JPS63157697A - ステップモータの位置決め装置 - Google Patents

ステップモータの位置決め装置

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JPS63157697A
JPS63157697A JP62261918A JP26191887A JPS63157697A JP S63157697 A JPS63157697 A JP S63157697A JP 62261918 A JP62261918 A JP 62261918A JP 26191887 A JP26191887 A JP 26191887A JP S63157697 A JPS63157697 A JP S63157697A
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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】 A、産業上の利用分野 本発明は位置決め装置に係り、更に詳しくはステツプ・
モータ用自動定位置戻り装置或いはステツプ・モータの
閤ループ・システムにおいて単一ステップ・−エラーを
回避する装置に関する。
B、従来の技術 ステツプ・モータは回転子と固定子の相対的移動、即ち
相対的回転を極めて正確に行う。この高い正確性は、ス
テツプ・モータの開ループ°システムの使用を普及させ
たが、その正確性はすべてステツプ・モータ自身に依存
している。ステツプ・モータは相対的な位置決めを行う
能力しかないので、正確な絶対的な位置付けを保証する
ためには、外部からの基準情報が与えられねばならない
。そのような外部基準は通常、位置感知器の形式で与え
られる。そのような位置感知器は、基準位置と称される
特定の絶対的位置のところで(電圧または電流に変換さ
れた)信号を与える。代表的な装置では、モータの移動
はホーム・ポジションに対して決められているが、ホー
ム・ポジションは、それが基準位置に対して相対的に同
定しさえすれば基準位置と一致させる必要はない、一旦
、モータがホーム・ポジションにあれば2.後続する移
動は、ホーム・ポジションからのステップ数を追跡する
ことによって、絶対的位置に対応させることが出来る。
このような開ループ位置付は技術の例は、米国特許第3
.944,902号、同第3゜992.614号、同第
4,066.943号、同第4,409,530号及び
同第3,986゜094号に開示されている。
絶対的位置付けが外部基準に依存するこれらの装置及び
システムにおいて、外部基準、または外部基準に関連さ
れた位置は、所定の位相状態に対応するものと考えられ
る。この点に関しては、米国特許第3,986,094
号(10欄の52行)及び同第4,066.943号(
7欄の29行)に記載がある。開示された装置は、外部
基準が決められた位相状態に明白に定義され且つ相関す
ることが出来る限りにおいて、極めて良好に動作する。
然しながら、残念なことに、大量生産により製造される
多くのステツプ・モータ・システムにおいては、外部基
準が位相状態の遷移点、またはその付近に位置付けられ
ることがある。このような条件の下では、ホーム・ポジ
ションは、外部基準が1つの位相状態と物理的に対応付
けられるか、またはその隣りの位相状態と物理的に対応
付けられるか否かに従って、1ステツプだけ変化するこ
とがありうる。この変化が起ると、モータの連続する初
期化の間で、1ステツプの誤整合(misal ign
ment)を生じることになる。勿論、この問題は、製
造公差範囲を狭めること(それに関連したコストの増加
がある)によって解決を計ることが出来、さもなければ
、製造段階において、手作業による好ましくない調節工
程を必要とする。
C0解決しようとする問題点 本発明の目的は、上述の1ステツプの誤整合(1ステツ
プ分の位置ずれ)の問題を解消して、ステツプ・モータ
の位置決めの反復性を改良する新規な装置を提供するこ
とにある。
D1問題点を解決するための手段 後に説明する実施例において、外部基準とホーム・ポジ
ションとについて言及して、これらの位置が一致してい
る例を説明するけれども、これらの位置を一致させるこ
とは、本発明の必須要件ではない。従って、外部基準に
対してホーム・ポジションを定義付ける必要はあるが、
それらが一致している必要はない。
例えば、ホーム・ポジションは外部基準がら数えた特定
のステップ数として定義することが出来る。ステツプ・
モータは単一ステップ動作中でも、一定速度動作中でも
、或は回転移動中であってさえも、所定数のステップで
位置決めすることが出来る。
本発明に従った位置付けの反復性は初期化手順を遂行す
ることによって行われる。この初期化手順は、「冷」ス
タートに対して遂行される第1のタイプの初期化手順か
、または、「暖」スタートに対して遂行される第2のタ
イプの初期化手順かの何れかである。本発明に従った初
期化手順を遂行するために、ステツプ・モータ・システ
ムは、読み取り/書き込みメモリと、「暖」スタートか
、「冷」スタートの何れが遂行されるかを判別する能力
とが与えられている。「暖」スタートと「冷」スタート
との間の差異は、「冷」スタートの場合、メモリが前の
動作を記憶していないのに反して、「暖」スタートでは
メモリが前の動作を記憶していることにある。
初期化手順は、 (a)  モータを付勢し、そしてモータを安定させる
ことと、 (b)  外部基準位置が感知されるまで、モータをス
テップ移動させることと、 を含んでいる。
「冷」スタートでは、手続の最後のステップは位相状態
を記憶する。記憶された位相状態は基準位置または開運
したホーム・ポジションに対応する。
「暖」スタートでは、外部基準が検知された後、モータ
は基準位置と到達したホーム・ポジションとの間の所定
のずれ(offset) (若しあれば)に従って移動
する。よう先ず制御され、次に、前に保持された位相状
態と一致する状態になるよう制御され、そして、モータ
がその状態にセットされるよう充分な遅延が与えられる
。「暖」スタートの初期化手順に従って、(+1)か、
(0)か、または(−1)のステップのモータ位相調節
が達成されるが、それについては後述する。
通常、ステツプ・モータ・システムは不連続的に動作す
る、即ちステツプ・モータ・システムの第1期間中に動
作し、ターン・オフされた後にターン・オンされ、第2
期間にて再び動作する。多くの場合、第1期間の動作で
達した位置と同じ位置に、第2期間の動作でモータを再
度位置付けたいこと(又は要求)がある。
この要求に対して製造公差範囲を広く与えられている従
来装置がアプローチしても、所望の目的を達成すること
は↑きない。誤整合に対する従来技術の欠点(よ本発明
によって、以下のようにして解消される。「冷」スター
トで動作されれば、ステツプ・モータはその後はすべて
不連続動作を行い、そして、「暖」スタートだけで動作
している間は、初期化手続によって誤整合は発生しない
これは当然、位相状態をメモリに記憶することを必要と
し、位相状態の情報を記憶するために、通常用いられて
いる不揮発性記憶装置を使うことによって達成すること
が出来る。揮発性のメモリが位相状態を記憶している状
態が継続していれば、揮発性のメモリを用いてもよい。
本発明の一実施例に従うと、読み取り/書き込み式位相
状態記憶装置は電池によりパック・アップされている通
常のランダム・アクセス・メモリである。
記憶された位相状態は外部基準に対応してもよいし、前
記外部基準に開運する位置に対応してもよい。例えば、
外部基準とホーム・ポジションとの間に一定数のステッ
プを設けてもよい。この場合、位相の調節は、外部基準
が感知されたときの位置ではなく、ホーム・ポジション
の位置で行われる。
本発明により「暖」スタート間で生じうる1ステツプの
誤整合が取り除かれる。
従って、本発明の位置決め装置は、 ステツプ・モータと、 ステツプ・モータが所定の位置にあるときに、位置信号
を発生するために、ステツプ・モータに接続された位置
感知手段と、 ステツプ・モータの位相状態を表わすデータを記憶する
読み取り/書き込み式のメモリ手段と、上記読み取り/
書き込み式のメモリ手段中に記憶され、既に書き込まれ
ている位相状態データの有効性を決定する手段と、 上記位置感知手段の動作に応答して、ステツプ・モータ
の実際の位相状態を、記憶されたデータと一致させるた
めに、上記ステツプ・モータを駆動するための訂正手段
とで構成される。
このような目的に従って、本発明はまた、上記手段によ
って前に書き込まれた位相状態デーラダが無いことに応
答して、ステツプ・モータの位相状態を検出するための
手段を付勢する手段と、ステツプ・モータの上記検出収
態を上記読み取り/書き込み式メモリ手段中に書き込む
手段とを含んでいる。
E、実施例 第2図は、本発明に従って、ステツプ・モータの位置決
め精度の信頼性を改良することが出来るステツプ・モー
タのブロック図である。第2図において、ステツプ・モ
ータ10は、負荷用シャフト11を回転駆動するように
構成され、制御装置12によって制御される。制御装置
12の1つの入力信号は外部位置基準装置から与えられ
る。第2図に示された外部位置基準装置が発生する外部
位置基準情報は、シャフト11が1つの特定の回転位置
でLED14から光検知器15への光を通過したときに
、光信号を発生するシャフト11に装着された刻み目に
よって発生される。ここで例示した特定の外部基準の他
にシャフトの360”の回転毎にシャフトの1地点に対
応する電気信号を発生する電気的な装置やその他の外部
基準装置があることは当業者には自明の事柄であり、そ
して任意の外部基準を、本発明に従って用いることが出
来ることは以下の記載から明らかになる。
第3図は、ステツプ・モータ10の位相状態と、回転子
の移動と、外部基準位置との相関関係を示している。第
3図に示したように、位相状態は所定の順序で反復して
発生する。従って、例えば、回転子のステップ位置2及
び6は同じ位相状態である。第3図は、外部基準位置が
回転子のステップ3の位相状態Cに対応することが示さ
れている。
若し、外部基準位置が位相状態Cの領域の範囲内に常に
位置付けられることが保証されているのならば、本発明
は必要がない。製造公差の範囲を広く取ったために、外
部基準位置が時々位相状態の境界付近になることが生じ
、このような場合、外部基準は偶発的に位相状態Bまた
はDに対応することになり、1ステツプの誤整合を生ず
るので、本発明によって解決されるべき問題が起る。既
に述べたように、ホーム・ポジションは外部基準位置に
対応させることが出来る。第4図は異なった配列を示し
ており、外部基準位置がホーム・ポジションからn個の
ステップだけずれていることを示している。第5図は、
外部基準位置とホーム・ポジションとの間がnステップ
ずれているという点で、第4図と同じであるけれども、
そのずれが訂正される態様を示しているという点で異な
っている他の配列を示しており、第5図は特に平坦な線
分によって、一定速度の移動を含んでいることを示して
いる。
第6図は外部基準とホーム・ポジションに関する他の配
列を示している。より詳細に言えば、第6図は、ステツ
プ・モータが回転する(slew)速度で動作している
ときに、外部基準を感知すると、その後ステツプ・モー
タはn個のステップ移動で停止されることを示しており
、その際、n個の運動のうちの幾つかの連動か、或はす
べての運動は減速運動であり、そしてそのうちの幾つか
の連動は回転運動であることを示唆している。
外部基準位置と、ホーム・ポジションとの間の関係がど
のように決められたにせよ、若しそれらが異っていると
すれば、誤整列を訂正するため、本発明のステップを適
用する前に、モータは、外部基準が感知された位置から
、所定のホーム・ポジションへ移動されねばならない。
第4図及び第5図の場合、若し記憶された位相状態が基
準位置(ホーム・ポジションではない。)に対応してい
るならば、本発明の訂正方法を基準位置において適用す
ることが出来る。本発明によって決定される訂正は、記
憶された位相状態が決められた位置において適用される
ということが本質的に重要な点である。
第7図は本発明の作用と関連する幾つかの操作ステップ
を示す流れ図である。機能F1によって、モータは始動
される、即ち付勢され、安定化される。機能F2は外部
基準の位置までモータなステップ移動させる。外部基準
位置への方向へステツプ・モータがステップ移動される
ことを、いま初期化されたモータの制御装置が「知って
いる」ことを保証すれば、他の手続を使うことが出来る
これは、例えば、モータが停止された時にモータを所定
の位置へ常に移動することと、モータの到達位置から外
部基準位置へのモータのステップを常に制御することに
よって達成することを保証する他の異なる手続を用いる
ことは当業者には容易に推考可能である。次に、機能F
3は外部基準位置とホーム・ポジションとの間の所定の
ずれ(若しあれば)を与えるために遂行される。その所
定のずれは、例えば第4図乃至第6図の何れかに示され
たものであってよい。ステップF3の結果、モータは所
定のホーム・ポジションにあるか、あるいはホーム・ポ
ジションからプラス1ステップ若しくはマイナス1ステ
ツプだけ誤整合になっているかの何れかである。機能F
4は、これが「冷」スタートかあるいは「暖」スタート
か否か、例えば、メモリが最後のオン/オフ及びオフ/
オン遷移を越えて維持されているか否かを決める。若し
メモリがこれを記憶していなければ、これは「冷」スタ
ートであり、モータの現在の位相収態を記憶するために
、機能F5Aが遂行される。他方、若しこれが「暖」ス
タートであれば、記憶されているモータ位相状態を遂行
するために、機能F5Bを遂行することにより、モータ
はプラス1ステップか又はマイナス1ステツプだけ移動
されるか、あるいは、誤整合がなければステツプ・モー
タはそのまま動かない。
制御装置がコンピュータであるか、またはコンピュータ
を含む場合、本発明は第7図の機能を遂行するソフトウ
ェアによって実施することが出来る。
第1図は本発明に従った装置(他の実施例)のブロック
図である。より詳細に説明すると、第1図は、発振器1
20が制御素子119を駆動していることを示している
。制御素子119は位相シーケンサ・ロジック122へ
、ステップ情報、速度情報及び方向情報を与える。位相
シーケンサ・ロジック122は、次のモータ位相状態を
特定する信号を出力し、その信号はモータ駆動器(図示
せず)に印加される。また、制御素子119は外部基準
位置(例えば、第2図の光感知ダイオード15)を感知
する装置から感知入力を受は取る。また、制御素子11
9は、暖スタートが遂行されるか、または冷スタートが
遂行されるかを識別するフリップ・フロップ123から
の出力を人力として受は取る。そして、最後に、制御素
子119は、訂正が必要であるか否かを識別するために
、比較素子126からの出力を受は取って、訂正が必要
な場合、その訂正を感知する。位相シーケンサ・ロジッ
ク122を付勢することに加えて、制御素子119はま
た、位相状態記憶装置125へ「書き込み」信号を与え
る。また、位相状態記憶装置125は位相シーケンサ・
ロジック122力)らモータ位相状態情報を受は取り、
そして、「書き込み」信号の存在の下で、将来の基準情
報としてその情報を書き込む。記憶装置125に記憶さ
れた位相状態情報は比較素子126への入力上しで与え
られ、比較素子の他の入力は位相シーケンサ・ロジック
122の出力、即ちモータ位相状態信号が与えられる。
従って、比較素子126は、その2つの人力が等しいか
否かを決めることが出来、等しくなければ、その「不等
」を感知して、既に説明した制御素子119へ入力を与
える。
フリップ・フロップ123は暖スタートが行われるのか
、又は冷スタートが行われるのかを決めるのに用いられ
る装置である。フリップ・フロップ123はP OR(
power on reset−・−・電源投入でリセ
ットする)の形でリセット信号を受は取る。
従って、フリップ・フロップ123は、他の入力信号が
無く且つPORの受は取りの後にリセット8態になる。
最後のPORの次に制御素子119が「書き込み」信号
を出力した場合、フリップ・フロップ123は、「書き
込み」信号がフリップ・70ツブ123のセット入力に
接続されているので、セット収態になる。若し、位相状
態記憶装置125が最後のPoRの次に再書き込みされ
たとすれば、フリップ・フロップ123は、すべてのス
タート動作が暖スタートであることを表示する。
他方、若し、書き込み信号の次にPORが受は取られた
とすれば、フリップ・フロップ123はすべてのスター
ト動作を冷スタートに表示する。
第8図を参照して、本発明の関連する制御素子119の
機能を以下に説明する。第8図は、Sl−停止、S2−
ホーム・ポジション、S3−訂正、S4−記憶及びS5
一回転(run)と名付けて表示されている、制御素子
119の5つの状態を示している。各状態に対して、ス
テップ出力及び書き込み信号の状態が表わされている。
加えて、第8図には遷移が生ずる条件と、遷移がステツ
プ・モータに与える状態とが表示されている。ステップ
出力(T)は、制御素子119が位相シーケンサ122
ヘステツプ・パルスと方向コマンドとを与えることを表
わす。
例えば、FOR(電源投入でリセット)t−含んでいる
か心知れず、または含んでいないかも知れない初期設定
(INTI)の存在の下で、モータが状態S1から状態
S2へ遷移したとする。このような状況下において、ス
テップ出力は真(T)に変化して、モータを動かし、モ
ータが所定の基準位置に到達したことを判別する感知器
即ちセンサが付勢されるまでモータの出力はそのままの
状態にとどまる。
次に、状態S2は、フリップ・フロップ123の出力(
暖スタート、又は冷スタート)と、比較素子126の出
力(等、不等)とに従って、Slか、S3またはS4の
状態の何れかに遷移する。
比較素子が等しくないという信号を発生した時、即ち、
位相状態情報が記憶されていて、暖スタートの過程の間
で行われねばならない訂正がある時、状態S2から状態
S3への遷移が生ずる。状態S8において、制御素子は
、位相シーケンサ・ロジック122へ、ステップ・コマ
ンドと、比較素子126で検出された誤整合の感知によ
って決定される方向コマンドを与える。その後、S3の
状態はSlの状態へ遷移される。この時点で、ステツプ
・モータ・システムは、位相状態記憶装置125に記憶
されている位相状態に対応する所定の位相状態に初期化
されている。
他方、冷スタートの場合は、状態S2は状態S4に遷移
する。状態S4において、制御素子119は位相シーケ
ンサ・ロジック122(ステップ・コマンドは偽(F)
である。)に訂正信号を与えず、その代りに、「書き込
み」信号が真(T)になる。これは、位相状態記憶装置
125に再書き込みを行い、そして、フリップ・フロッ
プ128をセットする。状態S4からの遷移は状態S1
になる。
暖スタートが遂行されることと、訂正の必要がない(比
較素子126の出力が「等しい」とき)こととが制御素
子119の入力の条件として表示されると、状態S2は
状態S1に遷移する。
状態S5は初期化に続くステツプ・モータの制御を表わ
しており、これは回転状態を示している。
この遷移は、移動コマンド(このコマンドはINIT(
初期化)コマンドの存在の下で、図示されていない装置
から制御素子119への入力である。)に応答して行わ
れる。回転状態の間では、ステップ出力は真(T)であ
り、書き込み出力は偽(F)である、この状態は、移動
が完了されるまで維持され、その後、遷移によって81
状態に戻される。
上述の説明は、基準位置とホーム・ポジションとが同じ
である場合の本発明の実施例に関連して、制御素子11
9の種々の状態についてのものである。
基準位置及びホーム・ポジションが異なっている一般の
場合を説明するために、第9図の状態図が用いられる。
第9図は、初期化の過程の間で、ステラ?”Slからの
遷移が新しいステップ568態、即ち基準状態に移るこ
とを除けば、第8図の状態図とほぼ同じである。基準状
態は:真(T)のステップ出力と、偽(F)の書き込み
出力とを有し、そして、感知素子の出力が検知されるま
で維持される。感知素子の出力が検知されたとき、基準
状態はホーム状態S2に遷移される。ホーム状態S2は
、「ずれ」が偽(F)である間、換言すれば、ステツプ
・モータが基準位置とホーム・ポジションとの間でnス
テップの移動を完了するまでの間、状態S2が維持され
るということを除けば、第8図の状態S2と同じである
。「ずれ」が真であるとき、S2からの遷移は、状態s
2がら、状態S1、S3又はS4への遷移に関して第8
図に示した状態と本質的に同じ条件に基づいて、3つの
状態のうちの1つの状態、即ち停止状態S1、訂正状態
S2又は記憶状態S4のうちの何れか1つの状態に移る
第1図に示された装置の動作は、第8図及び第9図によ
り与えられる制御素子119の定義に関連させると容易
に理解することが出来る。より特定して言えば、モータ
の冷スタートが遂行されるときは常に、ステツプ・モー
タは基準位置が感知されるまで、駆動される。その位置
において、基準位置とホーム・ポジションとの間のずれ
がステツプ・モータの更なる運動を与えるのに使われる
ホーム・ポジションに達したとき、モータの位相状態が
記憶される。その後、モータは通常の技術に従って動作
することが出来る。その後、例えば、位相が外れたとか
、出力シャフトが手で動がされ、たとかの何らかの理由
で、ステツプ・モータが再度初期化されねばならない場
合のために、基準位置を探すため、ステツプ・モータを
駆動する初期化入力が与えられる。基準位置が見出され
たとき、ステツプ・モータは基準位置とホーム・ポジシ
ョンとの間のずれ(若しあれば)に従って更に移動され
る。この時点で、モータの位相状態が記憶された位相状
態と比較され、そして、若し訂正が必要ならば、訂正が
行われる。その後、ステツプ・モータは通常の技術に従
って動作することが出来る。
上述の説明において、POR人カ入力位相状態記憶装置
125中の記憶内容の消失に後続して生ずる事態を代表
するのに使われている。若し位相状態記憶装置125が
持久記憶装置(記憶内容を維持するのに電力を必要とし
ない記憶装置)であれば、ステツプ・モータ・システム
中の他の素子が再付勢されるか否かに拘わらず、信号P
ORは、機械的な要素の変化が生じたときだけに発生さ
れる。従って、本発明を実施した場合、PORは、ステ
ツプ・モータ・システムが初期化されるべきときにだけ
、存在し、位相状態記憶装置125は初期化の過程で意
味のある位相状態データを含むことはない。
F1発明の効果 本発明は、製造公差範囲を厳格にすることなく、従来通
りの製造公差で大量生産されたステツプ・モータに関し
て発生する誤整合の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
2図は外部基準位置とステツプ・モータとの接続関係を
示す斜視図、第3図は外部基準位  ′置を有するステ
ツプ・モータの位相状態と回転子の移動との関係を示す
図、第4図乃至第6図は夫々外部基準位置とホーム・ポ
ジションとの間の関係が互いに異なった配列を示す図、
第7図は本発明の他の実施例に従って遂行される操作過
程を示す流れ図、第8図及び第9図は基準位置とホーム
・ポジションとが同じ場合と異なる場合の夫々に対応す
る制御装置の動作を説明するための状態図である。 119・・・・制御素子、120・・・・発振器、12
2・・・・位相シーケンサ・ロジック、123・・・・
フリップ・フロップ、125・・・・位相状態記憶装置
、126・・・・比較素子。 出 願 人  インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代 理 人  弁理士  岡  1) 次  生(外1
名) 第1図 l外部14イ+[ 回虫り尋ステップ   1   2   3   4 
  5   6   7   8    、、。 第3図 速度 ヒーーnス子−lブーーー 第7図 第8図 第9図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) ステツプ・モータと、 前記ステツプ・モータに接続され、前記ステツプ・モー
    タが所定位置にあるときに位置信号を発生する位置検知
    手段と、 前記ステツプ・モータの位相状態を特定するデータを記
    憶する読み出し/書き込みメモリと、前記メモリ中に既
    に書き込まれている位相状態データの有効性を決定する
    手段と、 前記ステツプ・モータの実際の位相状態を前記記憶デー
    タに一致させるよう前記ステツプ・モータを駆動する訂
    正手段と、 を備えた位置決め装置。
  2. (2) 既に書き込まれている位相状態の非有効性が前
    記決定手段により決定されたことに応答して使用可能と
    なり、前記ステツプ・モータの位相状態を検知する制御
    手段と、 前記検知された位相状態を前記メモリに書き込む書き込
    み手段と、 を更に備えた第(1)項記載の位置決め装置。
  3. (3) 前記位置信号に応答して前記ステツプ・モータ
    に所定の動作を実行させた後に前記訂正手段の操作を可
    能にする手段を備えた第(1)項記載の位置決め装置。
  4. (4) 前記位置信号に応答して前記ステツプ・モータ
    に所定の動作を実行させた後に前記訂正手段の操作を可
    能にする手段を備えた第(2)項記載の位置決め装置。
JP62261918A 1986-12-11 1987-10-19 ステップモータの位置決め装置 Expired - Lifetime JPH0732639B2 (ja)

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EP0267527A1 (en) 1988-05-18
US4706008A (en) 1987-11-10
JPH0732639B2 (ja) 1995-04-10
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