JPH01148100A - 位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、位置制御装置に係わり、特に高速でかつ高精
度の位置決めが可能な位置制御装置に関する。

従来の技術 近年、情報機器の性能の向上はめざましく、それに伴い
磁気ディスク装置やプリンタなどの駆動源としては、よ
り高速でより高精度の位置制御装置が要求されている。

従来、上述したこれらの機器の駆動源としては、ステッ
プモータが広く使用されており、これを開ループ制御す
る方式が一般的であった。

開ループ制御方式は、制御回路が簡単であるという利点
がある反面、常にステップモータの脱調の危険性を伴う
ため、高速化が困難である。また位置決め停止の際に、
停止点を中心に振動的になり整定に時間がかかる。さら
に、位置決め精度にも限界がある等、高速で高精度の位
置制御位置を実現する上で、数々の困難な問題があるの
は周知のとおりである。

発明が解決しようとする問題点 上記のように、駆動源としてステップモータを使用した
位置制御装置は高速化が困難で、かつ位置決めの整定時
間が長いという欠点を持っていた。

特に位置決め精度を上げることはステップモータの構造
上困難であった。また、従来のステップモータを用いた
位置制御装置は、ある基準位置におけるステップモータ
の各相の電流指令の電気的な位相とステップモータの機
械的な位相との対応を付けるために、ステップモータの
機械的な位相を微妙に調整する工程が必要であった。こ
のため位置制御装置の量産性が、著しく低下するという
問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、従来のス
テップモータでは実現できなかった高速・高精度の位置
決めが可能で量産性の高い位置制御装置を提供するもの
である。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の位置制御装置は、
ステップモータと、その動作に応じて互いに位相の異な
る複数相の信号を出力するエンコーダと、前記複数相の
信号を処理し前記ステップモータの動作位置に応じた現
在位置データを出力する電子的なスケール手段と、初期
化動作モード時にその出力値が時間比例的に変化し、前
記ステップモータを所定の基準位置に到達するまで一定
の方向へ動作させると共に、到達時の出力値を固定し前
記ステップモータを停止させる第１の位置指令発生手段
と、前記基準位置における前記第１の位置指令発生手段
の値を記憶するオフセント位相記憶手段と、閉ループ位
置制御モード時に前記ステップモータの位置決め位置を
指令する第２の位置指令発生手段と、前記第２の位置指
令発生手段の出力する位置指令データと前記現在位置デ
ータとの偏差に応じた偏差データを出力する比較手段と
、前記偏差データより前記ステップモータに対する操作
量としての操作電気角度データを演算する操作電気角度
演算手段と、前記位置制御モード時には前記操作電気角
度データと現在位置データとオフセット位相記憶手段の
出力との３つのデータを入力とし、前記初期化動作モー
ド時には前記第１の位置指令発生手段の出力する位置指
令データを入力とし、前記ステップモータに対する、一
定の関数に従った複数相の電流指令を出力とする関数発
生手段と、前記複数相の電流指令に応じて前記ステップ
モータに駆動電流を供給する駆動手段という構成を備え
たものである。

作用 本発明は、基準位置におけるステップモータの励磁状態
をオフセント位相記憶手段に記憶し、これを用いてステ
ップモータの機械的な位相と、ステップモータに対する
複数相の電流指令の電気的位相との対応関係を付ける方
式を採用している。

この方式は、従来の位置制御装置がステップモータの機
械的位相を調整するのに対して、複数相の電流指令の位
相を電気的に調整するものであり、複数相の電流指令は
オフセット位相記憶手段の出力に対応した量だけ電気的
にシフトする。従って、ステップモータの機械的な位相
を調整する微妙な調整工程が不用になり、位置制御装置
の量産性は向上する。さらに、機械的位相と電流指令の
位相の対応関係が付いているので、その情報を用いて常
に最も望ましい範囲のトルク角でステップモータを効率
よく駆動させることができる。また常にエンコーダ及び
電子的なスケール手段を用いてステップモータの現在位
置を検出し、それを制御系にフィードバックして閉ルー
プ制御系を構成するため、過渡的状態でも脱調を引き起
こす心配がな（、従来の開ループ制御でステップモータ
を使用する場合と比べて、ステップモータの性能を十分
に引き出すことができるので上述の作用とあわせて装置
の高速化を図ることができると共に信顛性を向上させる
ことができる。また、操作電気角度演算手段を用いて微
分補償を行うことにより、ステップモータに対して電気
的なダンピングを与えることができるので、ステップモ
ータを指令位置に振動を押さえた状態で、素早く整定さ
せることができる。

従って本発明は、従来の問題点を解決し、高速で、高精
度、かつ高信頼性で量産性も高い位置制御装置を提供で
きるものである。

実施例 以下に、図面を用いて本発明の位置制御装置の一実施例
を説明する。尚、以下の説明において、信号とその信号
が表わす値は同一の記号で記述する。

第１図は本発明の位置制御装置の第１の実施例の全体構
成を示すブロック図である。

第１図において、２は回転型ステップモータであり、本
実施例では２相モータを用いている。ｌはインクリメン
タリ型のエンコーダで、ステップモータ２の回転軸に取
り付けられ、その回転に応じて互いに９０°位相の異な
る２相の正弦波状の位置信号ａとｂ及び基準位置を示す
基準位置信号２を出力する。３は電子的なスケール手段
であって、正弦波状の位置信号ａとｂとを入力として、
基準位置から回転の変位量にリニアに比例する現在位置
データＣを生成する。５は比較手段であって、第２の位
置指令発生手段９より与えられる位置指令データＳと現
在位置データＣとの差分を計算し偏差データｅ　（＝ｓ
−ｃ）を出力する。６は操作電気角度演算手段であって
、偏差データｅに対して、積分及び微分補償演算等を施
し、操作電気角度データｆを生成する。積分補償演算は
、低域高ゲイン特性を有する１次のディジタルフィルタ
手段により実現され、微分補償演算は、・１次の高域高
ゲイン特性を有するディジタルフィルタ手段等により実
現される。尚、積分補償はステップモータ２の現在位置
と位置指令データＳとの間で生じる定常的な偏差を、極
力減少させるように作用し、微分補償はステップモータ
２に対して電気的なダンピングを付与し、それにより本
発明の位置制御系を安定化するように作用する。ｌＯは
第１の位置指令発生手段であって、初期化動作モード時
に、ステップモータ２を基準位置信号２が示す基準位置
に到達するまで動作させる為の位置指令を出力する。４
はオフセット位相記憶手段であって、ステップモータ２
が前記基準位置に到達した時の第１の位置指令発生手段
の出力値Ｘをオフセント位相データｄとして取り込み記
憶する。７は関数発生手段であって、位置制御モード時
には、前述の現在位置データＣ１操作電気角度データｆ
及びオフセット位相データｄを入力とし、また初期化動
作モード時には、第１の位置指令発生手段の出力する位
置指令を入力として、ステップモータ２のＡ相、Ｂ相の
各々に与えるべき一定の関数に従ったマイクロステップ
電流指令ｓｃ、ｓｓを算出する。関数発生手段７より出
力される２相のマイクロステップ電流指令ｓｃ、ｓｓは
、駆動手段８により増幅され、ステップモータ２に供給
される。

以上の構成により、ステップモータ２は所望の位置で位
置決めされる。

第２図から第５図は、前記第１図に示す本発明の実施例
の各個別要素の具体的な構成について説明するための図
面であり、以下これらを用いて詳細に説明してゆく。

第２図は、関数発生手段７の一実施例を示すブロック図
である。２４及び２５は一定の関数（本実施例では互い
に９０”位相の異なる正弦波）に従ったステップモータ
２の基本の１ピツチ分Ｐに相当するマイクロステップ電
流指令データを有するメモリ手段であり、このメモリ手
段２４．２５に対するアドレスｒを算出するのが、第１
の加算手段２１、第２の加算手段２２、リミッタ２３で
ある。第１の加算手段２１は、現在位置データＣと操作
電気角度デー・りｆとの加算を行い、第２の加算手段２
２は、第１の加算手段２１の出力とオフセット位相デー
タｄとの加算を行う。オフセット位相データｄは、メモ
リ手段２４及び２５に対するアドレスｒに一定のオフセ
ットを与える為に用いられる。すなわち、マイクロステ
ップ電流指令ｓｃ、ｓｓの電気的位相は、ｄに対応する
量だけシフトされる。これによって、ステップモータ２
の機械的な位相と、マイクロステップ電流指令の電気的
位相との対応関係を付けることができるので、常に最も
望ましい範囲のトルク角でステップモータ２を効率よく
駆動させることができる。その結果、高速化が可能で、
また過渡的な状態においても従来のように脱調を引き起
こす事はない。

リミッタ２３は、ステップモータ２の可動範囲が基準位
置から基本の１ピツチＰ以内であれば第２の加算手段２
２の出力をそのままメモリ手段２４．２５のアドレスｒ
とする事もできるので必ずしも必要ではないが、可動範
囲が基本の１ピツチＰを越える場合は、第２の換算手段
２２の出力の内、１ピツチを越える分の上位のビットを
切り捨てる為に必要である。

第３図は、第１図の位置制御装置における電子的なスケ
ール手段３の第１の実施例を示すブロック図である。エ
ンコーダからの２相の正弦波状位置信号ａ、ｂは、波形
整形回路３０ａ、３０ｂにより各々矩形波ｇ、ｈに変換
され、パルス分離回路３１に入力される。矩形波ｇ、ｈ
は、パルス分離回路３１によりステップモータ２の回転
方向に応じて、アップ・カウント・パルス、ダウン・カ
ウント・パルスに分離される。これを可逆カウンタ３２
により計算することにより、ステップモータの回転の変
位量に比例する現在位置信号Ｃを得ることができる。但
し、可逆カウンタ３２は、電源投入後の初期状態におい
て、その値が不定であるので、初期化動作のモードにお
いて、初期リセット入力端子３３に入力される基準位置
信号２により、基準位置で零にクリアされる。

以上のように構成された電子的なスケール手段３の場合
は、エンコーダ２の分解能がそのまま位置の分解能に対
応するため、高精度の位置制御を行うためには、エンコ
ーダ２に分解能の高いものを使用する必要がある。

第４図は、電子的なスケール手段３の第２の実施例を示
すブロック図である。図中４１ａ、４１ｂはエンコーダ
ｌの出力する２相正弦波状の位置信号ａとｂをそれぞれ
増幅する位置信号増幅器である。

４２ａ、４２ｂは変調回路で、位置信号増幅器４１ａ。

４１ｂの２相正弦波出力でもって高い周波数のキャリア
信号４５ａ、４６ｂをそれぞれ変調する一種の乗算器で
ある。４０はキャリア信号発生器であって、基準発振器
４７の基準クロック信号を分周してキャリア信号４６ａ
、４６ｂを作成している。この２つのキャリア信号４６
ａ、４６ｂは互いに９０°ずつ位相がずれていて、キャ
リア信号発生器４０より変調回路４２ａ、４２ｂに入力
されている。４３は加算回路で、上記２つの変調回路４
２ａ、４２ｂの変調出力を加え合わせる。４４はローパ
スフィルタであり、加算回路で加え合わされた変調出力
の高調波成分を除去し、基本波成分のみを取り出す。４
５は波形整形回路で上記基本波を矩形波に変換する。い
ま位置信号増幅器４１ａ、４１ｂの２相正弦波出力をそ
れぞれＥＡ　　（θ）、ＥＢ（θ）とすれば以下のよう
に表現できる。

ＥＡ　　（θ）　＝Ｅ　、ＣＯ５（２πθ／θＰ）ＥＢ
　　（θ）　＝Ｅ　、ＳＩＮ　　（２πθ／θＰ）ただ
し、θはステップモータ２の回転角度、θＰはエンコー
ダｌの出力する正弦波の１周期ピッチ、Ｅは正弦波位置
信号の波高値である。

一方、キャリア信号４６ａ、４６ｂをそれぞれＣＡ（ｔ
）　、ＣＢ　　（ｔ）とすれば以下のように表現できる
。

ＣＡ　　（θ）　＝　　ＣＯＳ　　（２πｆｃｔ）ＣＢ
　　（θ）　＝　　ＳＩＮ　　（２πｆｃｔ）ただし、
ｆｃはキャリア周波数である。

変調回路４２ａ、４２ｂで変調後、加算回路で加え合わ
せた結果をｐ　（ｔ、　　θ）とすれば、Ｐ　（ｔ、　
　θ）＝Ｅ＾　（θ）・ＣＡ　　（θ）＋ＥＢ　　（θ
）・ＣＢ　　（θ） ＝Ｅ　（ＣＯ５（２πθ／θＰ）　　Ｃ０５（２πｆｃ
　ｔ）＋５ＩＮ（２Ｗθ／θＰ）　・５ＩＮ（２Ｗ　ｆ
ｃ　ｔ））＝Ｅ　　ＣＯ５（２ｙｒｆｃ　　ｔ　　−・
　２Ｗθ／θＰ）となる。これはｆｃの周波数をもつキ
ャリアに２πθ／θＰという位相項が含まれていること
を意味している。換言すれば、Ｐ　（ｔ、　　θ）では
位置情報θが位相情報という形に変換されている。した
がってｐ　（ｔ、　　θ）の位相情報を復調すればステ
ップモータ２の位置を認識することができる。

第５図は変調回路４２ａ、４２ｂの一実施例である。

５５は位置信号増幅器４１ａまたは４１ｂの正弦波出力
Ｅ（θ）である。５６は反転増幅器（ゲイン１）である
。５７はキャリア信号（周波数ｆｃ）４６によって制御
される半導体スイッチである。上記半導体スイッチ５７
はキャリア信号４６が“Ｈレベル”のときは位置信号Ｅ
（θ）をそのまま伝送し、キャリア信号４６が“Ｌレベ
ル”のときは反転した位置信号−Ｅ（θ）を伝送するよ
うに構成されていて、図に示すような変調出力５８を得
ている。

さて変調後加算された信号ｐ　（ｔ、　　θ）はそのま
までは利用できないので、これを復調して位置情報のみ
を分離して取り出す必要がある。本発明の実施例では信
号Ｐ　（ｔ、　　θ）を波形整形回路４５で矩形波に変
換した後、キャリア信号４６ａに対する信号Ｐ　（ｔ、
　　θ）の位相ずれを、基準発振器４７の出力する基準
クロック信号を用いて直接計数することにより分解能の
高い位置情報を取り出すという復調方式を用いている。

４８は信号Ｐ　（ｔ、　　θ）の位相情報を、計数する
ための位相差カウンタである。位相差カウンタ４８の入
力は、キャリア信号４６ａと信号Ｐ　（ｔ、　　θ）を
波形整形回路４５で矩形波された信号と発振器４７の出
力する基準クロック信号とである。位相差カウンタ４８
はキャリア信号４６ａの立ち上がり（または立ち下がり
）で基準クロック信号の計数を開始し、信号Ｐ（ｔ、’
θ）の立ち上がり（または立ち下がり）を検出するまで
計数する。このように構成することにより信号Ｐ（１，
θ）に含まれる位相情報（２πθ／θＰ）が位相差カウ
ンタ４８の計数値として取り出すことができる。またキ
ャリア信号４６ａの周波数はｆｃなので周波数ｆｃのｎ
倍の周波数を持つ基準クロック信号を用いることによっ
て、１周期に対して１／ｎの分解能を持った位相測定が
可能になる。

これは位相２πに対して１　／　ｎの分解能を持つこと
を意味し、位相２πがエンコーダ１の出力する正弦波位
置信号の１周期ピッチθＰに対応するので回転角に対し
て位置信号の１周期ピッチ〇Ｐを等間隔に１／ｎに内挿
（または補間）したことを意味している。したがって分
解能を上げ、滑らかな位置情報を得るためにはθＰを小
さく、ｎを大きくすればよい。４０は分周回路で発振器
４７の出力を１／ｎに分周し２相のキャリア信号４６ａ
、４６ｂを出力する。ところで位相差カウンタ４８の内
容は最大ｎであり、位置信号の１周期ピッチθＰの範囲
内でしか位相の弁別能力がない。そこで実際の位置制御
装置で必要とされるような広い範囲内での動作を可能に
するために、１つの可逆カウンタを設は位置信号が１周
期ピッチθＰを越えた数を計数している。５０が上述の
可逆カウンタであり、４９はパルス分離回路である。パ
ルス分離回路４９は位相差カウンタ４８の内容がＱ　−
Ｔｈ　ｆｉまたはｎ４Ｑに変化する毎にそれぞれに応じ
てアップ・カウント・パルス、ダウン・カウント・パル
スに分離する。

可逆カウンタ５０は、このアップ・カウント・パルス、
ダウン・カウント・パルスを受けてアップ・カウントま
たはダウン・カウントする。５１は可逆カウンタ５０の
原点・初期リセット入力であり、基準位置を示す基準位
置信号２が入力される。５２は位置カウンタで、可逆カ
ウンタ５０の内容と位相差カウンタ４８の内容をそれぞ
れ上位ビット部および下位ビット部に合成し位置データ
ｉを出力する。

５４は減算手段で、位置カウンタ５２より与えられる位
置データｉと補償値記憶手段５３より与えられる一定の
補償値ｚｘとの差分を計算し、現在位置データｃ　　（
＝ｉ−ｚｘ）を出力する。

次に補償値ｚｘについて説明する。電子的なスケール手
段３は、初期化動作のモードにおいて、初期化しなけれ
ばならない。その理由は位置カウンタ５２の値が電源投
入後に不定になる為であり、基準位置に対応した初期値
を与えてやる必要があるからである。しかしながら、第
４図の実施例のように電気的な内挿方式を用いた場合は
、単純に初期化（本実施例では零にクリア）できるのは
、可逆カウンタ５０の内容だけであり、正弦波状の位置
信号ａ、ｂの１周期ピッチθＰの内挿情報である位相差
カウンタ４８の内容まで初期化することはできない。一
方、第２の位置指令発生手段９の出力である位置指令デ
ータＳは、基準位置信号２の位置でクリアされて零にな
るので、両者の間でずれを生じてしまう。そこで本実施
例では、ステップモータ２が基準位置信号２の示す基準
位置に位置する時の内挿カウンタ４８の値（＝位置カウ
ンタ５２の下位ビット部）ｚｘを補償値記憶手段５３に
記憶し、以後、位置データｉから一定の補償値ｚｘを差
し引いたものを現在位置データＣとすることで、初期化
の問題点を解決している。

以上の構成によって正弦波状の位置信号ａ、ｂは、回転
の変位量に比例し、高分解能な現在位置データＣに変換
される。−船釣に、高分解能のエンコーダは、製造が難
しく、高価であるが、このような電気的内挿手段を用い
れば、分解能の粗い比較的安価なエンコーダからでも、
十分に細かい現在位置データを容易に得ることができる
。従ってステップモータ２のステップのきざみ幅を細か
くでき、より精度の高い位置制御装置を実現することが
可能となる。

以下、本発明の第１の実施例における位置制御装置の動
作について更に詳細に説明する。

本発明の位置制御装置は電源投入時などに、初期化動作
のモードになる。このモードでは、本位置制御装置は開
ループ制御系になり、関数発生手段７に対して入力され
るオフセット位相データｄと操作電気角度量ｆと現在位
置データＣとは、ステップモータの動作に全く無関係に
なる。この時ステップモータ２に対して指令を与えるの
は、第１の位置指令発生手段１０であり、本実施例では
一定の時間毎にその出力値Ｘが増加する一種のインクリ
メント・カウンタを用いて実現している。

（勿論、一定時間毎に出力値が減少するデクリメント・
カウンタ等でもよい）この出力値Ｘは、関数発生手段７
に入力され、ここでリミッタ処理のみを施しアドレスｒ
を生成する。そしてこの一定時間毎に変化するアドレス
ｒに従ってメモリ手段２４．２５からマイクロステップ
電流指令ｓｃ、ｓｓを読みだし、基準位置信号２が“Ｌ
レベル”から“Ｈレベル”に変化する位置、あるいは“
Ｈレベル”から“Ｌレベル”に変化する位置を基準位置
として、その位置までステップモータ２を一定方向へス
テップ駆動する。ステップモータ２が基準位置信号２の
示す基準位置に到達した時、第１の位置指令発生手段１
０は、増分を停止してカウンタ値を固定し、ステップモ
ータ２もその位置で停止する。そしてこの時の第１の位
置指令発生手段１０の出力値Ｘが、オフセット位相記憶
手段４へ記憶される。またこの時、電子的なスケール手
段３及び第２の位置指令発生手段９も前述のように各々
初期化（本実施例では零にクリア）される。

これら一連の初期化のための処理が終了した後、本位置
制御装置は、通常の閉ループ位置制御モードになる。閉
ループ位置制御モードでは、第２の位置指令発生手段の
出力する位置指令に対して、電子的なスケール手段３の
出力をステップモータ２の現在位置であるとして、その
情報をフィードバックし、両者の間の偏差が零になるよ
う制御される。言い替えれば、ステップモータ２は指令
される位置に正しく位置決めされることになる。

上記第１図に示す実施例では、オフセット記憶手段４、
比較手段５、操作電気角度演算手段６、関数発生手段７
、第１の位置指令発生手段ＩＯを、それぞれハード的に
実現する場合について説明した。しかしこれらの要素は
、コンピュータを用いてプログラム的に処理しても同様
の機能を実現できることは言うまでもない。また、第４
図に示した電子的なスケール手段３の実施例の中で、補
償値記憶手段５３と減算手段５４等も、プログラム的に
処理した方が便利である。第６図には、その場合の構成
について示している。

第６図は、本発明の第２の実施例における位置制御装置
のブロック図である。尚、第１図に示す実施例と同じ要
素については、同一の番号を付し説明を省略する。図中
６０は演算処理ユニットであり一種のコンピュータであ
る。演算処理ユニット６０は、メモリ６１のＲＯＭ領域
（リードオンリメモリ領域）に格納されている後述の所
定の内蔵プログラムに従って動作し、位置指令データＳ
と、電子的なスケール手段３の出力する現在位置データ
Ｃとを演算処理ユニット６０内のＲＡＭ領域（ランダム
アクセスメモリ領域）に取り込み、所定の演算を施した
後に合成して、操作電気角度量ｆを生成する。次に演算
処理ユニット６０は操作電気角度量ｆに応じてメモリ６
１のＲＯＭ領域に格納されているＳＩＮ波およびＣＯ８
波の関数テーブルを参照することにより２相信号ｓｃと
ｓｓを求め、それぞれを駆動手段８に出力する。これに
より、ステップモータ２を指令位置まで移動させること
ができる。

次に、メモリ６１のＲＯＭ領域に格納されている内蔵プ
ログラムについて説明する。

第７図は、その基本フローチャートを示し、以後この図
に従って説明する。但し、ここでは電子的なスケール手
段３に第４図に示す実施例を用いた場合に限定して説明
するものとする。

処理７０は、外部より与えられる動作モード指令の確認
処理であり、初期化動作モードであれば処理７１へ、通
常の閉ループ位置制御モードであれば処理８０へそれぞ
れ移行する。電源投入後の最初の動作モードは、初期化
動作モードが選択される。

処理７１は、初期化動作モード時のステップモータ２に
対する位置指令を増分する為の処理ルーチンである。具
体的には、ＲＡＭ領域のある番地に割り当てた開ループ
位置指令レジスタの内容と、ある一定値にとを加算した
ものを新しい開ループ位置指令レジスタとする。この時
の一定値には、ステップモータ２を開ループステップ駆
動する際のステップ幅に対応する。

処理７２では、開ループ位置指令レジスタの内容の内、
ステップモータ２の基本の１ピツチＰを越える部分の上
位ビットの切捨て処理を行い、その結果をＲＡＭｊｌ域
に割り当てられたアドレスレジスタに格納する。

処理７３では、処理７２のアドレスレジスタの内容をメ
モリ６１に対するアドレスとして、メモリ６１のＲＯＭ
　ｐＩ域に格納されているＳＩＮ波およびＣＯ８波の関
数テーブルを参照することにより２相信号ｓｃと３３を
求め、それぞれを駆動手段８に出力する。これによりス
テップモータ２は、一定値ｋに対応したステップ幅で１
ステツプ移動する。

処理７４は、ステップモータ２が基準位置信号２の位置
まで移動したか否かを確認する処理である。

もし移動が終了していたら処理７６へ移行し、まだであ
れば処理７５で一定の時間待ちをした後、処理７１から
処理７４を繰り返す。

処理７６では、このときの開ループ位置指令レジスタの
内容を、ＲＡ　Ｍ　領域に割り当てられたオフセント位
相記憶レジスタに格納する。

処理７７では、この時の電子的なスケール手段３の位置
カウンタ５２の出力である位置データｉを取り込み、Ｒ
ＡＭ領域に割り当てられた補償値記憶レジスタに格納す
る。この補償値をｚｘとする。

ここまでが、初期化動作モードの処理であり、この後処
理７０へ移行する。

処理８０から処理８４は、通常の閉ループ位置制御モー
ドの処理である。

処理８０では、タイマーからの割り込みを待っている。

タイマーは、所定の時間ΔＴ毎に割り込み信号を発生し
、割り込みが入ると処理８１に移行する。すなわち、サ
ンプリング時間ΔＴで以下の処理を行うことになる。

処理８１では、位置指令データＳと位置データｉとをそ
れぞれ取り込み、ＲＡＭ領域に割り当てられた位置指令
レジスタ、現在位置レジスタに格納する。次に格納され
た位置データｉから処理７７で補償値記憶レジスタに格
納された補償値ｚｘを減算し、その結果を現在位置デー
タＣとして現在位置レジスタに格納する。

処理８２では、ステップモータ２を指令位置に位置決め
するために、位置指令レジスタの内容と現在位置レジス
タの内容の差分を計算し、偏差データｅを求め、その偏
差データｅをもとに積分補償及び微分補償を行うディジ
タルフィルタ演算を行い、操作電気角度量ｆを生成し、
ＲＡＭ領域に割り当てられた操作電気角度レジスタに格
納する。

処理８３では、現在位置レジスタと操作電気角度レジス
タとの加算を行い、更にその結果とオフセット位相記憶
レジスタの内容との加算を行う。次にそこで得られた値
の内、ステップモータ２の基本の１ピツチＰを越える部
分の上位ビットの切捨て処理を行い、前記アドレスレジ
スタに格納する。

処理８４では、アドレスレジスタの内容をメモリ６１に
対するアドレスとして、メモリ６１のＲＯＭ　？ｉＩ域
に格納されているＳＩＮ波およびＣＯ８波の関数テーブ
ルを参照することにより２相信号ｓｃとｓｓを求め、そ
れぞれを駆動手段８に出力する。

本処理のあとは、外部より別モードへ移行させる指令が
与えられるまで処理８０から処理８４を繰り返し実行す
る。

尚、以上に示す実施例において、エンコーダｌとステッ
プモータ２と電子的なスケール手段３とは、２相の場合
に限定して説明したが、それぞれ３相以上の場合でも同
様の効果を得ることができる。

また、以上の説明では、ステップモータ及びエンコーダ
に回転型のものを使用して本発明の詳細な説明したが、
もちろん、リニアモータのような直線運動をする駆動源
とリニアスケールを使用しても適用することができるこ
とは言うまでもない。また、以上の説明ではエンコーダ
はステップモータの回転軸に直結されているものとした
が、モータの回転にしたがって駆動される可動部材に取
り付けても可能なことは言うまでもない。

また、本実施例では、基準位置を示す基準位置信号２を
エンコーダｌより得る場合について説明したが、それに
限定されるものではない。

さらに、実施例では、関数発生手段内のＲＯＭに格納さ
れる互いに９０’位相の異なる関数データは、ステップ
モータの基本の１ピッチ分用意することで説明している
が、１／２ピッチ分あるいは１／４ピッ千分を用意し、
残りをアドレスに応じて生成する方法でも実現できる。

発明の効果 以上述べたように、本発明の位置制御装置は、エンコー
ダと電子的なスケール手段により常にステップモータの
現在位置を高分解能で検出している。そしてその現在位
置をフィードバックする事により閉ループ制御系を構成
し、ステップモータの位置を制御するので、脱調の心配
もなく、ステップモータの性能を限界まで引き出せるた
め、高速、高信輔性の位置制御装置を実現できるもので
ある。また本発明の位置制御装置は、操作電気角度演算
手段の有する微分補償の作用によって、ステップモータ
に対して電気的にダンピングを付与することができるの
で、位置決め時に発生する振動を極力押さえた状態で、
素早く整定させることが可能となり、位置制御装置で必
要とされる即応性が得られる。さらには操作電気角度演
算手段の有する積分補償の作用によって指令位置と現在
位置との間に発生する定常偏差を零にするよう制御系が
動作するので、位置決め精度の高い位置制御装置を実現
することができる。またさらに、本発明の位置制御装置
は、基準位置信号２の示す基準位置でのステップモータ
の励磁状態を、初期化動作モード時にオフセット位相記
憶手段に記憶し、以降それを用いて自動的に電流指令の
電気的な位相に補正をかける方式を採用したため、常に
最も望ましい範囲のトルク角でステップモータを効率よ
（駆動させることができるので、装置の高速化を図るこ
とができる。更に、基準位置におけるステップモータの
機械的位相を調整する工程を製造工程からなくす事がで
きるため、生産性の向上に大きく寄与するものである。

したがって、本発明の位置制御装置を、例えば磁気ディ
スク装置またはプリンタの駆動源として使用するならば
、高速で、高精度、かつ高分解能の位置決め性能を容易
に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における位置制御装置の
ブロック図、第２図は第１図の関数発生手段の具体的な
構成を示すブロック図、第３図は第１図の電子スケール
手段の第１の実施例の構成を示すブロック図、第４図は
第１図の電子スケール手段の第２実施例を示すブロック
図、第５図は第４図の変調回路具体的な構成を示すブロ
ック図、第６図は本発明の第２の実施例における位置制
御装置のブロック図、第７図は第６図のメモリに格納さ
れている内蔵プログラムの基本フローチャート図である
。 １・・・・・・エンコーダ、２・・・・・・ステップモ
ータ、３・・・・・・電子的なスケール手段、４・・・
・・・オフセット位相記憶手段、５・・・・・・比較手
段、６・・・・・・操作電気角度演算手段、７・・・・
・・関数発生手段、８・・・・・・駆動手段、９・・・
・・・第２の位置指令発生手段、ｌＯ・・・・・・第１
の位置指令発生手段。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−−−エ
ンコーグ ？−−−ステップモーク ３−−一電子１９アＪスケール子ｙ乏 ４−一一オフＥ−／トイ立絹紀億子段 ６−ｒｌＬ軟手投 手段、Ｗｉ７１子段 ９−一一第Ｚつ位置楢壱兆住子殺 第　２　口 ｚ５ 第　３　図 第　４　図 ３−一一電子豹ＴＪスグール子役 ８−一一■勤手段 ９−一一第２　めイ立置指台り６１０４丈６０−−−ン
寅算処理ユニヅト 第　６　図　　　　　　　　６１−　　メモリｌど

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ステップモータと、その動作に応じて互いに位相の
   異なる複数相の信号を出力するエンコーダと、前記複数
   相の信号を処理し前記ステップモータの動作位置に応じ
   た現在位置データを出力する電子的なスケール手段と、
   初期化動作モード時にその出力値が時間比例的に変化し
   、前記ステップモータを所定の基準位置に到達するまで
   一定の方向へ動作させると共に、到達時の出力値を固定
   し前記ステップモータを停止させる第１の位置指令発生
   手段と、前記基準位置における前記第１の位置指令発生
   手段の出力値を記憶するオフセット位相記憶手段と、閉
   ループ位置制御モード時に前記ステップモータの位置決
   め位置を指令する第２の位置指令発生手段と、前記第２
   の位置指令発生手段の出力する位置指令データと前記現
   在位置データとの偏差に応じた偏差データを出力する比
   較手段と、前記偏差データより前記ステップモータに対
   する操作量としての操作電気角度データを演算する操作
   電気角度演算手段と、前記位置制御モード時には前記操
   作電気角度データと現在位置データと前記オフセット位
   相記憶手段の出力との３つのデータを入力とし、前記初
   期化動作モード時には前記第１の位置指令発生手段の出
   力する位置指令データを入力とし、前記ステップモータ
   に対する、一定の関数に従った複数相の電流指令を出力
   とする関数発生手段と、前記複数相の電流指令に応じて
   前記ステップモータに駆動電流を供給する駆動手段とを
   含めて構成したことを特徴とする位置制御装置。 （２）電子的なスケール手段は、エンコーダの出力する
   位相の異なる複数相の信号によって変調されるキャリア
   信号を発生するキャリア信号発生手段と、前記変調され
   たキャリア信号の位相情報を復調する復調手段を含めて
   構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の位置制御装置。（３）操作電気角度演算手段は、
   閉ループ位置制御モード時に制御系の安定を補償するた
   めの、微分補償フィルタ手段を含んで構成されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の位置制御装
   置。（４）操作電気角度演算手段は、ステップモータが
   第２の位置指令発生手段の出力する位置指令データに対
   して、定常的な偏差を発生しないよう補償するための積
   分補償フィルタ手段を含んで構成されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（３）項記載の位置制御装置。 （５）関数発生手段は、一定の関数に従ったデータをテ
   ーブル化したメモリ手段と、操作電気角度データと現在
   位置データとオフセット位相記憶手段の出力との３つの
   データを加算する加算手段と、前記加算手段の出力より
   前記メモリ手段に対するアドレスを生成するアドレス発
   生手段とを含んで構成され、前記アドレスに応じて前記
   メモリ手段から前記一定の関数に従ったデータを読み出
   し、互いに位相の異なる複数相の信号を出力するように
   構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の位置制御装置。 （６）アドレス発生手段は、加算手段の出力の上位デー
   タを切捨てる為のリミット手段を含んで構成されたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の位置制御
   装置。 （７）関数発生手段の関数は複数相の略正弦波とした特
   許請求の範囲第（５）項記載の位置制御装置。（８）比
   較手段と操作電気角度演算手段と関数発生手段と第１の
   位置指令発生手段とオフセット位相記憶手段とは、処理
   内容に従ったプログラム・データを保存するメモリ手段
   と、前記プログラム・データに従って処理を実行する演
   算処理ユニットより構成されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の位置制御装置。