JPS63157695A - ステツピングモ−タの駆動方式 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ステッピングモータの駆動方式に関する。

［従来の技術］ 従来、ステッピングモータおよびその負荷を含む振動系
の振動の発生を防止するために、ステッピングモータは
一般に、いわゆる台形駆動方式によって駆動されている
。

この台形駆動方式は、ステッピングモータをゆっくりと
所定の速度まで加速し、その速度に達した後はステッピ
ングモータを定速駆動し、最後にステッピングモータを
ゆっくり減速して停屯させる方式である。

［解決しようとする問題点］ このような台形駆動方式は、ステッピングモータおよび
そのｔ’を荷を含む振動系の振動を防１１ユするという
１１的にはかなう。

しかしながら、振動を防止するためには加減速段階の時
間がかなり長くなるため、起動から停止！・。

までの時間が長いという問題がある。

［発明の目的］ したがって、この発明の目的は、ステッピングモータの
起動から停止りまでの時間を短縮できるステッピングモ
ータの駆動方式に関する。

［問題点を解決するための手段コ 前記台形駆動方式は、ステッピングモータおよびその負
荷を含む振動系の振動をできる限り発生させないことを
意図した方式である。

これに対して、この発明は、ステッピングモータおよび
その負荷を含む振動系の振動を停止段階に意識的に発生
させ、その振動を積極的に利用して、ステッピングモー
タの急速停止を実現する点に特徴がある。

すなわち、この発明によるステッピングモータの駆動方
式によれば、起動段階では台形−動力式と同様にステッ
ピングモータは所定速度まで徐々に加速される。

ステッピングモータの作動用か、その目標値からステッ
ピングモータおよびその負荷を含む振動系の固有振動の
１／４周期またはその全数倍の特定位相における位置エ
ネルギーに関連した所定の値だけ小さいかまたは大きい
仮１」標値に達した時点で、ステッピングモータの励磁
相が固定される。

それから、前記特定位相に関連した所定の時間を経過し
た時点で、前記ト１標値と前記仮目標値との差に対応す
る相数だけ前記固定した励磁相より進んだまたは遅れた
相が励磁される。

［作用コ このように起動段階では、ステプピングモータは徐々に
加速されるので、ステッピングモータおよびその負荷を
含む振動系の振動の発生は抑止される。

その後、ステッピングモータの作動量が仮「１標に達し
た時点で励磁相が固定されるので、振動系は、その固有
振動数の振動を発生する。

さて、この振動の山または谷では、振動系の速度（運動
エネルギー）がゼロになる。その山または谷の位置にス
テッピングモータを停止させるような相励磁を行えば、
はぼ瞬間的に振動を停止にさせることかできる。

この発明の駆動方式においては、目標値と仮［］標値と
の差を振動系の固有振動の１／４周期またはその奇数倍
の位相における振動系の位置エネルギー（変位）に対応
した値に選ばれるから、そのような条件が滴定され、ス
テッピングモータを急速停止ヒさせることが可能である
。

そして、停止Ｌ段階の時間、つまり仮目標値から［１標
値まで作動Ｍが変化するまでの時間は、台形駆動方式に
おける減速時間に比べ一般に充分に短い。したがって、
ステッピングモータの作動量が同一の場合、この発明の
駆動方式によれば、ステッピングモータの起動から停止
トまでの時間を台形駆動方式に比べ大幅に短縮できる。

［実施例コ 以Ｆ１図面を参照し、この発明の一実施例につい説明す
る。

第１図は、この発明によるステッピングモータの駆動方
式の−・実施例を説明するための機能的ブロックである
。第２図は、第１図中の主要信号のタイムチャートであ
る。第３図は、この実施例におけるステッピングモータ
の駆動動作を説明するためのステッピングモータの回°
転徹（作動に）の時間的変化をｉ％す特性線図である。

第４図は駆動制御プログラムの概略フローチャートであ
る。

第１図において、１０はステッピングモータであり、例
えば５相のものである。１２はその負荷（例えばスクリ
ュー駆動型のへラドキャリッジ）である。

１４は一般的なモータコントローラであり、駆動用パル
スが人力される度に、励磁相を１相ずつ切り換えながら
、ドライバ１５を介して、ステッピングモータ１０を例
えば４相励磁方式で励磁する。このモータコントローラ
１４の内部には、そのような励磁相を管理するためのカ
ウンタなとが内蔵されている。また、回転方向も外部よ
り指定できる。

１６．１８および２０はそれぞれ、ステッピングモータ
１０の駆動制御のためのパルスパターン発生器、タイマ
および高速パルス発生器である。

パルスパターン発生器１　Ｂは、内部のレジスタ１６ａ
に設定すれたパルス数のパルスパターンヲ駆動信号Ｓ／
として発生するものである。このパルスパターンは、パ
ルスレート（これはモータコントローラ１４によるステ
ッピングモータｌＯの励磁相の切り換え速度に等しい）
が徐々にｌ　５？−Ｌ、あるパルスレートに達するとパ
ルスレートが一定に維持されるようなものである。また
パルスパターン発生７９ｉ１Ｂは、駆動信号Ｓｌの最後
のパルスの発生時に終了信号Ｓ２を発生する。

タイマ１８は終了信号Ｓ２に応答して作動し、設定時間
を経過すると起動信号Ｓａを発生するものである。この
設定時間は外部から設定可能である。

高速パルス発生器２０は、起動信号Ｓ３に応答して、内
部レジスタ２０ａに設定されたパルス数の高速駆動信号
Ｓ４を発生する。この高速駆動信号Ｓ４のパルスレート
（ステッピングモータｌＯの励磁相切り換え速度）は、
ステッピングモータ１０の自起動周波数よりも高速であ
る。

２２はマイクロプロセッサであり、２４はステッピング
モータ１０の駆動制御などに関連したプ　　′ログラム
やデータなどを記憶しているメモリである。２６はイン
ターフェイス回路であり、２８はバスである。

パルスパターン発生器１６に対する起動信号Ｓｓ１モー
タコントローラ１４に対する力量指定信号Ｓ６は、イン
ターフェイス回路２６を介してマイクロプロセッサ２２
により制御される。また、終了信号Ｓ２は、インターフ
ェイス回路２６を介してマイクロプロセッサ２２へ与え
られる。

さらに、パルスパターン発生器１６の内部レジスタ１６
ａおよび高速パルス発生器２０の内部レジスタ２０ａに
対するパルス数の設定、およびタイマ１８に対する時間
設定は、インターフェイス回路２６を介してマイクロプ
ロセッサ２２側から行われる。

次に、第２図、第３図および第４図も参照し、この実施
例におけるステッピングモータ１０の駆動動作を説明す
る。

ステッピングモータ１０を駆動する必殻が生じると、マ
イクロプロセッサ２２において、ステッピングモータ１
０の必要な回転量（作動眼）、つまりＬ１標値から、ス
テッピングモータ１０および負荷１２を含む振動系の固
有振動の１？４周期における振動系の位置エネルギー（
変位）に対応する値を差し引いた仮目標値が算出される
（ステラ７’５０）。そして、その仮目標値までステッ
ピングモータ１０を駆動するまでに必要なパルス数が求
められてレジスタｌｅａに設定され（ステップ５２）、
またステッピングモータ１０の回転方向信号Ｓ６が設定
される（ステップ５４）。

タイマ１８の設定時間、レジスタ２０ａの設定値は、ス
テッピングモータｌＯおよび負荷１２を含む振動系の固
有振動の１？４周期に対応して予め決定され、それぞれ
設定済みである。

なお、この実施例にあっては、終了信号Ｓ２から固有振
動の１？４周期後の行き過ぎＭは、ステッピングモータ
１０の４相分の回転量に相当するものとする。したがっ
て、レジスタ２０ａに設定されるパルス数は４である（
第３図参照）。

その後に起動信号Ｓ５が出され（ステップ５Ｂ）、パル
スｔｓｏターン発生器１６が始動し、第３図に示すよう
なパルスパターンが駆動信Ｓ；Ｓノとして発生する。こ
の駆動信号Ｓｌのパルスレートは起動段階では遅く徐々
に１−１昇するから、ステッピングモータ１０は徐々に
加速され、振動系の振動は発生しない。

駆動信号Ｓ／のパルスレートはあるレートまで１−昇す
ると一定に維持され、そのパルスレートに対応した速度
でステッピングモータ１０は定速駆動される。

このようにして、駆動信号Ｓｌに従いステッピングモー
タ１０が駆動されるが、ステッピングモータ１０の回転
量が仮１１標値に達した時点ｔ７　　（第２図および第
３図）で、ステッピングモータ１０の励磁相が固定され
る。つまり、ステッピングモータ１０はホールド状態に
なる。

しかし、ステッピングモータ１０は、その負荷１２も含
む振動系の固有振動を発生し、直ぐには停止しない（第
３図）。このホールド状態のままであると、振動系のエ
ネルギーが熱エネルギーとして放出されるまで、振動が
停止１ユせず、停止時間が相当に増大してしまうが、こ
の実施例では次のような制御が行われるので、短時間に
振動が停止１−する。

すなわち、時刻ｔ７に発生した終了信号Ｓ２に応答して
タイマ１８が作動し、設定時間を経過後に始動信号Ｓ３
を発生する。この始動信号Ｓ３に応答して高速パルス発
生器２０が高速駆動信号Ｓｑを４パルスだけ発生する。

その各パノにスに応答してモータコントローラ１４は励
磁相を順次進めるが、゛そのパルスレートはステッピン
グモータ１０の自起動周波数よりも高速であるから、最
初の３個のパルスに対応した励磁はステッピングモータ
１０にとっては実質的に影響しない。

最後のパルスは振動系の固有振動の最初の山（固有振動
の１７４周期の位相）に対応した時点ｔ２で発生し、ス
テッピングモータ１０の励磁相は時点ｔ７より４相（そ
の時点における振動系の位置エネルギーもしくは変位に
対応する）だけ進められて固定される。

この時点では、振動系の速度（運動エネルギー）はゼロ
であるから、ステッピングモータ１０および負荷１２は
ほぼ瞬時に停止Ｉ・、する。

以上、一実施例について説明したが、この発明はそれだ
けに限定さるものではない。

例えば、前記実施例においては、振動系の固有振動の最
初の山と目標値とを一致させるような仮目標値が選ばれ
たが、固有振動の他の山または谷に目標値を一致させる
ように仮目標値を決定す、ることもできる。つまり、ｔ
ｌからｔ２を、固有振動の１／４周期の３倍、５倍、７
倍というように選ぶこともできる。

ただし、振動の後の山または谷はど外乱の影響を受けや
すく、また振幅の減衰により不明確になる。したがって
、前記実施例のように最初の山で停止させるのが、停止
段階の時間を最小にできるだけでなく、停止の確実性の
而でも有利である。

なお、谷で停止させる場合に（嘘、仮［１標値がｌ］標
値より大きくなるから、停止段階で励磁相を戻す必要が
あり、高速駆動信号の発生前に回転方向の反転指定が必
要であるから、制御が前記実施例よりも多少面倒になる
。

また、前記実施例において、時点ｔ７における。

運動エネルギーの大きさは、その時点での速度に依存す
るので、時点ｔ２における振動系の位置エネルギ一つま
り目標値と仮目標値との差も時点ｔＩでの速度に応じて
変化する。したがって、時点１／の速度が変化するよう
な場合は、その速度に応じて目標値と仮目標値との差を
調整する必要がある。

このようなことから、この発明の駆動方式は、時点ｔｌ
で一定速度となるような条件、換言すれば、一定速度ま
で加速するための時間適余裕があるような作動：ａの場
合に、制御が最もｔｍ単になり、実施が容易である。

しかし、時点１／の速度が変化するような条件でも、制
御は複雑になるが、この発明の駆動方式を同様に適用可
能であることは勿論である。したがって、時点ｔ７まで
加速段階を継続する、つまり定速駆動期間のない、よう
な制御モードもｉＩｆ能である。

また、前記実施例においては回転型のステ、ピングモー
タを想定して説明したが、リニア型ステッピングモータ
に対しても同様に、この発明を適用できることは当然で
ある。

［発明の効果］ 以１−説明したように、この発明によれば、ステッピン
グモータを所定速度まで徐々に加速させ、ステッピング
モータの作動ｌｉ１が、その［１標値からステッピング
モータおよびその負荷を含む振動系の固有振動の１７４
周期またはその白数倍の特定位相における振動系の位置
エネルギーに関連した所定の値だけ小さいかまたは大き
い仮１］Ｊ！：！値に迷した時点で、ステッピングモー
タの励磁相を固定し、前記特定位相に対応した特定の時
間を経過した時点で、前記［゛１標値と仮１１標値との
差に相当す　、る相数たけ前記固定した励磁相より進ん
だまたは遅れた相を励磁するから、ステッピングモータ
を短時間に停＋Ｉユさせ、ステッピングモータの起動力
ら停止ｌ−までの時間を従来よりも大幅に短縮すること
ができる。

４、図面のｆｆｒｉ　’ｌｉな説明 第１図は、この発明によるステッピングモータの駆動力
式の一実施例を説明するための機能的ブロック図、第２
図は第１図の主要信号のタイムチャート、第３図はステ
ッピングモータの駆動動作を説明するためのステッピン
グモータの回転量の時間的変化を示す特性線図、第４図
は駆動側御のプログラムの概略フローチャートである。

１０・・・ステッピングモータ、１２・・・負荷、１４
・・・モータコントローラ、１５・・・ドライバ、１６
・・・パルスパターン発生器、１８・・・タイマ、２０
・・・高速パルス発生器、２２・・・マイクロプロセッ
サ。

第１図 第２図 ｔ＋　　　　　ｔｚ Ｈｔ２ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ステッピングモータを所定速度まで徐々に加速
   させ、前記ステッピングモータの作動量が、その目標値
   から前記ステッピングモータおよびその負荷を含む振動
   系の固有振動の１／４周期またはその奇数倍の特定位相
   における位置エネルギーに関連した所定の値だけ小さい
   かまたは大きい仮目標値に達した時点で、前記ステッピ
   ングモータの励磁相を固定し、前記特定位相に関連した
   所定の時間を経過した時点で、前記目標値と前記仮目標
   値との差に対応する相数だけ前記固定した励磁相より進
   んだまたは遅れた相を励磁することを特徴とするステッ
   ピングモータの駆動方式。
2. （２）　ステッピングモータの作動量が仮目標値に達す
   る時点の前記ステッピングモータの速度は一定であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のステッピ
   ングモータの駆動方式。