KR20120134040A - 제어장치, 작동기 시스템 및 제어방법 - Google Patents

제어장치, 작동기 시스템 및 제어방법 Download PDF

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타카히로 마스다
아키히로 야마다
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가부시기가이샤 아이 에이 아이
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Abstract

제어장치(20)는 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값을 생성하는 위치 지령 생성부(211)와, 회전각의 목표값과 검출값과의 편차에 의거해서 스테핑 모터(32)의 회전속도를 산출하는 위치제어기(213)와, 산출된 회전속도에 대응해서 승압전압을 산출하는 승압지령 처리부(218)와, 모터 전원전압을 승압하는 승압회로(22)와, 스테핑 모터(32)에 공급하는 펄스 신호를 생성하는 PWM 인버터(25)를 구비한다.

Description

제어장치, 작동기 시스템 및 제어방법{CONTROL APPARATUS, ACTUATOR SYSTEM, AND CONTROL METHOD}
본 발명은 제어장치, 작동기 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
각종 작업의 자동화에 기여하는 산업용 로봇은 일반적으로 작동기를 구비한다. 이 작동기는, 구동원으로서, 예를 들어, 스테핑 모터를 구비한다. 스테핑 모터는, 비교적 저렴해서, 회전속도가 낮은 영역에서는 토크가 크다고 하는 성질을 지닌다. 따라서, 이 성질을 활용할 수 있는 작업에는, 스테핑 모터를 구비하는 작동기가 적합하다. 한편, 회전속도가 높은 영역에서는, 강대한 역기전력(역기전압)에 기인하여, 스테핑 모터의 토크가 현저하게 저하한다.
최근, 이 토크의 저하를 개선하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조). 특허문헌 1에 개시된 제어장치는, 스테핑 모터의 모터 출력이 소정의 조건을 충족시킬 경우에, 약계자(弱界磁) 전류 제어를 행함으로써 스테핑 모터에 생기는 역기전력의 영향을 완화한다. 또, 특허문헌 2에 개시된 구동장치는, 정전류제어회로의 PWM(Pulse Width Modulation: 펄스 폭 변조) 신호를 이용해서, 스테핑 모터에 인가하는 전압을 제어함으로써, 역기전력의 영향을 완화한다.
JP 2004-320847 A JP 2009-089560 A
그러나, 특허문헌 1에 개시된 제어장치에 의한 토크의 향상은 한정적이었다. 또, 특허문헌 2에 개시된 구동장치는, PWM 신호의 듀티비에 따라서 전압을 제어한다. 그러나, 소정의 회전속도 이상의 상태에서는, 듀티비가 일정값으로 되므로, 회전속도가 높은 영역에서 발생하는 역기전력의 영향을 억제하는 것이 가능하지 않다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 회전속도가 높은 영역에 있어서 스테핑 모터의 토크의 저하를 효율적으로 방지하는 제어장치, 작동기 시스템 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제어장치는,
스테핑 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 상기 스테핑 모터에 공급하는 구동 수단과,
상기 스테핑 모터의 출력 상태에 따라서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 연산 수단과,
상기 연산 수단이 연산한 승압전압에 의거해서 상기 구동 신호를 승압하는 승압수단을 구비한다.
상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 목표값에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산해도 된다.
상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 검출값에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산해도 된다.
상기 스테핑 모터를 포함하는 기계계(機械系)의 다이내믹스 모델에 의해 예측한 상기 스테핑 모터의 회전속도를 산출하는 다이내믹스 모델 생성 수단을 구비하고,
상기 연산 수단은, 상기 다이내믹스 모델 생성 수단에 의해 산출한 상기 스테핑 모터의 회전속도에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산해도 된다.
상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전각의 목표값과 상기 스테핑 모터의 회전각의 검출값과의 편차에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산해도 된다.
상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 상승에 비례해서 단계적으로 높게 설정된 복수의 전압 중에서 선택한 전압을 상기 구동 신호의 승압전압으로 해도 된다.
상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 출력 상태가 소정의 역치를 초과할 경우에 상기 구동 신호의 승압전압을 연산해도 된다.
상기 승압수단은 미리 설정된 전압으로 상기 구동 신호를 승압해도 된다.
상기 스테핑 모터의 최대 응답 주파수 영역을 초과하는 영역에서 상기 구동 신호의 계자전류를 약화시키는 제어를 행하는 약계자 제어수단을 구비해도 된다
본 발명의 작동기 시스템은, 스테핑 모터와, 상기 스테핑 모터를 제어하는 상기 제어장치를 구비한다.
본 발명의 제어방법은, 스테핑 모터를 구동하기 위한 구동 신호의 승압전압을 제어하는 제어방법에 있어서,
상기 스테핑 모터의 출력 상태에 따라서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하고, 연산한 승압전압에 의거해서 상기 구동 신호를 승압한다.
본 발명에 의하면, 스테핑 모터의 회전 상태에 따라서, 스테핑 모터에 인가되는 전압이 승압 된다. 이것에 의해, 회전속도가 높은 영역에 있어서 스테핑 모터의 토크를 효율적으로 향상할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 작동기 시스템의 개관을 도시한 외관도;
도 2는 도 1에 나타낸 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 구성을 도시한 블록도;
도 3은 모터 출력의 목표값으로부터 산출된, 약계자 전류를 설명하는 도면;
도 4는 회전좌표계의 전류로 정지 좌표계의 전류에의 좌표변화를 도시한 도면;
도 5는 승압회로의 구성을 도시한 회로도;
도 6은 제어장치의 처리를 나타낸 순서도;
도 7은 약계자 보상기 및 좌표변화기에 의한 전류제어처리를 나타낸 순서도;
도 8은 승압지령 처리부 및 승압회로에 의한 승압처리를 나타낸 순서도;
도 9는 회전속도의 목표값과 모터 전원전압과의 관계를 도시한 도면;
도 10은 실시형태 2에 따른 승압회로의 구성을 도시한 회로도;
도 11은 승압지령 처리부 및 승압회로에 의한 승압처리를 나타낸 순서도;
도 12는 회전속도의 목표값과 모터 전원전압과의 관계를 도시한 도면;
도 13은 실시형태 3에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 구성을 도시한 블록도;
도 14는 승압지령 처리부 및 승압회로에 의한 승압처리를 나타낸 순서도;
도 15는 승압지령 처리부 대신에 승압지령 처리 회로로 구성될 경우의 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 구성을 도시한 블록도;
도 16은 실시형태 4에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 구성을 도시한 블록도;
도 17은 다이내믹스 모델 생성부, 승압지령 처리부 및 승압회로에 의한 승압처리를 나타낸 순서도;
도 18은 실시형태 5에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 구성을 도시한 블록도;
도 19는 회전각의 편차와 회전속도와의 관계를 도시한 도면;
도 20은 승압지령 처리부 및 승압회로에 의한 승압처리를 나타낸 순서도;
도 21은 회전각의 편차의 절대치와 모터 전원전압과의 관계를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 실시형태 1에 따른 작동기 시스템(10)의 개관을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 작동기 시스템(10)은, 제어장치(20), 선형 작동기(30), 모터 케이블(41) 및 엔코더 케이블(42)을 구비한다.
선형 작동기(30)는 하우징(31), 스테핑 모터(32), 볼 나사(33), 슬라이더(34) 및 엔코더(35)를 구비한다.
하우징(31)은, 내부의 각 부재를 보호하는 중공의 부재이다. 하우징(31)의 내부에는 스테핑 모터(32), 볼 나사(33) 및 엔코더(35)가 수용된다.
스테핑 모터(32)의 회전축은, 볼 나사(33)에 연결되어 있다. 스테핑 모터(32)는, 모터 케이블(41)을 개재해서 제어장치(20)로부터 입력된 펄스 전력에 따라서, 볼 나사(33)를 회전시킨다. 이것에 의해, 슬라이더(34)가 X축 방향으로 이동한다. 슬라이더(34)의 위치는, 스테핑 모터(32)의 회전각과 비례한다. 예를 들어, 슬라이더(34)가, 도 1에 나타낸 바와 같이 스테핑 모터(32)에 가장 가까운 위치에 있을 경우, 회전각은 0°이다. 이 상태로부터 스테핑 모터가 회전해서 회전각이 720°로 되었을 경우, 슬라이더(34)는 +X축 방향으로 2㎝ 이동한다.
엔코더(35)는, 예를 들어, 자기식의 회전형 엔코더(rotary encoder)이다. 엔코더(35)는스테핑 모터(32)의 회전각 및 회전속도를 검출한다. 엔코더(35)는, 회전각 및 회전속도의 검출값을 나타내는 신호를, 엔코더 케이블(42)을 개재해서 제어장치(20)에 출력한다. 엔코더(35)는 자기식에 한정되지 않고, 광학식 등 기타 방식의 엔코더여도 된다.
제어장치(20)는, 스테핑 모터(32)에 펄스 전력을 공급함으로써, 스테핑 모터(32)를 소정의 회전각까지 회전시킨다. 제어장치(20)는, 스테핑 모터(32)의 회전각 및 회전속도의 검출값을, 엔코더 케이블(42)을 개재해서 엔코더(35)로부터 취득한다.
제어장치(20)의 기능에 대해서, 도 2를 이용해서 설명한다. 도 2는 도 1에 나타낸 작동기 시스템(10)을 구성하는 제어장치(20) 및 선형 작동기(30)의 블록도를 나타낸다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 제어장치(20)는 연산부(21), 승압회로(22), 전류 제어기(23), (24), PWM 인버터(25) 및 전류 검출기(26), (27)를 구비한다.
연산부(21)는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory) 및 기억장치 등을 자원으로서 프로그램을 실행함으로써, 각종 처리를 실행한다. 연산부(21)는 위치 지령 생성부(211), 제1감산기(212), 위치제어기(213), 제2감산기(214), 속도제어기(215), 약계자 보상기(216), 좌표 변환기(217) 및 승압지령 처리부(218)로 구성된다.
위치 지령 생성부(211)는, 실행되는 프로그램에 따라서, 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값(θt)을 나타내는 위치 지령 신호를 생성한다. 위치 지령 생성부(211)는 생성된 신호를 제1감산기(212)에 출력한다. 위치 지령 생성부(211)는 연산부(21)의 외부에서 목표값(θt)을 취득해도 된다. 예를 들어, 위치 지령 생성부(211)는 사용자가 제어장치(20)에 입력한 값을 취득해도 된다.
제1감산기(212)는, 위치 지령 생성부(211)로부터 출력된 회전각의 목표값(θt)과 엔코더(35)에 의해 검출된 회전각의 검출값(θ) 간의 편차(θd)를 산출한다. 제1감산기(212)는 편차(θd)를 나타내는 신호를 위치제어기(213)에 출력한다.
위치제어기(213)는, 제1감산기(212)로부터 출력된 편차(θd)에 의거해서, 회전속도의 목표값(ωt)을 산출한다. 위치제어기(213)는, 목표값(ωt)을 나타내는 신호를, 제2감산기(214) 및 승압지령 처리부(218)에 출력한다.
제2감산기(214)는, 위치제어기(213)로부터 출력된 회전속도의 목표값(ωt)과 엔코더(35)에 의해서 검출된 회전속도의 검출값(ω) 간의 편차(ωd)를 산출한다. 제2감산기(214)는, 편차(ωd)를 나타내는 신호를, 속도제어기(215)에 출력한다.
속도제어기(215)는, 제2감산기(214)로부터 출력된 편차(ωd)에 의거해서, 스테핑 모터(32)에 공급되는 펄스 전류의 목표값(It), 듀티비 및 펄스 주기 등의 목표값을 산출한다. 속도제어기(215)는, 산출된 목표값(It) 등을 나타내는 신호를, 약계자 보상기(216)에 출력한다.
약계자 보상기(216)는, 속도제어기(215)로부터 출력된 펄스 전류의 목표값(It)에 의거해서, 회전좌표계의 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)를 산출한다. 약계자 보상기(216)는, 목표값(It)과 회전속도의 검출값(ω)에 의거해서, 모터 출력의 목표값(Pt)을 산출한다. 약계자 보상기(216)는, 목표값(Pt)이 소정의 조건을 충족시킬 경우에는, d축 전류(Id)를 약계자 전류로 함으로써, 약계자 전류 제어를 실행한다. 약계자 보상기(216)는 전류(Id), (Iq)를 나타내는 신호를 좌표 변환기(217)에 출력한다.
약계자 전류 제어에 대해서, 도 3을 이용해서 설명한다. 도 3의 상부는, 가로축을 토크(τ), 세로축을 회전속도(ω)로 해서, 토크(τ)와 회전속도(ω)와의 관계를 도시한 특성도이다. 도면 중 일점쇄선으로 나타낸 특성(La)은, 약계자 전류 제어를 실행하지 않을 경우에 있어서의 스테핑 모터(32)의 최대 응답 주파수 영역을 나타내는 특성이다. 구체적으로는, 특성(La)은 2상(A상, B상) 모터에 정격전류를 통전하여, 풀 스텝 구동했을 경우의 특성이다. 특성(La)이 나타내는 바와 같이, 회전속도가 높은 영역에 있어서, 스테핑 모터(32)의 토크는 현저하게 저하한다.
약계자 보상기(216)는 약계자 보상 출력 영역을 미리 설정한다. 약계자 보상 출력 영역은, 도 3 중의 실선(Lb)보다도 오른쪽의 영역으로서, 빗금친 영역이다. 실선(Lb)은, 모터 출력이 일정하게 되는 반비례 곡선을 이용해서 규정된다. 약계자 보상기(216)는, 모터 출력의 목표값(Pt)이 약계자 보상 출력 영역 내이면, 약계자 전류 제어를 실행한다. 목표값(Pt)이 약계자 보상 출력 영역 밖이면, 약계자 보상기(216)는 스테핑 모터(32)를 본래의 특성(La)을 따라서 구동한다.
구체적으로는, 약계자 보상기(216)는 실선(Lb)을 규정하는 모터출력의 정수(Pm)을 미리 구한다. 정수(Pm)는, Pm=K×ωs×I의 식으로부터 미리 산출된다. 단, K는 토크 정수(Nm/A)를, ωs는 경계회전속도(㎭/sec)를, I는 정격전류(A)를, 각각 나타낸다. K, ωs 및 I는 스테핑 모터(32)가 고유하게 갖는 값이다. 약계자 보상기(216)는, 모터 출력의 목표값(Pt)을, 식 Pt=K×ω×It에 의거해서 산출한다. 목표값(Pt)이 정수(Pm)를 넘을 경우, 약계자 보상기(216)는 약계자 전류 제어를 실행한다. 목표값(Pt)이 정수(Pm) 이하일 경우, 약계자 보상기(216)는 약계자 전류 제어를 실행하지 않는다.
약계자 전류 제어를 실행할 경우, 약계자 보상기(216)는, φ =cos-1(Pm/Pt)의 식에 의거해서, 위상(φ)을 산출한다. 약계자 보상기(216)는, 식 Id = It×sinφ에 의거해서, d축 전류(Id)를 산출한다. 약계자 보상기(216)는, 식 Iq = It×cosφ에 의거해서, q축 전류(Iq)를 산출한다.
예를 들어, 모터 출력의 목표값(Pt)이 도 3 중의 점(Pb)에 표시될 경우, 점(Pb)이 약계자 보상 출력 영역 내이기 때문에, 약계자 보상기(216)는 약계자 전류 제어를 실행한다. 이 경우의 전류(It), (Id), (Iq)의 관계는 도 3의 하부에 나타낸다. d축 전류(Id)가 약계자 전류이다. 전류(Id)는, 도 3의 하부에 나타낸 바와 같이 음의 값이기 때문에, 역기전력의 영향을 소거하는 방향으로 작용한다.
도 2로 돌아가, 좌표 변환기(217)는, 약계자 보상기(216)로부터 출력된 회전좌표계의 전류(Id), (Iq)를, 정지 좌표계의 전류(Iα), (Iβ)로 변환한다. 변환의 구체적인 예는, 도 4에 나타낸다. 좌표 변환기(217)는, 전류(Iα), (Iβ)로 표시되는 신호를 전류 제어기(23), (24)에 출력한다.
승압지령 처리부(218)는, 위치제어기(213)로부터 출력된 회전속도의 목표값(ωt)에 의거해서, 스테핑 모터(32)에 인가되는 모터 전원전압을 승압할지의 여부를 판정한다. 승압지령 처리부(218)는, 승압할 경우에는, 승압 후의 모터 전원전압(이하, "승압전압"이라 칭함)의 전압값을 판정한다. 승압지령 처리부(218)는 이들 판정 결과를 나타내는 신호를 승압회로(22)에 출력한다.
승압회로(22)는, 제어장치(20)의 외부에서 인가되는 제어장치 전원전압을 승압하여, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압으로 한다. 제어장치 전원전압은, 예를 들어, 직류의 24V이다. 승압회로(22)는 모터 전원전압을 PWM 인버터(25)에 인가한다.
도 5는 승압회로(22)를 나타내는 회로도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 승압회로(22)는 DC/DC 제어기(221), 코일(L1), 다이오드(D1), 트랜지스터(T1), 저항(R1), (R5), (R6), 승압전압 조정부(222) 및 콘덴서(C1)로 구성된다.
DC/DC 제어기(221), 코일(L1), 다이오드(D1), 트랜지스터(T1), 저항(R1), (R5), (R6) 및 콘덴서(C1)는 전압을 승압하는 회로로서 기본적인 회로를 구성한다. DC/DC 제어기(221)가 출력 포트(P2)로부터 트랜지스터(T1)에 인가하는 게이트 전압을 온 상태로 했을 경우, 코일(L1)에 에너지가 축적된다. 트랜지스터(T1)에 인가되는 게이트 전압이 오프 상태로 되었을 경우, 코일(L1)에 축적된 에너지가 모터 전원전압의 성분으로서 해방된다. DC/DC 제어기(221)는, 게이트 전압의 온/오프를 반복함으로써, 모터 전원전압을 제어장치 전원전압보다도 높은 전압값으로 승압한다.
DC/DC 제어기(221)는, 승압지령 처리부(218)로부터 입력 포트(P1)에 입력되는 신호(CPU1)에 따라서, 승압할 것인지의 여부를 선택한다. 입력 포트(P1)에 인가되는 전압이 온 상태일 경우, DC/DC 제어기(221)는 게이트 전압의 온/오프를 반복한다. 이것에 의해, DC/DC 제어기(221)는 모터 전원전압을 승압한다. 입력 포트(P1)에 인가되는 전압이 오프 상태일 경우, DC/DC 제어기(221)는 모터 전원전압을 승압하지 않는다. 이 경우, 모터 전원전압은 제어장치 전원전압과 같이 24V이다.
모터 전원전압이 승압될 경우, DC/DC 제어기(221)는, 게이트 전압의 온/오프의 타이밍을 조정한다. 이것에 의해, 입력 포트(P3)를 개재해서 취득하는 점(Pa)의 전압이 일정하게 유지되어, 승압전압은 소정의 전압값에 유지된다.
승압전압 조정부(222)는, 저항(R2) 내지 (R4) 및 트랜지스터(T2) 내지 (T4)로 구성된다. 승압전압 조정부(222)는, 승압지령 처리부(218)로부터 출력되는 신호(CPU2) 내지 (CPU4)에 따라, 저항(R2) 내지 (R4) 각각을 도통시킨다. 신호(CPU2) 내지 (CPU4) 각각이 온, 온 및 오프 상태인 경우에는, 승압전압 조정부(222)는 저항(R2), (R3)을 도통시키고, 저항(R4)을 도통시키지 않는다. 이것에 의해. 승압전압과 점(Pa)의 전압과의 비교는, 저항(R2) 내지 (R4)의 저항치 및 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프에 따라서 변화된다. 점(Pa)의 전압이 일정하기 때문에, 승압전압은 변경된 비에 따른 전압값으로 된다. 승압전압 조정부(222)는, 신호(CPU2) 내지 (CPU4)에 따라서, 26V, 28V, ???, 40V의 8가지로 모터 전원전압을 승압한다. 승압전압의 값은, 저항(R2) 내지 (R4), (R5) 및 (R6) 각각의 저항치를 변경함으로써, 임의로 설정가능하다.
도 2로 돌아가, 전류 제어기(23)는, PWM 인버터(25)에 제어신호를 출력함으로써, PWM 인버터(25)로부터 출력되는 A상 신호의 전류량을 전류(Iα)에 유지한다. 전류 제어기(23)는, 전류 검출기(26)로부터 전류량의 검출값을 취득함으로써, PWM 인버터(25)로부터 출력되는 전류량을 안정시킨다.
전류 제어기(24)는, 전류 제어기(23)와 마찬가지로, 전류 검출기(27)로부터 전류량의 검출값을 취득함으로써, PWM 인버터(25)로부터 출력되는 B상 신호의 전류량을 전류(Iβ)에 유지한다.
PWM 인버터(25)는, 스테핑 모터를 구동하기 위한 구동 신호로서, A상 및 B상의 펄스 신호를 스테핑 모터(32)에 출력한다. A상 및 B상 각각의 펄스 신호의 전류량은, 전류 제어기(23), (24)에 의해, 전류(Iα), (Iβ)에 유지된다. A상 및 B상의 펄스 신호의 전압은 승압회로(22)로부터 공급되는 모터 전원전압이다.
제어장치(20)가 실행하는 처리에 대해서, 도 6을 이용해서 설명한다.
위치 지령 생성부(211)는, 회전각의 목표값(θt)을 나타내는 위치 지령을 생성한다(스텝 S101). 제1감산기(212)는, 회전각의 목표값(θt)과 검출값(θ) 간의 편차(θd)를 산출한다(스텝 S102). 위치제어기(213)는, 편차(θd)에 의거해서, 회전속도의 목표값(ωt)을 산출한다(스텝 S103). 제2감산기(214)는 회전속도의 목표값(ωt)과 검출값(ω) 간의 편차(ωd)를 산출한다(스텝 S104). 속도제어기(215)는, 회전속도의 편차(ωd)에 의거해서, 전류의 목표값(It) 등을 산출한다(스텝 S105).
약계자 보상기(216) 및 좌표 변환기(217)는 전류제어처리를 실행한다(스텝 S106). 전류제어처리에 대해서, 도 7을 이용해서 설명한다.
약계자 보상기(216)는 펄스 전류의 목표값(It) 및 회전속도의 검출값(ω)을 취득한다(스텝 S111).
약계자 보상기(216)는, 목표값(It) 및 검출값(ω)에 의거해서, 모터 출력의 목표값(Pt)을 산출한다(스텝 S112).
약계자 보상기(216)는, 산출된 목표값(Pt)과 미리 설정된 정수(Pm)을 비교함으로써, 목표값(Pt)이 약계자 보상 출력 영역 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S113).
목표값(Pt)이 약계자 보상 출력 영역 내인 것으로 판정된 경우(스텝 S113; 예), 약계자 보상기(216)는 약계자 전류 제어를 실행한다. 약계자 보상기(216)는 약계자전류의 성분을 포함하는 전류(Id), (Iq)를 산출한다(스텝 S114).
목표값(Pt)이 약계자 보상 출력 영역 내인 것으로 판정되지 않을 경우(스텝 S113; 아니오), 약계자 보상기(216)는 약계자전류의 성분을 포함하지 않는 전류(Id), (Iq)를 산출한다(스텝 S115). 약계자 보상기(216)는, 전류(Id)를 제로로 하고, 전류(Iq)를 전류(It)와 동등한 전류량으로 한다.
좌표 변환기(217)는 회전좌표계의 전류(Id), (Iq)를 정지 좌표계의 전류(Iα), (Iβ)로 좌표변환한다(스텝 S116).
도 6으로 돌아가, 스텝 S106의 전류제어처리에 이어서, 승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)는 승압처리를 실행한다(스텝 S107). 승압처리에 대해서, 도 8을 이용해서 설명한다.
승압지령 처리부(218)는 위치제어기(213)로부터 회전속도의 목표값(ωt)을 취득한다(스텝 S121).
승압지령 처리부(218)는, 회전속도의 목표값(ωt)이 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S122). 소정의 역치는, 예를 들어, 400rpm이다.
목표값(ωt)이 소정의 역치 이상인 것으로 판정된 경우(스텝 S122; 예), 승압지령 처리부(218)는 신호(CPU1)의 전압을 온 상태로 설정한다(스텝 S123).
승압지령 처리부(218)는 스테핑 모터(32)의 회전속도의 목표값(ωt)에 대응하는 승압전압을 산출한다(스텝 S124). 승압지령 처리부(218)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 회전속도의 정격의 범위 중 소정의 역치 이상의 범위를 8개의 영역으로 분할한다. 회전속도의 정격의 범위는, 예를 들어, 0 내지 2000rpm이다. 구체적으로는, 스테핑 모터(32)의 회전속도의 상승에 비례해서 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 단계적으로 높게 설정한다. 승압지령 처리부(218)는, 복수의 모터 전원전압 중에서 목표값(ωt)이 포함되는 영역에 대응하는 소정의 승압전압을 선택한다. 예를 들어, 목표값(ωt)이 400 내지 600rpm의 영역 내에 있을 경우, 승압지령 처리부(218)는, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압으로서 26볼트를 선택한다. 승압지령 처리부(218)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 회전속도의 영역을 등분할하는 동시에 승압전압을 등간격으로 설정했지만, 분할되는 영역 및 승압전압을 임의로 설정해도 된다.
승압지령 처리부(218)는, 산출된 승압전압에 따라서, 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프 전압을 설정한다. 이것에 의해, 승압회로(22)는 모터 전원전압을 소정의 전압으로 승압한다(스텝 S125).
스텝 S122에서, 목표값(ωt)이 소정의 역치 이상인 것으로 판정되지 않을 경우(스텝 S122; 아니오), 승압지령 처리부(218)는 신호(CPU1)의 전압을 오프 상태로 설정한다(스텝 S126). 이 경우, 승압회로(22)는 모터 전원전압을 승압하지 않는다.
도 6으로 돌아가, PWM 인버터(25)는, 구동 신호를 출력함으로써, 스테핑 모터(32)를 구동한다(스텝 S108).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 승압지령 처리부(218)는, 스테핑 모터(32)의 회전속도의 목표값(ωt)에 의거해서, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 연산한다. 스테핑 모터(32)가 회전할 때 발생하는 역기전력의 영향은 모터 전원전압을 높게 함으로써 제압할 수 있다. 이것에 의해, 회전속도가 높은 영역에 있어서, 스테핑 모터(32)의 토크의 저하가 방지된다.
승압지령 처리부(218)는 회전속도의 목표값(ωt)에 따라서 승압전압을 변화시킨다. 여기에서 승압지령 처리부(218)는, 목표값(ωt)이 소정의 역치를 초과할 경우에, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 연산하고, 목표값(ωt)이 소정의 역치보다도 작을 경우에는, 연산하지 않도록 할 수 있다. 이것에 의해, 여분의 전력을 소비하는 일없이, 회전속도가 높은 영역에 있어서, 스테핑 모터(32)의 토크의 저하를 방지할 수 있다.
승압지령 처리부(218)는 프로그램을 실행함으로써 승압전압을 결정한다. 즉, 승압지령 처리부(218)는 회전속도의 목표값(ωt)에 대응하는 승압전압을 자유롭게 변경할 수 있다. 승압전압의 미세 조정을 함으로써, 효율적으로 역기전력의 영향을 억제할 수 있다.
승압지령 처리부(218)가 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프를 조작함으로써, 승압회로(22)는 모터 전원전압을 승압한다. 이것에 의해, 승압회로(22)를 간소한 이산 회로(discrete circuit)로서 구성할 수 있다.
약계자 보상기(216)는, 스테핑 모터(32)의 최대 응답 주파수 영역을 초과하는 영역에서 약계자 전류 제어를 실행함으로써, 승압처리만을 실행할 경우보다도 한층 더 역기전력의 영향을 억제할 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 2에 대해서, 전술한 실시형태 1과의 차이점을 중심으로 설명한다. 실시형태 1에 따른 구성요소로 동일한 구성요소에는 각각 동일한 부호를 붙이고, 실시형태 1과 설명이 중복하는 부분에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 10은 실시형태 2에 관한 승압회로(22)를 도시한 회로도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 승압회로(22)는 DC/DC 제어기(221), 코일(L1), 다이오드(D1), 트랜지스터(T1), 저항(R1), (R5), (R6) 및 콘덴서(C1)로 구성된다. DC/DC 제어기(221)는, 승압지령 처리부(218)로부터 입력 포트(P1)에 입력되는 신호(CPU1)에 따라서, 모터 전원전압을 승압할 것인지의 여부를 선택한다.
승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)가 실행하는 승압처리에 대해서, 도 11을 이용해서 설명한다.
스텝 S121 내지 S123의 처리는 실시형태 1과 마찬가지이다. 승압지령 처리부(218)는, 스텝 S123 후에 승압전압을 산출하는 일없이, 승압처리를 종료한다. 스텝 S122의 판정이 부정되었을 경우(스텝 S122; 아니오), 스텝 S126 이후의 처리는 실시형태 1과 마찬가지이다. 이것에 의해, 승압회로(22)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 회전속도에 대응해서 모터 전원전압을 승압한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 승압회로(22)는 승압전압을 조정하기 위한 기구를 갖지 않는다. 목표값(ωt)이 소정의 역치 이상일 경우, 승압회로(22)는 미리 설정된 전압으로 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 승압한다. 이것에 의해, 승압회로(22)를 간소한 구성으로 할 수 있다.
(실시형태 3)
실시형태 3에 대해서, 전술한 실시형태 1과의 차이점을 중심으로 설명한다. 실시형태 1에 따른 구성요소와 동일한 구성요소에는 각각 동일한 부호를 붙이고, 실시형태 1과 설명이 중복되는 부분에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 13은 실시형태 3에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 블록도를 나타낸다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 승압지령 처리부(218)는 스테핑 모터(32)의 회전속도의 검출값(ω)을 엔코더(35)로부터 취득한다. 승압지령 처리부(218)는 검출값(ω)에 의거해서 승압할 것인지의 여부를 판정한다. 승압지령 처리부(218)는, 승압할 경우에는, 승압전압을 판정한다. 승압지령 처리부(218)는 이들 판정 결과를 나타내는 신호를 승압회로(22)에 출력한다.
승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)가 실행하는 승압처리에 대해서, 도 14를 이용해서 설명한다.
승압지령 처리부(218)는 엔코더(35)로부터 회전속도의 검출값(ω)을 취득한다(스텝 S31). 승압지령 처리부(218)는, 검출값(ω)이 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S32).
검출값(ω)이 소정의 역치 이상인 것으로 판정된 경우(스텝 S32; 예), 승압지령 처리부(218)는, 실시형태 1과 마찬가지로, 신호(CPU1)를 온 상태로 설정한다. 승압지령 처리부(218)는 검출값(ω)에 대응하는 승압전압을 산출한다(스텝 S34). 검출값(ω)과 승압전압과의 대응 관계는, 실시형태 1에 따른 목표값(ωt)과 승압전압과의 대응 관계(도 9 참조)와 마찬가지이다. 승압지령 처리부(218)는 실시형태 1과 마찬가지로 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프를 설정한다.
검출값(ω)이 소정의 역치 이상인 것으로 판정되지 않을 경우(스텝 S32; 아니오), 승압지령 처리부(218)가 실행하는 처리는 실시형태 1과 마찬가지이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는 승압지령 처리부(218)가, 스테핑 모터(32)의 회전속도의 검출값(ω)에 의거해서, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 연산한다. 이것에 의해, 제어장치(20)는 실제의 회전속도에 따라서 펄스 전압을 스테핑 모터(32)에 인가할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 제어장치(20)는, 스테핑 모터(32)의 회전속도의 검출값(ω)을 피드백하는 기구를 갖는다. 피드백 기구는, 승압지령 처리부(218)를 구비한는 연산부(21)가 피드백제어를 실행함으로써 실현되지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어장치(20)는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 디스크리트 회로에서 구성한 승압지령 처리회로(28)를 이용해서, 피드백제어를 실행해도 된다. 이 경우, 연산부(21)에 가해지는 처리 부하를 억제할 수 있으므로, 저렴한 CPU 등으로 연산부(21)을 구성할 수 있다.
(실시형태 4)
실시형태 4에 대해서, 전술한 실시형태 1과의 차이점을 중심으로 설명한다. 실시형태 1에 따른 구성요소로 동일한 구성요소에는 각각 동일한 부호를 붙이고, 실시형태 1과 설명이 중복하는 부분에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 16은 실시형태 4에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 블록도를 나타낸다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 연산부(21)는 위치 지령 생성부(211), 제1감산기(212), 위치제어기(213), 제2감산기(214), 속도제어기(215), 약계자 보상기(216), 좌표 변환기(217), 승압지령 처리부(218) 및 다이내믹스 모델 생성부(219)로 구성된다.
다이내믹스 모델 생성부(219)는, 회전각의 목표값(θt)을 취득하고, 목표값(θt)에 의거해서, 스테핑 모터(32), 볼 나사(33) 및 슬라이더(34) 등을 포함하는 기계계의 다이내믹스 모델을 생성한다. 다이내믹스 모델 생성부(219)는 모델화된 스테핑 모터의 회전속도(ωm)를 산출한다. 다이내믹스 모델 생성부(219)는 회전속도(ωm)를 나타내는 신호를 승압지령 처리부(218)에 출력한다. 생성되는 다이내믹스 모델은, 스테핑 모터(32)의 회전속도뿐이 모델화된 간략한 모델이더라도 된다.
승압지령 처리부(218)는, 모델화된 회전속도(ωm)를 다이내믹스 모델 생성부(219)로부터 취득한다. 승압지령 처리부(218)는, 회전속도(ωm)에 의거해서, 모터 전원전압을 승압할 것인지의 여부를 판정한다. 승압지령 처리부(218)는, 승압할 경우에는, 승압전압을 판정한다. 승압지령 처리부(218)는 이들 판정 결과를 나타내는 신호를 승압회로(22)에 출력한다.
다이내믹스 모델 생성부(219), 승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)가 실행하는 승압처리에 대해서, 도 17을 이용해서 설명한다.
다이내믹스 모델 생성부(219)는 위치 지령 생성부(211)로부터 회전각의 목표값(θt)을 취득한다(스텝 S41). 다이내믹스 모델 생성부(219)는 목표값(θt)에 의거해서 다이내믹스 모델을 생성한다(스텝 S42). 다이내믹스 모델 생성부(219)는 모델화된 회전속도(ωm)를 산출한다(스텝 S43).
승압지령 처리부(218)는, 회전속도(ωm)가 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S44). 회전속도(ωm)가 소정의 역치 이상인 것으로 판정된 경우(스텝 S44; 예), 승압지령 처리부(218)는, 실시형태 1과 마찬가지로, 신호(CPU1)를 온 에 설정한다. 승압지령 처리부(218)는, 회전속도(ωm)에 의거해서, 승압전압을 산출한다(스텝 S45). 회전속도(ωm)와 승압전압과의 대응 관계는, 실시형태 1에 따른 목표값(ωt)과 승압전압과의 대응 관계(도 9 참조)와 마찬가지이다. 승압지령 처리부(218)는, 실시형태 1과 마찬가지로 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프를 설정한다. 스텝 S44에서 회전속도(ωm)가 소정의 역치 이상인 것으로 판정되지 않을 경우(스텝 S44; 아니오), 승압지령 처리부(218)는, 실시형태 1과 마찬가지로, 신호(CPU1)를 오프 상태로 설정해서 승압처리를 종료한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 다이내믹스 모델 생성부(219)가 스테핑 모터(32)를 포함하는 기계계의 다이내믹스 모델로 스테핑 모터(32)의 회전속도를 예측한다. 승압지령 처리부(218)는, 예측한 회전속도(ωm)에 의거해서, 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 연산한다. 이것에 의해, 제어장치(20)는 보다 효율적으로 스테핑 모터의 모터 전원전압을 연산할 수 있다. 예를 들어, 정확한 예측 모델을 생성했을 경우에는, 승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)는 스테핑 모터(32)의 회전속도를 예측하면서 적절한 전압으로 승압할 수 있다. 제어장치(20) 또는 선형 작동기(30)의 사용 이력을 취득해서 모델을 생성했을 경우에는, 경년 열화한 장치에 적합한 승압을 실행할 수 있다.
(실시형태 5)
실시형태 5에 대해서, 전술한 실시형태 1과의 차이점을 중심으로 설명한다. 실시형태 1에 따른 구성요소와 동일한 구성요소에는 각각 동일한 부호를 붙이고, 실시형태 1과 설명이 중복하는 부분에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 18은 본 실시형태에 따른 작동기 시스템을 구성하는 제어장치 및 선형 작동기의 블록도를 나타낸다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 승압지령 처리부(218)는 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값(θt)과 스테핑 모터(32)의 회전각의 검출값(θ) 간의 편차(θd)를 제1감산기(212)로부터 취득한다. 편차(θd)는 스테핑 모터(32)의 회전속도에 대응하는 물리량이다.
편차(θd)와 회전속도와의 관계를, 도 19를 이용해서 구체적으로 설명한다. 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값(θt)이 검출값(θ)과 동일할 경우에는, 스테핑 모터(32)는 회전할 필요가 없기 때문에, 회전속도는 제로로 된다. 편차(θd)가 제로일 경우, 회전속도는 제로이다. 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값(θt)이 검출값(θ)보다도 클 경우에는, 스테핑 모터(32)는 회전각을 증가시킬 필요가 있으므로, 회전속도는 양의 값으로 된다. 편차(θd)가 양의 값일 경우에는, 회전속도는 양의 값으로 된다. 편차(θd)가 부의 값인 경우에는, 회전속도는 음의 값으로 된다. 편차(θd)의 절대치가 커지면, 회전속도의 절대치는 큰 값으로 된다.
도 18로 돌아가, 승압지령 처리부(218)는, 편차(θd)에 의거해서, 모터 전원전압을 승압할 것인지의 여부를 판정한다. 승압지령 처리부(218)는, 승압할 경우에는, 승압전압을 판정한다. 승압지령 처리부(218)는 이들 판정 결과를 나타내는 신호를 승압회로(22)에 출력한다.
승압지령 처리부(218) 및 승압회로(22)가 실행하는 처리에 대해서, 도 20을 이용해서 설명한다.
승압지령 처리부(218)는 제1감산기(212)로부터 편차(θd)를 취득한다(스텝 S51).
승압지령 처리부(218)는, 편차(θd)의 절대치가 소정의 역치 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S52). 소정의 역치는, 예를 들어, 도 19에 있어서 400rpm의 회전속도에 대응하는 값(Th)이다.
편차(θd)의 절대치가 역치(Th) 이상인 것으로 판정된 경우(스텝 S52; 예), 승압지령 처리부(218)는 신호(CPU1)의 전압을 온 상태로 설정한다(스텝 S53).
승압지령 처리부(218)는 편차(θd)의 절대치에 대응하는 승압전압을 산출한다(스텝 S54). 승압지령 처리부(218)는, 도 21에 나타낸 바와 같이, 역치(Th) 이상의 범위를 8개의 영역으로 분할한다. 구체적으로는, 편차(θd)의 상승에 비례해서 스테핑 모터(32)의 모터 전원전압을 단계적으로 높게 설정한다. 승압지령 처리부(218)는, 복수의 모터 전원전압 중에서 편차(θd)의 절대치가 포함되는 영역에 대응하는 소정의 승압전압을 선택한다.
승압지령 처리부(218)는, 선택한 승압전압에 따라서, 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프 전압을 설정한다. 이것에 의해, 승압회로(22)는 모터 전원전압을 소정의 전압으로 승압한다(스텝 S55).
스텝 S52에서, 편차(θd)의 절대치가 역치(Th) 이상인 것으로 판정되지 않을 경우(스텝 S52; 아니오), 승압지령 처리부(218)는 신호(CPU1)를 오프 상태로 설정한다(스텝 S56). 이 경우, 승압회로(22)는 모터 전원전압을 승압하지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 승압지령 처리부(218)는, 회전속도의 연산을 실행하는 일없이, 스테핑 모터(32)의 회전각의 목표값과 스테핑 모터(32)의 회전각의 검출값과의 편차(θd)에 의거해서 스테핑 모터의 모터 전원전압을 연산한다. 이것에 의해, 제어장치(20)는 보다 고속으로 승압처리를 실행할 수 있다.
이상, 실시형태 1 내지 5에 관하여 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
전술한 실시형태에 있어서, 위치 지령 생성부(211)는 회전각의 목표값(θt)을 생성했지만, 회전각 대신에, X축 상에 있어서의 슬라이더(34)의 위치의 목표값을 생성해도 된다. 또, 선형 작동기(30)는, 엔코더(35)로서 회전형 엔코더를 구비했지만, 슬라이더(34)의 위치를 검출하는 선형 엔코더를 구비해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 승압전압 조정부(222)는, 트랜지스터(T2) 내지 (T4)를 구비했지만, 4개 이상의 트랜지스터를 구비해도 된다. 즉, 회전속도의 정격 범위 중 승압처리가 실행되는 범위의 분할수를 늘려도 된다. 이 경우, 회전속도에 대응해서 승압전압을 보다 원활하게 설정할 수 있으므로, 효율적인 승압을 실현할 수 있다.
승압전압 조정부(222)는 2개 이하의 트랜지스터를 구비해도 된다. 즉, 회전속도의 정격의 범위 중 승압처리가 실행되는 범위의 분할수를 감소시켜도 된다. 이 경우, 승압전압 조정부(222)를 간소한 구성으로 할 수 있다.
전술한 실시형태에 있어서, 스테핑 모터(32)는 선형 작동기(30)의 구동원으로 했지만, 제어장치(20)는 다른 장치가 구비한 스테핑 모터에 펄스 전력을 공급해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 속도제어기(215)는, 회전속도의 편차(ωd)에 의거해서 펄스 전류의 목표값(It)을 산출했지만, 회전속도의 목표값(ωt)에만 의거해서 목표값(It)을 산출해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 약계자 보상기(216)는, 회전속도의 검출값(ω)에 의거해서 모터 출력의 목표값(Pt)을 산출했지만, 목표값(ωt)에 의거해서 산출해도 된다. 구체적으로는, 약계자 보상기(216)는, 식 Pt = K×ωt×It에 의거해서, 목표값(Pt)을 산출해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 약계자 보상 출력 영역은, 모터 출력의 정수(Pm)에 의해 규정되었지만, 임의의 영역으로 해도 된다. 약계자 보상 출력 영역은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 스테핑 모터(32)의 최대 응답 주파수 영역을 초과하고, 이 최대 응답 주파수 영역과 겹치지 않는 영역으로 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 약계자 보상 출력 영역을, 최대 응답 주파수 영역의 일부에 중복시키도록 설정함으로써, 약계자 전류 제어를 효율적으로 실행해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 제어장치(20)는, 스테핑 모터(32)의 회전 상태에 따라서 모터 전원전압을 설정하였다. 구체적으로는, 실시형태 1 내지 3에 있어서는 승압지령 처리부(218)가 회전속도(ωt), (ω)에 따라서, 실시형태 4에 있어서는 다이내믹스 모델 생성부(219) 및 승압지령 처리부(218)가 회전각(θt)에 따라서, 실시형태 5에 있어서는 승압지령 처리부(218)가 편차(θd)에 따라서, 모터 전원전압을 연산하였다. 이것으로 한정되지 않고, 제어장치(20)는, 예를 들어, 각가속도도 포함함 회전 상태에 따라서 모터 전원전압을 연산해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서 이해를 쉽게 하기 위해서, 승압지령 처리부(218)는, 승압전압을 산출한 후에 신호(CPU2) 내지 (CPU4)를 설정했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 실시형태 1에 있어서의 승압지령 처리부(218)는, 회전속도의 목표값(ωt)으로부터 신호(CPU2) 내지 (CPU4)의 온/오프를 직접 설정해도 된다. 이 경우, 승압전압을 산출하는 처리가 생략되므로, 보다 고속으로 승압전압을 조정할 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하는 일없이, 각종 실시형태 및 변형이 가능해지는 것이다. 전술한 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
10: 작동기 시스템 20: 제어장치
21: 연산부 211: 위치 지령 생성부
212: 제1감산기 213: 위치제어기
214: 제2감산기 215: 속도제어기
216: 약계자 보상기 217: 좌표변화기
218: 승압지령 처리부 219: 다이내믹스 모델 생성부
22: 승압회로 221: DC/DC 제어기
222: 승압전압 조정부 23, 24: 전류 제어기
25: PWM 인버터 26, 27: 전류 검출기
28: 승압지령 처리회로 30: 선형 작동기
31: 하우징 32: 스테핑 모터
33: 볼 나사 34: 슬라이더
35: 엔코더 41: 모터 케이블
42: 엔코더 케이블 C1: 콘덴서
CPU1, CPU2, CPU3, CPU4: 신호 D1: 다이오드
Id, Iq, Iα, ㅑβ: 전류 It: 전류의 목표값
L1: 코일 La: 특성
Lb: 실선 P1, P3: 입력 포트
P2: 출력 포트 Pa, Pb: 점
Pm: 정수 R1 내지 R6: 저항
T1 내지 T4: 트랜지스터 Th: 역치
θ: 회전각의 검출값 θt: 회전각의 목표값
θd: 회전각의 편차 τ: 토크
φ: 위상 ω: 회전속도의 검출값
ωt: 회전속도의 목표값 ωd: 회전속도의 편차
ωm: 모델화된 회전속도

Claims (11)

  1. 스테핑 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 상기 스테핑 모터에 공급하는 구동 수단;
    상기 스테핑 모터의 출력 상태에 따라서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 연산 수단; 및
    상기 연산 수단이 연산한 승압전압에 의거해서 상기 구동 신호를 승압하는 승압수단을 포함하는 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 목표값에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 것인 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 검출값에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 것인 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스테핑 모터를 포함하는 기계계의 다이내믹스 모델로 예측한 상기 스테핑 모터의 회전속도를 산출하는 다이내믹스 모델 생성 수단을 더 포함하고,
    상기 연산 수단은 상기 다이내믹스 모델 생성 수단에 의해 산출한 상기 스테핑 모터의 회전속도에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 것인 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전각의 목표값과 상기 스테핑 모터의 회전각의 검출값과의 편차에 의거해서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 것인 제어장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 연산 수단은 상기 스테핑 모터의 회전속도의 상승에 비례해서 단계적으로 높게 설정된 복수의 전압 중에서 선택한 전압을 상기 구동 신호의 승압전압으로 하는 것인 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연산 수단은, 상기 스테핑 모터의 출력 상태가 소정의 역치를 초과할 경우에, 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 것인 제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 승압수단은, 미리 설정된 전압으로 상기 구동 신호를 승압하는 것인 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스테핑 모터의 최대 응답 주파수 영역을 초과하는 영역에서 상기 구동 신호의 계자전류를 약화시키는 제어를 행하는 약계자 제어수단을 더 포함하는 제어장치.
  10. 스테핑 모터와, 상기 스테핑 모터를 제어하는 제1항에 기재된 제어장치를 포함하는 작동기 시스템.
  11. 스테핑 모터를 구동하기 위한 구동 신호의 승압전압을 제어하는 제어방법으로서,
    상기 스테핑 모터의 출력 상태에 따라서 상기 구동 신호의 승압전압을 연산하는 단계; 및
    연산한 상기 승압전압에 의거해서 상기 구동 신호를 승압하는 단계를 포함하는 제어방법.
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