JPH05344796A - ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ方法と装置 - Google Patents
ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ方法と装置Info
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- JPH05344796A JPH05344796A JP5044781A JP4478193A JPH05344796A JP H05344796 A JPH05344796 A JP H05344796A JP 5044781 A JP5044781 A JP 5044781A JP 4478193 A JP4478193 A JP 4478193A JP H05344796 A JPH05344796 A JP H05344796A
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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
- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被駆動回転子を有するステッパ・モータの加
速及び速度を制御するための閉ループ方法及び装置を提
供する。 【構成】 モータ軸エンコーダは軸の位置に比例した信
号を発生させるために使用される。モータ入力信号から
この信号の引き算が行われ、基準値と比較するためのエ
ラー信号を生成する。エラーが基準値と等しいとき、モ
ータは再度ステップされる。各ステップ間で、モータ速
度が速くなりすぎると基準値は減少して、又モータ速度
が遅くなりすぎると基準値は増加する。
速及び速度を制御するための閉ループ方法及び装置を提
供する。 【構成】 モータ軸エンコーダは軸の位置に比例した信
号を発生させるために使用される。モータ入力信号から
この信号の引き算が行われ、基準値と比較するためのエ
ラー信号を生成する。エラーが基準値と等しいとき、モ
ータは再度ステップされる。各ステップ間で、モータ速
度が速くなりすぎると基準値は減少して、又モータ速度
が遅くなりすぎると基準値は増加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はステッパ・モータの加速
と速度を制御するための閉ループ方法と装置に関し、特
にステッパ・モータのスイッチング角が変化する前記方
法と装置に関する。
と速度を制御するための閉ループ方法と装置に関し、特
にステッパ・モータのスイッチング角が変化する前記方
法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ほとんどのステッパ・モータは開ループ
構成で動作される。ステッパ・モータによって駆動され
る負荷が既知で一定であれば、当業者はステップ損失を
伴わずに負荷を所望の速度に加速する整流（ステップ）
手順を開発することができる。言い換えると、モータが
整流される毎に、回転子が次の整流に関して適正に位置
決めされるまで、電界により発生したトルクが回転子を
前進させ、以下同様に…。このような開ループ構成で
は、その負荷が整流手順の開発されている負荷とは異な
る場合、回転子が全く回転し得なくなる程度までステッ
プが損失されることがある。
構成で動作される。ステッパ・モータによって駆動され
る負荷が既知で一定であれば、当業者はステップ損失を
伴わずに負荷を所望の速度に加速する整流（ステップ）
手順を開発することができる。言い換えると、モータが
整流される毎に、回転子が次の整流に関して適正に位置
決めされるまで、電界により発生したトルクが回転子を
前進させ、以下同様に…。このような開ループ構成で
は、その負荷が整流手順の開発されている負荷とは異な
る場合、回転子が全く回転し得なくなる程度までステッ
プが損失されることがある。
【０００３】閉ループ構成は従来の軸エンコーダを介し
て回転子の位置を検知するためにフィードバックを利用
する。回転子位置の情報はそれぞれのモータ整流を生成
するために利用できる。このような構成のほとんどが固
定したスイッチング角整流を採用している。言い換える
と、モータは回転子が所定の角度だけ前進する毎に整流
される。この方法ではモータはステップを損失しないも
のの、モータの供給電圧、摩擦等のようなパラメータの
制御できない変動により、目標速度に正確に達成するこ
とはできない。更に、負荷が整流スイッチング角の選択
されている負荷とは異なる場合、ステッパ・モータは所
望の速度とは大幅に異なる速度で動作することがある。
その上、所望速度の選択の際に、対応するスイッチング
角を精密に計算することができないのが一般的である。
て回転子の位置を検知するためにフィードバックを利用
する。回転子位置の情報はそれぞれのモータ整流を生成
するために利用できる。このような構成のほとんどが固
定したスイッチング角整流を採用している。言い換える
と、モータは回転子が所定の角度だけ前進する毎に整流
される。この方法ではモータはステップを損失しないも
のの、モータの供給電圧、摩擦等のようなパラメータの
制御できない変動により、目標速度に正確に達成するこ
とはできない。更に、負荷が整流スイッチング角の選択
されている負荷とは異なる場合、ステッパ・モータは所
望の速度とは大幅に異なる速度で動作することがある。
その上、所望速度の選択の際に、対応するスイッチング
角を精密に計算することができないのが一般的である。
【０００４】前述の従来のステッパ・モータ・システム
は時間と共に変化する負荷の位置と速度を正確に制御す
るものではない。例えば、インク・ジェット・プリンタ
では、ステッパ・モータは一般的にはインク・カートリ
ッジの装着されている上にキャリッジを駆動し、位置決
めするために利用される。プリンタが印刷を行うとき、
カートリッジ中のインクの量が減少し、そのためカート
リッジの質量は小さくなる。前述の理由から、開ループ
・システム又は固定したスイッチング角を利用した閉ル
ープ・システムで構成されたステッパ・モータはこのよ
うなキャリッジを駆動するのにそれほど適していない。
は時間と共に変化する負荷の位置と速度を正確に制御す
るものではない。例えば、インク・ジェット・プリンタ
では、ステッパ・モータは一般的にはインク・カートリ
ッジの装着されている上にキャリッジを駆動し、位置決
めするために利用される。プリンタが印刷を行うとき、
カートリッジ中のインクの量が減少し、そのためカート
リッジの質量は小さくなる。前述の理由から、開ループ
・システム又は固定したスイッチング角を利用した閉ル
ープ・システムで構成されたステッパ・モータはこのよ
うなキャリッジを駆動するのにそれほど適していない。
【０００５】閉ループ・ステッパ・モータ・システムに
関連する別の問題点は、システムが最初に組立られる際
に軸エンコーダ及びモータの回転子の特徴付けが行われ
なければならないことである。言い換えると、回転子と
エンコーダとの相対的角位置を知っておかなければなら
ない。
関連する別の問題点は、システムが最初に組立られる際
に軸エンコーダ及びモータの回転子の特徴付けが行われ
なければならないことである。言い換えると、回転子と
エンコーダとの相対的角位置を知っておかなければなら
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基本的目的
は、従来の方法及び装置に関連する上記に列挙した欠点
を克服する、ステッパ・モータの加速と速度を制御する
ための閉ループ方法と装置を提供することにある。
は、従来の方法及び装置に関連する上記に列挙した欠点
を克服する、ステッパ・モータの加速と速度を制御する
ための閉ループ方法と装置を提供することにある。
【０００７】本発明の別の目的は時間と共に変化する負
荷の速度と加速を制御するのに特に適した前記方法と装
置を提供することにある。
荷の速度と加速を制御するのに特に適した前記方法と装
置を提供することにある。
【０００８】本発明の別の目的は改良された定常状態の
速度制御機能を有する前記方法と装置を提供することに
ある。
速度制御機能を有する前記方法と装置を提供することに
ある。
【０００９】本発明の別の目的は大幅に少ない費用でＤ
Ｃサーボモータに対する同様の動作特性を有する前記方
法と装置を提供することにある。
Ｃサーボモータに対する同様の動作特性を有する前記方
法と装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は被駆動回転子を
有するステッパ・モータを制御する方法を含む。回転子
の速度がサンプリングされ、所定の加速プロフィルと比
較される。所定の加速プロフィルに従って回転子を駆動
するようにスイッチング角が調整される。
有するステッパ・モータを制御する方法を含む。回転子
の速度がサンプリングされ、所定の加速プロフィルと比
較される。所定の加速プロフィルに従って回転子を駆動
するようにスイッチング角が調整される。
【００１１】本発明の上記及びその他の課題と利点は添
付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことによっ
てさらに明解にされる。
付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことによっ
てさらに明解にされる。
【００１２】
【実施例】本発明に従って構成されたステッパ・モータ
制御回路が符号１０で包括的に示されている。この回路
には本発明のこの実施例ではマイクロプロセッサ及び関
連するコンピュータ・コードによって実施されている制
御論理１２が含まれている。制御論理１２の動作の説明
は後述する図３のフローチャートに示されている。導体
１４上のＣＬＯＣＫ信号は制御論理１２と、リセット可
能カウンタ１６とに供給される。カウンタ１６は周期的
なＣＬＯＣＫ信号毎に１だけインクリメントされる。端
子１８に供給される信号がカウンタ１６をゼロにリセッ
トし、その後ＣＬＯＣＫ信号に応答するカウントのイン
クリメントが再開される。制御論理１２は出力端子２０
を備え、後述するようにステッパ・モータを整流せしめ
るステップ信号がこの端子上に現れる。
制御回路が符号１０で包括的に示されている。この回路
には本発明のこの実施例ではマイクロプロセッサ及び関
連するコンピュータ・コードによって実施されている制
御論理１２が含まれている。制御論理１２の動作の説明
は後述する図３のフローチャートに示されている。導体
１４上のＣＬＯＣＫ信号は制御論理１２と、リセット可
能カウンタ１６とに供給される。カウンタ１６は周期的
なＣＬＯＣＫ信号毎に１だけインクリメントされる。端
子１８に供給される信号がカウンタ１６をゼロにリセッ
トし、その後ＣＬＯＣＫ信号に応答するカウントのイン
クリメントが再開される。制御論理１２は出力端子２０
を備え、後述するようにステッパ・モータを整流せしめ
るステップ信号がこの端子上に現れる。
【００１３】ステップ信号は従来のモータ・ステップ・
シーケンサ２２に供給される。モータ・ステップ・シー
ケンサはラインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ上に出力を生成し、これ
らの出力は従来の駆動回路２４に供給される。駆動回路
２４は従来の１５°４相単極ステッパ・モータ２６に接
続されている。
シーケンサ２２に供給される。モータ・ステップ・シー
ケンサはラインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ上に出力を生成し、これ
らの出力は従来の駆動回路２４に供給される。駆動回路
２４は従来の１５°４相単極ステッパ・モータ２６に接
続されている。
【００１４】モータ・ステップ・シーケンサ２２は次の
ようにラインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ上にディジタル出力を生成
する論理回路を備えている。
ようにラインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ上にディジタル出力を生成
する論理回路を備えている。
【００１５】
【表１】
【００１６】ライン２０上に現れるステップ信号毎に、
モータ・ステップ・シーケンサ２２は表１に示した整流
手順により繰り返し前進する。本発明の実施例のモータ
では、モータの1/2ステップによって出力軸の位置が
７．５°変化する。従って１回転は、３６０°／７．５
°＝４８の1/2ステップが存在することになる。
モータ・ステップ・シーケンサ２２は表１に示した整流
手順により繰り返し前進する。本発明の実施例のモータ
では、モータの1/2ステップによって出力軸の位置が
７．５°変化する。従って１回転は、３６０°／７．５
°＝４８の1/2ステップが存在することになる。
【００１７】さて図２を参照すると、ステッパ・モータ
２６は位相２８，３０，３２，３４を備えており、これ
らの位相は各位相と関連するトランジスタのスイッチ動
作によって表１の整流手順に従った電圧が加えられる。
このような駆動によってステッパ・モータ２６の回転子
と軸（図示せず）とが回転する。モータ軸の位置をφou
tと称する。軸は本発明の実施例ではインク・ジェット
・プリンタの印字ヘッド・キャリッジを構成する負荷３
６に接続されている。印字が進行すると共に、キャリッ
ジ上のカートリッジ内のインクが消費され、従って負荷
３６の質量が時間と共に変化する。
２６は位相２８，３０，３２，３４を備えており、これ
らの位相は各位相と関連するトランジスタのスイッチ動
作によって表１の整流手順に従った電圧が加えられる。
このような駆動によってステッパ・モータ２６の回転子
と軸（図示せず）とが回転する。モータ軸の位置をφou
tと称する。軸は本発明の実施例ではインク・ジェット
・プリンタの印字ヘッド・キャリッジを構成する負荷３
６に接続されている。印字が進行すると共に、キャリッ
ジ上のカートリッジ内のインクが消費され、従って負荷
３６の質量が時間と共に変化する。
【００１８】Ｎカウント・エンコーダ３８はステッパ・
モータ２６の軸に接続されている。エンコーダ３８は直
角（９０°位相）関係の２つの方形波出力チャネルを備
えた従来の２チャネル増分光学エンコーダである。位置
情報は各チャネルの高レベルから低レベルへの遷移と別
のチャネルのレベルを検出することによってデコードさ
れる。このような情報は回転数増加と回転方向の双方の
情報を提供する。前記エンコーダは回転毎に常に整数の
“カウント”を生成する。回転毎のエンコーダ・カウン
トの数がＮであるとすると、１ラジアン当たりＮ／（２
П）カウントが存在する。１ラジアン当たりのカウント
はエンコーダの利得であり、図１及び図３ではＫeで示
されている。Ｎは必ずしも整数である必要はないが、本
発明のある側面を実施するマイクロプロセッサは、Ｎが
整数であればより好適な計算処理が可能である。本発明
の実施例では、Ｎ＝７６８である。回路を最初に組み立
てる際、モータ軸上のステッパ・モータの回転子とエン
コーダ３８の相対的角位置を決定する必要はない。他の
角変位の場合と同様に、両者間のあらゆる任意の角変位
が好適に作動する。
モータ２６の軸に接続されている。エンコーダ３８は直
角（９０°位相）関係の２つの方形波出力チャネルを備
えた従来の２チャネル増分光学エンコーダである。位置
情報は各チャネルの高レベルから低レベルへの遷移と別
のチャネルのレベルを検出することによってデコードさ
れる。このような情報は回転数増加と回転方向の双方の
情報を提供する。前記エンコーダは回転毎に常に整数の
“カウント”を生成する。回転毎のエンコーダ・カウン
トの数がＮであるとすると、１ラジアン当たりＮ／（２
П）カウントが存在する。１ラジアン当たりのカウント
はエンコーダの利得であり、図１及び図３ではＫeで示
されている。Ｎは必ずしも整数である必要はないが、本
発明のある側面を実施するマイクロプロセッサは、Ｎが
整数であればより好適な計算処理が可能である。本発明
の実施例では、Ｎ＝７６８である。回路を最初に組み立
てる際、モータ軸上のステッパ・モータの回転子とエン
コーダ３８の相対的角位置を決定する必要はない。他の
角変位の場合と同様に、両者間のあらゆる任意の角変位
が好適に作動する。
【００１９】エンコーダによって生成されるカウントで
あるエンコーダ３８の出力を位置レジスタ４０の入力に
接続するために従来の論理回路（図示せず）を使用す
る。位置レジスタは、モータ軸が回転すると、回転方向
に応じてカウントをインクリメント又はデクリメントす
る。このように位置レジスタ４０のカウントは、図１及
び図３にＫeφoutで示すモータ軸の絶対位置をエンコー
ダ・カウントで表すものである。
あるエンコーダ３８の出力を位置レジスタ４０の入力に
接続するために従来の論理回路（図示せず）を使用す
る。位置レジスタは、モータ軸が回転すると、回転方向
に応じてカウントをインクリメント又はデクリメントす
る。このように位置レジスタ４０のカウントは、図１及
び図３にＫeφoutで示すモータ軸の絶対位置をエンコー
ダ・カウントで表すものである。
【００２０】位置生成器４２は図１及び図３の双方にφ
idealで示す、所望のすなわち理想的なモータ軸の位置
を表すカウントを記憶するレジスタである。位置生成器
４２は、ステップ信号が出力端子２０上で生成される毎
に、１回のモータの整流についてのエンコーダ・カウン
トの数と等しい量だけインクリメント又はデクリメント
する。ステッパ・モータ２６は１回転当たり４８の整流
が（1/2ステップで）行われるので、１回の整流につい
てのエンコーダ・カウント数はＮ／４８＝７６８／４８
＝１６に等しい。このパラメタはＫsとして定義され、
位置生成器４２の利得である。
idealで示す、所望のすなわち理想的なモータ軸の位置
を表すカウントを記憶するレジスタである。位置生成器
４２は、ステップ信号が出力端子２０上で生成される毎
に、１回のモータの整流についてのエンコーダ・カウン
トの数と等しい量だけインクリメント又はデクリメント
する。ステッパ・モータ２６は１回転当たり４８の整流
が（1/2ステップで）行われるので、１回の整流につい
てのエンコーダ・カウント数はＮ／４８＝７６８／４８
＝１６に等しい。このパラメタはＫsとして定義され、
位置生成器４２の利得である。
【００２１】このように、位置レジスタ４０がモータ２
６の軸の現在の位置を表すカウントを提供し、一方、位
置生成器４２が現在のステップを完了した時に軸が占め
るであろう位置と等しいカウントを提供する。従って図
１及び図３でφerrorとして示された誤差はφidealから
Ｋeφoutを引いた値に等しい。パラメタφReferenceは
制御論理１２によって生成され、導体４５に供給される
制御変数である。φReferenceは、遅れ角即ちφerrorと
比較するスイッチング角である。制御回路１０の動作に
関連して後述するように、φReferenceの初期値は回路
１０が最初に始動する際に設定されることもあるが、φ
Referenceは制御システムの動作中に自動的に計算され
る。導体４４に現れる値はφerror−φReferenceに等し
い。
６の軸の現在の位置を表すカウントを提供し、一方、位
置生成器４２が現在のステップを完了した時に軸が占め
るであろう位置と等しいカウントを提供する。従って図
１及び図３でφerrorとして示された誤差はφidealから
Ｋeφoutを引いた値に等しい。パラメタφReferenceは
制御論理１２によって生成され、導体４５に供給される
制御変数である。φReferenceは、遅れ角即ちφerrorと
比較するスイッチング角である。制御回路１０の動作に
関連して後述するように、φReferenceの初期値は回路
１０が最初に始動する際に設定されることもあるが、φ
Referenceは制御システムの動作中に自動的に計算され
る。導体４４に現れる値はφerror−φReferenceに等し
い。
【００２２】Ｖmin とＶinは制御システムへの一定のパ
ラメタ入力である。Ｖmin とＶinは双方とも整数であ
り、各々がリセット可能カウンタ１６のカウントと比較
される。最終ステップ信号が出力端子２０で生成された
後は、カウンタ１６のカウントは導体１４に現れるＣＬ
ＯＣＫパルスの数と等しい。回路１０の動作に関連して
後により明解に説明するように、Ｖmin として選択され
た値は最小整流率を決定し、ひいてはモータの出力軸の
最低速度を決定する。同様にして、Ｖinとして選択され
た値はモータ２６の目標速度での整流率を決定し、この
目標速度は後述するようにモータの最高速度でもある。
Ｖmin とカウンタ１６のカウントとの差は導体４６に供
給され、次にこの導体４６から制御論理１２に供給され
る。Ｖinとカウンタ１６のカウントとの差は導体４８に
供給され、そこから制御論理１２に供給される。
ラメタ入力である。Ｖmin とＶinは双方とも整数であ
り、各々がリセット可能カウンタ１６のカウントと比較
される。最終ステップ信号が出力端子２０で生成された
後は、カウンタ１６のカウントは導体１４に現れるＣＬ
ＯＣＫパルスの数と等しい。回路１０の動作に関連して
後により明解に説明するように、Ｖmin として選択され
た値は最小整流率を決定し、ひいてはモータの出力軸の
最低速度を決定する。同様にして、Ｖinとして選択され
た値はモータ２６の目標速度での整流率を決定し、この
目標速度は後述するようにモータの最高速度でもある。
Ｖmin とカウンタ１６のカウントとの差は導体４６に供
給され、次にこの導体４６から制御論理１２に供給され
る。Ｖinとカウンタ１６のカウントとの差は導体４８に
供給され、そこから制御論理１２に供給される。
【００２３】さて図３を参照しつつ回路１０がステッパ
・モータ２６を制御する方法を説明する。回路１０の論
理演算を説明するフローチャートが図３の符号４９で包
括的に示されている。フローチャート４９中の各ステッ
プ即ち各判定ポイントがボックス５０−７８の一つ一つ
に含まれている。
・モータ２６を制御する方法を説明する。回路１０の論
理演算を説明するフローチャートが図３の符号４９で包
括的に示されている。フローチャート４９中の各ステッ
プ即ち各判定ポイントがボックス５０−７８の一つ一つ
に含まれている。
【００２４】システムに最初の電圧が加えられるとき、
φReferenceの所定値が制御論理１２によって生成さ
れ、導体４５に供給される。初期値は必ずしも任意数で
はないが、精密に選択する必要はない。当業者であれば
φReferenceの適正な初期値を選択することが可能であ
る。初期値は図４Ｅのｔ＝０時点での値である。初期値
が選択された後、リセット可能カウンタ１６がフローチ
ャート４９のボックス５４においてゼロにセットされ
る。
φReferenceの所定値が制御論理１２によって生成さ
れ、導体４５に供給される。初期値は必ずしも任意数で
はないが、精密に選択する必要はない。当業者であれば
φReferenceの適正な初期値を選択することが可能であ
る。初期値は図４Ｅのｔ＝０時点での値である。初期値
が選択された後、リセット可能カウンタ１６がフローチ
ャート４９のボックス５４においてゼロにセットされ
る。
【００２５】ボックス５６において、回路１０は図１の
導体１４上の次のＣＬＯＣＫパルスを待機する。次のパ
ルスが出現すると、カウンタ１６が１だけインクリメン
トされ、φerrorがボックス６０において計算される。
φerrorはＣＬＯＣＫ位相が出現する毎に計算される。
導体１４上の次のＣＬＯＣＫパルスを待機する。次のパ
ルスが出現すると、カウンタ１６が１だけインクリメン
トされ、φerrorがボックス６０において計算される。
φerrorはＣＬＯＣＫ位相が出現する毎に計算される。
【００２６】さて図４Ａを参照すると、実際の軸位置で
あるφoutが時間に対してプロットされている。図４Ａ
の時間期間の経過とともに、軸の回転を開始するために
若干数のステップがモータ２６に付与される。
あるφoutが時間に対してプロットされている。図４Ａ
の時間期間の経過とともに、軸の回転を開始するために
若干数のステップがモータ２６に付与される。
【００２７】図４Ｂはエンコーダ３８から取り出したカ
ウントであり、従ってφoutと比例するＫeφoutのプロ
ットである。
ウントであり、従ってφoutと比例するＫeφoutのプロ
ットである。
【００２８】図４Ｃは位置生成器４２のカウントのプロ
ットである。想起されるように、ステップ信号が制御論
理１２によって生成され端子２０に供給される毎に、軸
が各1/2ステップを通過する際にエンコーダ３８により
計数されたカウントと等しい数量、すなわち本発明の実
施例では１６だけ位置生成器４２がインクリメントす
る。このように、図４Ｃの各々の垂直方向のステップは
モータの整流を表す。
ットである。想起されるように、ステップ信号が制御論
理１２によって生成され端子２０に供給される毎に、軸
が各1/2ステップを通過する際にエンコーダ３８により
計数されたカウントと等しい数量、すなわち本発明の実
施例では１６だけ位置生成器４２がインクリメントす
る。このように、図４Ｃの各々の垂直方向のステップは
モータの整流を表す。
【００２９】図４Ｄは図４Ｃの信号から図４Ｂの信号を
引いた値（図４Ｄでは尺度を拡大して示してある）に等
しいφerrorのプロットである。図４Ｃの場合と同様
に、信号中の各々の垂直方向ステップは整流、もしくは
制御論理１２の出力端子２０により生成されたステップ
・パルスに対応する。曲線８０は各々のモータ整流での
誤差の大きさを示すために図４Ｄのプロット上に描かれ
ている。
引いた値（図４Ｄでは尺度を拡大して示してある）に等
しいφerrorのプロットである。図４Ｃの場合と同様
に、信号中の各々の垂直方向ステップは整流、もしくは
制御論理１２の出力端子２０により生成されたステップ
・パルスに対応する。曲線８０は各々のモータ整流での
誤差の大きさを示すために図４Ｄのプロット上に描かれ
ている。
【００３０】再度図３に戻ると、ボックス６０で誤差の
計算が行われた後、φerrorがφReferenceよりも大きい
かどうかを判定するために比較がなされ、その結果は図
１の導体４４に送られる。φerrorがφReferenceよりも
大きい場合は、回転子はφReferenceによって定められ
たスイッチング角に未だ到達しておらず、且つ再度整流
される準備が未だなされていない。次に制御手順はボッ
クス６６に転じ、そこでその結果値が導体４６上に現れ
るＶmin −ＣＯＵＮＴＥＲが検査され、その値がゼロを
超えているかどうかが判定される。想起されるように、
Ｖmin は最小整流率を決定し、ひいてはモータ２６の最
低速度を決定する整数である。回転子がφReferenceに
よって定められたスイッチング角に未だ到達していない
場合でも、最小整流率を維持するために整流させる必要
がある場合もある。Ｖmin −ＣＯＵＮＴＥＲ＞０である
場合は、最小整流率を維持するのにモータをステップさ
せる必要がなく、制御手順は再度ボックス５６に戻って
ＣＬＯＣＫパルスを待機する。
計算が行われた後、φerrorがφReferenceよりも大きい
かどうかを判定するために比較がなされ、その結果は図
１の導体４４に送られる。φerrorがφReferenceよりも
大きい場合は、回転子はφReferenceによって定められ
たスイッチング角に未だ到達しておらず、且つ再度整流
される準備が未だなされていない。次に制御手順はボッ
クス６６に転じ、そこでその結果値が導体４６上に現れ
るＶmin −ＣＯＵＮＴＥＲが検査され、その値がゼロを
超えているかどうかが判定される。想起されるように、
Ｖmin は最小整流率を決定し、ひいてはモータ２６の最
低速度を決定する整数である。回転子がφReferenceに
よって定められたスイッチング角に未だ到達していない
場合でも、最小整流率を維持するために整流させる必要
がある場合もある。Ｖmin −ＣＯＵＮＴＥＲ＞０である
場合は、最小整流率を維持するのにモータをステップさ
せる必要がなく、制御手順は再度ボックス５６に戻って
ＣＬＯＣＫパルスを待機する。
【００３１】再度ボックス６２に戻り、φerrorがφRef
erenceよりも大きくない場合は、制御はボックス６４に
進む。ＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖinの値は図１の導体４８に現
れる。想起されるように、Ｖinはモータの最高速度でも
ある目標速度での整流率を決定する整数の固定パラメタ
である。Ｖinはモータの整流間にＣＬＯＣＫサンプリン
グ率で出現しなければならないサンプルの最小数に等し
い。従って、周期的なＣＬＯＣＫ信号によって決定され
たサンプリング率はＶin×目標整流率に等しい。Ｖinは
整数であるので、サンプリング率も最大整流率の整数倍
数でなければならない。従って、最大整流率はＣＬＯＣ
Ｋ／Ｖinに等しい。ＣＬＯＣＫはＶin×目標整流率に等
しいので、目標整流率と最大整流率は等しい。
erenceよりも大きくない場合は、制御はボックス６４に
進む。ＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖinの値は図１の導体４８に現
れる。想起されるように、Ｖinはモータの最高速度でも
ある目標速度での整流率を決定する整数の固定パラメタ
である。Ｖinはモータの整流間にＣＬＯＣＫサンプリン
グ率で出現しなければならないサンプルの最小数に等し
い。従って、周期的なＣＬＯＣＫ信号によって決定され
たサンプリング率はＶin×目標整流率に等しい。Ｖinは
整数であるので、サンプリング率も最大整流率の整数倍
数でなければならない。従って、最大整流率はＣＬＯＣ
Ｋ／Ｖinに等しい。ＣＬＯＣＫはＶin×目標整流率に等
しいので、目標整流率と最大整流率は等しい。
【００３２】Ｖinの最小値は１である。本発明の実施例
ではＶin＝８である。
ではＶin＝８である。
【００３３】ボックス６４で、ＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖin＜
０である場合は、最大ステップ率を超え、制御手順はボ
ックス６８に転じ、そこでφReferenceが所定の数量だ
け減少され、制御手順はボックス５６に戻る。すぐ後で
明らかにされるように、モータがＶmin によって決定さ
れた最小整流率で整流されるものと想定すると、φerro
rがφReferenceを超える限りはステップ信号は発生され
ない。このようにφReferenceを減少させると、スイッ
チング角が縮少し、ひいてはモータの加速率が減少す
る。
０である場合は、最大ステップ率を超え、制御手順はボ
ックス６８に転じ、そこでφReferenceが所定の数量だ
け減少され、制御手順はボックス５６に戻る。すぐ後で
明らかにされるように、モータがＶmin によって決定さ
れた最小整流率で整流されるものと想定すると、φerro
rがφReferenceを超える限りはステップ信号は発生され
ない。このようにφReferenceを減少させると、スイッ
チング角が縮少し、ひいてはモータの加速率が減少す
る。
【００３４】再びボックス６４に戻ると、ＣＯＵＮＴＥ
Ｒ−Ｖinがゼロ未満ではない場合は、制御手順はボック
ス７０に進み、そこでＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖin＝０である
かどうかが判定される。そうである場合は、モータの最
終の整流以降Ｖinのサンプルが正確であったことを示
す。従ってステッパ・モータ２６は前述のように最大整
流率でもある所望の整流率で整流されていることにな
る。
Ｒ−Ｖinがゼロ未満ではない場合は、制御手順はボック
ス７０に進み、そこでＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖin＝０である
かどうかが判定される。そうである場合は、モータの最
終の整流以降Ｖinのサンプルが正確であったことを示
す。従ってステッパ・モータ２６は前述のように最大整
流率でもある所望の整流率で整流されていることにな
る。
【００３５】ボックス７４で制御論理１２は図１の端子
２０でステップ信号を発し、この信号はボックス７６で
説明するようにカウンタ１６のリセットをも行う。ステ
ップ信号は位置生成器４２をＫs即ち位置生成器の利得
分だけ前進せしめ、制御手順はボックス５６に戻され
る。図４Ｅの各々の垂直方向のインクリメントは別のス
テップ信号の出現を表す。
２０でステップ信号を発し、この信号はボックス７６で
説明するようにカウンタ１６のリセットをも行う。ステ
ップ信号は位置生成器４２をＫs即ち位置生成器の利得
分だけ前進せしめ、制御手順はボックス５６に戻され
る。図４Ｅの各々の垂直方向のインクリメントは別のス
テップ信号の出現を表す。
【００３６】ボックス７０に再び戻ると、ＣＯＵＮＴＥ
Ｒ−Ｖin＝０ではない場合は、モータは過度に遅く回転
している。すなわち、ステップ間の最小整流回数が未だ
満たされていないことを意味する。ＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖ
in＝０ではない場合は、制御手順はボックス７２に転
じ、そこでφReferenceを増大させ、その後でボックス
７４，７６及び７８に進む。これらの手順は前述のとお
り、モータをステップし、カウンタ１６をリセットし、
位置生成器４２をインクリメントする。φReferenceが
増大すると、スイッチング角が増大し、それによってモ
ータ・トルクが、ひいてはモータ速度が増大する。制御
手順は再びボックス５６に戻る。
Ｒ−Ｖin＝０ではない場合は、モータは過度に遅く回転
している。すなわち、ステップ間の最小整流回数が未だ
満たされていないことを意味する。ＣＯＵＮＴＥＲ−Ｖ
in＝０ではない場合は、制御手順はボックス７２に転
じ、そこでφReferenceを増大させ、その後でボックス
７４，７６及び７８に進む。これらの手順は前述のとお
り、モータをステップし、カウンタ１６をリセットし、
位置生成器４２をインクリメントする。φReferenceが
増大すると、スイッチング角が増大し、それによってモ
ータ・トルクが、ひいてはモータ速度が増大する。制御
手順は再びボックス５６に戻る。
【００３７】ボックス６８でのφReferenceを減少させ
る機能とボックス７２でのφReferenceを増大させる機
能は所定の固定した減少及び増大を意味し、互いに異な
っていることに留意されたい。あるいは、減少値と増大
値は可変値であり、互いに等しくても、異なっていても
よい。φReferenceの調整数量及び大きさが変化する
と、モータの加速プロフィルが変化する。これらの調整
量は所望の加速プロフィルを達成するために経験的に選
択される。
る機能とボックス７２でのφReferenceを増大させる機
能は所定の固定した減少及び増大を意味し、互いに異な
っていることに留意されたい。あるいは、減少値と増大
値は可変値であり、互いに等しくても、異なっていても
よい。φReferenceの調整数量及び大きさが変化する
と、モータの加速プロフィルが変化する。これらの調整
量は所望の加速プロフィルを達成するために経験的に選
択される。
【００３８】図４ＥはφReferenceの変化の態様の例で
あり、図４Ｆは対応するモータ・トルクのプロットであ
る。
あり、図４Ｆは対応するモータ・トルクのプロットであ
る。
【００３９】これまで本発明の原理を好ましい実施例で
図示し、説明してきたが、本発明の分野の専門家には前
記の原理から離れることなく構成及び細部を修正可能で
あることが理解されよう。添付の特許請求項の趣旨と範
囲内にある全ての修正を特許請求するものである。
図示し、説明してきたが、本発明の分野の専門家には前
記の原理から離れることなく構成及び細部を修正可能で
あることが理解されよう。添付の特許請求項の趣旨と範
囲内にある全ての修正を特許請求するものである。
【００４０】
【発明の効果】本発明は上述のように、被駆動回転子を
有するステッパ・モータを制御する方法及び装置であっ
て、モータ軸エンコーダが回転子の位置に比例した信号
を発生させ、理想的回転子位置を示すモータ入力信号か
らこの信号の引き算が行われ、基準値と比較するための
エラー信号を生成する。エラー値が基準値と等しいとき
はモータは再度ステップされ、エラー値が基準値と異な
るときは基準値を増減する。又、各ステップ間で、モー
タ速度が速くなりすぎると基準値を減少させ、モータ速
度が遅くなりすぎると基準値を増加させ回転子の位置と
速度さらには加速を正確に把握する。以上によって従来
の時間と共に変化する回転子の位置や速度及び加速を正
確に制御できないといった問題点を解決した閉ループ方
法と装置の提供が可能になる。さらに、システムを最初
に組み立てる際にモータ軸エンコーダと回転子の相対的
位置関係を決定する必要はなく、任意の位置変位に対応
する閉ループ方法と装置が実現できる。以上のステップ
モータを制御する方法及び装置をＤＣサーボモータ等に
適用させることによって改良された安価なシステムが実
現できる。
有するステッパ・モータを制御する方法及び装置であっ
て、モータ軸エンコーダが回転子の位置に比例した信号
を発生させ、理想的回転子位置を示すモータ入力信号か
らこの信号の引き算が行われ、基準値と比較するための
エラー信号を生成する。エラー値が基準値と等しいとき
はモータは再度ステップされ、エラー値が基準値と異な
るときは基準値を増減する。又、各ステップ間で、モー
タ速度が速くなりすぎると基準値を減少させ、モータ速
度が遅くなりすぎると基準値を増加させ回転子の位置と
速度さらには加速を正確に把握する。以上によって従来
の時間と共に変化する回転子の位置や速度及び加速を正
確に制御できないといった問題点を解決した閉ループ方
法と装置の提供が可能になる。さらに、システムを最初
に組み立てる際にモータ軸エンコーダと回転子の相対的
位置関係を決定する必要はなく、任意の位置変位に対応
する閉ループ方法と装置が実現できる。以上のステップ
モータを制御する方法及び装置をＤＣサーボモータ等に
適用させることによって改良された安価なシステムが実
現できる。
【図１】図１は本発明に従って構成されたステッパ・モ
ータ制御回路の概略図である。
ータ制御回路の概略図である。
【図２】図２は図１のステッパ・モータ位相及び駆動回
路の概略図である。
路の概略図である。
【図３】図３は図１の概略図を作動させる方法を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図４】図４は図１の回路によって生成される典型的な
波形系列である。
波形系列である。
１０ ステップモータ制御回路 １２ 制御論理 １４ 導体 １６ リセット可能カウンタ １８ 入力端子 ２０ 出力端子 ２２ モータ・ステップ・シーケンサ ２４ 駆動回路 ２６ ステッパ・モータ ３６ 負荷 ３８ Ｎカウント・エンコーダ ４０ 位置レジスタ ４２ 位置生成器 ４４ 導体 ４５ 導体 ４６ 導体 ４８ 導体
Claims (1)
- 【請求項１】被駆動回転子を有するステッパ・モータを
制御する方法であって、最初のステップでモータの整流
を開始し、回転子の位置をサンプリングし、そのサンプ
リングされた各位置を所望の回転子位置と比較し、各比
較された位置毎に誤差値を計算し、その誤差値と基準値
とに所定の関係が生じる度にモータを整流し、その基準
値を調整するという段階からなることを特徴とするステ
ッパ・モータの制御方法
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US846302 | 1992-03-05 | ||
| US07/846,302 US5663624A (en) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | Closed-loop method and apparatus for controlling acceleration and velocity of a stepper motor |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003001878U Continuation JP2006000001U (ja) | 1992-03-05 | 2003-04-07 | ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05344796A true JPH05344796A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=25297501
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5044781A Pending JPH05344796A (ja) | 1992-03-05 | 1993-03-05 | ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ方法と装置 |
| JP2003001878U Pending JP2006000001U (ja) | 1992-03-05 | 2003-04-07 | ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ装置 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003001878U Pending JP2006000001U (ja) | 1992-03-05 | 2003-04-07 | ステッパ・モータの加速と速度を制御するための閉ループ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5663624A (ja) |
| EP (1) | EP0559464B1 (ja) |
| JP (2) | JPH05344796A (ja) |
| DE (1) | DE69306611T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021520771A (ja) * | 2018-04-09 | 2021-08-19 | ムービング マグネット テクノロジーズ | 多相モータの制御方法 |
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| DE19853452C1 (de) * | 1998-11-19 | 2000-02-03 | Daniel Bonk | Robotervorrichtung |
| US6150789A (en) * | 1999-02-13 | 2000-11-21 | Tri-Tech, Inc. | Stepper motor control |
| DE19928361A1 (de) * | 1999-06-21 | 2001-01-04 | Sig Positec Bergerlahr Gmbh & | Verfahren zum Positionieren eines Schrittmotors und elektrischer Antrieb |
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| US6336701B1 (en) | 1999-12-22 | 2002-01-08 | Hewlett-Packard Company | Ink-jet print pass microstepping |
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| US11772808B2 (en) | 2020-11-17 | 2023-10-03 | Aerostar International, Llc | Despin and rotational control architectures for lighter-than-air high altitude platforms |
| US20240001801A1 (en) * | 2020-11-18 | 2024-01-04 | Blue Volta Technology Inc. | Powertrain for an electric vehicle featuring a scalable and manageable energy storage system |
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1992
- 1992-03-05 US US07/846,302 patent/US5663624A/en not_active Expired - Lifetime
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1993
- 1993-03-04 DE DE69306611T patent/DE69306611T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-04 EP EP93301644A patent/EP0559464B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-05 JP JP5044781A patent/JPH05344796A/ja active Pending
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2003
- 2003-04-07 JP JP2003001878U patent/JP2006000001U/ja active Pending
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| JP2021520771A (ja) * | 2018-04-09 | 2021-08-19 | ムービング マグネット テクノロジーズ | 多相モータの制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0559464A1 (en) | 1993-09-08 |
| DE69306611D1 (de) | 1997-01-30 |
| US5663624A (en) | 1997-09-02 |
| JP2006000001U (ja) | 2006-02-09 |
| DE69306611T2 (de) | 1997-04-17 |
| EP0559464B1 (en) | 1996-12-18 |
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