KR101114739B1 - 스테핑 모터의 제어장치 - Google Patents

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아키오 다케모리
요시후미 구와노
히로아키 다카
요시타카 이와지
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니혼 서보 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 스테핑 모터의 제어장치는, 스테핑 모터의 부하 토크 전류편차에 따른 진각을 연산하는 진각 연산 수단과, 각도 지령과 진각을 가산하여 권선 여자 각도를 요구하는 가산수단과, 스테핑 모터에 권선 여자 각도에 따른 인가 전압을 인가하는 전압인가수단을 가진다.
Figure R1020070025003
모터, 스테핑 모터, 제어장치

Description

스테핑 모터의 제어장치{STEPPING MOTOR CONTROL APPARATUS}
도 1은 본 발명의 스테핑 모터의 제어장치를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 스테핑 모터의 제어장치의 진각 제어기를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 다른 스테핑 모터의 제어장치를 나타내는 도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 스테핑 모터의 제어장치의 각도 추정기를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 다른 스테핑 모터의 제어장치를 나타내는 도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 스테핑 모터의 제어장치의 자극 위치 보정기를 나타내는 도이다.
도 7, 도 8은 도 5, 도 6에 도시된 스테핑 모터의 제어장치의 동작설명도이다.
본 발명은 각도 지령에 따라 스테핑 모터를 제어하는 스테핑 모터의 제어장치에 관한 것이다.
종래의 스테핑 모터의 제어장치에서는, 최대 전류값 지령 및 각도 지령으로부터 전류지령값을 구하고, 전류지령값과 코일 전류 검출값의 차인 전류편차에 따라 스테핑 모터의 권선에 인가 전압을 인가하고 있기 때문에, 스테핑 모터의 속도, 위치를 제어할 수 있다.
그러나, 이러한 스테핑 모터의 제어장치에서는, 스테핑 모터의 부하 토크에 따른 제어를 행할 수 없기 때문에, 스테핑 모터를 고속으로 회전할 수 없다.
본 발명의 목적은, 스테핑 모터를 고속으로 회전할 수 있는 스테핑 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 스테핑 모터의 부하 토크 전류편차에 따른 진각(進角)을 연산하는 진각 연산 수단과, 각도 지령과 진각을 가산하여 권선 여자 각도를 구하는 가산수단과, 스테핑 모터에 권선 여자 각도에 따른 인가 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 가진 스테핑 모터의 제어장치가 제공된다.
도 1, 도 2에 의해 본 발명의 스테핑 모터의 제어장치를 설명한다. 스테핑 모터(2)의 최대 전류값 지령 Imax*가 최대 전류값 지령 입력 단자(4)에 입력된다. 스테핑 모터(2)의 각도 지령 θ*가 각도 지령 입력 단자(6)에 입력된다. 정현파 신호발생기(8)는 각도 지령 θ*와 진각 Δθ(설명 후술)와의 가산값을 입력하여 데이터 테이블에 의해 정현파 신호 sin(θ*+Δθ)를 출력한다. 여현파 신호발생기 (10)는 각도 지령 θ*과 진각 Δθ와의 가산치를 입력하여 데이터 테이블에 의해 여현파 신호 cos(θ*+Δθ)를 출력한다. 승산기(12)는 최대 전류값 지령 Imax*와 정현파 신호 sin(θ*+Δθ)를 승산하여 α상(相)의 전류지령값 iα*를 출력한다. 승산기(14)는 최대 전류값 지령 Imax*와 여현파 신호 cos(θ*+Δθ)를 승산하여 β상의 전류지령값 iβ*을 출력한다. 전류 검출기(16,18)는 스테핑 모터(2)의 α상, β상의 권선전류값을 검출하여, 권선전류 검출값 iαf, iβf를 출력한다. 감산기 (20)는 전류지령값 iα*로부터 권선전류 검출값 iαf를 감산하여 전류편차 Δiα를 출력한다. 감산기(22)는 전류지령값 iβ*로부터 권선전류 검출값 iβf를 감산하여 전류편차 Δiβ을 출력한다. 전류 제어기(24)는 전류편차 Δiα를 입력하여 스테핑 모터(2)의 α상의 여자전계를 출력한다. 전류 제어기(26)는 전류편차 Δiβ를 입력하여 스테핑 모터(2)의 β상의 여자 전류를 출력한다. 인버터(28)는 α상, β상의 여자 전류에 따라 스테핑 모터(2)의 권선에 α상 인가 전압 Vα, β상 인가 전압 Vβ를 인가한다. 엔코더(30)는 스테핑 모터(2)의 로터 위치를 검출한다. 각도 연산기(32)는 엔코더(30)의 출력을 입력하여 검출 각도 θf를 연산한다. 진각 제어기(34)는 전류편차 Δiα, Δiβ 및 검출 각도 θf를 입력하여 진각 Δθ를 출력한다. 가산기(36)는 각도 지령 θ*와 진각 Δθ를 가산하여 권선 여자 각도를 연산한다.
좌표변환기(38)가 전류편차 Δiα, Δiβ 및 검출 각도 θf로부터 부하 토크 전류편차(q축 전류편차) Δiq를 연산한다. PI 보상기(40)가 부하 토크 전류편차 Δiq를 입력한다. PI 보상기(40)의 출력이 120도 미만일 때에는, 리미터(42)는 PI 보상기(40)의 출력을 그대로 출력하고, PI 보상기(40)의 출력이 120도 이상일 때에 는, 리미터(42)는 120도를 출력한다. 가산기(46)가 설정각 입력 단자(44)로 설정된 90도의 설정각과 리미터(42)의 출력을 가산한다. 증폭기(48)는 가산기(46)의 출력을 증폭하여 진각 Δθ를 출력한다. 그리고, 좌표변환기(38), 리미터(42), 가산기(46) 등에 의해 진각 제어기(34)가 구성되어 있다.
또한, 진각 제어기(34)에 의해 스테핑 모터의 부하 토크 전류편차에 따른 진각을 연산하는 진각연산수단이 구성되어 있다. 또한, 가산기(36)에 의해 각도 지령과 진각을 가산하여 권선 여자 각도를 구하는 가산수단이 구성되어 있다. 또한, 정현파 신호발생기(8), 여현파 신호 발생기(10), 승산기(12,14), 감산기(20,22), 전류 제어기(24,26), 인버터(28)에 의해 스테핑 모터에 권선 여자 각도에 따른 인가 전압을 인가하는 전압 인가 수단이 구성되어 있다. 또한, 좌표변환기(38)에 의해 스테핑 모터의 각도(로터 자극 위치) 및 전압 인가 수단의 전류편차로부터 부하 토크 전류편차를 구하는 좌표변환수단이 구성되어 있다. 또한, 엔코더(30), 각도 연산기(32)에 의해 스텝핑 모터의 각도를 검출하는 각도 검출 수단이 구성되어 있다. 또한, 리미터(42)에 의해 부하 토크 전류편차에 따른 값이 120도 미만일 때에는 부하 토크 전류편차에 따른 값을 그대로 출력하고, 부하 토크 전류편차에 따른 값이 120도 이상일 때에는 120도를 출력하는 제한수단이 구성되어 있다. 또한, 가산기(46)에 의해 제한수단의 출력으로 설정각을 가산하는 가산수단이 구성되어 있다.
이러한 스테핑 모터의 제어장치에서는, 좌표변환기(38)에 의해 전류편차 Δiα, Δiβ 및 검출 각도 θf로부터 부하 토크 전류편차 Δiq를 연산하고, 진각 제 어기(34)에 의해 부하 토크 전류편차 Δiq에 따른 진각 Δθ를 구하고, 가산기(36)에 의해 각도 지령 θ*와 진각 Δθ를 가산하여 권선 여자 각도를 구하고, 정현파 신호 발생기(8), 여현파 신호 발생기(10), 승산기(12,14)에 의해 권선 여자 각도에 따른 전류지령값 iα*, iβ*를 구하여, 감산기(20,22), 전류 제어기(24, 26), 인버터(28)에 의해 전류지령값 iα*, iβ*와 권선전류 검출값 iαf, iβf의 차인 전류편차 Δiα, Δiβ에 따라 스테핑 모터(2)의 권선에 α상 인가 전압 Vα, β상 인가 전압 Vβ를 인가한다. 한편, d축 전류편차에 의한 d축 전류의 제어는 행하지 않는다.
이러한 스테핑 모터의 제어장치에 대해서는, 진각 Δθ을 부하 토크 전류편차 Δiq에 따른 값으로 하고 있기 때문에, 스테핑 모터(2)의 부하 토크에 따른 제어를 행할 수 있으므로, 속도에 상관없이 스테핑 모터(2)에 거의 최대의 토크를 발생시킬 수 있기 때문에, 스테핑 모터를 고속으로 회전할 수 있다.
도 3, 도 4에 의해 본 발명의 다른 스테핑 모터의 제어장치를 설명한다. 각도 추정기(52)가 권선전류 검출값 iαf, iβf 및 α상 인가 전압 Vα, β상인가 전압 Vβ을 입력하여 추정 각도 θp를 출력한다. 진각 제어기(54)는 전류편차 Δiα, Δiβ 및 추정 각도 θp를 입력하여 진각 Δθ를 출력한다. 즉, 진각 제어기 (54)는 검출 각도 θf 대신에 추정 각도 θp를 이용하여, 진각 제어기(34)와 마찬가지로 진각 Δθ을 연산한다. 가산기(56)는 각도 지령 θ*와 진각 Δθ를 가산하여 권선 여자 각도를 연산한다.
스테핑 모터(2)의 α상의 권선 저항을 Rα, α상의 권선 인덕턴스를 Lα, 라 플라스 연산자를 s로 했을 때, 역함수 특성 연산기(58)는 권선전류 검출값 iαf를 계수(Rα+sLα)배한다. 스테핑 모터(2)의 β상의 권선 저항을 Rβ, β상의 권선 인덕턴스를 Lβ로 했을 때, 역함수 특성 연산기(60)는 권선전류 검출값 iβf를 계수(Rβ+sLβ)배한다. 감산기(62)는 α상 인가 전압 Vα로부터 역함수 특성 연산기 (58)의 출력을 감산한다. 감산기(64)는 β상 인가 전압 Vβ로부터 역함수 특성 연산기(60)의 출력을 감산한다. 즉, α상의 권선전류값을 iα(=iαf ), α상의 속도 기전력을 eα로 했을 때, 감산기(62)의 출력은 다음 식의 관계에 의해서 속도 기전력 eα가 된다.
(1)
Figure 112007020565290-pat00001
또한, β상의 권선전류값을 iβ(=iβf), β상의 속도 기전력을 eβ로 했을 때, 감산기(64)의 출력은 다음 식의 관계에 의해서 속도 기전력 eβ가 된다.
(2)
Figure 112007020565290-pat00002
각도 연산기(70)는 다음 식에 의해서 추정 각도 θp를 연산한다.
θp=tan-1(-eα/eβ) (3)
그리고, 역함수 특성연산기(58,60), 평활 회로(66,68), 각도 연산기(70) 등 에 의해 각도 추정기(52)가 구성되고, 각도 추정기(52)에 의해 스테핑 모터의 각도를 추정하는 각도 추정 수단이 구성되어 있다.
이 스테핑 모터의 제어장치에 대해서는, 좌표변환기(38)에 의해 전류편차 Δiα, Δiβ 및 추정 각도 θp로부터 부하 토크 전류편차 Δiq를 연산하고, 도 1, 도 2에 나타낸 스테핑 모터의 제어장치와 마찬가지로, 진각 Δθ을 부하 토크 전류편차 Δiq에 따른 값으로 하고 있기 때문에, 스테핑 모터(2)의 부하 토크에 따른 제어를 행할 수 있으므로, 속도에 상관없이 스테핑 모터(2)에 거의 최대의 토크를 발생시킬 수 있기 때문에, 스테핑 모터를 고속으로 회전할 수 있다.
한편, 상술한 실시형태에서는, 설정각 입력 단자(44)로 설정된 90도의 설정각과 리미터(42)의 출력을 가산하는 가산기(46)를 설치했지만, 부하 토크 전류편차에 따른 값으로 설정각을 가산하는 가산수단을 설치해도 좋다. 또한, 상술한 실시형태에서는, 설정각을 90도로 했지만, 설정각을 0～90도로 해도 좋다. 또한, 상술한 실시형태에서는, PI 보상기(40)의 출력이 120도 미만일 때에는 PI 보상기(40)의 출력을 그대로 출력하고, PI 보상기(40)의 출력이 120도 이상일 때에는 120도를 출력하는 리미터(42)를 설치했지만, 부하 토크 전류편차에 따른 값이 소정 각도 미만일 때에는 부하 토크 전류편차에 따른 값을 그대로 출력하고, 부하 토크 전류편차에 따른 값이 소정 각도 이상일 때에는 소정 각도를 출력하는 제한수단을 설치해도 좋고, 이 경우 소정 각도를 100～140로 해도 좋다. 또한, 상술한 실시형태에서는, PI 보상기(40)를 이용했지만, PI 보상기(40) 대신에 P 보상기를 이용해도 좋다.
도 5, 도 6에 의해 본 발명의 다른 스테핑 모터의 제어장치를 설명한다. 제 1 최대 전류 지령 Imax1*이 최대 전류 지령 입력 단자(72)에 입력된다. 제2 최대 전류 지령 Imax2*(=2×Imax1*)가 최대 전류 지령 입력 단자(74)에 입력된다. 자극 위치 보정기(76)는 최대 전류 지령 Imax1*, Imax2*, 검출 각도 θf를 입력하고, 보정각 θh, 최대 전류값 지령 Imax*를 출력한다. 감산기(78)는 각도 지령θ*로부터 보정각 θh를 감산한다. 승산기(80)는 최대 전류값 지령 Imax*와 정현파 신호 sin(θ*-θh+Δθ)를 승산하여 전류지령값 iα*를 출력한다. 승산기(82)는 최대 전류값 지령 Imax*와 여현파 신호 cos(θ*-θh+Δθ)를 승산하여 전류지령값 iβ*를 출력한다.
동작 설정기(84)는 전원 투입시에 제1 스텝으로서 0을 출력하고, 그 후 제2 스텝으로서 1을 출력한다. D플립플롭 회로(86)는 D단자에 동작 설정기(84)의 출력을 입력한다. D플립플롭 회로(88)는 D단자에 D플립플롭 회로(86)의 Q단자의 출력을 입력한다. D플립플롭 회로(90)는 D단자에 D플립플롭 회로(88)의 Q단자의 출력을 입력한다. D플립플롭 회로(92)는 D단자에 D플립플롭 회로(90)의 Q단자의 출력을 입력한다. D플립플롭 회로(94)는 D단자에 D플립플롭 회로(92)의 Q단자의 출력을 입력한다. 클록펄스 발생기(96)는 클록펄스를 발생하고, D플립플롭 회로(86～94)의 CK단자에 클록펄스를 출력한다. 전환기(98)의 입력 단자는 각도 연산기(32)에 접속되어, D플립플롭 회로(90)의 Q단자의 출력이 0일 때에는 입력 단자와 A출력 단자가 접속되고, D플립플롭 회로(90)의 Q단자의 출력이 1일 때에는 입력 단자와 B출력 단자가 접속된다. 전환기(100)의 A입력 단자는 최대 전류 지령 입력 단자 (72)에 접속되고, B입력 단자는 최대 전류 지령 입력 단자(74)에 접속되어, D플립 플롭 회로(90)의 Q단자의 출력이 0일 때에는 A입력 단자와 출력 단자가 접속되고, D플립플롭 회로(90)의 Q단자의 출력이 1일 때에는 B입력 단자와 출력 단자가 접속된다. 래치 회로(102)는 D플립플롭 회로(88)의 Q단자의 출력이 1이 되었을 때에 전환기(98)의 A출력 단자로부터의 출력을 래치하여, 래치한 값을 출력한다. 래치 회로(104)는 D플립플롭 회로(92)의 Q단자의 출력이 1이 되었을 때에 전환기(98)의 B출력 단자로부터의 출력을 래치하여, 래치한 값을 출력한다. 감산기(106)는 래치 회로(102)의 출력으로부터 래치 회로(104)의 출력을 감산한 값을 출력한다. 보정 각도값 발생기(108)는 감산기(106)의 출력치 즉, 각도차 δ와 보정 각도값 Δ와의 관계, 즉 다음 식의 관계에 기초한 보정 각도값 데이터 테이블이 기억되어 있으며, 감산기(106)의 출력치에 따라 보정 각도값 Δ를 출력한다.
Δ = tan-1{a?sinδ/(1-a?cosδ)} (4)
여기서, a=Imax1*/Imax2*이다. 0 설정기(110)는 0을 출력한다. 전환기 (112)의 A입력 단자는 0 설정기(110)에 접속되고, B입력 단자는 보정 각도값 발생기(108)에 접속되며, D플립플롭 회로(94)의 Q단자의 출력이 0일 때에는 A입력 단자와 출력 단자가 접속되고, D플립플롭 회로(94)의 Q단자의 출력이 1일 때에는 B입력 단자와 출력 단자가 접속된다. 그리고, 자극 위치 보정기(76)로부터 승산기 (80,82)에 전환기(100)의 출력, 즉 최대 전류값 지령 Imax*를 출력하고, 감산기 (78)에 전환기(112)의 출력, 즉 보정각 θh를 출력한다. 또한, D플립플롭 회로(86～94), 전환기(98,100,112), 보정 각도값 발생기(108) 등에 의해 모터 기동시에 제 1 최대 전류 지령을 출력하고, 다음에 제2 최대 전류 지령을 출력하며, 제1 최대 전류 지령을 출력했을 때의 제1 각도 및 제2 최대 전류 지령을 출력했을 때의 제2 각도를 검출하여, 제1 각도와 제2 각도와의 변화 정보를 이용하여 각도 지령의 보정값을 출력하는 자극 위치 보정기가 구성되어 있다.
이 스테핑 모터의 제어장치에서는, 전원을 투입하면, 동작 설정기(84)는 0을 출력하고, D플립플롭 회로(86～94)의 Q단자의 출력은 0이 된다. 이 때문에, 전환기(98)의 입력 단자와 A출력 단자가 접속된다. 또한, 전환기(100)의 A입력 단자와 출력 단자가 접속되기 때문에, 자극 위치 보정기(76)로부터 승산기(80,82)에 최대 전류값 지령 Imax*로서 최대 전류 지령 Imax1*이 출력된다. 또한, 전환기(112)의 A입력 단자와 출력 단자가 접속되기 때문에, 자극 위치 보정기(76)로부터 감산기 (78)에 보정각 θh로서 0이 출력된다. 이 때문에, 전류지령값 iα*는 Imax1*ㆍsin(θ*+Δθ)가 되고, 또한 전류지령값 iβ*는 ImaxI*ㆍcos(θ*+Δθ)가 되어, 전류지령값 iα*, iβ*, 권선전류 검출값 iαf, iβf에 따라 스테핑 모터(2)의 권선에 인가 전압 Vα, Vβ가 인가된다. 다음에, 동작 설정기(84)가 1을 출력하여, 클록펄스 발생기(96)가 클록펄스를 출력하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, D플립플롭 회로(86)의 Q단자의 출력이 1이 되고, 클록펄스 발생기(96)가 다음의 클록펄스를 출력하면, D플립플롭 회로(88)의 Q단자의 출력이 1이 되기 때문에, 래치 회로(102)가 그 시점의 검출 각도θf, 즉 도 8(설명 후술)의 제1 각도 θ1을 래치한다. 이어서, 클록펄스 발생기(96)가 다음의 클록펄스를 출력하면, D플립플롭 회로(90)의 Q단자의 출력이 1이 되기 때문에, 전환기(98)의 입력 단자와 B출력 단자가 접속된 다. 또한, 전환기(100)의 B입력 단자와 출력 단자가 접속되므로, 자극 위치 보정기(76)로부터 승산기(80,82)에 최대 전류값 지령 Imax*로서 최대 전류 지령 Imax2*가 출력된다. 이 때문에, 전류지령값 iα*는 Imax2*ㆍsin(θ*+Δθ)가 되고, 또한 전류지령값 Iβ*는 Imax2*ㆍcos(θ*+Δθ)가 되어, 전류지령값 iα*, iβ*, 권선전류 검출값 iαf, iβf에 따라 스테핑 모터(2)의 권선에 인가 전압 Vα, Vβ가 인가된다. 다음에, 클록펄스 발생기(96)가 다음의 클록펄스를 출력하면, D플립플롭 회로(92)의 Q단자의 출력이 1이 되기 때문에, 래치 회로(104)가 그 시점의 검출 각도θf, 즉 도 8의 제2 각도 θ2를 래치한다. 그렇게 하면, 감산기(106)가 각도차 δ(=θ1-θ2)를 연산하고, 보정 각도값 발생기(108)는 각도차 δ에 대응한 보정 각도값 Δ를 출력한다. 다음에, 클록펄스 발생기(96)가 다음의 클록펄스를 출력하면, D플립플롭 회로(94)의 Q단자의 출력이 1이 되기 때문에, 전환기(112)의 B입력 단자와 출력 단자가 접속되므로, 자극 위치 보정기(76)로부터 감산기(78)에 보정각 θh로서 보정 각도값 Δ가 출력된다. 이 때문에, 전류지령값 iα*는 Imax2*ㆍsin(θ*-Δ+Δθ)가 되고, 또한 전류지령값 iβ*는 Imax2*ㆍcos(θ*-Δ+Δθ)가 되며, 전류지령값 iα*, iβ*, 권선전류 검출값 iαf, iβf에 따라 스테핑 모터(2)의 권선에 인가전압 Vα, vβ가 인가된다.
도 8은 50극 대, 기본스텝 각도 1.8도의 스테핑 모터의 각도-토크 특성(θ-T특성)의 예이지만, 실선은 정격 전류 통전시, 즉 최대 전류값 지령 Imax*가 최대 전류 지령 Imax2*일 때의 θ-T특성을 나타내고, 파선으로 표시한 특성은 정격 전류의 50% 통전시, 즉 최대 전류값 지령 Imax*가 최대 전류 지령 Imax1*일 때의 θ-T 특성을 나타내고 있다. 주지한 바와 같이 스테핑 모터의 로터 각도와 발생 토크의 관계는, 발생 토크를 T, 토크 정수를 kt, 자극 위치를 θ로 하면, 다음 식에서 근사할 수 있고, 발생 토크 T는 모터 전류에 비례한다.
T=ktㆍImax*ㆍsinθ (5)
점 A는 안정점이라고 하는 포인트이고, 점 A에 로터가 정지한다고 가정하여, 점 A를 초기 자극 위치로 하면, 부하 토크의 영향에 의해 초기 자극 위치를 잘못 검출해 버린다. 예를 들어, 정격 전류 통전시에, 스테핑 모터의 로터가 정지하고 있는 상태에서 0.1Nm의 부하 토크가 작용하고 있는 경우에는, 로터가 정지하는 위치, 즉 초기 자극 위치는 점 B가 되고, 점 A로부터 위치 편차 λ=θ2-θ*만큼 어긋나 버린다. 그리고, 초기 자극 위치에 오차가 있으면, 자속과 전류와의 사이의 위상 오차가 커지기 때문에, 발생 토크가 저하된다고 하는 문제가 있다.
또한, 정격 전류의 50% 통전시에, 스테핑 모터의 로터가 정지하고 있는 상태에서 0.1Nm의 부하 토크가 작용하고 있는 경우는, 로터는 점 C에서 정지한다. 그리고, 부하를 진 것에 더하여, 여자 전류가 변화한 것에 의해, 점 C는 점 A로부터 더 크게 어긋나 있으며, 점 C는 각도 지령θ*에 대하여, 즉 점 A로부터 위치 편차 ε=θ1-θ*만큼 어긋나게 된다. 그리고, 최초로 정격 전류의 50%로 스테핑 모터 (2)를 여자하여, 각도 θ1를 검출하고, 다음에 정격 전류로 스테핑 모터(2)를 여자하여 각도 θ2를 검출하여, 각도 θ1와 각도 θ2와의 각도차 δ(=θ1-θ2=ε-λ)를 상술한 (4)식에 대입하는 것에 의해서, 초기 자극 위치의 오차를 보정하기 위한 보정각도값 Δ를 이끌어낼 수 있다.
도 5, 도 6에 나타낸 스테핑 모터의 제어장치에서는, 전원을 투입하면, 먼저 자극 위치 보정기(76)로부터 승산기(80,82)에 최대 전류값 지령 Imax*로서 최대 전류 지령 Imax1*이 출력되기 때문에, 최초로 정격 전류의 50%로 스테핑 모터(2)가 여자된다. 다음에, 래치 회로(102)가 각도 θ1을 래치한다. 다음에, 자극 위치 보정기(76)로부터 승산기(80,82)에 최대 전류값 지령 Imax*로서 최대 전류 지령 Imax2*가 출력되기 때문에, 정격 전류로 스테핑 모터(2)가 여자된다. 다음에, 래치 회로(104)가 각도 θ2를 래치한다. 다음에, 감산기(106)가 각도차 δ를 연산하여, 보정 각도값 발생기(108)가 각도차 δ에 대응한 보정 각도값 Δ를 출력하고, 자극 위치 보정기(76)로부터 감산기(78)에 보정각 θh로서 보정 각도값 Δ가 출력되어, 권선 여자 각도가 θ*-Δ+Δθ가 된다. 이 때문에, 기동시에 로터에 부하 토크가 작용하고 있는 경우에도, 초기 자극 위치의 오차를 보정할 수 있기 때문에, 자속과 전류와의 사이의 위상 오차가 커지는 경우가 없고, 발생 토크가 저하하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 모터 정지시에 로터에 중력에 의한 부하 토크가 발생하는 수직축방향의 구동 시스템 등의 용도에서도, 초기 자극 위치의 오차를 보정할 수 있다.
또한, 보정 각도 데이터 테이블이 기억된 치 보정 각도값 발생기(108)를 이용하고 있기 때문에, 보정 각도값Δ를 신속하게 산출하는 것이 가능해진다.
한편, 최대 전류 지령 Imax1*, Imax2*를 정격 전류의 50%로 정격 전류로 했지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없다. 또한, 보정 각도값 발생기(108)에 의해 보정 각도값 Δ를 구했지만, 처리 시간에 여유가 있다면, (4) 식에 의해서 보정 각도 값 Δ를 연산하더라도 좋다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 각도 검출기에 엔코더(30)를 이용하고 있지만, 예를 들면 리졸버 등의 상당 성능의 검출기이면 대체가 가능하다. 또한, 각도 검출기는 모터축 직결(直結)의 센서일 필요도 없다. 또한, 2상(相) 스테핑 모터에 대하여 상술하였지만, 다상(多相) 스테핑 모터에도 본 발명은 적용할 수 있다.
이 스테핑 모터의 제어장치에서는, 진각을 부하 토크 전류편차에 따른 값으로 하고 있기 때문에, 속도에 상관없이 스테핑 모터에 거의 최대의 토크를 발생시킬 수 있으므로, 스테핑 모터를 고속으로 회전할 수 있다.

Claims (9)

  1. 각도 지령에 따라서 스테핑 모터를 제어하는 스테핑 모터의 제어장치로서,
    a) 상기 스테핑 모터의 부하 토크 전류편차에 따른 진각을 연산하는 것으로, 상기 부하 토크 전류편차에 따른 값이 소정 각도 미만일 때에는 상기 부하 토크 전류편차에 따른 값을 그대로 출력하고, 상기 부하 토크 전류편차에 따른 값이 상기 소정 각도 이상일 때에는 상기 소정 각도를 출력하는 제한수단과, 상기 제한수단의 출력으로 설정각을 가산하는 가산수단을 가진, 진각 연산 수단;
    b) 상기 각도 지령과 상기 진각을 가산하여 권선 여자 각도를 구하는 가산수단; 및
    c) 상기 스테핑 모터에 상기 권선 여자 각도에 따른 인가 전압을 인가하는, 전압 인가 수단을 포함하는, 스테핑 모터의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진각 연산 수단이, 상기 스테핑 모터의 각도 및 상기 전압 인가 수단의 전류편차로부터 상기 부하 토크 전류편차를 구하는 좌표변환수단을 가진, 스테핑 모터의 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테핑 모터의 각도를 검출하는 각도 검출 수단을 설치하고, 상기 스테핑 모터의 각도로서 상기 각도 검출 수단에 의해서 검출한 검출 각도를 이용하는, 스테핑 모터의 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테핑 모터의 각도를 추정하는 각도 추정 수단을 설치하고, 상기 스테핑 모터의 각도로서 상기 각도 추정 수단에 의해서 추정한 추정 각도를 이용하는, 스테핑 모터의 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진각 연산 수단이, 상기 부하 토크 전류편차에 따른 값으로 설정각을 가산하는 가산수단을 가진, 스테핑 모터의 제어장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 각도를 100～140도로 한, 스테핑 모터의 제어장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 설정각을 0～90도로 한, 스테핑 모터의 제어장치.
  9. 각도 지령에 따라서 스테핑 모터를 제어하는 스테핑 모터의 제어장치로서,
    a) 상기 스테핑 모터의 부하 토크 전류편차에 따른 진각을 연산하는 진각 연산 수단;
    b) 모터 기동시에 제1 최대 전류 지령을 출력하고, 다음에 제2 최대 전류 지령을 출력하여, 상기 제1 최대 전류 지령을 출력했을 때의 제1 각도 및 상기 제2 최대 전류 지령을 출력했을 때의 제2 각도를 검출하여, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도와의 변화 정보를 이용하여 상기 각도 지령의 보정값을 출력하는 자극 위치 보정기;
    c) 상기 각도 지령의 보정값과 상기 진각을 가산하여 권선 여자 각도를 구하는 가산수단; 및
    d) 상기 스테핑 모터에 상기 권선 여자 각도에 따른 인가 전압을 인가하는, 전압 인가 수단을 포함하는, 스테핑 모터의 제어장치.
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