JPS61244299A - ステツピングモ−タの制御方式 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はステッピングモータにおけるセトリングタイム
の短縮をはかったものである。

〔発明の背景〕

制御対象物をステッピングモータで与えられた目標位置
に位置決めすることは周知である。

また、この位置決めにともなって制御対象物が目標位置
近傍で振動し、それが落着くまでの間に所要の時間を必
要とすることも良く知られている。この時間をここでは
セトリングタイムと言うが、これはできるだけ短かい方
がよい。

〔発明の目的〕

本発明はステッピングモータへの入力電圧を切換え、そ
のセトリングタイムを小さくしたものである。

〔発明の概要１ ステッピングモータに次の目標となるべき回転角が指令
されると、ステッピングモータはその回転角に達するま
で、１ステツプづつ歩進する。その後に撮動現象があら
れれ、やがては静止する。これらの一連の工程において
、ステッピングモータの入力電圧を高い値に保つ第一工
程と、その後にこの入力電圧を低い値に保つ第二工程を
設ける。

入力電圧を高い値とするのは、歩道の速度を早めるため
であり、また低い値とするのはセトリングタイムを小さ
くするためである。入力電圧を高い値から低い値に切換
えるタイミングは少なくとも最終の一ステップが第二工
程に属するように定める。実用上は第二工程は最終のス
テップか８、そのひとつ前のステップからスタートする
。この切換えのタイリングが早すぎると脱調の心配があ
る。

〔発明の実施例〕

各図の実施例は小形磁気デスク装置における絖み出し書
込みヘッドの位置決めにステッピングモータ１００を利
用したものである。このモータ、１．Ｏ，Ｏの回転角を
制御することによって、図外のキャプスタン、スチール
ベルト、キャリッジを介してヘッドをデスク上における
所定トラックに位置決めする。モータ１０（ｊは例えば
２相バイポーラ形のものであって、一対の巻線φ１．φ
。

をもつ。

５００はデスク装置゛の制御部であって、マイクロプロ
セッサユニットを備え、またドライバ２００を作動させ
るためのプログラム記憶手段をもつ。

そのプログラムは第６図、第７図に示されている。第１
図に関する真理値表は第２図、第３図に示されている。

この真理値表に２いて、信号線Ｓ、　８２かともに“Ｈ
”　（Ｈｉｇｈ）となる和動缶入の状況下では給電線Ｐ
、　Ｐ、　Ｐ、　Ｐ、がそれぞれ“Ｈ。

“Ｌｏ“Ｈ“−Ｌ”となる。給電線Ｐ１が“ＨｏでＰ、
がＬ“のときは巻線φ１に対する入力電圧の極性がＰｌ
−Ｐ、となる、すなわち、給電線ＰＫが正極、Ｐ、が負
極となる。入力電圧の大きさはたとえば１２ｖ。

５ｖのいずれかである。その電圧レベルの切換えは信号
ｍ　Ｓ　ｓによって行われ、これが“Ｈ“のときは１２
Ｖ、”Ｌ”のときは５■となる。巻線φ１φ、の相励磁
がＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの順に進めばモータ１００は正転し、
Ｄ、Ｃ，Ｂ、Ａの順に進めば逆転する、 第４図にドライバ２００の内部構成を例示する。

これは巻線φ、に対応するものであって、巻線φ。

に対応する部分の図示は省略されている。この中にはス
イッチング用のトランジスタＱ、　Ｑ、・・・の他にノ
ット回路、アンド回路等が使われている。第４図に関す
る真理値表を示す。この表において、信号線Ｇ−ｎ　（
たとえばＧ１）が“Ｈ・どなると、トランジスタＱｌた
とえばＱｌ　）が“オン。

となり、さらにこのｎが１．２．ｊ、５であるとき（た
とえば１であるとき）はトランジスタＱｎ’（たとえば
Ｑｅ）も“オン°となる。“Ｌｏであれば“オフ“であ
る。信号線Ｓ、　８３のＨ“Ｌｏの組合せによって、Ｎ
Ｏ１〜ＮＯ４の４つの状態が考えられるが、このそれぞ
れに応じて次のようになる。

ＮＯｌ　　（）ランジスタＱ　３Ｑ、が“オン１）のと
き。

１２Ｖ１１ｉ源＝Ｑ５＝　Ｐｔ−φ＋　＝　Ｐｔ　−Ｑ
ａ　＝ＧＮＤ（アース）の回路が成立する。これは第２
図、第５図におけるＣあるいはＤの和動＄、に該当する
。

ＮＯ２（）ランジスタＱｔ　Ｑｅが“オン“）のトキ。

１２　Ｖｔ　源７”　Ｑｔ−＝Ｐ　ｔ　−＜６．−　Ｐ
２　　Ｇ６　ＧＮ　Ｄ（アース）の回路が成立し、入あ
るいはＢの相励磁となる。

Ｎｏｓ　　（）ランジスタＱ、　Ｑ、が“オン°）のと
き。

５■電源、−Ｇ４−Ｐ、−φ、　４　Ｐ、　４　Ｇ３−
ＧＮＤ（アース）の回路が成立し、ＣあるいはＤの和動
Ｓとなる。

Ｎｏ４（トランジスタＱ、　Ｑ、が“オン”）のとき。

ｓＶｔ源−Ｑｔ　−Ｐｓ　−φｓ　−Ｐｔ　−Ｑａ−α
Φ（アース）の回路が成立し、ＡあるいはＢの相励磁と
なる。

次に第６図、第７図の流れ図を用い、また第８図〜第９
図を参照しながら、制御方式について説明する。このた
めのプログラムは第１図の制御部に予め記憶されている
。第６図、第７図にはステッピングモータ１００に対し
て次の目標となる回転角が指定されてから、その回転角
での位置決めが完了し、さらにその次の目標回転角の入
力をまりまでの間の一連の処理工程が示されている。

第６図のボックス１００１は次の標となる回転角の指令
を待つものである。この指令の中身は回転方向とステッ
プ数である。ボックス１００２では第８図のようなスル
ーイングカーブを求める。

このカーブは加減速制御のための一種の速度パターンで
あって、加速領域（ｔｌ　”’−’＊　）　、定速領域
（１，〜ｔ、）、減速領域（１，〜　１．　）に区分さ
れる。加速領域（Ｌ、〜　１．　）では脱調（同期外れ
）が生じない限度でなるべく急加速されるように予め定
められたパターンが使われる。

このパターンは加速データテーブルに記憶されている。

定速領域（１，〜　１．）の最高速も予め決められてい
る。減速領域（１，〜ｔａ　）ｆ）　／＜ターンも予め
定められたものであって、そのデータは減速データテー
ブルに格納されている。第８図における減速領域（１，
〜１．　）末端の時間（タイミング）はそれに対応した
ステップ数が回転指令によるそれと一致するように定め
られている。

ステップ数が少なければ定速領域（１，〜１．）が短か
くなり、あるいは零となる。ステップ数がもつと少なけ
れば加速領域（１，〜１．　）、減速領域（１，〜１４
）におけるより高速側の区域が除外され、加速途上で減
速期に移行する。

ボックス１００Ｂで信号線Ｓ３の出力を“しくＬｏｗ）
とする。これにともない、モータ１００の入力電圧が１
２Ｖの高い値に保たれる。

ボックス１００４で１ステツプだけ進める。これは第２
図、第３図における相励磁をたとえば“（？から“Ｂ“
に切換えるためのものであり、具体的には信号線Ｓ、　
Ｓ、を“Ｌ゛Ｌ°から“Ｈｏ“Ｌｏに切換える。これに
ともなって、ステッピングモータ１００の回転位相が単
位ステップだけ歩進する運びとなる。

ボックス１００５では所要のプレイをとる。これは加速
データテーブルからひとつのステップと次のステップと
の間の時間間隔であって、単位ステップ角が一定である
ため、速度の逆数値となる。第９図は第８図を書き改め
たものであって、縦軸が回転角となっている。この回転
角を単位ステップ角の幅で刻んだときの交点は各ステッ
プ指令（ボックス１００４の処理）のタイミングを示し
ている。第９図には巻線φ１に関係する給電線Ｐ１およ
び巻線φ、に関係する給電線Ｐ、の“Ｈｏ“Ｌｏの状況
も併記されている。

ボックス１００６で加速終了かどうかを判定する。

これは時間１．（ないしはそれに代わるステップ数）を
越えたかどうかをチェックするものである。

まだ加速領域であればボックス１００３に戻り、そうで
なければボックス１００７に進む。

ボックス１００７で信号線Ｓ、を“Ｌｏにする。すなわ
ち、入力電圧を１２Ｖとし、ボックス１００８で１ステ
ツプ進める。ボックス１００９のディレィは一定である
。ボックス１０１０で減速領域のタイミングｔ、に達し
たかどうかを判定する。これは残りのステップ数（ステ
ップ予定数）を減速ステップ数（基準値）と比較して行
う。減速領域（１，〜１４）に入っていなければボック
ス１００７からの繰返えしとなり、入っていれば第７図
のボックス１０１１へ進む。

ボックス１０１１でも入力電圧を１２Ｖに設定し、ボッ
クス１２０１でさらに１ステツプ進める処理を行う。ボ
ックス１２０２で必要なディレ“イをとり、ボックス１
２０３へ進む。

ボックス１２０３以降の処理フローについては第１０図
を参照する。第１０図は第９図のに部分を拡大したもの
である。しかして、ここＫはステッピングモータ１００
の実際の回転位相が波形１０として示されている。また
、信号線Ｓ３の状況も併記されている。ボックス１２０
３における目標値（指令値）に達したかどうかの判定は
ボックス１００２のところで予め演算したタイミングｔ
４あるいはこれに対応するステップ数となったかどうか
をチェックして行う。ここではフィードバック制御は行
っていないので、これは計算レベル上の問題である。

目標値に達していなければボックス１２０４へ進み、予
め定めたタイばング１．に達したかどうかを判定する。

その後、いずれにしてもボックス１２０１へ戻ることと
なるが、タイミングｔ１に達していればボックス１２０
１へ移行する前に信号線Ｓｓを“Ｈｏに切換える。これ
にともなって、モータ１００の入力電圧が低い値の５ｖ
に設定される。タイミングｔ、はボックス１００２で演
算されるタイミングｔ、を基準とし、１４−１．の値を
予め定数として保持しておくことによって定められる。

この定数Δｔは零から２Δｔ′の範囲である。ここにお
ける２Δｔ′は第９図に示すように、定速領域における
２ステップ分の長さである。

目標値に達した後のボックス２００１で入力電圧を５■
とする。ボックス１２０５と併わせて考慮すると、目標
位置に達するか、タイミングｔ、に達すれば信号線Ｓ３
が“Ｈｏとなり、５ｖの入力電圧に切換わることがわか
る。

ボックス２００２で（１，−１，）秒のディレィをとり
、ボックス３００１で信号線Ｓ、を１２Ｖの“Ｌ＃とじ
、ボックス３００２で（ｔｙ　　　’ｓ）秒のディレィ
をとり、ボックス４００１で信号線Ｓ、を５■の１′と
して処理を終了する。ボックス２００２以下の処理によ
って、第１０図のようにタイミングを箇で１２Ｖから５
ｖに切換え、タイミングｔ、で１２Ｖに切換え、タイミ
ングｔ？で５■に切換える。このようにタイばングｔ、
までは１２Ｖに保つ。この１２Ｖは高い方の値であり、
またステッピングモータ１００の定格値である。タイミ
ングｔ、までを１２ｖに保つのは目標値−・早く到達す
るようにするためである。タイミングｔ６までの間を５
ｖに保つのはセトリングタイムすなわち第１０図のＴＳ
２を小さくするためである。タイばングｔ、までを１２
Ｖに保つのはオフセットをなくすためである。タイミン
グ１．以降を５■に保つのはホールデングトルクを下げ
、消費電力を節約するとともに発熱を押えるためである
。

第１０図の回転位相の波形１０は振動形のものであり、
それが静止するまでの間に所要のセ）　ＵングタイムＴ
Ｓ！を必要とする。実験によると、１、＝ｌ、とし、１
．−１．を１５ｍｓとし、１．−１゜を１０ｍ５とした
ときのセトリングタイムＴｓｔは約’ｌ　５ｍｓである
。ちなみに、この事例ですべての期間にわたり１２Ｖと
するとセトリングタイムＴＳ１が約５０ｍ５となり、よ
くない。そのときの回転位相の波形は１０′のように示
される。

入力電圧を切換えない波形１０′のものでは目標値から
のオーバーシュートに対して引き戻す力が強く作用する
ために糸の振動減衰に時間（Ｔｓｌ）がかかる。これに
対し、本発明のようにこの時期に入力電圧を下げ、トル
クを低減すると引き戻す力が弱１つて、逆にセトリング
タイム（ｌｓ＊）が短くなる。−万、もともと低トルク
のステッピングモータを使ったのでは目標値に至るまで
の速ｋが低下し、この時間が長くなってよくない。

入力電圧を下げるタイミングｔ５の決め方はそのセトリ
ングタイム−［Ｓｔが短かくなるように予めセクトする
が、ｔ４−１．＝Δｔを前記２Δｔ′よりも大きくする
と、ステッピングモータ１００が税関するという別の問
題が生ずる。２Δ【′すなわち、定速（最高速）の２ス
テップ分の範囲では脱調の心配がないということは一般
的である。

前記したオフセットというのは目標値（指令値）との差
であって、目標値とずれた回転位相に落着り意味である
。トルク不足だとこのオフセットが生ずるので、前記し
たようにｔ６〜ｔ１の期間に入力電圧を１２ｖに再び切
換える。この切換えのタイミングｔ６はセトリングタイ
ムｔｓｔの期間のうちの後半５０〜２０％が１２Ｖ期間
となるように定めるのが適当である。切換えタイミング
【、がこれより早すぎるとセトリングタイミング’［’
ｓｔを短縮する効果が薄れ、また遅すぎると目標値に蟹
定されずにオフセットが生ずる。

上記したように、一連の工程において、指令値（指令さ
れた回転角）近傍に近づくまでのいわば第一工程では入
力電圧を高い値に保つ。これは第６図、第７図における
ボックス１００３〜１０１１の処理がこねに該当する。

回転位相が指令値近傍となった第二工程では入力電圧を
低い値に保つ。ボックス２００１．２００２の処理がこ
れに該当する。ボックス１２０１〜１２０５の処理は第
一。

第二の両工程に重複する。

上記実施例においては、２相バイポーラ形のステッピン
グモータを使い、その入力電圧を１２Ｖから５ｖに切換
えたが、これは例示的なものであって、この通りでなく
とも差支えない。

〔発明の効果〕

本発明は指令値近傍において、ステッピングモータの入
力電圧を低い値に少なくとも一時的には切換えるもので
あって、これによればセトリングタイムを小さくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図はいずれも本発明実施例に関するものであって、第１
図はステッピングモータ制御装置の回路図、第２図と第
５図はその真理値を示す図、第４図はそのドライバの回
路図、第５図はその真理値を示す図、第６図と第７図は
一連の処理工程を示す流れ図、第８図はスルーイングカ
ーブを示す波形図、第９図は回転位相を示す動作説明図
、第１０図はその要部を示す詳細動作説明図である。 図中の１００はステッピングモータ、２００はドライバ
、３００は制御部、Ｓ、は入力電圧切換えのための信号
線、１００３〜１０１１は第一工程における処理ブロッ
ク、２００１〜２００２は第二工程における処理ブロッ
クを示す。 代理人弁理士　小　川　勝　男−・ （，・・７ Ｊｌｌｓ　　ロ ー〇。 第ｑＦｉ７Ｊ −婁 手続補正書（方式） 事件の表示 昭和６０年特許願第　８４４８４　　号発明の名称 ステッピングモータの制御方式 補正をする者 １哨とのＩｌｌ係　特許出願人 名　称　　！５１０１株式会ぞｔ　日　立　製作所式　
　　理　　　人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ステッピングモータの回転位相を１ステップづつ予
   め指令された回転角となるまで歩進させ、その指令され
   た回転角にて静止される一連の工程において、ステッピ
   ングモータへの入力電圧を高い値に保ちながらその回転
   位相を予め指令された回転角に近づける第一工程と、予
   め指令された回転角近傍の回転位相となったステッピン
   グモータに対して低い入力電圧を印加する第二工程を設
   けたことを特徴とするステッピングモータの制御方式。