JPH06284790A - ステッピングモータ制御装置 - Google Patents
ステッピングモータ制御装置Info
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- JPH06284790A JPH06284790A JP7220593A JP7220593A JPH06284790A JP H06284790 A JPH06284790 A JP H06284790A JP 7220593 A JP7220593 A JP 7220593A JP 7220593 A JP7220593 A JP 7220593A JP H06284790 A JPH06284790 A JP H06284790A
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 47
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 4
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ステッピングモータのマイクロステップ駆動に
おいて、モータの個体間及び励磁位置の違いによる特性
のばらつきを補償した閉ループ制御を行い、高精度駆動
を実現する。 【構成】目標位置信号とモータの位置または回転角信号
の誤差信号を0に近付ける制御器操作信号9を発生する制
御器8と、モータ位置信号19と補償後操作信号11とを等
価外乱推定器6に取り込みステッピングモータの各励磁
相の特性変動と等価な等価外乱を推定し、ローパスフィ
ルタ4で推定信号5の高周波成分を除去し特性変動補償信
号3を発生する特性変動補償器と、加算器10とを備えて
なる。制御器操作信号9と特性変動補償信号3とを加算器
10で加算し補償後操作信号11を発生する。 【効果】本発明により、モータの位置または回転角のみ
ならず、個々のモータごとの特性のばらつきに影響され
ずに制御系を構築できる。また、較正の工数の削減およ
び高い精度の位置決めが実現できる。
おいて、モータの個体間及び励磁位置の違いによる特性
のばらつきを補償した閉ループ制御を行い、高精度駆動
を実現する。 【構成】目標位置信号とモータの位置または回転角信号
の誤差信号を0に近付ける制御器操作信号9を発生する制
御器8と、モータ位置信号19と補償後操作信号11とを等
価外乱推定器6に取り込みステッピングモータの各励磁
相の特性変動と等価な等価外乱を推定し、ローパスフィ
ルタ4で推定信号5の高周波成分を除去し特性変動補償信
号3を発生する特性変動補償器と、加算器10とを備えて
なる。制御器操作信号9と特性変動補償信号3とを加算器
10で加算し補償後操作信号11を発生する。 【効果】本発明により、モータの位置または回転角のみ
ならず、個々のモータごとの特性のばらつきに影響され
ずに制御系を構築できる。また、較正の工数の削減およ
び高い精度の位置決めが実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータを
通常のステップ送りよりも細かい分解能で駆動し、高精
度に制御を行うマイクロステップ駆動のステッピングモ
ータ制御装置に関する。
通常のステップ送りよりも細かい分解能で駆動し、高精
度に制御を行うマイクロステップ駆動のステッピングモ
ータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ステッピングモータの高精度駆動
を行う手法として、通常のステップ送りよりも細かい分
解能で駆動するマイクロステップ駆動が用いられてい
る。この駆動は、ステッピングモータの1相の1ステップ
分を1周期とし、これを細分した位置または回転角毎に
それに対応する各相の励磁電流テーブルを持ち、これに
基づいて順次に各相に励磁電流を与え、1周期内の細分
した任意の位置または回転角へモータの移動子を移動さ
せるものである(特開昭58-23364号)。
を行う手法として、通常のステップ送りよりも細かい分
解能で駆動するマイクロステップ駆動が用いられてい
る。この駆動は、ステッピングモータの1相の1ステップ
分を1周期とし、これを細分した位置または回転角毎に
それに対応する各相の励磁電流テーブルを持ち、これに
基づいて順次に各相に励磁電流を与え、1周期内の細分
した任意の位置または回転角へモータの移動子を移動さ
せるものである(特開昭58-23364号)。
【０００３】通常のステッピングモータの駆動は開ルー
プ制御で行われ、マイクロステップ駆動においても開ル
ープ方式が多く用いられてきた。しかし、ステッピング
モータ制御装置における位置又は角度の精度をさらに高
上するため、モータの位置または回転角をフィードバッ
クし、目標位置または目標回転角との誤差を補償する制
御器を備えた閉ループ制御方式も開発されている(特開
昭63-277496号,特開昭63-167486号,特開昭63-167487
号)。
プ制御で行われ、マイクロステップ駆動においても開ル
ープ方式が多く用いられてきた。しかし、ステッピング
モータ制御装置における位置又は角度の精度をさらに高
上するため、モータの位置または回転角をフィードバッ
クし、目標位置または目標回転角との誤差を補償する制
御器を備えた閉ループ制御方式も開発されている(特開
昭63-277496号,特開昭63-167486号,特開昭63-167487
号)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のステッピングモ
ータの駆動装置では、閉ループ制御により、モータの位
置または回転角と目標位置または目標回転角との誤差を
0に近付けることが可能である。しかし、ステッピング
モータ位置または回転角と各相の励磁電流との関係はお
よそsin関数に近いが、個々のモータによってばらつき
がある。そのため、細分したモータの位置または回転角
に対する各相の励磁電流が正確に較正されていないとそ
れぞれの位置または回転角によって特性が変化し、制御
性能にばらつきが生じてしまう問題点があった。そのた
め、個々のモータにおける位置または回転角と角相の励
磁電流との較正を行い、高精度化が図られるが、個々の
モータに関するその較正に多くの工数がかかり、ひいて
はモータの製造原価がその較正のために高くなってい
た。
ータの駆動装置では、閉ループ制御により、モータの位
置または回転角と目標位置または目標回転角との誤差を
0に近付けることが可能である。しかし、ステッピング
モータ位置または回転角と各相の励磁電流との関係はお
よそsin関数に近いが、個々のモータによってばらつき
がある。そのため、細分したモータの位置または回転角
に対する各相の励磁電流が正確に較正されていないとそ
れぞれの位置または回転角によって特性が変化し、制御
性能にばらつきが生じてしまう問題点があった。そのた
め、個々のモータにおける位置または回転角と角相の励
磁電流との較正を行い、高精度化が図られるが、個々の
モータに関するその較正に多くの工数がかかり、ひいて
はモータの製造原価がその較正のために高くなってい
た。
【０００５】さらに、モータの速度または回転速度によ
っても位置または回転角に対する各相の励磁電流の特性
が変化するから、駆動速度を変化させた場合にも制御特
性にばらつきが生じるという欠点があった。このよう
に、従来のステッピングモータ制御装置には価格および
制御特性の均質性に関して解決すべき課題があった。
っても位置または回転角に対する各相の励磁電流の特性
が変化するから、駆動速度を変化させた場合にも制御特
性にばらつきが生じるという欠点があった。このよう
に、従来のステッピングモータ制御装置には価格および
制御特性の均質性に関して解決すべき課題があった。
【０００６】本発明の目的は、上述の課題を解決したス
テッピングモータ制御装置の提供にある。
テッピングモータ制御装置の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のステッピングモ
ータ制御装置は、ステッピングモータの機構特性で決ま
るステップよりも細かい分解能のマイクロステップで該
ステッピングモータを駆動するため、補償信号に従った
現在位置を保持する相励磁ポインタ保持器と、前記相励
磁ポインタ保持器からの相励磁指示信号に従って各相の
駆動励磁電流の値を発生する各相駆動電流発生器と、前
記各相駆動電流発生器からの各相駆動電流指示信号に応
じて各相毎に駆動電流をステッピングモータの各励磁相
に与える電流アンプと、ステッピングモータの移動子の
目標の位置を示す目標位置信号と該移動子の位置を検出
するセンサからの位置信号とを取り込み両者の差である
誤差信号を発生する差分器と、前記誤差信号を0に近付
ける制御器操作信号を発生する制御器とを備えたステッ
ピングモータ駆動装置において、前記移動子位置信号と
前記相励磁ポインタ保持器に与える補償後操作信号とを
取り込み、ステッピングモータの各励磁相の特性変動に
等価な等価外乱を推定し、該等価外乱を表す推定信号を
生成する等価外乱推定器と、前記推定信号の高周波成分
を除去するローパスフィルタとにより前記補償信号とし
て特性変動補償信号を生成する特性変動補償器と、前記
制御器操作信号と前記特性補償信号とを加算し補償後操
作信号を生成する加算器とを備え、前記相励磁ポインタ
保持器は前記補償後操作信号を前記現在位置の信号とし
て受けることを特徴とする。
ータ制御装置は、ステッピングモータの機構特性で決ま
るステップよりも細かい分解能のマイクロステップで該
ステッピングモータを駆動するため、補償信号に従った
現在位置を保持する相励磁ポインタ保持器と、前記相励
磁ポインタ保持器からの相励磁指示信号に従って各相の
駆動励磁電流の値を発生する各相駆動電流発生器と、前
記各相駆動電流発生器からの各相駆動電流指示信号に応
じて各相毎に駆動電流をステッピングモータの各励磁相
に与える電流アンプと、ステッピングモータの移動子の
目標の位置を示す目標位置信号と該移動子の位置を検出
するセンサからの位置信号とを取り込み両者の差である
誤差信号を発生する差分器と、前記誤差信号を0に近付
ける制御器操作信号を発生する制御器とを備えたステッ
ピングモータ駆動装置において、前記移動子位置信号と
前記相励磁ポインタ保持器に与える補償後操作信号とを
取り込み、ステッピングモータの各励磁相の特性変動に
等価な等価外乱を推定し、該等価外乱を表す推定信号を
生成する等価外乱推定器と、前記推定信号の高周波成分
を除去するローパスフィルタとにより前記補償信号とし
て特性変動補償信号を生成する特性変動補償器と、前記
制御器操作信号と前記特性補償信号とを加算し補償後操
作信号を生成する加算器とを備え、前記相励磁ポインタ
保持器は前記補償後操作信号を前記現在位置の信号とし
て受けることを特徴とする。
【０００８】本発明の別のステッピングモータ制御装置
は、ステッピングモータの機構特性で決まるステップよ
りも細かい分解能のマクロステップで該ステッピングモ
ータを駆動するため、補償信号に従った現在位置を保持
する相励磁ポインタ保持器と、前記相励磁ポインタ保持
器からの相励磁指示信号に従って各相の駆動励磁電流の
値を発生する各相駆動電流発生器と、前記各相駆動電流
発生器からの各相駆動電流指示信号に応じて各相毎に駆
動電流をステッピングモータの各励磁相に与える電流ア
ンプと、ステッピングモータの移動子の目標の位置を示
す目標位置信号と該移動子の位置を検出するセンサから
の位置信号x1とを取り込み両者の差である誤差信号を発
生する差分器と、前記誤差信号を0に近付ける制御器操
作信号を発生する制御器とを備えたステッピングモータ
駆動装置において、前記位置信号x1と補償後操作信号u
とを受けて特性変動補償信号urを生成する特性変動補償
器と、前記制御器操作信号と前記特性変動補償信号urと
を加算して前記補償後操作信号を生成する加算器とを備
え、前記相励磁ポインタ保持器は前記補償後操作信号を
前記現在位置の信号として受け、前記特性変動補償器
は、前記位置信号x1を微分する微分器と、前記位置信号
x1を利得b1で増幅する第1の増幅器と、前記微分器の出
力を利得b2で増幅する第2の増幅器と、前記第1及び第2
の増幅器の出力を加算する第1の加算器と、前記補償後
操作信号uを利得akhで増幅する第3の増幅器と、この第3
の増幅器の出力と前記第1の加算器の出力とを加算する
第2の加算器と、前記特性変動補償信号urを利得akhで増
幅する第4の増幅器と、前記第2の加算器の出力から前記
第4の増幅器の出力を減ずる第1の減算器と、この第1の
減算器の出力を積分する積分器と、この積分器の出力か
ら前記微分器の出力を減ずる第2の減算器と、この第2の
減算器の出力を利得al／(akh) で増幅し前記特性変動補
償信号urを生成する第5の増幅器とからなる（a,al,b1,b
2,khは特性パラメータ）ことを特徴とする。
は、ステッピングモータの機構特性で決まるステップよ
りも細かい分解能のマクロステップで該ステッピングモ
ータを駆動するため、補償信号に従った現在位置を保持
する相励磁ポインタ保持器と、前記相励磁ポインタ保持
器からの相励磁指示信号に従って各相の駆動励磁電流の
値を発生する各相駆動電流発生器と、前記各相駆動電流
発生器からの各相駆動電流指示信号に応じて各相毎に駆
動電流をステッピングモータの各励磁相に与える電流ア
ンプと、ステッピングモータの移動子の目標の位置を示
す目標位置信号と該移動子の位置を検出するセンサから
の位置信号x1とを取り込み両者の差である誤差信号を発
生する差分器と、前記誤差信号を0に近付ける制御器操
作信号を発生する制御器とを備えたステッピングモータ
駆動装置において、前記位置信号x1と補償後操作信号u
とを受けて特性変動補償信号urを生成する特性変動補償
器と、前記制御器操作信号と前記特性変動補償信号urと
を加算して前記補償後操作信号を生成する加算器とを備
え、前記相励磁ポインタ保持器は前記補償後操作信号を
前記現在位置の信号として受け、前記特性変動補償器
は、前記位置信号x1を微分する微分器と、前記位置信号
x1を利得b1で増幅する第1の増幅器と、前記微分器の出
力を利得b2で増幅する第2の増幅器と、前記第1及び第2
の増幅器の出力を加算する第1の加算器と、前記補償後
操作信号uを利得akhで増幅する第3の増幅器と、この第3
の増幅器の出力と前記第1の加算器の出力とを加算する
第2の加算器と、前記特性変動補償信号urを利得akhで増
幅する第4の増幅器と、前記第2の加算器の出力から前記
第4の増幅器の出力を減ずる第1の減算器と、この第1の
減算器の出力を積分する積分器と、この積分器の出力か
ら前記微分器の出力を減ずる第2の減算器と、この第2の
減算器の出力を利得al／(akh) で増幅し前記特性変動補
償信号urを生成する第5の増幅器とからなる（a,al,b1,b
2,khは特性パラメータ）ことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、ステッピングモータの機構特性から
定まるステップ送り量よりもさらに細かい送り量のマイ
クロステップでステッピングモータを駆動し、モータに
付加したセンサの信号を用い閉ループ制御系を構成した
閉ループマイクロステップ駆動を行う装置に関するもの
である。
定まるステップ送り量よりもさらに細かい送り量のマイ
クロステップでステッピングモータを駆動し、モータに
付加したセンサの信号を用い閉ループ制御系を構成した
閉ループマイクロステップ駆動を行う装置に関するもの
である。
【００１０】ステップモータは、マイクロステップ駆動
を行う場合、モータの移動子の位置により動特性にかな
り違いが見られる。この特性の違いの補償を行わないと
細かい送りをした場合、位置決め精度が悪くなる。本発
明のステッピングモータ駆動装置では、モータの特性変
動すべてを制御対象にオフセット的に加わる等価外乱と
して置き換えられることを用い、この等価外乱を推定
し、その等価外乱を除去する信号を閉ループ制御の制御
器からの操作信号に加え合わせる。これによりモータの
特性変動、つまり移動子の位置に影響されないステッピ
ングモータの駆動制御が実現できる。等価外乱の推定で
は制御対象モデルの微分成分が高周波領域で不安定にな
る。そのため、等価外乱推定器で発生した信号をローパ
スフィルタを通し、安定性を確保してから制御器からの
制御器操作信号に加え合わせ、補償後操作信号を生成す
る。
を行う場合、モータの移動子の位置により動特性にかな
り違いが見られる。この特性の違いの補償を行わないと
細かい送りをした場合、位置決め精度が悪くなる。本発
明のステッピングモータ駆動装置では、モータの特性変
動すべてを制御対象にオフセット的に加わる等価外乱と
して置き換えられることを用い、この等価外乱を推定
し、その等価外乱を除去する信号を閉ループ制御の制御
器からの操作信号に加え合わせる。これによりモータの
特性変動、つまり移動子の位置に影響されないステッピ
ングモータの駆動制御が実現できる。等価外乱の推定で
は制御対象モデルの微分成分が高周波領域で不安定にな
る。そのため、等価外乱推定器で発生した信号をローパ
スフィルタを通し、安定性を確保してから制御器からの
制御器操作信号に加え合わせ、補償後操作信号を生成す
る。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して詳し
く説明する。
く説明する。
【００１２】図2は、ステッピングモータの回転角と駆
動電流との関係を示す図である。
動電流との関係を示す図である。
【００１３】ここでは、ロータリー型の2相ステッピン
グモータの励磁について示している。図2(a)はある励磁
を行った場合のステッピングモータの回転子の回転角を
示している。通常駆動を行った場合、a〜dと回転すると
する。a-b、b-c、c-d間は通常駆動のステップ角に相当
する。図2(b)は通常駆動における駆動電流波形を示す図
である。A相とB相の励磁は位相が90°ずれている。A
相、B相が図2(b)におけるa〜dの状態のとき、図2(a)に
おいてa〜dで示す回転子回転角になる。
グモータの励磁について示している。図2(a)はある励磁
を行った場合のステッピングモータの回転子の回転角を
示している。通常駆動を行った場合、a〜dと回転すると
する。a-b、b-c、c-d間は通常駆動のステップ角に相当
する。図2(b)は通常駆動における駆動電流波形を示す図
である。A相とB相の励磁は位相が90°ずれている。A
相、B相が図2(b)におけるa〜dの状態のとき、図2(a)に
おいてa〜dで示す回転子回転角になる。
【００１４】図2(c)はマイクロステップ駆動の場合の駆
動電流を示す図である。マイクロステップ駆動では、2
相信号を図2(c)に示すようにsin曲線に近い波形にし、1
ステップ(例えばa-b間)を等分割し、回転角a1,a2,..,an
での電流値をA相およびB相それぞれに与える。aからb方
向に駆動するときは、回転角a1,a2,..,anにおける電流
値を順に与える。
動電流を示す図である。マイクロステップ駆動では、2
相信号を図2(c)に示すようにsin曲線に近い波形にし、1
ステップ(例えばa-b間)を等分割し、回転角a1,a2,..,an
での電流値をA相およびB相それぞれに与える。aからb方
向に駆動するときは、回転角a1,a2,..,anにおける電流
値を順に与える。
【００１５】図3は、較正した駆動電流波形である較正
曲線26とsin曲線25との比較図である。Imは駆動電流の
最大値を表す。較正曲線26は、駆動電流と回転角との関
係を各個のステッピングモータごとに計測して予め求め
る。（尚、本発明は、特性変動補償器を用いることによ
り、駆動電流波形として、sin曲線25をそのまま用いて
も、較正曲線26に合致する電流波形でステッピングモー
タを駆動したときとほとんど変わらない。
曲線26とsin曲線25との比較図である。Imは駆動電流の
最大値を表す。較正曲線26は、駆動電流と回転角との関
係を各個のステッピングモータごとに計測して予め求め
る。（尚、本発明は、特性変動補償器を用いることによ
り、駆動電流波形として、sin曲線25をそのまま用いて
も、較正曲線26に合致する電流波形でステッピングモー
タを駆動したときとほとんど変わらない。
【００１６】以上の原理を用いて駆動電流を順次に変更
し目標の回転角へ駆動するのが開ループマイクロステッ
プ駆動制御であるが、さらに高精度な駆動を実現するた
め本発明では、回転子の回転角をフィードバックする閉
ループマイクロステップ駆動制御が採用されている。
し目標の回転角へ駆動するのが開ループマイクロステッ
プ駆動制御であるが、さらに高精度な駆動を実現するた
め本発明では、回転子の回転角をフィードバックする閉
ループマイクロステップ駆動制御が採用されている。
【００１７】図4は、回転角a、b、cについて、較正で得
られた駆動電流値でB相をホールドし、較正で得られた
駆動電流値からある範囲でA相を振らし、その振れ量を
入力し、回転子の回転角を出力としたときの周波数応答
図である。横軸33は周波数を、縦軸34はゲインをそれぞ
れ示す。符号30の応答曲線Aは回転角aでの周波数応答、
符号31の応答曲線Bは回転角bでの周波数応答、符号32の
応答曲線は回転角cでの周波数応答をそれぞれ示す。こ
の図に示すように回転位置によりモータの周波数応答特
性は変化する。従って、従来技術の欄で説明した閉ルー
プ制御では、制御特性にばらつきを生じる。そこで、本
発明では以下の構成のステッピングモータ制御装置を提
供する。
られた駆動電流値でB相をホールドし、較正で得られた
駆動電流値からある範囲でA相を振らし、その振れ量を
入力し、回転子の回転角を出力としたときの周波数応答
図である。横軸33は周波数を、縦軸34はゲインをそれぞ
れ示す。符号30の応答曲線Aは回転角aでの周波数応答、
符号31の応答曲線Bは回転角bでの周波数応答、符号32の
応答曲線は回転角cでの周波数応答をそれぞれ示す。こ
の図に示すように回転位置によりモータの周波数応答特
性は変化する。従って、従来技術の欄で説明した閉ルー
プ制御では、制御特性にばらつきを生じる。そこで、本
発明では以下の構成のステッピングモータ制御装置を提
供する。
【００１８】図1は、本発明のステッピングモータの制
御装置の構成図である。
御装置の構成図である。
【００１９】ステッピングモータ18の各相には電流アン
プ16から駆動電流17が供給される。電流アンプ16は各相
駆動電流発生器14からの各相駆動電流指示信号15に従っ
て駆動電流17を発生する。ここでは、電流アンプ16はPW
Mアンプで実現している。そこで、この電流アンプ16
は、各相駆動電流指示信号15としてPWM指令信号を受
け、PWM指令信号に応じた駆動電流17を各相について生
成する。
プ16から駆動電流17が供給される。電流アンプ16は各相
駆動電流発生器14からの各相駆動電流指示信号15に従っ
て駆動電流17を発生する。ここでは、電流アンプ16はPW
Mアンプで実現している。そこで、この電流アンプ16
は、各相駆動電流指示信号15としてPWM指令信号を受
け、PWM指令信号に応じた駆動電流17を各相について生
成する。
【００２０】各相駆動電流発生器14は、相励磁ポインタ
保持器12が発生する相励磁指示信号13に従って、各相の
駆動電流値に相当する各相駆動電流指示信号15を発生す
る。ここでは、各相駆動電流発生器14はROMで実現して
いる。このROMは、相励磁指示信号13をアドレスとして
受け、そのアドレスに予め記憶した各相駆動電流指示信
号15を出力データとするテーブルでなる。この実施例で
は、各相毎にROMを用意し、同一のアドレスで各相それ
ぞれに励磁電流値に相当するPWM指令信号を出力するよ
うに、予め較正した位置または回転角と駆動電流との関
係をテーブルにしたデータを各相毎にそれぞれのROMに
記憶させてある。
保持器12が発生する相励磁指示信号13に従って、各相の
駆動電流値に相当する各相駆動電流指示信号15を発生す
る。ここでは、各相駆動電流発生器14はROMで実現して
いる。このROMは、相励磁指示信号13をアドレスとして
受け、そのアドレスに予め記憶した各相駆動電流指示信
号15を出力データとするテーブルでなる。この実施例で
は、各相毎にROMを用意し、同一のアドレスで各相それ
ぞれに励磁電流値に相当するPWM指令信号を出力するよ
うに、予め較正した位置または回転角と駆動電流との関
係をテーブルにしたデータを各相毎にそれぞれのROMに
記憶させてある。
【００２１】相励磁ポインタ保持器12は、補償後操作信
号11に従って、図2のa1,a2,..,anに示すステッピングモ
ータの位置または回転角に相当する相励磁指示信号13を
出力する。相励磁ポインタ保持器12は、補償後操作信号
11で示されるステッピングモータの速度に応じて回転子
の位置または回転角を変化させるために相励磁指示信号
13を更新する。ここでは、相励磁ポインタ保持器12はカ
ウンタで実現しており、相励磁指示信号13はそのカウン
タの出力である。そのカウンタの1周期をステッピング
モータのステップ送りの1周期と等しくし、補償後操作
信号11がカウンタに入力するクロックのインターバルタ
イムになるように回路を構成する。
号11に従って、図2のa1,a2,..,anに示すステッピングモ
ータの位置または回転角に相当する相励磁指示信号13を
出力する。相励磁ポインタ保持器12は、補償後操作信号
11で示されるステッピングモータの速度に応じて回転子
の位置または回転角を変化させるために相励磁指示信号
13を更新する。ここでは、相励磁ポインタ保持器12はカ
ウンタで実現しており、相励磁指示信号13はそのカウン
タの出力である。そのカウンタの1周期をステッピング
モータのステップ送りの1周期と等しくし、補償後操作
信号11がカウンタに入力するクロックのインターバルタ
イムになるように回路を構成する。
【００２２】制御器8は、位置信号19が位置目標信号1に
追従するように、つまり位置目標信号1と位置信号19を
差分器2で差分して得られる誤差信号7を0に近付けるよ
うに構成する。この実施例では、制御器8はPID（比例・
積分・微分動作）制御器で実現しており、制御器操作信
号9はステッピングモータの速度に相当する信号であ
る。
追従するように、つまり位置目標信号1と位置信号19を
差分器2で差分して得られる誤差信号7を0に近付けるよ
うに構成する。この実施例では、制御器8はPID（比例・
積分・微分動作）制御器で実現しており、制御器操作信
号9はステッピングモータの速度に相当する信号であ
る。
【００２３】図4に示したように、ステッピングモータ
の周波数特性は、励磁位置により変動する。本発明では
その変動を補償するため等価外乱推定器6とローパスフ
ィルタ4からなる補償器を用いる。等価外乱推定器6は、
制御対象の変動に相当する等価外乱を推定し、推定した
その等価外乱を変換して外乱を除去する信号である推定
信号5として出力する。ローパスフィルタ4は、推定信号
5の高周波成分を除去し、特性変動補償信号3として出力
する。
の周波数特性は、励磁位置により変動する。本発明では
その変動を補償するため等価外乱推定器6とローパスフ
ィルタ4からなる補償器を用いる。等価外乱推定器6は、
制御対象の変動に相当する等価外乱を推定し、推定した
その等価外乱を変換して外乱を除去する信号である推定
信号5として出力する。ローパスフィルタ4は、推定信号
5の高周波成分を除去し、特性変動補償信号3として出力
する。
【００２４】さらに詳細に補償器の原理を示すため、設
計の一例を説明する。図4に示した周波数特性を平均し
た制御対象の伝達関数を
計の一例を説明する。図4に示した周波数特性を平均し
た制御対象の伝達関数を
【００２５】
【数１】
【００２６】とする。a,ah,b1,b2,bhは特性パラメータ
を示し、sはプラス演算子を示す。これを低次元化し、
制御対象のモデルを
を示し、sはプラス演算子を示す。これを低次元化し、
制御対象のモデルを
【００２７】
【数２】
【００２８】とする。ここで、x1はステッピングモータ
18における回転子の位置、uは補償後操作信号11を表
す。制御対象の変動は、等価外乱qとして次の式の定数
項に置き換えられることが既知である。ここで、x2はス
テッピングモータ18における回転子の速度であり、x2＝
sx1である。
18における回転子の位置、uは補償後操作信号11を表
す。制御対象の変動は、等価外乱qとして次の式の定数
項に置き換えられることが既知である。ここで、x2はス
テッピングモータ18における回転子の速度であり、x2＝
sx1である。
【００２９】
【数３】
【００３０】等価外乱推定器6は、制御対象の補償後操
作信号11及び位置信号19を取り込む。等価外乱を消去す
る為には、操作量uに-q／akhを加えればよい。そこで式
(3)を変形した信号を推定信号5とすることができ、等価
外乱を消去するための操作量をhrとすると、
作信号11及び位置信号19を取り込む。等価外乱を消去す
る為には、操作量uに-q／akhを加えればよい。そこで式
(3)を変形した信号を推定信号5とすることができ、等価
外乱を消去するための操作量をhrとすると、
【００３１】
【数４】
【００３２】の右辺を用いる。しかし、このままではsx
2の高周波数成分が悪影響を及ぼすのでこれを補償する
ローパスフィルタ4
2の高周波数成分が悪影響を及ぼすのでこれを補償する
ローパスフィルタ4
【００３３】
【数５】
【００３４】を付加する。ここでurは特性変動補償信号
3であり、alはローパスフィルタ4の特性パラメータであ
る。式(4)と式(5)を整理すると、
3であり、alはローパスフィルタ4の特性パラメータであ
る。式(4)と式(5)を整理すると、
【００３５】
【数６】
【００３６】となり、等価外乱推定器6とローパスフィ
ルタ4を合わせた特性式が得られる。図５はその特性式
を実現した補償器の機能ブロック図である。これをアナ
ログ回路で実現すると等価外乱推定器6とローパスフィ
ルタ4とを合わせた補償器が構成できる。
ルタ4を合わせた特性式が得られる。図５はその特性式
を実現した補償器の機能ブロック図である。これをアナ
ログ回路で実現すると等価外乱推定器6とローパスフィ
ルタ4とを合わせた補償器が構成できる。
【００３７】前記制御器操作信号9と特性変動補償信号3
は、加算器10で加算し、補償後操作信号11となり、相励
磁ポインタ保持器12へ送られる。
は、加算器10で加算し、補償後操作信号11となり、相励
磁ポインタ保持器12へ送られる。
【００３８】
【発明の効果】本発明のステッピングモータ制御装置を
用いると、ステッピングモータの特性変動に影響されな
い制御特性が得られる。図6は、ある2点での本発明の制
御装置を用いた場合と用いない場合の制御結果を示して
いる。横軸40は時間、縦軸41は位置変位を示す。応答結
果は、制御対象のモデル式(1)に近い特性を持つ点での
補償器無し42、補償器あり43、制御対象のモデル式(1)
から離れた特性を持つ点での補償器無し44、補償器あり
45を示す。図から、補償器がない場合は、特性が変化す
ると制御結果も大きく変化しているが、補償器がある場
合は、特性が変化しても制御結果があまり変化しない。
用いると、ステッピングモータの特性変動に影響されな
い制御特性が得られる。図6は、ある2点での本発明の制
御装置を用いた場合と用いない場合の制御結果を示して
いる。横軸40は時間、縦軸41は位置変位を示す。応答結
果は、制御対象のモデル式(1)に近い特性を持つ点での
補償器無し42、補償器あり43、制御対象のモデル式(1)
から離れた特性を持つ点での補償器無し44、補償器あり
45を示す。図から、補償器がない場合は、特性が変化す
ると制御結果も大きく変化しているが、補償器がある場
合は、特性が変化しても制御結果があまり変化しない。
【００３９】従って、モータの位置または回転角のみな
らず、個々のモータの特性の違いに影響されずに制御系
を構築できる。また、位置または回転角と駆動電流の関
係にsin曲線をそのまま用いることができるため、較正
の工数を削減することができる。
らず、個々のモータの特性の違いに影響されずに制御系
を構築できる。また、位置または回転角と駆動電流の関
係にsin曲線をそのまま用いることができるため、較正
の工数を削減することができる。
【００４０】さらに、閉ループ制御系であるため高精度
位置決めが実現できる。
位置決めが実現できる。
【００４１】以上に示したように、本発明を用いること
で従来にない低コストで高精度なマイクロステップ駆動
のステッピングモータの制御装置を実現できる。
で従来にない低コストで高精度なマイクロステップ駆動
のステッピングモータの制御装置を実現できる。
【図１】本発明の一実施例であるステッピングモータの
制御装置を示すブロック図。
制御装置を示すブロック図。
【図２】ステッピングモータの駆動電流波形図。
【図３】較正した駆動電流波形とsin曲線の比較図。
【図４】ステッピングモータの周波数応答図。
【図５】図１の実施例における補償器の具体例を示す機
能ブロック図。
能ブロック図。
【図６】ある2点での本発明の制御装置を用いた場合と
用いない場合の制御特性図。
用いない場合の制御特性図。
1 位置目標信号 2 差分器 3 特性変動補償信号 4 ローパスフィルタ 5 推定信号 6 等価外乱推定器 7 誤差信号 8 制御器 9 制御器操作信号 10 加算器 11 補償後操作信号 12 相励磁ポインタ保持器 13 相励磁指示信号 14 各相駆動電流発生器 15 各相駆動電流指示信号 16 電流アンプ 17 各相駆動電流 18 ステッピングモータ 19 位置信号 20 回転方向 21 A相駆動電流（通常駆動電流） 22 B相駆動電流（通常駆動電流） 23 A相駆動電流（マイクロステップ駆動電流） 24 B相駆動電流（マイクロステップ駆動電流） 25 sin曲線 26 較正曲線 30 応答曲線A 31 応答曲線B 32 応答曲線C 33 周波数 34 ゲイン 40 時間 41 変位 42 制御対象モデル近傍の特性（補償器なし） 43 制御対象モデル近傍の特性（補償器あり） 44 制御対象モデルから離れた特性（補償器なし） 45 制御対象モデルから離れた特性（補償器あり）
Claims (2)
- 【請求項１】 ステッピングモータの機構特性で決まる
ステップよりも細かい分解能のマイクロステップで該ス
テッピングモータを駆動するため、補償信号に従った現
在位置を保持する相励磁ポインタ保持器と、前記相励磁
ポインタ保持器からの相励磁指示信号に従って各相の駆
動励磁電流の値を発生する各相駆動電流発生器と、前記
各相駆動電流発生器からの各相駆動電流指示信号に応じ
て各相毎に駆動電流をステッピングモータの各励磁相に
与える電流アンプと、ステッピングモータの移動子の目
標の位置を示す目標位置信号と該移動子の位置を検出す
るセンサからの位置信号とを取り込み両者の差である誤
差信号を発生する差分器と、前記誤差信号を0に近付け
る制御器操作信号を発生する制御器とを備えたステッピ
ングモータ駆動装置において、 前記移動子位置信号と前記相励磁ポインタ保持器に与え
る補償後操作信号とを取り込み、ステッピングモータの
各励磁相の特性変動に等価な等価外乱を推定し、該等価
外乱を表す推定信号を生成する等価外乱推定器と、前記
推定信号の高周波成分を除去するローパスフィルタとに
より前記補償信号として特性変動補償信号を生成する特
性変動補償器と、 前記制御器操作信号と前記特性補償信号とを加算し補償
後操作信号を生成する加算器とを備え、 前記相励磁ポインタ保持器は前記補償後操作信号を前記
現在位置の信号として受けることを特徴とするステッピ
ングモータ制御装置。 - 【請求項２】 ステッピングモータの機構特性で決まる
ステップよりも細かい分解能のマクロステップで該ステ
ッピングモータを駆動するため、補償信号に従った現在
位置を保持する相励磁ポインタ保持器と、前記相励磁ポ
インタ保持器からの相励磁指示信号に従って各相の駆動
励磁電流の値を発生する各相駆動電流発生器と、前記各
相駆動電流発生器からの各相駆動電流指示信号に応じて
各相毎に駆動電流をステッピングモータの各励磁相に与
える電流アンプと、ステッピングモータの移動子の目標
の位置を示す目標位置信号と該移動子の位置を検出する
センサからの位置信号x1とを取り込み両者の差である誤
差信号を発生する差分器と、前記誤差信号を0に近付け
る制御器操作信号を発生する制御器とを備えたステッピ
ングモータ駆動装置において、 前記位置信号x1と補償後操作信号uとを受けて特性変動
補償信号urを生成する特性変動補償器と、 前記制御器操作信号と前記特性変動補償信号urとを加算
して前記補償後操作信号を生成する加算器とを備え、 前記相励磁ポインタ保持器は前記補償後操作信号を前記
現在位置の信号として受け、 前記特性変動補償器は、前記位置信号x1を微分する微分
器と、前記位置信号x1を利得b1で増幅する第1の増幅器
と、前記微分器の出力を利得b2で増幅する第2の増幅器
と、前記第1及び第2の増幅器の出力を加算する第1の加
算器と、前記補償後操作信号uを利得akhで増幅する第3
の増幅器と、この第3の増幅器の出力と前記第1の加算器
の出力とを加算する第2の加算器と、前記特性変動補償
信号urを利得akhで増幅する第4の増幅器と、前記第2の
加算器の出力から前記第4の増幅器の出力を減ずる第1の
減算器と、この第1の減算器の出力を積分する積分器
と、この積分器の出力から前記微分器の出力を減ずる第
2の減算器と、この第2の減算器の出力を利得al／(akh)
で増幅し前記特性変動補償信号urを生成する第5の増幅
器とからなる（a,al,b1,b2,khは特性パラメータ）こと
を特徴とするステッピングモータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220593A JPH06284790A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ステッピングモータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220593A JPH06284790A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ステッピングモータ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06284790A true JPH06284790A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13482510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7220593A Pending JPH06284790A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ステッピングモータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06284790A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033065A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Aisin Seiki Co Ltd | 電動モータの制御装置及びその設計手法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62244286A (ja) * | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の速度制御装置 |
| JPH0223100A (ja) * | 1988-07-11 | 1990-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位置制御装置 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP7220593A patent/JPH06284790A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62244286A (ja) * | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の速度制御装置 |
| JPH0223100A (ja) * | 1988-07-11 | 1990-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位置制御装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033065A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Aisin Seiki Co Ltd | 電動モータの制御装置及びその設計手法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970318 |