JPS62268399A - ステツピングモ−タの閉ル−プ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、ステッピングモータの閉ループ駆動制御装置
に関するものである。

ｂ、　従来の技術 第４図は従来公知のステッピングモータ駆動制御装置を
示すものであって、同図において、１はステッピングモ
ータ、２はステッピングモータ１のロータ、３はロータ
２の一端に同軸状に固着されたエンコーダ（位置検出器
）、４ｉ光源、５は光電素子、６は制御回路、Ａ、、Ａ
ｘ、Ｂ＋、Ｂｚはモータ各相の巻線である。上述のエン
コーダ３の外周縁には例えば７．２°間隔毎に５０個の
円形スリット７が形成されており、４対の光源４と光電
素子５とが円形スリット７０両側において互いに対向配
置されている。そして、ロータ２が１．８ｍ回転する毎
に４つの光電素子５から例えば高レベルの信号が順次出
力されるようになっている。

また、上述の制御回路６は、光電素子５からのロータ位
置パルス信号及び図外の指令回路からのステッピングモ
ータ回転指令パルス信号に基いて所定の励磁状態を作り
出す論理回路と、巻線電流を論理回路の出力に基いて０
Ｎ−ＯＦＦするパワー・スイッチング回路とから構成さ
れており、この制御回路６によって巻線Ａ＋、Ａｘ、Ｂ
＋、Ｂｚが下記の表に示す如き相励磁シーケンスにて選
択的に励磁されるようになっている。すなわち、ロータ
位置パルス信号とステッピングモータ回転指令パルス信
号とにより、ステッピングモータｌの加速、Ｗ速成いは
定速運転に最も適した相励磁シーケンスが選定され、こ
れによりステッピングモータ１が所定のモードで回転駆
動されるようになっている。

〔表〕

なお、第５図は従来例における励磁安定点とロータ位置
との関係を示し、第６図は巻線＾１　＋　Ａ　２　＋　
Ｂ　ｌ　＋Ｂ２の結線状態を示している。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしなが゛ら、上述の如き従来のステッピングモータ
駆動制御装置では、ロータ２に不測の外力が加わると、
ロータ２の最終位置決めの励磁安定点がずれてしまうと
いう問題点があった。その事情を以下に説明する。

ここで、ステッピングモータｌが位置決めを終了して次
のステッピングモータ回転指令パルス信号を待っている
状態を考える。なお、この場合、位置決め終了時点では
Ａ＋８＋相（第５図参照）が励磁されているものとする
。

この時のロータ位置はＰｌであり、ステッピングモータ
ｌのロータ２はこの位Ｎ　ｐ　Ｉを保持しようとする。

この状態の下でロータ２が外力によってＣ一方向（時計
方向）に回転されると、上記表の相励磁シーケンスによ
り位置Ｐ！の直前までは＾ｔｉｔ相が励磁されるので、
ロータ２には位置ＰＩに復帰すべく復元力が作用する。

しかし、ロータ１が位置Ｐ。

を遇ぎて位置Ｐ：まで回されると、相励磁シーケンスが
切換９てＡＪ＋相が励磁され、その結果、位置Ｐｔが新
しい励磁安定点になる。このため、ロータに加わる外力
によりロータ２の最終位置決めの励磁安定点がずれてし
まうこととなる。

このように、従来の装置にあっては、ステッピングモー
タ１のロータ２が外力によって回転された場合、その回
転角が±０．５ステップ以上になると相励磁シーケンス
が次の状態に切換ってしまう構造となっていたため、最
終励磁安定点にあるロータ２を外力により±０．５ステ
ップ以上回転するとロータ２は別の新たな励磁安定点に
移行し、たとえ外力を取り去ってもロータ２は元の最終
励磁安定点（所定位Ｗ）に復帰しないという問題点があ
った。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもの
であって、その目的は、励磁安定点にあるロータが外力
により回転された場合でも、励磁安定点からの位置ずれ
が±２ステップ未満の領域においては、その外力が消滅
したときに自動的に元の位置決め安定点に復帰させるこ
とができるようなステッピングモータの閉ループ駆動制
御装置を提供することにある。

ｄ、　問題点を解決するための手段 上述の問題点を解決するために、本発明ではステッピン
グモータのロータの回転位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器から出力されるロータ位置パルス信号に
基いて相励磁シーケンスを切換える相励磁シーケンサ−
と、前記ロータ位置パルス信号及びステッピングモータ
回転指令パルス信号に基いて前記相励磁シーケンサ−へ
の前記ロータ位置信号の供給を遮断する遮断回路とをそ
れぞれ設け、前記ロータが所定位置に停止されてから新
たなステッピングモータ回転指令パルス信号が入力され
るまでの期間においては、前記遮断回路を作動させるこ
とによって、前記ロータの±２ステップ未満の回転では
相励磁シーケンスが切換えられないように構成している
。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第３図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明に係るステッピングモータの閉ループ
駆動制御装置の構成図である。第１図において、ｌＯは
ステッピングモータ、１１はロータ、１２はロータ１１
の回転位置を検出する位置検出器、１３はステッピング
モータｌＯの相励磁状態を切換えて回転駆動するための
相励磁シーケンサ−であって、この相励磁シーケンサ−
１３には、位置検出器１２から出力されるロータ位置パ
ルス信号（フィードバンクパルス）がラッチ回路１４を
介して供給されると共に、図外の指令回路からスタート
／ストップ指令信号が供給されるようになっている。

マタ、１５は図外の指令回路からのステッピングモータ
回転指令パルスと位置検出器１２からのフィードバック
パルスとの差分をカウントするパルスカウンタ、１６は
このパルスカウンタ１５がら出力される残差パルス信号
と既述のステッピングモータ回転指令パルス信号とに基
いてロータ１１を最終位置決めの励磁安定点に静止させ
るためのゼロ・ボールド回路であって、このゼロ・ホー
ルド回路１６から出力される最終位置ホールド信号は上
述のラッチ回路１４に供給されるようになっている。し
がして、上述のパルスカウンタ１５．ゼロ・ホールド回
路１６及びランチ回路１４にて遮断回路１７が構成され
ており、ステッピングモーターＯが最終位置決めに移行
する時にはゼロ・ホールド回路１６からう・ノチ回路１
４に最終位置ホールド信号が供給され、これによってそ
の際のロータ位置パルス信号がラッチ回路１４にてラッ
チされるようになっている。また、ロータ１１の静止後
から新たなステッピングモータ回転指令パルス信号が入
力されるまでの期間は、たとえロータ１１が外力によっ
て変位されてもその変位量が±２ステンプ未満の領域に
おいては元の相励磁シーケンスを保持すべく、ゼロ・ホ
ールド回路１６からは最終位置ホールド信号が出力され
るように構成されている。なお、ロータ１１が±２ステ
ップ以上回転された場合には、パルスカウンタ１５から
キャンセル信号が出力されてゼロ・ホールド回路１６か
らラッチ回路１４への最終位置ホールド信号がキャンセ
ルされ、ランチ回路１４がテンランチ状態に切換えられ
るようになっている。

第２図は、ステッピングモーターＯのロータ１１がＣ一
方向（時計方向）に回転している時の励磁安定点と、位
置検出器１２から出力されるロータ位置パルス信号との
関係を示した図である。なお第２図において、Ａ、Ｂ、
Ａ、Ｂはステッピングモータの巻線を示し、＊印は１−
２相励磁シーケンスにおけるロータ１１の安定点を示し
、ＳＯ−Ｓ７は１−２相励磁において相励磁シーケンス
が切換る点（スイッチングポイント）を示しており、チ
ャンネルＡ及びチャンネルＢは位置検出器１２のＡチャ
ンネル及びＢチャンネルの出力信号である。

また、第３図はステッピングモータ１０のスティフネス
特性であって、ロータ１１が成る励磁安定点にある時を
基準として横軸に相励磁位相差（角）をとり縦軸にその
時の発生トルクを示したものであり、通常はサイン波で
近似される。このスティフネス特性から明らかなように
、ロータ１１０基準安定点をいまτ相とすると、これよ
り１ステツプ先、すなわちτ相を励磁した場合は正の最
大トルクにてロータ１１がＣ一方向に回転され、これと
は逆に１ステップ手前、すなわちＢ相を励磁した場合は
負の最大トルクにてロータ１１がｃｃ一方向（反時計方
向）に回転されることとなる。

次に、本実コ施例のステッピングモータの閉ループ駆動
制御装置の動作に付き説明する。

まず、パルスカウンタ１５にステッピングモータ回転指
令パルス信号が供給されると、パルスカウンタ１５のカ
ウント数が所定値にセットされる。これに伴い、相励磁
シーケンサ−１３にスタート指令信号が供給され、所定
の相励磁信号がステッピングモータｌＯに供給され、ロ
ータ１１が回転駆動される。このロータ１１の回転に伴
って位置検出器１２がらロータ位置パルス信号が出力さ
れ、パルスカウンタ１５のカウント数が減算される。こ
れと同時に、ロータ位置パルス信号はラッチ回路１４に
てランチされることなく相励磁シーケンサ−１３にロー
タ回転位置情報としてフィードバックされる。そして、
ロータ１１の回転が進むにつれてパルスカウンタ１５の
カウント数が零になり、その後に新たなステッピングモ
ータ回転指令パルス信号がパルスカウンタ１５に供給さ
れ、カウント数が所定値に設定される。これに伴い、相
励磁シーケンサ−１３が次の相励磁シーケンスに切換え
られ、ロータ１１のステップ回転が継続される。

ここで、パルスカウンタ１５に回転指令パルスが入力さ
れてロータ１１が回転され、ステッピングモータ１０が
最終位置決め状態となり、ロータ１１が第２図に示すＴ
相の励磁安定点■で停止した場合を考える。この時、パ
ルスカウンタ１５のカウント数は零となるため、ゼロ・
ホールド回路１６からラッチ回路１４に所定の最終位置
ホールド信号が供給される。これに伴い、位置検出器１
２から出力されるロータ位置パルス信号は、パルスカウ
ンタ１５のカウント数が零になってから新たなステッピ
ング回転指令パルス信号がパルスカウンタ１５に入力さ
れるまでラッチ回路１４にてランチされる。しかして、
新たなステッピングモータ回転指令パルス信号がパルス
カウンタ１５に入力されるまで、遮断回路１７はロータ
１１の変位が±２ステップ未溝の範囲内において元の励
磁シーケンスを保持するように機能し、従って相励磁シ
ーケンスはロータ１１の外力による±２ステップ以内の
回転では切換えられない。

その結果、ステッピングモータ１０にはロータ１１の変
位が±２ス゛テップ未溝において常に最終位置決めの励
磁安定点に自動的に戻ろうとする復元力が働くこととな
る。

このような状態の下においてロータ１１に外力が加えら
れて例えばＣ一方向に回転されたとすると、この場合に
はまず位置検出器１２から新たなロータ位Ｗパルス信号
（フィードバックパルス）がパルスカウンタ１５及びラ
ッチ回路１４に供給される。この時、ラッチ回路１４が
仮にテンラッチ状態であると相励磁シーケンサ−１３に
新しいロータ位置情報が入力されるのに伴い次の励磁シ
ーケンスに切換って次の励磁安定点が励磁されてしまう
こととなるが、本例の場合にはラッチ回路１４がこの時
にラッチ状態になっているため、相励磁シーケンスは切
換えられずロータ位置パルス信号とは全く無関係に相励
磁シーケンサ−１３は元の励磁安定点を励磁し続けるよ
うに機能する。その結果、第３図のスティフネス特性か
ら明らかなように、外力によるロータ１１の変位が±２
ステンプ未満であれば、新たな回転指令パルスが入力さ
れる迄、ロータ１１には常に元の励磁安定点に復帰させ
る方向の復帰力が発生する。従って、外力によるロータ
１１の変位が±２ステップ未満の時に、その外力が消滅
すればロータ１１は既述のスティフネス特性に従って自
動的に元の安定点に滑らかに復帰して位置決めされるこ
ととなる。なお、ゼロ・ホールド回路１６に新たなステ
ッピングモータ回転指令パルス信号が供給されると、こ
の回路１６がリセットされてランチ回路１４がアンラッ
チ状態に戻され、ロータ１１が再びステップ駆動される
。

上述の現象は、ロータ１１が外力によりＣＣ一方向に回
転された場合でもＣ一方向と同様な作用が起り、その結
果、外力によるロータ１１の変位が±２ステップ未満で
あれば外力の消滅に伴って元の安定点へ復帰させること
が可能である。

以上においては外力によるロータ１１の位置ずれとその
復帰力について述べたが、次に、ステッピングモータ自
身の振動に基因するロータ１１の位置ずれと、その復帰
作用について述べる。

一般的に、最終位置決めの際に、ロータ１１はその慣性
エネルギーにより目標位置を中心にして振動を生じる。

ここで、ステッピングモータｌＯのロータ１１が回転指
令パルス信号によってＣ一方向に回転しながら第２図に
おいて■印で示す最終位置決め点（Ｔ相励磁１＞に向か
っているものとすると、ロータ１１は■印点で静止され
るように制御されるが、ロータ１１はその慣性エネルギ
ーのため■印点を少し行き過ぎてしまう。この行き過ぎ
量が２ステップ未満の範囲であれば相励磁シーケンサ−
１３はＷ相を励磁し続けるので、ロータ１１はＣＣＷ方
向のトルクを受けると直ちにＣ一方向の速度が低下し、
ついにはＣＣ騨方向から■印点に移行される。

この時点で、ロータ１１の慣性エネルギーが充分に小さ
くなっていればそのまま■印点に停止されるが、慣性エ
ネルギーがまだ大きい場合には■印点を通過してさらに
ＣＣ一方向に回転を続ける。この場合も、ロータ１１の
ｃｃｈ方向への変位が２ステップ未満であれば、−入一
相励磁が１ｌｌＩＶｔされるので、ロータ１１は再度Ｃ
賀方向のトルクを受けて■印点に移行する。

このように、ロータ１１は■印点を中心にしてＣ一方向
とＣＣ一方向との振動を数回繰り返しながら慣性エネル
ギーを徐々に放出し、最終的に■印点に停止されること
となる。

なお、この場合のロータ１１の位置決め精度は、ステッ
ピングモータｌＯの任意の相励磁巻線を直流励磁するこ
とになるため、ステッピングモータ駆動制御回路とは全
く無関係にステッピングモータ自身自身の位置決め精度
で決定されるが、その値は一般的に±５分と言われてお
り、従って非常に精度の良い位置決めを行なうことがで
きる。

ｅ０発明の効果 以上の如く、本発明はロータが回転されて所定位置に静
止されてから新たなステッピングモータ回転指令パルス
信号が入力されるまでの期間においては、ロータの±２
ステップ以内の回転では相励磁シーケンスが切換えられ
ないように構成したものであるから、最終位置決め終了
後に励磁安定点にあるロータが外力により回転された場
合でも、励磁安定点からの位置ずれ（変位）が±２ステ
ップ未満の領域では、その外力が消滅するのに伴い、ス
テッピングモータのスティフネス特性によりロータを自
動的に元の位置決め安定点に復帰させることができる。

また、ロータの最終位置決めの際にロータの慣性エネル
ギーによる振動が生じても、その振動の範囲が±２ステ
ップ未満であれば、自動的にロータを所定の最終位置決
め位置に静止させることができる。しかも、このような
実用的な作用効果を奏し得るものでありながら、装置の
構成が簡単でかつ安価で済むという利点を有する。

また、最終位置決めの時の位置決め精度は、ステッピン
グモータ駆動制御回路に依存せず、ステッピングモータ
自身の位置決め精度で決定されるため、±５分という非
常に高精度でロータの位置決めをすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すものであって
、第１図はステッピングモータの閉ループ駆動制御装置
の概略構成図、第２図はステッピングモータの励磁安定
点と位置検出器の出力信号との関係を示すタイムチャー
ト、第３図はステッピングモータのスティフネス特性図
、第４図〜第６図は従来例を説明するためのものであっ
て、第４図はステッピングモータの閉ループ駆動制御装
置の概略構成図、第５図はステッピングモータの励磁安
定点とロータ位置との関係を示す図、第６図はステッピ
ングモータの巻線の結線図である。 ｌＯ・・・ステッピングモータ、１１　・・・ロータ、
１２・・・位置検出器、 １３・・・相励磁シーケンサ−１１４・・・ランチ回路
、１５・・・パルスカウンタ、 １６・・・ゼロ・ホールド回路、　　１７・・・遮断回
路。 ・ミー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステッピングモータのロータの回転位置を検出す
   る位置検出器と、前記位置検出器から出力されるロータ
   位置パルス信号に基いて相励磁シーケンスを切換える相
   励磁シーケンサーと、前記ロータ位置パルス信号及びス
   テッピングモータ回転指令パルス信号に基いて前記相励
   磁シーケンサーへの前記ロータ位置信号の供給を遮断す
   る遮断回路とをそれぞれ設け、前記ロータが所定位置に
   停止されてから新たなステッピングモータ回転指令パル
   ス信号が入力されるまでの期間においては、前記遮断回
   路を作動させることによって、前記ロータの±２ステッ
   プ未満の回転では相励磁シーケンスが切換えられないよ
   うに構成したことを特徴とするステッピングモータの閉
   ループ駆動制御装置。
2. （２）前記遮断回路を、前記ステツピングモータ回転指
   令パルス信号及びロータ位置パルス信号が入力されて残
   差信号を出力するパルスカウンタと前記パルスカウンタ
   のカウント数が零となったときに最終位置ホールド信号
   を出力するゼロ・ホールド回路と、前記最終位置ホール
   ド信号に基いて前記ロータ位置パルス信号をラッチして
   前記相励磁シーケンサーへの前記ロータ位置パルス信号
   の供給を遮断するラッチ回路とから構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項に記載のステッピング
   モータの閉ループ駆動制御装置。