する。
【0035】このように、前回、前々回と現在より前に
入力した複数の車速パルス信号のパルス幅データから算
出した予測位置データに基づいて、1ステップ当りの駆
動時間を算出し、予測した時間に指針(ステップモー
タ)が予測位置に到達するように、ステップモータを駆
動するため、車速センサ5から次の車速パルス信号が入
力されたときに、ステップモータ7がそのパルス幅に対
応した回動位置に到達していることになり、従来のステ
ップモータのようにモータが停止する期間をなくするこ
とができるため、指針8を円滑に回動させることができ
る。
【0036】また、車速パルス信号の入力に同期してス
テップモータ7の駆動を行うと共に、パルス信号のパル
ス幅の間のステップ数に応じてつまりパルス幅の間の指
針の回転状態を均一化するように1ステップの駆動時間
を決定するため、指針の回転を円滑にし、且つ車速パル
ス信号の周期の変化に対する指針の回転の追従性を向上
させることができる。
【0037】なお、上記ステップ140において、予測
パルス幅データt4を、3個のパルス幅データt1,t
2,t3を用いて、t4=t2−(t1−t3)/2の
式より算出したが、2個のパルス幅データt2,t3を
用いて、 t4=t2・t3/(2t2−t3) の式より算出することもできる。この場合、2個のパル
ス幅データから算出するため、上記実施例に比べ、処理
速度を速くすることができる。
【0038】さらに、上記実施例では、前に入力した複
数の車速パルス信号のパルス幅データから算出した予測
位置データに基づいて、1ステップ当りの駆動時間を算
出したが、予測位置データを算出せずに、単に前回のパ
ルス幅データ、つまり図5の場合にはパルス幅データt
3のみから1ステップ当りの駆動時間を算出することも
できる。
【0039】この場合、パルス幅データt3に対応した
ステップ数を求め、パルス幅データ(時間)t3をその
ステップ数で除算して、つまり単に過去のデータのみか
ら1ステップ当りの駆動時間を算出するため、上記実施
例に比べ、精度は低くなるが、ステップモータの1ステ
ップ当りの駆動時間、つまり回転速度は車速パルス信号
のパルス幅に応じて制御されるため、パルス入力がある
毎に一定速度でステップモータを駆動する従来の方法に
比べ、ステップモータ(指針)の停止回数や停止期間を
低減することができ、より円滑に指針を回動させること
ができる。
【0040】また、上記実施例では、計器の指針の駆動
制御に本発明を適用したが、その他、エンジン出力制御
におけるスロットル開度制御に本発明の駆動制御方法を
適用することもできる。
【0041】この場合、アクセルペダルの踏み込み量に
応じてステップモータを回転駆動するように、目標位置
を算出し、現在位置と目標位置とのデータからステップ
モータが回動すべきステップ数及び駆動時間を決定す
る。この駆動時間に応じてステップモータの駆動制御を
実行すれば、運転者のアクセルの微妙な踏み込みに応じ
て、スロットル開度を微妙に制御することができ、適格
に且つ滑らかにスロットル制御をステップモータで実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する車両用スピードメータの
駆動制御装置のブロック図である。
【図2】スピードメータ10の正面図である。
【図3】同スピードメータ10の III− III拡大断面図
である。
【図4】駆動制御方法と駆動制御装置の動作を示すフロ
ーチャートである。
【図5】車速パルス信号と車速の変化を示すグラフ、1
入力パルス信号入力時の指針の回転角を示すグラフ、及
びステップモータの駆動電流波形を示すグラフ図であ
る。
【符号の説明】
1−CPU 2−ROM、 3−RAM、 5−車速センサ、 7−ステップモータ、 8−指針。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部からの入力パルス信号のパルス幅に
    対応して軸を回動するステップモータの駆動制御方法に
    おいて、 前記入力パルス信号のパルス幅を連続的に計測し、 前記入力パルス信号の入力に同期して、この計測された
    該パルス幅のデータに基づいて次に入力されるパルス信
    号のパルス幅を予測算出するとともに、該パルス幅デー
    タと該予測パルス幅のデータに基づいて前記軸の回動の
    目標位置を算出し、 軸の回動の現在位置のデータを演算してこの現在位置の
    データと該目標位置とからステップモータが該予測パル
    ス幅の間に回動すべきステップ数を前記入力パルス信号
    の入力に同期して算出すると共に、前記予測パルス幅デ
    ータと該ステップ数から1ステップ当りの駆動時間を算
    出し、 該駆動時間に基づきステップモータを駆動することを特
    徴とするステップモータの駆動制御方法。
  2. 【請求項2】 外部からの入力パルス信号のパルス幅に
    対応して軸を回動するステップモータの駆動制御装置に
    おいて、 前記入力パルス信号のパルス幅を計測する計測手段と、 前記計測手段により計測されたパルス幅のデータを複数
    個記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶された複数のパルス幅のデータに基づ
    いて次回に入力される入力信号のパルス幅を予測する予
    測手段と、 前記記憶手段に記憶されたパルス幅のデータに基づいて
    前記軸の現在の回動位置を演算する現在位置演算手段
    と、 該現在位置演算手段により演算された現在位置と前記予
    測手段によって予測されたパルス幅とに基づいて、該予
    測手段にて予測されたからパルス幅の間の軸回動数のス
    テップ数を、前記入力パルス信号の入力に同期して算出
    するステップ数算出手段と、 前記予測手段によって予測されたパルス幅と前記ステッ
    プ数算出手段によって算出されたステップ数とに基づい
    て、前記次回に入力されると予測されたパルス信号のパ
    ルス幅の間における軸の回動状態を均一化する1ステッ
    プ当りの駆動時間を算出する駆動時間算出手段と、 を備え、該駆動時間算出手段により算出された駆動時間
    に基づいてステップモータを駆動するステップモータの
    駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 計測された複数個のパルス幅データを用
    いて直線近似し、この直線に基づいて次回に入力される
    入力パルス信号のパルス幅を予測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駆動制御方法。
  4. 【請求項4】 前記予測手段は、前記記憶手段によって
    記憶されている複数個のパルス幅データを用いて直線近
    似し、この直線に基づいて次回に入力される入力パルス
    信号のパルス幅を予測する請求項2記載のステップモー
    タの駆動制御装置。
  5. 【請求項5】 前記予測パルス幅のデータをt4とする
    と、このt4は、t4=t2−(t1−t3)/2、
    (ここで、t1,t2,t3は、各々、前々回、前回、
    現在に計測されたパルス幅のデータ)に基づいて算出さ
    れる請求項1記載のステップモータの駆動制御方法。
  6. 【請求項6】 前記予測パルス幅のデータをt4とする
    と、このt4は、t4=t2*t3/(2t*2−t
    3)、(ここで、t2,t3は、各々、前回、現在に計
    測されたパルス幅データ)に基づいて算出される請求項
    1記載のステップモータの駆動制御方法。
  7. 【請求項7】 前記1ステップ当りの駆動時間は、正の
    実数からなる遅れ係数を乗算して算出される請求項1記
    載のステップモータの駆動制御方法。
  8. 【請求項8】 外部からの入力パルス信号のパルス幅に
    対応した指示値を指示するように指針軸を回動するステ
    ップモータの駆動制御方法において、 前記入力パルス信号のパルス幅を連続的に計測し、該入
    力パルス信号の入力に同期して、該入力パルス信号のパ
    ルス幅データに対応する回動角度に指針軸を回動させる
    ステップ数を求めるとともに、該パルス幅の期間におい
    て回動されるステップ数から該パルス幅の間における1
    ステップ当りの駆動時間を算出し、該駆動時間に基づき
    ステップモータを駆動することを特徴とするステップモ
    ータの駆動制御方法。
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