JPH09322592A - ステップモータの制御方法および制御装置 - Google Patents

ステップモータの制御方法および制御装置

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JPH09322592A
JPH09322592A JP15904296A JP15904296A JPH09322592A JP H09322592 A JPH09322592 A JP H09322592A JP 15904296 A JP15904296 A JP 15904296A JP 15904296 A JP15904296 A JP 15904296A JP H09322592 A JPH09322592 A JP H09322592A
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JP
Japan
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step motor
electromotive force
rotor
back electromotive
calculated
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JP15904296A
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English (en)
Inventor
Hirobumi Tamai
博文 玉井
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MATSUSURU KK
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MATSUSURU KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンコーダを用いることなく低速領域から高
速領域の全領域において精度よく位置決めがなし得るス
テップモータの制御方法および制御装置を提供する。 【解決手段】 低速領域ではオープンループ制御とし、
高速領域ではステップモータ30内に生成される逆起電
力Erをドライバ20からの電圧iと電流Vにより算出
し、この算出された逆起電力Erを利用してロータ31
とステータ32の位置関係を求め、この位置関係を利用
してロータ31の位置制御するクローズドループ制御と
してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はステップモータの制
御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、オー
プンループ制御とクローズドループ制御とを組合せてな
るステップモータの制御方法および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ステップモータは、エンコーダに
よりロータの位置あるいは回転角を検出してフィードバ
ック制御、いわゆるクローズドループ制御によらなくて
もロータの位置を高精度で位置決めできることより、エ
ンコーダによりロータの位置あるいは回転角を検出する
ことなく、いわゆるオープンループ制御により駆動され
ている。
【0003】しかしながら、このオープンループ制御に
より駆動されているステップモータを高速域において高
トルク条件下で使用すると、脱調や振動が生ずるという
問題がある。
【0004】そのため、このオープンループ制御により
駆動されているステップモータの前記問題を解決すると
ともに、高位置決めや高信頼性を達成すべく、図4およ
び図5に示すようにエンコーダ50を用いてクローズド
ループ制御により駆動するようにしたステップモータ3
0が提案されている。
【0005】しかしながら、エンコーダ50を用いてク
ローズドループ制御によりステップモータ30を駆動し
た場合、制御系が複雑になるとともにエンコーダ50取
付けのため、ステップモータ30が大型化するという別
の問題が生ずる。また、エンコーダを用いた場合、分解
能に制約があるとともに、エンコーダ50の円板51に
設けられているスリット52に埃等が付着したときに制
御性能が低下するという問題もある。さらに、エンコー
ダ50は円板51に多数のスリット52を形成している
ため高コストであるところから、必然的にステップモー
タ30のコストが増大するという問題もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、エンコーダを用
いることなく低速領域から高速領域の全領域において精
度よく位置決めがなし得るステップモータの制御方法お
よび制御装置を提供することを主たる目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者はかかる従来技
術の課題につき鋭意研究した結果、ステップモータは高
速領域ではステータとロータ間の磁束変化による逆起電
力が生成されるところから、この逆起電力を検出すれば
ステータとロータの位置関係が把握でき、また低速領域
ではトルクが大きいために脱調するおそれがないところ
から、低速領域ではオープンループ制御とし、高速領域
ではステップモータ内に生成される逆起電力を利用した
クローズドループ制御とすることにより、エンコーダを
用いることなく、精度よくステップモータを制御し得る
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明のステップモータの制御
方法は、ステップモータの逆起電力を利用したクローズ
ドループ制御と、ステップモータ逆起電力を利用しない
オープンループ制御とを組合せて制御することを特徴と
する。
【0009】より具体的には、本発明のステップモータ
の制御方法は、ステップモータを駆動する所望の駆動電
圧および駆動電流を生成するステップモータ駆動手段か
らの電流値および電圧値を用いてステップモータの逆起
電力を算出する手順と、算出された逆起電力によりロー
タとステータとの位置関係を算出する手順と、算出され
たロータとステータとの位置関係によりロータを所望位
置に制御する手順とを含んでなることを特徴とする。
【0010】一方、本発明のステップモータの制御装置
は、ロータの位置を所望位置に制御する機能を有するス
テップモータの制御装置であって、該制御装置が逆起電
力算出手段とロータ位置算出手段とを備え、有効な逆起
電力が発生している場合、前記逆起電力算出手段によ
り、ステップモータを駆動する所望の駆動電圧および駆
動電流を生成するステップモータ駆動手段からの電流値
および電圧値から逆起電力が算出され、前記ロータ位置
算出手段により、算出された逆起電力からロータの位置
が算出され、算出されたロータの位置を用いてロータを
所望位置に制御することを特徴とする。
【0011】本発明のステップモータの制御装置におい
ては、有効な逆起電力が生成されていない場合、逆起電
力算出手段とロータ位置算出手段とを用いないでロータ
の位置を制御することがなされてもよい。
【0012】
【作用】ステップモータを駆動する所望の駆動電圧およ
び駆動電流を生成するステップモータ駆動手段、例えば
ドライバで生成される駆動電圧および駆動電流が制御装
置に送出され、制御手段よりこれらの駆動電圧および駆
動電流に基づいてステップモータ内で生成される逆起電
力が算出され、ついでこの算出された逆起電力によりロ
ータの位置が算出される。しかる後、制御手段はこの算
出されたロータの位置を指令位置と比較し、指令位置と
の偏差がある場合、その偏差を解消する補正指令値をド
ライバに送出する。ドライバはこの補正指令値に応じた
駆動電圧および駆動電流を生成してステップモータに送
出する。そのため、エンコーダを用いていないにもかか
わらず、ステップモータのロータを高速領域において高
トルク条件下で使用しても脱調や振動を生ずることな
く、高精度で位置決めできる。また、低速領域では逆起
電力が小さく、前述のようにこの逆起電力を利用してス
テップモータを制御することはできないが、低速領域で
はトルクが大きいためにオープンループ制御によっても
高精度で位置決めできる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。
【0014】本発明の制御方法が適用されるステップモ
ータの駆動系統のブロック図を図1に示し、この駆動系
統は、逆起電力算出手段11およびロータ位置算出手段
12を有する制御装置10により駆動パルス列を生成
し、この駆動パルス列をドライバ20に入力し、ドライ
バ20によりこの駆動パルス列に対応した電圧のパルス
電流を生成し、そのパルス電流によりステップモータ3
0を駆動してなるものにおいて、ドライバ20で生成さ
れるパルス電流の電流値および電圧値を制御装置10に
フィードバックし、制御装置10の逆起電力算出手段1
1によりこのフィードバックされた電流値および電圧値
に基づいて逆起電力Erを算出し、ついでこの逆起電力
rを用いてロータ位置算出手段12によりロータ31
の位置を算出し、その算出されたロータ31の位置を指
令位置と比較し、偏差がある場合、補正パルスにより駆
動パルスを補正するようにしてなるものである。なお、
駆動パルス列や補正パルスを用いなくとも指令位置とロ
ータの位置情報さえあれば、他の方法、例えばベクトル
演算を用いる方法によっても同様にロータ31を所望位
置に制御可能である。
【0015】次に、制御装置10の逆起電力算出手段1
1およびロータ位置算出手段12により、ドライバ20
からの電流値および電圧値に基づいて逆起電力Erおよ
びロータ31の位置を算出する原理について説明する。
【0016】ステップモータ30の等価回路は、図2に
示すように、等価抵抗Rと等価インダクタンスLと逆起
電力Erとを直列接続した回路で表される。なお、図2
において、i,Vはそれぞれ電流および電圧を示す。こ
の電流値itおよび電圧値Vtは前述したように、パルス
電流がドライバ20で生成されることより計測可能であ
ため既知である。また、この電流と電圧の関係は、簡単
な交流回路の公式より下記のように表される。 V=(R+jωL)i+Er
【0017】前記式を逆起電力Erについ解くと、 Er=V−(R+jωL)i となる。
【0018】一方、この逆起電力Erは、ロータ31と
ステータ32との間の磁束φ(図3参照)が時間的に変
化することにより生ずるものである。したがって、逆起
電力Erとロータ31とステータ32との間の磁束φと
の間にはよく知られている下記の関係式が成立する。な
お、図3においては説明の便宜上、ロータ31とステー
タ32との隙間は誇張されている。 Er=dφ/dt (1)
【0019】したがって、前記式(1)を磁束φについ
て解いて、先に算出されている逆起電力Erを代入する
ことにより磁束φを求めることができる。
【0020】また、磁束φの値はロータ31とステータ
32との位置関係に依存しているので、前記式により磁
束φの値が算出されれば、それによりロータ31とステ
ータ32との位置も算出される。この磁束φを用いたロ
ータ31とステータ32との位置関係の算出は、次のよ
うにしてなされる。
【0021】例えば、ロータ31とステータ32の電気
的な相対角をΔθとすると、Δθと磁束φとの関係は電
気理論の公式により φ=K1cosΔθ と表される。ここに、K1はステップモータ30により
定まる定数である。そして、前記式を時間微分すると、 dφ/dt=K2sinΔθ となり、この式をΔθについて解いて下記式(2)を得
る。 Δθ=arcsin(dφ/dt) (2)
【0022】この式(2)に式(1)を代入することに
よりΔθ、すなわち、ロータとステータとの位置関係が
求まる。
【0023】しかして、この算出されたロータ31とス
テータ32との位置関係を利用すれば、ロータ31を高
精度に位置決めできる。なお、この位置決めの制御プロ
グラムは、従来のエンコーダを用いている場合のものを
好適に用いることができる。
【0024】ところで、ステップモータ30内部で生成
される逆起電力Erが小さい速度領域、つまり低速領域
では、前述した逆起電力Erを利用した制御がなし得な
いため、オープンループ制御とさせざるを得ないが、低
速領域ではトルクが大きいことから脱調するおそれがな
いので、オープンループ制御によっても高精度に位置決
めできる。
【0025】このように、この実施の形態によれば、ス
テップモータ30の特性およびステップモータ30の内
部に生成される逆起電力Erを利用して、低速領域では
オープンループ制御とし、高速領域では逆起電力Er
利用したクローズループ制御としているので、簡素な構
成にもかかわらずステップモータ30を低速領域から高
速領域の全領域で高精度に位置決めできる。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば簡
素な構成により、ステップモータを低速領域から高速領
域の全領域で高精度に位置決めできるという優れた効果
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のステップモータの駆動
系統のブロック図である。
【図2】ステップモータの等価回路図である。
【図3】ステップモータの概略断面図である。
【図4】従来のエンコーダを用いたステップモータの要
部斜視図である。
【図5】同ステップモータの駆動系統のブロック図であ
る。
【符号の説明】
10 制御装置 11 逆起電力算出手段 12 ロータ位置算出手段 20 ドライバ 30 ステップモータ 31 ロータ 32 ステータ Er 逆起電力 R 等価抵抗 L 等価インダクタンス φ 磁束

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステップモータの逆起電力を利用したク
    ローズドループ制御と、ステップモータ逆起電力を利用
    しないオープンループ制御とを組合せて制御することを
    特徴とするステップモータの制御方法。
  2. 【請求項2】 ステップモータを駆動する所望の駆動電
    圧および駆動電流を生成するステップモータ駆動手段か
    らの電流値および電圧値を用いてステップモータの逆起
    電力を算出する手順と、 算出された逆起電力によりロータとステータとの位置関
    係を算出する手順と、 算出されたロータとステータとの位置関係によりロータ
    を所望位置に制御する手順とを含んでなることを特徴と
    する請求項1記載のステップモータの制御方法。
  3. 【請求項3】 ロータの位置を所望位置に制御する機能
    を有するステップモータの制御装置であって、該制御装
    置が逆起電力算出手段とロータ位置算出手段とを備え、 有効な逆起電力が発生している場合、前記逆起電力算出
    手段により、ステップモータを駆動する所望の駆動電圧
    および駆動電流を生成するステップモータ駆動手段から
    の電流値および電圧値から逆起電力が算出され、 前記ロータ位置算出手段により、算出された逆起電力か
    らロータの位置が算出され、 算出されたロータの位置を用いてロータを所望位置に制
    御することを特徴とするステップモータの制御装置。
  4. 【請求項4】 有効な逆起電力が生成されていない場
    合、逆起電力算出手段とロータ位置算出手段とを用いな
    いでロータの位置を制御することを特徴とする請求項3
    記載のステップモータの制御装置。
  5. 【請求項5】 ステップモータの逆起電力を利用したク
    ローズドループ制御領域と、ステップモータの逆起電力
    を利用しないオープンループ制御領域とを備えてなるこ
    とを特徴とするステップモータ。
JP15904296A 1996-05-29 1996-05-29 ステップモータの制御方法および制御装置 Pending JPH09322592A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004632A1 (fr) * 1998-07-16 2000-01-27 Seiko Epson Corporation Procede et dispositif de commande de moteur sans capteur de position
WO2005025050A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Driving method and driving apparatus of permanent magnet synchronous motor for extending flux weakening region

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