JPS61150699A

JPS61150699A - ステツプモ−タ制御装置

Info

Publication number: JPS61150699A
Application number: JP59279313A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 明井上; Osamu Hanami; 花見　修; Shinichi Nomura; 慎一野村
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1984-12-25
Publication date: 1986-07-09
Also published as: US4683408A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ステップモータの制御を行なうステップモー
タ制ｔｉｌＩｌ装置に係り、特にそのステップ送り間隔
が分割されたマイクロステップ送り間隔でステップモー
タを間欠的に駆動制御することが可能なステップモータ
制御装置に関するものである。

（発明の背景）ステップモータは比較的容易に高精度な位置決めが可能
でデジタル制御が容易であるので、広く用いられており
、その制御は例えば以下のようにして行なわれていた。

このステップモータの駆動は各モータコイルに対する励
磁電流のオンオフ制御により行なわれており、例えば二
相ステップモータがバイポーラ駆動されたときには、コ
イルＡ、Ｂに第１表の電流パターンＯ１１，２，３に従
いそれらの励磁電流がオンオフ制御される。

第１表第２図にはこのステップモータの静止トルク特性７−ｒ
が示されており、そのトルクＴ「はロータ回転角度位置
θの関数Ｔｒ　　（θ）となる。

同図においてトルクＴｒの最大トルクは値ＴｒＯで示さ
れており、そのトルク特性Ｔｒはロータ回転角度位置θ
を変数としたほぼ正弦波特性となっている。

そしてロータ角度位置θ０、θ０′でこのステップモー
タのロータが安定して静止し、それらの位置がホールデ
ィング位置となる。

すなわち、それらの何れかの位置で静止しているロータ
に対して外力が与えられた場合、それと反対方向へ、す
なわちそれらのホールディング位置へ向かう復帰トルク
が生じ、例えば位置θ０から位置θ１の方向ヘロータに
外力が与えられると正の復帰トルクが生じ、また位置θ
０から位置θ２の方向へ外力が与えられると負の復帰ト
ルクが生じ、その結果ロータはそのホールディング位置
θ０へ安定収束する。

上記ホールディング位置θ０についての電流パターンと
しては第１表におけるパターンＯが選択されており、第
３図においてはそのときのトルク特性がＴｒｏ（θ）で
表わされている。

また第３図において、電流パターン１．２．３のときの
トルク特性が曲線Ｔｒ＋（θ）、Ｔｒ２（θ）、Ｔｒ３
　（θ）で各々表わされており、電流パターンが０，１
．２の順で、あるいは２．１、Ｏの順で変化すると、ホ
ールディング位置はθ００・θ０１・θＱ２・あるいは
θＤ２・θ０１・θ００の順で移動することが理解され
る。

従ってそのように電流パターンが制御されることにより
、すなわちモータコイルＡ、Ｂに対する励磁電流のオン
オフ制御を行なうことにより、ロータは第３図における
角度位置θの正方向または負方向へ間欠的に駆動される
。

そのステップ送りが行なわれる際において、ロータは各
ホールディング位置で安定収束し、この様子は第４図か
らも理解される（この図においては位置θｏｏから位置
θ０．へ駆動された場合が示されている）。

以上のように、ステップモータの各モータコイルに対す
る励磁電流のオンオフ制御が行なわれることにより、ロ
ータをそのときのホールディングから次のホールディン
グ位置へと順次ステップ送り制御することが可能となる
。またそのときの各ホールディング位置における引き入
れトルクが大きいので、オープンループであってもかな
りの高精度な位置決め制御を高速で行なうことが可能と
なる。

ところが、ステップモータにおいてはロータ１回転当り
のステップ数（ホールディング位置数）が数十〜数百で
あって最大でも一千程度であり、このためそれ以上の高
分解能な送りを行なうことは困難であった。

そこで、ステップモータをマイクロステップ送りする方
法が提案されており、これによれば各ホールディング位
置の間隔（ステップ送り間隔）を分割したマイクロステ
ップ送り間隔でロータが間欠駆動され、更に高分解能の
位置決めが可能となる。

このマイクロステップ送りでは、到達目標のホールディ
ング位置に対する各モータコイルの励磁電流が所定の波
形パターン（正弦波、三角波を利用できる）から求めら
れ、それらの励磁電流で各モータコイルが励磁されてい
る。

それら励磁電流は例えば二相の場合には一致しておらず
、ステップ送り間隔中における各ホールディング位置は
それらの励磁電流により決定される。

例えばステップ送り間隔の分割数をｎとし、その間隔内
の任意ホールディング位置をｍで表わし、最大励磁電流
をＩｏで表わすと、二相モータにおいてはそのＡ相には
Ｉｏｃｏｓ（πｍ　／２ｎ　）の励磁電流が、またＢ相
にはＩｏ　ｓｉｎ　　（ｙｒｍ　／２ｎ　）の励磁電流
が各々供給される。

因みにｍ＝ｏ、ｍ＝１ｎ、ｍ＝２ｎ、ｍ＝３ｎのときが
前記第１表に係る電流パターン１．２．３に各々相当す
る。

更にこのマイクロステップ送りを第５図の特性図を用い
て説明する。

同図において、ｍ　＝ｍ　Ｏ、θ＝θＵで静止している
状態からｍ＝ｍ　＋　　（Ｉｍ＋　　ｍＤＩ≦ｎ）のパ
ターンに各励磁電流を変えてこれをＡ相およびＢ相に流
すと、そのときのトルク特性はｍ　＝ｍ　Ｏのときの特
性Ｔｒ　＝Ｔｒｍｏ　　（θ）からｌｒ＝Ｔｒｍ１　（
θ）に移る。

これによりθ＝θｍｏにおいてはロータにトルクＴｒ　
ａｓ！ｎ　　（７ｒ　（ｍ　１ｍ　ｏ　）／２ｎ　）が
生じ、ロータはホールディング位置θｍ、ヘマイクロス
テップ送りされる。

しかしながらこのときの加速トルクｌ’−ｒｏｓｉ口（
π（ｌＩｌ＋　　ｎｏ）／２＋１）は分割数ｎが大きく
なりまた＠ｍ　、−ｍ。が小さくなるので、前述の第３
図におけるステップ送りで発生する加速トルクＴｒ　ｏ
よりかなり小さなものとなり、ロータの加速（ここでは
反対方向の加速すなわち減速をも意味するものとする）
が緩慢なものとなる。

このことは第６図における特性１００で示され理解され
、それまでのホールディング位置θｍ。

からロータは次の到達目標ホールディング位置θｍ１へ
徐々に移行し、長時間を要してその到達目標ホールディ
ング位置θｍ１へ収束安定する。

従って、このマイクロステップ送りにおいては、その送
りが高分解となる一方で、高速度の位置決め制御を行な
うことが不可能となり、またその際に脱調が生ずるおそ
れが生じていた。

（発明の目的）本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目
的は、脱調を回避しながらマイクロステップ送りを高速
度で行なうことが可能なステップモータ制御装置を提供
することにある。

（発明の概要）上記目的を達成するために、本発明は第１図に示される
ように、到達目標のホールディング位置に対する各モータコイル
の励磁電流を所定の波形パターンから求める電流演算手
段ａと、ステップ送り間隔を分割したマイクロステップ送り間隔
の到達目標ホールディング位置へ、前記演算手段におい
て求められた各励磁電流で各モータコイルを励磁するこ
とにより、ステップモータを駆動するマイクロステップ
送り手段すと、加速指令に従い各モータコイルに対する
励磁電流のオンオフ制御を行なうことによりステップモ
ータを加速制御する加速制御手段Ｃとを、を含む、ことを特徴とする。

（発明の実施例）以下図面に基づいて本発明に係る装置の好適な実施例を
説明する。

第７図には本発明に係る装置の好適な第１実施例が示さ
れており、二相ステップモータのコイルＡ、Ｂは駆動部
１０により励磁されている。

この駆動部１０には電流制御増幅器１２、）４が設けら
れてあり、それらは制御部１６から供給された制御信号
と励磁電流検出信号との突き合せを行なってコイルＡ、
Ｂを各々励磁できる。

なお、それらの励磁電流検出信号は抵抗１８．２０によ
り各々得られている。

上記増幅器１２．１４に対する制御信号は制御部１６の
Ｄ／Ａコンバータ２２．２４から各々出力されており、
これらには出力ポート２６を介してマイクロプロセッサ
ユニット２８からデジタルの制御信号が与えられている
。

そしてこのマイクロプロセッサユニット２８に対して時
間制御用タイマ３０、駆動波形記憶用不揮発性メモリ３
２、プログラム記憶用不揮発性メモリ３４、データ記憶
用メモリ３６、入力ポート３８が設けられており、時間
制御用タイマ３０には水晶発振器４０からクロックパル
スが供給されている。

そして時間制御用タイマ３０にはマイクロプロセッサユ
ニット２８によりタイマ時間が設定されており、時間制
御用タイマ３０はその設定時間に達したときにタイムア
ツプ信号をマイクロプロセッサユニット２８に供給でき
る。

また駆動波形記憶用不揮発性メモリ３２には前記波形パ
ターンの波形情報が格納されており、マイクロプロセッ
サユニット２８は到達目標のホールディング位置に対す
る各モータコイルＡ、Ｂの励磁電流をその情報から求め
ることが可能である。

更にプログラム記憶用不揮発性メモリ３４にはプログラ
ムが格納されており、マイクロプロセッサユニット２８
はそのプログラムに従って制御動作を行なうことが可能
である。

そしてデータ記憶用メモリ３６には上記制御動作のため
のデータがマイクロプロセッサユニット２８により書込
まれ、あるいはこれから読出されている。

また入力ポート３８には各種の外部入力情報が与えられ
ており、それらはマイクロプロセットユニット２８に供
給されている。

本実施例は以上の構成からなり、以下その作用を説明す
る。

ここではステップモータのロータが第８図におけるホー
ルディング位置６ｍ口にあるものとする。

第９図には第７図におけるマイクロプロセッサユニット
２８の処理手順が示されており、最初のステップ２００
で第８図における到達目標ホールディング位置θｍ、へ
の回転開始指令入力が確認されると、ステップ２０２へ
進む。

このステップ２０２においては、入力ポート３８から回
転角設定量が取込まれてあり、次のステップ２０４にお
いては位置θｍｏから電気角＋π／２の電流値を印加す
る時間ｔ１か、またステップ２０６においては位置θｍ
ｏから電気角−π／′２の電流値を印加する時間ｔ２が
、更にステップ２０８においては位置θｍ１の電流値を
印加する時間ｔ３が求められる。

なおそれら時間１＋、ｊ２、ｊ３はデータ記憶用メモリ
３６に格納される。

ステップ２１０においてはそれらのうちの時間ｔ１に対
応する電流値が駆動波形記憶用不揮発性メモリ３２から
読出され、ステップ２１２においては制御時間用タイマ
３０のタイマ時間が時間【１に設定される。

そしてステップ２１４においては電流波形情報（そのと
きの励磁電流値）が出力ポート２６へ送り出される。

更にステップ２１６においては時間制御用タイマ３０の
タイムアツプが監視されており、タイムアツプしないと
きには待機状態となる。

これらステップ２１０．２１２．２１４．２１６による
動作は次のようになる。

第８図において位置θｍｏのものから電気角十π／２だ
け位相がずれた励磁電流（すなわち位置ｍ　Ｏ＋ｎに相
当する電流パターン）がコイルＡ、Ｂに供給され、トル
ク特性７ｒが特性ＴｒｌＩＩｏ（θ）から特性Ｔｒ（ｍ
、＋ｎ）（θ）に変わる。

これにより第２図における最大トルクＴｒ　ａでそのと
きのホールディング位置θｎＱから到達目標ホールディ
ング位置θｍ１へ向かってロータが一加速される。

その後、時間ｔ１がセットされた時間制御用タイマ３０
を用いてロータ位置θが位置（θｍｏ＋θｎ＋）／２に
達したか否かが監視される。

そしてその位置ヘロータが達したことが時間制御用タイ
マ３０のタイムアツプにより確認されると、第９図のス
テップ２１８においては時間で２の電流値が駆動波形記
憶用不揮発性メモリ３２から読出される。

更に時間制御用タイマ３０のタイマ時間が時間ｔ２にス
テップ２２０において設定され、ステップ２２２におい
てはこのときの励磁電流値が出力ポート２６へ送り出さ
れる。

その復ステップ２２４においてはタイマ時間か時間ｔ２
にセットされた時間制御用タイマ３０のタイムアツプが
監視される。

以上のステップ２１８．２２０，２２２．２２４による
動作は次のように説明することが可能である。

ロータが位置（θ１Ｔｌｏ＋θＩＩＩ＋）／２に達する
と、目標ホールディング位置θｍ１から電気角度−π／
２だけ位相がずれた励磁電流、すなわち位置（ｍａｎ）
に相当する電流パターンの励磁電流がコイルＡ、Ｂに供
給され、これによりトルク特性Ｔｒが特性Ｈｒ（ｍｏ＋
ｎ）（θ）から特性Ｔｒ（ＩＩｌ＋ｎ）（θ）に変えら
れる。

その結果位置（θｍｏ＋θｍ＋）−／２からそれまでと
逆方向ヘロータが加速されてその減速か行なわれる。

その減速は時間ｔ２がセットされた時間制御用タイマ３
０がタイムアツプするまで行なわれており、そのタイム
アツプによりこの減速動作が終了される。

そして第９図において、ステップ２２６では時間ｔ３の
電流値が駆動波形記憶用不揮発性メモリ３２から読出さ
れ、ステップ２３０においては時間ｔ３が時間制御用タ
イマ３０にセットされる。

更にステップ２３０ではそのときの励磁電流値が出力ボ
ート２６へ送り出され、ステップ２３２では時間ｔ３が
セットされた時間制御用タイマ３０のタイムアツプが監
視される。

以上のステップ２２６．２２８．２３０．２３２による
動作は以下のように説明できる。

時間制御用タイマ３０がタイムアツプしてロータが位置
θｍ１に達すると、これに相当する電流パターンの励磁
電流がコイルＡ、Ｂに供給され、。

これによりトルク特性Ｔｒが特性Ｔｒ　　（ｍ　＋　　
ｎ、）（θ）から特性Ｔｒｍ、に変えられる。そのとき
の引き入れトルクはマイクロステップ送り時のもので必
り、トルクＴｒｏより小さいが、ロータを到達目標ホー
ルディング位置θｍ１に静止するには十分なものとなっ
ている。

以上の制御動作が行なわれるので、ステップモータのロ
ータは第６図の特性３００で示されるようにホールディ
ング位置θｍｏから目標ホールディング位置θｍ、へ向
かって高トルクで加速され、次いで反対方向へ急加速さ
れることにより減速され（その後マイクロステップ送り
時における引き入れトルクで到達目標ホールディング位
置θｍ。

へ短ＦＲ１中に収束位置決めされる。そしてそのときに
は、位置θｍ１を中心としてロータが振動することはな
い。

以上説明したように本実施例によれば、ステラ、プ送り
時における大きなトルクでロータが加減速された後、マ
イクロステップ送り時におけるトルクで到達目標ホール
ディング位置へ収束位置決めされるので、同期外れなど
を伴うことなく高速な位置決め制御を行なうことが可能
となる。

なお本実施例においてはロータの加減速時に最大のトル
クを発生する一定の励磁電流がコイルＡ、Ｂに供給され
たが、それよりやや少なめに励磁電流を調整制御するよ
うに装置を構成することも好適である。

また、ロータの逆方向への加速（すなわち減速）は位置
θｍ、に対するオーバーランを防止する上からその手前
から開始することが好適である。

更に、加速開始位置はホールディング位置に限られるも
のではなく、任意の位置から開始するように装置を構成
することも好適である。

第１０図には本発明に係る装置の好適な第２実施例が示
されており、本実施例においてはロータの回転角度を検
出する角度検出器４２が設けられている。

そしてその検出信号はマイクロプロセッサユニット２８
に供給されており、マイクロプロセッサユニット２８は
ロータが加速から減速へ移行するタイミング、その減速
からマイクロステップ送り動作へ移行するタイミングな
どをその検出信号ではかることが可能である。

本実施例によれば、ロータの実際の駆動位置をフィード
バック信号として利用することが可能となるので、制御
精度を向上させることができる。

なお、角度検出器４２はステップモータのロータと連動
するエンコーダにより構成することが好適である。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、税調などを伴うこ
となく高速で高精度なステップモータの制御を行なえる
ステップモータ制御装置を提供することが可能となる。

なお、リニアタイプとされたステップモータの制御に本
発明を適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図はステップモータのト
ルク特性説明図、第３図はステップ送り動作説明図、第
４図はステップ送り動作時におけるロータの位置収束動
作説明図、第５図はマイクロステップ動作説明用のトル
ク特性図、第６図はマイクロステップ時におけるロータ
の位置収束決め動作説明図、第７図は本発明に係る装置
の好適な第１実施例を示すブロック構成図、第８図は第
１実施例の動作を説明するトルク特秩図、第９図は第７
図におけるマイクロプロセッサユニット２８の処理手順
を説明するフローチャート、第１０図は本発明に係る装
置の好適な第２実施例を示すブロック図である。ａ・・・電流演算手段ｂ・・・マイクロステップ送り手段Ｃ・・・加速制御手段Ａ、Ｂ・・・コイル１０・・・駆動部１６・・・制御部２８・・・マイクロプロセッサユニット３０・・・時間
制御用タイマ３２・・・駆動波形記憶用不揮発性メモリ３４・・・プ
ログラム記憶用不揮発性メモリ３６・・・データ記憶用
メモリ３８・・・入力ポート４２・・・角度検出器第１図丁ｒ第３図第７図第８図第り凶第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）到達目標のホールディング位置に対する各モータ
コイルの励磁電流を所定の波形パターンから求める電流
演算手段と、ステップ送り間隔を分割したマイクロステップ送り間隔
の到達目標ホールディング位置へ、前記演算手段におい
て求められた各励磁電流で各モータコイルを励磁するこ
とにより、ステップモータを駆動するマイクロステップ
送り手段と、加速指令に従い各モータコイルに対する励磁電流のオン
オフ制御を行なうことによりステップモータを加速制御
する加速制御手段と、を含む、ことを特徴とするステップモータ制御装置。