WO2016170712A1 - ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法 - Google Patents

ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016170712A1
WO2016170712A1 PCT/JP2015/085631 JP2015085631W WO2016170712A1 WO 2016170712 A1 WO2016170712 A1 WO 2016170712A1 JP 2015085631 W JP2015085631 W JP 2015085631W WO 2016170712 A1 WO2016170712 A1 WO 2016170712A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
command
step motor
angle
calculation unit
speed command
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/085631
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
今村　直樹
佳雄 沖西
寛康 仲野
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2017513950A priority Critical patent/JP6324619B2/ja
Publication of WO2016170712A1 publication Critical patent/WO2016170712A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/36—Protection against faults, e.g. against overheating or step-out; Indicating faults
    • H02P8/38—Protection against faults, e.g. against overheating or step-out; Indicating faults the fault being step-out

Definitions

  • the present invention relates to a step motor control device and a step motor control method applied to a drive mechanism driven by a step motor.
  • the rotation angle sensor and the delay amount detection circuit indicate the delay amount of the rotation position of the step motor relative to the command rotation position by the acceleration table. And detect.
  • the detected delay amount is compared with a value set in advance by the comparison circuit, and when the delay amount reaches the set value, the stepping motor is switched to constant speed driving and is determined by the acceleration table by constant speed driving.
  • the completed step amount is completed.
  • Patent Document 1 when the delay amount of the rotational position of the step motor detected by the rotation angle sensor and the delay amount detection circuit reaches a set value, it is given to the step motor by switching to constant speed driving. It is said that the time of each drive pulse can be kept long, the output torque of the step motor can be maintained, and step-out due to an increase in load can be prevented.
  • a step motor drive control method is known (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 2 since the output torque of the step motor becomes appropriate by varying the drive current of the step motor in accordance with the change of the environmental temperature, the drive efficiency is increased and the heat sink, cooling fan, etc. It is said that hardware temperature measures can be eliminated.
  • the speed command is based on the threshold value of the detected value, and the acceleration / deceleration section and the constant speed section are uniquely fixed in a preset table. Therefore, when the load fluctuates during driving, the step motor There is a problem that the speed command cannot be arbitrarily changed within a range in which the torque margin is allowed and step out occurs.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a step motor control device and a step motor control method that can prevent step-out with a simple configuration.
  • a step motor control device is a step motor control device that performs angle control of a step motor based on an angle command, an angle command calculation unit that outputs an angle command to the step motor, and an output of the angle command calculation unit Based on the angle command and the ambient temperature detected by the temperature detection unit, the speed command calculation unit that calculates the actual angular velocity command, and the speed command for the step motor based on the actual angular velocity command that is the output of the speed command calculation unit
  • a drive calculation unit that generates a pulse and calculates an estimated angle by adding a speed command pulse and feeds back the estimated angle to the speed command calculation unit, and the speed command calculation unit is configured to calculate the actual angular velocity based on the estimated angle. The command is calculated and the angular velocity command is output.
  • a step motor control method is a step motor control method realized by a step motor control device that performs angle control of a step motor based on an angle command, the step of outputting an angle command for the step motor; The step of calculating the main angular velocity command based on the angle command and the ambient temperature, the step of generating a speed command pulse for the step motor based on the main angular velocity command, and calculating the estimated angle by adding the speed command pulse And a step of feeding back the estimated angle to the step of calculating the actual angular velocity command.
  • the speed command calculation unit is configured to detect the angular speed command based on the angle command output from the angle command calculation unit and the ambient temperature detected by the temperature detection unit.
  • the drive calculation unit generates a speed command pulse for the step motor based on the main angular velocity command output from the speed command calculation unit, and adds the speed command pulse to the estimated angle calculated by the speed command. Feedback to the calculation unit. Therefore, it is possible to obtain a step motor control device and a step motor control method that can prevent step-out with a simple configuration.
  • (A)-(d) is explanatory drawing which shows the relationship between the angular velocity and torque characteristic of the step motor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block block diagram which shows the step motor control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention with a motor drive circuit, a step motor, a drive mechanism, and a temperature detection part. It is a block block diagram which shows the speed command calculating part which concerns on Embodiment 1 of this invention in detail. It is a flowchart which shows the process of the drive calculating part which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • the step detection of the step motor with respect to the fluctuation of the rotational load is eliminated by using the temperature detection unit that detects the ambient temperature of the load for the purpose of load detection.
  • a main angular velocity command is generated, and the full angular velocity command is used in combination with a full step drive and a micro step drive unique to a step motor, so that smooth start and stop with small vibrations and a high angle to a predetermined angle of the drive mechanism can be achieved. Accurate positioning can be realized.
  • Embodiment 1 FIG. First, the relationship between the angular velocity and torque characteristics of the step motor according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 1A shows the state at the time of design, FIG. 1B shows the state when the temperature is lowered, FIG. 1C shows the state when the acceleration torque is reduced, and FIG. 1D shows the maximum angular velocity. The state at the time of reduction is shown.
  • the load torque typified by the friction of the drive mechanism has a large variation with respect to the temperature change, and the viscosity of, for example, the grease of the bearing provided in the drive mechanism becomes high particularly at low temperatures. Therefore, as shown in FIG. 1B, as the load torque increases, the sum of the acceleration torque and the load torque exceeds the design torque, and the torque margin decreases.
  • the stepping motor will step out. .
  • Embodiment 1 of the present invention provides a step motor control device that can keep the sum of acceleration torque and load torque below design torque.
  • this step motor control device has a function of absorbing the load torque that increases when the temperature decreases while reducing the acceleration torque while keeping the maximum angular velocity the same as in FIG. 1B. is doing.
  • this step motor control device takes into account the load torque that increases when the temperature drops while keeping the sum of acceleration torque and load torque the same as in FIG. 1 (b). It has a function to reduce the maximum angular velocity.
  • FIG. 2 is a block configuration diagram showing the step motor control apparatus according to the first embodiment of the present invention together with a motor drive circuit, a step motor, a drive mechanism, and a temperature detection unit.
  • the step motor control apparatus 1A includes an angle command calculation unit 10, a speed command calculation unit 20, and a drive calculation unit 30A.
  • the angle command calculation unit 10, the speed command calculation unit 20, and the drive calculation unit 30A are each configured by a microprocessor having a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and a storage unit storing a program, for example.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a storage unit storing a program, for example.
  • the step motor control device 1A is connected to the motor drive circuit 200, the motor drive circuit 200 is connected to the step motor 300, and the step motor 300 is connected to the drive mechanism 400.
  • the step motor control device 1A is also connected to the temperature detection unit 500.
  • the angle command calculation unit 10 outputs an angle command of the step motor 300 that is driven to position the drive mechanism 400 at an arbitrary predetermined angle.
  • the speed command calculation unit 20 is configured to determine the actual angular speed command based on the angle command that is the output of the angle command calculation unit 10, the estimated angle that is the output of the drive calculation unit 30A, and the ambient temperature of the load that is the output of the temperature detection unit 500. Is calculated.
  • the drive calculation unit 30A outputs a speed command pulse, a rotation direction command, an excitation switching command, and a current amplitude command of the step motor 300 to the motor drive circuit 200 based on the main angular velocity command that is the output of the speed command calculation unit 20. Further, the drive calculation unit 30 ⁇ / b> A outputs the estimated angle to the speed command calculation unit 20.
  • the motor drive circuit 200 is an electric circuit on which a general-purpose driver IC for supplying power to the step motor 300 for driving is mounted, and the motor current output from the motor drive circuit 200 is output for each phase of the step motor 300.
  • the step motor 300 is driven by flowing it through the winding, and the drive mechanism 400 attached to the rotating shaft of the step motor 300 is positioned and controlled at a predetermined angle.
  • the drive mechanism 400 includes a reduction gear such as a gear or a belt that transmits the torque of the step motor 300.
  • the temperature detection unit 500 is an element such as a thermistor and detects the ambient temperature of the load and outputs the detected temperature to the step motor control device 1A.
  • FIG. 3 is a block diagram showing in detail the speed command calculation unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the speed command calculation unit 20 includes a first controller 21, a saturator 22, and a second controller 23, and an angle command ⁇ com that is an output of the angle command calculation unit 10 and an output of the drive calculation unit 30 ⁇ / b> A.
  • the main angular velocity command ⁇ com of the step motor 300 is output.
  • the angle command ⁇ com may be an arbitrary command given in advance as a function of time, for example, or an arbitrary command given as a table of time and angle.
  • the first controller 21 calculates the intermediate angular velocity command ⁇ com_pre by the following equation (1) based on the angle deviation ⁇ com ⁇ est between the angle command ⁇ com and the estimated angle ⁇ est and the ambient temperature T of the load.
  • the proportional gain Kp (T) means that Kp is a function of the temperature T.
  • the angle feedback of the estimated angle ⁇ est with respect to the angle command ⁇ com and the first controller, regardless of the angle command ⁇ com output from the angle command calculation unit 10 is any step command, ramp shape, or the like.
  • the inclination of the intermediate angular velocity command ⁇ com_pre that is, the rate of change of the angular velocity can be adjusted.
  • the proportional gain Kp (T) is automatically adjusted according to the ambient temperature T of the load.
  • the proportional gain Kp (T) is a monotonically increasing function of the ambient temperature T of the load.
  • the proportional gain Kp (T) is set small so as to reduce the acceleration torque, and the change rate of the intermediate angular velocity command ⁇ com_pre is reduced. By doing in this way, acceleration time becomes long and acceleration torque can be made small.
  • the saturator 22 Based on the angular velocity deviation between the intermediate angular velocity command ⁇ com_pre that is the output of the first controller 21 and the main angular velocity command ⁇ com that is the output of the second controller 23, and the ambient temperature T of the load, the saturator 22 From (2), the upper and lower limit value ⁇ dot_sat of the angular acceleration is calculated.
  • Equation (2) ⁇ dot_max and ⁇ dot_min are set as a function of the temperature T. Note that the output of equation (2) is equivalent to the angular acceleration command because it is the difference in angular velocity.
  • the second controller 23 calculates the angular velocity command ⁇ com according to the following equation (3) based on the upper and lower limit value ⁇ dot_sat of the angular acceleration that is the output of the saturator 22.
  • Ki represents an integral gain
  • s represents a Laplace operator.
  • the limit of the angular acceleration command by the saturator 22 is made variable according to the ambient temperature T of the load, and at a low temperature, the maximum angular velocity is set within a range where the motor-specific torque characteristics are large. Can be limited to.
  • FIG. 4 is a flowchart showing processing of the drive calculation unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the drive calculation unit 30A calculates a speed command pulse count value obtained by counting a speed command pulse, a rotation direction command, an excitation switching command, a current amplitude command, and a speed command pulse, that is, an estimated angle, based on the main angular speed command ⁇ com. Output.
  • step S1 the sign of the main angular velocity command ⁇ com is determined (step S1).
  • step S2 when it is determined that the actual angular velocity command ⁇ com is 0, the velocity command pulse is stopped (step S2), and the process proceeds to step S6 described later.
  • step S5 the pulse period tp of the speed command pulse is calculated by the following equation (4) (step S5).
  • step S6 a speed command pulse is generated based on the pulse period tp calculated in step S5 (step S6). Subsequently, the speed command pulse generated in step S6 is counted at either the up edge or the down edge of the pulse (step S7).
  • the count value is reset to 0 when the angle command is counted to the final value. Since one pulse of the speed command pulse corresponds to the step angle ⁇ s of the step motor 300, the speed command pulse count value is the estimated angle ⁇ est of the step motor 300. Further, the reason for the estimated angle is that the count value calculated in step S7 is not a value obtained by directly detecting the rotation angle of the step motor 300.
  • step motor 300 can be controlled on an angle command basis.
  • the speed command calculation is performed on the estimated angle ⁇ est of the step motor 300 obtained by counting the speed command pulse generated by the drive calculation unit 30A at either the up edge or the down edge of the pulse.
  • the velocity command calculation unit 20 uses the angular velocity change rate and the torque so as to be equal to or lower than the design torque of the step motor 300 based on the ambient temperature T of the load obtained by the temperature detection unit 500. Since the main angular velocity command in which the limit of angular acceleration is automatically adjusted can be generated, it is possible to realize driving without stepping out the step motor without reducing the torque margin.
  • the speed command calculation unit is configured to perform the actual angular speed command based on the angle command output from the angle command calculation unit, the estimated angle fed back, and the ambient temperature detected by the temperature detection unit.
  • the drive calculation unit generates a speed command pulse for the step motor based on the main angular velocity command output from the speed command calculation unit, and adds the speed command pulse to the estimated angle calculated by the speed command.
  • the speed command calculation unit is fed back. Therefore, it is possible to obtain a step motor control device and a step motor control method that can prevent step-out with a simple configuration.
  • the estimated angle of the step motor is used for feedback control, and the angular velocity change rate and angular acceleration limit of the actual angular velocity command generated for an arbitrary angle command are determined according to the separately detected ambient temperature of the load during driving. Adjust automatically. Therefore, the sum of the acceleration torque calculated by the motor shaft equivalent inertia of the drive mechanism, the motor shaft angular velocity and the acceleration time, and the load torque typified by the friction unique to the drive mechanism provides a certain margin for the torque characteristics unique to the motor. Since the actual angular velocity command is generated so as to be within the range of the designed torque, it is possible to realize driving without step-out.
  • an additional sensor such as a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the motor shaft and the output shaft of the drive mechanism can be made unnecessary. Since it is not necessary to prepare a speed table in advance, both the hardware and software configuration can be simplified.
  • the angular velocity change rate of the intermediate angular velocity command and the limitation on the angular acceleration command are automatically utilized using the ambient temperature of the load. Can be adjusted. Therefore, especially for load torque that increases at low temperatures, acceleration torque can be reduced by extending the acceleration time, or the torque range can be expanded by limiting the maximum angular velocity, and driving without step-out can be realized.
  • FIG. FIG. 5 is a block configuration diagram showing a step motor control device according to Embodiment 2 of the present invention together with a motor drive circuit, a step motor, a drive mechanism, and a temperature detection unit.
  • the difference from the above-described first embodiment is that the calculation content of the drive calculation unit 30B in the step motor control device 1B is different.
  • step motor 300 is driven at full step in all sections of the angle command.
  • full step drive and micro step are performed according to the estimated angle threshold. It is characterized by switching between driving.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the overall processing of the drive calculation unit according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 7 shows excitation switching / current amplitude command calculation processing of the drive calculation unit according to Embodiment 2 of the present invention. It is a flowchart which shows a pulse period calculation process.
  • the drive calculation unit 30B calculates a speed command pulse count value obtained by counting a speed command pulse, a rotation direction command, an excitation switching command, a current amplitude command, and a speed command pulse, that is, an estimated angle, based on the main angular speed command ⁇ com. Output.
  • the angular velocity positive / negative determination, the speed pulse stop, the forward rotation command generation, the reverse command generation, the speed pulse generation, and the speed pulse count processing are the same as those in the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • step S100 in FIG. 6 an excitation switching command and a current amplitude command for the step motor 300 are generated based on the estimated angle ⁇ est which is the count value of the speed command pulse.
  • the generation method will be described.
  • micro-step drive that electrically increases the resolution of the step angle unique to the step motor by causing the current flowing through the windings of each phase of the step motor 300 to approach a sine wave. It has been known.
  • an operation mode called a preset operation for turning the camera toward a predetermined shooting point is provided, and positioning to the shooting point with high accuracy is provided. Is required.
  • the torque is reduced to 1 / ⁇ 2 times as compared with the full-step drive that is driven by passing a rectangular wave current. Therefore, when applying micro-step drive near the stop position for positioning applications, it is necessary to flow a current equivalent to full-step drive and suppress torque fluctuations when switching between full-step drive and micro-step drive. There is.
  • an excitation switching command and a current amplitude command between full-step driving and micro-step driving are generated by the excitation switching / current amplitude command calculation processing and pulse period calculation processing shown in FIG. That is, the threshold value is determined based on the estimated angle, and the full step drive and the micro step drive are branched (step S105).
  • the branching condition between the full step driving and the micro step driving in step S105 includes the estimated angle ⁇ est which is the count value of the speed command pulse, the final value ⁇ end of the angle command, the preset angle threshold ⁇ th1 and the angle threshold ⁇ th2 Is used.
  • the start-side microstep drive section is distinguished by the absolute value
  • the stop-side microstep drive section is distinguished by the absolute value
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing current vectors at the time of full-step driving and micro-step driving of the step motor according to Embodiment 2 of the present invention, and shows a case where a two-phase step motor is used.
  • the horizontal axis and the vertical axis indicate the dimensionless current ratio as the ratio of the actual current to the A-phase and B-phase rated currents, respectively.
  • a rectangular wave current having a current phase shifted by 90 ° flows in the A phase and the B phase.
  • the synthesized current vector takes four points D1, D2, D3, and D4, and the phase difference between each point at this time corresponds to the step angle of the step motor 300.
  • the current vectors are M1, M2, M3, M4, M5, Take 8 points M6, M7, M8.
  • a half-step drive current vector that divides the phase of a full-step drive current vector into two is shown as an example.
  • the present invention is not limited to this. Even when step driving is switched to full step driving, similarly, excitation switching is performed in a direction that coincides with the current vectors D1, D2, D3, and D4 during full step driving. It is possible to realize an accurate step movement.
  • the angle threshold ⁇ th may be set to an angle at which the current vectors of the full step drive and the microstep drive match. Further, when driving by switching only the number of divisions by microstep driving without using full step driving, the current vector of microstep driving before switching matches the current vector of microstep driving after switching. Excitation switching may be performed in the direction.
  • step S105 the absolute value
  • step S120 the pulse period tp of the speed command pulse is calculated (step S120).
  • the calculation method is calculated using the same formula as the formula (4) shown in the first embodiment.
  • a speed command pulse is generated, and the generated speed command pulse is counted at either the up edge or the down edge of the pulse (see FIG. 6).
  • the count value is reset to 0 when the angle command is counted to the final value.
  • one pulse of the speed command pulse corresponds to the step angle ⁇ s of the step motor 300.
  • a current amplitude command Amp_micro in which the current amplitudes of the A phase and the B phase are expanded by ⁇ 2 times with respect to Amp_full is generated and output (step S130).
  • the pulse period tpm of the speed command pulse is calculated.
  • the pulse period tpm is calculated by the following equation (5) (step S135).
  • step S135 based on the pulse cycle tpm calculated in step S135, a speed command pulse is generated, and the generated speed command pulse is counted at either the up edge or the down edge of the pulse (see FIG. 6).
  • the count value is reset to 0 when the angle command is counted to the final value.
  • one pulse of the speed command pulse corresponds to 1 / n times the step angle ⁇ s of the step motor 300.
  • the step motor is switched between full step driving and micro step driving unique to the step motor according to the threshold value of the estimated angle, and is switched to micro step driving.
  • the estimated angle ⁇ est of the step motor 300 obtained by counting the speed command pulse generated by the drive calculation unit 30B at either the up edge or the down edge of the pulse is used for the angle feedback to the speed command calculation unit 20, and the speed command pulse is generated.
  • the command calculation unit 20 based on the ambient temperature T of the load obtained by the temperature detection unit 500, the angular velocity command that automatically adjusts the angular velocity change rate and the angular acceleration limit so as to be equal to or less than the design torque of the step motor 300. Therefore, it is possible to realize driving that does not step out the step motor without reducing the torque margin.
  • FIG. 9 is a block configuration diagram showing the step motor control device according to the third embodiment of the present invention together with a motor drive circuit, a step motor, a drive mechanism, a temperature detection unit, and an external interface.
  • a motor drive circuit a step motor
  • a drive mechanism a drive mechanism for adjusting the step motor control device to the third embodiment of the present invention.
  • an external interface 600 is added.
  • the external interface 600 outputs an operation command to the angle command calculation unit 10A, and the angle command calculation unit 10A converts the operation command into an angle command ⁇ com.
  • the external interface 600 may be, for example, a joystick.
  • the step motor control device can be utilized as a man-machine interface, that is, a device that can be operated as desired by the user.
  • FIG. 10 is a block configuration diagram showing a step motor control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, together with a motor drive circuit, a step motor, a drive mechanism, a temperature detection unit, and an external interface.
  • the difference from the above-described second embodiment is that an external interface 600 is added.
  • the external interface 600 outputs an operation command to the angle command calculation unit 10A, and the angle command calculation unit 10A converts the operation command into an angle command ⁇ com.
  • the external interface 600 may be, for example, a joystick.
  • the step motor control device can be utilized as a man-machine interface, that is, a device that can be operated as desired by the user.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

簡素な構成で脱調を防止することができるステップモータ制御装置を得る。角度指令に基づいてステップモータの角度制御を行うステップモータ制御装置であって、ステップモータに対する角度指令を出力する角度指令演算部と、角度指令演算部の出力である角度指令および温度検出部で検出された周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算する速度指令演算部と、速度指令演算部の出力である本角速度指令に基づいて、ステップモータに対する速度指令パルスを生成するとともに、速度指令パルスを加算して推定角度を演算して推定角度を速度指令演算部にフィードバックする駆動演算部と、を備え、速度指令演算部は、推定角度に基づいて本角速度指令を演算して本角速度指令を出力する。

Description

ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法
　この発明は、ステップモータにより駆動される駆動機構に対して適用されるステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法に関するものである。
　従来から、加速駆動時に様々な要因により負荷が増大した場合であっても、ステップモータを脱調させることなく、正しく目標位置に到達させることができるステップモータの駆動制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　具体的には、ステップモータを、制御回路と駆動回路とで加速テーブルに従って加速駆動する工程において、加速テーブルによる指令回転位置に対するステップモータの回転位置の遅れ量を、回転角センサと遅れ量検出回路とで検出する。
　続いて、検出した遅れ量を、比較回路であらかじめ設定した値と比較し、遅れ量が設定値に達した場合には、ステップモータを等速駆動に切り換え、等速駆動によって加速テーブルで定められたステップ量を完了させている。
　特許文献１によれば、回転角センサと遅れ量検出回路とで検出されたステップモータの回転位置の遅れ量が設定値に達した場合に、等速駆動に切り換えることにより、ステップモータに与える１つ１つの駆動パルスの時間を長く保って、ステップモータの出力トルクを保持し、負荷増大による脱調を防止することができるとされている。
　また、負荷の環境温度を検出するための温度センサを利用して、ステップモータの駆動停止時に検出した温度センサの出力が所定温度に達した場合に、ステップモータの駆動電流を所定電流となるように制御するステップモータの駆動制御方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
　特許文献２によれば、環境温度の変化に応じてステップモータの駆動電流を可変することにより、ステップモータの出力トルクが適正となるので、駆動効率が高くなるとともに、放熱板や冷却ファン等のハードウェア的な温度対策を不要にすることができるとされている。
特開平５－１５１９７号公報 特開平２－４６１９５号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　すなわち、特許文献１のステップモータの駆動制御方法では、ステップモータの回転位置を検出するための付加的なセンサを要するとともに、当該センサの検出値をもとに速度テーブルを読み出す必要があるので、ハードウェアおよびソフトウェアの構成が複雑になるという問題がある。
　また、特に速度指令は、検出値の閾値に基づいて、加減速区間と等速区間とがあらかじめ設定されたテーブルで一意に固定されているので、駆動途中に負荷が変動した場合に、ステップモータのトルクマージンを許容する範囲で速度指令を任意に変更することができず、脱調するという問題がある。
　また、特許文献２のステップモータの駆動制御方法では、負荷検出のための温度センサが駆動停止時のみ利用されるので、特許文献１と同様に、駆動途中に負荷が変動した場合に、ステップモータのトルクマージンを許容する範囲で速度指令を任意に変更することができず、脱調するという問題がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で脱調を防止することができるステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法を得ることを目的とする。
　この発明に係るステップモータ制御装置は、角度指令に基づいてステップモータの角度制御を行うステップモータ制御装置であって、ステップモータに対する角度指令を出力する角度指令演算部と、角度指令演算部の出力である角度指令および温度検出部で検出された周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算する速度指令演算部と、速度指令演算部の出力である本角速度指令に基づいて、ステップモータに対する速度指令パルスを生成するとともに、速度指令パルスを加算して推定角度を演算して推定角度を速度指令演算部にフィードバックする駆動演算部と、を備え、速度指令演算部は、推定角度に基づいて本角速度指令を演算して本角速度指令を出力するものである。
　また、この発明に係るステップモータ制御方法は、角度指令に基づいてステップモータの角度制御を行うステップモータ制御装置で実現されるステップモータ制御方法であって、ステップモータに対する角度指令を出力するステップと、角度指令および周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算するステップと、本角速度指令に基づいて、ステップモータに対する速度指令パルスを生成するステップと、速度指令パルスを加算して推定角度を演算するステップと、推定角度を、本角速度指令を演算するステップにフィードバックさせるステップと、を有するものである。
　この発明に係るステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法によれば、速度指令演算部は、角度指令演算部の出力である角度指令および温度検出部で検出された周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算し、駆動演算部は、速度指令演算部の出力である本角速度指令に基づいて、ステップモータに対する速度指令パルスを生成するとともに、速度指令パルスを加算して演算された推定角度を速度指令演算部にフィードバックさせる。
　そのため、簡素な構成で脱調を防止することができるステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法を得ることができる。
（ａ）～（ｄ）は、この発明の実施の形態１に係るステップモータの角速度とトルク特性との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構および温度検出部とともに示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係る速度指令演算部を詳細に示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係る駆動演算部の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構および温度検出部とともに示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態２に係る駆動演算部の全体処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る駆動演算部の励磁切換・電流振幅指令演算処理およびパルス周期演算処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るステップモータのフルステップ駆動時およびマイクロステップ駆動時の電流ベクトルを示す説明図である。 この発明の実施の形態３に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構、温度検出部および外部インターフェースとともに示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態４に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構、温度検出部および外部インターフェースとともに示すブロック構成図である。
　以下、この発明に係るステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
　なお、この発明に係るステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法によれば、負荷検出目的に負荷の周囲温度を検出する温度検出部を利用して、回転負荷の変動に対するステップモータの脱調をなくす本角速度指令を生成し、さらに本角速度指令には、フルステップ駆動とステップモータ特有のマイクロステップ駆動とを併用することで、振動の小さい滑らかな始動および停止、並びに駆動機構の所定角度への高精度な位置決めを実現することができる。
　実施の形態１．
　まず、図１を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るステップモータの角速度とトルク特性との関係について説明する。図１（ａ）は設計時の状態を示し、図１（ｂ）は温度低下時の状態を示し、図１（ｃ）は加速トルク低減時の状態を示し、図１（ｄ）は最大角速度低減時の状態を示している。
　駆動機構をステップモータで駆動する際には、加速トルクと負荷トルクとの和がモータ固有のトルク特性以下となるように設計される。具体的には、図１（ａ）に示すように、モータ固有のトルク特性に対して所定のトルクマージン（＝モータ固有のトルク特性／設計トルク）を設けた設計トルクに対して、加速トルクと負荷トルクとの和が設計トルク以下となるように設計する。
　ところが、駆動機構の摩擦に代表される負荷トルクは、温度変化に対してばらつきが大きい上に、特に低温では、駆動機構に具備された、例えば軸受のグリスの粘性が高くなる。そのため、図１（ｂ）に示すように、負荷トルクが増大した結果、加速トルクと負荷トルクとの和が設計トルクを上回り、トルクマージンが低下する。
　一方、主にモータメーカーより提供されるモータ固有のトルク特性は、常温で計測されたものが一般的であることから、温度変化に応じてモータ固有のトルク特性も当然のことながら変化する。また、モータ毎の個体ばらつきもある。
　したがって、このようなモータ固有のトルク特性のばらつきを吸収できることも踏まえた設計指針で設定された設計トルクに対して、加速トルクと負荷トルクとの和がこれを上回ると、ステップモータは脱調する。
　そこで、この発明の実施の形態１では、加速トルクと負荷トルクとの和を、設計トルク以下に収めることができるステップモータ制御装置を提供する。
　このステップモータ制御装置は、図１（ｃ）に示すように、最大角速度を図１（ｂ）と同一にしたまま、温度低下時に増大する負荷トルクを、加速トルクの低減で吸収する機能を有している。また、このステップモータ制御装置は、図１（ｄ）に示すように、加速トルクと負荷トルクとの和を図１（ｂ）と同一にしたまま、温度低下時に増大する負荷トルクを考慮して、最大角速度を低減する機能を有している。
　図２は、この発明の実施の形態１に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構および温度検出部とともに示すブロック構成図である。図２において、ステップモータ制御装置１Ａは、角度指令演算部１０、速度指令演算部２０および駆動演算部３０Ａを備えている。
　また、角度指令演算部１０、速度指令演算部２０および駆動演算部３０Ａは、例えばそれぞれ図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とプログラムを格納した記憶部とを有するマイクロプロセッサで構成されている。
　また、ステップモータ制御装置１Ａは、モータ駆動回路２００に接続され、モータ駆動回路２００は、ステップモータ３００に接続され、ステップモータ３００は、駆動機構４００に接続されている。また、ステップモータ制御装置１Ａは、温度検出部５００にも接続されている。
　角度指令演算部１０は、駆動機構４００を任意の所定の角度に位置決めするために駆動するステップモータ３００の角度指令を出力する。
　速度指令演算部２０は、角度指令演算部１０の出力である角度指令、駆動演算部３０Ａの出力である推定角度、および温度検出部５００の出力である負荷の周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算する。
　駆動演算部３０Ａは、速度指令演算部２０の出力である本角速度指令に基づいて、ステップモータ３００の速度指令パルス、回転方向指令、励磁切換指令および電流振幅指令をモータ駆動回路２００に出力する。さらに、駆動演算部３０Ａは、推定角度を速度指令演算部２０に出力する。
　モータ駆動回路２００は、ステップモータ３００に電力供給して駆動するための汎用のドライバＩＣが実装された電気回路であって、モータ駆動回路２００の出力であるモータ電流をステップモータ３００の各相の巻線に流すことでステップモータ３００を駆動し、ステップモータ３００の回転軸に取り付けられた駆動機構４００を、所定角度に位置決め制御する。
　ここで、駆動機構４００は、図示しないが、ステップモータ３００のトルクを伝達する歯車やベルト等の減速機を含むものである。また、温度検出部５００は、サーミスタ等の素子であって、負荷の周囲温度を検出してステップモータ制御装置１Ａに出力する。
　続いて、ステップモータ制御装置１Ａの動作について説明する。まず、図３を参照しながら、速度指令演算部２０の構成および機能について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る速度指令演算部を詳細に示すブロック構成図である。
　図３において、速度指令演算部２０は、第１制御器２１、飽和器２２および第２制御器２３を有し、角度指令演算部１０の出力である角度指令θｃｏｍ、駆動演算部３０Ａの出力である推定角度θｅｓｔ、および温度検出部５００の出力である負荷の周囲温度Ｔに基づいて、ステップモータ３００の本角速度指令ωｃｏｍを出力する。角度指令θｃｏｍは、例えばあらかじめ時間の関数として与えられる任意の指令であってもよいし、時間と角度とのテーブルとして与えられる任意の指令であってもよい。
　第１制御器２１は、角度指令θｃｏｍと推定角度θｅｓｔとの角度偏差θｃｏｍ－θｅｓｔと、負荷の周囲温度Ｔとに基づいて、次式（１）により、中間角速度指令ωｃｏｍ＿ｐｒｅを演算する。式（１）において、比例ゲインＫｐ（Ｔ）は、Ｋｐが温度Ｔの関数であることを意味している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　このようにすることで、角度指令演算部１０から出力された角度指令θｃｏｍがステップ状、ランプ状等のいかなる角度指令に対しても、角度指令θｃｏｍに対する推定角度θｅｓｔの角度フィードバックおよび第１制御器２１の作用により、中間角速度指令ωｃｏｍ＿ｐｒｅの傾き、すなわち角速度の変化率を調整することができる。
　このとき、比例ゲインＫｐ（Ｔ）は、負荷の周囲温度Ｔに応じて自動的に調整されるが、例えば、比例ゲインＫｐ（Ｔ）を、負荷の周囲温度Ｔの単調増加関数とする。一般に、低温で増加する駆動機構４００の負荷トルクに対しては、加速トルクを小さくするように比例ゲインＫｐ（Ｔ）を小さく設定し、中間角速度指令ωｃｏｍ＿ｐｒｅの変化率を小さくする。このようにすることで、加速時間が長くなり、加速トルクを小さくすることができる。
　飽和器２２は、第１制御器２１の出力である中間角速度指令ωｃｏｍ＿ｐｒｅと第２制御器２３の出力である本角速度指令ωｃｏｍとの角速度偏差と、負荷の周囲温度Ｔとに基づいて、次式（２）により、角加速度の上下限制限値ωｄｏｔ＿ｓａｔを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ωｄｏｔ＿ｍａｘおよびωｄｏｔ＿ｍｉｎは、温度Ｔの関数として設定される。また、式（２）の出力は、角速度の差分なので、角加速度指令と等価であることに留意する。
　第２制御器２３は、飽和器２２の出力である角加速度の上下限制限値ωｄｏｔ＿ｓａｔに基づいて、次式（３）により、本角速度指令ωｃｏｍを演算する。式（３）において、Ｋｉは積分ゲインを表し、ｓはラプラス演算子を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このようにすることで、飽和器２２による角加速度指令の制限を、負荷の周囲温度Ｔに応じて可変とし、低温においては、最大角速度の設定をモータ固有のトルク特性が大きい範囲内での駆動に制限することができる。
　次に、図４を参照しながら、駆動演算部３０Ａの処理について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る駆動演算部の処理を示すフローチャートである。駆動演算部３０Ａは、本角速度指令ωｃｏｍに基づいて、速度指令パルス、回転方向指令、励磁切換指令、電流振幅指令および速度指令パルスをカウントすることで得られる速度指令パルスカウント値、すなわち推定角度を出力する。
　まず、本角速度指令ωｃｏｍの正負を判定する（ステップＳ１）。
　ステップＳ１において、本角速度指令ωｃｏｍが０であると判定された場合には、速度指令パルスを停止して（ステップＳ２）、後述するステップＳ６に移行する。
　一方、ステップＳ１において、本角速度指令ωｃｏｍが正であると判定された場合には、回転方向指令を正転（Ｄｉｒ＝１）に設定する（ステップＳ３）。
　また、ステップＳ１において、本角速度指令ωｃｏｍが負であると判定された場合には、回転方向指令を反転（Ｄｉｒ＝０）に設定する（ステップＳ４）。
　続いて、次式（４）により、速度指令パルスのパルス周期ｔｐを演算する（ステップＳ５）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、ステップＳ５で演算されたパルス周期ｔｐに基づいて、速度指令パルスを生成する（ステップＳ６）。
　続いて、ステップＳ６で生成された速度指令パルスを、パルスのアップエッジまたはダウンエッジの何れかでカウントする（ステップＳ７）。
　このとき、角度指令の最終値までカウントした時点で、カウント値を０にリセットする。なお、この速度指令パルスの１パルス分は、ステップモータ３００のステップ角θｓに相当することから、速度指令パルスカウント値は、ステップモータ３００の推定角度θｅｓｔである。また、推定角度としているのは、ステップＳ７で演算されるカウント値は、ステップモータ３００の回転角度を直接検知した値ではないことによる。
　一方、電流振幅指令生成処理では、本角速度指令ωｃｏｍによらず一定の電流振幅を与える電流振幅指令を生成する（ステップＳ８）。
　また、励磁切換指令生成処理では、本角速度指令ωｃｏｍによらずフルステップ駆動の励磁切換指令を生成する（ステップＳ９）。
　ここで、ステップＳ７で得られた推定角度θｅｓｔを速度指令演算部２０にフィードバックすることにより、ステップモータ３００を角度指令ベースで制御することができる。
　以上のように、実施の形態１によれば、駆動演算部３０Ａで生成された速度指令パルスを、パルスのアップエッジまたはダウンエッジの何れかでカウントしたステップモータ３００の推定角度θｅｓｔを速度指令演算部２０への角度フィードバックへ利用し、速度指令演算部２０では、温度検出部５００にて得られた負荷の周囲温度Ｔに基づいて、ステップモータ３００の設計トルク以下となるように角速度変化率および角加速度の制限を自動調整した本角速度指令を生成できるので、トルクマージンを低下させることなく、ステップモータを脱調させない駆動を実現することができる。
　すなわち、実施の形態１によれば、速度指令演算部は、角度指令演算部の出力である角度指令、フィードバックされた推定角度、および温度検出部で検出された周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算し、駆動演算部は、速度指令演算部の出力である本角速度指令に基づいて、ステップモータに対する速度指令パルスを生成するとともに、速度指令パルスを加算して演算された推定角度を速度指令演算部および駆動演算部のうち、少なくとも速度指令演算部にフィードバックさせる。
　そのため、簡素な構成で脱調を防止することができるステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法を得ることができる。
　また、ステップモータの推定角度をフィードバック制御に利用し、任意の角度指令に対して生成される本角速度指令の角速度変化率および角加速度の制限を、別途検出した駆動時の負荷の周囲温度に応じて自動調整する。そのため、駆動機構のモータ軸換算イナーシャ、モータ軸角速度および加速時間で算出される加速トルクと、駆動機構特有の摩擦に代表される負荷トルクとの和が、モータ固有のトルク特性に一定のマージンを持たせた設計トルクの範囲内になるように本角速度指令を生成するため、脱調しない駆動を実現することができる。
　さらに、ステップモータの推定角度をフィードバック制御に利用することで、モータ軸回転角や駆動機構の出力軸回転角を検出するための回転角センサ等、付加的なセンサを不要とすることができ、あらかじめ速度テーブルを用意する必要もないので、ハードウェアおよびソフトウェア構成ともに簡素化することができる。
　また、第１制御器におけるパラメータおよび飽和器におけるパラメータを、周囲温度に基づいて可変とすることにより、負荷の周囲温度を利用して、中間角速度指令の角速度変化率および角加速度指令の制限を自動調整することができる。そのため、特に低温で増大する負荷トルクに対して、加速時間を延ばすことによる加速トルク低減、または最大角速度の制限によるトルク範囲の拡大を図ることができ、脱調しない駆動を実現することができる。
　実施の形態２．
　図５は、この発明の実施の形態２に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構および温度検出部とともに示すブロック構成図である。図５において、上述した実施の形態１との違いは、ステップモータ制御装置１Ｂ内の駆動演算部３０Ｂの演算内容が異なることである。
　また、上記実施の形態１では、ステップモータ３００を角度指令の全区間でフルステップ駆動させることを前提としていたが、この実施の形態２では、推定角度の閾値に応じてフルステップ駆動とマイクロステップ駆動とを切り換えることを特徴とする。
　続いて、図６、７を参照しながら、駆動演算部３０Ｂの処理について説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る駆動演算部の全体処理を示すフローチャートであり、図７は、この発明の実施の形態２に係る駆動演算部の励磁切換・電流振幅指令演算処理およびパルス周期演算処理を示すフローチャートである。
　駆動演算部３０Ｂは、本角速度指令ωｃｏｍに基づいて、速度指令パルス、回転方向指令、励磁切換指令、電流振幅指令および速度指令パルスをカウントすることで得られる速度指令パルスカウント値、すなわち推定角度を出力する。なお、図６において、角速度正負判定、速度パルス停止、正転指令生成、反転指令生成、速度パルス生成および速度パルスカウント処理は、上述した実施の形態１と同一なので説明を省略する。
　図６のステップＳ１００において、速度指令パルスのカウント値である推定角度θｅｓｔに基づいて、ステップモータ３００の励磁切換指令および電流振幅指令を生成する。以下、その生成方法について説明する。
　まず、ステップモータ３００では、ステップモータ３００の各相の巻線へ流す電流を正弦波に近づけていくことで、ステップモータ固有のステップ角を電気的に高分解能化するマイクロステップ駆動と呼ばれる制御方式が知られている。
　一方、例えば駆動機構４００にカメラが搭載された機器においては、あらかじめ指定された撮影ポイントに向けてカメラを旋回させるプリセット動作と呼ばれる動作モードが設けられており、撮影ポイントへ高精度に位置決めすることが求められる。
　しかしながら、マイクロステップ駆動では、矩形波電流を流して駆動するフルステップ駆動と比較して、トルクが１／√２倍に低下する。そのため、位置決め用途として停止位置の近傍でマイクロステップ駆動を適用する際には、フルステップ駆動相当の電流を流し、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動とを切り換えて駆動する場合のトルク変動を抑制する必要がある。
　そこで、図７に示した励磁切換・電流振幅指令演算処理およびパルス周期演算処理により、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動との励磁切換指令および電流振幅指令を生成する。すなわち、推定角度による閾値判定を行い、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動とを分岐させる（ステップＳ１０５）。
　このとき、ステップＳ１０５におけるフルステップ駆動とマイクロステップ駆動との分岐条件には、速度指令パルスのカウント値である推定角度θｅｓｔ、角度指令の最終値θｅｎｄ、あらかじめ設定された角度閾値θｔｈ１および角度閾値θｔｈ２を用いる。なお、始動側のマイクロステップ駆動区間をθｔｈ１の絶対値｜θｔｈ１｜で区別し、停止側のマイクロステップ駆動区間を角度指令の最終値θｅｎｄとθｔｈ２との差分の絶対値｜θｅｎｄ－θｔｈ２｜で区別する。
　ここで、図８を参照しながら、角度閾値の設定について説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係るステップモータのフルステップ駆動時およびマイクロステップ駆動時の電流ベクトルを示す説明図であり、２相のステップモータを使用する場合について示している。図８において、横軸および縦軸は、それぞれＡ相およびＢ相の定格電流に対する実電流の比として無次元化した電流比を示している。
　フルステップ駆動の場合、図８の実線矢印で示すように、Ａ相およびＢ相には、それぞれ電流位相が９０°ずれた矩形波電流を流すため、Ａ相電流ベクトルとＢ相電流ベクトルとで合成された電流ベクトルは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の４ポイントを取り、このときの各ポイント間の位相差がステップモータ３００のステップ角に相当する。
　一方、マイクロステップの一例であるハーフステップ駆動の場合、図８の破線矢印で示すように、電流ベクトルは、フルステップ駆動の電流ベクトルの位相を２分割したＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８の８ポイントを取る。
　このように、ステップモータをフルステップ駆動とマイクロステップ駆動とで切り換える場合、双方の電流ベクトルが一致する方向で励磁切換を行う必要があることが分かる。つまり、上述したフルステップ駆動時とマイクロステップ駆動時との電流ベクトルがともに一致した方向、すなわち図８内のＭ２、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ８で切り換えを行えば、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動とを途中で切り換えても、ステップモータ回転軸の正確な歩進動作を実現することができる。
　なお、図８では、フルステップ駆動の電流ベクトルの位相を２分割するハーフステップ駆動の電流ベクトルを一例として示したが、これに限定されず、ｎ（ｎは２以上の偶数）分割以上のマイクロステップ駆動をフルステップ駆動と切り換えて駆動する場合であっても、同様にフルステップ駆動時の電流ベクトルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と一致する方向で励磁切換を実施することにより、ステップモータ回転軸の正確な歩進動作を実現することができる。
　すなわち、角度閾値θｔｈは、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動との電流ベクトルが一致する角度を設定すればよい。さらに、フルステップ駆動を用いることなく、マイクロステップ駆動で、分割数のみを切り換えて駆動する場合には、切換前のマイクロステップ駆動の電流ベクトルが、切換後のマイクロステップ駆動の電流ベクトルと一致する方向で励磁切換を実施すればよい。
　図７に戻って、ステップＳ１０５において、推定角度の絶対値｜θｅｓｔ｜が始動側の角度閾値の絶対値｜θｔｈ１｜よりも大きく、停止側の角度閾値の絶対値｜θｅｎｄ－θｔｈ２｜未満の場合、フルステップ励磁切換を行い、フルステップ励磁切換指令を生成して出力する（ステップＳ１１０）。
　また、Ａ相およびＢ相の電流振幅を、後述するＳＴ１３０における設定値Ａｍｐ＿ｍｉｃｒｏに対して１／√２倍に縮小した電流振幅指令Ａｍｐ＿ｆｕｌｌを生成して出力する（ステップＳ１１５）。すなわち、Ａｍｐ＿ｆｕｌｌ＝Ａｍｐ＿ｍｉｃｒｏ／√２である。
　続いて、速度指令パルスのパルス周期ｔｐを演算する（ステップＳ１２０）。このとき、演算方法は、上記実施の形態１で示した式（４）と同一の式を用いて演算する。
　次に、ステップＳ１２０で演算されたパルス周期ｔｐに基づいて、速度指令パルスを生成し、生成された速度指令パルスを、パルスのアップエッジまたはダウンエッジの何れかでカウントする（図６参照）。
　このとき、角度指令の最終値までカウントした時点で、カウント値を０にリセットする。なお、この速度指令パルスの１パルス分は、ステップモータ３００のステップ角θｓに相当する。
　一方、ＳＴ１０５において、推定角度の絶対値｜θｅｓｔ｜が始動側の角度閾値の絶対値｜θｔｈ１｜以下であるか、または停止側の角度閾値の絶対値｜θｅｎｄ－θｔｈ２｜以上の場合、マイクロステップ励磁切換を行い、マイクロステップ励磁切換指令を生成して出力する（ステップＳ１２５）。
　また、Ａ相およびＢ相の電流振幅を、Ａｍｐ＿ｆｕｌｌに対して√２倍に拡大した電流振幅指令Ａｍｐ＿ｍｉｃｒｏを生成して出力する（ステップＳ１３０）。
　続いて、速度指令パルスのパルス周期ｔｐｍを演算するが、フルステップ駆動時と等価な速度を実現するために、次式（５）によりパルス周期ｔｐｍを演算する（ステップＳ１３５）。式（５）において、ｎ（ｎは２以上の偶数）は、マイクロステップ駆動の分割数であって、例えばｎ＝２の場合は、ハーフステップ駆動に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に、ステップＳ１３５で演算されたパルス周期ｔｐｍに基づいて、速度指令パルスを生成し、生成された速度指令パルスを、パルスのアップエッジまたはダウンエッジの何れかでカウントする（図６参照）。
　このとき、角度指令の最終値までカウントした時点で、カウント値を０にリセットする。なお、この速度指令パルスの１パルス分は、ステップモータ３００のステップ角θｓの１／ｎ倍に相当する。
　以上のように、実施の形態２によれば、推定角度の閾値に応じてステップモータをフルステップ駆動とステップモータ特有のマイクロステップ駆動とで切り換えて駆動するとともに、マイクロステップ駆動に切り換えた場合のモータトルクの低下を抑制することで、振動の小さい滑らかな始動および停止、並びに駆動機構の所定角度への高精度な位置決めを実現することができる。
　さらに、駆動演算部３０Ｂで生成された速度指令パルスを、パルスのアップエッジまたはダウンエッジの何れかでカウントしたステップモータ３００の推定角度θｅｓｔを速度指令演算部２０への角度フィードバックへ利用し、速度指令演算部２０では、温度検出部５００にて得られた負荷の周囲温度Ｔに基づいて、ステップモータ３００の設計トルク以下となるように角速度変化率および角加速度の制限を自動調整した本角速度指令を生成できるので、トルクマージンを低下させることなく、ステップモータを脱調させない駆動を実現することができる。
　実施の形態３．
　図９は、この発明の実施の形態３に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構、温度検出部および外部インターフェースとともに示すブロック構成図である。図９において、上述した実施の形態１との違いは、外部インターフェース６００が追加された点である。
　外部インターフェース６００は、角度指令演算部１０Ａへ操作指令を出力し、角度指令演算部１０Ａで操作指令が角度指令θｃｏｍに変換される。外部インターフェース６００は、例えばジョイスティック等であってもよい。このようにすることで、実施の形態１の効果に加えて、ステップモータ制御装置を、マンマシンインターフェース、すなわちユーザーが思いのままに操作できる装置としても活用することができる。
　実施の形態４．
　図１０は、この発明の実施の形態４に係るステップモータ制御装置を、モータ駆動回路、ステップモータ、駆動機構、温度検出部および外部インターフェースとともに示すブロック構成図である。図１０において、上述した実施の形態２との違いは、外部インターフェース６００が追加された点である。
　外部インターフェース６００は、角度指令演算部１０Ａへ操作指令を出力し、角度指令演算部１０Ａで操作指令が角度指令θｃｏｍに変換される。外部インターフェース６００は、例えばジョイスティック等であってもよい。このようにすることで、実施の形態２の効果に加えて、ステップモータ制御装置を、マンマシンインターフェース、すなわちユーザーが思いのままに操作できる装置としても活用することができる。
　１Ａ、１Ｂ　ステップモータ制御装置、１０、１０Ａ　角度指令演算部、２０　速度指令演算部、２１　第１制御器、２２　飽和器、２３　第２制御器、３０Ａ、３０Ｂ　駆動演算部、２００　モータ駆動回路、３００　ステップモータ、４００　駆動機構、５００　温度検出部、６００　外部インターフェース（マンマシンインターフェース）。

Claims (8)

  1. 　角度指令に基づいてステップモータの角度制御を行うステップモータ制御装置であって、
    　前記ステップモータに対する前記角度指令を出力する角度指令演算部と、
    　前記角度指令演算部の出力である前記角度指令および温度検出部で検出された周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算する速度指令演算部と、
    　前記速度指令演算部の出力である前記本角速度指令に基づいて、前記ステップモータに対する速度指令パルスを生成するとともに、前記速度指令パルスを加算して推定角度を演算して前記推定角度を前記速度指令演算部にフィードバックする駆動演算部と、を備え、
    　前記速度指令演算部は、前記推定角度に基づいて前記本角速度指令を演算して前記本角速度指令を出力する
    　ステップモータ制御装置。
  2. 　前記駆動演算部は、演算した前記推定角度および前記本角速度指令に基づいて、前記速度指令パルスを生成する
    　請求項１に記載のステップモータ制御装置。
  3. 　前記速度指令演算部は、前記角度指令演算部の出力である前記角度指令から、前記駆動演算部の出力である前記推定角度を減算することで得られる角度偏差と、前記周囲温度とに基づいて、中間角速度指令を出力する第１制御器と、
    　前記中間角速度指令から前記本角速度指令を減算した速度偏差に基づいて、角加速度の上下限制限値を演算する飽和器と、
    　前記角加速度の上下限制限値に基づいて、前記本角速度指令を演算する第２制御器と、
    　を有する請求項１または請求項２に記載のステップモータ制御装置。
  4. 　前記第１制御器を構成するパラメータおよび前記飽和器のパラメータを、前記周囲温度に基づいて可変とする
    　請求項３に記載のステップモータ制御装置。
  5. 　前記駆動演算部は、前記本角速度指令および前記推定角度に基づいて、前記ステップモータのフルステップ駆動とマイクロステップ駆動との励磁を切り換える
    　請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のステップモータ制御装置。
  6. 　前記角度指令演算部は、外部インターフェースからの操作指令を前記角度指令に変換する
    　請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のステップモータ制御装置。
  7. 　角度指令に基づいてステップモータの角度制御を行うステップモータ制御装置で実現されるステップモータ制御方法であって、
    　前記ステップモータに対する前記角度指令を出力するステップと、
    　前記角度指令および周囲温度に基づいて、本角速度指令を演算するステップと、
    　前記本角速度指令に基づいて、前記ステップモータに対する速度指令パルスを生成するステップと、
    　前記速度指令パルスを加算して推定角度を演算するステップと、
    　前記推定角度を、前記本角速度指令を演算するステップにフィードバックさせるステップと、を有する
    　ステップモータ制御方法。
  8. 　前記速度指令パルスを生成するステップにおいて、演算した前記推定角度および前記本角速度指令に基づいて、前記速度指令パルスを生成する
    　請求項７に記載のステップモータ制御方法。
PCT/JP2015/085631 2015-04-21 2015-12-21 ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法 WO2016170712A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017513950A JP6324619B2 (ja) 2015-04-21 2015-12-21 ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-086558 2015-04-21
JP2015086558 2015-04-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016170712A1 true WO2016170712A1 (ja) 2016-10-27

Family

ID=57142931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/085631 WO2016170712A1 (ja) 2015-04-21 2015-12-21 ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6324619B2 (ja)
WO (1) WO2016170712A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113485465A (zh) * 2021-06-01 2021-10-08 浙江大华技术股份有限公司 一种摄像机云台控制方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03150098A (ja) * 1989-11-04 1991-06-26 Nippondenso Co Ltd ステッピングモータの駆動装置
JPH07163182A (ja) * 1993-11-30 1995-06-23 Pfu Ltd モータ制御方法およびモータ制御装置
WO2012046693A1 (ja) * 2010-10-05 2012-04-12 三菱電機株式会社 ステッピングモータのマイクロステップ駆動制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03150098A (ja) * 1989-11-04 1991-06-26 Nippondenso Co Ltd ステッピングモータの駆動装置
JPH07163182A (ja) * 1993-11-30 1995-06-23 Pfu Ltd モータ制御方法およびモータ制御装置
WO2012046693A1 (ja) * 2010-10-05 2012-04-12 三菱電機株式会社 ステッピングモータのマイクロステップ駆動制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113485465A (zh) * 2021-06-01 2021-10-08 浙江大华技术股份有限公司 一种摄像机云台控制方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016170712A1 (ja) 2017-07-06
JP6324619B2 (ja) 2018-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109462352B (zh) 电机控制方法、装置和计算机可读存储介质
KR102176579B1 (ko) 영구자석 동기 전동기의 토크를 제어하는 방법 및 제어 장치.
US20080303476A1 (en) Electric motor control device
US9740197B2 (en) Motor control apparatus generating command limited by motor torque
JP4979646B2 (ja) ステッピングモータ駆動制御装置
EP2869461A1 (en) Motor controller
JP5770701B2 (ja) ステッピングモータの駆動制御装置
JP2015023695A (ja) モータ制御装置、レンズ装置、カメラシステム、モータ制御方法、プログラム、および、記憶媒体
JP2013132200A (ja) モータ制御装置
JP6324619B2 (ja) ステップモータ制御装置およびステップモータ制御方法
CN104734594A (zh) 用于控制和调节电磁机械的方法
JP5850646B2 (ja) 制御装置、アクチュエータシステム、及び制御方法
JP6681653B2 (ja) 同期電動機の制御装置
JP4959779B2 (ja) ステッピングモータ駆動装置及び駆動方法
JP5025395B2 (ja) 位置検出器の初期位置調整方法及びこの方法を用いた電動機駆動装置
WO2013099900A1 (ja) アクチュエータ制御装置
JP6265043B2 (ja) 同期電動機のセンサレス駆動装置
Patil Modelling and simulation of dc drive using PI and PID controller
JP2013121280A (ja) モータ制御装置
JP2007330079A (ja) 加速度指令付き速度制御装置および電動機の速度制御方法
EP3678290B1 (en) Motor driving device
JP2012205362A (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP6963172B2 (ja) 同期電動機の制御装置及び制御方法
JP6316905B1 (ja) サーボモータ制御装置
JP5264544B2 (ja) 永久磁石モータの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15889951

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017513950

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15889951

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1