JPH10191693A

JPH10191693A - ステップモータ制御装置及び方法

Info

Publication number: JPH10191693A
Application number: JP34838996A
Authority: JP
Inventors: Toru Maeda; 前田　　徹; Yoshinori Kamiya; 吉範神谷
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ステップモータが脱調しないようにパルスレ
ートを制御するパルスレート抑制手段を有するステップ
モータ制御装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】ステップモータ制御装置は基準パルス信
号を生成する基準パルス発生器とパルスレートを許容最
大パルスレートと許容最小パルスレートの間に維持して
ステップモータの脱調を防止するためのパルスレート抑
圧手段とを有し、パルスレート抑圧手段は所定の更新期
間毎にパルスレートを増減し更新期間に１つのパルスも
発生しない場合には所定のパルスレートにてパルスが発
生するまで待つようにパルスレートを制御するように構
成されている。またこのステップモータ制御装置はジャ
イロコンパス及び減揺装置に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステップモータ制
御装置及び方法に関し、より詳細にはステップモータの
加減速制御に使用されるパルスレート抑制手段に関す
る。本発明は更に、ステップモータ制御装置を使用した
減揺装置及びジャイロコンパスに関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、図６〜図１３を参照して従来のジ
ャイロコンパスの例を説明する。このジャイロコンパス
は本願出願人と同一の出願人によって平成４年２月５日
付で出願された特願平４−２０１３４号に開示されたも
のであり、詳細は同出願を参照されたい。

【０００３】ジャイロコンパスはジャイロロータを内蔵
したジャイロケース６０１を有し、ジャイロケース６０
１は上下に突出した１対の垂直軸６０２、６０２’を有
する。垂直軸６０２、６０２’はジャイロケース６０１
の外側に配置された垂直環６０３の対応する位置に取り
付けられたボールベアリング６０４、６０４’の内輪に
それぞれ嵌合している。上側の垂直軸６０２は縣吊線６
０５を介して縣吊線取り付け台６０５’に取り付けら
れ、縣吊線取り付け台６０５’は垂直環６０３上に支持
されている。

【０００４】垂直環６０３の東西両側には１対の液体安
定器６０６、６０６’が取り付けられ、ジャイロケース
６０１の西側にはダンピングウェイト６０７が取り付け
られている。液体安定器６０６、６０６’はジャイロケ
ース６０１を指北運動させるための指北装置として機能
し、ダンピングウェイト６０７はジャイロケース６０１
の指北運動を制振させるための制振装置として機能す
る。

【０００５】垂直環６０３は１対の水平軸６０９、６０
９’を有し、水平軸６０９、６０９’は垂直軸６０２、
６０２’及びジャイロのスピン軸の双方に直交し東西の
位置より外方に突出し、水平軸６０９、６０９’の端部
は垂直環６０３の外側に配置された水平環６１０の対応
する位置に取り付けられたボールベアリング６１１、６
１１’の内輪に各々嵌合している。

【０００６】水平環６１０は、更に、水平面内にて水平
軸６０９、６０９’と直交する１対のジンバル軸６１
２、６１２’を有し、ジンバル軸６１２、６１２’の各
々は、水平環６１０の外側に配置された追従環６１３に
取り付けられた１対のジンバル軸ボールベアリング６１
４、６１４’の内輪に嵌合している。

【０００７】追従環６１３は上下に突出した１対の追従
軸６１５、６１５’を有し、追従軸６１５、６１５’は
盤器６１６の対応した位置に取り付けられた追従軸ボー
ルベアリング６１７、６１７’の内輪に嵌合している。
垂直環６０３、水平環６１０及び追従環６１３とこれら
を互いに回転可能に接続する３軸６０２、６０２’、６
０９、６０９’、６１２、６１２’によってジャイロケ
ース６０１を３軸にて支持する支持装置が構成される。

【０００８】上側の追従軸６１５の軸端にはコンパスカ
ード６１８が取り付けられ、コンパスカード６１８と盤
器６１６の対応する船首側の位置に固設された基線６１
８Ｂとによって船首の方位角が読み取られる。下側の追
従軸６１５’には方位歯車６２１が取り付けられ、方位
歯車６２１は方位ピニオン６２０を介して盤器６１６の
下部に取り付けられたステップモータ６１９の回転軸６
１９Ａと結合している。方位歯車６２１の周縁にはゼロ
クロス発生器６２２が設けられている。

【０００９】水平環６１０の内部、即ち、水平環６１
０、垂直環６０３、ジャイロケース６０１等を含む部分
は通常鋭感部と呼ばれている。斯かる鋭感部はジンバル
軸６１２、６１２’の周りに下方に重い物理振子を構成
しており、これによって水平軸６０９、６０９’は船体
の傾斜に関係なく常に水平面内に保持される。

【００１０】ジャイロケース６０１の東側には追従ピッ
クアップ６０８が取り付けられ、追従ピックアップ６０
８はジャイロケース６０１に配置された差動変圧器の１
次コイル６０８−１とこれに相対する垂直環６０３の位
置に配置された差動変圧器の２次コイル６０８−２とよ
りなる。

【００１１】更に、方位制御装置７００が設けられ、方
位制御装置７００は追従ピックアップ６０８からの電気
信号６０８Ａとゼロクロス発生器６２２からのゼロクロ
ス信号ＲＳとを入力して方位角信号ＨＥＡＤとステップ
モータ６１９のための制御信号ＣＳを出力する。

【００１２】追従ピックアップ６０８によってジャイロ
ケース６０１と垂直環６０３との間に方位差が生じたこ
とが検出されると、この方位差は電気信号６０８Ａに変
換されて方位制御装置７００に供給される。方位制御装
置７００からはステップモータ６１９に対して制御信号
ＣＳが出力され、制御信号ＣＳに基づいてステップモー
タ６１９が制御される。ステップモータ６１９が回転す
ると方位歯車６２１が回転され水平環６１０及び垂直環
６０３が回転される。斯くしてジャイロケース６０１の
方位に対して垂直環６０３の方位が追従され両者間の方
位差は常にゼロになるように構成されている。

【００１３】この方位サーボ系の作用により、水平軸６
０９、６０９’とジャイロのスピン軸とは常に直交関係
を保ち、且つ縣吊線６０５の捩りトルクがジャイロケー
ス６０１に加わることはない。即ち、サーボ系を持った
垂直軸６０２、６０２’、水平軸６０９、６０９’及び
ジンバル軸６１２、６１２’からなる３軸の働きによっ
て、ジャイロケース６０１は船体の揺動等の角運動から
完全に遮断されることとなり、ジャイロスコープを構成
することとなる。

【００１４】図７に示す如く方位制御装置７００は、方
位制御部７１０とステップモータ制御部７２０とドライ
バ部７３０と方位角累積部７４０とを有する。追従ピッ
クアップ６０８より出力された電気信号６０８Ａは入力
端子７００ａを経由して方位制御部７１０に入力され斯
かる方位制御部７１０より電気信号Ｖ_OUTがステップモ
ータ制御部７２０に出力される。

【００１５】ステップモータ制御部７２０からは、垂直
環６０３をジャイロコンパスを上方より見て時計方向に
回転させるためのパルス信号ＣＷ又は反時計方向に回転
させるためのパルス信号ＣＣＷが出力される。ドライバ
部７３０はステップモータ制御部７２０から出力された
パルス信号ＣＷ又はＣＣＷに応答してステップモータ６
１９を制御する制御信号ＣＳを出力端子７００ｃを経由
してステップモータ６１９に出力する。方位角累積部７
４０は入力したパルス信号ＣＷ又はＣＣＷに応答して、
出力端子７００ｄを経由してジャイロコンパスの方位角
信号ＨＥＡＤを出力し、それによってジャイロコンパス
の方位角が図示しない表示器にて表示される。

【００１６】ゼロクロス発信器６２２から出力されたリ
セット信号ＲＳは入力端子７００ｂを経由して方位角累
積部７４０に入力される。後に説明するように、斯かる
リセット信号ＲＳによって、盤器６１６に対する支持装
置の方位を示す方位角信号ＨＥＡＤの基準角が付与され
る。

【００１７】図８を参照して説明する。方位制御部７１
０はジャイロコンパスの方位サーボ系の特性を確立する
制御系であり、図８は斯かる方位サーボ系のブロック図
であるる。ブロック７１０−１には追従ピックアップの
ゲインＫ_PV、ブロック７１０−２には制御部Ｇ
_C（Ｓ）、ブロック７１０−３には電圧パルス周波数ゲ
インＫ _VF、ブロック７１０−４にはステップモータ６１
９の１パルス当たりの回転角度ＳＴＥＰ、ブロック７１
０−５にはステップモータ６１９の１パルス当たりの回
転角度と垂直環６０３の回転角度との比Ｎの逆数がそれ
ぞれ表されている。Ｓはラプラス演算子を表すが等価的
にステップモータを表している。

【００１８】図８のブロック図において制御部Ｇ
_C（Ｓ）が方位制御部７１０に相当している。ジャイロ
コンパスの方位サーボ系の入力に対する追従誤差の伝達
関数を求めると次のようになる。

【００１９】

【数１】ε（Ｓ）＝Ｓ（θ_in（Ｓ）−Ｄ₁（Ｓ）β／
Ｓ）／〔Ｓ＋αＧ_C（Ｓ）〕

【００２０】ここに、Ｓはラプラス演算子、Ｄ₁（Ｓ）
は外乱項であり、α及びβはそれぞれ次の式によって与
えられる。

【００２１】

【数２】α＝Ｋ_PVＫ_VF・ＳＴＥＰ／Ｎ β＝Ｋ_VF・ＳＴＥＰ／Ｎ

【００２２】ここで外乱項Ｄ₁（Ｓ）を省略すると、数
１の式は次のようになる。

【００２３】

【数３】 ε′（Ｓ）＝Ｓ・θ_in（Ｓ）／〔Ｓ＋αＧ_C（Ｓ）〕

【００２４】制御部Ｇ_C（Ｓ）は、ＰＩ（比例＋積分）
制御によって作動すると仮定すれば、次のように表され
る。

【００２５】

【数４】Ｇ_C（Ｓ）＝Ｋ_P（１＋１／Ｔ₁Ｓ）

【００２６】ここで、Ｋ_Pは比例ゲイン、Ｔ_Iは積分時
定数を表す。この数４の式を数３の式に代入すると次の
式が得られる。

【００２７】

【数５】ε′（Ｓ）＝Ｓ²θ_in（Ｓ）／〔Ｓ²＋αＫ_P
Ｓ＋αＫ_P／Ｔ₁〕

【００２８】この式の右辺の分子はＳ²を含む。従っ
て、制御部Ｇ_C（Ｓ）がＰＩ制御によって作動される場
合には、入力信号θ_in（Ｓ）がステップ入力又はランプ
入力であっても定常誤差を無視することができること
は、例えば最終値の定理より明らかである。

【００２９】次に、入力信号をθ_in（Ｓ）＝０とし、外
乱項Ｄ₁（Ｓ）のステップ入力に対する定常誤差の影響
を考える。数１の式より、次の式が得られる。

【００３０】

【数６】ε″（Ｓ）＝−βＳＤ₁（Ｓ）／〔Ｓ²＋αＫ
_PＳ＋αＫ_P／Ｔ₁〕

【００３１】外乱項Ｄ₁（Ｓ）のステップ入力に対する
定常誤差は、次の式によって表される。

【００３２】

【数７】

【００３３】従って、外乱項Ｄ₁（Ｓ）即ち電気回路等
のオフセット電圧を無視することができる。

【００３４】斯くして、制御部Ｇ_C（Ｓ）、即ち、方位
制御部７１０を数４の式に示す如きＰＩ制御に構成する
ことによって、ジャイロコンパスの旋回等の角速度運動
に対しても追従誤差が生じないような方位サーボ系の特
性を得ることができる。

【００３５】ステップモータ制御部７２０は方位制御部
７１０によって出力された電気信号Ｖ_OUTを入力し、パ
ルス信号ＣＷ又はＣＣＷをドライバ部７３０に出力す
る。ステップモータ６１９は斯かるパルス信号ＣＷ又は
ＣＣＷに応答してその回転軸が回転する。

【００３６】ステップモータ６１９はドライバ部７３０
より供給された制御信号ＣＳのパルスに同期して回転
し、その回転速度はパルス速度即ち、パルスレートＰ
（ｐｐｓ）によって定められ、その回転角は総パルス数
によって定められる。

【００３７】しかしながら、ステップモータ６１９は、
入力されるパルスレートに対して固有の自起動領域を有
しており、そのためステップモータ６１９は入力される
パルス信号に対して応答不能（脱調）状態となることが
ある。

【００３８】図９を参照してステップモータ６１９の動
作特性を説明する。図９は、通常のステップモータのパ
ルスレート・トルク特性曲線を示しており、斯かる特性
曲線は入力パルスレートとステップモータによって発生
するトルクとの間の関係を示す。ステップモータ６１９
の特性は図示の如く、２つの曲線によって分割された３
つの領域を有しており、自起動限界曲線Ａの下側の自起
動領域Ｉと自起動限界曲線Ａとスルー限界曲線Ｔとの間
に挟まれたスルー領域IIとスルー限界曲線Ｔの外側の領
域IIIとである。

【００３９】自起動領域Ｉでは、ステップモータ６１９
を停止状態から始動することも又は運転状態から停止す
ることもできる。スルー領域IIでは、ステップモータ６
１９は運転状態から他の運転状態に変化することはでき
るが停止状態から始動したり又は運転状態から停止する
ことはできない。スルー領域IIでステップモータ６１９
を停止状態から始動したり又は運転状態から停止したり
しようとするとステップモータ６１９は脱調して回転不
能となる。

【００４０】例えば入力パルスのパルスレートがＰＦ１
のときは自起動領域Ｉにあるためステップモータ６１９
を停止状態から始動することも又は運転状態から停止す
ることも可能である。しかしながら、入力パルスのパル
スレートがＰＦ２のときはスルー領域IIにあるためステ
ップモータ６１９を停止状態から始動することができ
ず、脱調する。

【００４１】例えば、追従ピックアップ６０８によって
大きな値の方位差が検出され、方位制御信号装置７００
からステップモータ６１９に対してパルスレートがＰＦ
２の制御信号ＣＳが出力された場合には、ステップモー
タ６１９は脱調することとなる。

【００４２】スルー領域IIより外側の領域IIIは非作動
領域である。尚、ステップモータ６１９によって発生す
るトルクは負荷トルクより充分大きいものとし、ステッ
プモータ６１９の加減速時に生じる負荷トルクの増加に
ついての考察は省略する。ステップモータ６１９は市販
のものが使用されてよく、その構造及び他の機能の詳細
な説明は省略する。

【００４３】ステップモータ制御部７２０はパルスレー
ト抑制手段を有し、このパルスレート抑制手段はステッ
プモータ６１９が脱調状態となることを回避するように
機能する。

【００４４】次に、図１０に示す流れ図を参照してステ
ップモータ制御部７２０の機能を説明する。ステップモ
ータ制御部７２０の動作は、開始ステップ７２０−０、
絶対値計算ステップ７２０−１、偏差値計算ステップ７
２０−２、偏差値判定ステップ７２０−３、置き換えス
テップ７２０−４、７２０−５及び７２０−６、パルス
レート変換ステップ７２０−７、方向分別ステップ７２
０−８及び終了ステップ７２０−９を含む。

【００４５】開始ステップ７２０−０では方位制御部７
１０から電気信号Ｖ_OUTが入力される。絶対値計算ステ
ップ７２０−１では、方位制御部７１０から入力された
電気信号Ｖ_OUTの絶対値が計算され、斯かる絶対値を表
す絶対値信号Ｖ_Xが偏差値計算ステップ７２０−２に供
給される。更に、電気信号Ｖ_OUTの正負の極性が判定さ
れ、斯かる極性を表す極性信号ＰＳが方向分別ステップ
７２０−８に出力される。

【００４６】偏差値計算ステップ７２０−２では今回の
絶対値信号Ｖ_Xが前回の絶対値信号Ｖ_X0と比較されてそ
の偏差値ΔＶが計算される。偏差値判定ステップ７２０
−３ではステップ７２０−２からの偏差値ΔＶの絶対値
が設定値Ｖ_Sと比較される。偏差値ΔＶの絶対値が設定
値Ｖ_Sより小さいか又はそれに等しいときは置き換えス
テップ７２０−４に進み、偏差値ΔＶの絶対値が設定値
Ｖ_Sより大きいときは置き換えステップ７２０−５に進
む。ステップ７２０−５において、記号Ｓｉｇｎは括弧
内の変数の正負の符号を取り出す操作を表す。ステップ
７２０−４では今回の絶対値信号Ｖ_Xに置き換えられた
出力Ｖ_Yがそのまま出力され、ステップ７２０−５では
前回の絶対値信号Ｖ_X0に基づいて計算された値が出力値
Ｖ_Yとして出力される。置き換えステップ７２０−４又
はステップ７２０−５からの出力値Ｖ_Yは置き換えステ
ップ７２０−６にて前回の絶対値信号Ｖ_X0として置き換
えられる。

【００４７】置き換えステップ７２０−４及びステップ
７２０−５からの出力値Ｖ_Yは更に、パルスレート変換
ステップ７２０−７にてパルスレートに変換されてパル
スレート信号ＰＦが出力される。方向分別ステップ７２
０−８ではパルスレート変換ステップ７２０−７からの
パルスレート信号ＰＦと絶対値計算ステップ７２０−１
からの極性信号ＰＳとに基づいてパルス信号ＣＷ又はＣ
ＣＷが計算される。パルス信号ＣＷ及びＣＣＷは、次式
の如き論理演算式によって求められる。

【００４８】

【数８】

【００４９】ここに、記号∩は論理演算のＡＮＤを表
し、記号￣は論理演算の反転を表す。斯かるパルス信号
ＣＷ及びＣＣＷは終了ステップ７２０−９にてステップ
モータ制御部７２０に供給される。

【００５０】ステップモータ制御部７２０の内、ステッ
プ７２０−１〜７２０−６はパルスレート抑制手段を構
成しており、それによって入力パルスのパルスレートが
自起動領域Ｉを越えてスルー領域IIにあるときでもステ
ップモータ６１９が脱調することなく始動されることが
できる。以下にパルスレート抑制手段を具体的に説明す
る。

【００５１】最初に第１の場合として、方位制御部７１
０からステップモータ制御部７２０に電気信号Ｖ_OUTが
入力され、斯かる電気信号Ｖ_OUT（極性は正とする。）
がステップモータ制御部７２０にてパルスレートがＰＦ
１のパルス信号に変換され、それよりパルス信号ＣＷ又
はＣＣＷが生成されてステップモータ６１９に供給され
る場合について考える。

【００５２】ステップ７２０−１にて電気信号Ｖ_OUT1の
絶対値｜Ｖ_OUT1｜が計算されるが、電気信号Ｖ_OUT1の極
性は正だから、Ｖ_X＝Ｖ_OUT1である。ステップ７２０−
２では偏差値ΔＶが計算されるが、前回の電気信号はＶ
_XO＝０だから、偏差値ΔＶ＝Ｖ_Xとなる。偏差値判定ス
テップ７２０−３において設定値Ｖ_Sを、次のように置
く。

【００５３】

【数９】Ｖ_S＝｜Ｖ_X｜

【００５４】ステップ７２０−３の判定結果はイエスと
なるから置き換えステップ７２０−４に進む。尚、この
設定値Ｖ_Sは自起動領域ＩのパルスレートＰＦ１に対応
している。ステップ７２０−４ではＶ_Y＝Ｖ_Xに置き換
えられるが、数９の式よりＶ _Y＝Ｖ_Sとなって出力され
る。パルスレート変換ステップ７２０−７では、設定値
Ｖ_Sに対応するパルスレートＰＦに変換される。斯かる
パルスレートは必ず自起動パルスレートＰＦ１であり、
方向分別ステップ７２０−８より出力されるパルス信号
ＣＷ又はＣＣＷも自起動領域Ｉ内にある。

【００５５】従って、方位制御部７１０からの電気信号
Ｖ_OUT1が自起動領域Ｉ内のパルス信号ＣＷ又はＣＣＷに
対応しているときは、そのパルスレートＰＦ１を有する
パルス信号がステップモータ６１９に供給される。

【００５６】しかしながら、第２の場合として、方位制
御部７１０からの電気信号Ｖ_OUT2がスルー領域II内のパ
ルス信号ＣＷ又はＣＣＷに対応しているときは、そのパ
ルスレートＰＦ２を有するパルス信号ではなく次のよう
にして求められたパルスレートのパルス信号がステップ
モータ６１９に供給される。但し、この場合、パルスレ
ートＰＦ２はパルスレートＰＦ１のほぼ４倍程度の大き
さであると仮定している。

【００５７】方位制御部７１０から出力された電気信号
Ｖ_OUT2は、上述の如き、絶対値計算ステップ７２０−
１、偏差値計算ステップ７２０−２及び偏差値判定ステ
ップ７２０−３を進む。偏差値判定ステップ７２０−３
では、偏差値の絶対値は設定値より大きく、｜ΔＶ₁｜
＞Ｖ_Sだから判定結果はノーとなり置き換えステップ７
２０−５に進む。

【００５８】第１回のサイクルでは前回の絶対値信号は
Ｖ_X0＝０だから、置き換えステップ７２０−５ではＶ_Y
＝＋Ｖ_Sなる置き換えがなされる。斯かる出力信号Ｖ_Y
は、上述の如き、置き換えステップ７２０−６、パルス
レート変換ステップ７２０−７及び方向分別ステップ７
２０−８に進み、自起動パルスレートＰＦ１のパルス信
号ＣＷ又はＣＣＷが生成される。

【００５９】こうして第１回のサイクルで生成された制
御信号ＣＳによってステップモータ６１９は脱調するこ
となく始動される。第１回のサイクルにおいて、置き換
えステップ７２０−６では、次の式のような置き換えが
なされている。

【００６０】

【数１０】Ｖ_X0＝Ｖ_Y＝Ｖ_S

【００６１】第２回のサイクルでも、偏差値判定ステッ
プ７２０−３では、｜ΔＶ₂｜＞Ｖ _Sだから置き換えス
テップ７２０−５に進む。しかしながら、置き換えステ
ップ７２０−５では、数１０の式よりＶ_X0＝Ｖ_Sだか
ら、出力信号Ｖ_Yは次のようになる。

【００６２】

【数１１】Ｖ_Y＝Ｖ_X0＋Ｓｉｇｎ（ΔＶ）・Ｖ_S＝２Ｖ_S

【００６３】斯かる出力信号Ｖ_Yはパルスレート変換ス
テップ７２０−７にてパルスレート変換される。こうし
て第２回のサイクルにおいてステップ７２０−７から
は、方位制御部７１０からの電気信号Ｖ_OUT2に対応した
パルスレートＰＦ２のパルス信号ではなく数１１の式の
出力信号に対応してパルスレート２×ＰＦ１のパルス信
号が出力される。

【００６４】ステップモータ６１９に供給されるパルス
レート２×ＰＦ１のパルス信号は自起動領域Ｉを越えた
スルー領域II内にある。しかしながら、ステップモータ
６１９は第１回のサイクルにて供給されたパルスレート
ＰＦ１のパルス信号によって既に始動されているから、
第２回のサイクルにてパルスレート２×ＰＦ１のパルス
信号が出力されても、各サイクル毎のパルスレート偏差
値ΔＰＦ（＝ＰＦ１）が自起動領域Ｉ内にある限り、ス
テップモータ６１９は脱調しない。

【００６５】斯くしてステップモータ６１９はパルスレ
ートＰＦ１の２倍のパルスレート２×ＰＦ１のパルス信
号によって２倍の回転速度で回転される。第３回以降の
サイクルによって、同様に、順次、ステップモータ制御
部７２０から出力信号のパルスレートが増加し、それに
よってステップモータ６１９の回転速度が増加する。こ
こに説明したパルスレート抑制動作は図１１の各グラフ
を参照することによってより容易に理解されよう。

【００６６】図１１のグラフは、ステップモータ制御部
７２０に入力される電気信号Ｖ_OUTとステップモータ制
御部７２０より出力されるパルス信号ＣＷ又はＣＣＷの
パルスレートＰＦの関係を表す。図１１Ａと図１１Ｂ
は、自起動領域Ｉ内のパルスレートＰＦ１に対応する電
気信号Ｖ_OUT1が時刻ｔ₁〜ｔ₂にステップモータ制御部
７２０に入力された場合に、モータ制御部７２０からス
テップモータ６１９に対して時刻ｔ₁〜ｔ₂にパルスレ
ートＰＦ１のパルスがそのまま出力されることを示して
いる。これは、上述の第１の場合である。但し、電気信
号Ｖ_OUTとパルスレートＰＦ１とは電圧パルスレートゲ
インＫ_VFで関係していることに留意されたい。

【００６７】図１１Ｃと図１１Ｄは第２の場合を示す。
第２の場合、スルー領域II内のパルスレートＰＦ２に対
応する電気信号Ｖ_OUT2が時刻ｔ₁〜ｔ₂にステップモー
タ制御部７２０に入力された場合に、モータ制御部７２
０からステップモータ６１９に対してパルスレートＰＦ
２のパルス信号がそのまま出力されず、パルスレートＰ
Ｆ２より小さいパルスレートのパルス信号が順次出力さ
れる。

【００６８】図１１Ｄを参照して第２の場合おいて、パ
ルスレート抑制動作サイクルの各サイクル毎に出力され
るパルスレートＰＦについて説明する。パルスのパルス
レートＰＦは、第１サイクル〜第４サイクルに相当する
時刻ｔ₁〜ｔ₁’で順次増加し、第５サイクル以降に相
当する時刻ｔ₁’〜ｔ₂で一定パルスレートＰＦ２とな
り、第１’サイクル〜第４’サイクルに相当する時刻ｔ
₂〜ｔ₂’で順次減少している。パルスレートＰＦが階
段状に変化したときが、各サイクルでパルスレートＰＦ
が更新されたことに対応している。

【００６９】時刻ｔ₁でパルスレートＰＦ２に対応した
電気信号Ｖ_OUT2が入力され、第１サイクルでは偏差値判
定ステップ７２０−３の結果はノーとなりステップ７２
０−５を経由してパルスレートＰＦ１のパルス信号が出
力される。次の第２サイクルでも偏差値判定ステップ７
２０−３の結果はノーとなりステップ７２０−５にて前
回のパルスレートＰＦ１にパルスレート増分ΔＰＦ（＝
ＰＦ１）が加算されるからパルスレートが２×ＰＦ１の
パルス信号が出力される。同様に、第３サイクルではパ
ルスレート３×ＰＦ１のパルス信号が出力され、第４サ
イクルではパルスレート４×ＰＦ１のパルス信号が出力
される。

【００７０】しかしながら、上述したようにパルスレー
トＰＦ２はパルスレートＰＦ１のほぼ４倍と仮定してい
るため、第５サイクルでは、偏差値判定ステップ７２０
−３の結果はイエスとなる。偏差値計算ステップ７２０
−２において、今回の入力絶対値信号Ｖ_X（＝｜Ｖ_OUT2
｜）が前回の絶対値信号Ｖ_X0と比較されてその偏差値Δ
Ｖ₅（添字はサイクル回数を表す。）が計算されるが、
今回の入力絶対値信号Ｖ_XはパルスレートＰＦ２に対応
した値であり、前回の絶対値信号Ｖ_X0はパルスレート４
×ＰＦ１に対応した値だから、その偏差値はΔＶ₅＝０
となる。

【００７１】こうして、ステップ７２０−３にて判定結
果がイエスとなり、置き換えステップ７２０−４に進
む。斯くして第５サイクルでは、入力電気信号Ｖ_OUT2に
対応したパルスレートＰＦ２のパルス信号が出力され
る。これは、第４サイクルで出力されたパルス信号のパ
ルスレート４×ＰＦ１と同じである。第５回以降のサイ
クルでも、パルスレート４×ＰＦ１に等しいパルスレー
トＰＦ２のパルス信号が出力される。

【００７２】時刻ｔ₂にて、入力電気信号はＶ_OUT＝０
となるが、出力されるパルス信号のパルスレートＰＦ
は、同様に、第１’サイクル〜第４’サイクルまでサイ
クル毎にパルスレート変分ΔＰＦ（＝ＰＦ１）ずつ減少
し、第４’サイクルになって始めて０となる。第５’回
以降のサイクルでも出力パルス信号のパルスレートＰＦ
は０である。

【００７３】図１１Ａ及び図１１Ｂと図１１Ｃ及び図１
１Ｄとを比較して明らかなように、図１１Ｃ及び図１１
Ｄではパルスレート抑制手段が機能し、入力された電気
信号Ｖ_OUT＝Ｖ_OUT2 又はＶ_OUT＝０に対応したパルス
レートＰＦ２又は０のパルス信号ＣＷ又はＣＣＷではな
く修正されたパルス信号が生成されている。

【００７４】次に図１２を参照してドライバ部７３０の
構成と機能を説明する。ドライバ部７３０はステップモ
ータ制御部７２０より供給されたパルス信号ＣＷ又はＣ
ＣＷのパルス列を所定の順序にてステップモータ６１９
の巻線に供給するための回路として構成されており、励
磁信号発生部７３０−１と増幅部７３０−２とを有す
る。入力端子７３０ａ、７３０ｂを経由してステップモ
ータ制御部７２０より供給されたパルス信号ＣＷ又はＣ
ＣＷは励磁信号発生部７３０−１にて整形及び分配され
る。励磁信号発生部７３０−１より出力された信号ＥＳ
は、増幅部７３０−２にて増幅される。増幅部７３０−
２から出力された制御信号ＣＳは出力端子７３０ｃを経
由してステップモータ６１９に供給される。

【００７５】尚、図１２には図示されていないが、ドラ
イバ部７３０にはステップモータ６１９の巻線に電圧を
印加するための電源が接続され、斯かる電源は好ましく
は直流安定化電源が使用される。

【００７６】図１３に方位角累積部７４０の構成を示
す。方位角累積部７４０は、差分部７４０−１と累積部
７４０−２とを含む。差分部７４０−１には入力端子７
４０ａ、７４０ｂを経由してステップモータ制御部７２
０より供給されるパルス信号ＣＷ及びＣＣＷが入力され
る。そこで、次の数１２の式によりパルス信号ＣＷ及び
ＣＣＷのパルスレートの差分ΔＣが計算され出力され
る。

【００７７】

【数１２】ΔＣ＝ＣＷ−ＣＣＷ

【００７８】累積部７４０−２では斯かる差分ΔＣが累
積演算されてその累積値が方位角信号ＨＥＡＤとして出
力される。

【００７９】

【数１３】ＨＥＡＤ＝ΣΔＣ

【００８０】ゼロクロス発生器６２２からのリセット信
号ＲＳが累積部７４０−２に供給されると、累積部７４
０−２にて累積演算されたその累積値は基準方位角信号
ＨＥＡＤ０に置き換えられる。

【００８１】

【数１４】ＨＥＡＤ＝ＨＥＡＤ０

【００８２】ここに、基準方位角信号ＨＥＡＤ０は、盤
器６１６に対する支持装置の方位角の基準値を表す。リ
セット信号ＲＳによって数１４の式の操作がなされ、方
位角累積部７４０での差分及び累積計算で生じた誤差が
排除される。

【００８３】図１４を参照して従来の減揺装置の例につ
いて説明する。この減揺装置は本願出願人と同一の出願
人によって平成８年３月２５日付にて出願された特願平
８−６８１０９号に開示されたものであり、詳細は同出
願を参照されたい。

【００８４】この減揺装置は軌道部材１１とこの軌道部
材１１に沿って自由に移動可能な可動質量１２とこの軌
道部材１１を両側にて支持する支持部材１３Ａ、１３Ｂ
と可動質量１２に装着されたワイヤ１５とこのワイヤ１
５を案内する１対のローラ１７Ａ、１７Ｂとを有する。
可動質量１２の下端には小さなローラ１２Ａが装着さ
れ、ワイヤ１５の一端１５Ａはこのローラ１２Ａに装着
されている。

【００８５】この例では軌道部材１１は直線状に形成さ
れており、可動質量１２の運動経路は直線である。しか
しながら、軌道部材１１は、円弧状に湾曲した形状であ
ってもよく、可動質量１２の運動経路は円弧、放物線等
であってもよい。

【００８６】本例の減揺装置はワイヤ１５を所定の張力
にて引っ張るための張力発生装置２０とワイヤ１５の張
力を調節するための張力調節装置３０とを有する。本例
によると、張力発生装置２０によって可動質量２１の往
復運動の復元力が生成される。また張力調節装置３０に
よって可動質量２１の往復運動の復元力が調節される。
従って張力発生装置２０は復元力発生装置であり、張力
調節装置３０は復元力調節装置である。

【００８７】張力発生装置２０は例えば、引っ張りばね
を使用するものであってよい。引っ張りばねはコイルば
ねであってよい。本例の張力発生装置２０は、ワイヤ１
５の他端１５Ｂに接続された引っ張りばね２１と引っ張
りばね２１の一端２１Ａに装着されたリミットスイッチ
装置２３とを有する。リミットスイッチ装置２３は引っ
張りばね２１の伸びが所定の大きさより大きくなると信
号を生成するように構成されている。

【００８８】リミットスイッチ装置２３は例えば、引っ
張りばね２１の一端２１Ａに装着された第１の接点２３
Ａと基台５１に装着された第２の接点２３Ｂとを有し、
引っ張りばね２１の伸びが所定の大きさを越えると２つ
の接点の開閉状態が変化し、信号を生成するように構成
されてよい。

【００８９】張力調節装置３０は例えば、張力発生装置
２０の引っ張りばねを変位させるように構成さてよい。
本例の張力調節装置３０は、引っ張りばね２１の他端２
１Ｂに接続されたワイヤ３１を巻き取るための巻き取り
ローラ３３とこのローラ３３に装着された歯車３５とこ
の歯車３５と係合するウォーム歯車３７とウォーム歯車
３７を回転させるためのハンドル付き回転軸３８とを有
する。

【００９０】また張力調節装置３０はワイヤ１５の引っ
張力を指示する指示装置を有し、この指示装置は図示の
ように引っ張りばね２１の一端２１Ｂのワイヤ３１に装
着された針４１と目盛り４２とを有する。尚、針４１は
巻き取りローラ３３又は歯車３５に装着されてよく、目
盛り４２はこの針４１の動きを指示するように配置され
る。

【００９１】図示のように軌道部材１１に沿ってｘ軸を
とり、それに垂直下方にｙ軸をとる。またｘｙ軸に垂直
に（紙面に垂直に）ｚ軸をとる。座標の原点Ｏを軌道部
材１１の中央位置にとる。支持部材１３Ａ、１３Ｂは海
洋構造物の所定の基台５１に垂直に装着される。軌道部
材１１は基台５１に平行に配置される。

【００９２】本例の減揺装置はｚ軸（紙面に垂直な軸
線）に平行な回転軸線周りの動揺を減少させるように構
成されている。ローラ１７Ａ、１７Ｂは原点Ｏの下方に
配置されており、可動質量１２が原点Ｏの位置にあると
き、ワイヤ１５はＹ軸に沿って延在する。このときのワ
イヤ１５の張力を初期張力Ｆ₀とする。海洋構造物が動
揺すると可動質量１２は原点Ｏを中心に往復運動する。
例えば、可動質量１２が第１の支持部材１３Ａの近くに
配置されたものとする。このときの可動質量１２の変位
をｘ、ワイヤ１５の張力をＦとする。

【００９３】ワイヤ１５の弾性変形は十分小さいから無
視することができる。ワイヤ１５の初期張力Ｆ₀及び張
力Ｆは、張力発生装置２０の引っ張りばね２１によって
生成される。一方、可動質量１２の往復運動の復元力は
ワイヤ１５の張力Ｆとワイヤ１５の傾斜角θによって決
まる。

【００９４】後に説明するが、ワイヤ１５の張力Ｆは、
引っ張りばね２１の伸びδと引っ張りばね２１の初期張
力Ｆ₀によって決まる。従って、往復運動の復元力を調
節するためには、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀を調
節すればよい。

【００９５】可動質量１２の固有動揺周期Ｔは復元力の
関数だから、可動質量１２の固有動揺周期Ｔを変化させ
るためには、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀を調節す
ればよい。

【００９６】本例によると、引っ張りばね２１の初期張
力Ｆ₀は張力調節装置３０によって調節されることがで
きる。先ず可動質量１２を原点Ｏの位置に配置し、ステ
ップモータ３９を作動する。それによって、ウォーム歯
車３７は回転し、それに係合している歯車３５も回転す
る。歯車３５が回転するとそれに装着された巻き取りロ
ーラ３３が回転し、引っ張りばね２１の他端２１Ｂに接
続されたワイヤ３１が巻き取られ又は緩められる。引っ
張りばね２１は巻き取りローラ３３方向に引っ張られ又
は緩められる。それによって引っ張りばね２１は伸縮
し、ワイヤ１５に作用する初期張力Ｆ₀は増加又は減少
する。

【００９７】以下に、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀
とワイヤ１５の張力Ｆ、可動質量１２の復元力Ｆ_X及び
固有動揺周期Ｔの関係を解析する。可動質量１２が原点
Ｏに配置されているとき、ワイヤ１５に作用する張力、
即ち、初期張力をＦ₀とする。次に、図示の一点鎖線１
２’にて示すように、可動質量１２が原点Ｏから右側の
支持部材１３Ａ方向に移動した状態を考える。このとき
の可動質量１２の座標をｘとし、ワイヤ１５のｙ軸に対
する傾斜角をθ、ワイヤ１５に作用する張力をＦとす
る。

【００９８】引っ張りばね２１の伸びδは次のように表
される。但し、可動質量１２に装着されたローラ１２Ａ
の中心からローラ１７Ａ、１７Ｂの中心までのｙ軸方向
の距離をｂとする。また、ローラ１７Ａ、１７Ｂの半径
は十分小さいものとする。

【００９９】

【数１５】δ＝√（ｂ²＋ｘ²）−ｂ

【０１００】引っ張りばね２１のばね定数をＫとする
と、ワイヤ１５に作用する張力Ｆは次のように表され
る。

【０１０１】

【数１６】Ｆ＝Ｆ₀＋Ｋδ ＝Ｆ₀＋Ｋ〔√（ｂ²＋ｘ²）−ｂ〕

【０１０２】可動質量１２に作用する復元力Ｆ_Xは、ワ
イヤ１５の張力Ｆのｘ軸方向の成分であるから次のよう
に表される。

【０１０３】

【数１７】Ｆ_X＝Ｆｓｉｎθ＝［Ｆ₀＋Ｋ〔√（ｂ²＋ｘ²）−ｂ〕］・［ｘ／√（ｂ²＋ｘ²）］＝Ｋｘ＋（Ｆ₀−Ｋｂ）ｘ／√（ｂ²＋ｘ²）＝Ｋ_EQｘ

【０１０４】ここでＫ_EQは等価ばね定数と称され次の式
によって表される。

【０１０５】

【数１８】Ｋ_EQ＝Ｋ＋（Ｆ₀−Ｋｂ）／√（ｂ²＋ｘ²）

【０１０６】ここで、変位ｘが距離ｂに比べて十分小さ
いと仮定すると、等価ばね定数Ｋ_EQ及び復元力Ｆ_Xは次
のように表される。

【０１０７】

【数１９】Ｋ_EQ＝Ｆ₀／ｂＦ_X＝Ｋ_EQｘ＝（Ｆ₀／ｂ）ｘ

【０１０８】この振動系の固有周期Ｔは次の式によって
表される。

【０１０９】

【数２０】Ｔ＝２π√（ｍ／Ｋ_EQ）

【０１１０】ここでｍは可動質量１２の質量である。固
有動揺周期Ｔは、等価ばね定数Ｋ_EQが増加すると減少
し、等価ばね定数Ｋ_EQが減少すると増加する。数１８の
式又は数１９の式より明らかなように、等価ばね定数Ｋ
_EQは、初期張力Ｆ₀が増加すると増加し、初期張力Ｆ₀
が減少すると減少する。結局、固有動揺周期Ｔは、初期
張力Ｆ₀が増加すると減少し、初期張力Ｆ₀が減少する
と増加する。

【０１１１】数１８の式及び数１９の式により明らかな
ように、等価ばね定数Ｋ_EQは、初期張力Ｆ₀とＫｂの大
小関係によって変化し、次のような３つの場合に分けら
れる。

【０１１２】（１）Ｆ₀＝Ｋｂの場合この場合をここでは、基準状態と称することとする。こ
のとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力Ｆ_X及び固有周期Ｔ
は次のようになる。

【０１１３】

【数２１】Ｋ_EQ＝ＫＦ_X＝ＫｘＴ＝２π√（ｍ／Ｋ）

【０１１４】等価ばね定数Ｋ_EQは引っ張りばね２１のば
ね定数Ｋに等しく、復元力Ｆ_X及び固有周期Ｔはばね定
数Ｋと変位ｘのみによって決まる。

【０１１５】（２）Ｆ₀＞Ｋｂの場合これは、初期張力Ｆ₀を基準状態の場合より増加させた
場合に相当する。このとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力
Ｆ_X及び固有周期Ｔ_EQは次のようになる。

【０１１６】

【数２２】Ｋ_EQ＞ＫＦ_X＞ＫｘＴ＜２π√（ｍ／Ｋ）

【０１１７】基準状態と比較して、等価ばね定数Ｋ_EQ及
び復元力Ｆ_Xは増加し、固有周期Ｔは減少する。

【０１１８】（３）Ｆ₀＜Ｋｂの場合これは、初期張力Ｆ₀を基準状態の場合より減少させた
場合に相当する。このとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力
Ｆ_X及び固有周期Ｔは次のようになる。

【０１１９】

【数２３】Ｋ_EQ＜ＫＦ_X＜ＫｘＴ＞２π√（ｍ／Ｋ）

【０１２０】基準状態と比較して、等価ばね定数Ｋ_EQ及
び復元力Ｆ_Xは減少し、固有周期Ｔは増加する。

【０１２１】以上の解析より明らかなように、本例の減
揺装置によると、初期張力Ｆ₀を調節することによって
等価ばね定数Ｋ_EQが変化し、復元力Ｆ_X及び固有周期Ｔ
が変化する。初期張力Ｆ₀を増加させれば、可動質量１
２の復元力Ｆ_Xは増加し固有周期Ｔは減少する。また初
期張力Ｆ₀を減少させれば、可動質量１２の復元力Ｆ _X
は減少し固有周期Ｔは増加する。従って、搭載している
積み荷又は人間の数が変化して海洋構造物の固有動揺周
期が変化した場合には、初期張力Ｆ₀を調節することに
よって、可動質量１２の固有動揺周期Ｔを変化させ、そ
れによって最適な減揺効果を得ることができる。

【０１２２】図１５を参照して従来のステップモータ制
御装置の例を説明する。ステップモータ制御装置６６は
ステップモータの命令回転角を指示する電圧信号Ｖ_Xを
入力しそれを処理するパルスレート抑制手段６５とパル
スレート抑制手段６５より出力された電圧信号Ｖ_Yを入
力してそれをパルス信号に変換する電圧周波数変換器６
４とを有し、電圧周波数変換器６４より出力されたパル
ス信号はステップモータ装置６０に供給される。

【０１２３】ステップモータ装置６０は典型的にはステ
ップモータ６１と駆動回路（ドライバ）６２と直流電源
６３とを有する。パルスレート抑制手段６５によって電
圧信号Ｖ_Xが抑制されるから、ステップモータの脱調が
防止される。パルスレート抑制手段６５及び電圧周波数
変換器６４は図１０に示したフローによってパルス信号
を生成する。

【０１２４】駆動回路（ドライバ）６２はパルス信号を
整形、分配及び増幅してモータに供給する。直流電源は
スイッチングや整流に使用される。ステップモータ６１
は１パルス毎に所定の角度回転する。回転角度はステッ
プ数又はパルス数によって表され、回転速度はパルスレ
ート〔パルス数／秒〕〔ＰＰＳ〕によって表される。ス
テップモータの加減速はパルスレート〔パルス数／秒〕
を変化させることによってなされる。

【０１２５】

【発明が解決しようとする課題】従来のステップモータ
制御装置６６では、ステップモータの脱調を防止するた
めにパルスレート抑制手段６５が設けられ、パルスレー
ト抑制手段６５を経由した電圧信号は電圧／周波数変換
器６４によってパルス信号に変換され、ステップモータ
装置６０に供給されていた。

【０１２６】しかしながら、電圧／周波数変換器は高価
であり、従ってステップモータ制御装置６６の製造費用
が高くなる欠点を有する。

【０１２７】また、従来のパルスレート抑制手段６５は
電圧信号を制御又は処理するように構成され、デジタル
的に信号を処理することが困難であり、信号の処理回路
が複雑となる欠点がある。

【０１２８】本発明は斯かる点に鑑み、電圧／周波数変
換器を使用しないステップモータ制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０１２９】本発明は斯かる点に鑑み、ステップモータ
の脱調を防止するためのパルスレート抑制手段において
デジタル的に信号の処理を行うように構成されたステッ
プモータ制御装置を提供することを目的とする。

【０１３０】

【課題を解決するための手段】本発明によると、基準パ
ルス信号を発生する基準パルス発生器とステップモータ
の脱調を防止するためにパルスレートを許容最大パルス
レートと許容最小パルスレートの間に維持するためのパ
ルスレート抑制手段とを有し、該パルスレート抑制手段
はステップモータの回転角に対応した総ステップ数を演
算し該総ステップ数の前半ステップではパルスレートを
増加し後半ステップではパルスレートを減少するように
パルスレートを制御するように構成されたステップモー
タ制御装置において、パルスレート抑制手段は、パルス
レートを所定の変更周期Ｔ_R毎に所定のパルスレート増
減分ΔＰだけ増減し、変更周期Ｔ_R内に１つのパルスも
発生しない場合にはパルスが発生するまで待ち、パルス
が発生してからパルスレートを増減するようにパルスレ
ートを制御する。

【０１３１】本発明によると、ステップモータ制御装置
において、パルスレートが前半ステップにて許容最大パ
ルスレートに達した場合にはパルスレートを許容最大パ
ルスレートに維持し後半ステップよりパルスレートを減
少させるように構成されている。パルスレートが前半ス
テップにて許容最大パルスレートに達した第１のステッ
プ点Ｓ₁よりパルスレートは許容最大パルスレートに維
持され、第１のステップ点Ｓ₁と中間ステップ点Ｓ_Hの
偏差Ｓ_H−Ｓ₁に相当するステップだけ中間ステップ点
より進んだ第２のステップ点Ｓ₂よりパルスレートの減
少が開始されるように構成されている。ステップモータ
の駆動開始時にパルスレートは許容最小パルスレートよ
り開始される。

【０１３２】本発明によると、ステップモータの命令回
転角に対応した総ステップ数を演算することと、ステッ
プモータの駆動開始パルスレートを設定することと、前
半ステップではパルスレートを増加し後半ステップでは
パルスレートを減少するようにパルスレートを制御する
ことと、を含むステップモータ制御方法において、パル
スレートの制御は、所定の変更周期Ｔ_R毎に前回の変更
周期Ｔ_Rのパルスレートに対して所定のパルスレート増
減分ΔＰだけ増減し、変更周期Ｔ_R内に１つのパルスも
発生しない場合にはパルスが発生するまで待ち、パルス
が発生してからパルスレートを増減するようにパルスレ
ートを制御する。

【０１３３】本発明によると、ステップモータ制御方法
において、前半ステップにてパルスレートが許容最大パ
ルスレートに達した場合にはパルスレートを許容最大パ
ルスレートに維持し後半ステップよりパルスレートを減
少させるように構成されている。また、パルスレートが
前半ステップにて許容最大パルスレートに達した第１の
ステップ点Ｓ₁より中間ステップ点まで計数パルスをゼ
ロから１つづつ累積し中間ステップ点Ｓ_Hより計数パル
ス数を１つづつ減少し計数パルス数がゼロとなった第２
のステップ点Ｓ₂までパルスレートは許容最大パルスレ
ートに維持され、第２のステップ点Ｓ₂よりパルスレー
トの減少が開始されるように構成されている。

【０１３４】本発明によると、所定の軌道に沿って往復
運動可能な可動質量と該可動質量に復元力を付与する復
元力発生装置と復元力を調節するための復元力調節装置
とを有し、復元力調節装置は復元力を調節するためのス
テップモータと該ステップモータを制御するためのステ
ップモータ制御装置とを有する減揺装置において、ステ
ップモータ制御装置は基準パルス信号を生成する基準パ
ルス発生器とステップモータの脱調を防止するためにパ
ルスレートを抑制するためのパルスレート抑制手段とを
有し、該パルス抑制手段は、所定の変更周期Ｔ_R毎に所
定のパルスレート増減分ΔＰだけパルスレートを増減
し、変更周期Ｔ_R内に１つのパルスも発生しない場合に
はパルスが発生するまで待ち、パルスが発生してからパ
ルスレートを増減するようにパルスレートを制御する。

【０１３５】本発明によると、減揺装置において、パル
スレート抑制手段は、ステップモータの回転角に対応し
た総ステップ数を演算し該総ステップ数の前半ステップ
ではパルスレートを増加し後半ステップではパルスレー
トを減少するようにパルスレートを制御し、前半ステッ
プにてパルスレートが許容最大パルスレートに達する
と、パルスレートを許容最大パルスレートに維持し、後
半ステップにてパルスレートを減少する。

【０１３６】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明によるステ
ップモータ制御装置の例を説明する。本例のステップモ
ータ制御装置６９はステップモータ装置６０に供給する
パルス信号を生成するパルスレート抑制手段６７と基準
パルス信号ｆ₀を生成する基準パルス発生器６８とを有
する。尚、ステップモータ装置６０の構成は図１５に示
した従来のステップモータ装置６０の構成と同様であっ
てよい。

【０１３７】本例のパルスレート抑制手段６７の目的は
図１５に示した従来のパルスレート抑制手段６５の目的
と同じであり、ステップモータ６１の脱調を防止するた
めにステップモータ６１への命令パルス信号を抑制する
ことにある。しかしながら、従来のパルスレート抑制手
段６５は電圧信号Ｖ_Xを処理するように構成されている
が、本例のパルスレート抑制手段６７はパルス信号をデ
ジタル的に処理する点で異なる。

【０１３８】先ず、使用するステップモータ装置６０又
はステップモータ６１の仕様によって次の初期値が予め
設定される。（１）初期設定値許容最大パルスレート：Ｐ_MAX〔ＰＰＳ〕許容最小パルスレート：Ｐ_MIN〔ＰＰＳ〕パルスレートの増減率：δＰ／δｔ〔ＰＰＳ／秒〕

【０１３９】ここにパルスレートの単位〔ＰＰＳ〕は単
位時間当たりのパルス数、即ち、パルス数／秒である。
これらの値は所望のトルクを発生させるためのステップ
モータ６１の許容回転角速度βの値より決まる。

【０１４０】本例によると、パルスレートの増減は所定
の更新期間Ｔ_R〔秒〕を単位として行われる。従って、
１更新期間Ｔ_R内ではパルスレートＰは一定である。パ
ルスレートの増減率δＰ／δｔは次のように表される。

【０１４１】

【数２４】δＰ／δｔ＝（Ｐ_N-1−Ｐ_N）／Ｔ_R

【０１４２】Ｐ_N-1、Ｐ_Nはそれぞれ前回及び今回の更
新期間Ｔ_Rにおけるパルスレートである。１更新期間Ｔ
_Rに増減するパルスレートΔＰ（一定）は次のように表
される。

【０１４３】

【数２５】 ΔＰ＝（Ｐ_N-1−Ｐ_N）＝（δＰ／δｔ）×Ｔ_R

【０１４４】次に、ステップモータ装置６０又はステッ
プモータ６１に供給される命令信号が与えられる。（２）命令信号総ステップ数：Ｓ_T〔−〕

【０１４５】１ステップはステップモータ６１の単位回
転角を付与する信号単位であるが、ここでは１ステップ
＝１パルスとし、総ステップ数＝総パルス数である。

【０１４６】図２を参照してパルスモータ６１の駆動モ
ードについて説明する。図２Ａは三角形型駆動モードの
場合のパルスレートＰ〔ＰＰＳ〕の変化を示し、図２Ｂ
は台形型駆動モードの場合のパルスレートＰ〔ＰＰＳ〕
の変化を示す。縦軸はパルスレートＰ〔ＰＰＳ〕、横軸
は時間である。尚、説明の都合上、横軸にステップ数を
付記した。

【０１４７】図２Ａに示す三角型駆動モードでは、許容
最小パルスレートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕にてステップモータ
６１の駆動を開始し、中間ステップ点Ｓ_Hまでパルスレ
ートＰを増加させ、中間ステップ点Ｓ_Hよりパルスレー
トＰを減少させる。中間ステップ点Ｓ_Hは総ステップ数
Ｓ_Tの半分である。中間ステップ点Ｓ_Hは次の式によっ
て予め求められている。

【０１４８】

【数２６】Ｓ_H＝Ｓ_T／２

【０１４９】最終ステップ点Ｓ_Tにて許容最小パルスレ
ートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕となると、パルスモータ６１は停
止する。この駆動モードでは、パルスレートＰは許容最
大パルスレートＰ_MAX〔ＰＰＳ〕に達することがなく、
常に許容最大パルスレートＰ _MAX〔ＰＰＳ〕以下であ
る。

【０１５０】図２Ｂに示す台形型駆動モードでは、許容
最小パルスレートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕にてステップモータ
６１の駆動を開始し、同様にパルスレートＰを増加させ
る。しかしながら、パルスレートＰは中間ステップ点Ｓ
_Hの手前の第１のステップ点Ｓ₁にて許容最大パルスレ
ートＰ_MAX〔ＰＰＳ〕に達し、パルスレートが一定Ｐ＝
Ｐ_MAXの状態でパルスモータ６１の回転を継続し、第２
のステップ点Ｓ₂よりパルスレートＰを減少させ、終了
点Ｓ_Tにて許容最小パルスレートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕とな
ると、パルスモータ６１は停止する。

【０１５１】

【数２７】Ｓ_H−Ｓ₁＝Ｓ₂−Ｓ_H＝（Ｓ₂−Ｓ₁）／２

【０１５２】中間ステップ点Ｓ_Hは予め与えられている
が、パルスレートＰが許容最大パルスレートＰ_MAX〔Ｐ
ＰＳ〕に達する第１のステップ点Ｓ₁は予め与えられて
いない。第１のステップ点Ｓ₁は、パルスレートＰの大
きさを監視することによって検出される。

【０１５３】パルスレートＰの減少を開始する第２のス
テップ点Ｓ₂は、第１のステップ点Ｓ₁の検出によって
得られる。第２のステップ点Ｓ₂は例えば、次の式によ
って得られる。

【０１５４】

【数２８】Ｓ₂＝Ｓ₁＋２（Ｓ_H−Ｓ₁）

【０１５５】第２のステップ点Ｓ₂を検出する方法とし
て以下に説明するように、パルスを計数する方法があ
る。例えば、予め計数器をリセットしておき、第１のス
テップ点Ｓ₁にパルスの計数を開始する。中間ステップ
点Ｓ_Hまで１パルスづつパルス数を累積し、中間ステッ
プ点Ｓ_Hより１パルスづつ減少する。パルスがゼロに戻
ったステップ点がパルスレートの減少開始点Ｓ₂とな
る。

【０１５６】図３及び図４を参照して本例によるパルス
レート抑制装置の動作の例を説明する。先ずステップ１
０１にて、このパルスレート抑制のフローが開始され
る。ステップ１０２にて初期設定値が設定される。この
初期値には、許容最大パルスレートＰ_MAX〔ＰＰＳ〕、
許容最小パルスレートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕、パルスレート
の増減率δＰ／δｔ〔ＰＰＳ／秒〕、パルスレート増減
の更新期間Ｔ_R〔秒〕、１更新期間Ｔ_R当たりの増減パ
ルスレートΔＰ等が含まれる。

【０１５７】また、命令信号として総ステップ数Ｓ_Tが
与えられる。同時に図２Ｂの場合の台形型駆動モードに
おける第２のステップ点Ｓ₂の検出に備えて、カウント
値Ｃがリセットされる。

【０１５８】ステップ１０３にてステップモータ６１の
駆動が開始される。ステップモータ６１は最初、許容最
小パルスレートＰ_MIN〔ＰＰＳ〕より駆動される。ステ
ップ１０４にてパルスレートＰが許容最大パルスレート
Ｐ_MAX〔ＰＰＳ〕に達しているか否かが判定される。許
容最大パルスレートＰ_MAX〔ＰＰＳ〕に達していない場
合にはステップ１０５に進み、中間ステップＳ_Hに達し
ているか否かが判定される。中間ステップＳ_Hに達して
いない場合には、ステップ１０６、１０７、１０８に
て、パルスレートＰが増加される。

【０１５９】上述のようにパルスレートの増加は、更新
期間Ｔ_R毎に一定のパルスレートΔＰ〔ＰＰＳ〕を増加
させることによって行われる。しかしながら、これで
は、低いパルスレートの場合、１更新期間Ｔ_R内に１パ
ルスも発生しない場合が生ずる。１更新期間Ｔ_R内に１
パルスが発生する場合のパルスレートＰ〔ＰＰＳ〕は１
／Ｔ_R〔ＰＰＳ〕である。従ってパルスレートが１／
Ｔ_R〔ＰＰＳ〕より小さい場合には、１更新期間Ｔ_R
に１パルスも発生しないことが起きる。

【０１６０】

【数２９】Ｐ＜１／Ｔ_R

【０１６１】そこで本例では、設定されたパルスレート
にて少なくとも１パルスを発生するように制御される。

【０１６２】ステップ１０６では更新期間Ｔ_Rが経過し
たか否かが判定され、更新期間Ｔ_Rが経過したときは、
ステップ１０７にて、その更新期間Ｔ_R内に少なくとも
１パルスが発生したか否かが判定される。その更新期間
Ｔ_R内に少なくとも１パルスが発生した場合にはステッ
プ１０８に進み、パルスレートは増加する。ステップ１
０８では、１更新期間Ｔ_R当たりのパルスレート増分Δ
Ｐだけ増加したパルスレートＰ＋ΔＰに置き換えられ
る。

【０１６３】ステップ１０７にて、その更新期間Ｔ_R内
に１パルスも発生していない場合には、ステップ１０８
に進むことなく、パルスが発生するまで待つ。こうし
て、設定されたパルスレートにて１パルス発生させる、
過度の角加速度命令を与えないことによって、脱調を防
止することができる。

【０１６４】ステップ１０８によってパルスレートＰが
増加すると、ステップ１０４に戻り、再びパルスレート
Ｐの増加ステップが繰り返される。更新期間Ｔ_Rがｎ_R
回だけ更新され、ステップ１０８がｎ回だけ繰り返され
ると、パルスレートＰは次のようになる。

【０１６５】

【数３０】ｎ_R≧ｎＰ＝Ｐ_MIN＋ΔＰ×ｎ

【０１６６】パルスレートが許容最大パルスレートＰ
_MAX〔ＰＰＳ〕に達するとステップ１０９に進み、パル
スレートが許容最大パルスレートＰ_MAX〔ＰＰＳ〕に達
することなく中間ステップＳ_Hに達すると、ステップ１
１４に進む。

【０１６７】ステップ１０９〜１１３は上述の第１ステ
ップ点Ｓ₁と第２ステップ点Ｓ₂の間のパルスレートＰ
が一定の状態に対応している。ステップ１０９にてパル
スレートＰは一定、即ち、許容最大パルスレートＰ_MAX
〔ＰＰＳ〕に保持される。ステップ１１０にて中間ステ
ップＳ_Hになったか否かが判定され、中間ステップＳ _H
になるまでステップ１１３にてカウントパルスＣが増加
される。

【０１６８】中間ステップＳ_Hになるとステップ１１１
に進み、累積されたカウントよりカウント数が１つづづ
減らされる。カウントパルスＣがゼロとなるのは第２ス
テップ点Ｓ₂に対応している。ステップ１１２にてカウ
ントがゼロになるとステップ１１４に進み、パルスレー
トＰの減少が開始される。

【０１６９】図４を参照して説明する。ステップ１１４
〜ステップ１１８はパルスレートＰの減少ステップであ
る。パルスレートＰの減少はパルスレートＰの増加と同
様に、更新期間Ｔ_R毎に且つ所定のパルスレート減分Δ
Ｐだけ減らすことによって行われる。パルスレートＰの
値が小さくなり、数２９の式を満たすようになると、１
更新期間Ｔ_R内に１パルスも発生しない場合が起きる。
この場合は、ステップモータ６１の脱調を防止するため
に、パルスレートＰは減少しない。

【０１７０】ステップ１１６では更新期間Ｔ_Rが経過し
たか否かが判定され、ステップ１１７ではその更新期間
Ｔ_R内に少なくとも１パルス発生したか否かが判定され
る。ステップ１１８では、１更新期間Ｔ_R当たりのパル
スレート減分ΔＰだけ減少したパルスレートＰ−ΔＰに
置き換えられる。

【０１７１】ステップ１１８によってパルスレートＰが
減少すると、ステップ１１５に戻り、再びパルスレート
Ｐの減少ステップが繰り返される。ステップ１１５に
て、総ステップ数Ｓ_Tに達したことが検出されるとこの
フローは最後のステップ１１９を経由して終了する。

【０１７２】図３及び図４に示したパルスレート抑制フ
ローは、典型的にはマイクロコンピュータ、ＣＰＵ等に
よってデジタル的に処理されることができる。上述のフ
ローに対応したソフトウエアを作ることは当業者であれ
ば容易であろう。

【０１７３】図５を参照してステップモータ制御装置を
組み込んだ減揺装置の例を説明する。この減揺装置は図
１４に示した従来の減揺装置と比較してステップモータ
制御装置６９が設けられている点が異なり、それ以外の
構成は従来の減揺装置の構成と同様であってよく、その
説明は省略する。

【０１７４】ステップモータ制御装置６９は図１〜図４
を参照して説明した本発明によるステップモータ制御装
置６９の構成と同様である。ステップモータ制御装置６
９へは命令信号が入力されるが、この命令信号は、可動
質量１２の振動の位相が減揺対象物の動揺の位相と最適
な位相関係を維持するように設定される。

【０１７５】以上本発明の実施の形態について詳細に説
明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特
許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等
が可能であることは当業者にとって理解されよう。

【０１７６】以上、ステップモータ制御装置及び制御方
法について説明した。また、本例のステップモータ制御
装置及び方法を減揺装置に適用した例を説明した。しか
しながら、本例のステップモータ制御装置及び方法を上
述のジャイロ装置に適用することも可能である。本例の
ステップモータ制御装置を組み込んだジャイロ装置も本
発明の範囲である。

【０１７７】

【発明の効果】本発明によると、ステップモータ制御装
置において、入力パルス信号を処理してステップモータ
のドライバに供給する命令パルス信号を生成するため、
電圧周波数変換器を備える必要がない利点を有する。

【０１７８】本発明によると、ステップモータ制御装置
において、パルス信号をデジタル的に処理することがで
きる利点を有する。

【０１７９】本発明によると、ステップモータ制御装置
を備えたジャイロ装置において、電圧周波数変換器を備
える必要がないから製造費を安価にすることができる利
点を有する。

【０１８０】本発明によると、ステップモータ制御装置
を備えた減揺装置において、電圧周波数変換器を備える
必要がないから製造費を安価にすることができる利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステップモータ制御装置の構成例
を示す図である。

【図２】本発明によるステップモータの駆動モードを説
明するための説明図である。

【図３】本発明によるステップモータ制御装置のパルス
レート抑制フローの流れを説明するための説明図であ
る。

【図４】本発明によるステップモータ制御装置のパルス
レート抑制フローの流れを説明するための説明図であ
る。

【図５】本発明によるステップモータ制御装置を減揺装
置に組み込んだ構成例を説明するための説明図である。

【図６】従来のジャイロコンパスの例を説明するための
説明図である。

【図７】従来の方位制御装置の構成例を説明するための
説明図である。

【図８】従来の方位サーボ系の動作を説明するための説
明図である。

【図９】ステップモータのパルスレート／トルク特性を
示す説明図である。

【図１０】従来のステップモータ制御部の動作を説明す
るための流れ図である。

【図１１】従来のステップモータ制御部のパルスレート
抑制動作を説明するための説明図である。

【図１２】従来のドライバ部の構成例を説明するための
説明図である。

【図１３】従来の方位角累積部の構成例を説明するため
の説明図である。

【図１４】従来の減揺装置の構成例を説明するための説
明図である。

【図１５】従来のステップモータ制御装置の構成例を説
明するための説明図である。

【符号の説明】１１軌道部材１２可動質量１２Ａローラ１３Ａ、１３Ｂ支持部材１５ワイヤ１７Ａ、１７Ｂローラ２０張力発生装置２１引っ張りばね２３リミットスイッチ装置３０張力調節装置３１ワイヤ３３巻き取りローラ３５歯車３７ウォーム歯車３８ハンドル付き回転軸３９ステップモータ４１針４２目盛り５１基台６０ステップモータ制御装置６１ステップモータ６２駆動回路（ドライバ）６３直流電源６４電圧周波数変換器６５パルスレート抑制手段６６ステップモータ制御装置６７パルスレート抑制手段６８基準パルス発生器６９ステップモータ制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準パルス信号を発生する基準パルス発
生器とステップモータの脱調を防止するためにパルスレ
ートを許容最大パルスレートと許容最小パルスレートの
間に維持するためのパルスレート抑制手段とを有し、該
パルスレート抑制手段は上記ステップモータの回転角に
対応した総ステップ数を演算し該総ステップ数の前半ス
テップではパルスレートを増加し後半ステップではパル
スレートを減少するようにパルスレートを制御するよう
に構成されたステップモータ制御装置において、上記パルスレート抑制手段は、パルスレートを所定の変
更周期Ｔ_R毎に所定のパルスレート増減分ΔＰだけ増減
し、上記変更周期Ｔ_R内に１つのパルスも発生しない場
合にはパルスが発生するまで待ち、パルスが発生してか
らパルスレートを増減するようにパルスレートを制御す
ることを特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項２】請求項１記載のステップモータ制御装置
において、上記パルスレートが上記前半ステップにて上
記許容最大パルスレートに達した場合には上記パルスレ
ートを上記許容最大パルスレートに維持し後半ステップ
より上記パルスレートを減少させるように構成されてい
ることを特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項３】請求項２記載のステップモータ制御装置
において、上記パルスレートが上記前半ステップにて上
記許容最大パルスレートに達した第１のステップ点Ｓ₁
より上記パルスレートは上記許容最大パルスレートに維
持され、上記第１のステップ点Ｓ₁と中間ステップ点Ｓ
_Hの偏差Ｓ_H−Ｓ₁に相当するステップだけ上記中間ス
テップ点より進んだ第２のステップ点Ｓ₂より上記パル
スレートの減少が開始されるように構成されていること
を特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項４】請求項１、２又は３記載のステップモー
タ制御装置において、上記ステップモータの駆動開始時
に上記パルスレートは上記許容最小パルスレートより開
始されることを特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項５】ステップモータの命令回転角に対応した
総ステップ数を演算することと、ステップモータの駆動
開始パルスレートを設定することと、前半ステップでは
パルスレートを増加し後半ステップではパルスレートを
減少するようにパルスレートを制御することと、を含む
ステップモータ制御方法において、上記パルスレートの制御は、所定の変更周期Ｔ_R毎に前
回の変更周期Ｔ_Rのパルスレートに対して所定のパルス
レート増減分ΔＰだけ増減し、上記変更周期Ｔ _R内に１
つのパルスも発生しない場合にはパルスが発生するまで
待ち、パルスが発生してからパルスレートを増減するよ
うにパルスレートを制御することを特徴とするステップ
モータ制御方法。
【請求項６】請求項５記載のステップモータ制御方法
において、上記前半ステップにて上記パルスレートが上
記許容最大パルスレートに達した場合には上記パルスレ
ートを上記許容最大パルスレートに維持し後半ステップ
より上記パルスレートを減少させるように構成されてい
ることを特徴とするステップモータ制御方法。
【請求項７】請求項６記載のステップモータ制御方法
において、上記パルスレートが上記前半ステップにて許
容最大パルスレートに達した第１のステップ点Ｓ ₁より
上記中間ステップ点まで計数パルスをゼロから１つづつ
累積し上記中間ステップ点Ｓ_Hより計数パルス数を１つ
づつ減少し上記計数パルス数がゼロとなった第２のステ
ップ点Ｓ₂まで上記パルスレートは許容最大パルスレー
トに維持され、上記第２のステップ点Ｓ₂より上記パル
スレートの減少が開始されるように構成されていること
を特徴とするステップモータ制御方法。
【請求項８】所定の軌道に沿って往復運動可能な可動
質量と該可動質量に復元力を付与する復元力発生装置と
上記復元力を調節するための復元力調節装置とを有し、
上記復元力調節装置は上記復元力を調節するためのステ
ップモータと該ステップモータを制御するためのステッ
プモータ制御装置とを有する減揺装置において、上記ス
テップモータ制御装置は基準パルス信号を生成する基準
パルス発生器と上記ステップモータの脱調を防止するた
めにパルスレートを抑制するためのパルスレート抑制手
段とを有し、該パルス抑制手段は、所定の変更周期Ｔ_R
毎に所定のパルスレート増減分ΔＰだけパルスレートを
増減し、上記変更周期Ｔ_R内に１つのパルスも発生しな
い場合にはパルスが発生するまで待ち、パルスが発生し
てからパルスレートを増減するようにパルスレートを制
御することを特徴とする減揺装置。
【請求項９】請求項８記載の減揺装置において、上記パ
ルスレート抑制手段は、上記ステップモータの回転角に
対応した総ステップ数を演算し該総ステップ数の前半ス
テップではパルスレートを増加し後半ステップではパル
スレートを減少するようにパルスレートを制御し、上記
前半ステップにて上記パルスレートが許容最大パルスレ
ートに達すると、上記パルスレートを上記許容最大パル
スレートに維持し、上記後半ステップにて上記パルスレ
ートを減少することを特徴とする減揺装置。