TW202143628A - 步進馬達的控制裝置 - Google Patents

Abstract

步進馬達的控制裝置係藉由微步進驅動來控制具備轉子位置檢測器之步進馬達。控制裝置係具有包含調整模式及使用模式的複數個動作模式。控制裝置係在調整模式中，產生用以根據轉子位置檢測器的檢測值而控制步進馬達之繞線電流之閉環控制的控制資料，且依照該控制資料使步進馬達加速運轉及減速運轉。控制裝置係在使用模式中，進行根據調整模式中所產生之控制資料來控制步進馬達之繞線電流的開環控制，藉此重現調整模式中之繞線電流而使步進馬達加速運轉及減速運轉。

Description

步進馬達的控制裝置

本發明係關於一種用以控制步進馬達的裝置。

步進馬達係構成為在激磁相切換時旋轉一定角度。步進馬達係可正確地控制旋轉角度及旋轉速度的馬達，特別是可用來作為需要進行正確的移動及定位之裝置的驅動源。就步進馬達的驅動方法而言，已知有全步進(full step)驅動及微步進(micro step)驅動。全步進驅動係對應於輸入脈衝而切換激磁相且藉由步進馬達的內部構造使轉子依規定的基本步進角來旋轉的驅動方法。微步進驅動係非完全地切換激磁相，而是藉由將繞線電流的分配細微地分割來實現使轉子以小於基本步進角的微小角度(微步進)旋轉的驅動方法。

步進馬達的用途的一例係例如晶片零件的檢查裝置、帶傳動裝置。此等裝置中係使用步進馬達作為用以輸送以一定間隔保持著複數個晶片零件之載帶的驅動源。例如，0.4mm×0.2mm左右大小的晶片零件，以數mm左右的間距承載於載帶上。此種用途中，步進馬達係在數毫秒單位之極短的時間內反復運轉數度單位的微量角度。此時，如何可高速而且正確地移動微小的晶片零件並進行定位，直接關係到裝置的性能。因而有可藉由最大限度地利用到步進馬達之轉矩進行之加速及減速而於最短時間內到達目標位置且使到達目標位置後的振動最小化的定位性能之需求。

下述專利文獻1係揭示用以將步進馬達進行微步進驅動的控制裝置。此控制裝置係採用了即使無法追隨指令時亦能夠不失調地以最大轉矩使步進馬達旋轉的控制方式。此控制方式係抑制速度偏差的擴大，亦能夠實現振動少之穩定的定位運轉。然而，專利文獻1的控制方式，其目的並非反復進行在數毫秒單位的短時間內移動數度單位的微量角度之後定位的動作，且非抑制到達目標位置後的振動。

下述專利文獻2係揭示藉由全步進驅動，以四脈衝進行電氣角一周期份(四步進份)之移動及定位的步進馬達驅動裝置。具體而言，根據步進馬達的數理模型而求出各相之激磁切換的時序(timing)亦即時間間隔，藉此進行在短時間內到達目標位置而且不會產生振動的驅動。

下述專利文獻3係揭示將全步進驅動的移動量限定為電氣角周期的半周期份亦即二脈衝份(二步進份)的驅動方式。再者，組合了將運轉時的電流增大，且將停止時的電流降低，即組合了所謂電流增加及電流降低的功能。藉此，謀求移動時間的縮短。

下述專利文獻4係藉由微步進驅動的閉環(closed loop)控制，於加速、減速時使用馬達的最大轉矩，而實現最短的移動及定位。具體而言，藉由將檢測出轉子位置之轉子感測器之檢測值回授的閉環控制，來進行最大轉矩下的加速及減速。藉由調整加速時間及減速時間，調整成在目標停止位置的速度成為零。再者，在減速期間結束且速度成為零的時點，賦予目標位置的位置指令來保持轉子位置。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利公報特許第4195897號

專利文獻2：日本公開公報特開2012-175730號

專利文獻3：日本公開公報特開2018-196206號

專利文獻4：日本專利公報特許第4250051號

專利文獻2的方法中，如該文獻的圖4所示，必須進行測量的同時，階段性地同定複數個參數。為了要同時同定複數個參數，必須進行數值模擬與實際響應的比較而試行求出匹配於實際響應的參數。然後，經過同定複數個參數的步驟，藉由數值計算來模擬馬達的響應。然而，此並非將物理現象完全地模型化。因此，模擬模型與實際的響應不會完全一致，終究無法從模擬模型求出最佳的激磁切換時序。

因此，最終必須要反復調整複數個激磁切換時序亦即複數個時間間隔來找出振動會變小之時間間隔的組合。而且，因不保證所獲得的結果為最佳的結果，故必須嘗試各式各樣的初始值。這些所需的作業量係與不使用模擬模型而以測量馬達的響應來調整時間間隔之情形的作業量大致相同。

再者，專利文獻2所採用的全步進驅動，其馬達轉矩的利用效率差，不適於用在需要最短時間的移動及定位的用途。為了要達到最短時間的移動，必須進行在馬達所能產生之最大轉矩下的加速及減速。然而，全步進驅動時之旋轉中產生的轉矩，會發生以轉子旋轉角度之正弦函數(sine function)所表現的變動，故無法維持最大轉矩下的運轉。而且，全步進驅動亦有運動模型變得複雜，難以進行調整的問題。

如此，專利文獻2的方法無法實現最快速的移動及定位，且還有難以進行調整且耗神費時的問題。

專利文獻3中，如該文獻的圖9所示，轉矩亦在加速期間及減速期間中變動，只利用了略超過一半的可供利用之轉矩(該圖9之橫軸的尺規有誤，因對應於轉矩F之波形的位移幅度相當於基本步進角1.8度之馬達的二步進份，故為3.6度而非1.8度)。此外，與專利文獻2的情形同樣地，基本為全步進驅動，故無法實現最短時間的移動及定位。此外，由於為全步進驅動，故亦有移動量的自由度少的問題。再者，專利文獻3的方法中，加速轉矩及減速轉矩的產生，係在不伴隨電流切換的定電流狀態下進行，產生的轉矩的大小及方向係隨著馬達之位移角度的變化而變化。然而，此方法中，無法個別地進行加速及減速的調整而以加速及減速之斜率相等之等腰三角驅動為前提。而且，由於在發生摩擦負載等的情形下減速會變快，故亦有無法到達目標位置而成為無法調整之虞。

專利文獻3中，於該文獻所提及的先前技術中記載有難以進行脈衝輸入時序的調整。然而，專利文獻3的方法中，同樣需要進行時序的調整。由於專利文獻3之方法的移動量為基本步進角的二步進份，故比專利文獻2的四脈衝份更少，因此認為可簡化時序的調整。然而，專利文獻3中並未記載用以抑制達目標位置時之振動的具體方法，為了要抑制振動，至少要進行第二脈衝之電流切換時序的調整。

調整脈衝間隔之專利文獻2、3的方法，也許能夠適用於全步進驅動中所使用之數脈衝份的調整，但極難以應用於以無數個脈衝來驅動步進馬達的微步進驅動，而難以產生適當的電流波形。

專利文獻4的方法雖能夠以極為簡單的調整來實現最快速的移動及定位，但會有以下說明之二個主要的問題。

第一，為了要檢測出轉子位置，需要有極高精確度的檢測器。例如，晶片尺寸為1mm以下之晶片零件之檢查裝置等用途上，對於步進馬達有極高的定位精確度之需求。高精確度地組裝之市售之複合型步進馬達的停止精確度 係±1分(=1/21600旋轉)以下。晶片零件之檢查裝置所要求的馬達定位精確度亦為相同程度。對應於此，使用於步進馬達之控制的轉子位置檢測器亦有同等以上的解析能力及精確度之需求。若轉子位置檢測器的精確度差，則閉環運轉時的轉矩會產生變動，響應參差不齊，而成為在停止位置產生振動的原因。然而，解析能力、精確度高的轉子位置檢測器極為昂貴且容易變得大型化。而且，為了要維持高精確度的檢測，亦需特別的顧慮轉子位置檢測器的組裝，因而招致系統成本的上升。此外，尺寸大的位置檢測器會佔據極大的空間，並且招致負載慣性的增大，故亦成為定位時間增加的原因。

第二，會有相對於干擾之穩定性的問題。精密地調整最大轉矩下的加速時間及減速時間且使達目標位置時的速度精準地歸零的方法中，並未具有抑制干擾所引起之變動的手段。換言之，即使旋轉中的轉子位置因干擾因素而發生落後、超前等，轉矩皆為一定。例如，機構的摩擦、黏性負載等亦會在裝置的使用中產生變動。此外，嚴格來說，馬達轉矩會因周圍溫度而些微地變化。些微的負載變動、轉矩的變動，會成為調整失調的要因，且成為停止時之振動的要因。

如此，專利文獻4的方法雖可實現最快速的移動及定位，但卻具有需要有高精確度的轉子位置檢測器且相對於干擾為脆弱的系統的問題。

本發明之一實施型態係提供一種步進馬達的控制裝置，其不需要高精確度的轉子位置檢測器，調整簡單，且可有效地利用產生的轉矩使轉子移動。

此外，本發明之一實施型態係提供一種步進馬達的控制裝置，其對於干擾的穩健性(robustness)良好，調整簡單，且可有效地利用產生的轉矩使轉子移動。

本發明之一實施型態係提供一種藉由微步進驅動來控制具備轉子位置檢測器之步進馬達之步進馬達的控制裝置。此控制裝置係具有包含調整模式及使用模式的複數個動作模式。前述控制裝置係在前述調整模式中，產生用以根據前述轉子位置檢測器的檢測值而控制前述步進馬達之繞線電流之閉環控制的控制資料，且依照前述控制資料使前述步進馬達加速運轉及減速運轉。前述控制裝置係在前述使用模式中，進行根據前述調整模式中所產生之前述控制資料來控制前述步進馬達之繞線電流的開環(open loop)控制，藉此重現前述調整模式中之繞線電流而使前述步進馬達加速運轉及減速運轉。

依據此構成，由於控制裝置係藉由微步進驅動來控制步進馬達，故可進行實質上始終使用最大轉矩(最大轉矩或接近最大轉矩的轉矩)的加速運轉及減速運轉。藉此，可實現轉矩利用效率良好的控制裝置。

控制裝置係在調整模式及使用模式中，可藉由微步進驅動來運轉步進馬達。在調整模式中，藉由使用轉子位置檢測器之檢測值的閉環控制來控制步進馬達的繞線電流。此時，產生用於藉由微步進驅動之加速運轉及減速運轉的控制資料，且依照其控制資料來進行加速運轉及減速運轉。在使用模式中，藉由根據在調整模式中所產生之控制資料之開環控制的微步進驅動，進行加速運轉及減速運轉。藉此，可重現調整模式時的繞線電流，而可實現與調整模式時實質相同的加速運轉及減速運轉。

在調整模式中，藉由調整運轉時的參數，可實現適當的加速運轉及減速運轉。若保存了得以實現該適當之加速運轉及減速運轉時所產生的控制資料，且在使用模式中使用該控制資料，則可達成適當的加速運轉及減速運轉。

在使用模式中，由於為開環控制，故不需使用轉子位置檢測器的檢測值，因此，可不受到轉子位置檢測器之檢測精確度的影響而控制步進馬達。由於在調整模式中執行的閉環控制係使用轉子位置檢測器的檢測值，故可能因 其檢測精確度而產生轉矩變動，使得步進馬達的響應產生參差不齊。因此，例如也許會在停止位置產生振動。然而，可將在成為此種變動的情形下所產生的控制資料棄置，而不使用於使用模式中。亦即，在調整模式中，若保存了獲得適當之步進馬達之響應時的控制資料，且在使用模式中使用其控制資料，則可在使用模式中重現其適當的響應。因此，轉子位置檢測器若具有剛好能夠在調整模式下的複數次試行運轉中實現至少一次適當之響應的檢測精確度及穩定性(檢測重現性)即可。

專利文獻4中，由於在實際之使用時的運轉中使用閉環區域，因此需要極高精確度的檢測器來檢測轉子位置。因此，會有如前所述的第一課題。本實施型態係可提供一種對於專利文獻4中之第一課題的解決手段。

本發明的一實施型態中，產生在前述調整模式中的前述閉環控制中的前述控制資料中，前述步進馬達之繞線電流的相位θ i係成為對於前述轉子位置檢測器之檢測值θ fb加上預定值±K(惟，K係常數，且在前述加速運轉及前述減速運轉的一方附上正符號，而在前述加速運轉及前述減速運轉的另一方附上負符號)與轉子速度ω fb之函數F(ω fb)之相位θ i=θ fb±K+F(ω fb)。

藉由設為對於轉子位置之檢測值θ fb加上預定值±K的繞線電流相位，成為對於轉子偏移達預定值K相位的繞線電流相位，故可產生對應於其相位偏移的轉矩。再者，藉由使用加上轉子速度ω fb之函數F(ω fb)的繞線電流相位，可產生進行速度補償的控制資料。藉此，可產生對應於預定值±K的轉矩且產生經速度補償的控制資料，故在調整模式中可容易獲得適當的響應，且在使用模式中亦可重現其適當的響應。

在表示資料繞線電流之相位θ i之數式(θ i=θ fb±K+F(ω fb))中，對於轉子提供一方向(例如正轉方向)的轉矩時，將第二項的符號設為正，對於轉子提供另一方向(例如逆轉方向)的轉矩時，將第二項的符號設為負。具 體而言，使轉子朝正轉方向旋轉時，加速運轉中產生的控制資料係成為繞線電流相位θ i=θ fb+K+F(ω fb)，而減速運轉中產生的控制資料則成為繞線電流相位θ i=θ fb-K+F(ω fb)。相反地，使轉子朝逆轉方向旋轉時，加速運轉中產生的控制資料係成為繞線電流相位θ i=θ fb-K+F(ω fb)，而減速運轉中產生的控制資料則成為繞線電流相位θ i=θ fb+K+F(ω fb)。如此，藉由使預定值±K的符號反轉而將產生的轉矩的方向反轉。

另外，若轉子速度為低速，則可省略速度補償用的函數F(ω fb)而設為θ i=θ fb±K。

本發明的一實施型態中，前述預定值±K的絕對值係相當於未達電氣角90度的值。

藉由將預定值±K的絕對值設為相當於電氣角90度的值，能夠進行以最大轉矩的加速及減速。然而，在調整模式中，若將預定值±K的絕對值設為相當於電氣角90度的值，則在使用模式中，即使旋轉中的轉子位置因干擾因素而發生落後、超前等，亦無法控制這樣的變動。因此，會有轉子位置的落後、超前等擴大而失調之虞。干擾因素的例子係例如機構的摩擦、黏性負載的變動等，此等因素會在裝置使用中變動。再者，由於步進馬達的轉矩會因周圍溫度而些微地變化，故此亦可能成為干擾因素。

預定值±K係對應於所謂的馬達負載角。若將預定值±K的絕對值設為相當於未達電氣角90度的值，嚴格來說，雖無法產生最大轉矩，但若旋轉中的轉子位置發生落後、超前等，則馬達負載角將隨之變化，使得轉矩變動。此轉矩變動係產生抑制轉子位置之落後、超前等的作用。因此，可提供抑制干擾所導致之變動的手段，故可提升對於干擾的穩健性。如此一來，可提供對於專利文獻4中之前述之第二課題的解決手段。

本發明的一實施型態中，前述預定值±K的絕對值係相當於電氣角60度以上(較佳為70度以上，更佳為80度以上)的值。

藉由此構成，能夠以接近最大轉矩的轉矩來進行加速運轉及減速運轉，且可實現對於干擾具有穩健性的控制系統。

本發明的一實施型態中，在前述調整模式中，藉由前述加速運轉及前述減速運轉使轉子朝向目標位置移動，且將進行前述加速運轉之加速期間及進行前述減速運轉之減速期間的時間幅度調整成為達前述目標位置時的轉子速度成為零。並且，根據調整完成之狀態下的前述控制資料來執行前述使用模式中之前述加速運轉及前述減速運轉。

依據此構成，藉由調整加速期間及減速期間的時間幅度，可將使轉子移動至目標位置的動作最佳化。加速期間及減速期間的時間幅度的調整中，由於調整對象的參數較少，故可較容易地進行。

如果在減速運轉中產生一定的減速轉矩且轉子速度隨之以一定的減速度減少時，若加速期間的時間幅度固定，則減速期間的時間幅度係對應地固定於單一幅度。因此，調整對象的參數，實質上只有加速期間的時間幅度，故調整將更為容易。當然地，亦可個別地調整加速期間的時間幅度及減速期間的時間幅度。

本發明的一實施型態中，前述控制裝置更包含自動調整手段，該自動調整手段係在前述調整模式中，藉由前述加速運轉及前述減速運轉使轉子朝向目標位置移動，且將進行前述加速運轉之加速期間及進行前述減速運轉之減速期間的時間幅度自動調整成為達前述目標位置時的轉子速度成為零。

依據此構成，可自動地進行用以將加速期間及減速期間的時間幅度最佳化的調整。如前所述，由於調整對象的參數少，故自動調整所需的處理程序(algorithm)不複雜，因此，調整的自動化較為容易。

本發明的一實施型態中，在前述調整模式中所產生的控制資料係包含用於位置保持控制之控制資料，該位置保持控制係將前述步進馬達的繞線電流控制成為前述目標位置在前述減速運轉之後成為激磁穩定點。前述控制裝置係在前述調整模式中，依照前述控制資料而進行將前述轉子的位置保持於前述目標位置的位置保持運轉。此外，在前述使用模式中，前述控制裝置係在前述減速運轉之後，根據前述調整模式中之用於前述位置保持控制之控制資料而重現前述步進馬達的繞線電流，藉此進行將前述轉子的位置保持於前述目標位置的位置保持運轉。

依據此構成，在目標位置中進行位置保持運轉。若適當地調整加速期間及減速期間的時間幅度，則在減速期間結束時，轉子到達目標位置且速度為零。藉由在其時機切換為位置保持運轉，可不產生振動地將轉子的位置保持於目標位置。因此，可達成最快速的定位。

本發明的一實施型態中，前述控制資料係表示轉子位置、位置指令、電流指令及電壓指令中之至少一者。

表示轉子位置的控制資料，具體而言，可為表示在調整模式中所獲得之轉子位置檢測器之檢測值的資料(轉子位置資料)。表示位置指令的控制資料，具體而言，可為下達激磁位置之指令的資料(位置指令資料)。表示電流指令的控制資料，具體而言，可為表示步進馬達之繞線電流之指令值的資料。表示電壓指令的控制資料，具體而言，可為表示施加於步進馬達之繞線之電壓之指令值的資料。藉由使用此等資料的一個以上，可在使用模式中重現調整模式下的繞線電流。

本發明的一實施型態中，前述使用模式中的前述開環控制係包含不使用前述轉子位置檢測器之檢測值而進行之前述步進馬達的繞線電流控制。

依據此構成，由於在使用模式中執行的開環控制中未使用轉子位置檢測器的檢測值，故使用模式中的加速運轉及減速運轉不受轉子位置檢測器之檢測值的影響。因此，不需要高精確度的轉子位置檢測器即能夠進行穩定的運轉。

參照所附圖式及以下所述實施型態的說明，將可更明瞭本發明之上述目的、特徵及功效等。

1:控制裝置

2:步進馬達

3:轉子位置檢測器

4:設定器

5:輸入裝置

6:處理裝置

7:顯示裝置

8:處理器

9:記憶裝置

11:演算部

12:記憶體

13:電流控制部

14:介面

21:第一微分器

22:第二微分器

23:速度補償器

24:固定值產生器

25:第一速度差補償器

26:第二速度差補償器

27:第一判定器

28:第二判定器

29:座標轉換器

30:第一減法器

31:第二減法器

32:第一加法器

33:第二加法器

34:第三加法器

35:開關元件

36:開關元件

A至E:控制區域

I acom:A相馬達繞線電流指令

I bcom:B相馬達繞線電流指令

L1至L5,L11,L12,L21至L24:曲線

S1至S6:步驟

T:轉矩

T1,T2,T3:時間幅度

T11:加速期間的時間幅度

T12:減速期間的時間幅度

a,b:端子

pe0,pe1,pe1',pe2,pe2',δ θ:位置偏差

δ ω:速度偏差

θ com:轉子位置指令

θ fb:轉子位置

θ i:電流指令相位

ω com:速度指令

ω fb:轉子速度

圖1A及圖1B係顯示為了達成以最短時間移動至目標位置進行定位之理想的動作。

圖2係用以說明全步進驅動中之轉矩變動的圖。

圖3A係用以說明藉由全步進驅動之最快速移動及定位之動作例的圖。

圖3B係顯示調整不佳時之動作例的圖。

圖4A至圖4C係顯示為了達成藉由使用最大轉矩之加速及減速的最快速移動及定位動作的運轉模式。

圖5係用以說明本發明之一實施型態之步進馬達之控制裝置之構成例的方塊圖。

圖6係用以說明前述控制裝置所具備之演算部所進行之處理內容之一例的控制方塊圖。

圖7係用以說明前述演算部之控制區域的圖。

圖8係顯示開環控制及閉環控制下的角度-轉矩特性。

圖9A至圖9D係用以說明調整模式之動作例的圖。

圖10A至圖10D係用以說明調整模式之動作例的圖。

圖11A至圖11D係用以說明調整模式之動作例的圖。

圖12係用以說明自動調整之處理例的圖。

圖13係用以說明以前述控制裝置的自動調整模式進行之自動調整動作之一例的流程圖。

圖14A至圖14C係顯示使用模式下之定位動作的一例。

圖1A及圖1B係顯示為了達成以最短時間移動至目標位置進行定位之理想的動作。圖1A係表示馬達速度(轉子的旋轉速度)之理想的時間變化。圖1B係表示馬達轉矩之理想的時間變化。收到移動至目標位置的移動指令的輸入時，藉由產生朝向移動方向的最大轉矩(最大加速轉矩)，以最大加速度來加速。之後，藉由使轉矩的方向反轉而產生朝向移動方向的相反方向的最大轉矩(最大減速轉矩)，以最大減速度來減速。加速期間及減速期間係調整為減速期間結束時馬達位置(轉子位置)到達目標位置且速度成為零。減速期間結束時，對於目標位置進行激磁而將轉子保持於目標位置。

如果能夠於加速期間中始終產生最大加速轉矩，且於減速期間中始終產生最大減速轉矩，則可藉由適當地定出加速期間及減速期間來實現最快速的移動及定位。若轉矩固定則成為等加速度運動，故轉子速度的時間變化會成為如圖1A所示的三角形。因此，若決定了加速期間的時間幅度，則減速期間的時間幅度即隨之自動地決定。因此，找出加速期間的時間幅度，亦即，找出從最大加速轉矩切換為最大減速轉矩之時點的適當值，即成為實際之調整的目的。由於摩擦負載的影響，加速期間中的加速度比減速期間中的減速度小，故通常加速期間會比減速期間更長，使得轉子速度的時間變化不會成為等腰三角形。然而，即使是摩擦負載的影響下，加速期間及減速期間中，轉子速度亦會因一定的加速度 及一定的減速度而分別變化。因此，實質之調整的目的同樣為找出加速期間的時間幅度，亦即，找出從最大加速轉矩切換為最大減速轉矩之時點的適當值。

如以下的說明，全步進驅動中，由於轉矩在加速期間及減速期間中變動，故在加速期間中無法維持最大加速轉矩，且在減速期間中無法維持最大減速轉矩。

例如，複合型步進馬達係具備：轉子，係將複數個小齒(轉子小齒)以一定的小齒間距等間隔地配置於圓周上；及定子，係與該轉子相向配置。更具體而言，轉子係具備繞著旋轉軸剛好錯開小齒間距之一半的二個轉子節段(rotor segment)，此二個轉子節段係固定於旋轉軸。其中一方的轉子節段係磁化為S極，而另一方的轉子節段則磁化為N極。在各轉子節段的圓周上，以一定的小齒間距，等間隔地配置複數個(例如100個)小齒。定子係具備複數個主極，該複數個主極係具有以與轉子相同的小齒間距配置的複數個小齒(定子小齒)。

二相的步進馬達係具有：A相；B相，係相對於A相偏移90度相位；

相，係相對於A相偏移180度相位；及

相，係相對於B相偏移180度相位。定子係具有分別施做要施加A相、B相、

相及

相之電流之繞線的複數個主極，在各主極上配置有相向於轉子的定子小齒。在A相之主極上之定子小齒與轉子小齒相對時，B相之主極上之定子小齒係相對於轉子小齒剛好錯開四分之一間距(電氣角90度)，

相之主極上之定子小齒係相對於轉子小齒剛好錯開四分之二間距(電氣角180度)，

相之主極上的定子小齒係相對於轉子小齒剛好錯開四分之三間距(電氣角270度)。

藉由二相激磁方式的全步進驅動係切換下述四個狀態的驅動方式。第一狀態係將A相激磁為N極，B相激磁為N極，

相激磁為S極，

相激磁為S極的狀態(AB相激磁)。第二狀態係將A相激磁為S極，B相激磁為N極，

相激磁為N極，

相激磁為S極的狀態(B

相激磁)。第三狀態係將A相激磁為S極，B 相激磁為S極，

相激磁為N極，

相激磁為N極的狀態(

相激磁)。第四狀態係將A相激磁為N極，B相激磁為S極，

用激磁為S極，

相激磁為N極的狀態(

A相激磁)。

在AB相激磁的第一狀態中，A相及B相的主極成為N極，

相及

相的主極成為S極。因此，S極之轉子節段的轉子小齒位於A相及B相之定子小齒之中間位置(電氣角的中間位置)，且N極之轉子節段的轉子小齒位於

相及

相之定子小齒之中間位置(電氣角的中間位置)的狀態，即為激磁穩定點。從此狀態切換為B

相激磁的第二狀態時，B相及

相的主極成為N極，

相及A相的主極成為S極。藉此，B相及

相的定子小齒與S極之轉子節段的轉子小齒互相吸引，且

相及A相之定子小齒與N極之轉子節段的轉子小齒會互相吸引，轉矩係相應地產生。此轉矩係相對於B相及

相之定子小齒之中間位置(電氣角的中間位置)亦即激磁穩定點與轉子小齒錯開四分之一間距(電氣角90度)的狀態下為最大，而於此時產生最大轉矩。伴隨著轉子的旋轉，轉矩會隨著轉子小齒接近激磁穩定點，亦即隨著電氣角的偏移變小而減少。轉子旋轉四分之一間距(電氣角90度)，S極轉子節段的小齒到達B相及

相之定子小齒的中間位置(電氣角的中間位置)時，即完成一步的移動(旋轉)。同樣地，藉由依照AB相、B

相、

相、

A相的順序切換激磁的相，即可使轉子一次移動一步且保持位置。

四分之一間距(小齒間距的四分之一)相當於步進馬達的基本步進角。全步進驅動中，能夠以基本步進角的間隔使轉子旋轉，且可保持轉子位置。用於全步進驅動的步進馬達驅動裝置係在每次脈衝輸入時，依AB相、B

相、

相、

A相的順序切換激磁的相，藉此，使步進馬達的轉子朝正轉方向(CW：順時針方向)旋轉。藉由將激磁的相序逆轉，即可使轉子朝逆轉方向(CCW：逆時針方向)旋轉。

換言之，依照正轉相序(AB相、B

相、

相、

A相的順序)選擇符合轉子位置的激磁相時，可產生使轉子朝正轉方向加速的加速轉矩。並且，依照逆轉相序(

A相、

相、B

相、AB相的順序)選擇符合轉子位置的激磁相時，可產生使轉子朝逆轉方向加速的加速轉矩。若在轉子朝正轉方向旋轉中的狀態下應用逆轉相序，則可產生對於朝正轉方向旋轉中的轉子進行制動的減速轉矩。同樣地，若在轉子朝逆轉方向旋轉中的狀態下應用正轉相序，則可產生對於朝逆轉方向旋轉中的轉子進行制動的減速轉矩。

圖2係用以說明全步進驅動中之轉矩變動的圖。圖2中顯示各激磁狀態下之轉子位置(電氣角)與產生的轉矩的關係之θ-T特性。電氣角0度係相當於S極轉子小齒位於A相及B相之定子小齒之中間位置(電氣角的中間位置)的狀態。可得知AB相激磁未產生轉矩，B

相激磁產生最大加速轉矩(朝正轉方向的最大轉矩)，

相激磁未產生轉矩，

A相激磁產生最大減速轉矩(朝向逆轉方向的最大轉矩)。著眼於B

相激磁的θ-T特性時，可得知轉子位置為電氣角0度時會產生最大加速轉矩，但轉子位置改變而從電氣角0度增加時，轉矩隨之減少，且轉矩方向以電氣角90度為交界反轉。

圖3A係用以說明藉由全步進驅動之最快速移動及定位之動作例的圖。此外，圖3B係顯示調整不佳時之動作例的圖。圖3A及圖3B中，曲線L1係顯示馬達位置之指令值(指令位置)的時間變化，曲線L2係顯示馬達位置(實際位置)的時間變化，曲線L3係顯示指令位置與實際位置之偏差的時間變化，曲線L4係顯示馬達速度的時間變化。惟，圖3B中係省略了位置偏差(曲線L3)的圖示。

專利文獻2係揭示了藉由全步進驅動進行四步進份(亦即小齒間距份)之移動及定位的技術。圖3A及圖3B中顯示藉由將指令位置作為輸入資訊而進行之位置控制來進行如專利文獻2之四步進移動及定位之例。

在移動前的初始狀態中，藉由AB相激磁來維持轉子位置，且將此狀態定義為電氣角0度。第一步的指令位置係電氣角90度，第二步的指令位置係電氣角180度，第三步的指令位置係電氣角270度，第四步的指令位置係電氣角360度(=0度)。因此，二相激磁方式的情形下，分別在第一步執行B

相激磁，在第二步執行

相激磁，在第三步執行

A相激磁，在第四步執行AB相激磁。

再者，藉由適當地調整第一步、第二步及第三步各者的時間幅度T1、T2、T3，如圖3A所示，可於第三步(

A相激磁)結束時到達目標位置(電氣角360度)且速度成為零，而藉由第四步(AB相激磁)將位置保持於目標位置。

若調整不佳，則如圖3B所示，於第三步結束時轉子未到達目標位置，而於第四步(AB相激磁)中達目標位置又被激磁，使得轉子加速而產生轉子位置的振動，因而成為定位不佳。

由於第一至第四步的各期間中，各個指令位置(曲線L1)未變化，故位置偏差(曲線L3)係伴隨著轉子位置(曲線L2)的變化而變動。位置偏差與產生的轉矩之間具有關聯性。

圖2的曲線L5顯示根據第一至第四步中之位置偏差而檢查對應於轉子位置之產生轉矩的結果。惟，曲線L5係對應於第三步結束時到達目標位置且速度成為零之理想的情況(參照圖3A)。

在第一步(B

相激磁)的初期(電氣角0度附近)會發生大的位置偏差pe0而產生最大加速轉矩。之後，伴隨轉子的旋轉使得位置偏差減少，轉矩亦隨之減少，在第一步的終期(電氣角90度附近)，加速轉矩大致成為零。在第二步(

相激磁)的初期(電氣角90度附近)再度發生大的位置偏差pe1而產生大的加速轉矩。之後，轉矩伴隨著轉子的旋轉而減少，且在超過電氣角180度時轉為減速轉矩。並且，由於位置偏差的絕對值變大，減速轉矩係增大。在第二步的終期(電氣角225度附近)，發生絕對值大的負的位置偏差pe1'，而產生相對 較大的減速轉矩。在第三步(

A相激磁)的初期(電氣角225度附近)，發生正的位置偏差pe2，再度轉為加速轉矩，且其轉矩伴隨著轉子的旋轉而減少，且在電氣角270度附近轉為減速轉矩。減速轉矩隨著朝向第三步的終期(電氣角360度附近)而增加，發生絕對值大的負的位置偏差pe2'，可知轉子的旋轉處於減速(制動)狀態。並且，在第四步(AB相激磁)中，產生的轉矩成為零而保持於其位置。

如此，在藉由全步進驅動的一個間距的移動中，產生的轉矩係伴隨著轉子的旋轉而大幅變動。因此，無法一直使用最大轉矩或接近其最大轉矩的轉矩，故無法有效率地利用步進馬達產生的轉矩。而且，如圖2的曲線L5所示，產生了複數次(圖2之曲線L5之例中係三次)加速轉矩與減速轉矩的切換亦即轉矩方向的反轉。如此，與圖1所示之理想的定位動作相距甚遠，無法有效率地利用轉矩。

藉由一相激磁的全步進驅動亦相同。若採用1-2相激磁方式，則步進角即成為基本步進角的二分之一，成為所謂的半步進驅動，但轉矩因轉子位置之變動而變動的情形係與全步進驅動的情形相同。

圖4A、圖4B及圖4C係顯示為了達成藉由使用最大轉矩之加速及減速之最快速移動及定位動作的運轉模式。圖4A係顯示相對於指令位置之轉子的實際位置的偏差(位置偏差)的時間變化。圖4B係顯示轉子的實際位置的時間變化(曲線L11)及指令位置的時間變化(曲線L12)。圖4C係顯示轉子速度的時間變化。

將一個間距之移動之期間區分為加速期間及減速期間，在加速期間中持續產生最大加速轉矩，在減速期間中持續產生最大減速轉矩時，可使轉子最快速地移動至目標位置。為了達成此目的，如圖4A所示，可進行在加速期間中將位置偏差保持為電氣角+90度，且在減速期間中將位置偏差保持為電氣角-90度 之控制。此種控制無法在全步進驅動中進行，但可藉由使用微步進驅動來實現。專利文獻3中記載了在進行二相激磁時，無法於微步進驅動中產生最大轉矩(該文獻的段落0004)，但此係誤記。

全步進驅動中係使用一定的繞線電流，相對於此，微步進驅動中，係在電流的切換點應用中間位準的電流值。藉由設置多數個中間位準來改變電流值以切換激磁相，即可在不改變步進馬達的機械構造下，將步進角度細分化。藉由將中間階段數增大，步進角度即變小，實質上，可適用連續變化的驅動電流。此係意指實質上可賦予連續變化的指令位置來進行位置控制。

與因始終產生最大轉矩而可實現之三角形之速度變化(參照圖4C。加速期間及減速期間各者中的等加速度運動)所對應之轉子位置的變化係如圖4B的曲線L11所示。對此，如曲線L12所示，在加速期間中係以成為電氣角+90度之位置偏差之方式賦予連續變化的指令位置，而在減速期間中則以成為電氣角-90度之位置偏差之方式給予連續變化的指令位置，而進行微步進驅動。藉此，可在加速期間的全範圍中以最大轉矩進行加速，且在減速期間的全範圍中以最大轉矩進行減速。

並且，將加速期間(最大加速轉矩期間)及減速期間(最大減速轉矩期間)的切換時機適當地調整成為在減速期間的結束時到達目標位置且速度成為零。藉此，可最快速地移動至目標位置，且可實現在目標位置不產生振動的最快速的定位。

由於在移動期間的整個期間可使用最大轉矩，故相較於藉由經理想地調整之全步進驅動之定位，可在更短時間內進行定位。而且，相對於在全步進驅動中必須調整第一步、第二步及第三步的時間幅度T1、T2、T3，微步進驅動之上述的定位只要調整加速期間與減速期間的切換時機亦即調整加速期間的時間幅度即可，故調整格外地容易。

圖4A至圖4C中，加速期間及減速期間的時間幅度描繪為大致相等，但實際上受到摩擦負載的影響，加速期間的時間幅度會比減速期間的時間幅度更長。

圖5係用以說明本發明之一實施型態之步進馬達之控制裝置之構成例的方塊圖。步進馬達的控制裝置1係藉由微步進驅動來控制步進馬達2。步進馬達2係例如可為二相複合型步進馬達。基本步進角係例如可為0.9度。如前所述，基本步進角係相當於轉子小齒間距的四分之一。亦即，轉子小齒間距為3.6度時，基本步進角為0.9度。步進馬達2中係附有轉子位置檢測器3(位置感測器)。轉子位置檢測器3係固定於步進馬達2的轉子軸而檢測轉子位置θ fb。

控制裝置1係包含演算部11、記憶體12、及電流控制部13。一般而言演算部11係微處理器。記憶體12係連接於演算部11。記憶體12可由一個或複數個記憶媒體來構成。記憶體12較佳為包含可供寫入且電源切斷時亦可保持資料的記憶媒體。演算部11可與記憶體12之間進行資料的交換的同時進行演算，且可控制電流控制部13。

記憶體12中可保存預定之控制周期(例如62.5μ秒。相當於16KHz)之間隔的複數個轉子位置指令θ com(下達轉子位置之指令的位置指令資料)。控制周期之間隔的複數個轉子位置指令θ com係形成依時間序列變化之轉子位置指令的設定內容(profile)(位置指令設定內容)。記憶體12可具有可保存複數個位置指令設定內容的容量。表示依據時間序列之各控制周期的轉子位置指令的排列變數θ com(n)可保存於記憶體12，亦可藉由此排列變數θ com(n)來定義位置指令設定內容。

如後所述，控制裝置1能夠以包含調整模式及使用模式的複數個動作模式進行動作。記憶體12中可儲存要應用於調整模式的位置指令設定內容 (以下稱為「調整模式設定內容」)及要應用於使用模式的位置指令設定內容(以下稱為「使用模式設定內容」)。

記憶體12中更儲存有供演算部11執行的控制程式。演算部11係藉由執行該控制程式來控制步進馬達2。具體而言，演算部11係依前述預定的控制周期從記憶體12讀取轉子位置指令θ com，且將此轉子位置指令θ com與轉子位置θ fb比較，依據其比較結果產生馬達繞線電流指令I acom、I bcom而供給至電流控制部13。電流控制部13係根據馬達繞線電流指令I acom、I bcom，將電流供給至步進馬達2之各相的繞線。電流控制部13係例如包含二相變換器(inverter)電路，將A相馬達繞線電流指令I acom及B相馬達繞線電流指令I bcom放大而將電流施加於步進馬達2之A相及B相的繞線。

控制裝置1係具有用以與外部機器連接的介面14。此介面14可連接設定器4。步進馬達2的控制裝置可視為不僅是控制裝置1而構成為亦包含設定器4。

設定器4可為個人電腦。設定器4係例如包含輸入裝置5、處理裝置6及顯示裝置7。處理裝置6係包含處理器8和記憶裝置9。記憶裝置9可包含記憶體元件，亦可包含SDD(solid-state drive，固態驅動器)、HDD(harddisk drive，硬碟驅動器)等輔助記憶裝置。處理器8係執行儲存於記憶裝置9中的程式，藉此實現各種功能。特別是本實施型態中，處理器8係實現下列功能：產生切換控制裝置1之動作模式之指令的功能；對於控制裝置1下達驅動步進馬達2之指令的功能；從控制裝置1取得關於步進馬達2之動作之資料的功能；將位置指令設定內容寫入控制裝置1之記憶體12的功能；及變更控制裝置1之記憶體12內之位置指令設定內容的功能等。

設定器4可於要設定或調整步進馬達2的控制動作時，視需要來連接。設定器4可設定、變更記憶體12內的資料(特別是位置指令設定內容)，且 可將用以使步進馬達2運轉的運轉指令賦予演算部11。此外，設定器4可從演算部11取得資料，且可將步進馬達2的運轉狀態顯示於顯示裝置7。具體而言，設定器4亦可構成為通過介面14取得由轉子位置檢測器3所檢出的轉子位置信號、將轉子位置信號微分所獲得的轉子速度信號等。

圖6係用以說明演算部11所進行之處理內容之一例的控制方塊圖。演算部11係執行儲存於記憶體12中的控制程式，藉此實現圖6所示的複數個功能方塊的功能。複數個功能方塊係包含第一微分器21、第二微分器22、速度補償器23、固定值產生器24、第一速度差補償器25、第二速度差補償器26、第一判定器27、第二判定器28、座標轉換器29、第一減法器30、第二減法器31、第一加法器32、第二加法器33、第三加法器34、第一開關元件35、及第二開關元件36等。惟，此等要素無需全部具備。

第一減法器30係演算轉子位置指令θ com與轉子位置θ fb(實際位置)的位置偏差δ θ。第一微分器21係將轉子位置指令θ com微分而產生速度指令ω com。此第一微分器21係有省略的情形。第二微分器22係將轉子位置θ fb(實際位置)微分而產生轉子速度ω fb(轉子的旋轉速度)。速度補償器23係將轉子速度ω fb乘上速度補償用的比例常數Kv。固定值產生器24係在位置偏差δ θ為「正」時產生固定值+K(K>0)，於位置偏差δ θ為「負」時產生固定值-K。

固定值K可在調整模式與使用模式使用不同的值。例如，就調整模式中使用的固定值K而言，以相當於未達電氣角90度的值為佳。此外，調整模式中使用的固定值K以相當於電氣角60度以上(較佳為70度以上，更佳為80度以上)的值較佳。使用模式中，可將固定值K設為相當於電氣角90度的值。

第二減法器31係從速度指令ω com減去轉子速度ω fb(實際速度)而輸出速度偏差δ ω。此第二減法器31係有省略的情形。第一加法器32係將固定值產生器24所產生的固定值+K或-K與速度補償器23的輸出Kv˙ω fb相加。

第一速度差補償器25及第二速度差補償器26係於第二減法器31輸出的速度偏差δ ω分別乘上速度差補償用的比例常數Kdi及Kdo。此等第一速度差補償器25及第二速度差補償器26係有省略的情形。

第一判定器27係進行位置偏差δ θ與第一加法器32之輸出K+Kv˙ω fb或-K+Kv˙ω fb的比較判定。第一判定器27係於-K+Kv˙ω fb<δ θ<K+Kv˙ω fb時，將第一開關元件35連接於端子a而選擇第二加法器33的輸出，在未滿足此條件時，將第一開關元件35連接於端子b而選擇第三加法器34的輸出。第二判定器28係於位置偏差δ θ及速度偏差δ ω的符號(正負)不一致時，使第二開關元件36導通而使第二速度差補償器26的功能有效，而於一致時，使第二開關元件36關斷而使第二速度差補償器26的功能失效。

第二加法器33係將轉子位置指令θ com與第一速度差補償器25的輸出Kdi˙δ ω相加，且將其加總結果提供給第一開關元件35的端子a。此第二加法器33係有省略的情形。第三加法器34係將通過第二開關元件36而加入之第二速度差補償器26的輸出Kdo˙δ ω、第一加法器32的輸出K+Kv˙ω fb或-K+Kv˙ω fb、及轉子位置θ fb相加，且將其加總結果提供給第一開關元件35的端子b。第二開關元件36係有省略的情形。

座標轉換器29係根據通過第一開關元件35而輸入之後述的電流指令相位θ i，而輸出電流指令I acom=Ki˙sin θ i及I bcom=Ki˙com θ i。在此，Ki係常數。

藉由此構成，演算部11係根據轉子位置指令θ com與轉子位置θ fb(實際位置)之任一者來計算電流指令相位θ i，且根據此電流指令相位θ i來產生A相電流指令I acom及B相電流指令I bcom。使用根據轉子位置指令θ com計算的電流指令相位θ i時，由於未使用轉子位置θ fb，故成為與通常之開環步進馬達控制系統相同的控制系統。

圖7係用以說明演算部11之控制區域的圖。演算部11係具有依據位置偏差δ θ及速度偏差δ ω而區分的複數個控制區域A至E。具體而言，針對位置偏差δ θ而規定二個臨限值-K+Kv˙ω fb及+K+Kv˙ω fb，藉此，區分為三個控制區域D、C；E；A、B。再者，依據速度偏差δ ω的符號是否與位置偏差δ θ一致，而選擇控制區域C、D中之一者或是控制區域A、B中之一者。

控制區域E係根據轉子位置指令θ com而求出電流指令相位θ i的開環區域。控制區域A至D係根據轉子位置θ fb而求出電流指令相位θ i的閉環區域。應該要根據轉子位置指令θ com與轉子位置θ fb中之何者來計算電流指令相位θ i，亦即，應該要應用開環控制還是閉環控制中之何者，係根據位置偏差δ θ來判定。

具體而言，第一判定器27係在位置偏差δ θ滿足以下數式(1)的關係時，將開關元件35連接於端子a側。藉此，如以下數式(2)所示，第二加法器33的加算結果即從開關元件35輸出作為電流指令相位θ i。

-K+Kv˙ω fb<δ θ<+K+Kv˙ω fb……(1)

θ i=θ com+Kdi˙δ ω……(2)

如此，位置偏差δ θ落在數式(1)所示的範圍時，係根據轉子位置指令θ com來計算電流指令相位θ i，進行開環控制(參照圖7所示的區域E)。

電流指令相位θ i亦可設為θ i=θ com。如數式(2)所示，若附加根據速度偏差δ ω的項Kdi˙δ ω，則有效於抑制旋轉時的振動。在不需要此種振動抑制時，可設為Kdi=0，使振動抑制項Kdi˙δ ω失效。此時，可省略第一速度差補償器25及第二加法器33。

第一判定器27係在位置偏差δ θ的範圍超過數式(1)的範圍時，亦即，δ θ>+K+Kv˙ω fb或δ θ<-K+Kv˙ω fb時，將開關元件35連接於端子b側。此時，由於第二判定器28僅在位置偏差δ θ與速度偏差δ ω的符號(正負) 一致時才使開關元件36關斷，因此，計算符合以下條件a至d的四個電流指令相位θ i(參照圖7中的區域A至D)，且依據該條件a至b將此等電流指令相位θ i從開關元件35輸出。

條件a(區域A)：δ θ>+K+Kv˙ω fb，δ θ>0，δ ω>0

θ i=θ fb+K+Kv˙ω fb……(3)

條件b(區域B)：δ θ>+K+Kv˙ω fb，δ θ>0，δ ω<0

θ i=θ fb+K+Kv˙ω fb+Kdo˙δ ω……(4)

條件c(區域C)：δ θ<-K+Kv˙ω fb，δ θ<0，δ ω<0

θ i=θ fb-K+Kv˙ω fb……(5)

條件d(區域D)：δ θ<-K+Kv˙ω fb，δ θ<0，δ ω>0

θ i=θ fb-K+Kv˙ω fb+Kdo˙δ ω……(6)

藉由數式(2)及數式(3)至(6)演算的電流指令相位θ i係輸入座標轉換器29而轉換為各相的電流指令I acom、I bcom。

在此，步進馬達2不限於二相構造者，例如亦可為三相、五相構造者。此時，座標轉換器29係將電流指令相位θ i轉換為對應步進馬達2之相數之數的電流指令。

若依據以數式(2)演算的電流指令相位θ i，則在固定值K為相當於電氣角90度的值時，步進馬達2將會以最大轉矩追隨指令速度來加速。若固定值K為接近電氣角90度的值，則可產生接近最大轉矩的轉矩。此時，由於判別用之數式(1)中包含速度補償的項Kv˙ω fb，故可在繞線電感所導致之電流的延遲、演算的延遲等經補償的最大轉矩產生點進行切換。

另一方面，若根據轉子位置θ fb(實際位置)決定的電流指令相位θ i，亦即若依據以數式(3)至(6)演算的電流指令相位θ i，則可實現閉環控制而獲得如下的功效。亦即，例如，步進馬達2朝正轉方向過量旋轉時，速度 偏差δ ω會變為負，且位置偏差δ θ會變為正，故根據數式(4)而決定電流指令相位θ i。此時，由於數式(4)的第三項Kdo˙δ ω成為負值，故相對於轉子位置θ fb的進角變小，致使轉矩減少。

如此，由於激磁相位設定成減少產生的轉矩而抑制速度偏差，故可防止因為速度偏差之擴大所導致之轉子的過量旋轉、振盪動作(過調及欠調)，而可將轉子穩定且快速地定位。即使是依據以數式(6)決定的電流指令相位θ i，亦可進行轉子之穩定且快速的定位。

數式(4)中之Kdo˙δ ω的項大於固定值K時，會產生反方向的轉矩。因此，可調整係數Kdo的值來獲得適當之速度偏差的抑制功效。

在不需要速度偏差抑制項Kdo˙δ ω時，設為係數Kdo=0即可。此時則不需要第二速度差補償器26及第二開關元件36。若亦不需前述的振動抑制項Kdi˙δ ω，則亦可省略第一微分器21及第二減法器31。

另外，若依據以數式(3)、(5)決定的電流指令相位θ i，則進角值將設定成為在固定值K為相當於電氣角90度的值時馬達會產生最大轉矩。若固定值K為接近電氣角90度的值，則進角值將設定為會產生接近最大轉矩之轉矩。

上述構成係根據轉子速度ω fb未達速度指令ω com時的位置偏差δ θ及速度偏差δ ω的極性判別結果，而使用會產生對應於固定值K之大轉矩的進角值。此外，上述構成係根據轉子速度ω fb超過速度指令ω com時的該極性判別結果，對於產生上述大轉矩的進角值，加算速度偏差δ ω乘上係數後的值。由於速度偏差δ ω的極性與δ θ的極性相反，故進角將因此加算而減少。

就進角修正值(上述例中之Kv˙ω fb)而言，不僅是轉子速度ω fb的比例函數(一次函數)，亦可使用二次函數、三次函數等。因此，若以函數F(ω fb)來表示時，則前述數式(2)至(6)可改寫成如下的數式(7)至(11)。

區域E：-K+F(ω fb)<δ θ<+K+F(ω fb)

θ i=θ com+Kdi˙δ ω……(7)

區域A：δ θ>+K+F(ω fb)，δ θ>0，δ ω>0

θ i=θ fb+K+F(ω fb)……(8)

區域B：δ θ>+K+F(ω fb)，δ θ>0，δ ω<0

θ i=θ fb+K+F(ω fb)+Kdo˙δ ω……(9)

區域C：δ θ<-K+F(ω fb)，δ θ<0，δ ω<0

θ i=θ fb-K+F(ω fb)……(10)

區域D：δ θ<-K+F(ω fb)，δ θ<0，δ ω>0

θ i=θ fb-K+F(ω fb)+Kdo˙δ ω……(11)

圖8係顯示進行通常的開環控制時以及依照前述數式(1)至(6)來控制步進馬達2時之步進馬達2的角度-轉矩特性(θ-T特性)。在此，以K=90度且用於速度補償之比例常數Kv為零而不進行速度補償的情形為例進行說明。

通常的開環控制的情形下，步進馬達2係在從激磁穩定點偏移電氣角90度的位置產生最大轉矩，而在超過電氣角180度的不穩定點時，產生的轉矩的方向會改變而失調。

應用前述數式(1)至(6)時，亦由於-90度至+90度的電氣角範圍(-0.9度至+0.9度)相當於區域E(-K≦δ θ≦K)，故進行開環控制，轉矩會隨著轉子的電氣角而變動。另一方面，在電氣角未達-90度的範圍及電氣角超過+90度的範圍，亦即δ θ<-K的範圍及+K<δ θ的範圍時，成為根據轉子位置θ fb決定電流指令相位θ i的閉環控制(回授控制)。因此，最大轉矩係不受轉子的電氣角的影響亦即不受位置偏差δ θ的影響而產生。

因此，若將指令位置設定為位置偏差δ θ的絕對值不受轉子位置的影響而超過K，則會進行閉環區域中的控制。換言之，可實現將對於轉子位置 錯開達電氣角+K或-K相位的位置激磁而產生最大轉矩的閉環控制。藉此，可使步進馬達2的激磁位置實質上連續地變動，不受轉子位置的影響產生最大轉矩。即使是比例常數Kv為零以外的值而進行速度補償時，此亦相同。

若將固定值K設為未達電氣角90度時，雖無法藉由閉環控制來產生最大轉矩，但藉由設為接近電氣角90度的值，可不受轉子位置的影響產生接近最大轉矩的轉矩。

此實施型態中，控制裝置1係包含複數個運轉模式，其複數個運轉模式係包含調整模式及使用模式。調整模式係用於找出並設定為了達成最快速移動及定位的位置指令設定內容。使用模式係用於根據調整模式中所設定而儲存於記憶體12中的位置指令設定內容(使用模式設定內容)來運轉步進馬達2。

調整模式中，係按照前述數式(7)至(11)來控制步進馬達2。更具體而言，係使用進行閉環控制的區域A至D，藉由利用近乎最大轉矩的加速及利用近乎最大轉矩的減速而近乎最快速地移動至目標位置，且在目標位置藉由使用區域E的開環控制來保持位置，而藉此找出可達成最快速定位的位置指令設定內容。

惟，由於本實施型態中不需要數式(7)的振動抑制項Kdi˙δ ω，，故設為Kdi=0。因此，區域E中，θ i=θ com。

此外，數式(9)、(11)中，速度偏差抑制項Kdo˙δ ω係進行抑制轉矩偏差且抑制速度偏差δ ω擴大的控制。然而，本實施型態中，由於欲使加速中及減速中之轉矩恆常地近乎最大而不需要速度偏差抑制項，故不使用Kdo=0。

因此，前述數式(7)至(11)係改寫為以下的數式(7a)至(11a)來應用。數式(8)及(9)係成為相同類型的數式(8a)、(9a)，數式(10) 及(11)係成為相同類型的數式(10a)、(11a)。如此，成為不受速度偏差δ ω影響的控制。

區域E：-K+F(ω fb)<δ θ<+K+F(ω fb)

θ i=θ com……(7a)

區域A、B：δ θ>+K+F(ω fb)

θ i=θ fb+K+F(ω fb)……(8a)、(9a)

區域C、D：δ θ<-K+F(ω fb)

θ i=θ fb-K+F(ω fb)……(10a)、(11a)

調整模式中，將固定值K定為低於電氣角90度的值。應用於調整模式中的固定值K較佳為電氣角60度以上，更佳為電氣角70度以上，例如亦可為電氣角80度左右或其以上的值。

閉環區域A至D中，固定值K係相當於馬達負載角，步進馬達2的產生轉矩係由以下的數式(12)來表示。惟，Kt係轉矩常數，I係繞線電流。K=80度時，由於產生K=90度時之98.5%的轉矩，故可產生近乎最大轉矩。K=70度時則產生94.0%的轉矩，K=60度時亦產生86.6%的轉矩，故可達成近乎最大轉矩的產生。因此，為了方便起見，以下亦有將數式(12)的轉矩T稱為最大轉矩的情形。

T=Kt˙I˙sin(K)……(12)

圖9A至圖9D係用以說明調整模式之動作例的圖，且顯示設定有實現理想之動作之位置指令設定內容(調整模式設定內容)之例。同樣地，圖10A至圖10D係用以說明調整模式之動作例的圖，其對應於在減速期間結束前轉子位置超過目標位置時的動作。再者，同樣地，圖11A至圖11D係用以說明調整模式之動作例的圖，其對應於減速期間在轉子位置到達目標位置之前已結束時的動作。圖9A、10A、11A係顯示位置指令設定內容(調整模式設定內容)，圖9B、 10B、11B係顯示產生的轉矩的時間變化，圖9C、10C、11C係顯示轉子速度的時間變化，圖9D、10D、11D係顯示轉子位置的時間變化。

用於調整模式的位置指令設定內容(調整模式設定內容)係預先從設定器4寫入記憶體12。調整模式中，演算部11係從記憶體12讀取調整模式設定內容中所含的轉子位置指令，且依照其轉子位置指令而產生馬達繞線電流指令I acom、I bcom。

構成調整模式設定內容的轉子位置指令係構成要執行以下說明的第一步、第二步及第三步的指令。

第一步係加速動作(加速運轉)，第一步的指令係加速指令。加速指令係例如可為下達轉子位置為相對於轉子的初始位置(移動前的位置)+3.6度(對應於電氣角360度)之位置之轉子位置指令θ com。此時，位置偏差δ θ係大於固定值+K與速度修正項F(ω fb)(例如F(ω fb)=Kv˙ω fb)的和，故落入閉環區域A、B。藉此，電流指令相位θ i係依照數式(8a)、(9a)而成為θ i=θ fb+K+F(ω fb)，故步進馬達2朝正轉方向(CW)產生轉矩，使轉子加速。

加速指令係定為可在第一步的期間中亦即加速期間中始終產生數式(12)的最大轉矩。更具體而言，加速指令較佳為下達轉子位置為相對於轉子的初始位置移動至相當於目標位置之移動量之3/4以上(電氣角270度以上)之位置之轉子位置指令。例如，若轉子位置在運轉開始後1毫秒到達目標位置的一半左右亦即+1.8度(相當於電氣角180度)的附近，則為1毫秒/62.5μ秒=16，故將第0至15個轉子位置指令θ com(0)至θ com(15)=+3.6度(相當於電氣角360度)設為加速指令即可。

第二步係減速動作(減速運轉)，第二步的指令係減速指令。第二步係由於第一步的結束亦即加速期間的結束而開始。具體而言，第二步係在轉子位置到達目標位置的一半左右亦即+1.8度(相當於電氣角180度)附近的時點 開始。具體而言，減速指令係例如可為下達轉子位置為0度之位置之轉子位置指令θ com。例如，若要在運轉開始後1毫秒產生減速指令，則設為第16個轉子位置指令θ com(16)=0(相當於電氣角0度)。由於位置偏差δ θ係小於固定值-K與速度修正項F(ω fb)(例如F(ω fb)=Kv˙ω fb)的和，故落入閉環區域C、D。藉此，電流指令相位θ i係依照數式(10a)(11a)而成為θ i=θ fb-K+F(ω fb)，故步進馬達2係朝逆轉方向(CCW)產生轉矩，使轉子減速。

減速指令係定為可在第二步的期間中亦即加速期間中始終產生數式(12)的最大轉矩。更具體而言，減速指令較佳為下達轉子位置為相對於已移動至目標位置之一半之時點的轉子位置移動至相當於較目標位置落後移動量之1/4以上(電氣角90度以上)的位置(相當於電氣角90度以下)之位置指令。例如，假設要在減速指令開始後一毫秒到達目標位置，則成為1毫秒/62.5μ秒=16，故將第16至31個轉子位置指令θ com(16)至θ com(31)=0度(相當於電氣角0度)設為減速指令即可。

藉由於以最大轉矩加速的加速期間(第一步的期間)之後接續地以最大轉矩減速，轉子速度係在與加速期間的時間幅度T11大致相等的時間幅度T12之減速期間(第二步的期間)結束時成為零。嚴格來說，由於受到摩擦負載的影響，加速期間的時間幅度T11會長於減速期間的時間幅度T12。

第三步係在目標位置保持轉子的位置保持動作(位置保持運轉)，第三步的指令係位置保持指令。第三步係由於第二步的結束亦即減速期間的結束而開始。減速期間結束時，轉子速度成為零，且在其狀態下開始第三步。更具體而言，位置保持指令(停止指令)可為下達轉子位置為目標位置之+3.6度(相當於電氣角360度)之位置之轉子位置指令θ com。此時，由於-K+F(ω fb)<δ θ<+K+F(ω fb)，故成為開環區域(區域E)，且成為電流指令相位θ i=θ com。

若加速期間的時間幅度T11及減速期間的時間幅度T12適當，亦即實際上若加速期間的時間幅度T11適當，從加速指令切換為減速指令的時機適當，則步進馬達2的響應成為圖9C及圖9D所示的狀態。此時，轉子速度係於轉子到達目標位置之+3.6度時成為零，且在此狀態下於+3.6度的位置激磁。因此，轉子係在目標位置不會產生實質的振動而停止。

加速期間的時間幅度T11過長，從加速指令切換為減速指令的時機延遲時，步進馬達2的響應係成為圖10C和圖10D所示的狀態。亦即，即使超過目標位置之+3.6度，轉子速度亦為正，而在超過目標位置之後轉子速度才成為零。若在此時點輸入了要保持位置於+3.6度之位置的位置保持指令(停止指令)，則轉子係從超過後的位置返回目標位置。之後，產生以目標位置為中心的振動，等待其收斂而完成定位。

加速期間的時間幅度T11過短，從加速指令切換為減速指令的時機提早時，步進馬達2的響應係成為圖11C和圖11D所示的狀態。亦即，在快要靠近目標位置之+3.6度之前，轉子速度已成為零。若在此時點輸入了要保持位置於+3.6度之位置的位置保持指令(停止指令)，則轉子係從目標位置之前的位置朝向目標位置再加速。之後，產生以目標位置為中心的振動，等待其收斂而完成定位。

調整模式可藉由將設定器4連接於介面14，且從設定器4輸入模式指令於控制裝置1而開始。在調整模式下的調整可手動亦可自動地進行。

手動地調整係如下所述。

作業者係操作設定器4的輸入裝置5，將調整模式設定內容(參照圖9A、10A、11A)寫入記憶體12，並對於控制裝置1下達藉由調整模式的定位試行運轉之指令。具體而言，調整模式設定內容係表現出依照時間序列之轉子位置指令的排列變數θ com(n)。

控制裝置1係依照已寫入記憶體12的調整模式設定內容，執行如前所述之包含第一步、第二步及第三步的定位試行運轉。

此定位試行運轉之際，轉子位置檢測器3檢測的轉子位置θ fb係經由介面14而輸入設定器4。再者，以演算部11將轉子位置θ fb微分而獲得的轉子速度ω fb亦經由介面14而輸入設定器4。設定器4係將所輸入的轉子位置θ fb及轉子速度ω fb顯示於顯示裝置7的畫面上(例如以圖表形式顯示)(參照圖9C、10C、11C、9D、10D、11D)。

在執行定位試行運轉之際，演算部11係依各控制周期演算電流指令相位θ i，且將此電流指令相位θ i進行座標轉換而產生馬達繞線電流指令I acom、I bcom(參照圖6)。按照時間序列依各演算周期所產生的複數個電流指令相位θ i係作為按照時間序列的排列變數θ i(n)而保存於記憶體12。電流指令相位θ i的排列變數θ i(n)係保存於記憶體12並且經由介面14輸入設定器4，且保存於設定器4內的記憶裝置9，或者亦可經由介面14輸入設定器4而保存於設定器4內的記憶裝置9來取代保存於記憶體12。

作業者係確認設定器4之顯示裝置7所顯示之轉子位置θ fb及轉子速度ω fb的時間變化(亦即步進馬達2的響應)而判斷加速期間的時間幅度T11及減速期間的時間幅度T12是否適當。更具體而言，若加速期間的時間幅度T11過長，亦即若從加速被切換為減速的時機延遲(參照圖10A至10D)，則將記憶體12內的調整模式設定內容變更為縮短加速期間的時間幅度T11，提早從加速切換為減速之時機。相反地，若加速期間的時間幅度T11過短，亦即，從加速切換為減速的時機提早(參照圖11A至11D)，則將記憶體12內的調整模式設定內容變更為增長加速期間的時間幅度T11，延遲從加速切換為減速之時機。當然地，減速期間的時間幅度T12亦隨著加速期間的時間幅度T11的變更而變更。

在變更記憶體12內的調整模式設定內容之際，亦可經由介面14直接編輯記憶體12內的資料。此外，亦可編輯顯示器、設定器4的記憶裝置9內所保存的調整模式設定內容，再將其編輯後的調整模式設定內容經由介面14寫入記憶體12。當然地，亦可先準備複數個不同的調整模式設定內容而切換要在調整模式中使用的調整模式設定內容。此時，複數個調整模式設定內容可預先儲存於記憶體12，亦可儲存於設定器4的記憶裝置9。

如此，若適當地調整加速期間及減速期間的時間幅度T11、T12(更具體而言係從加速切換為減速的時機)而成為在速度為零時到達目標位置的狀態(參照圖9A至9D)，則結束調整。以下係將在如此地經適當調整的狀態下所取得的電流指令相位θ i稱為「電流指令相位θ i*」以玆區別。在經適當調整的狀態下所取得的電流指令相位θ i*的排列變數θ i*(n)係用以作為表示用於使用模式之位置指令設定內容(使用模式設定內容)之轉子位置指令的排列變數θ com(n)=θ i*(n)。

調整模式中產生之電流指令相位θ i的排列變數θ i(n)儲存於記憶體12時，係將結束調整模式時的排列變數θ i*(n)係作為轉子位置指令的排列變數θ com(n)(使用模式設定內容)來處理。調整模式中所產生之電流指令相位θ i的排列變數θ i(n)未儲存於記憶體12而保存於設定器4的記憶裝置9時，作業者係將在經適當地調整的狀態下所取得之電流指令相位θ i*的排列變數θ i*(n)作為使用模式設定內容(用於使用模式之轉子位置指令的排列變數θ i*(n))，經由介面14而寫入記憶體12。

之後，作業者係操作輸入裝置5，將控制裝置1的動作模式設定為使用模式而結束調整。設定器4亦可在之後從介面14拆下。

經適當地調整之電流指令相位θ i*的排列變數θ i*(n)所表示的使用模式設定內容係成為如圖4B之曲線L12所示的設定內容。

亦可將用以自動地執行前述調整的程式載入設定器4中。圖12係顯示此種自動調整程式之動作的一例。

當作業者操作輸入裝置5下達自動調整之指令時，處理器8係將控制裝置1的動作模式設定為調整模式(步驟S1)。處理器8更從記憶裝置9讀取調整模式設定內容，且經由介面14寫入控制裝置1的記憶體12(步驟S2)。若控制裝置1的記憶體12已預先儲存有調整模式設定內容，則此處理亦可省略。

接著，處理器8係對於控制裝置1下達定位試行運轉之指令(步驟S3)。演算部11係對應於此而從記憶體12讀取調整模式設定內容且執行定位試行運轉。演算部11係將定位試行運轉中於各控制周期產生之轉子位置θ fb、轉子速度ω fb及電流指令相位θ i的資料，經由介面14傳送至設定器4。處理器8係接收此等資料且依照時間序列儲存於記憶裝置9(步驟S4)。惟，如前所述，電流指令相位θ i的時間序列資料亦可儲存於控制裝置1內的記憶體12，此時，不需將電流指令相位θ i的資料送至設定器4。

處理器8係判定是否已進行了適當的定位運轉(步驟S5)。例如，處理器8可判定轉子位置θ fb到達目標位置時之轉子速度ω fb的絕對值是否為基準值以下。此外，處理器8亦可判定轉子速度ω fb成為零時之轉子位置θ fb是否為基準範圍內。更具體而言，可判定轉子速度ω fb成為零時之轉子位置θ fb是否為以目標位置(例如3.6度)為中心之±0.05度的基準範圍內(3.55度≦θ fb≦3.65度)。

處理器8係在判定為尚未進行適當的定位運轉時(步驟S5：否)，變更調整模式設定內容(步驟S6)。關於調整模式設定內容的變更，係與前述手動調整的情形相同。亦即，以增減加速運轉的時間幅度T11及減速運轉的時間幅度T12來變更調整模式設定內容。之後，處理器8係使用變更後的調整模式設定內 容來執行自步驟S3起的動作。如此的處理係反復進行至可進行適當的定位運轉為止。

處理器8係在判定為定位試行運轉中已進行了適當的定位運轉時(步驟S5：是)，將其定位試行運轉中所產生之電流指令相位θ i*的排列變數θ i*(n)作為使用模式設定內容(用於使用模式之轉子位置指令的排列變數θ com(n))，經由介面14寫入記憶體12(步驟S7)。在調整模式中，將電流指令相位θ i的排列變數θ i(n)保存於控制裝置1的記憶體12時，亦可省略此處理。

如此，可使設定器4作為自動調整手段來動作，成為自動地產生經適當地調整的使用模式設定內容且儲存於記憶體12的狀態。之後，藉由將控制裝置1設定為使用模式，即可進行使用其使用模式設定內容之通常的運轉。

此種進行自動調整的功能亦即自動調整手段亦可配置於控制裝置1。亦即，控制裝置1的調整模式亦可具備執行自動調整的自動調整模式。換言之，控制裝置1所執行的程式亦可設計成執行以自動調整模式進行之調整。亦可由設定器4下達指令而執行以自動調整模式進行之調整。此外，控制裝置1亦可具備用以下達以自動調整模式進行自動調整之指令的指令輸入裝置。

圖13係用以說明以控制裝置1的自動調整模式進行之自動調整動作之一例的流程圖。記憶體12係預先儲存有調整模式設定內容。當被下達以自動調整模式進行自動調整之指令時(步驟S11：是)，演算部11係從記憶體12讀取調整模式設定內容，且執行按照該調整模式設定內容的定位試行運轉(步驟S12)。在其定位試行運轉之際，演算部11係從轉子位置檢測器3取得轉子位置θ fb，且演算轉子速度ω fb，更演算電流指令相位θ i，並根據該等演算結果來控制步進馬達2。

演算部11係依據時間序列將各控制周期的轉子位置θ fb、轉子速度ω fb及電流指令相位θ i的資料儲存於記憶體12(步驟S13)。演算部11亦可與 此動作同時地將各控制周期的轉子位置θ fb、轉子速度ω fb及電流指令相位θ i的資料經由介面14傳送至設定器4。

結束定位試行運轉時，演算部11係判定是否已進行了適當的定位運轉(步驟S14)。此判定亦可與圖12之步驟S5中的判定相同。

演算部11係在判定為尚未進行適當的定位運轉時(步驟S14：否)，變更記憶體12內的調整模式設定內容(步驟S15)。關於調整模式設定內容的變更，係與前述之手動調整的情形及圖12之步驟S6的情形相同。之後，演算部11係使用變更後的調整模式設定內容來執行自步驟S12起的動作。如此的處理係反復進行至可進行適當的定位運轉為止。

演算部11係在判定為定位試行運轉中已進行了適當的定位運轉時(步驟S14：是)，將其定位試行運轉中產生且在步驟S13中寫入記憶體12之電流指令相位θ i*的排列變數θ i*(n)設定為使用模式設定內容(用於使用模式之轉子位置指令的排列變數θ com(n))(步驟S16)。

如此，可使演算部11作為自動調整手段來動作，成為自動地產生經適當調整的使用模式設定內容且儲存於記憶體12的狀態。在使用模式中，演算部11可使用儲存於記憶體12的該使用模式設定內容而適當地運轉步進馬達2。

圖14A、圖14B及圖14C係顯示使用模式下之定位動作的一例。圖14A之曲線L21係表示轉子位置指令θ com的時間變化(亦即使用模式設定內容)，曲線L22係表示轉子位置(實際位置)的時間變化。圖14B的曲線L23係表示位置偏差δ θ的時間變化。圖14C的曲線L24係表示轉子速度ω fb的時間變化。

在加速期間中，轉子位置指令θ com(曲線L21)係下達相對於轉子位置θ fb(曲線L22)超前達對應於固定值K(例如80度)之程度的位置之指令，故產生與其相應的位置偏差δ θ(曲線L23)，藉此，產生近乎最大的加速轉矩。在接續於加速期間進行之減速期間中，轉子位置指令θ com(曲線L21)係下達 相對於轉子位置θ fb(曲線L22)落後達對應於固定值K(例如80度)之程度的位置之指令，故產生與其相應的負的位置偏差δ θ(曲線L23)，藉此，產生近乎最大的減速轉矩。藉此，轉子速度ω fb(曲線L24)變化為三角形，且於減速期間的結束時成為零。此時，轉子位置θ fb係目標位置(電氣角360度)。如前所述，受到摩擦負載的影響，加速期間的時間幅度會長於減速期間的時間幅度。

減速期間結束之後，位置指令θ com成為目標位置(電氣角360度)，藉由對目標位置激磁，將轉子保持位置於目標位置。由於在達目標位置且速度成為零的時機對目標位置激磁，故轉子不會產生實質的振動而定位停止在目標位置。

使用模式中，演算部11係讀取儲存於記憶體12之轉子位置指令θ com的排列變數θ com(n)(使用模式設定內容)，且依照該排列變數θ com(n)執行根據前述數式(7a)至(11a)的控制。惟，使用模式中，用以作為判別區域A至E的固定值K以設為電氣角90度較佳。

如前所述，由於使用模式設定內容亦即轉子位置指令θ com係調整模式中經適當地調整之狀態下的電流指令相位θ i*，故位置偏差δ θ的絕對值成為調整模式時的固定值K(例如電氣角80度)。因此，整個期間都成為在開環區域E下的控制，實質上係進行僅使用數式(7a)的控制。此時，θ i=θ com=θ i*，調整模式下的電流相位θ i*與使用模式下的電流相位θ i一致，而重現調整階段中的電流。

藉由在調整模式中將固定值K設為小於電氣角90度的值(例如電氣角80度)，可確保位置偏差δ θ不會超過電氣角90度(用於使用模式中之區域判定的固定值K)的狀態。藉此，可確實地進行在開環區域E的運轉。

設想，調整模式中將固定值K設為電氣角90度的情形下，若在使用階段中轉子的響應稍有延遲時，則位置偏差δ θ超過電氣角90度，而有落入閉 環區域之虞。在閉環區域中，由於電流指令相位θ i係使用轉子位置檢測器3檢測出的轉子位置θ fb而決定，故會受到轉子位置檢測器3之檢測精確度的影響。若要避免在此閉環區域的控制，即使是區域A至D都進行開環控制時，則於K=90度時，成為以馬達負載角90度進行開環控制。因此，若轉子稍產生延遲，轉矩就會減少。因此，會有延遲更增大而失調之虞。

藉由將調整模式中的固定值K設為小於電氣角90度，可在使用模式中進行負載角小於電氣角90度的狀態下的開環控制。亦即，可維持在開環區域E的控制。在此種開環控制中，轉矩係隨著轉子的落後及超前而變化。例如，固定值K的絕對值為電氣角80度(亦即負載角80度)時，若轉子落後電氣角10度則成為負載角90度，轉矩增加1.5%。此外，若轉子超前電氣角10度則成為負載角70度，轉矩減少4.6%。因此，轉矩的增減係作用於減小轉子的落後及超前的方向。藉此，可提升對於干擾的穩健性。

綜上所述，依據本實施型態，由於控制裝置1係以微步進驅動來控制步進馬達2，故可進行實質上始終使用最大轉矩(最大轉矩或接近最大轉矩的轉矩)的加速運轉及減速運轉。藉此，可實現轉矩利用效率良好的控制裝置1。控制裝置1可在調整模式及使用模式中，藉由微步進驅動來運轉步進馬達2。

在調整模式中，藉由使用轉子位置檢測器3之檢測值的閉環控制來執行步進馬達2的繞線電流控制。此時，產生電流指令相位θ i以作為用於以微步進驅動進行之加速運轉及減速運轉的控制資料，且依照其電流指令相位θ i進行加速運轉及減速運轉。再者，將其電流指令相位θ i儲存於記憶體12及/或設定器4的記憶裝置9。

在調整模式中，藉由加速運轉及減速運轉使轉子朝向目標位置移動，且將進行加速運轉的加速期間及進行減速運轉的減速期間的時間幅度T11、T12調整成為達目標位置的轉子速度成為零。藉此，可將使轉子移動至目標位置 的動作最佳化。由於調整對象的參數僅加速期間及減速期間的時間幅度T11、T12，故可較容易地進行調整。如前所述，此調整可手動或自動地進行。其調整完成狀態下的電流指令相位θ i*的資料(排列變數θ i*(n))係用以作為在使用模式中應用之控制資料亦即轉子位置指令θ com的資料(排列變數θ com(n)：使用模式設定內容)。

此外，調整模式中所產生的電流指令相位θ i係包含用於位置保持控制之指令，該位置保持控制係將步進馬達2的繞線電流控制成為目標位置在減速運轉之後成為激磁穩定點。因此，由於使用在調整完成的狀態下獲得之電流指令相位θ i*的資料(排列變數θ i*(n))來形成使用模式設定內容，使用模式設定內容亦包含用於位置保持控制的轉子位置指令θ com(排列變數θ com(n))。

在使用模式中，藉由依照使用模式設定內容之轉子位置指令θ com的開環控制來實行重現調整模式中之步進馬達2之繞線電流的繞線電流控制，藉此，可達成最佳的加速運轉、減速運轉及位置保持運轉。因此，能夠以近乎最大的轉矩進行加速運轉及減速運轉來使轉子移動至目標位置，且在目標位置不產生實質的振動而將轉子定位。藉此，可實現最快速的移動及定位動作。此外，在開環控制中，由於未使用轉子位置檢測值，故不會受到轉子位置檢測器3之檢測精確度的影響。因此，如前所述，不需具備高精確度的轉子位置檢測器3。

此外，本實施型態中，如前所述，在調整模式的閉環控制中，將步進馬達2之繞線電流的相位θ i控制成為對於轉子位置檢測器3的檢測值θ fb加上預定值±K與轉子速度ω fb之函數F(ω fb)之相位θ i=θ fb±K+F(ω fb)。此時，將預定值±K的絕對值設為相當於電氣角60度以上(較佳為70度以上，更佳為80度以上)的值。藉此，如前所述，可進行藉由近乎最大轉矩的加速運轉及減速運轉，調整亦容易，且可實現對於干擾具有穩健性的控制系統。

綜上已說明了本發明的一實施型態，但本發明亦能夠以其他實施型態來實施。

例如，前述實施型態中係進行了以位置指令作為輸入資訊來控制轉子位置的位置控制，但亦可使用以速度指令作為輸入資訊來控制轉子速度的速度控制、以加速度指令作為輸入資訊來控制轉子加速度的加速度控制、以轉矩指令(電流指令)作為輸入資訊來控制產生轉矩(繞線電流)的轉矩控制、以電壓指令作為輸入資訊來控制要施加於繞線之電壓的電壓控制等其他控制方式。此外，亦可組合此等控制方式的任意二個以上。

依據控制方式，可在調整模式中保存表示位置指令的資料(前述實施型態的指令相位θ i)、表示速度指令的資料(相當於指令相位θ i的微分值)、表示加速度指令的資料(相當於指令相位θ i的二階微分值)、表示轉矩指令的資料(相當於馬達繞線電流指令I acom、I bcom)、及表示電壓指令(要施加於繞線之電壓的指令)的資料等。並且，可使用該保存的資料形成使用模式設定內容。

此外，前述實施型態中係直接使用調整模式中於經適當地調整後的狀態收集到的電流指令相位θ i*來形成使用模式設定內容，但亦可視需要而對於電流指令相位θ i施以適當的修正來形成使用模式設定內容。

此外，亦可在調整模式中收集轉子位置θ fb的資料，且將於經適當地調整後的狀態收集到之轉子位置θ fb的資料使用作為形成使用模式設定內容的控制資料。此時，在使用模式中，於加速期間對於控制資料加算固定值+K來求出轉子位置指令θ com。並且，於減速期間對於控制資料加算固定值-K來求出轉子位置指令θ com。再者，可使用該轉子位置指令θ com而執行藉由開環控制的微步進驅動。

以上已詳細地說明了本發明的實施型態，但此等實施型態僅為用以述明本發明之技術內容所使用的具體例，此等具體例不應解釋為用以限定本發明者，本發明的範圍係由所附的申請專利範圍所限定。

本申請案係主張2020年3月30日所提出之日本特許出願2020-60887號之優先權，並將該特許出願2020-60887號的所有內容援用於本申請案。

1:控制裝置

2:步進馬達

3:轉子位置檢測器

4:設定器

5:輸入裝置

6:處理裝置

7:顯示裝置

8:處理器

9:記憶裝置

11:演算部

12:記憶體

13:電流控制部

14:介面

Claims (9)

1. 一種步進馬達的控制裝置，係藉由微步進驅動來控制具備轉子位置檢測器的步進馬達者；

   該步進馬達的控制裝置係具有包含調整模式及使用模式的複數個動作模式；

   在前述調整模式中，產生用以根據前述轉子位置檢測器的檢測值而控制前述步進馬達之繞線電流之閉環控制的控制資料，且依照前述控制資料使前述步進馬達加速運轉及減速運轉；

   在前述使用模式中，進行根據前述調整模式中所產生之前述控制資料來控制前述步進馬達之繞線電流的開環控制，藉此重現前述調整模式中之繞線電流而使前述步進馬達加速運轉及減速運轉。
2. 如請求項1所述之步進馬達的控制裝置，其中，產生在前述調整模式中的前述閉環控制中的前述控制資料中，前述步進馬達之繞線電流的相位θ i係成為對於前述轉子位置檢測器之檢測值θ fb加上預定值±K(惟，K係常數，且在前述加速運轉及前述減速運轉的一方附上正符號，而在前述加速運轉及前述減速運轉的另一方附上負符號)與轉子速度ω fb之函數F(ω fb)之相位θ i=θ fb±K+F(ω fb)。
3. 如請求項2所述之步進馬達的控制裝置，其中，前述預定值±K的絕對值係相當於未達電氣角90度的值。
4. 如請求項3所述之步進馬達的控制裝置，其中，前述預定值±K的絕對值係相當於電氣角60度以上的值。
5. 如請求項1至4中任一項所述之步進馬達的控制裝置，其中，在前述調整模式中，藉由前述加速運轉及前述減速運轉使轉子朝向目標位置移動，且將進行前述加速運轉之加速期間及進行前述減速運轉之減速期間的時間幅度 調整成為達前述目標位置時的轉子速度成為零，並且根據此調整完成之狀態下的前述控制資料來執行前述使用模式中之前述加速運轉及前述減速運轉。
6. 如請求項5所述之步進馬達的控制裝置，更包含自動調整手段，該自動調整手段係在前述調整模式中，藉由前述加速運轉及前述減速運轉使轉子朝向目標位置移動，且將進行前述加速運轉之加速期間及進行前述減速運轉之減速期間的時間幅度自動地調整成為達前述目標位時置的轉子速度成為零。
7. 如請求項5所述之步進馬達的控制裝置，其中，在前述調整模式中所產生的控制資料係包含用於位置保持控制之控制資料，該位置保持控制係將前述步進馬達的繞線電流控制成為前述目標位置在前述減速運轉之後成為激磁穩定點，並且，在前述調整模式中，依照前述控制資料而進行將前述轉子的位置保持於前述目標位置的位置保持運轉；

   在前述使用模式中，在前述減速運轉之後，根據前述調整模式中之用於前述位置保持控制之控制資料而重現前述步進馬達的繞線電流，藉此進行將前述轉子的位置保持於前述目標位置的位置保持運轉。
8. 如請求項1至4中任一項所述之步進馬達的控制裝置，其中，前述控制資料係表示轉子位置、位置指令、電流指令及電壓指令中之至少一者。
9. 如請求項1至4中任一項所述之步進馬達的控制裝置，其中，前述使用模式中的前述開環控制係包含不使用前述轉子位置檢測器之檢測值而進行之前述步進馬達的繞線電流控制。

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