JPH1032997A - Method for driving stepping motor - Google Patents

Method for driving stepping motor

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JPH1032997A
JPH1032997A JP20521096A JP20521096A JPH1032997A JP H1032997 A JPH1032997 A JP H1032997A JP 20521096 A JP20521096 A JP 20521096A JP 20521096 A JP20521096 A JP 20521096A JP H1032997 A JPH1032997 A JP H1032997A
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JP
Japan
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stepping motor
phase
motor
coils
sin
Prior art date
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JP20521096A
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Japanese (ja)
Inventor
Kozo Kyoizumi
宏三 京和泉
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SAN TESUTO KK
Original Assignee
SAN TESUTO KK
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Publication date
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control the rotational position of a stepping motor with infinitesimal resolution by controlling the position of the rotating shaft of the motor within the angle range which is four times as large as the basic step angle of the motor by respectively giving two electric signals having a 90degree phase- deviated trigonometric functional relation between them to two coils. SOLUTION: When one cycle of a stepping motor having two coils is set at the quadruple of the basic step angle of the motor, electric signals which shift the signals to be given to the A- and B-phases by a 1/4 period, namely, having trigonometric functional relations in both the A- and Bphases by controlling the position of the shaft of the motor are given. Specifically, a current proportional to cosθ is given to the A-phase and another current proportional to sinθ is given the the B-phase. Accordingly, the arbitrary rotational position of the motor can be controlled within the angle range which is quadruple as large as the basic step angle of the motor. Therefore, the rotation of the motor can be controlled precisely while making the best use of the characteristics of the motor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はステッピングモータ
の駆動方法、特に基本ステップ角より細かく回転位置を
制御できる駆動方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving method for a stepping motor, and more particularly to a driving method capable of controlling a rotation position more finely than a basic step angle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、産業用モータとして、2相
(あるいは4相),3相または5相のステッピングモー
タが広く用いられている。ステッピングモータは、一般
にイナーシャに比べて回転トルクが大きく、しかもフィ
ードバック制御しなくても入力パルス信号に応じた正確
な動きが得られるという特徴がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, two-phase (or four-phase), three-phase or five-phase stepping motors have been widely used as industrial motors. A stepping motor is generally characterized by a large rotational torque compared to inertia, and a precise movement according to an input pulse signal without feedback control.

【0003】図1に2相ステッピングモータの一般的な
駆動方法を示す。2相ステッピングモータは、A相,B
相と称する2組の巻線がステータに巻かれており、A相
とB相に図1で示すような電気信号を与えると、P度ず
つ回転する。Pはステッピングモータの基本ステップ角
と称し、1.8度、3.75度あるいは7.5度と目的
に応じて色々な角度を持つように設計されている。
FIG. 1 shows a general driving method of a two-phase stepping motor. A phase, B
Two sets of windings called phases are wound around the stator, and when electric signals as shown in FIG. 1 are applied to the A phase and the B phase, the windings rotate by P degrees. P is referred to as a basic step angle of the stepping motor, and is designed to have various angles of 1.8 degrees, 3.75 degrees, or 7.5 degrees depending on purposes.

【0004】図1でA相に電流を印加し、B相を無励磁
のままにすると、以前の位置からP度回転して停止す
る。次にA相を励磁したまま、B相も励磁すると、さら
にP度回転して停止する。このように、図1で示す手順
でA相,B相を励磁すると、P度を基本ステップ角とし
てステッピングモータは回転し続ける。図1から明らか
なように4P度進むと、同じ動作が繰り返される。
In FIG. 1, when a current is applied to the phase A and the phase B is kept unexcited, the motor rotates P degrees from the previous position and stops. Next, if the B phase is also excited while the A phase is excited, the motor further rotates by P degrees and stops. As described above, when the A-phase and the B-phase are excited in the procedure shown in FIG. 1, the stepping motor continues to rotate with P degrees as the basic step angle. As is clear from FIG. 1, the same operation is repeated when the position advances by 4P degrees.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ここで、回転角4P以
内の領域について注目する。A相とB相に与える電気信
号の関係を上記のようにON,OFFの2段階とした場
合には、分解能はP度でしかない。しかし、微小回転に
よって出力圧が大きく変化するようなロータリ型の圧力
制御バルブにステッピングモータを適用した場合には、
基本ステップ角P程度の分解能では微細な圧力制御がで
きない場合がある。
Here, attention is paid to a region within a rotation angle of 4P. When the relationship between the electric signals given to the A-phase and the B-phase has two stages of ON and OFF as described above, the resolution is only P degrees. However, when a stepping motor is applied to a rotary type pressure control valve in which the output pressure changes greatly due to minute rotation,
At a resolution of about the basic step angle P, fine pressure control may not be possible.

【0006】そこで、本発明の目的は、特殊な信号をコ
イルに入力することにより、回転位置を無限小の分解能
で制御できるステッピングモータの駆動方法を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a method of driving a stepping motor capable of controlling a rotational position with infinitesimal resolution by inputting a special signal to a coil.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、2個のコイルを有するス
テッピングモータにおいて、2個のコイルに、位相が9
0度ずれた三角関数関係を有する電気信号をそれぞれ与
えることにより、回転シャフトの位置を基本ステップ角
Pの4倍の角度範囲内で制御するものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a stepping motor having two coils.
The position of the rotary shaft is controlled within an angle range four times the basic step angle P by giving electric signals having a trigonometric relationship shifted by 0 degrees.

【0008】また、請求項2に記載の発明は、3個のコ
イルを有するステッピングモータにおいて、3個のコイ
ルに、位相が120度ずれた三角関数関係を有する電気
信号をそれぞれ与えることにより、回転シャフトの位置
を基本ステップ角Pの6倍の角度範囲内で制御するもの
である。
According to a second aspect of the present invention, in a stepping motor having three coils, an electric signal having a trigonometric function relationship with a phase shift of 120 degrees is given to each of the three coils to rotate the motor. The position of the shaft is controlled within an angle range that is six times the basic step angle P.

【0009】2個のコイルを有するステッピングモータ
を例にとると、4Pを一周期とした場合、A相とB相に
与えるべき信号を1/4周期ずらす、換言すれば、A相
とB相にそれぞれ三角関数関係を有する電気信号を与え
れば、回転角4P以内の任意の回転位置を分解能無限小
で制御できる。具体的にいえば、A相にcosθ,B相
にsinθに比例する電流を与えると、上記のように回
転角4P以内の任意の回転位置を制御しうる。ここで、
θは0〜2πの任意の値を示す。
Taking a stepping motor having two coils as an example, if 4P is one cycle, the signals to be applied to the A and B phases are shifted by 1/4 cycle, in other words, the A and B phases are shifted. , An arbitrary rotation position within a rotation angle of 4P can be controlled with an infinitesimal resolution. More specifically, if a current proportional to cos θ is applied to the A phase and sin θ is applied to the B phase, an arbitrary rotation position within the rotation angle 4P can be controlled as described above. here,
θ indicates an arbitrary value of 0 to 2π.

【0010】また、3個のコイルを有するステッピング
モータの場合には、6Pが一周期となるので、3個のコ
イルに与えるべき信号を1/3周期ずつずらす、つまり
それぞれsinθ,sin(θ−240°),sin
(θ−120°)のように三角関数関係を有する電気信
号を与えることができれば、回転角6P以内の任意の回
転位置を分解能無限小で制御できることになる。
In the case of a stepping motor having three coils, since 6P is one cycle, the signals to be applied to the three coils are shifted by 3 cycle, that is, sin θ, sin (θ− 240 °), sin
If an electric signal having a trigonometric function relationship such as (θ−120 °) can be given, an arbitrary rotation position within a rotation angle of 6P can be controlled with infinite resolution.

【0011】ステッピングモータには、2個または3個
のコイルを有するものの他に、5個あるいはそれ以上の
コイルを有するステッピングモータもあるが、これらの
ステッピングモータは構造が大型化するとともに、回路
も複雑となるため、制御が難しくなる。これに対し、2
相,3相のステッピングモータは構造が簡単で、回路も
簡単となるので、制御が簡単である。
[0011] In addition to those having two or three coils, there are also stepping motors having five or more coils. These stepping motors have a large structure and a circuit. The complexity makes the control difficult. In contrast, 2
The phase and three-phase stepping motors have a simple structure and a simple circuit, so that the control is simple.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図2,図3は本発明を適用した流
体圧制御装置の一実施例を示す。2相(あるいは4
相)、3相または5相のステッピングモータ12がバル
ブ本体13にボルト14で取り付けられている。電気信
号を機械的回転力に変換できるものであれば、ステッピ
ングモータ12の他に、例えば回転型トルクモータ、D
CモータあるいはDCサーボモータなどを用いることが
できるが、本実施例ではモータのロータ慣性が比較的小
さく、発生トルクが比較的大きな(つまり高応答の期待
できる)ステッピングモータを主として入力段に用い
た。したがって、ステッピングモータ以外のモータを排
除するものではない。
2 and 3 show one embodiment of a fluid pressure control device to which the present invention is applied. 2 phase (or 4
Phase) A three-phase or five-phase stepping motor 12 is attached to a valve body 13 with bolts 14. If the electric signal can be converted into a mechanical rotational force, besides the stepping motor 12, for example, a rotary torque motor, D
Although a C motor or a DC servo motor can be used, in this embodiment, a stepping motor having a relatively small rotor inertia and a relatively large generated torque (that is, a high response can be expected) is mainly used for the input stage. . Therefore, a motor other than the stepping motor is not excluded.

【0013】ステッピングモータ12の回転シャフト1
5は回転バルブ16に固定されたシャフト17にフレキ
シブルカップリング18を介して強固に接続されてい
る。この実施例では、止めネジ19でフレキシブルカッ
プリング18をシャフト15,17に固定する方式を図
示しているが、クランプ方式でもよいし、シャフト1
5,17を一体加工し、フレキシブルカップリング18
を省略しうる設計としてもよい。回転バルブ16のシャ
フト17,20は軸受21,22で支持され、回転バル
ブ16とこれら軸受21,22はスリーブ23の内周に
回転自在に挿入されている。なお、スリーブ23はバル
ブ本体13に固定され、これら部品によって本発明のバ
ルブボデーが構成されている。
The rotating shaft 1 of the stepping motor 12
5 is firmly connected to a shaft 17 fixed to a rotary valve 16 via a flexible coupling 18. In this embodiment, a method in which the flexible coupling 18 is fixed to the shafts 15 and 17 with the set screw 19 is illustrated.
5 and 17 are integrated into a flexible coupling 18
May be omitted. The shafts 17 and 20 of the rotary valve 16 are supported by bearings 21 and 22, and the rotary valve 16 and these bearings 21 and 22 are rotatably inserted into the inner periphery of the sleeve 23. The sleeve 23 is fixed to the valve main body 13, and these components constitute a valve body of the present invention.

【0014】スリーブ23には放射状に設けられた3個
の貫通穴、すなわち可変オリフィス穴24,25とリザ
ーバタンク26に加圧流体を戻すためのドレーン穴27
とが設けられている。穴24,25に連通する流路3
6,37の途中に出力ポート28,29が設けられ、出
力ポート28,29の圧力P1 ,P2 を取り出すことが
できるようになっている。出力ポート28,29と加圧
流体の供給ポート30,31の間には、固定オリフィス
32,33が取り付けられている。
The sleeve 23 has three through holes provided radially, that is, variable orifice holes 24 and 25 and a drain hole 27 for returning pressurized fluid to the reservoir tank 26.
Are provided. Channel 3 communicating with holes 24 and 25
Output ports 28 and 29 are provided in the middle of 6 and 37 so that the pressures P 1 and P 2 of the output ports 28 and 29 can be taken out. Fixed orifices 32, 33 are provided between the output ports 28, 29 and the supply ports 30, 31 for pressurized fluid.

【0015】回転バルブ16は穴24,25に対向する
円筒部に平坦な切欠面34,35を有する。なお、一方
の切欠面35はなくてもよいが、回転バルブ16の回転
バランスをよくするために設けられている。図3は中立
状態、すなわち穴24,25が回転バルブ16の円筒部
で閉じられた状態を示し、このとき出力ポート28,2
9の圧力は P1 =P2 =Ps となる。なお、Psは元圧である。
The rotary valve 16 has flat notches 34, 35 in the cylindrical portion facing the holes 24, 25. Note that the one cutout surface 35 may not be provided, but is provided to improve the rotational balance of the rotary valve 16. FIG. 3 shows a neutral state, that is, a state in which the holes 24, 25 are closed by the cylindrical portion of the rotary valve 16, and at this time, the output ports 28, 2
The pressure at 9 is P 1 = P 2 = Ps. Ps is the original pressure.

【0016】図4は回転バルブ16が中立位置から時計
回り方向に回転した状態を示す。中立位置では閉じられ
ていた穴25が、回転バルブ16に設けられている切欠
面34によって開口し、供給ポート31、固定オリフィ
ス33を流れてくる加圧流体がこの開口部を通り、穴2
7、流路38を経てリザーバタンク26に戻る。したが
って、出力ポート29の圧力P2 は元圧Psより低くな
る。一方、穴24は回転バルブ16の円筒部で閉じられ
たままであるから、出力ポート28の圧力はP1 =Ps
である。すなわち、出力ポート28,29の圧力は、P
1 >P2 の関係になる。回転バルブ16の回転方向を反
時計回り方向にすれば、P1 <P2 となる。このように
して、本発明では回転バルブ16の回転方向および回転
角度の大きさに応じて出力ポート28,29の圧力
1 ,P2 を任意に制御できることになる。
FIG. 4 shows a state in which the rotary valve 16 has been rotated clockwise from the neutral position. The hole 25 closed in the neutral position is opened by a cutout surface 34 provided in the rotary valve 16, and the pressurized fluid flowing through the supply port 31 and the fixed orifice 33 passes through this opening and passes through the hole 2.
7. Return to the reservoir tank 26 via the flow path 38. Accordingly, the pressure P 2 of output port 29 becomes lower than the original pressure Ps. On the other hand, since the hole 24 remains closed by the cylindrical portion of the rotary valve 16, the pressure at the output port 28 becomes P 1 = Ps
It is. That is, the pressure at the output ports 28 and 29 is P
1> a relation of P 2. If the direction of rotation of the rotary valve 16 is counterclockwise, then P 1 <P 2 . In this manner, in the present invention, the pressures P 1 and P 2 of the output ports 28 and 29 can be arbitrarily controlled according to the rotation direction and the rotation angle of the rotary valve 16.

【0017】図2において、プラグ39は軸受21,2
2で支持された回転バルブ16をシャフト17,20の
軸方向に移動しないようにするために設けたもので、シ
ール40で外部への流体のリークを防止している。ま
た、シャフト17の外周には回転シール41が設けら
れ、これも外部への流体のリークを防止している。
In FIG. 2, the plug 39 has bearings 21 and
The rotary valve 16 supported by 2 is provided to prevent the rotary valve 16 from moving in the axial direction of the shafts 17 and 20, and a seal 40 prevents leakage of fluid to the outside. A rotary seal 41 is provided on the outer periphery of the shaft 17, which also prevents leakage of fluid to the outside.

【0018】さて、上記の圧力制御バルブの構成によっ
て得られる作用効果について、以下に説明する。図3で
明らかなように、バルブの中立時に可変オリフィスを構
成する穴24,25が完全に閉じられ、中立時における
パワーロスが全くない。また、流体に混入したゴミによ
る目詰まりに関しては、図4にみるように開口部を大き
く取ることができるので、ゴミが混入してもゴミ自身が
流れ去る、自浄効果を期待できる。例えば、ゴミが滞留
しても、回転バルブ16の回転駆動力が大きいので、容
易に除去できる。
The operation and effect obtained by the configuration of the pressure control valve will be described below. As is clear from FIG. 3, the holes 24 and 25 constituting the variable orifices are completely closed when the valve is in the neutral position, and there is no power loss when the valve is in the neutral position. Regarding clogging caused by dust mixed in the fluid, the opening can be made large as shown in FIG. 4, so that even if dust is mixed, the dust itself flows away, so that a self-cleaning effect can be expected. For example, even if dust stays, it can be easily removed because the rotational driving force of the rotary valve 16 is large.

【0019】また、本発明では可動部品が回転バルブ1
6であるため、外部からの衝撃が作用しても、回転方向
の衝撃(実際にはあり得ない)が作用しない限り、出力
圧P1 ,P2 が変動せず、誤動作しないという特徴があ
る。また、ステッピングモータ12の駆動力がギヤ機構
などを介在せずに直接回転バルブ16に伝えられるの
で、イナーシャによる応答性の低下や、バックラッシに
よる精度低下がない。
Further, in the present invention, the movable part is the rotary valve 1.
6, the output pressures P 1 and P 2 do not fluctuate and do not malfunction unless an external impact acts, unless an impact in the rotational direction (actually impossible) acts. . In addition, since the driving force of the stepping motor 12 is directly transmitted to the rotary valve 16 without any intervention of a gear mechanism or the like, there is no reduction in responsiveness due to inertia or reduction in accuracy due to backlash.

【0020】上記実施例では、バルブボデーに2個の可
変オリフィス穴24,25とその中間部に1個のドレー
ン穴38とを形成したが、これに限るものではなく、2
個の可変オリフィス穴と2個のドレーン穴とを形成して
もよい。この場合には、一方の可変オリフィス穴と一方
のドレーン穴とが連通した時、他方の可変オリフィス穴
と他方のドレーンとは連通しないように形成する必要が
ある。また、圧力制御バルブの構造は、上記実施例のよ
うに出力ポート28,29の下流側の可変オリフィス2
4,25をドレーンポート27と選択的に連通させるこ
とにより、出力圧P1 ,P2 を制御するものに限らず、
他の公知のバルブ構造、例えばバルブボデーに1個の供
給ポートと2個の出力ポートと2個のドレーンポートと
を設け、回転バルブによって、供給ポートと一方の出力
ポートとを連通させると同時に、ドレーンポートと他方
の出力ポートとを連通させる構造であってもよい。
In the above embodiment, two variable orifice holes 24 and 25 and one drain hole 38 are formed in the middle of the valve body. However, the present invention is not limited to this.
One variable orifice hole and two drain holes may be formed. In this case, when one of the variable orifice holes communicates with one of the drain holes, the other variable orifice hole needs to be formed so as not to communicate with the other drain. Further, the structure of the pressure control valve is the same as that of the above-described embodiment.
By selectively communicating the ports 4 and 25 with the drain port 27, not only the output pressures P 1 and P 2 are controlled, but also
Other known valve structures, such as providing one supply port, two output ports, and two drain ports in a valve body, and connecting a supply port and one output port by a rotary valve, A structure that allows the drain port to communicate with the other output port may be used.

【0021】次に、回転バルブ16を操作するステッピ
ングモータ12の駆動方法について説明する。ここで
は、本発明の主旨を理解しやすくするため、2相ステッ
ピングモータの場合について詳述する。図1で示す手順
でステッピングモータ12のA相とB相に与える電気信
号を制御すれば、その分解能は基本ステップ角Pでしか
ない。つまり、最小角が1.8度である。しかし、図2
〜図4に示す圧力制御装置のように、回転バルブ16が
微小角度回転するだけで出力圧が大きく変化する場合に
は、基本ステップ角P=1.8度では微細な圧力制御が
できない場合がある。そこで、次のような制御を行え
ば、回転バルブ16の特定の回転位置を分解能無限小で
制御でき、圧力を高精度に制御できることになる。すな
わち、図1の4Pを一周期とした場合、A相とB相に与
えるべき信号を1/4周期ずらす、換言すれば、A相と
B相にそれぞれcosとsinの三角関数関係を有する
電気信号を与えることができれば、回転角4P以内の任
意の回転位置を分解能無限小で制御できる。具体的にい
えば、A相にcosθ,B相にsinθに比例する電流
を与えると、上記した如く回転角4P以内の任意の回転
位置を制御しうる。ここで、θは0〜2πの任意の値を
示す。
Next, a method of driving the stepping motor 12 for operating the rotary valve 16 will be described. Here, in order to make it easier to understand the gist of the present invention, a case of a two-phase stepping motor will be described in detail. If the electric signals given to the A phase and the B phase of the stepping motor 12 are controlled by the procedure shown in FIG. 1, the resolution is only the basic step angle P. That is, the minimum angle is 1.8 degrees. However, FIG.
4, when the output pressure greatly changes only by rotating the rotary valve 16 by a small angle, there is a case where fine pressure control cannot be performed at the basic step angle P = 1.8 degrees. is there. Therefore, if the following control is performed, the specific rotation position of the rotary valve 16 can be controlled with an infinitesimal resolution, and the pressure can be controlled with high precision. That is, when 4P in FIG. 1 is defined as one cycle, the signals to be applied to the A phase and the B phase are shifted by 周期 cycle, in other words, the electric power having the trigonometric function relationship of cos and sin respectively in the A phase and the B phase. If a signal can be given, any rotational position within a rotational angle of 4P can be controlled with an infinitesimal resolution. More specifically, when a current proportional to cos θ is applied to phase A and sin θ is applied to phase B, an arbitrary rotational position within a rotation angle 4P can be controlled as described above. Here, θ indicates an arbitrary value of 0 to 2π.

【0022】上述した三角関数はマイクロプロセッサ、
あるいは三角関数の関係を予めROMなどに記憶させる
方法などで容易に得ることができるが、ステッピングモ
ータのA相,B相に印加すべき電気信号に変換するため
には、D/A変換が追加的に必要になり、経済的ではな
い。そこで、以下にステッピングモータの最適な制御方
法の一例を、図5,図6を参照して具体的に述べる。
The above trigonometric function is a microprocessor,
Alternatively, the relationship between the trigonometric functions can be easily obtained by a method of storing the relationship in a ROM or the like in advance. However, in order to convert the electric signals to be applied to the A and B phases of the stepping motor, D / A conversion is added. Required and not economical. Therefore, an example of an optimal control method of the stepping motor will be specifically described below with reference to FIGS.

【0023】39は時間に応じて電圧が三角関数状に変
化する発振器で、例えば特公平6−66587号公報に
開示されたクワドラチャ発振回路などを用いることがで
きる。出力端40にsin状に変化する電圧、出力端4
1にcos状に変化する電圧が出力され、それぞれ図6
のA,Bに示すように周期T秒を有する。
Reference numeral 39 denotes an oscillator whose voltage changes in a trigonometric function according to time. For example, a quadrature oscillation circuit disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-66587 can be used. A voltage that changes in a sin state at the output terminal 40, and the output terminal 4
1 are output in the form of cos-like voltages.
A and B have a period of T seconds.

【0024】sin状の電圧信号はコンパレータ42の
正入力に印加され、出力43から図6のCの矩形波を得
る。この波形Cは、コンデンサ44,抵抗45で微分さ
れ、その出力端46に波形Dを得る。この波形Dは、電
圧V2 と比較され、コンパレータ47の出力波形が図6
のEのようになり、アナログスイッチ48をON−OF
Fする。演算増幅器49の負入力には抵抗50を通じて
電圧V0 によって決まる一定電流が流れる。演算増幅器
49の出力と負入力の間には積分コンデンサ51が接続
されているので、図6に示すように一定勾配で変化する
電圧Fが演算増幅器49の出力53に得られる。既に述
べたように、アナログスイッチ48は図6のEの信号に
よってONとなるので、一定周期T秒毎に出力53はO
vにリセットされる。なお、抵抗52はアナログスイッ
チ48の保護抵抗である。
The sine-shaped voltage signal is applied to the positive input of the comparator 42, and the output 43 obtains a rectangular wave shown in FIG. This waveform C is differentiated by a capacitor 44 and a resistor 45, and a waveform D is obtained at an output terminal 46 thereof. The waveform D is compared with the voltage V 2, the output waveform of the comparator 47 in FIG. 6
The analog switch 48 is turned ON-OF.
F. A constant current determined by the voltage V 0 flows through the resistor 50 to the negative input of the operational amplifier 49. Since the integrating capacitor 51 is connected between the output and the negative input of the operational amplifier 49, a voltage F that changes at a constant gradient is obtained at the output 53 of the operational amplifier 49 as shown in FIG. As described above, the analog switch 48 is turned ON by the signal E in FIG.
reset to v. The resistor 52 is a protection resistor for the analog switch 48.

【0025】このようにして、ノコギリ歯状の電圧信号
Fが図6のように得られ、この信号はコンパレータ54
の正入力に接続され、負入力に加えられる電圧V1 と比
較される。したがって、コンパレータ54の出力は図6
のGのようにV1 に応じた時間幅を有するゲート信号と
なる。このゲート信号はコンデンサ55と抵抗56で微
分され、図6の波形Hを得る。この波形はコンパレータ
57で電圧V3 と比較され、出力58に図6に示す信号
Iを得る。この信号はアナログスイッチ59,60をO
N−OFFする。
In this manner, a saw-toothed voltage signal F is obtained as shown in FIG.
Is connected to the positive input, it is compared with the voltages V 1 applied to the negative input. Therefore, the output of the comparator 54 is
A gate signal having a time width corresponding to V 1 as shown by G in FIG. This gate signal is differentiated by the capacitor 55 and the resistor 56 to obtain the waveform H of FIG. This waveform is compared with the voltage V 3 by the comparator 57 to obtain a signal I shown in FIG. This signal sets the analog switches 59 and 60 to O
N-OFF.

【0026】アナログスイッチ59はsin状電圧信号
回路40と演算増幅器65からなる回路に、またアナロ
グスイッチ60はcos状電圧信号回路41と演算増幅
器66からなる回路にそれぞれ接続されている。抵抗6
1,63はアナログスイッチ59,60の保護抵抗であ
り、コンデンサ62,64はチャージコンデンサの役割
を果たす。演算増幅器65,66はボルテージフォロワ
ーになっているので、図6のIで示すパルスの立ち下が
る時刻におけるの図6のA,Bの電圧が保持され、出力
67にはsin2πt/T、出力68にはcos2πt
/Tに比例した電圧が得られ、これらをステッピングモ
ータのB相およびA相に加えることよいことになる。
The analog switch 59 is connected to a circuit composed of a sin-shaped voltage signal circuit 40 and an operational amplifier 65, and the analog switch 60 is connected to a circuit composed of a cos-shaped voltage signal circuit 41 and an operational amplifier 66. Resistance 6
1 and 63 are protection resistors for the analog switches 59 and 60, and the capacitors 62 and 64 serve as charge capacitors. Since the operational amplifiers 65 and 66 are voltage followers, the voltages of A and B in FIG. 6 at the time when the pulse shown by I in FIG. 6 falls are held. Is cos2πt
/ T are obtained, which are good to apply to the B and A phases of the stepping motor.

【0027】以上の説明から明らかなように、アナログ
電圧であるV1 を変化させれば、tを周期Tの範囲内で
任意(厳密には図6のEで示すリセット時間は除く)に
変化させることができる。そのため、ステッピングモー
タのA相,B相に必要な三角関数の関係をもった電気信
号を与えることができ、結果としてアナログ電圧信号に
よってステッピングモータの回転角度位置をほぼ4Pの
角度内で任意に制御できることになる。
As is clear from the above description, if the analog voltage V 1 is changed, t is changed arbitrarily (except strictly except for the reset time indicated by E in FIG. 6) within the range of the period T. Can be done. Therefore, an electric signal having a necessary trigonometric function relationship can be given to the A phase and the B phase of the stepping motor, and as a result, the rotation angle position of the stepping motor can be arbitrarily controlled within an angle of about 4P by the analog voltage signal. You can do it.

【0028】さて、図6に示した周期Tに関して、具体
的には0.1msec(10KHz)あるいはさらに短
い周期でも図5の回路は容易に動作する。本発明で述べ
た圧力制御装置は流体の圧力を制御するものであって、
例えば油圧などを非圧縮性流体と仮定しても、応答性と
して200Hz程度を考えておけば十分である。したが
って、本発明で提案したステッピングモータの駆動方法
で用いる10KHzは全く無視でき、実用的には上述し
たアナログ電圧V1 とステッピングモータの回転位置の
間には、ステッピングモータのロータの慣性、A相とB
相のコイルのインダクタンスなどに起因する応答遅れ以
外、遅れを生じないと考えることができる。
Now, regarding the period T shown in FIG. 6, specifically, the circuit of FIG. 5 easily operates even at 0.1 msec (10 KHz) or a shorter period. The pressure control device described in the present invention controls the pressure of the fluid,
For example, even if hydraulic pressure is assumed to be an incompressible fluid, it is sufficient to consider a response of about 200 Hz. Accordingly, 10 KHz used in the driving method of the stepping motor proposed in the present invention is quite negligible, between the practical rotation position of the analog voltage V 1 and the stepping motor described above, the stepping motor rotor inertia, A Phase And B
It can be considered that there is no delay other than the response delay caused by the inductance of the phase coil.

【0029】以上は2相ステッピングモータの場合を述
べたが、最近多用されている2相ステッピングモータの
基本ステップ角Pは1.8度で、その回転角4Pは7.
2度でしかない。つまり、図3のような回転バルブ16
に適用した場合、左右に3.6度ずつしか回転できな
い。特定の応用分野ではこの角度(7.2度)で十分な
場合があるが、他の応用範囲ではより大きな回転角が要
求される場合がある。基本ステップ角の大きな2相ステ
ッピングモータを選択することも可能であるが、出力ト
ルク及び応答性が劣る。これに対し、3相ステッピング
モータの場合には、基本ステップ角Pが3.75度で、
出力トルクおよび応答性も優れたものが市販されてお
り、しかも、回転角が6Pつまり22.5度であるか
ら、広い分野に応用できるという特長がある。例えば、
図3のような回転バルブ16に適用した場合、左右に1
1.25度ずつ回転できることになるので、可変オリフ
ィス穴24,25の開度変化を大きくでき、出力圧
1 ,P2 の制御範囲を広げることが可能になる。
Although the description has been given of the case of the two-phase stepping motor, the basic step angle P of the two-phase stepping motor which has been frequently used recently is 1.8 degrees, and the rotation angle 4P is 7.
Only twice. That is, the rotary valve 16 as shown in FIG.
, It can rotate only 3.6 degrees left and right. While this angle (7.2 degrees) may be sufficient for certain applications, larger angles of rotation may be required for other applications. Although it is possible to select a two-phase stepping motor having a large basic step angle, the output torque and the response are inferior. On the other hand, in the case of a three-phase stepping motor, the basic step angle P is 3.75 degrees,
Those having excellent output torque and responsiveness are commercially available, and have a feature that they can be applied to a wide range of fields because the rotation angle is 6P, that is, 22.5 degrees. For example,
When applied to a rotary valve 16 as shown in FIG.
Since the rotation can be performed by 1.25 degrees, the change in the opening degree of the variable orifice holes 24 and 25 can be increased, and the control range of the output pressures P 1 and P 2 can be expanded.

【0030】以下に3相ステッピングモータの場合を説
明する。図7は従来の一般的な3相ステッピングモータ
の駆動方法を示し、図7で示すような3つの電気信号を
ステッピングモータの3個(U,VおよびW相)のコイ
ルに与えると、2相ステッピングモータと同様に基本ス
テップ角P度ずつ回転する。図7でU相に正の電流を印
加し、V相を無励磁、W相に負の電流を印加すると、以
前の位置からP度回転して停止する。次に、U相に正の
電流を印加したままV相に負の電流を印加し、W相を無
励磁とすると、更にP度回転して停止する。このよう
に、図7で示す手順でU,VおよびW相を励磁すると、
P度を基本ステップ角としてステッピングモータは回転
し続ける。図7から明らかなように、6P進むと、同じ
動作が繰り返される。
The case of a three-phase stepping motor will be described below. FIG. 7 shows a conventional driving method of a general three-phase stepping motor. When three electric signals as shown in FIG. 7 are applied to three (U, V and W phase) coils of the stepping motor, a two-phase coil is formed. Like the stepping motor, the motor rotates by the basic step angle P degrees. In FIG. 7, when a positive current is applied to the U phase, a non-excitation is applied to the V phase, and a negative current is applied to the W phase, the motor rotates P degrees from the previous position and stops. Next, when a negative current is applied to the V phase while a positive current is applied to the U phase and the W phase is de-energized, the motor further rotates by P degrees and stops. As described above, when the U, V, and W phases are excited by the procedure shown in FIG.
The stepping motor keeps rotating with P degrees as the basic step angle. As is clear from FIG. 7, the same operation is repeated after 6P.

【0031】ここで、回転角6P以内の領域に注目する
と、U,VおよびW相に与える電気信号を正,無,負の
3段階とした場合には、分解能はP度でしかないが、次
のような方法を用いれば、特定の回転位置を分解能無限
小で制御できる。即ち、図7の6Pを一周期とすれば、
U,VおよびW相に与えるべき信号を1/3周期ずつず
らす、つまりU,VおよびW相にそれぞれsinθ,s
in(θ−240°),sin(θ−120°)の三角
関数関係を有する電気信号を与えることができれば、回
転角6P以内の任意の回転位置を分解能無限小で制御し
うる。
Here, focusing on the region within the rotation angle of 6P, if the electric signals applied to the U, V and W phases are set to three levels of positive, no, and negative, the resolution is only P degrees. By using the following method, a specific rotational position can be controlled with infinitesimal resolution. That is, if 6P in FIG. 7 is one cycle,
The signals to be applied to the U, V, and W phases are shifted by 周期 cycle, that is, sin θ, s are applied to the U, V, and W phases, respectively.
If an electric signal having a trigonometric function relationship of in (θ-240 °) and sin (θ-120 °) can be given, an arbitrary rotation position within a rotation angle of 6P can be controlled with infinite resolution.

【0032】3相の場合は、 sinθ+sin(θ−240°)+sin(θ−120°)=0 …(1) が成り立つので、U,VおよびW相に印加すべき電気信
号は容易に得ることができる。即ち、U相とW相に印加
すべき電気信号を得ることができれば、(1)式から U+W+V=0 であるから、 V=−U−W …(2) の関係でVが求まる。
In the case of three phases, since sin θ + sin (θ−240 °) + sin (θ−120 °) = 0 holds, the electric signals to be applied to the U, V and W phases can be easily obtained. Can be. That is, if an electric signal to be applied to the U-phase and the W-phase can be obtained, since U + W + V = 0 from the equation (1), V can be obtained in a relationship of V = −U−W (2).

【0033】図8において、Uはsinθ、Wはsin
(θ−120°)を示す。図6のC〜Iの波形は3相ス
テッピングモータの場合でも全く同じであるため、ここ
では省略する。
In FIG. 8, U is sin θ, and W is sin
(Θ-120 °). The waveforms of C to I in FIG. 6 are completely the same even in the case of the three-phase stepping motor, and thus are omitted here.

【0034】図9は3相ステッピングモータの駆動回路
の一例を示す。図5と同一機能の部品には同一符号を付
した。図5と図9の違いの1つは、図9では発振器39
がsinθとsin(θ−120°)の2つの信号を出
力することである。勿論、sinθとsin(θ−24
0°)との組み合わせでもよく、最も経済的な組み合わ
せを選べばよい。もう1つの違いは、図9では抵抗7
4,75,76と演算増幅器77からなる加算回路を追
加したことである。この例の場合、加算によってVを得
る方法を示している。
FIG. 9 shows an example of a drive circuit for a three-phase stepping motor. Components having the same functions as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. One of the differences between FIG. 5 and FIG. 9 is that in FIG.
Output two signals of sin θ and sin (θ−120 °). Of course, sin θ and sin (θ−24
0 °), and the most economical combination may be selected. Another difference is that in FIG.
That is, an adder circuit including 4, 75, 76 and an operational amplifier 77 is added. In the case of this example, a method of obtaining V by addition is shown.

【0035】上記実施例では、ステッピングモータをロ
ータリ型の圧力制御バルブに適用した例を示したが、こ
れに限るものではなく、微小な回転角の制御が必要な装
置に本発明は適用可能である。
In the above embodiment, an example is shown in which the stepping motor is applied to a rotary type pressure control valve. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an apparatus that needs to control a minute rotation angle. is there.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、2個または3個のコイルを有するステッピング
モータにおいて、これらコイルに、位相が90度または
120度ずれた三角関数関係を有する電気信号をそれぞ
れ与えることにより、回転シャフトの位置を基本ステッ
プ角Pの4倍または6Pの角度範囲内で制御するように
したので、回転角4Pまたは6P以内の任意の回転位置
を分解能無限小で制御できる。したがって、ステッピン
グモータの特性を生かしながら、極めて微細な回転制御
を行うことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in a stepping motor having two or three coils, a triangular function relationship having a phase shift of 90 degrees or 120 degrees is applied to these coils. By giving an electric signal having the same, the position of the rotary shaft is controlled within an angle range of 4 times or 6P of the basic step angle P, so that any rotational position within the rotational angle of 4P or 6P can be adjusted to an infinite resolution. Can be controlled by Therefore, extremely fine rotation control can be performed while utilizing the characteristics of the stepping motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】2相ステッピングモータの一般的な駆動方法を
示す信号波形図である。
FIG. 1 is a signal waveform diagram showing a general driving method of a two-phase stepping motor.

【図2】本発明が適用される流体圧制御装置の一例の縦
断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an example of a fluid pressure control device to which the present invention is applied.

【図3】図2のN−N線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line NN of FIG. 2;

【図4】回転バルブが回転した状態の一部断面図であ
る。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state where a rotary valve is rotated.

【図5】2相ステッピングモータの制御回路の回路図で
ある。
FIG. 5 is a circuit diagram of a control circuit of the two-phase stepping motor.

【図6】図5の制御回路の各部の信号波形図である。6 is a signal waveform diagram of each part of the control circuit of FIG.

【図7】3相ステッピングモータの一般的な駆動方法を
示す信号波形図である。
FIG. 7 is a signal waveform diagram showing a general driving method of a three-phase stepping motor.

【図8】本発明にかかる3相ステッピングモータの駆動
方法を示す信号波形図である。
FIG. 8 is a signal waveform diagram illustrating a method for driving a three-phase stepping motor according to the present invention.

【図9】3相ステッピングモータの制御回路の回路図で
ある。
FIG. 9 is a circuit diagram of a control circuit of the three-phase stepping motor.

【符号の説明】 12 ステッピングモータ 15 回転シャフト 16 回転バルブ 27 ドレーン穴 28,29 出力ポート 30,31 供給ポート[Description of Signs] 12 Stepping motor 15 Rotary shaft 16 Rotary valve 27 Drain hole 28, 29 Output port 30, 31 Supply port

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2個のコイルを有するステッピングモータ
において、 上記2個のコイルに、位相が90度ずれた三角関数関係
を有する電気信号をそれぞれ与えることにより、回転シ
ャフトの位置を基本ステップ角Pの4倍の角度範囲内で
制御することを特徴とするステッピングモータの駆動方
法。
1. A stepping motor having two coils, wherein an electric signal having a trigonometric function relationship with a phase shift of 90 degrees is given to each of the two coils, so that the position of the rotary shaft is changed to a basic step angle P. A method for driving a stepping motor, characterized in that control is performed within an angle range four times as large as the above.
【請求項2】3個のコイルを有するステッピングモータ
において、 上記3個のコイルに、位相が120度ずれた三角関数関
係を有する電気信号をそれぞれ与えることにより、回転
シャフトの位置を基本ステップ角Pの6倍の角度範囲内
で制御することを特徴とするステッピングモータの駆動
方法。
2. A stepping motor having three coils, wherein an electric signal having a trigonometric function relationship with a phase shift of 120 degrees is given to each of the three coils to thereby determine the position of the rotary shaft and the basic step angle P. A method for driving a stepping motor, characterized in that control is performed within an angle range of six times as large as the above.
【請求項3】請求項1に記載のステッピングモータの駆
動方法において、 位相が90度ずれた2つの正弦波状電気信号を一周期T
内の時間tでサンプルホールドすることにより、時間t
に対応するsin(2πt/T)とcos(2πt/
T)とに比例した電圧を得るとともに、これら電圧を2
個のコイルにそれぞれ与えることを特徴とするステッピ
ングモータの駆動方法。
3. The method of driving a stepping motor according to claim 1, wherein the two sinusoidal electric signals whose phases are shifted by 90 degrees are transmitted for one cycle T.
By holding the sample at time t within time t
Sin (2πt / T) and cos (2πt /
T) and a voltage proportional to
A method for driving a stepping motor, wherein the method is applied to each of a plurality of coils.
【請求項4】請求項2に記載のステッピングモータの駆
動方法において、 位相が120度ずれた2つの正弦波状電気信号を一周期
T内の時間tでサンプルホールドすることにより、時間
tに対応するsin(2πt/T)とsin(2πt/
T−2π/3)またはsin(2πt/T−4π/3)
とに比例した2つの電圧を得るとともに、これら電圧を
加算することにより残りのsin(2πt/T−4π/
3)またはsin(2πt/T−2π/3)に比例した
電圧を得、これら電圧を3個のコイルにそれぞれ与える
ことを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
4. The stepping motor driving method according to claim 2, wherein two sinusoidal electric signals whose phases are shifted by 120 degrees are sampled and held at a time t within one cycle T to correspond to the time t. sin (2πt / T) and sin (2πt /
T-2π / 3) or sin (2πt / T-4π / 3)
And two voltages proportional to the following are obtained, and by adding these voltages, the remaining sin (2πt / T−4π /
3) A method of driving a stepping motor, which obtains voltages proportional to sin (2πt / T−2π / 3) and applies these voltages to three coils, respectively.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001200947A (en) * 2000-01-14 2001-07-27 Denso Corp Flow control valve

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