JPS6237098A - 位置決め制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ステップモータの位置決め制御装置に関し、
特に、前記ステップモータの閉ループ制御における運動
速度及び停止位置の制御に関する。

従来の技術 従来、この種のステップモータの位置決め制御装置ｔは
、ステップモータの励磁相を一定周期で順次切替えて、
ステップモータを所定ステップ数だけ回転させるという
開ループ制御を行なっている。

この方法は、ステップモータの一動周波数が高すぎると
、ステップモータを起動することができないために高速
運転できないという欠点がある。また、停止位置で振動
が残るという欠点がある。

この欠点を軽減するには、起動、停止時に低速運転をし
、途中では高速運転をするというスローアップスローダ
ウン方式が要請さｎる。目的の移動距離に応じて最適な
加速、減速を実験的に求めその加速、減速が得られるよ
うな相切替えのタイミング情報をあらかじめ記憶装置内
に格納しておき、該情報に従って順次相切替えを行なう
ことによって、スローアップスローダウン方式の運転を
行なうことができる。

しかしながら、この場合、相切替えのタイミングがあら
かじめ設定されているために、モータの釉性（力、電源
等）あるいは外的要因（摩擦、列力、振動等）の変動に
対して対応することができず、停止時に振動が残ったシ
、またロータの動きが相切替えに追従できないで脱調し
てしまうという欠点がある。

そのために、ステップモータにセンサを取りつけてロー
タの動きを知り、ロータの動きに従って相切替を行なう
閉ループ制御が考えられた。この閉ループ制御を行なう
ための構成例のブロック図を第５図に示す。ステップモ
ータｌのロータの位置をセンサ５で検出し、センサ５の
出力Ｃをセンサ増幅器４で増幅整形した位置信号Ｃ′を
相切替決定器２へ入力させる。センサ５はステップモー
タ１のロータの平衡点で出力極性を反転させる。このよ
うなセンサは、光センサ、インダクトシン又は磁気セン
サ等で容易に構成することができる。

例えは、１．２相励磁の４相のステップモータ（８ステ
ツプで１インクリメント）の場合、４つの相をそれぞｆ
ｉＡ、Ｂ、Ｃ％Ｄ相とすると人相を励磁した時の平衡点
をＰＬ、１３相を励磁したときの平衡点をＰ黛、以下Ｂ
相、ＢＣ相、Ｃ相、ＣＤ相、Ｄ相、Ｄ人相を励磁した時
の平衡点をそれぞれＦ３、Ｆ４、Ｆ６、Ｆ６、Ｐツ、Ｆ
８としてセンサ５が、２個の素子から構成されていると
すれば、第６図（ａ）のような各平衡点において正負が
反転する２個の出力信号が出る様にしておく。上記セン
ナ信号Ｃ１、Ｃｍをそれぞれセンサ増幅器４で増幅整形
して同図（ｂ）に示されるような２つの位置信号Ｃ１’
、Ｃ１１’を得る。位置信号Ｃ１′、Ｃａ２の変化点を
見ることにょシ、Ｐ１〜Ｐ＠の平衡点が得られる。また
位置信号Ｃ１’　、ｃｍ’の位相関係よシ、ロータの運
動方向を知ることができる。位置信号の切替わ）回数を
運動方向にょシ加減算することによシ、現在位置を知る
ことができる。ここでは２個の素子としたが、２素子以
上でもよく、信号の変化点がそれぞれ各平衡点に対応し
ていればよい。以下位置信号ｃｚｌ　、ｃｌｌを総合し
て位置信号Ｃ′ということにする。センサ増幅器４の出
力は、相切替決定器２及び速度検出器７に入力される。

速度検出器７は、位置信号Ｃ′の変化点間の時間を測定
してステップモータｌの速度を検出し、速度信号ｄを相
切替決定器２に供給する。

相切替決定器２け、端子６から入力された位置指令信号
ａと位置信号Ｃ′と速度信号ｄに基づいて一定のアルゴ
リズムにより次に励磁すべき相及び励磁時間等を決定し
て駆動指示信号すを出力し、ドライバ３は指示された相
を励磁する。これによってステップモータｌのロータが
回転シ、センサ５によって平衡点ごとにロータ位置が検
出サレ、位置信号Ｃ′及び速度信号ｄが相切替決定器に
フィードバックされる。

相切替決定器２は、加速時にはステップモータの速度上
昇に伴って駆動相切替え速度を上昇させて迅速に目的位
置に近づけ、減速時には減速力を発生する相を励磁させ
る。従って、ステップモータが脱調することはない。

相切替決定器２の制御は、大別して加速、減速停止及び
加速、減速切替えの４つに分類される。

ステップモータｌのＡ相、ＡＢ相、Ｂ相、ＢＣ相等を励
磁したときの力と位置の関係は第７図に示すようになる
。即ち、人相の単独励磁によってけ図中曲線Ａを示す力
が発生し、平衡点Ｐｚに停止する。人相とＢ相を共に励
磁するＡＢ相励磁では図中曲線ＡＢで示すような力が発
生し、平衡点きに停止する。以下、Ｂ相、ＢＣ相、Ｃ相
、ＣＤ相の励磁ではそれぞれ図中曲線Ｂ％ＢＣ，Ｃ５Ｃ
Ｄ等で示すような力が発生する。他の相についても同様
である。

加速時には、今仮りにロータ位置が平衡点Ｐ８にあると
きを考える。この時ＡＢ相を励磁すると第８図で示すＦ
８の力が発生する。力をうけたロータは回転し、平衡点
Ｐｉまで来たときにＢ相励磁に切替えると力Ｆｌとなる
。さらに回転し平衡点Ｐａの位置でＢＣ相励磁に切替え
るとＦ２が発生する。

この様に平衡点が来るごとに、つまり位置信号ｄの変化
点ごとに図の様な力が発生する励磁相に切替えることに
よシ加速制御を行なった。

減速は同様に例えば平衡点Ｐ４〜ｐｓ間で［ＡＢ相を位
１１Ｐａ〜Ｐ６間でＦｉＢ相を位置Ｐ６〜Ｐグ間ではＢ
Ｃ相を励磁することによシ第９図に示すような減速トル
クを発生させた。また減速時に位置信号Ｃ′の１つの変
化点から一定時間を以内に次の変化点が現われないとき
に次の変化点までの間、正トルクを与える相を励磁する
様にしておき、過減速により目的位置の手前で停止する
ことを防止することができた（　＠１０図）。

次に停止の制御について起す。いま位ｙｌＰ４で停止さ
せるとすると、例えば数ステップ前から次第に減速され
位［Ｐｓに達したものとする。この時次に、ＡＢ相、人
相、Ｂ相のうちどれかを励磁すると位１ｐ４’ｉでにそ
ｎぞれ第１１図（ａ）、（ロ）、（Ｃ）　ニ示すような
犬、中、小の減速トルクが発生し、位［Ｐでは速度がほ
ぼＯとなることができる。このときどの相を選ぶかけ速
度検出器７から送ら扛てくる速度信号ｄに従って適切な
トルクを選ぶ。また励磁時間は、現在速度と決定した励
磁相が発生する減速トルクから計算される位ｒＩＬＰ３
からＰ４までのおよその移動時間とした。

加速、減速、切替えは速度信号ｄにより何ステップで停
止できるかを判断し、目的位置からそのステップ数だけ
前の位置で減速制御に切替える。

またスピードが所定値を超えたときには、必ず減速制御
に移るようにすれば定速駆動も可能である。

た。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した従来のステップモータの閉ルー
プ制御ではモータの平衡点とセンナ信号の変化点とが一
致していなければならず、モータとセンナの取υ付けに
調整を必要とする。このセンナ位置がずれた場合には、
有効な力を引出す様な相切替えができないし、また停止
時に振動が残ったシする欠点がある。

また、減速時に最大の力で減速させると、急激に減速し
すぎ可動部分に対する反動によって可動部分をささえる
基礎部分に振動を惹起することがあり、停止時に基礎部
分の振動の影響によって可動部分の振動を惹起する欠点
がある。

本発明は従来の上記事情に鑑みてなされたものであシ、
従って本発明の目的は、従来の技術に内在する上記欠点
を解消することを可能とした新規な位置決め制御装置を
提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成する為に１本発明に係る位置決め制御装
置は、ステップ七−夕のロータあるいはスライダの位置
を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、前記位
置信号とステップモータの平衡点との位置関係を知るセ
ンナ位置検出器と。

前記位置信号の間隔によって前記ステップモータの速度
信号を検出する速度検出器と、外部から与えられる位置
指示信号と前記位置信号と速度信号とセンナ位置信号と
を入力とし一定のアルゴリズＡＫよって前記ステップモ
ータの励磁切替点と励磁相を制御する相切替決定器とを
備えて構成される。

実陶例 次に本発明をその好ましい一実癩例について図面を参照
して具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すプ筒ツク構成図である
。第１図に示されたブロック図は従来例と殆んど同じ様
になるが、本発明においては別にセンナ位置検出器８が
付加されている。また、従来例ではステップモータ１と
センサ５の位置関係が規定されていて、センナ信号Ｃの
変化点とステップモータ１の平衡点が一致していなけれ
ばならなかったが１本発明ではセンサ５とステップモー
タ１の位置関係は規定しない。センサ信号Ｃは、センサ
素子２個の場合には第６図（ａ）に示す様々出力にし、
この信号を増幅整形したディジタル的な位置信号Ｃ′は
第２図に示す様になる。つまり位置信号の変化点がステ
ップモータの各平衡点間に必ず１回は在る様なものとす
る。言い換えれば、位置に対し平衡点の表われる周期と
変化点の表われる周期が同じで、その位置関係、つまり
位相関係を規定していないものとする。しかしながら、
その位置関係をセンサ位置検出器８によって知ることが
できるとする。このセンサ位置検出器８は。

例えばモータを動かして、励磁相の切替えからセンサ信
号の切望わ〕点までの時間を知ることによって、モータ
とセンナの位置関係を知ったす、ｔた別のセンナを用い
てモータとセンサの位置関係を知る様な方法が考えられ
る。そのモータの平衡点とセンナ信号の変化点との位置
関係を記憶しておき、相切替決定器２が、その位置関係
を示すセンサ位置信号ｅを入力とし、位置関係を加味し
てモータを制御する。

相切替決定器２は、センサ信号、速度濡号、センナ位置
信号によって制御を行表うが１位置指令信号ａが来ると
励磁相を決めてドライバ３に励磁信号すを送り、ドライ
バ３によってステップモータ１を励磁し、それてよって
、ステップモータ１のロータが回転してセンサ５によっ
てセンナ信号Ｃが出力され、このセンサ信号Ｃに基づき
センナ増幅器４によシ位を信号Ｃ′が検出される。その
位置信号Ｃ′と位置信号Ｃ′によって作シ出される速度
信号ｄが相切替決定器２へ導かれる。そして再び。

位置信号の変化点を検出すると、相切替決定器２は、次
に励磁する相を決め、励磁信号を送出し。

ステップモータ１を制御する。

相切替決定器２の制御は、大別し、加速、減速、停止及
び加速減速切替の４つに分類される。まず加速であるが
、初めに平衡点ＰＩＫあるときに、ＡＢ相を励磁すると
第３図（ａ）に示すよりな力Ｆ８が発生する。ステップ
モータｌが回転してロータ位置が第３図（ａ）のＰＩ′
の位置にくると、相切替決定器２は。

センサ信号の変化を検出し５次に切替える相を決定して
励磁する。その場合、センナ位置によって励磁する相を
変える。ＰｓとＰＩ’が近い場合２ｓｔｅｐ先の励磁相
、つま〕Ｂ相を励磁し、　ＰＩとｐ　ｓ　Ｉが近い場合
には３５ｔｅｐ先の励磁相、つまりＢＣ相を励磁する様
にする。これは相切替に要する処理時間中に移動する距
離やモータに流れる電流の立ち上シなどの影響によって
発生する力が遅れる事になるために、この様な切替えを
行なうほうが効率の良い力を引き出せるからである。第
３図は相切替に要する処理時間中に移動する距離を考え
た場合である。センサ信号の変化点から相切替までの間
に次の平衡点を超えて移動してしまう様な場合２ｓｔｅ
ｐ先の励磁相を励磁するよシ（第１１図（ｂ））そのも
う１つ先の相を励磁する方が（第１１図（Ｃ））力の効
率が良くなる。この様に、相切替の遅れがある様な場合
に、センナ位置によって切替える相をかえることによっ
て効率のよい力を発生させることができる。

減速は、目的位置から何ステップ離れているかによって
速度の目標範囲を決めておき、その範囲内であればセン
ナ位置を加味して標準の励磁相を決定する。また、標準
をはずれるような速度の場合には、別の相を励磁する。

例えば第４図の（ａ）の様にＰｓ′のセンサ変化点を見
つけると、ＰＩを平衡点とするＡＢ相、つまシ現在位置
の相を励磁することによって減速を行なう事を標準とす
ると、目標速度よシ速い場合には第４図（ｂ）に示す様
に人相を励磁する様々制御を行なう。また、目標速度よ
シ遅い場合にはＢ相を励磁する様なやや加速の制御を行
なう（第４図（Ｃ））。この方法によプ、なめらかな減
速を行ない、停止制御への突入速度を制御し、停止時の
振動を小さくおさえる。大きな力での減速を行なう場合
には、速度が極端に減速しすぎ制御が難かしく、また停
止時の振動の原因ともなるのでこの様ななめらかな減速
を行なう方が良い。また、センサ位置による減速力の違
いなどもこの制御によって救われる。更に又、従来例に
示した様に一定時間寛以内に次の変化点が表われない場
合に加速する相に切替える事も必要である。

次に、停止時の制御であるが、目的停止位置をＰ４とし
て、数ステップ前よう次第に減速され位置Ｐ１′に来た
時に以後オープンルーズのプロファイルで制御する。制
御は、センナ位置、突入速度及び停止位置の１，２相励
磁の別によって、いくつかのプロファイルを持って対応
する。例えば、突入゛　速度が高速の場合など減速力を
大きくかけるためにまずＡＢ相を励磁し０次にＢ相そし
て最後に目的停止位置Ｐ４を平衡点とするＢｅ相を励磁
する様にし、また突入速度が低速の場合には、まずＢ相
を励磁し１次にＢＣ相を励磁する制御などが考えられる
。

加速減速の切替えは、減速時に用いた標準の速度を用い
、何ス、テップで停まれるかを判断し、目的位置からそ
のステップ数だけ前の位置で減速制御に切夛替える。こ
の減速の目標速度は減速の標準の励磁相で切替えていっ
た場合の速度を規準にし、目的位置からの減速の速度プ
ロファイルを決定する。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、ステップモータの
平衡点と同間隔で変化する位置信号と。

位置信号の変化点間隔から求められる速度信号と。

モータの平衡点と位置信号の変化点間のセンナ位ｆｌｆ
ｆｉ号と、目的停止位置とから励磁相を決定することに
より適切な加速力、減速力を発生させる様に構成するこ
とによってセンサとモータの取り付は調整なしで、安定
で、停止時の振動の少ない位置決めができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実抱例を示すブロック構成図、第２
図は第１図に示した位置信号を示す波形図、第３図（ａ
）、φ）、（ｅ）は加速時に発生する力の大きさを示す
図、第４図（ａ）　　Φ）、（Ｃ）は減速時に発生する
力の大きさを示す図、第５図は従来例のブロック図、第
６図（ａ）、Φ）は従来例におけるセンサ信号と位置信
号を示す図、第７図は一部の励磁相の発生する力と位置
の関係を示す図、第８図は従来例の加速時における力の
大きさを示す図、第９図は従来例の減速時における力の
大きさを示す図。 第１０図は従来例の場合の減速時において平衡点間の移
動時間が大きくなった場合の減速から加速への切替制御
を示す図、第１１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は従来
例の場合の目的停止位置近傍における停止制御の力の大
きさを示す図である。 １・・・ステップモータ、２・・・相切替決定器、３・
・・ドライバ回路、４・・・センナ増幅器、５・・・セ
ンサ。 ６・・・端子、７・・・速度検出器、８・・・センナ位
置検出器、Ｐ１＃ＰＭ・・・平衡点位置　ｐ、ｚ〜Ｐ−
′・・・位置信号変化点、ａ・・・位置指令信号、ｂ・
・・駆動指示信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転型及びリニア型のステップモータのロータあるいは
   スライダの位置を検出して位置信号を出力する位置検出
   手段と、前記位置信号と前記ステップモータの平衡点と
   の位置関係を知るセンサ位置検出器と、前記位置信号の
   間隔によつて前記ステップモータの運動速度を検出する
   速度検出器と、外部から与えられる位置指令信号と前記
   位置信号と運動速度とセンサ位置とを入力とし一定のア
   ルゴリズムによつて前記ステップモータの励磁切替点と
   励磁相を制御する相切替決定器とを備えたことを特徴と
   する位置決め制御装置。