【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stepping motor control device of a microstep drive which drives a stepping motor with a resolution smaller than that of a normal step feed and controls with high precision.
【０００２】[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)。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for driving a stepping motor with high precision, a micro step drive which drives with a finer resolution than a normal step feed has been used. This drive has one cycle of one step of the stepping motor as one cycle, and has an excitation current table for each phase corresponding to each position or rotation angle that is subdivided, and based on this, the excitation is sequentially applied to each phase. An electric current is applied to move the moving element of the motor to an arbitrary position or rotation angle within one cycle (Japanese Patent Laid-Open No. 58-23364).
【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)。Ordinary stepping motors are driven by open loop control, and the open loop method has been often used in microstep driving. However, in order to further improve the accuracy of the position or angle in the stepping motor control device, a closed loop control method that includes a controller that feeds back the position or rotation angle of the motor and compensates for an error from the target position or target rotation angle is also available. Under development (Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-277496, 63-167486, 63-167487)
issue).
【０００４】[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。In the conventional stepping motor driving device, the error between the motor position or rotation angle and the target position or target rotation angle is controlled by closed loop control.
It is possible to approach 0. However, although the relationship between the stepping motor position or rotation angle and the exciting current of each phase is close to a sin function, it varies depending on the individual motor. Therefore, if the exciting current of each phase with respect to the position or rotation angle of the subdivided motor is not accurately calibrated, there is a problem that the characteristics change depending on each position or rotation angle, and the control performance varies. Therefore, the position or rotation angle of each motor and the excitation current of the angular phase are calibrated to improve the accuracy, but many man-hours are required for the calibration of each motor, and the manufacturing cost of the motor is reduced accordingly. It was high due to calibration.
【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。Further, since the characteristics of the exciting current of each phase with respect to the position or rotation angle also change depending on the speed or rotation speed of the motor, there is a drawback that the control characteristics vary even when the drive speed is changed. . As described above, the conventional stepping motor control device has problems to be solved in terms of price and homogeneity of control characteristics.
【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。An object of the present invention is to provide a stepping motor control device that solves the above problems.
【０００７】[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。The stepping motor control device of the present invention drives the stepping motor in microsteps with a finer resolution than the step determined by the mechanical characteristics of the stepping motor, so that the current position according to the compensation signal is set. From the phase excitation pointer holder that holds the phase excitation pointer holder, each phase drive current generator that generates the value of the drive excitation current of each phase according to the phase excitation instruction signal from the phase excitation pointer holder, and the phase drive current generator. Detects the current amplifier that gives a drive current to each excitation phase of the stepping motor according to each phase drive current instruction signal, the target position signal indicating the target position of the mover of the stepping motor, and the position of the mover. Difference signal generator that takes in the position signal from the sensor and generates an error signal that is the difference between the two, and a controller operation signal that approaches the error signal to 0 In a stepping motor drive device including a controller that generates a signal, the mover position signal and the post-compensation operation signal given to the phase excitation pointer holder are taken in, and the equivalent equivalent to the characteristic fluctuation of each excitation phase of the stepping motor is obtained. A characteristic variation compensator that estimates a disturbance and generates an estimated signal that represents the equivalent disturbance, and a characteristic variation compensator that generates a characteristic variation compensation signal as the compensation signal by a low-pass filter that removes high-frequency components of the estimated signal; A phase-excitation pointer holder that receives the post-compensation operation signal as the signal of the current position, the adder generating the post-compensation operation signal by adding the controller operation signal and the characteristic compensation signal. Characterize.
【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。Another stepping motor control device of the present invention drives the stepping motor with a macro step having a finer resolution than the step determined by the mechanical characteristic of the stepping motor, so that the phase excitation holding the current position according to the compensation signal is performed. Pointer holder, each phase drive current generator that generates a value of drive excitation current of each phase according to the phase excitation instruction signal from the phase excitation pointer holder, and each phase drive current from each phase drive current generator A current amplifier that applies a drive current to each excitation phase of the stepping motor in accordance with the instruction signal, a target position signal indicating the target position of the mover of the stepping motor, and a sensor that detects the position of the mover. A difference device that takes in the position signal x1 and produces an error signal that is the difference between them, and a controller that produces a controller operation signal that brings the error signal closer to 0. In a stepping motor driving device including a controller, the position signal x1 and the compensated operation signal u
Comprising Doo and receiving by characteristic fluctuation compensation signal ur characteristic variation compensator for generating, with said control unit operating signal and the characteristic fluctuation compensation signal ur an adder for generating the compensation after the operation signal by adding the , The phase excitation pointer holder receives the post-compensation operation signal as the signal of the current position, the characteristic variation compensator, a differentiator differentiating the position signal x1 , and the position signal
afirst amplifier that amplifies x1 with a gain b1 , a second amplifier that amplifies the output of the differentiator with a gain b2 , and the first and second
A first adder for adding an output of an amplifier, a third amplifier for amplifying the compensated operation signal u a gain akh, the third
A second adder for adding the output output of said first adder amplifier, and a fourth amplifier for amplifying the characteristic fluctuation compensation signal ur a gain akh, the second adder A first subtractor that subtracts the output of the fourth amplifier from the output of, an integrator that integrates the output of the first subtractor, and a second subtractor that subtracts the output of the differentiator from the output of the integrator. A subtractor and a fifth amplifier for amplifying the output of the second subtractor with a gain al / (akh ) to generate the characteristic variation compensation signal ur (a, al , b1 , b
2, kh is characterized by characteristic parameter) it.
【０００９】[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。According to the present invention, the stepping motor is driven by microsteps having a finer feed amount than the step feed amount determined by the mechanical characteristics of the stepping motor, and a closed loop micro-system in which a closed loop control system is configured by using a signal of a sensor added to the motor. The present invention relates to an apparatus that performs step driving.
【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。When the step motor is driven by the micro step, the dynamic characteristics of the step motor are considerably different depending on the position of the moving element of the motor. If this difference in characteristics is not compensated for, fine positioning will result in poor positioning accuracy. In the stepping motor drive device of the present invention, it is used that all characteristic fluctuations of the motor are replaced as an equivalent disturbance applied to the control target in an offset manner, the equivalent disturbance is estimated, and a signal for removing the equivalent disturbance is controlled by the closed loop control. Add to the operation signal from the vessel. As a result, it is possible to realize drive control of the stepping motor that is not affected by motor characteristic variations, that is, the position of the mover. In the estimation of equivalent disturbance, the differential component of the controlled model becomes unstable in the high frequency region. Therefore, the signal generated by the equivalent disturbance estimator is passed through a low-pass filter to ensure stability, and then added to the controller operation signal from the controller to generate a post-compensation operation signal.
【００１１】[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。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【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。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the stepping motor and the drive current.
【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。Here, excitation of a rotary type two-phase stepping motor is shown. FIG. 2 (a) shows the rotation angle of the rotor of the stepping motor when a certain excitation is performed. When the normal drive is performed, it is assumed to rotate a to d. The distance between ab, bc, and cd corresponds to the normal drive step angle. FIG. 2B is a diagram showing a drive current waveform in normal drive. The phases of A-phase and B-phase excitation are 90 ° out of phase. A
When the phases B and B are in the states of a to d in FIG. 2 (b), the rotor rotation angles are indicated by a to d in FIG. 2 (a).
【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。FIG. 2C is a diagram showing a drive current in the case of microstep drive. 2 in microstep drive
Set the phase signal to a waveform close to the sin curve as shown in Fig. 2 (c), and
Steps (between ab, for example) are equally divided, and rotation angles a1, a2 ,.
The current value at is given to each of A phase and B phase. When driving in the direction from a to b, the current values at the rotation angles a1, a2 ,.
【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。FIG. 3 is a comparison diagram between the calibration curve 26 and the sin curve 25, which are calibrated drive current waveforms. Im represents the maximum value of drive current. The calibration curve 26 is obtained in advance by measuring the relationship between the drive current and the rotation angle for each individual stepping motor. (In the present invention, by using the characteristic variation compensator, even if the sin curve 25 is used as it is as the drive current waveform, it is almost the same as when the stepping motor is driven with the current waveform that matches the calibration curve 26.
【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。The open-loop microstep drive control controls the drive current sequentially to drive to the target rotation angle based on the above principle, but in the present invention, in order to realize more accurate drive, the rotor is used. The closed-loop micro-step drive control that feeds back the rotation angle of is adopted.
【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。FIG. 4 shows that, for the rotation angles a, b, and c, the B phase is held at the drive current value obtained by the calibration, and the A phase is swung within a certain range from the drive current value obtained by the calibration. FIG. 6 is a frequency response diagram when a shake amount is input and a rotation angle of a rotor is output. The horizontal axis 33 represents frequency and the vertical axis 34 represents gain. The response curve A of reference numeral 30 is the frequency response at the rotation angle a,
The response curve B of reference numeral 31 shows the frequency response at the rotation angle b, and the response curve 32 of the reference numeral shows the frequency response at the rotation angle c. As shown in this figure, the frequency response characteristic of the motor changes depending on the rotational position. Therefore, in the closed loop control described in the section of the prior art, control characteristics vary. Therefore, the present invention provides a stepping motor control device having the following configuration.
【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。FIG. 1 is a block diagram of a stepping motor controller according to the present invention.
【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。A drive current 17 is supplied from the current amplifier 16 to each phase of the stepping motor 18. The current amplifier 16 generates a drive current 17 according to each phase drive current instruction signal 15 from each phase drive current generator 14. Here, the current amplifier 16 is PW
This is achieved with an M amplifier. Therefore, this current amplifier 16
Receives a PWM command signal as each phase drive current command signal 15 and generates a drive current 17 corresponding to the PWM command signal for each phase.
【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。Each phase drive current generator 14 generates each phase drive current instruction signal 15 corresponding to the drive current value of each phase according to the phase excitation instruction signal 13 generated by the phase excitation pointer holder 12. Here, each phase drive current generator 14 is realized by a ROM. This ROM is a table which receives the phase excitation instruction signal 13 as an address and uses each phase drive current instruction signal 15 stored in advance at that address as output data. In this embodiment, a ROM is prepared for each phase, and a PWM command signal corresponding to the exciting current value is output to each phase at the same address. The table data is stored in each ROM for each phase.
【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。According to the post-compensation operation signal 11, the phase excitation pointer holder 12 outputs a phase excitation instruction signal 13 corresponding to the position or rotation angle of the stepping motor indicated by a1, a2, ..., An in FIG. The phase excitation pointer holder 12 is a post-compensation operation signal.
A phase excitation instruction signal for changing the position or rotation angle of the rotor according to the speed of the stepping motor indicated by 11.
Update 13 Here, the phase excitation pointer holder 12 is realized by a counter, and the phase excitation instruction signal 13 is the output of the counter. One cycle of the counter is made equal to one cycle of step feed of the stepping motor, and the circuit is configured so that the compensated operation signal 11 becomes the interval time of the clock input to the counter.
【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。The controller 8 controls the position signal 19 so as to follow the position target signal 1, that is, the error signal 7 obtained by subtracting the position target signal 1 and the position signal 19 by the differentiator 2 approaches 0. Constitute. In this embodiment, the controller 8 uses PID (proportional
It is realized by a controller (integral / differential operation), and the controller operation signal 9 is a signal corresponding to the speed of the stepping motor.
【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。As shown in FIG. 4, the frequency characteristic of the stepping motor changes depending on the excitation position. In the present invention, a compensator including an equivalent disturbance estimator 6 and a low-pass filter 4 is used to compensate for the fluctuation. The equivalent disturbance estimator 6 is
An equivalent disturbance corresponding to the fluctuation of the controlled object is estimated, and the estimated equivalent disturbance is converted and output as an estimation signal 5 which is a signal for removing the disturbance. The low-pass filter 4 is the estimated signal
The high frequency component of 5 is removed and the characteristic variation compensation signal 3 is output.
【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To show the principle of the compensator in more detail, an example of design will be described. The transfer function of the controlled object that averages the frequency characteristics shown in Fig. 4 is
【００２５】[0025]
【数１】[Equation 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It is assumed thata, a h, b 1, b 2, b h denotes a characteristic parameter, s denotes the plus operator. This is reduced to
The model to be controlled
【００２７】[0027]
【数２】[Equation 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。It is assumed that Where x1 is the stepper motor
The position of the rotor at 18, u represents the compensated operating signal 11. It is known that the fluctuation of the controlled object is replaced by the constant term of the following equation as the equivalent disturbance q. Where x2 is the speed of the rotor in the stepping motor 18, and x2 =
sx1
【００２９】[0029]
【数３】[Equation 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、The equivalent disturbance estimator 6 takes in the post-compensation operation signal 11 and position signal 19 of the controlled object. To eliminate the equivalent disturbance, add -q / akh to the manipulated variable u. So the formula
The signal obtained by modifying (3) can be used as the estimated signal 5, and if the manipulated variable for eliminating the equivalent disturbance is hr , then
【００３１】[0031]
【数４】[Equation 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4The right side of is used. However, as it is sx
The low-pass filter 4 that compensates for the adverse effects of the high frequency components of2
【００３３】[0033]
【数５】[Equation 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、Is added. Where ur is the characteristic variation compensation signal
3 and al is a characteristic parameter of the low-pass filter 4. By rearranging Equation (4) and Equation (5),
【００３５】[0035]
【数６】[Equation 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。Thus, a characteristic expression in which the equivalent disturbance estimator 6 and the low-pass filter 4 are combined is obtained. FIG. 5 is a functional block diagram of a compensator that realizes the characteristic expression. If this is realized by an analog circuit, a compensator including the equivalent disturbance estimator 6 and the low-pass filter 4 can be configured.
【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。The controller operation signal 9 and the characteristic variation compensation signal 3
Is added by the adder 10 to become the post-compensation operation signal 11, which is sent to the phase excitation pointer holder 12.
【００３８】[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。When the stepping motor control device of the present invention is used, control characteristics that are not affected by the characteristic fluctuations of the stepping motor can be obtained. FIG. 6 shows the control results at a certain two points with and without the control device of the present invention. The horizontal axis 40 represents time, and the vertical axis 41 represents position displacement. The response result is that there is no compensator at the point with characteristics close to the model equation (1) of the controlled object 42, with compensator 43, model equation of the controlled object (1)
No compensator at the point of having characteristics apart from 44, with compensator
Shows 45. From the figure, when there is no compensator, the control result changes greatly when the characteristic changes, but when there is a compensator, the control result does not change much even if the characteristic changes.
【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。Therefore, the control system can be constructed without being affected by not only the position or rotation angle of the motor but also the difference in the characteristics of the individual motors. Further, since the sin curve can be used as it is for the relationship between the position or the rotation angle and the drive current, the number of calibration steps can be reduced.
【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。Further, since it is a closed loop control system, highly accurate positioning can be realized.
【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。As described above, by using the present invention, it is possible to realize an unprecedented low-cost and highly-accurate microstep-driving stepping motor control device.
【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。FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a stepping motor that is an embodiment of the present invention.
【図２】ステッピングモータの駆動電流波形図。FIG. 2 is a drive current waveform diagram of a stepping motor.
【図３】較正した駆動電流波形とsin曲線の比較図。FIG. 3 is a comparison diagram of a calibrated drive current waveform and a sin curve.
【図４】ステッピングモータの周波数応答図。FIG. 4 is a frequency response diagram of a stepping motor.
【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。5 is a functional block diagram showing a specific example of a compensator in the embodiment of FIG.
【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。FIG. 6 is a control characteristic diagram at two points with and without the control device of the present invention.
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） 1 Position target signal 2 Difference device 3 Characteristic fluctuation compensation signal 4 Low-pass filter 5 Estimated signal 6 Equivalent disturbance estimator 7 Error signal 8 Controller 9 Controller operation signal 10 Adder 11 Post-compensation operation signal 12 Phase Excitation pointer holder 13 Phase Excitation command signal 14 Each phase drive current generator 15 Each phase drive current instruction signal 16 Current amplifier 17 Each phase drive current 18 Stepping motor 19 Position signal 20 Rotation direction 21 A phase drive current (normal drive current) 22 B phase drive current ( Normal drive current) 23 A phase drive current (micro step drive current) 24 B phase drive current (micro step drive current) 25 sin curve 26 Calibration curve 30 Response curve A 31 Response curve B 32 Response curve C 33 Frequency 34 Gain 40 hours 41 Displacement 42 Characteristics near controlled object model (without compensator) 43 Characteristic near controlled object model (with compensator) 44 Characteristic away from controlled object model (without compensator) 45 From controlled object model Remote characteristics (with compensator)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220593AJPH06284790A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Stepping-motor control apparatus |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220593AJPH06284790A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Stepping-motor control apparatus |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06284790Atrue JPH06284790A (en) | 1994-10-07 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7220593APendingJPH06284790A (en) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Stepping-motor control apparatus |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06284790A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033065A (en)* | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Aisin Seiki Co Ltd | Electric motor control device and design method thereof |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62244286A (en)* | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Electric motor speed control device |
| JPH0223100A (en)* | 1988-07-11 | 1990-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | position control device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62244286A (en)* | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Electric motor speed control device |
| JPH0223100A (en)* | 1988-07-11 | 1990-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | position control device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033065A (en)* | 2001-07-19 | 2003-01-31 | Aisin Seiki Co Ltd | Electric motor control device and design method thereof |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date:19970318 |