JPH0587894A

JPH0587894A - ステツパーモータ制御シミユレータ

Info

Publication number: JPH0587894A
Application number: JP19468391A
Authority: JP
Inventors: Thierry Bajat; バジヤテイエリ; Jean-Jacques Digoin; デイゴワンジヤン−ジヤツク
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1991-05-02
Publication date: 1993-04-06
Also published as: CA2041697A1; US5270961A; FR2661788A1; FR2661788B1; EP0455537A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】良く知られた制御信号に加えて任意の特定の
制御信号を供給するための機能を備えたステッパーモー
タ開発試験装置を提案することである。【構成】入出力周辺機器に接続される中央ユニット、
メモリおよび周波数ｆのクロックから構成される計算ユ
ニット２と、クロックによって制御されそれぞれが独立
したＤＡ変換器１０を駆動する計算ユニットに並列に接
続される少なくともＮ個の独立したトリガ可能なメモリ
ユニット９であって相互にｎ／４の位相差を有する以外
は本質的に同じである周期ｎのｍ個の周期的な一連の信
号値を記憶するために使用されるメモリユニット９と、
からなるディジタル信号発生段Ａと、Ｎ個の独立した電
圧電流変換器１１であってそれぞれがＤＡ変換器１０の
出力に接続されその出力が周波数ｆ／ｎの信号を供給す
るためにステッパーモータの１つの巻き線に接続された
Ｎ個の電圧電流変換器１１から構成されるアナログパワ
ー段Ｂと、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッパーモータに係わ
り、特に低温環境、高度の干渉のある環境、真空（宇
宙）等の厳しい環境で動作するように設計されたステッ
パーモータに関する。より詳しくは、本発明はそのよう
なモータの応用範囲に関するだけでなく、ステッパーモ
ータとその制御装置（制御信号は実際は周期的な信号で
あるが）の開発と試験に関する。

【０００２】

【従来の技術】実際ステッパーモータを将来使用される
状況下において試験するために、通常の方法はステッパ
ーモータが組み立てられた機構全てを試験する。試験す
るべき装置全体の寸法の結合と厳しい環境をシミュレー
トすることに伴う制限は実際にはモータの動作および発
生されるトルクを計測するためのセンサを設置するため
にモータに接近できないことを意味する。

【０００３】従ってステッパーモータを精密に試験しよ
うとすれば、それらを分離して、即ち一体となるように
設計された機構とは独立して試験することが本質的であ
るが、しかしながらこのような試験は、既知と仮定でき
るパワーが動作状態においてステッパーモータに供給さ
れるような実際の状態をできるかぎり正確に模擬できる
ことが前提となる。現在工業的な市場において得られる
ステッパーモータ制御シミュレータは特に厳しい環境下
において使用する、実際に供給されている出力範囲から
遠くかけはなれた典型的なありきたりの出力範囲のみを
模擬することが可能である。各種の公知の電子回路ボー
ドおよびシステムが通常のパルス、方形波、正弦あるい
は余弦制御信号を発生するために使用される。ここで提
案する改善案はフランス公報ＦＲ−２４４０６４２を改
善したものである。４相のモータにおいては前記特許に
おいては１つあるいは２つの巻き線に同時にゼロレベル
と最大レベルの間のディジタル信号例えば最大レベルの
１／３または２／３を供給する。しかしながらこのよう
な中間のレベルに制限する必要性は、この公報の開示は
その実際の曲線まで中間のレベルを積算しなければなら
ないという近似的な模擬のみが可能であるとしている。

【０００４】しかしながら、正確に電源供給範囲で模擬
し、ステッパーモータを動作することの必要性は特に宇
宙での応用においては重要である。ステッパーモータは
非常に度々非常に厳しい環境条件特に真空内で動作する
ことが要求される人工衛星に使用される。ある場合には
低温状態、特に赤外線観測装置の駆動モータとして低温
状態で使用される。低温状態とは約−１７３°Ｃ以下の
技術的な低温であり、この状態においては主要なガス
（水素、窒素、酸素および空気）は液体状態である。絶
対零度に近い領域、即ち３ないし４°Ｋの温度は特に重
要である。

【０００５】室温において低温にあるステッパーモータ
の挙動を模擬することは全ての温度の影響を除去するこ
とであることは明らかである。従って低温での応用に対
して電流だけでなく電圧についてもステッパーモータの
電力供給方法を模擬することが必要である。前記の公報
ＦＲ−２４４０６４２はこの要求に部分的に答えてい
る。

【０００６】ステッパーモータの制御信号を発生する現
在知られている装置、言い換えればステッパーモータへ
の電力供給方法を決定する装置の基本的な性質は、ステ
ッパーモータに組み込まれるために設計された機構を開
発するにおいて現在までに適用された経験的なアプロー
チを示している。必要とされるトルクの比較的ありのま
まの評価に基礎をおけば、選択は必要なトルクを得るた
めに最も適当と思われる良く知られた形の信号（パル
ス、方形波、正弦波あるいは余弦波等）からなされる。
選択された簡略化された電力供給方法によって与えられ
る要求されるトルクを有するステッパーモータの許容パ
ワーが実際に以後の適用においてステッパーモータがど
のように動作するかと言う不正確な知識に対する余裕を
含んで決定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はいまあ
るステッパーモータの制御を可能とし、良く知られた制
御信号（パルス、方形波、正弦あるいは余弦波等）に加
えて任意の特定の制御信号を供給するための機能を備え
た汎用の制御装置でもあるステッパーモータ開発試験装
置を提案することによって上記の欠点を緩和することで
ある。開発され試験されるステッパーモータは現在工業
市場で得ることのできる２相、４相いずれでもよく、あ
るいは将来の特定の用途に対して開発された特注品であ
ってもよい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はＮ巻き線を有す
るステッパーモータに対する制御シミュレータであっ
て、ユーザによって使用される入出力周辺機器モジュー
ルに接続される中央ユニット、メモリモジュールおよび
周波数ｆのクロックモジュールから構成される計算ユニ
ットと、クロックモジュールによって制御されそれぞれ
が独立したディジタル・アナログ変換器を駆動する計算
ユニットに並列に接続される少なくともＮ個の独立した
トリガ可能なメモリユニットであって該メモリユニット
は相互にｎ／４の位相差を有する以外は本質的に同じで
ある周期ｎのｍ個の周期的な一連の信号値を記憶するた
めに使用されるメモリユニットと、から構成されるディ
ジタル信号発生段と、複数であるＮ個の独立した電圧電
流変換器であってそれぞれがディジタル・アナログ変換
器の出力に接続されその出力が周波数ｆ／ｎの信号を供
給するために該ステッパーモータの１つの巻き線に接続
された複数であるＮ個の電圧電流変換器から構成される
アナログパワー段と、から構成される。

【０００９】

【作用】それ自身革新的である本発明の特に利点の多い
特徴によれば、ディジタル信号発生段は４台のトリガ可
能なメモリユニットと４台のディジタル・アナログ変換
器から構成され、第１および第２のアナログパワー段は
それぞれ４台および２台の電圧電流変換器から構成さ
れ、４台のディジタル・アナログ変換器を第１のアナロ
グパワー段の４台の電圧電流変換器に選択的に接続し、
２台の予め決定されたディジタル・アナログ変換器を第
２のアナログパワー段に選択的に接続するスイッチ回路
が適用される。

【００１０】この種の装置は２巻き線および４巻き線ス
テッパーモータの試験に使用することができる。本発明
の好ましい特徴は、そのいくつかは結合することができ
るが、以下のものを含む。各ディジタル・アナログ変換
器とトリガ可能なメモリユニットは共通の回路基板によ
って構成される。アナログパワー段の複数の電圧電流変
換器は共通の基板により構成される。クロックモジュー
ルの周波数ｆはプログラム可能である。複数のトリガ可
能なメモリユニット中に記憶される周期的な連続値の周
期ｎは少なくとも１００である。

【００１１】１周期の点ｍは少なくとも１０００であ
る。２相モータに接続されるために使用されるアナログ
パワー段において、各電圧電流変換器は、非反転入力で
電圧信号を受け、出力が対応する巻き線の正端子に接続
され、反転入力に巻き線の負端子が接続されさらに抵抗
によって接地された演算増幅器を含んでいる。４相モー
タに接続されるために使用されるアナログパワー段にお
いて、各電圧電流変換器は、非反転入力で電圧信号を受
け、出力が対象となる巻き線に接続されたソースを有す
るＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、反転入力に
巻き線の負端子が接続されさらに抵抗によって接地され
た演算増幅器を含んでいる。

【００１２】

【実施例】図１はディジタル信号発生段Ａおよびアナロ
グパワー段Ｂから構成される制御シミュレータ装置１の
一般的な構成図である。段Ａは出力信号はアナログであ
るように実際には完全にディジタルではないけれども、
「ディジタル」という語は段Ｂにおけるアナログ信号処
理から信号発生処理を区別するために使用される。

【００１３】信号発生段Ａはそれ自身の管理および計算
記憶装置３を有する管理計算ユニット２を含んでいる。
管理計算ユニット２は少なくとも１つのユーザインター
フェイスモジュール４（入出力周辺機器モジュール）に
接続されている。実際にはこのモジュールはキーボード
と例えばビジュアルディスプレイスクリーンであるディ
スプレイおよび制御装置５を含んでいる。ユーザはこの
モジュールによって試験するべきモータの主要な仕様、
目標速度、記録するべき測定点の数、これらの点の値そ
の他を含む試験の実行に必要な種々のパラメータを入力
する。さらに各種のインターフェイスを備えることが可
能であり、特に再生するべきカーブを構成する点の入力
のための装置例えばディジタイザータブレット６あるい
は曲線をメモリ中に記憶するディジタルオシロスコープ
７を備えることが可能である。

【００１４】段Ａはさらに（選択されたパラメータ基準
に）プログラム可能であることが望ましい周波数ｆで、
同じくプログラム可能であることが望ましいサイクル数
（記憶されるべきカーブの周期の数）のあいだクロック
信号Ｈを発振するために使用されるクロックモジュール
８を含んでいる。勿論クロック信号の周波数ｆはサイク
ル周波数よりも極めて高く、例えば少なくとも１００倍
から１０００倍でありモータに印加される制御曲線の輪
郭の精度によって決定される。

【００１５】クロックモジュールは管理計算ユニット２
からの開始命令で起動され、管理計算ユニット２に試験
信号サイクルの終了を伝送する。またクロックモジュー
ルはユニット２からプログラム可能な周波数を決定する
信号を受信する。管理計算ユニット２に対してさらに並
列にその起動あるいは制御信号がクロック信号Ｈである
独立したトリガ可能なメモリユニット９が接続されてい
る。ユニット９は問題となっているステッパーモータ中
で制御される相または巻き線と同じ数だけある。この実
施例においてはステッパーモータが４相であるので（以
下Ｍ４と記す）このユニットは４つある。図２は２相を
有する（以下Ｍ２と記す）ステッパーモータに対応して
２つのユニット９を有するもう１つの実施例（Ａ’型）
を示す。

【００１６】このユニット９は各相に対して発生するべ
き曲線を示す連続点の値を記憶し、クロック信号周波数
ｆで次々にそれらの点の値をとるディジタル信号を出力
する。これらの点の値は周波数ｎを有し、それらの数ｍ
（ｎより大またはｎと同値）は、必要によりそれぞれｎ
であるサイクルの整数あるいは非整数倍を表す。各ユニ
ット９の出力側にはディジタルアナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）１０があり、その出力にはキーボードまたは６ない
しは７によって特にサンプリングされた状態で入力され
たトリガ可能なメモリユニット９に記憶された選択値に
よって任意に設定された輪郭に従って得られる曲線を近
似する電圧Ｕ（第１相に対しるＵ_１、第２相に対するＵ
_２等）が出力される。

【００１７】各トリガ可能なメモリユニット９および付
属するＤＡＣは任意波形の信号発生モジュールを構成す
る。各ユニット９に記憶される曲線はある時点で相違し
たものであっても、１パルスステップの位相シフトを適
用することによって演繹されるので、１つの曲線が入力
されていれば充分であり、管理計算ユニット２によって
他に演繹される（これは後に詳しく説明される）。パワ
ー段ＢまたはＢ’は本質的に各任意波形の信号発生器９
と１０の出力側に設置され、電圧Ｕ_１、Ｕ_２等に比例
し、そして直接対象となる巻き線に供給できるように対
象のモータに対して充分な大きさを有する出力電流Ｉ
（各相に対してＩ_１、Ｉ_２等）を発生する電圧電流変換
器１１または１１’を含んでいる。

【００１８】４相モータに対しては４つの変換器１１ま
たは１１’、２相モータに対しては２つの変換器１１ま
たは１１’がある。図３は２相あるいは４相モータを試
験し、設計するために使用することのできる一般的なシ
ミュレータを示す。この装置は図１のディジタル信号発
生段Ａと図１および図２のアナログパワー段Ｂおよび
Ｂ’から構成されている。

【００１９】計算ユニット２あるいは手動によって制御
されるスイッチング回路Ｃが段Ｂ’の２つのＤＡＣに接
続するか段Ｂの４つのＤＡＣに接続するかを切り換え
る。図４の（Ａ）および（Ｂ）は、正弦、余弦信号の簡
単な場合であるが、２相のステッパーモータの巻き線中
の電流Ｉ_１とＩ_２の間の関係を示すが、それらは全く同
一であるが１ステップ（各周期またはサイクルは４つの
等しいステップから構成されている。）オフセットして
いる。図４（Ｃ）はクロック信号Ｈを示し、この信号の
各パルス上で信号Ｕ_１はトリガ可能なメモリユニット中
に記憶された曲線の次の点の値をとる。この信号の周期
ｔは信号Ｕ_１の周期Ｔよりも非常に小さいために、Ｕ_１
は不連続で発生されていても連続しているように見え
る。

【００２０】クロック信号による適当な時刻におけるイ
ンターラプトによって巻き線に供給される曲線の任意の
点でステッパーモータを固定することが可能であること
が理解される。図５および図６は図１および図２に示す
装置の２つの実施例である。各場合において、ユニット
２から５はマイクロコンピュータ（ＰＣ）１２中に組み
込まれる（図６においては同一の参照番号にダッシュを
付して区別する）。結合バス１３（１３’）はクロック
ユニット８（８’）を表すクロックボード１４（１
４’）とそれぞれが１つのトリガ可能なメモリユニット
９とそれに付随するＤＡＣ１０（基板１５と１５’は独
立している）に接続されている４つ（または２つ）の任
意波形の信号発生ボード１５（１５’）を結合してい
る。ボード１５（１５’）の出力側には後により詳しく
説明されるパワーおよびコンバータボード１６（１
６’）が接続され、その出力は対象のモータ（Ｍ４また
はＭ２）の巻き線に接続されている。

【００２１】コンピュータ１２（１２’）はこれら全て
のボードを制御するために適当なソフトウエアを実行す
る。図７はおのずと理解できる程度に簡略化されたこの
ソフトウエアのフローチャートである。要約すれば、最
初の段階はモータ形式とその仕様、その他のパラメータ
を入力する。ソフトウエアは装置と試験するべきモータ
の特性が互換性があるか否かを検査し、もしなければ装
置１の部分が変更されなければならない。例えば、制御
曲線が基本的な数学的な関数（指数、対数、正弦または
余弦等）またはこれらの結合（左欄参照）によって、区
域分け（これは任意の輪郭に対する上記の場合である）
（中央欄参照）によって、あるいは簡単な幾何学的な輪
郭（パルス、方形波あるいは正弦または余弦）という語
によって定義されるようにいくつかの選択枝が備えられ
ている。この選択枝が選択されると、要求される曲線を
完全に定義するために必要なパラメータ（点の数、サイ
クル数、クロック周波数等）が入力される。

【００２２】プログラムは各巻き線に供給する電流を発
生するために実行される。さらに試験を続行するか試験
を中止するかの選択枝がある。ここで装置の操作が説明
される。クロックボード１４（１４’）は特定の応用に
対してプログラムされたサイクル数（このサイクル数は
モータのステップ数を定義する）を規定するクロック信
号を供給する。クロック信号は出力信号を同期させるた
めに外部クロックモード（スレーブ）で使用される任意
波形の信号発生ボード１５（１５’）のそれぞれに分岐
される。ボード１５（１５’）の機能パラメータ、１サ
イクル当たりの点の数およびボードの最大正および負出
力電圧の範囲で変更可能な各点の振幅はソフトウエアで
プログラム可能である。

【００２３】ここで任意波形の信号発生ボード上でプロ
グラムされた信号の１サイクルは１巻線に対して４つの
モータステップをカバーする制御信号を表す。このよう
に、クロックおよび任意信号信号発生ボードの種々のパ
ラメータを適切に選択することによって、ユーザの要求
に応じてステッパーモータを任意の制御信号で制御する
ことが可能である。クロック信号の中断によって任意波
形の信号発生ボードを最終の値で凍結し、ステッパーモ
ータを停止する。

【００２４】すでに述べたようにパワー電子インターフ
ェイスＢ（Ｂ’）は本質的には電圧電流変換器である。
ボード１５（１５’）からのアナログ信号はアナログ信
号に比例した電流信号に変換される。２種類のモータ構
造に対応するコンバータは１入力が接地された図８ある
いは９の４端子ネットワークのよってモデル化される。
これらの電圧電流変換器の１つの実施例が以下に説明さ
れるが、他の回路を使用することも可能である。

【００２５】図１０はモータＭ２に対する回路である。
この回路の動作は第１のモータ巻き線を参照して行われ
る。第２の巻き線の動作はそれから同様に類推できる。
電圧電流変換器１１’はパワー演算増幅器ＡＯＰと巻き
線の負端子を接地する抵抗Ｒ_ｅｔに基づく通常の回路で
ある。理想的な演算増幅器を仮定すれば、この種の回路
の伝達関数は次式のように表される。Ｉ＝Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｒ_ｅｔこれは制御信号“Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}”に直接比例したモー
タ巻き線制御電流Ｉを発生する。この値はＶ
_{ｓｉｇｎａｌ}の値が＋Ｖ_ｍａｘと−Ｖ_ｍａの間で変化
し、モータ巻き線の最大許容電流を越えないように決定
されたＲ_ｅｔに対して選択することが可能である。

【００２６】この回路は電圧制御に関する問題、例えば
巻き線中の電圧セットアップ時間、自励発振回路を使用
することの必要性および多数のそして困難な保護回路を
定義する必要性といった問題の大部分をさけるものであ
る。ダイオードＤ１およびＤ２（Ｄ３およびＤ４）はモ
ータのインダクタンスによる電圧スパイクに対して回路
を保護する。もしＶ_{ｓｉｇｎａｌ}が実験中に既に得られ
た信号を再生するモータ回転サイクルを再生するように
プログラムされていたならば、実験室内で実験の極限の
状態のもとで再生することが可能である。

【００２７】トルクは電流に比例しているために、モー
タ巻き線で再生される要求されるトルク曲線を決定する
ことも充分に可能である。抵抗Ｒ_ｅｔの値は選択された
ステッパーモータの形式、従って各巻き線の最大電流に
依存する。汎用の制御則発生器において、Ｒ_ｅｔの値は
ユーザによってプログラム可能である。抵抗Ｒ_ｅｔの２
つの本質的なパラメータが考慮されねばならない。最大許容電力（Ｒ_ｅｔ・Ｉ_ｍａｘ ^２以下）

【００２８】Ｉの値の誤差を最小とするための精度（１
％以下の精度であること）理想的な演算増幅器を仮定し
ていた。この点は最近の演算増幅器の性能およびＩの値
の要求精度では受入れ可能である。４相モータの場合の
回路の動作は図１１の第１のモータ巻き線を参照して説
明され、他の巻き線については同様に推論することが可
能である。電圧電流変換器１１は演算増幅器ＡＯＰ
１’、ＡＯＰ２’に基づく前置の回路から駆動される。
この実施例においては、演算増幅器はパワー素子として
は使用されずパワーＭＯＳトランジスタＱ１（Ｑ２）を
点弧するために非常に低電流を発生する。

【００２９】４相のステッパーモータの動作モードにお
いては、巻き線１と２（３と４）のセンタータップは常
に正電位（モータ正電源）に維持されている。ＭＯＳト
ランジスタが点弧されると、理想的な演算増幅器のもと
では、回路の伝達関数は次式で表される。Ｉ＝Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｒ_ｅｔＭＯＳトランジスタは低ドレン・ソース抵抗（ＲＤＳ
（ＯＮ））を有していて低熱損失で高電流（素子の仕様
の制限内で）を流すことができる。既に説明したよう
に、適切に信号Ｖ_{ｓｉｇｎａｌ}の波形をプログラムする
ことによって、要求される制御信号がモータ巻き線中に
発生される。任意波形の信号発生ボードによって発生さ
れる４つの信号をカバーするための記述を一般化すれ
ば、要求される全てのモータの動作の形を再生すること
が可能である。

【００３０】例えば、宇宙用を指向する制御装置におい
ては、実施例においてはまず最初に２つの宇宙用のステ
ッパーモータＳＡＧＥＭ（商品名）、２３ＰＰバイポー
ラ制御２相モータおよび１１ＰＰユニポーラ制御４相モ
ータに適用される。しかしながら、電子的インターフェ
イスボードに限られた数の変更を行うことによって、装
置は任意の今利用できるステッパーモータを制御するこ
とが可能である。

【００３１】図３のコンピュータ１２は例えばＩＢＭ
ＰＣＡＴ（商品名）または同等のコンピュータであ
る。この内部バス１３（１３’）に、ＣＯＮＴＥＣＴＣ
Ｇ１０（商品名）クロックボード１４（１４’）および
４つのＱＵＡＴＥＣＨＷＳＢ１０（商品名）恣意的
信号発生ボード１５（１５’）が接続されている。これ
らのボードは汎用のボードであり、ステッパーモータ制
御への応用以外の他の応用に使用される。他のメーカで
あっても要求に合う同等の製品を供給する。使用される
ボードに適合したソフトウエアを使用することによっ
て、その応用がより正確な精度を必要とし、従ってより
多くのサンプリング点と高分解能を必要とする場合には
他のボードを使用することができる。

【００３２】任意波形の信号発生ボードの出力信号は±
５．１２Ｖの範囲内で１．２５ｍＶの分解能（１２ビ
ット分解能）でプログラムすることが可能である。発生
される曲線は曲線のサイクルが４つのモータステップを
表すモータステップ毎に５１２点をあたえる２０４８の
点から定義される。周波数、デューティサイクルおよび
分解能を含む全てのパラメータはソフトウエアでプログ
ラム可能である。図１２の電子回路ボードの回路図は図
１０に示す一般構造の実施例である。演算増幅器はＢＵ
ＲＲＢＲＯＷＮＯＰＡ５１２（商品名）である。こ
の回路の主な仕様はほとんどの２相ステッパーモータに
完全に適合するように以下の通りしている。

【００３３】最大出力電圧±５０Ｖ最大出力電流１５Ａ出力電流は抵抗Ｒｃ１１とＲｃ１２によって制限され、
この実施例においてはＲｃ１１＝Ｒｃ１２＝１．３オー
ムであり、Ｉ_ｌｉｍｉ＝０．６５／（Ｒｃ１＋０．００７）≒０．５Ａ（１）この回路においてパワーおよび出力端子はダイオードＤ
１からＤ８までの高速ダイオードＢＹＷ８０（商品名）
によって保護されている。

【００３４】抵抗Ｒ_ｅｔは１０オームの抵抗値を有する
非誘導型（巻き線型でない）パワー抵抗であり、Ｉ_ＭＡＸ＝Ｖ_{ｓｉｇｎａｌｍａｘ}／Ｒ_ｅｔ＝５Ａとなる。演算増幅器の出力電流は２３ＰＰのモータの偶
発的な損傷の可能性を避けるために意図的に低い値
（０．５Ａ）に制限している。この装置を他の形式の２
相モータに使用するためには、式（１）を用いて抵抗Ｒ
ｃ１の値を変更する必要がある。

【００３５】４相モータに対する図１３の詳細回路図は
図１１に示す一般構造の１実施例である。演算増幅器は
±１５Ｖ電源のＰＭＩＯＰ４７０（商品名）４個入り
演算増幅器である。ＭＯＳトランジスタはＩＮＴＥＲＮ
ＡＴＩＯＮＡＬＲＥＣＴＩＦＩＥＲＩＲＦ２５０
（商品名）Ｎチャンネルトランジスタである。この回路
の主な仕様は以下の通りである。ＲＤＳ（ＯＮ）＝０．０８５オームＩＤ_ｍａｘ＝３０Ａ

【００３６】モータ正電源はボードの外部にある（従っ
てユーザによって設置される）ためにＭＯＳトランジス
タを流れる高ドレン電流を得ることができ、この回路は
大部分の４相ステッパーモータに適している。誘導的な
負荷はＭＯＳトランジスタを破壊する非常に高振幅の電
流スパイクを発生する。保護ダイオードＤ１からＤ４、
ＢＹＷ８０（商品名）がこのようなスパイクを吸収し、
トランジスタを破損から保護するために設置されてい
る。前の例のように、抵抗Ｒ_ｅｔは１％の非誘導（巻き
線でない）パワー抵抗であり、Ｉ_ｍａｘ＝Ｖ_{ｓｉｇｎａｌｍａｘ}／Ｒ_ｅｔ＝５Ａとなる。

【００３７】図１２および１３において、回路フィルタ
キャパシタが演算増幅器のできるかぎり近傍に設置され
る。本発明はＩＳＣＯＭカメラ（宇宙における赤外線観
測用）を試験するために４°Ｋ（−２６９°Ｃ）で動作
するように設計されたＳＡＧＥＭ１１ＰＰ（商品名）
超伝導モータの周囲温度の実験室シミュレーションに適
用される。これらの試験の目的はシステムの猶度を決定
し、ロータ位置の関数としてトルク曲線を描き、最適な
制御則を決定することである。

【００３８】現在あるセンサおよびディジタルオシロス
コープがモータ巻き線内の電流をプロットするためにし
ようされる（他の相の電流はそれぞれ位相が９０°、１
８０°および２７０°相違するだけで全く同一の波形で
あるので１相について描けば十分である）。この曲線に
基づいて、信号は４つの任意波形の信号発生ボード１５
のそれぞれに記憶された２０００点によって４ステップ
の間繰り返される。モータ速度はプログラムされたクロ
ック周波数に依存する。モータは実験室において４°Ｋ
の温度に曝されたモータの制御則を使用して周囲温度で
動作する準備がされている。

【００３９】図１５は同様の応用において再生された電
流曲線Ｉと任意波形の信号発生ボードの１つから出力か
ら得られる電圧曲線Ｕとの間の同一性を示している。実
施例に制限されないさらに進んだもを得ることができ、
この分野の専門家によっては本発明の範囲から離れるこ
とのない種々の変更が可能であることはいうまでもな
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明は従って、付随する電子的なイン
ターフェイスをを有するコンピュータによって構成され
ている。これらの信号はモータがその最大値に耐えるな
らばどのような形式であっても、ステッパーモータの巻
き線（巻き線制御）に直接信号を再生する。本発明は、
モータを厳しい環境条件に曝すこととなるステッパーモ
ータの制御則を再生可能であるばかりでなく、例えば要
求されるトルク変動のデータからこの制御則を決定する
こと、例えば機械的な部分（例えばモータによって駆動
されるギヤ）に過度の機械的負荷がかかることを避ける
ために出力トルクに急激な変動が生じることを避ける必
要があるかもしれない。この制御則を決定するための装
置はあらゆる輪郭を有する制御則を発生する本発明によ
って提供される装置によってもたらされ、例えば急激な
変動のないトルクを発生する制御則の（できれば複雑
な）輪郭を定義する連続的な試験の手段を可能とする。

【００４２】本発明は実際のステップにおいてだけでな
く、副多重ステップにおいてステッパーモータを制御す
ることを可能とすることを承知するべきである。本発明
の１つの利点は試験の開始あるいは終了に対して、他の
ステップとは異なった最初のおよび／または最後の振幅
および／または周期（最初のおよび／または最後のステ
ップとは異なった特定のステップ）をプログラムするこ
とができる装置であることである。これはトリガ可能な
ユニット中に最初の（または最後の）ステップに要求さ
れる曲線に対応する点と他のステップに要求される通常
の曲線に対応する点とを記憶することによってソフトウ
エアで達成することが可能である。

【００４３】異なった最初のステップの使用はモータ軸
の発振を含む多くの問題点を回避する多くの利点があ
る。ＩＳＯＣＡＭ（商品名）プログラムの一部として実
行される試験は電気機械的システムの制御則および動作
方法を最適化する利点を示す。経験によればこの制御則
はモデル化することは困難であり、実際の素子を用いた
シミュレーションによって決定することは多くの利点が
ある。同様の方法が最終ステップに関しても適用され
る。

【００４４】本発明は応用先および複雑であろうが各巻
き線に供給される電流波形に関係なくステッパーモータ
の電力供給方法を決定あるいは少なくとも実験室で再生
することを可能とするということが理解されるであろ
う。それにもかかわらず、本発明はこの結果を簡単に、
高速に、信頼性高くそして比較的安価に達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は４つの巻き線を有するモータに対する本
発明に係るステッパーモータ制御シミュレータ装置のブ
ロック図である。

【図２】図２は２つの巻き線を有するステッパーモータ
に対するもう１つのシミュレータ装置のブロック図であ
る。

【図３】図３は２つあるいは４つの巻き線を有するモー
タに対するもう１つのシミュレータ装置の簡略化したブ
ロック図である。

【図４】図４はステッパーモータの巻き線を流れる電流
およびクロック信号とＤ／Ａ変換器によって発生される
電圧を簡単な場合について時間の関数として表示したグ
ラフである。

【図５】図５は４つの巻き線を有するステッパーモータ
に対する図１の装置の１実施例のブロック図である。

【図６】図６は２つの巻き線を有するステッパーモータ
に対する同様の装置のブロック図である。

【図７】図７は図３に示す装置に組み込まれるソフトウ
エアの基本的なフローチャートである。

【図８】図８は２つの巻き線を有するステッパーモータ
の電力段のブロック図である。

【図９】図９は４つの巻き線を有するステッパーモータ
のアナログ線図である。

【図１０】図１０は図８のパワー段の簡略化した電気回
路図である。

【図１１】図１１は図９のパワー段の同様な電気回路図
である。

【図１２】図１２は図８のパワー段の詳細な電気回路図
である。

【図１３】図１３は図９のパワー段の詳細な電気回路で
ある。

【図１４】図１４は１つの巻き線中で計測された再生電
流と信号発生段の出力からえられる電圧曲線である。

【符号の説明】

Ａ…ディジタル信号発生段Ｂ…アナログパワー段１…ステッパーモータ制御シミュレータ装置２…管理計算ユニット３…管理および計算記憶ユニット４…ユーザインターフェイスモジュール５…制御装置６…ディジタイザータブレット７…ディジタルオシロスコープ８…クロックモジュール９…メモリユニット１０…ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１１…電圧電流変換器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図７】図７は図３に示す装置に組み込まれるソフトウ
ェアの基本的なフローチャートである。

【図１４】図１４は４°Ｋでの４相モータの中の１相の
電流曲線である。

【図１５】図１５は１つの巻き線中で計測された再生電
流と信号発生段の出力からえられる電圧曲線である。

【符号の説明】Ａ…ディジタル信号発生段Ｂ…アナログパワー段１…ステッパーモータ制御シミュレータ装置２…管理計算ユニット３…管理および計算記憶ユニット４…ユーザインターフェイスモジュール５…制御装置６…ディジタイザータブレット７…ディジタルオシロスコープ８…クロックモジュール９…メモリユニット１０…ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１１…電圧電流変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ巻き線を有するステッパーモータ（Ｍ
２、Ｍ４）のための制御シミュレータであって、ユーザによって使用される入出力周辺機器モジュール
（４）に接続される中央ユニット（２）、メモリモジュ
ール（３）および周波数ｆのクロックモジュール（８、
１４、１４’）から構成される計算ユニット（１２、１
２’）と、クロックモジュールによって制御されそれぞれが独立し
たディジタル・アナログ変換器（１０）を駆動する計算
ユニットに並列に接続される少なくともＮ個の独立した
トリガ可能なメモリユニット（９）であって該メモリユ
ニットは相互にｎ／４の位相差を有する以外は本質的に
同じである周期ｎのｍ個の周期的な一連の信号値を記憶
するために使用されるメモリユニットと、からなるディ
ジタル信号発生段（Ａ、Ａ’）と、複数であるｎ個の独立した電圧電流変換器であってそれ
ぞれがディジタル・アナログ変換器の出力に接続されそ
の出力が周波数ｆ／ｎの信号を供給するために該ステッ
パーモータの１つの巻き線に接続された複数であるｎ個
の電圧電流変換器（１１、１１’）とから構成されるア
ナログパワー段（Ｂ、Ｂ’）と、から構成されるステッ
パーモータ制御シミュレータ。
【請求項２】ディジタル信号発生段（Ａ）が４台のト
リガ可能なメモリユニットと４台のディジタル・アナロ
グ変換器から構成され、第１および第２のアナログパワ
ー段（Ｂ、Ｂ’）がそれぞれ４台および２台の電圧電流
変換器から構成され、４台のディジタル・アナログ変換
器を第１のアナログパワー段の４台の電圧電流変換器に
選択的に接続し、２台の予め決定されたディジタル・ア
ナログ変換器を第２のアナログパワー段の２台の電圧電
流変換器に選択するスイッチ回路（Ｃ）を含む請求項１
に記載されたステッパーモータ制御シミュレータ。
【請求項３】スイッチ回路（Ｃ）が計算ユニットによ
って制御されることを特徴とする請求項２に記載された
ステッパーモータ制御シミュレータ装置。
【請求項４】各ディジタル・アナログ変換器とそれに
付随するトリガ可能なメモリユニットが共通基板（１
５、１５’）に構成されることを特徴とした請求項１か
ら３のいずれか１の請求項に記載されたステッパーモー
タ制御シミュレータ。
【請求項５】アナログパワー段の複数の電圧電流変換
器が共通の基板に構成されたことを特徴とする請求項１
から４のいずれか１の請求項に記載されたステッパーモ
ータ制御シミュレータ。
【請求項６】クロックモジュールの周波数ｆがプログ
ラム可能であることを特徴とする請求項１から５までの
いずれか１の請求項に記載されたステッパーモータ制御
シミュレータ。
【請求項７】複数のトリガ可能なメモリユニットに記
憶されるべき周期的連続値の周期ｎが少なくとも１００
であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１の
請求項に記載されたステッパーモータ制御シミュレータ
装置。
【請求項８】１周期の点数ｍが少なくとも１０００で
あることを特徴とする請求項７に記載されたステッパー
モータ制御シミュレータ。
【請求項９】２相モータに接続されるために使用され
るアナログパワー段において、各電圧電流変換器が、非
反転入力で電圧信号を受け、出力が対応する巻き線の正
端子に接続され、反転入力に巻き線の負端子が接続され
さらに抵抗（Ｒ_ｅｔ）によって接地された演算増幅器
（ＡＯＰ１、ＡＯＰ２）を含んでいることを特徴とする
請求項１から８のいずれか１の請求項に記載されたステ
ッパーモータ制御シミュレータ。
【請求項１０】４相モータに接続されるために使用さ
れるアナログパワー段において、各電圧電流変換器が、
非反転入力で電圧信号を受け、出力が対象となる巻き線
に接続されたソースを有するＭＯＳトランジスタのゲー
トに接続され、反転入力に巻き線の負端子が接続されさ
らに抵抗（Ｒ_ｅｔ）によって接地された演算増幅器（Ａ
ＯＰ１’、ＡＯＰ２’等）を含んでいることを特徴とす
る請求項１から９のいずれか１の請求項に記載されたス
テッパーモータ制御シミュレータ。