JPH0828995B2

JPH0828995B2 - ステップモータ制御方式

Info

Publication number: JPH0828995B2
Application number: JP12891190A
Authority: JP
Inventors: 秀夫坪井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0426399A

Description

【発明の詳細な説明】〔目次〕概要産業上の利用分野従来の技術発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段作用実施例発明の効果〔概要〕ステップモータの制御方式に関し、ステップモータを高速に回転させることを目的とし、ステップモータを所定の角度だけ回転させることによ
り、一定の間隔で目印が付された物体を目印の間隔だけ
移動するようにしたシステムのステップモータ制御方式
において、物体に付された目印に基づいて、物体が目印
の間隔に相当する距離を移動したことを検出し、検出信
号を出力する検出手段と、検出手段から検出信号が出力
される周期を測定する測定手段と、測定手段による測定
結果に基づいて、検出信号の平均周期を算出する演算手
段と、演算手段による演算結果と入力される所定の係数
とに基づいて、平均周期よりも短い速度変更周期を算出
し、検出信号をこの速度変更周期だけ遅延させて出力す
る遅延手段と、検出手段の出力と遅延手段の出力とのい
ずれかを選択して出力する切換手段と、切換手段の出力
に応じて、所定の角度の回転動作を指示する駆動信号を
生成し、ステップモータに導入する駆動手段と、切換手
段による選択動作を制御する制御手段とを備えて構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ステップモータの制御方式に関するもので
ある。

ステップモータは、駆動信号として入力されたパルス
に応じて所定のステップ角だけ回転するように構成され
ている。このため、交流サーボモータや直流サーボモー
タなどのように、ロータリーエンコーダなどを用いて回
転角度を検出する必要はなく、入力するパルス数を制御
することによって、高い位置精度を得ることができる。
このように、ステップモータは、交流サーボモータや直
流サーボモータなどに比べて制御が簡単で、また、比較
的小型であり、機械的な摺動部を持たないので長寿命で
信頼性が高いという特徴を有し、プリンタの紙送り機構
など様々な用途に用いられている。

〔従来の技術〕

上述したように、ステップモータは、入力パルス数を
制御することにより、回転角度の制御ができることか
ら、通常、ステップモータの位置および速度の制御は、
駆動回路によってオープンループで制御されている。例
えば、第７図に示すように、一定の加速度でパルス周波
数を高くして所定の周波数まで変化させ（スルーイング
アップ）、この周波数を所定の期間だけ保持した後に、
一定の加速度でパルス周波数を低くして停止させるよう
になっている（スルーイングダウン）。

このようなオープンループで制御する場合において
は、入力パルスに応じてステップモータが１ステップ角
分だけ回転し、その回転位置が安定するまでに必要な時
間を考慮して、パルス周波数の上限（例えば、120cps）
および加速度の上限を設け、これにより、ステップモー
タの脱調などを防ぐようになっている。

また、これにより、オープンループ制御によって、高
い位置精度を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来のオープンループ方式にあっ
ては、ステップモータの回転速度は、上述したパルス周
波数の上限によって制限されており、高速回転が要求さ
れる用途に用いることができないという問題点があっ
た。

例えば、紙テープ読取装置などにおいては、紙テープ
を搬送する速度および停止位置に対しては高い精度を有
する必要はなく、高速に搬送する必要がある。このた
め、紙テープ読取装置においては、例えば、AC誘導モー
タを予め高速に回転させておき、読み取りを開始すると
きに、このAC誘導モータに取りつけたキャプスタンロー
ラとピンチローラとで紙テープをはさみ、紙テープを高
速に搬送するようになっている。

しかしながら、上述したようなAC誘導モータを用いた
紙テープ搬送機構においては、起動時や停止時の騒音が
大きく、また、キャプスタンローラの寿命が短いために
信頼性が低いという欠点を有している。また、紙テープ
に急激な加速度が加わるため、紙テープが切れる可能性
がある。また、紙テープ読取装置に対しては、装置の小
型化が要求されており、これに応じて、小型で信頼性の
高いステップモータを用いて、紙テープ搬送機構を構成
する場合がある。

このように、ステップモータを高速回転が要求される
用途に用いたという要望があり、ステップモータを上述
した制限を超えて高速に回転させる制御方式が望まれて
いる。

本発明は、ステップモータを高速に回転させるように
したステップモータ制御方式を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理ブロック図である。

図において、ステップモータ101を所定の角度だけ回
転させることにより、一定の間隔で目印が付された物体
102を目印の間隔だけ移動するようにしたシステムのス
テップモータ制御方式における検出手段111は、物体102
に付された目印に基づいて、物体102が目印の間隔に相
当する距離を移動したことを検出し、検出信号を出力す
る。

測定手段121は、検出手段111から検出信号が出力され
る周期を測定する。

演算手段131は、測定手段121による測定結果に基づい
て、検出信号の平均周期を算出する。

遅延時間141は、演算手段131による演算結果と入力さ
れる所定の係数とに基づいて、平均周期よりも短い速度
変更周期を算出し、検出信号をこの速度変更周期だけ遅
延させて出力する。

切換手段151は、検出手段111の出力と遅延手段141の
出力とのいずれかを選択して出力する。

駆動手段161は、切換手段151の出力に応じて、所定の
角度の回転動作を指示する駆動信号を生成し、ステップ
モータ101に導入する。

制御手段171は、切換手段141による選択動作を制御す
る。

〔作用〕

物体102に付された目印に基づいて、検出手段111によ
り、物体102が目印の間隔に相当する距離を移動したこ
とが検出され、これに応じて検出信号が出力される。ま
た、測定手段121により、この検出手段111によって上述
した検出信号が出力される周期が測定される。

この測定手段121による測定結果に基づいて、演算手
段131により、検出信号の平均周期が算出される。この
平均周期と入力される所定の係数とに基づいて、遅延手
段141により、平均周期よりも短い速度変更周期が算出
され、この遅延手段141により、上述した検出信号は、
速度変更周期だけ遅延させられて出力される。

また、切換手段151により、この遅延手段141の出力と
上述した検出手段111の出力とのいずれかが選択されて
出力され、この切換手段151の出力に応じて、駆動手段1
61により、駆動信号が生成されてステップモータ101に
導入される。

上述した切換手段151による選択動作は、制御手段171
によって制御される。この制御手段171は、例えば、物
体102の移動を開始するときに、切換手段151に検出手段
111の出力の選択を指示するようにすればよい。

この場合は、ステップモータ101の回転動作によって
物体102が目印の間隔に相当する距離だけ移動するごと
に、駆動手段161により、次の回転動作を指示する駆動
信号が生成される。従って、ステップモータ101が回転
動作を終了して停止した直後に、次の回転動作が開始さ
れる。

その後、上述した切換手段151が検出手段111の出力を
選択して出力した直後に、制御手段171によって遅延手
段141の出力の選択を指示すればよい。これにより、、
上述した切換手段151の出力の周期は、上述した平均周
期よりも短い速度変更周期となり、これに応じて、駆動
手段161によって生成される駆動信号の周期も短縮され
る。このようにして短縮された周期で駆動信号を供給す
ることにより、ステップモータ101の回転速度が速くな
り、これに応じて、上述した平均周期および速度変更周
期が短縮される。

本発明にあっては、まず、検出手段111からの検出信
号に応じて、次の回転動作を指示する駆動信号が出力さ
れる。これにより、ステップモータ101が回転動作を終
了して停止した状態で次の駆動信号を待っている時間が
削減され、ステップモータ101を高速に回転させること
が可能となる。その後、切換手段151によって遅延手段1
41の出力選択することにより、駆動信号の周期が短縮さ
れてステップモータ101の回転速度が加速される。これ
により、平均周期および速度変更周期が滑らかにかつ急
速に短縮され、これに伴って、ステップモータ101の回
転速度も滑らかにかつ急速に加速されて、ステップモー
タ101を更に高速に回転させることが可能となる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に
説明する。

第２図は本発明の一実施例による紙テープ読取装置の
構成を示す。

第２図において、201は紙テープを、211は発光ランプ
を、212はセンサを、221はステップモータ（モータ）
を、222をスプロケットフィーダをそれぞれ示してお
り、また、230は上述したモータ221を制御するモータ制
御部を示している。

上述した発光ランプ211とセンサ212とは、対向して配
置されており、この発光ランプ211とセンサ212との間
に、紙テープ201が挿入されるようになっている。

第３図に示すように、紙テープの中央付近には、例え
ば、1/10インチ（2.54mm）ピッチでフィード孔が形成さ
れており、このフィード孔に対応して、各列のデータが
記録されるようになっている。

また、上述したスプロケットフィーダ222は、モータ2
21の軸に取りつけられており、このスプロケットフィー
ド222の突起と上述した紙テープ201のフィード孔とを嵌
合わせた状態で、モータ221を回転させることにより、
図中に矢印Ａで示した方向に紙テープを搬送するように
なっている。ここで、このモータ221をステップ角θだ
け回転させることにより、紙テープ201がフィード孔の
間隔（例えば、2.54mm）の相当する距離だけ送られるよ
うになっている。

上述したセンサ212は、発光ランプ211からの光が到達
したか否かによって、上述したフィード孔の検出を行
い、このフィード孔を検出したときに、紙テープに記録
されたデータの読取を行うようになっている。また、セ
ンサ212は、読み取ったデータとともに、フィード孔を
検出したことを示すフィードホール（FH）信号を出力す
るようになっており、このFH信号に同期して、読み取ら
れたデータがコンピュータ（図示せず）などに入力され
るようになっている。

以下、モータ制御部230の構成およびこのモータ制御
部230の動作について説明する。

モータ制御部230において、231はマイクロプロセッサ
（MPU）を、232は割込回路を、233は割込タイマを、234
は時計計測部を、235は加算回路を、236は除算回路を、
237はカウンタを、238a,238b,238c,238d,238eのそれぞ
れはレジスタを、239はモータ駆動回路をそれぞれ示し
ている。また、これらの各部は、バスを介して相互に接
続されている。

割込回路232には、上述したセンサ212によって出力さ
れるFH信号が入力されている。また、割込タイマ233
は、起動されてから所定の時間が経過した旨のタイムア
ップ通知信号S_TUを出力し、割込回路232に入力するよう
になっている。

この割込回路232は、上述したFH信号の入力および割
込タイマ233からのタイムアップ通知信号S_TUに応じて、
割込要求信号RQを出力してMPU231に入力するように構成
されている。また、このとき、割込回路232は、上述し
た割込要求信号RQの要因を割込情報として、例えば、内
部のレジスタなどに格納するようになっている。また、
この割込情報は、MPU231によって参照されるようになっ
ている。

カウンタ237は、MPU231の指示に応じて、計算値を減
算するように構成されており、このカウンタ237には、
電源投入時などに、計数の初期値として例えば『10』が
設定されている。

また、モータ駆動回路239は、MPU231からバスを介し
て供給される駆動命令DIに応じて、モータ221をステッ
プ角θだけ回転させる駆動信号を出力し、モータ221に
供給するように構成されている。

以下、モータ制御部230の動作について説明する。

MPU231は、モータ221を始動するときは、後述する低
速モードの処理を行い、その後、後述する高速モードの
処理を行うようになっている。

また、例えば、操作者などによって、紙テープの読取
開始が指示されたときに、MPU231は、第４図（ａ）に示
すように、上述した駆動命令DI（図において、矢印Ａで
示したパルス）を出力し、モータ駆動回路239に入力す
るようになっている。また、このとき、MPU231は、時間
計測部234に対して、計測動作を開始を指示するように
なっている。

上述した駆動命令DIに応じて、モータ駆動回路239に
より駆動信号が出力されて、モータ221が回転し、これ
により、紙テープ201がフィード孔の間隔分だけ搬送さ
れ、センサ212により次のフィード孔が検出されて、FH
信号（第４図（ｂ）参照）が出力される。

第５図に、低速モードの処理動作を表す流れ図を示
す。

上述したFH信号に対応する割込要求信号RQが入力され
る（ステップ501）と、MPU231は、まず、時間計測部234
による計測結果t_mを読み取る（ステップ502）ととも
に、この時間計測部234をリセットして、再び計測動作
の開始を指示する。このようにして、時間計測部234に
よって、FH信号が入力される周期が測定される。

上述したステップ501で入力されFH信号が、上述した
起動指示後に初めて入力されたFH信号である場合は、ス
テップ503における肯定判定となる。この場合は、MPU23
1は、上述したステップ502において読み取った計測結果
t_mをFH信号の周期の平均値（以下、平均周期t_avと称す
る）として、レジスタ238aに格納する（ステップ50
4）。

一方、ステップ503における否定判定の場合に、MPU23
1は、後述するエラー判定値t_feと上述した計測結果t_mを
比較し（ステップ505）、計測結果t_mがエラー判定値t_fe
よりも大きく、ステップ505における肯定判定となった
ときに、MPU231は、紙送り不良が発生したと判断する。
この場合は、例えば、操作者にフィードミラーの発生を
通知するなどのエラー処理を行って（ステップ506）、
処理を終了する。

一方、上述したステップ505における否定判定の場合
に、MPU231は、レジスタ238aに格納された平均周期t_av
と上述した計測結果t_mとに基づいて、新しい平均周期t
_avを求め（ステップ507）、この新しい平均周期t_avをレ
ジスタ238aを格納する。例えば、レジスタ238aの内容と
計測結果t_mとを加算回路235に入力して、平均周期t_avと
計測結果t_mの和を求め、この加算回路235による加算結
果と除数『２』を除算回路236に入力して、除算回路236
による除算結果を新しい平均周期t_avとすればよい。

このステップ507の処理の終了後および上述したステ
ップ504の処理の終了後に、MPU231は、駆動命令DIを出
力し（ステップ508）、モータ駆動回路239に入力する。
これに応じて、モータ駆動回路239によって生成された
駆動信号により、モータ221の回転動作が駆動される。

また、上述したステップ507で更新される平均周期t_av
あるいはステップ504における平均周期t_avに、所定の係
数C_FEを乗じてエラー判定値t_feを算出し（ステップ50
9）、このエラー判定値t_feをレジスタ238dに格納する。

ここで、上述した所定の係数C_FEとしては、『１』よ
りも大きい数値を用いればよいが、発明者の実験によれ
ば、係数C_FE例えば『7/4』とすれば、ステップ505にお
いて、紙送り不良を漏れなく検出することができる。

その後、MPU231は、カウンタ237に対して、計数値の
減算を指示し（ステップ510）、これに応じて、第４図
（ｃ）に示すように、カウンタ237の計数値が減算され
る。次に、MPU231は、ステップ510の処理によって、カ
ウンタ237の計数値が『０』となったか否かを判定し
（ステップ511）、このステップ511における否定判定の
場合は、MPU231は、ステップ501で入力された割込要求
信号RQに対応する割込処理を終了し、割込要求信号RQの
入力待ちとなる。

上述したように、低速モードにおいては、第４図
（ａ），（ｂ）に示すように、FH信号が入力された直後
に、即ち、モータ221の回転動作が停止すると、すぐ
に、次のステップ角θ分の回転を指示する駆動命令DIが
出力される。

これにより、モータ221が停止した状態で次の駆動信
号を待っている時間が削減され、モータ221を高速に回
転させることができる。

上述したステップ501〜511の処理を繰り返して、カウ
ンタ237の計数が『０』となったとき（第４図（ｃ）に
おいて矢印Ｂで示す）に、ステップ511における肯定判
定となる。

この場合は、MPU231は、低速モードから高速モード切
り換えるために、以下に述べる切り換え処理を行う。

まず、レジスタ238aに格納された平均周期t_avに、所
定の係数C_CH（但し、係数C_CH＜１）を乗じて速度変更周
期t_chを算出し、レジスタ238bに格納する（ステップ51
2）。また、この速度変更周期t_chを割込タイマ233に設
定して、この割込タイマ233を起動する（ステップ51
3）。また、このとき、MPU231は、高速モードに切り換
えたことを示すモードフラグとして例えば論理“1"をレ
ジスタ238eに格納して（ステップ514）、割込処理を終
了する。

以後は、割込回路232により、FH信号の入力を要因と
する割込要求信号RQと、上述した割込タイマ233のタイ
ムアップ通知信号S_TUを要因とする割込要求信号RQが出
力され、これらの割込要求信号RQに応じて、MPU231は、
後述する高速モードの処理を行う。

第６図に、高速モードの割込処理の動作を表す流れ図
を示す。

高速モードにおいては、割込回路232からの割込要求
信号RQが入力される（ステップ601）と、MPU231は、割
込回路232に設定された割込情報を参照して、入力され
た割込要求信号RQの要因が、FH信号の入力であるか否か
を判定する（ステップ602）。

割込タイマ233からのタイムアップ通知信号S_TUに応じ
て、割込回路232により、割込要求信号RQが出力された
場合は、上述したステップ602における否定判定とな
り、MPU231は、駆動命令DIを出力して（ステップ60
3）、割込処理を終了し、次の割込要求信号RQを持つ。

一方、ステップ602における肯定判定の場合は、ま
ず、上述したステップ502と同様にして、時間計測部234
の計測結果t_mを読み取り（ステップ604）、その後、上
述したステップ505と同様にして、紙送り不良が発生し
ているか否かを判定する（ステップ605）。このステッ
プ605における肯定判定の場合は、上述したステップ506
と同様のエラー処理を行って（ステップ606）、処理を
終了する。

また、ステップ605における否定判定の場合は、上述
したステップ507と同様にして平均周期t_avを求め（ステ
ップ607）、ステップ509と同様にしてエラー判定値t_fe
求めて（ステップ608）、それぞれレジスタ238a,238dに
格納する。次に、上述したステップ607で算出した平均
周期t_avに、所定の係数C_HI（但し、係数C_HI＜C_CH）を乗
じて高速制御周期t_hiを算出して、レジスタ238cに格納
する（ステップ609）。また、このとき、上述した割込
タイマ233にこの高速制御周期t_hiを設定して、この割込
タイマ233を起動し（ステップ610）、割込処理を終了し
て割込要求信号RQを待つ。

このように、FH信号の入力に応じて、ステップ513お
よびステップ610で、割込タイマ233に上述した速度変更
周期t_chあるいは高速制御周期t_hiを設定して起動するこ
とにより、この割込タイマ233により、FH信号を速度変
更周期t_chあるいは高速制御周期t_hiだけ遅延したタイミ
ングが通知される。また、この割込タイマ233のタイム
アップ通知信号S_TUに応じて、駆動命令DIが出力され
る。

例えば、第４図（ｂ）に矢印Ｂで示した時点で低速モ
ードから高速モードに切り換えられると、割込タイマ23
3からのタイムアップ通知信号S_TUに応じて、平均周期t
_avから予想されるFH信号の入力タイミングより前に、MP
U231により、駆動命令DIが出力される。

この場合は、モータ221が前ステップ角θ分の駆動信
号に対応する回転動作を終了する前に、次のステップ角
θ分の駆動信号が入力されるので、モータ221は停止す
ることなく回転動作を続け、これにより、モータ221の
回転速度が加速される。

従って、時間計測部234による計測結果t_mは、それま
での平均周期t_avよりも短くなり、この計測結果t_m基づ
いて、平均周期t_avを求めることにより、平均周期t_avも
また短くなる。更に、上述した速度変更周期t_chよりも
短い高速制御周期t_hiを割込タイマ233に設定し、この割
込タイマ233からのタイムアップ通知信号S_TUに応じて、
駆動命令DIを出力することにより、第４図（ａ）に示す
ように、駆動命令DIの周期は更に短縮される。

この駆動を繰り返すことにより、駆動命令DIの周期に
応じて、モータ221の回転速度は更に加速することがで
き、モータ221を高速に回転させることができる。

発明者の実験によれば、上述した係数C_CHを『3/4』，
係数C_HIを『3/8』として、MPU231が上述した高速モード
の処理を行った場合において、パルス周波数120cpsが上
限とされているモータ221を用いて、このモータ221を脱
調させることなく、パルス周波数500cpsに相当する高速
回転を実現することができた。これにより、ステップモ
ータ221を用いた紙テープ読取装置において、読取速度
の高速化を図ることができる。

また、上述した低速モードにおいても、モータ221の
回転動作が終了して停止した直後に、次の回転動作を指
示する駆動命令DIが出力されるので、モータ221が停止
している時間を削除して、従来方式に比べて、高速で回
転させることができる。例えば、パルス周波数120cpsが
上限となっているモータ221を低速モードで駆動するこ
とにより、パルス周波数200cpsに相当する高速回転が実
現できる。

また、低速モードにおいても高速モードにおいても、
駆動命令DIの出力タイミングは、FH信号の入力タイミン
グに応じて決定される。このFH信号は、紙テープ201が
フィード孔の間隔に相当する距離を移動したことを示し
ているので、紙テープ201にかかる負荷が変動し、紙テ
ープ201の搬送速度が変化した場合には、上述したFH信
号の入力周期の変化に伴って、駆動命令DIの出力周期が
変化する。従って、紙テープ201の負荷変動に柔軟に対
応し、紙送り不良などの障害を防ぐことができる。

また、上述したステップ505およびステップ604におい
て、FH信号の平均周期t_avから求めたエラー判定値t_feに
基づいて、紙送り不良の検出が行うことにより、固定し
た値に基づいて紙送り不良の検出を行う場合に比べて、
より確実に紙送り不良を検出することができる。

なお、上述した実施例においては、紙テープ読取装置
に適用した場合について説明したが、これに限らず、例
えば、磁気テープに記録された同期信号を検出し、この
検出結果に基づいて、磁気テープの送り機構に用いられ
たステップモータを制御するようにしてもよい。

また、プリンタ用紙のフィード孔やXYステージに刻ま
れた目盛りなどを検出するようにして、これらの送り機
構に適用してもよい。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、検出手段の出力に
応じて駆動信号を出力することにより、ステップモータ
が回転動作を終了して停止した状態で次の駆動信号を待
っている時間が削減され、更に、切換手段によって遅延
手段の出力を選択して駆動信号の周期を短縮し、ステッ
プモータの回転速度を加速することにより、ステップモ
ータを高速に回転させることが可能となり、ステップモ
ータを高速回転が要求される用途に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の一実施例による紙テープ読取装置の構
成図、第３図は紙テープの構成図、第４図は実施例の動作を表すタイミング図、第５図，第６図は実施例の動作を表す流れ図、第７図は従来のステップモータ制御方式の説明図であ
る。図において、 101はステップモータ、 102は物体、 111は検出手段、 121は測定手段、 131は演算手段、 141は遅延手段、 151は切換手段、 161は駆動手段、 171は制御手段、 201は紙テープ、 211は発光ランプ、 212はセンサ、 221はステップモータ（モータ）、 222はスプロケットフィーダ、 230はモータ制御部、 231はマイクロプロセッサ（MPU）、 232は割込回路、 233は割込タイマ、 234は時間計測部、 235は加算回路、 236は除算回路、 237はカウンタ、 238はレジスタ、 239はモータ駆動回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステップモータ（101）を所定の角度だけ
回転させることにより、一定の間隔で目印が付された物
体（102）を前記目印の間隔だけ移動するようにしたシ
ステムのステップモータ制御方式において、前記物体（102）に付された目印に基づいて、前記物体
（102）が前記目印の間隔に相当する距離を移動したこ
とを検出し、検出信号を出力する検出手段（111）と、前記検出手段（111）から前記検出信号が出力される周
期を測定する測定手段（121）と、前記測定手段（121）による測定結果に基づいて、前記
検出信号の平均周期を算出する演算手段（131）と、前記演算手段（131）による演算結果と入力される所定
の係数とに基づいて、前記平均周期よりも短い速度変更
周期を算出し、前記検出信号をこの速度変更周期だけ遅
延させて出力する遅延手段（141）と、前記検出手段（111）の出力と前記遅延手段（141）の出
力とのいずれかを選択して出力する切換手段（151）
と、前記切換手段（151）の出力に応じて、前記所定の角度
の回転動作を指示する駆動信号を生成し、前記ステップ
モータ（101）に導入する駆動手段（161）と、前記切換手段（151）による選択動作を制御する制御手
段（171）と、を備えて構成することを特徴とするステップモータ制御
方式。