KR20120044913A - Stepping motor driving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스테핑모터의 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a drive device for a stepping motor.
일반적인 스테핑모터로서는, 2개의 코일이 서로 다른 여자(勵磁) 타이밍으로 여자됨으로써 구동하는 2상(相) 스테핑 모터가 알려져 있다.As a general stepping motor, a two-phase stepping motor is known which is driven by exciting two coils at different excitation timings.
종래의 바이폴라형 2상 스테핑모터(1)는, 2개의 코일 각각에 대하여 통전(通電)방향의 정역을 전환하여 구동하는 구동장치(100, 도 10)가 개개의 코일마다 설치되어 있다.In the conventional bipolar two-phase stepping motor 1, the drive device 100 (FIG. 10) which switches and drives the constant area of an energization direction with respect to each of the two coils is provided for each coil.
구동장치(100)는, 스테핑모터(110)의 동작지령인 전류값 지령을 출력하는 CPU(101)와, 전류값 지령에 따른 지령 전류값을 출력하는 D/A 변환부(102)와, 지령 전류값에 대한 스테핑모터의 코일에 흐르는 전류값의 차이분에 의해 편차를 출력하는 전류편차 생성부(103)와, 규칙적인 톱니형상의 삼각파를 출력하는 삼각파 발생회로(104)와, 비교값의 신호와 삼각파의 신호의 비교에 따라 ON-OFF의 연속신호인 PWM신호를 생성하는 PWM 발생회로(105)와, 스테핑모터(110)의 2개의 코일 각각에 흘리는 전류의 정역방향 및 ON-OFF의 전환을 수행하는 브릿지회로(106)와, 각 코일에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(107)를 구비하고 있다.The
그리고, 상기 구성에 의해 구동장치(100)에서는, 스테핑모터(110)에 대하여, 이른바 비례 제어(P 제어)를 수행하여 왔다(예컨대, 특허문헌 1 참조).By the above configuration, the
그러나, 종래의 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치에서 수행되는 비례제어(P 제어)는, 출력에 정상 편차가 생기는 점이나 노이즈의 영향을 받기 쉽다는 등의 결점이 있었다.However, the proportional control (P control) performed in the conventional drive device of the bipolar type two-phase stepping motor has drawbacks such as the fact that a normal deviation occurs in the output or the noise is easily affected.
이에, 그에 대한 대응으로서 비례 + 적분제어(PI제어)를 이용하는 방법도 있으나, 바이폴라형 2상 스테핑모터의 제어에서는, 각 코일에 흘리는 전류의 +/- 극성을 주기적으로 전환할 필요가 있으며, 모터의 고속회전시의 전류가 +/- 중 하나로 전환될 때, 그 때까지 적산된 전류 편차의 적산값에 의해, 전류 추종이 지연된다는 문제가 있었다.As a countermeasure, there is a method using proportional + integral control (PI control). However, in the control of a bipolar two-phase stepping motor, it is necessary to periodically switch the +/- polarity of the current flowing through each coil, When the current at the high speed of rotation is switched to one of +/-, there is a problem that the current following is delayed by the integrated value of the current deviation accumulated until then.
도 11에 따라 설명하면, 적분제어에서는, 전류 편차의 적산값(Iei)을 코일에 흘리는 전류값에 반영시킴으로써 정상 편차나 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있다. 그러나, 지령 전류값(Ir)이 플러스에서 마이너스로 전환된 시점(도면에서 점 C1)에서 전류 편차의 적산값(Iei)은 아직 플러스이기 때문에, 코일에 마이너스의 전류값(역방향의 전류)을 흘려야 함에도 적분 제어의 성분은 적산값(Iei)을 반영하여 플러스의 보정을 하게 되어 추종성을 저하시키게 된다.Referring to FIG. 11, in the integral control, the influence of the normal deviation and the noise can be reduced by reflecting the integrated value Iei of the current deviation in the current value flowing through the coil. However, since the integrated value Iei of the current deviation is still positive at the time when the command current value Ir is changed from positive to negative (point C1 in the figure), a negative current value (current in the reverse direction) must be flowed into the coil. In addition, the component of the integral control reflects the integrated value (Iei) to correct the positive, thereby reducing the followability.
또한, 지령 전류값(Ir)이 마이너스에서 플러스로 전환된 시점(도면에서 점 C2)에서도 같은 현상이 발생하였다.The same phenomenon also occurred at the point in time when the command current value Ir was changed from negative to positive (point C2 in the figure).
또, 비례 + 적분제어 + 미분제어(PID 제어)를 이용하는 방법도 있으나, 미분제어를 이용하면 제어계가 복잡해져 게인설정에 따라서는 제어가 발산(diverge)되고 만다는 문제가 있었다. 또한, PID제어의 경우에도 적분제어가 포함되어 있기 때문에, 상기 추종성의 문제는 근본적으로 해결할 수 없었다.In addition, there is a method using proportional + integral control + derivative control (PID control), but there is a problem in that the control system becomes complicated and control diverges depending on gain setting. In addition, since the integral control is also included in the case of PID control, the problem of the followability cannot be solved fundamentally.
본 발명의 목적은 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치에 대하여, 제어계를 복잡하게 하지 않으면서 추종성을 향상시키는 데 있다.An object of the present invention is to improve the followability without complicating a control system for a drive device of a bipolar type two-phase stepping motor.
청구항 1에 기재된 발명은, 바이폴라형 2상 스테핑모터의 코일에 흐르는 전류값을 검출하는 전류검출부와, 상기 바이폴라형 2상 스테핑모터에 대한 동작지령에 기초하는 상기 코일에 대한 지령 전류값과 상기 전류검출부의 검출 전류값간의 전류편차에 근거하여 상기 코일에 흘리는 전류의 피드백 제어를 수행하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 전류 편차의 적산값을 구하여, 그 적산값과 상기 전류편차의 값에 의해 상기 코일에 흘릴 전류값을 결정하며, 또한, 상기 지령 전류값의 +/- 극성이 전환되면 상기 전류 편차의 적산값을 리셋하고 나서 적산을 계속하는 것을 특징으로 한다.Invention of Claim 1 is a current-detection part which detects the electric current value which flows through a coil of a bipolar type two-phase stepping motor, and the command current value and the said electric current with respect to the said coil based on the operation command with respect to the said bipolar type two-phase stepping motor. And a control unit for performing feedback control of the current flowing through the coil based on the current deviation between the detection current values of the detection unit, wherein the control unit obtains an integrated value of the current deviation and applies the integrated value to the value of the current deviation. The current value to be passed to the coil is determined, and when the +/- polarity of the command current value is switched, integration is continued after resetting the integrated value of the current deviation.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명과 동일한 구성을 구비하는 동시에, 상기 제어부는 상기 지령 전류값의 +/- 극성의 전환을, 해당 지령 전류값과 전류 편차의 적산값의 승산값으로부터 판정하는 것을 특징으로 한다.The invention described in
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 발명과 동일한 구성을 구비하는 동시에, 상기 제어부는 DSP(Digital Signal Processor)로 구성한 것을 특징으로 한다.The invention described in
청구항 1에 기재된 발명은, 지령 전류값의 극성이 주기적으로 전환될 경우에, 그 전환을 검출하고 전류 편차 적산값의 값을 리셋하는 처리를 하기 때문에, 지령 전류값의 극성이 전환된 직후에 있어서, 전류 편차 적산값의 극성이 지령 전류값과 일치하지 않음에 따른 코일에 흐르는 전류의 추종성 저하의 영향을 배제시킨다. 이 때문에, 미분제어를 실시하는 등 제어계를 복잡하게 하지 않으면서 피드백 제어에서의 추종성의 향상을 도모할 수 있게 된다.The invention according to claim 1 performs a process of detecting the switching and resetting the value of the current deviation integrated value when the polarity of the command current value is periodically switched. Therefore, immediately after the polarity of the command current value is switched. In addition, the influence of the drop of the followability of the current flowing through the coil is eliminated as the polarity of the current deviation integrated value does not match the command current value. Therefore, it is possible to improve the followability in feedback control without complicating the control system such as performing differential control.
청구항 2에 기재된 발명은, 지령 전류값의 +/-의 극성의 전환을, 해당 지령 전류값과 전류 편차의 적산값의 승산값으로부터 판정하기 때문에, 예컨대, 직전의 지령 전류값을 기억하여, 새로운 지령 전류값과의 대비를 통해 극성의 전환을 판정하는 등의 경우에 비해, 직전의 지령 전류값을 기억하는 처리나 기억수단을 필요로 하지 않아 제어계의 간이화를 도모할 수 있다.In the invention according to
청구항 3에 기재된 발명은, 제어부로서, 주기적이고도 연속적인 처리에 적합한 DSP를 사용하므로, 처리의 고속화를 도모할 수 있게 되어 추종성의 향상을 더욱 도모할 수 있게 된다.The invention according to
도 1은 본 발명에 따른 스테핑모터의 구동장치가 접속된 바이폴라형 2상 방식의 스테핑모터의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 스테핑모터의 구동장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 브릿지회로의 회로도이다.
도 4는 DSP의 기능 블록도이다.
도 5는 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하여 지령 전류값(Ir)과 검출 전류값(Id)과 전류 편차(Ie)와 전류 편차 적산값(Iei)의 변화를 나타내는 선 도면으로, 도 5의 (A)는 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하여 CPU로부터의 지령 적산값(Ir)과 검출 전류값(Id)의 변화를 나타낸 선 도면이고, 도 5의 (B)는 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하여 전류의 편차(Ie)와 전류 편차 적산값(Iei)의 변화를 나타낸 선 도면이다.
도 6은 DSP에 의한 스테핑모터의 코일에 대한 통전 제어를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 모터의 저속구동시의 시간경과에 따른 지령전류값(Ir), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Id), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하지 않는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Idm)의 변화를 나타내는 선 도면이다.
도 8은 모터의 중속구동시의 시간경과에 따른 지령전류값(Ir), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Id), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하지 않는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Idm)의 변화를 나타내는 선 도면이다.
도 9는 모터의 고속구동시의 시간경과에 따른 지령전류값(Ir), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Id), 전류편차 적산값(Iei)을 리셋하지 않는 제어를 수행했을 경우의 검출 전류값(Idm)의 변화를 나타내는 선 도면이다.
도 10은 종래의 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하고, 지령 전류값(Ir)과 실제로 코일에 흐르는 전류값(Id)과 이들의 전류편차(Ie)와 전류편차의 적산값(Iei)의 변화를 나타내는 선 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which shows the structure of the bipolar type two-phase stepping motor with which the drive device of the stepping motor which concerns on this invention is connected.
2 is a block diagram showing the configuration of a drive device for a stepping motor.
3 is a circuit diagram of a bridge circuit.
4 is a functional block diagram of a DSP.
FIG. 5 is a line diagram showing the change of the command current value Ir, the detected current value Id, the current deviation Ie, and the current deviation integrated value Iei with the horizontal axis as time and the vertical axis as current values. FIG. (A) is a line diagram showing the change of the command integrated value Ir and the detected current value Id from the CPU with the horizontal axis as the time and the vertical axis as the current value, and FIG. It is a line drawing which shows the change of the current deviation Ie and the current deviation integrated value Iei, with a vertical axis as a current value.
Fig. 6 is a flowchart showing the energization control of the coil of the stepping motor by the DSP.
Fig. 7 shows the detected current value Id and the current deviation integrated value Iei when control is performed to reset the command current value Ir and the current deviation integrated value Iei according to the time elapsed at the time of low speed driving of the motor. Is a line diagram showing a change in the detected current value Idm when control is performed without reset.
Fig. 8 shows the detected current value Id and the current deviation integrated value Iei when control is performed to reset the command current value Ir and the current deviation integrated value Iei according to the time lapse of the motor during medium speed driving. Is a line diagram showing a change in the detected current value Idm when control is performed without reset.
Fig. 9 shows the detected current value Id and the current deviation integrated value Iei when the control for resetting the command current value Ir and the current deviation integrated value Iei according to the elapse of time at high speed of the motor is performed. Is a line diagram showing a change in the detected current value Idm when control is performed without reset.
10 is a block diagram showing an example of a configuration of a drive device of a conventional bipolar type two-phase stepping motor.
Fig. 11 shows the change of the command current value Ir, the current value Id actually flowing through the coil, their current deviation Ie, and the integrated value Iei of the current deviation, with time on the horizontal axis and time on the vertical axis. It is a line drawing to show.
(발명의 실시형태의 전체구성)(Overall Configuration of Embodiments of the Invention)
이하, 도 1 내지 도 9에 기초하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail based on FIG.
본 발명의 실시형태에 따른 스테핑모터(1)의 구동장치(7)는, 스테핑모터(1)의 A상 및 B상의 각 코일(4,5) 마다 설치되어 있으며, 각 구동장치(7)는 스테핑모터(1)가 목적으로 하는 동작에 따라 정해진 전류값 지령을 출력하는 CPU(8)에 접속되어 있다.The
(스테핑모터)(Stepping motor)
스테핑모터(1)는, 해당 스테핑모터(1)의 회전축과 일체를 이루어 회전할 수 있도록 설치된 원기둥형상의 회전자(2)와, 회전자(2)의 주위에 설치된 원통형상의 고정자(3)와, 고정자(3)의 내주부(內周部)에서 회전자(2)에 근접하는 방향으로 돌출되어 설치된 코어부(3a,3b)에 감기며, 후술하는 구동장치(7)에 의한 전류제어에 의해 여자되어 회전자(2)의 회전각도를 변경/유지하는 코일(4,5)을 구비한다. 또한, 각 코일(4,5)은 간략하게 도시되어 있으나, 실제로는 각각 복수의 코일로 이루어지며, 이들은 회전자(2)의 주위에 직렬로 균일한 간격으로 번갈아 배치되어 있다.The stepping motor 1 includes a
회전자(2)는 영구자석 등의 자성체로서, 도시되지 않은 스테핑모터(1)의 회전축에 연결되어 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 고정자(3)는, 회전자(2)의 주위에 설치된 원통형상의 자성재료(예컨대 철)이며, 그 내주부에 회전자(2)에 근접하는 방향으로 돌출되어 설치된 코어부(3a~3b)가 설치되어 있다.The
코일(4,5)은 코어부(3a,3b)에 감긴 권선(捲線)으로서, 후술하는 구동장치(7)에 의해 전류가 흐름에 따라 여자되어 전자석으로서 기능한다. 이 때 코일(4,5)은 각 구동장치(7)를 통해 CPU(8)에 의해 위상을 어긋나게 하여 주기적으로 전류값이 변화하는 전류제어가 이루어진다. 또한, 2개의 코일(4,5)의 전류비율을 미세하게 바꾸어감으로써, 보다 미세한 스텝각도를 얻을 수 있는 마이크로 스텝에 의해, 스테핑모터(1)의 회전구동이 수행되게 되어 있다.The
(스테핑모터의 구동장치)(Stepping motor drive device)
다음으로, 스테핑모터의 구동장치(7)에 대해 상세히 설명한다.Next, the
스테핑모터의 구동장치(7)는, 스테핑모터(1)의 구동/정지 및 회전각도를 제어한다. 스테핑모터의 구동장치(7)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 스테핑모터(1)의 코일(4,5) 각각에 설치되어 코일(4,5)에 흐르는 전류의 제어를 수행한다.The
또한, 이하의 설명에서는 코일(4)에 접속된 구동장치(7)에 대해 설명하며, 같은 구조인 코일(5)의 구동장치(7)에 대한 설명은 생략하도록 한다.In the following description, the
도 2에 나타낸 바와 같이, 스테핑모터의 구동장치(7)는, 스테핑모터(1)의 코일(4)에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출부(11)와, 코일(4)에 대해 소정방향(플러스 방향으로 함)과 그 반대방향의 각각으로 통전이 수행되도록 접속을 전환하는 브릿지 회로(20)와, 브릿지 회로(20)를 통해 CPU(8)로부터의 지령 전류값에 따른 전류가 코일(4)에 흐르도록, 지령 전류값과, 전류 검출부(11)의 검출 전류값간의 전류 편차에 기초하여 코일(4)에 흘리는 전류의 피드백 제어를 수행하는 제어부로서의 DSP(Digital Signal Processor ; 30)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the
(구동장치 : 전류검출부)(Drive device: current detector)
전류검출부(11)는 코일(4)에 직렬접속된 션트 저항으로서, 코일(4)에 흐르는 전류값에 따른 검출신호를 얻을 수 있다.The
(구동장치 : 브릿지 회로)(Drive device: bridge circuit)
도 3에 나타낸 바와 같이, 브릿지 회로(20)는 FET(21~24) 및 다이오드(25~28)에 의한 H 브릿지 회로를 구성하며, 이러한 브릿지 회로(20)를 통해 코일(4)을 전원장치(6)에 접속한다.As shown in FIG. 3, the
또한, 전원장치(6)는 코일(4,5)에서 공용한다. 즉, 1개의 전원장치(6)에 대하여 2개의 구동장치(7)의 브릿지 회로(20)가 접속되어 코일(4,5)에 전류가 흐른다.In addition, the
FET(21~24)는 이른바 3단자의 전계효과 트랜지스터로서, FET(21,22)의 한쪽의 전극이 코일(4)의 일단과, FET(23,24)의 한쪽의 전극이 코일(4)의 타단과 접속되어 있다. 또한, FET(21,23)의 다른 쪽의 전극이 전원장치(6)와, FET(22,24)의 다른 쪽의 전극이 어스(9; earth)와 접속되어 있다.The
FET(21~24)는 게이트가 DSP(30)와 접속되어 있으며, 상기 DSP(30)에 의해 게이트에 전압이 인가되면, 해당 전압의 값에 따른 전류를 전원장치(6)로부터 코일(4)에 흘리는 「스위칭소자」로서 기능한다. 또한, FET(21~24)는 쌍방향의 통전이 가능하다.The gates of the
그리고, DSP(30)는 FET(21,24)를 동시에 ON으로 하고, FET(22,23)를 동시에 OFF로 하는 접속상태와, FET(21,24)를 동시에 OFF로 하고, FET(22,23)를 동시에 ON으로 하는 접속상태로 전환을 수행한다. 그리고, 전자(前者)의 접속상태일 때에는 코일(4)에는 도 3에서의 우측방향으로 전류가 흐르고(도 3의 실선 화살표), 후자의 접속상태일 때에는 코일(4)에는 도 3에서의 좌측방향으로 전류가 흐르게 되어 있다(도 3의 점선 화살표).Then, the
다이오드(25~28)는 FET(21~24)의 각각과 병렬로 접속되어 있다. 또한, 각 다이오드(25~28)의 애노드(양극)는 어스(9)측에, 캐소드(음극)는 전원장치(6)측에 접속되어 있다. 즉, 전원장치(6)로부터의 전류가 다이오드(25~28)에 흐르는 일없이, 전원장치(6)에 의한 전류의 방향과는 반대방향의 전류가 흘렀을 경우, 해당 반대방향의 전류는 다이오드(25~28)를 흐른다. 이로써, 상기 반대방향의 전류가 FET(21~24)에 흐름으로써 FET(21~24)가 파손되는 것을 방지한다. 즉, 다이오드(25~28)는 FET(21~24)의 보호회로로서 기능한다.The
(구동장치 : DSP)(Drive device: DSP)
도 4에 있어서, DSP(30)는 주로 CPU(8)로부터의 스테핑모터(1)의 코일(4)에 기초한 지령 전류값(Ir)에 대한 전류검출부(11)의 검출 전류값(Id)의 편차(Ie)를 구하는 비교부(31)와, 편차(Ie)에 비례 게인(Kp)을 승산하는 비례 처리부(32)와, 편차(Ie)에 기초하여 적분처리를 하는 적분 처리부(33)와, 비례 처리부(32)와 적분 처리부(33)의 처리결과에 기초하여 코일(4)에 소정 전류의 통전이 이루어지도록 브릿지 회로(20)로의 PWM신호를 생성하는 PWM신호생성부(36)로서의 기능을 실현하도록 구성되어 있다.In FIG. 4, the
또한, 상기 각 부(31,32,33,36)에서의 연속된 일련의 처리는, 일정 주기로 반복하여 실행된다.In addition, the continuous series of processes in the
도 5에 있어서, 상단(A)의 선 도면은, 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하여 CPU로부터의 지령 전류값(Ir)과 검출 전류값(Id)의 변화를 나타내며, 하단(B)의 선 도면은, 횡축을 시간, 종축을 전류값으로 하여 전류의 편차(Ie)와 전류편차 적산값(Iei)의 변화를 나타낸다.In FIG. 5, the line diagram of the upper end A shows the change of the command current value Ir and the detected current value Id from the CPU with the horizontal axis as time and the vertical axis as current value. The line diagram shows the change of the current deviation Ie and the current deviation integrated value Iei with the horizontal axis as the time and the vertical axis as the current value.
코일(4)과 코일(5)에는, π/2의 위상차를 가지고 정현(正弦) 파형이 되는 주기적인 전류값의 변화가 반복되도록 통전이 이루어진다. 그리고, CPU(8)는, 상기 정현 파형을 플롯화하도록 단계적 변화를 이루는 지령전류의 수치출력을 수행하여, 마이크로 스텝 구동을 실행한다.The
비교부(31)는, 상기 CPU(8)로부터의 지령 전류값(Ir)과 전류 검출부(11)로부터의 검출 전류값(Id)을 감산하여 전류편차(Ie)를 산출한다.The
Ir - Id = IeIr-Id = Ie
그리고, 산출한 전류 편차(Ie)를 비례 처리부(32)와 적산 처리부(33)로 출력한다.Then, the calculated current deviation Ie is output to the
비례 처리부(32)는 비교부(31)로부터 입력된 전류 편차(Ie)에 미리 정해진 비례 게인(Kp)을 승산하여 PWM 신호 생성부(36)로 출력한다.The
적분 처리부(33)는 비교부(31)로부터 입력되는 매 회의 전류 편차(Ie)를 적산하는 적산부(34)와, 적산부(34)가 적산한 전류편차 적산값(Iei)을 리셋할지 여부를 판정하는 판정부(35)를 구비한다. 또한, DSP(30)는 메모리를 내장하고 있으며, 전류편차 적산값(Iei)은 상기 메모리 내에 기억되어 보존된다.The
종래부터 행해져 온 피드 백에 의한 적분제어에서는, 스테핑모터(1)의 구동에서 정지까지 전류 편차(Ie)의 적산을 연속적으로 수행하여 왔다. 그 결과, 바이폴라형 2상 스테핑모터(1)와 같이, 지령 전류값(Ir)의 극성이 주기적으로 전환될 경우에는, 지령 전류값(Ir)의 극성의 전환 직후에, 그 때까지 적산된 전류편차 적산값(Iei)과 극성간의 불일치가 발생하여, 적분제어성분이 지령 전류값(Ir)에 대한 추종을 방해하도록 작용함에 따라, 코일의 통전의 추종성이 저하된다는 문제가 발생하여 왔다.In the integration control by the feedback which has been conventionally performed, integration of the current deviation Ie has been continuously performed from the drive of the stepping motor 1 to the stop. As a result, like the bipolar two-phase stepping motor 1, when the polarity of the command current value Ir is periodically switched, the current accumulated up to that time immediately after switching of the polarity of the command current value Ir is A discrepancy between the deviation integration value Iei and the polarity has occurred, and as the integral control component acts to prevent following the command current value Ir, a problem has arisen that the followability of the energization of the coil is lowered.
이에, 적분 처리부(33)의 판정부(35)는 CPU(8)로부터의 지령 전류값(Ir)을 판독하여, 직전의 지령 전류값에 대해 그 극성이 전환되었는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 지령 전류값(Ir)과 전류편차 적산값(Iei)을 승산한 승산값이 마이너스의 극성이 되는지 여부에 의해 판정한다. 즉, 지령 전류값(Ir)의 극성이 변화하지 않은 경우에는, 그 때까지의 전류 편차 적산값(Iei)과 극성이 일치하므로 승산하면 반드시 플러스가 되며, 지령 전류값(Ir)의 극성이 전환된 직후에는 전류편차 적산값(Iei)과 일치하지 않으므로 승산하면 그 승산값은 반드시 마이너스가 되기 때문에, 지령 전류값(Ir)의 극성의 전환을 검출할 수가 있다.Thus, the
그리고, 판정부(35)는 지령 전류값(Ir)의 극성이 전환된 직후가 아닌 것으로 판정하였을 때에는, 종전의 제어와 마찬가지로, 전류 편차 적산값(Iei)에 적분 게인을 승산하여 PWM 신호 생성부(36)로 출력한다. 또한, 지령 전류값(Ir)의 극성이 전환된 직후로 판정하였을 때는, 판정부(35)는 전류 편차 적산값(Iei)을 0으로 하여 PWM 신호 생성부(36)로 출력한다.When the
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 지령 전류값(Ir)의 극성이 전환된 포인트(P1~P3)에 있어서, 전류 편차 적산값(Iei)은 0으로 리셋되고, 그 이후에는 새롭게 적산이 이루어지게 된다.That is, as shown in FIG. 5, at the points P1 to P3 where the polarity of the command current value Ir is switched, the current deviation integration value Iei is reset to 0, and after that, the integration is newly performed. do.
PWM 신호 생성부(36)는 비례 처리부(32)의 출력인 Kp×Ie와 적분 처리부(33)의 출력인 Ki×Iei(리셋되었을 경우에는 Iei = 0)을 가산하여 그 합계값(Ret)을 산출한다.The
Ret = Kp×Ie + Ki×IeiRet = Kp × Ie + Ki × Iei
그리고, ON과 OFF의 반복신호인 PWM 신호를, 상기 합계값(Ret)의 수치에 따른 듀티비(duty cycle)로 생성하여 브릿지 회로에 출력한다. 듀티비는 Ret의 수치에 따라 비례적으로 커지도록 설정된다. 즉, Ret의 값이 플러스이며 절대값이 크면 ON의 비율이 0.5 이상이고 절대값에 따라 보다 1.0에 가까워지도록 듀티비가 정해지며, Ret의 값이 마이너스이며 절대값이 크면 OFF의 비율이 0.5 이상이고 절대값에 따라 보다 1.0에 가까워지도록 듀티비가 정해진다.The PWM signal, which is a repetitive signal of ON and OFF, is generated in a duty cycle according to the numerical value of the total value Ret and output to the bridge circuit. The duty ratio is set to increase proportionally according to the value of Ret. That is, if the value of Ret is positive and the absolute value is large, the duty ratio is determined so that the ratio of ON is 0.5 or more and closer to 1.0 according to the absolute value.If the value of Ret is negative and the absolute value is large, the ratio of OFF is 0.5 or more. The duty ratio is set to be closer to 1.0 depending on the absolute value.
또한, 합계값(Ret)과 PWM 신호의 듀티비는, 서로 대응관계를 정한 테이블을 DSP(30) 내에 준비하고, 이것을 참조하여 합계값(Ret)에 따른 듀티비를 특정하는 처리를 수행하여도 무방하다.In addition, the duty ratios of the sum value Ret and the PWM signal may be prepared in the
이로써, 코일(4)에 대하여 정방향 또는 역방향으로 소정의 전류가 흘러 통전량이 지령 전류값을 추종하도록 수정된다.Thereby, a predetermined electric current flows in the forward or reverse direction with respect to the
즉, DSP(30 ; 제어부)는, 전류편차의 적산값(Iei(전류편차 적산값(Iei))을 구하고, 상기 적산값(Iei)과 전류편차(Ie)의 값에 의해 코일(4)에 흘리는 전류값을 결정하는 동시에, 지령 전류값(Ir)의 +/- 극성이 전환되면 전류편차의 적산값을 리셋(Iei = 0)하고 나서 적산을 계속한다.That is, the DSP 30 (control unit) obtains the integrated value Iei (current deviation integrated value Iei) of the current deviation, and applies the
(구동장치에 의한 스테핑모터의 제어)(Control of Stepping Motor by Driving Device)
상기 구동장치(7)에 의한 스테핑모터(1)의 제어에 관해 특히 DSP(30 ; 제어부)에 의한 스테핑모터(1)의 코일(4)에 대한 통전제어를 도 6의 플로우차트에 기초하여 설명하도록 한다.Regarding the control of the stepping motor 1 by the
먼저, 스테핑모터(1)의 구동이 개시될 때에는, 전류 편차 적산값(Iei)의 값이 리셋된다([Iei = 0] : 단계 S1).First, when driving of the stepping motor 1 is started, the value of the current deviation integrated value Iei is reset ([Iei = 0]: step S1).
그리고, DSP(30)는 지령 전류값(Ir)을 CPU(8)로부터 판독하는 동시에 검출 전류값(Id)을 전류 검출부(11)로부터 판독하며(단계 S3), 비교부(31)는 지령 전류값(Ir)으로부터 검출전류값(Id)을 감산하여 전류 편차(Ie)를 산출한다([Ir-Id=Ie] : 단계 S5).Then, the
다음으로, 적분처리부(33)의 적산부(34)에서는, 메모리 내의 전류 편차 적산값(Iei)의 값에 전류 편차(Ie)를 가산한다(단계 S7).Next, in the
더욱이, 판정부(35)는 지령 전류값(Ir)과 전류 편차 적산값(Iei)을 승산하고, 그 승산값이 0 미만(마이너스)이 되는지 여부를 판정한다([Ir×Iei<0] : 단계 S9).Further, the
이 때, Ir×Iei<0이면(단계 S9 : YES), 지령 전류값(Ir)의 극성이 전환된 직후로 전류 편차 적산값(Iei)은 아직 극성이 전환되어 있지 않은 상태인 것이 되므로, 메모리 내의 전류 편차 적산값(Iei)을 리셋하는 처리를 수행한다([Iei = 0] : 단계 S11).At this time, if Ir x Iei <0 (step S9: YES), immediately after the polarity of the command current value Ir is switched, the current deviation integrated value Iei is in a state in which the polarity is not yet switched. A process of resetting the current deviation integrated value Iei within is performed ([Iei = 0]: step S11).
한편, Ir×Iei≥0이면(단계 S9 : NO), 비례 처리부(32)에서는 전류 편차(Ie)에 비례 게인(Kp)을 승산하고, 적분 처리부(33)에서는 전류 편차 적산값(Iei)에 적분 게인(Ki)을 승산하여, 이들 값의 합계값(Ret)이 산출된다([Ret = Kp×Ie + ki×Iei] : 단계 S13).On the other hand, if Ir x Iei? 0 (step S9: NO), the
그리고, PWM 신호 생성부(36)에서는, 합계값(Ret)에 기초하여 듀티비를 특정하고, 이에 따른 PWM 신호를 브릿지 회로(20)에 출력한다(단계 S15).The PWM
브릿지 회로(20)는 PWM 신호에 따라 FET(21,24)의 ON과 FET(22,23)의 ON을 교대로 수행하고, 코일(4)에 정역의 전류를 흘려, 전체적으로 듀티비에 따른 전류를 통전한다.The
그 후, 단계 S3의 처리로 복귀하여, 다음의 지령 전류값(Ir)과 검출 전류값(Id)을 판독한다. 또한, 단계 S3에서 S17까지의 처리는 스테핑모터(1)의 구동중에는 일정한 주기로 반복하여 실행된다.After that, the process returns to the process of step S3 to read the next command current value Ir and the detected current value Id. Incidentally, the processes from steps S3 to S17 are repeatedly executed at regular intervals during the driving of the stepping motor 1.
또, 상기 플로우차트에서는 스테핑모터(1)에서의 한쪽의 코일(4)에 대한 전류제어만을 나타내었으나, 다른 쪽의 코일(5)에 대해서도 지령 전류값(Ir)의 위상을 π/2 지연시킨 상태에서 상기와 동일한 전류제어가 수행된다.In the above flowchart, only the current control of one
(스테핑모터의 구동장치에 의한 제어의 효과)(Effect of Control by Driving Device of Stepping Motor)
상기 스테핑모터의 구동장치(7)에 의한 전류 제어는, 지령 전류값(Ir)의 극성의 전환을 검출하여 전류 편차 적산값(Iei)을 리셋하는 데에 특징을 갖는다.The current control by the
이에 따른 효과에 대해 도 7~도 9에 기초하여 설명하도록 한다.This effect will be described based on FIGS. 7 to 9.
전류 편차 적산값(Iei)이 지령 전류값(Ir)보다 극성의 전환이 지연된 데 기인하는 지령 전류값에 대한 추종성의 저하는, 스테핑모터(1)의 구동이 고속화될수록 현저해진다.The decrease in the followability with respect to the command current value due to the delay in switching the polarity of the current deviation integrated value Iei from the command current value Ir becomes more pronounced as the driving of the stepping motor 1 becomes faster.
도 7에 나타낸 스테핑모터(1)의 저속구동시에는, 상기 구동장치(7)에 의한 검출전류값(Id)과 종래의 PI 제어에 의한 검출 전류값(Idm)에서는 차이가 작지만, 도 8에 나타낸 중속(中速) 구동시에는, 구동장치(7)에 의한 검출 전류값(Id)은 종래의 PI 제어에 의한 검출전류값(Idm)보다 지령 전류값(Ir)에 가까운 값으로 추종하며, 도 9에서의 고속구동시에는, 구동장치(7)에 의한 검출 전류값(Id)은 종래의 PI 제어에 의한 검출 전류값(Idm)보다 지령 전류값(Ir)에 가까운 값이면서 또한 지령 전류값(Ir)에 가까운 위상으로 추종할 수 있다는 것을 알 수 있다.In the low-speed drive of the stepping motor 1 shown in FIG. 7, the difference is small in the detection current value Id by the
이와 같이, 바이폴라형 2상 스테핑모터(1)의 구동장치(7)는, 지령 전류값(Ir)의 극성의 전환을 검출하면 전류 편차 적산값(Iei)의 값을 리셋하는 처리를 수행하기 때문에, 미분제어의 제어계를 부가하지 않고, 높은 추종성으로 스테핑모터(1)의 코일에 흘리는 전류에 대해 피드백 제어를 수행할 수 있도록 한다. 특히, 모터의 고속구동시에 추종의 지연을 억제할 수 있게 된다.In this way, the
(기타)(Etc)
또한, 상기 스테핑모터의 구동장치(7)에서는, CPU(8)의 지령 전류값(Ir)이 마이크로 스텝에 따른 출력을 수행하는 경우를 예시하였으나, 예컨대 스텝 수가 적은 풀 스텝 구동이나 하프 스텝 구동의 경우에도 마찬가지의 전류제어를 수행하여도 효과적이다.In addition, the driving
또, 구동장치(7)에서는 DSP(30)를 사용하지만, 이것 대신에 전류의 판독처리가 가능한 CPU, 시퀀서를 이용한 마이크로 컴퓨터, 아날로그 회로를 사용하여도 무방하다.In addition, although the
1 : 바이폴라형 2상 스테핑모터
4,5 : 코일
6 : 전원장치
7 : 구동장치
9 : 어스
11 : 전류 검출부
20 : 브릿지 회로
30 : DSP(제어부)
31 : 비교부
32 : 비례 처리부
33 : 적분 처리부
34 : 적산부
35 : 판정부
36 : PWM 신호 생성부
Id : 검출 전류값
Ie : 전류 편차
Iei : 전류 편차 적산값
Ir : 지령 전류값1:
4,5: coil
6: power supply
7: driving device
9: Earth
11: current detector
20: bridge circuit
30: DSP (control unit)
31: comparison unit
32: proportional processing unit
33: integral processing unit
34: totalizer
35: judgment unit
36: PWM signal generator
Id: Detection current value
Ie: current deviation
Iei: Current deviation integration value
Ir: Command current value
Claims (3)
상기 바이폴라형 2상 스테핑모터에 대한 동작지령에 기초하는 상기 코일에 대한 지령 전류값과 상기 전류검출부의 검출 전류값간의 전류 편차에 근거하여 상기 코일에 흘리는 전류의 피드백 제어를 수행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 전류 편차의 적산값을 구하여, 그 적산값과 상기 전류편차의 값에 의해 상기 코일에 흘릴 전류값을 결정하며, 또한,
상기 지령 전류값의 +/- 극성이 전환되면 상기 전류 편차의 적산값을 리셋하고 나서 적산을 계속하는 것을 특징으로 하는 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치.A current detector for detecting a current value flowing through a coil of a bipolar type two-phase stepping motor;
And a control unit configured to perform feedback control of the current flowing through the coil based on a current deviation between the command current value for the coil and the detected current value of the current detection unit based on the operation command for the bipolar type two-phase stepping motor. ,
The control unit obtains an integrated value of the current deviation, determines the current value to be passed to the coil based on the integrated value and the value of the current deviation,
And when the +/- polarity of the command current value is switched, the integration is continued after the integration value of the current deviation is reset.
상기 제어부는 상기 지령 전류값의 +/- 극성의 전환을, 해당 지령 전류값과 전류 편차의 적산값의 승산값으로부터 판정하는 것을 특징으로 하는 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치.The method of claim 1,
And the control unit determines the switching of the +/- polarity of the command current value from the multiplication of the command current value and the integrated value of the current deviation.
상기 제어부는 DSP(Digital Signal Processor)로 구성한 것을 특징으로 하는 바이폴라형 2상 스테핑모터의 구동장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The control unit is a driving device of a bipolar type two-phase stepping motor, characterized in that consisting of a DSP (Digital Signal Processor).
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