JP2010028949A - Stepping motor drive controller - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive controller performing efficient drive control, having little heat generation and suppressing transient phenomenon when switching a drive method. <P>SOLUTION: The stepping motor drive controller 1 switches micro-step drive and speed servo drive and controls a stepping motor 12. The controller 1 estimates load at micro-step driving by a load estimating unit 6 and controls drive of the stepping motor 12 so that current adjusted to a value of load flows to the stepping motor 12 when the micro-step drive is switched to speed servo drive by using the value of estimated load. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステッピングモータ駆動制御装置に関し、特に、複数の駆動方法を選択的に切り替えて実行するように制御するステッピングモータ駆動制御装置に関する。   The present invention relates to a stepping motor drive control device, and more particularly to a stepping motor drive control device that performs control such that a plurality of drive methods are selectively switched and executed.

従来、ステッピングモータの駆動制御方法としては、マイクロステップ駆動や検出した回転子の位置をフィードバックする閉ループ制御などが一般的に知られている。閉ループ制御の一例としては、特許文献１が挙げられる。特許文献１においては、位置指示と回転子位置の偏差と、検出速度とからモータのトルク位置が常に最適になるように指令電流の大きさを決定している。
また、単一の駆動方法によるのではなく、複数の駆動方法を選択的に切り替えてモータを駆動制御する方法も知られている。一例として、指令パルスによって励磁切換えを行う通常のステッピングモータ駆動方式と、閉ループモードのＤＣモータ駆動方式とを選択的に切り替える駆動制御方法（例えば、特許文献２、３、４及び５）などが挙げられる。 Conventionally, as a stepping motor drive control method, microstep drive, closed loop control for feeding back a detected rotor position, and the like are generally known. Patent document 1 is mentioned as an example of closed-loop control. In Patent Document 1, the magnitude of the command current is determined so that the torque position of the motor is always optimal from the position instruction, the deviation of the rotor position, and the detection speed.
In addition, a method of driving and controlling a motor by selectively switching a plurality of driving methods is known instead of using a single driving method. As an example, there is a drive control method (for example, Patent Documents 2, 3, 4, and 5) that selectively switches between a normal stepping motor drive system that switches excitation by command pulses and a DC motor drive system in a closed loop mode. It is done.

特許文献２においては、通常のステッピングモータ駆動方式によってモータを駆動し、脱調が生じるとＤＣモータ駆動方式に駆動方法を切り替えている。そして、ＤＣモータ駆動方式によって脱調状態が解消されると、再び通常のステッピングモータ駆動方式に戻るように制御されている。
特許文献３においては、回転子位置と励磁位置から負荷角を算出し、負荷角に基づいてマイクロステップ駆動方式と定トルク方式とを切り替えている。
特許文献４では、特許文献３と同様の駆動方法の切り替えを実行すると共に、マイクロステップ駆動用制御器からの電流指示と位置サーボ用制御器からの電流指示に重みをつけ、合成した電流指示によってモータを駆動制御している。
特許文献５はマイクロステップ駆動方式とＤＣブラシレスモータ駆動方式とを切り替えて実行するステッピングモータ駆動制御装置を示している。
特開昭５７−１０１５９７号公報 特開平７−５９３９５号公報 特開平１１−１１３２８９号公報 特開２００４−３２８８２１号公報 特開平１０−１５０７９８号公報 In Patent Document 2, the motor is driven by a normal stepping motor driving method, and when the step-out occurs, the driving method is switched to the DC motor driving method. Then, when the step-out state is resolved by the DC motor driving method, control is performed so that the normal stepping motor driving method is restored.
In Patent Document 3, the load angle is calculated from the rotor position and the excitation position, and the microstep drive method and the constant torque method are switched based on the load angle.
In Patent Document 4, switching of the driving method is performed in the same manner as in Patent Document 3, and the current instruction from the microstep drive controller and the current instruction from the position servo controller are weighted, and the combined current instruction is used. The motor is driven and controlled.
Patent Document 5 shows a stepping motor drive control device that executes switching between a microstep drive system and a DC brushless motor drive system.
JP-A-57-101597 JP 7-59395 A JP-A-11-113289 JP 2004-328821 A JP-A-10-150798

しかしながら、上記特許文献１〜５に開示されたステッピングモータの駆動制御においては、それぞれ次のような問題点がある。特許文献２及び特許文献３に開示された駆動制御装置は、脱調現象の回避を目的として、負荷に因らず一定電流を流してモータを駆動している。したがって、効率が悪く、発熱が大きいという問題があった。
これに対して、特許文献１は、位置および速度情報から電流の増減を行うため、効率は良い。しかしながら、電流の増減を急激に行うと駆動できない可能性があるため、速度偏差とモータに流れる電流から電流指示を決定する分配方法を実験から求めなければならない。
また、特許文献４では、位置サーボ制御を行った結果の電流指令を使用している。したがって、周波数特性が低くなり、負荷により不安定になる。電流指示値の比率を固定とすると、無負荷でもマイクロステップ駆動用の電流指示がゼロとならないため、通常の位置サーボより電流が増加し、効率の悪化を招く。また、駆動中に電流指示の比率を急変すると大きな過渡現象が生じる。
特許文献５の駆動制御装置は、負荷に変動があった場合、切り替え時に大きな過渡現象を生じ、負荷が重い場合には脱調現象を起こして駆動できない場合がある。 However, the drive control of the stepping motor disclosed in Patent Documents 1 to 5 has the following problems. The drive control devices disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 drive a motor by passing a constant current regardless of a load for the purpose of avoiding a step-out phenomenon. Therefore, there are problems that efficiency is low and heat generation is large.
On the other hand, since Patent Document 1 increases or decreases current from position and speed information, efficiency is good. However, since there is a possibility that driving cannot be performed if the current is increased or decreased rapidly, a distribution method for determining the current instruction from the speed deviation and the current flowing through the motor must be obtained from experiments.
Moreover, in patent document 4, the electric current command as a result of performing position servo control is used. Therefore, the frequency characteristic becomes low and becomes unstable due to the load. If the ratio of the current instruction value is fixed, the current instruction for microstep driving does not become zero even when there is no load, so that the current increases from the normal position servo, leading to deterioration of efficiency. Further, if the ratio of the current instruction is changed suddenly during driving, a large transient phenomenon occurs.
The drive control device disclosed in Patent Document 5 may cause a large transient phenomenon at the time of switching when the load changes, and may not drive due to a step-out phenomenon when the load is heavy.

これらの従来技術の問題点に鑑みて、本発明の目的は、複数の駆動方法を切り替えてステッピングモータを駆動することにより、事前の実験を行うことなく効率の良い駆動制御を実行する、発熱の少ない駆動制御装置であって、前記駆動方法の切り替え時における過渡現象を抑制する駆動制御装置を実現することを目的とする。   In view of these problems of the prior art, the object of the present invention is to drive a stepping motor by switching a plurality of driving methods, thereby performing efficient drive control without performing a prior experiment. It is an object of the present invention to realize a drive control device that is a few drive control devices and suppresses a transient phenomenon at the time of switching the drive method.

上記目的を達成するために、本発明は、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するステッピングモータ駆動制御装置であって、前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出器と、位置指示から形成された速度指示と、検出した前記実電流とに基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定する第１の駆動指令を形成する速度サーボ駆動手段と、予め設定又は算出された電流指示と、前記位置指示と、検出した前記実電流とに基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定する第２の駆動指令を形成するマイクロステップ駆動手段と、前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して負荷推定値を得る負荷推定器とを備えている。前記速度サーボ制御手段は、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えたときに、前記駆動電流を前記推定した負荷に見合う大きさに決定すべく、前記第１の駆動指令の形成要素として前記負荷推定値を用いるように構成されている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a stepping motor drive control device for controlling a stepping motor by switching between micro step driving and speed servo driving, and a current detector for detecting an actual current flowing through the stepping motor. Speed servo drive means for forming a first drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the speed command formed from the position command and the detected actual current; Microstep drive means for forming a second drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the set or calculated current instruction, the position instruction, and the detected actual current; A load estimator that estimates a load of the stepping motor at the time of the microstep drive and obtains a load estimated value; Eteiru. The speed servo control means is configured to determine the load current as a forming element of the first drive command so as to determine the drive current to have a magnitude corresponding to the estimated load when switching from microstep drive to speed servo drive. It is configured to use a value.

一例として、前記ステッピングモータの回転子位置を検出する位置検出器を備え、前記負荷推定器は、検出した前記回転子位置と、前記位置指示との偏差から前記負荷推定値を算出する。   As an example, a position detector that detects a rotor position of the stepping motor is provided, and the load estimator calculates the load estimated value from a deviation between the detected rotor position and the position instruction.

他の例として、前記速度サーボ駆動手段は、前記検出した実電流から前記ステッピングモータの回転子速度を推定し、該推定した回転子速度を用いて前記第１の駆動指令を形成する、位置センサレス駆動を実行し、前記負荷推定器は、前記第２の駆動指令と前記実電流とから前記ステッピングモータの回転子位置を推定して、該推定した回転子位置と前記位置指示との偏差から前記負荷推定値を算出する。   As another example, the speed servo drive means estimates a rotor speed of the stepping motor from the detected actual current and forms the first drive command using the estimated rotor speed. The drive is executed, and the load estimator estimates the rotor position of the stepping motor from the second drive command and the actual current, and the deviation from the estimated rotor position and the position instruction Calculate the load estimate.

前記速度サーボ制御手段は、前記速度指示と前記回転子速度との偏差にＰＩ補償を施すことによって得られるトルク分電流指示を用いて前記第１の駆動指令を形成すると共に、前記速度サーボ駆動に切り替えたときに、前記負荷推定値を用いて前記ＰＩ補償のための積分要素の初期値を設定するように構成しても良い。   The speed servo control means forms the first drive command using a torque current instruction obtained by performing PI compensation on a deviation between the speed instruction and the rotor speed, and performs the speed servo drive. When switching, the initial value of the integral element for the PI compensation may be set using the load estimated value.

さらに、例えば、前記速度サーボ制御手段は、前記速度サーボ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して、速度サーボ駆動時における負荷推定値を算出し、前記マイクロステップ制御手段は、前記速度サーボ駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときに、前記速度サーボ駆動時の負荷に見合う前記駆動電流を決定するための前記第２の駆動指令を形成するように構成しても良い。   Further, for example, the speed servo control means estimates a load of the stepping motor at the time of the speed servo drive, calculates a load estimated value at the time of the speed servo drive, and the microstep control means has the speed servo drive. When switching from microstep drive to microstep drive, the second drive command for determining the drive current commensurate with the load during the speed servo drive may be formed.

本発明に係るステッピングモータ駆動制御装置では、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを切り替えてステッピングモータを制御する。マイクロステップ駆動は、低速領域で高精度な位置決めを行なうことができる。一方、速度サーボ制御は要求トルクに見合うように電流を制御するため効率の良い駆動を実現する。   In the stepping motor drive control apparatus according to the present invention, the stepping motor is controlled by switching between microstep driving and speed servo driving. Microstep driving can perform highly accurate positioning in a low speed region. On the other hand, speed servo control realizes efficient driving because the current is controlled to meet the required torque.

本発明では、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するため、停止時及び低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域において速度サーボ駆動を実行することによって、位置決め精度が高く効率の良い駆動が可能となっている。また、本発明は、このような切り替え制御を採用しているため、上記特許文献１に対して指摘したような事前の実験によるデータは必要ない。   In the present invention, since the stepping motor is controlled by switching between the micro step drive and the speed servo drive, the micro step drive is executed in the stop and low speed regions, and the speed servo drive is executed in the medium and high speed regions, thereby positioning. Highly accurate and efficient driving is possible. In addition, since the present invention employs such switching control, data based on prior experiments as pointed out with respect to Patent Document 1 is not necessary.

さらに、本発明は、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えたときに、マイクロステップ駆動時におけるステッピングモータの負荷を推定して得られた負荷推定値を用いて、モータ駆動電流を決定するための駆動指令を形成している。したがって、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えた瞬間及び直後において、前記駆動指令にマイクロステップ駆動時の負荷推定値が反映されるため、マイクロステップ駆動時の負荷に見合う電流がステッピングモータに流れる。したがって、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えたときに生じる速度変動等の過渡現象を抑制して安定した駆動を実現することができる。   Furthermore, the present invention is a method for determining a motor drive current using a load estimated value obtained by estimating a load of a stepping motor at the time of microstep drive when switching from microstep drive to speed servo drive. A drive command is formed. Therefore, since the load estimated value at the time of microstep driving is reflected in the drive command immediately and immediately after switching from microstep driving to speed servo driving, a current corresponding to the load at the time of microstep driving flows to the stepping motor. Accordingly, it is possible to realize a stable drive by suppressing a transient phenomenon such as a speed fluctuation that occurs when the microstep drive is switched to the speed servo drive.

以下、本発明の第１の実施形態を添付の図により説明する。図１に本実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置のブロック図を示す。ステッピングモータ駆動制御装置１では、外部から与えられた位置指示θ＊に基づいてＮ相ステッピングモータ１２の回転子位置制御が実行される。この位置制御に際しては、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とが選択的に切り替えられる。本実施形態において、ステッピングモータ駆動制御装置１は、ステッピングモータ１２の停止時と低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域において速度サーボ駆動を実行するように構成されている。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a stepping motor drive control apparatus according to the present embodiment. In the stepping motor drive control device 1, the rotor position control of the N-phase stepping motor 12 is executed based on a position instruction θ * given from the outside. In this position control, microstep driving and speed servo driving are selectively switched. In the present embodiment, the stepping motor drive control device 1 is configured to execute microstep driving when the stepping motor 12 is stopped and in a low speed region, and to execute speed servo driving in a middle / high speed region.

まず、停止時はマイクロステップ駆動で位置を保持し、位置指示θ＊が入力されると、マイクロステップ駆動で始動する。その後、回転子の速度が中高速になると、駆動切替器７によって駆動方法を速度サーボ駆動に切り替える。停止位置に近づくと、ステッピングモータ１２は減速し、低速となったところで駆動切替器７によってマイクロステップ駆動に切り替え、停止位置で停止する。 First, when stopping, the position is held by microstep driving, and when the position instruction θ * is input, the microstep driving is started. Thereafter, when the speed of the rotor becomes medium to high, the drive switching unit 7 switches the drive method to speed servo drive. When approaching the stop position, the stepping motor 12 decelerates, and when the speed becomes low, the drive switcher 7 switches to microstep drive and stops at the stop position.

ステッピングモータ１２の回転子速度は、位置検出器１３よって検出された回転子位置θｒに基づいて、速度検出器１０によって算出される。速度検出器１０によって算出された回転子速度ωｒは駆動切替器７に入力される。マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動を切り替える基準値である速度閾値は予め設定されている。駆動切替器７は、速度検出器１０から取得した回転子速度ωｒと予め設定された速度閾値とを比較して、マイクロステップ駆動を実行するか、速度サーボ駆動を実行するかを判定して、切替信号を出力し、スイッチ８を介してマイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを切り替える。 The rotor speed of the stepping motor 12 is calculated by the speed detector 10 based on the rotor position θ r detected by the position detector 13. The rotor speed ω r calculated by the speed detector 10 is input to the drive switch 7. A speed threshold that is a reference value for switching between microstep driving and speed servo driving is set in advance. The drive switching unit 7 compares the rotor speed ω r acquired from the speed detector 10 with a preset speed threshold value, and determines whether to perform microstep driving or speed servo driving. , A switching signal is output, and microstep driving and speed servo driving are switched via the switch 8.

［速度サーボ駆動時］
定常状態における速度サーボ駆動について以下に説明する。速度サーボ駆動中においては、スイッチ８は速度サーボ駆動部４とインバータ９とを接続するように作動している。
速度指示作成器２は位置指示θ＊から速度指示ωｓを算出して速度サーボ駆動部４に出力する。速度サーボ駆動部４は、速度指示ωｓと、ステッピングモータ１２に流れている実電流ｉＮと、速度検出器１０によって算出された回転子速度ωｒとに基づいて、速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを算出して、インバータ９に出力する。ステッピングモータ１２に流れている実電流ｉＮは、電流検出器１１によって検出される。前記速度サーボ駆動用指令ＶｓＮは、ステッピングモータ１２の各相に流す駆動電流を決定するための指令値である。 [During speed servo drive]
The speed servo drive in the steady state will be described below. During the speed servo drive, the switch 8 operates so as to connect the speed servo drive unit 4 and the inverter 9.
The speed instruction generator 2 calculates a speed instruction ω s from the position instruction θ * and outputs it to the speed servo drive unit 4. The speed servo drive unit 4 generates a speed servo drive command V based on the speed instruction ω s , the actual current i N flowing through the stepping motor 12, and the rotor speed ω r calculated by the speed detector 10. sN is calculated and output to the inverter 9. The actual current i N flowing through the stepping motor 12 is detected by the current detector 11. The speed servo drive command V sN is a command value for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor 12.

本実施形態おける速度サーボ駆動部４は、定常状態において速度サーボ駆動を行なって速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを形成する手段であればよく、特定の速度サーボ駆動を行なう手段に限定されるものではない。 The speed servo drive unit 4 in the present embodiment may be any means that performs speed servo drive in a steady state to form a speed servo drive command V sN , and is not limited to means for performing a specific speed servo drive. Absent.

速度サーボ駆動部４の一例を以下に簡単に説明する。速度サーボ駆動部４は、（図示しない）ＰＩ制御器を有する速度制御器を備えている。この速度制御器は、速度指示作成器２から出力された速度指示ωｓと、速度検出器１０から出力された回転子速度ωｒとの差分を算出し、該差分に対してＰＩ制御を行ない、トルク分電流指示を形成する。速度サーボ駆動部４は、形成されたトルク分電流指示と、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示と、回転子速度ωｒから算出された回転子位置（電気角）とから、速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを算出して、スイッチ８を介してインバータ９に出力する。インバータ９は速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを電力増幅し、ステッピングモータ１２を速度サーボ駆動する。 An example of the speed servo drive unit 4 will be briefly described below. The speed servo drive unit 4 includes a speed controller having a PI controller (not shown). The speed controller calculates a difference between the speed instruction ω s output from the speed instruction generator 2 and the rotor speed ω r output from the speed detector 10, and performs PI control on the difference. , Forming a torque component current instruction. Velocity servo driver 4, a torque current instruction is formed, from the estimated excitation equivalent current instruction is being or calculated preset rotor position calculated from the rotor speed omega r and (electrical angle), velocity Servo drive command V sN is calculated and output to inverter 9 via switch 8. The inverter 9 amplifies the power of the speed servo drive command V sN and drives the stepping motor 12 by speed servo.

［マイクロステップ駆動時］
定常状態におけるマイクロステップ駆動について以下に説明する。マイクロステップ駆動中においては、スイッチ８はマイクロステップ駆動部３とインバータ９とを接続するように作動している。
マイクロステップ駆動部３には、電流指示（マイクロステップ駆動用設定電流値）ｉ＊と、位置指示θ＊と、電流検出器１１によって検出したステッピングモータ１２の実電流ｉＮとが入力される。マイクロステップ駆動部３は、位置指示θ＊からステッピングモータ１２の励磁電気角を算出して、該励磁電気角と、電流指示（マイクロステップ駆動用設定電流値）ｉ＊と、実電流ｉＮに基づいて、マイクロステップ駆動用指令ＶｍＮを形成して出力する。マイクロステップ駆動用指令ＶｍＮは、ステッピングモータ１２の各相に流す駆動電流を決定するための指令値である。算出されたマイクロステップ駆動用指令ＶｍＮは、スイッチ８を介してインバータ９に出力され、インバータ９はマイクロステップ駆動用指令ＶｍＮを電力増幅し、ステッピングモータ１２をマイクロステップ駆動する。 [In micro step drive]
The microstep drive in the steady state will be described below. During the micro step drive, the switch 8 operates so as to connect the micro step drive unit 3 and the inverter 9.
The micro step drive unit 3, the current instruction (micro step drive set current value) i *, the position indicator theta *, and the actual current i N of the stepping motor 12 detected by the current detector 11 is input. Micro step drive unit 3 calculates the excitation electric angle of the stepping motor 12 from the position indicator theta *, and the exciting electrical angle, current instruction (micro step drive set current value) i *, the actual current i N Based on this, a micro-step drive command V mN is formed and output. The micro step drive command V mN is a command value for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor 12. The calculated microstep drive command V mN is output to the inverter 9 via the switch 8, and the inverter 9 amplifies the power of the microstep drive command V mN to drive the stepping motor 12 by microstep.

なお、負荷推定器６は、マイクロステップ駆動を実行している間、マイクロステップ駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Ｔｍを算出している。この負荷推定値Ｔｍは、後述のように、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動への切替時において、駆動制御に用いられる。該負荷推定値Ｔｍの算出については、後の［マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動への切替時］において詳述する。 The load estimator 6, while performing the micro step drive, and calculates the load estimated value T m indicative of the value of the load during the micro step drive. This estimated load value Tm is used for drive control when switching from microstep drive to speed servo drive, as will be described later. The calculation of the load estimated value T m is described in detail in [when switching from the micro step drive to the speed servo drive] after.

［マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動への切替時］
以下に、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替えるときのステッピングモータ駆動制御装置１の動作について説明する。
ステッピングモータの駆動において、負荷のない場合には、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動の両駆動方式における電気角を合致させて切り替えを行うことで、速度変動のない切り替え動作を行うことができる。しかしながら、負荷がある場合には、過渡現象として速度変動が生じる。特にマイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替える場合には大きな速度変動を生じ、場合によっては制御不能となる。 [When switching from micro step drive to speed servo drive]
The operation of the stepping motor drive control device 1 when switching from microstep drive to speed servo drive will be described below.
In the driving of the stepping motor, when there is no load, a switching operation with no speed fluctuation can be performed by switching by matching the electrical angles in both the microstep driving and the speed servo driving. However, when there is a load, speed fluctuation occurs as a transient phenomenon. In particular, when switching from microstep driving to speed servo driving, a large speed fluctuation occurs, and in some cases, control becomes impossible.

多くの速度サーボ駆動は、積分器を備えた速度制御器を用いて、要求トルクに応じた電流を流すように電流を制御する。駆動方法切り替え時点では速度サーボ駆動を行っていないため、切替時のトルク分電流指示は、速度制御器における積分器の初期値によって決定される。すなわち、積分器の初期値がゼロに設定されている場合、切替時のトルク分電流指示はゼロになる。したがって、有負荷の場合、負荷に見合ったトルク分電流指示が形成されるまでに速度変動が生じる。   Many speed servo drives use a speed controller with an integrator to control the current so that a current corresponding to the required torque flows. Since the speed servo drive is not performed at the time of switching the driving method, the torque current instruction at the time of switching is determined by the initial value of the integrator in the speed controller. That is, when the initial value of the integrator is set to zero, the torque current instruction at the time of switching is zero. Therefore, in the case of a load, speed fluctuation occurs until a torque component current instruction corresponding to the load is formed.

そこで、本発明においては、マイクロステップ駆動時の定常状態の負荷を推定し、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替えたときに、推定した負荷に見合った電流がステッピングモータに流れるように制御を行なうことによって、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動への切替時における速度変動を抑制している。   Therefore, in the present invention, the steady-state load at the time of microstep driving is estimated, and control is performed so that a current corresponding to the estimated load flows to the stepping motor when switching from microstep driving to speed servo driving. As a result, the speed fluctuation at the time of switching from the micro step drive to the speed servo drive is suppressed.

本実施形態では、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えたときに、マイクロステップ駆動時の負荷に見合った積分初期値を速度制御器の積分器に設定することによって、前記負荷に見合った電流がステッピングモータに流れるように制御している。   In the present embodiment, when switching from microstep drive to speed servo drive, by setting an integral initial value corresponding to the load at the time of microstep drive in the integrator of the speed controller, a current corresponding to the load is obtained. It is controlled to flow to the stepping motor.

先に述べたようにマイクロステップ駆動時の負荷の値を示す負荷推定値Ｔｍは、マイクロステップ駆動時において負荷推定器６によって算出される。負荷推定器６に接続された偏差カウンタ５は、位置指示θ＊と、位置検出器１３によって検出された回転子位置θｒとを入力とし、位置指示θ＊と回転子位置θｒとの偏差ｄｍを負荷推定器６に出力する。負荷推定器６は、位置偏差ｄｍと電流指示ｉ＊からマイクロステップ駆動時における負荷推定値Ｔｍを算出して速度サーボ駆動部４に出力する。 As described above, the load estimation value T m indicating the load value at the time of microstep driving is calculated by the load estimator 6 at the time of microstep driving. Deviation of the load estimator 6 Deviation counter 5 that is connected to includes a position indicator theta *, and inputs the detected rotor position theta r by the position detector 13, the position indicator theta * a rotor position theta r and it outputs the d m to the load estimator 6. Load estimator 6 outputs the position deviation d m and the current instruction i * calculated load estimated value T m during the micro step drive from and velocity servo driver 4.

マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えられると、速度サーボ駆動部４は、負荷推定値Ｔｍを負荷推定器６から取得して、速度制御器に備えられた積分器の初期値を負荷推定値Ｔｍに見合う値に設定する。ここで、負荷推定値Ｔｍは、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替えられる直前に算出された負荷推定値Ｔｍである。前記積分初期値は、負荷推定値Ｔｍをトルク定数で除算して電流に換算し、さらに制御ゲインで除算することにより決定される。 When the microstep drive is switched to the speed servo drive, the speed servo drive unit 4 acquires the load estimated value Tm from the load estimator 6, and uses the initial value of the integrator provided in the speed controller as the load estimated value. Set to a value commensurate with Tm . Here, load estimated value The T m is the load estimated value T m calculated immediately before is switched from the micro step drive to the speed servo drive. The initial integral value is determined by dividing the estimated load value Tm by a torque constant, converting it to a current, and further dividing by a control gain.

このように、速度制御器の積分器の初期値をマイクロステップ駆動時の負荷の値に見合う値に設定することによって、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替えた瞬間及び直後にマイクロステップ駆動時の負荷に見合う電流がステッピングモータに流れるように制御され、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替えたときの速度変動を抑制することができる。   Thus, by setting the initial value of the integrator of the speed controller to a value commensurate with the load value at the time of micro-step driving, the moment at the time of switching from micro-step driving to speed servo driving and immediately after switching from micro-step driving. It is controlled so that a current commensurate with the load flows through the stepping motor, and speed fluctuations when switching from microstep driving to speed servo driving can be suppressed.

以上に説明したように、本実施形態では、マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを選択的に切り替えている。
マイクロステップ駆動は、前述のように低速領域で高精度な位置決めを行なうことができる。しかしながら、一般的な性質として、負荷に因らず電流を一定に制御するため、軽負荷では効率が悪く、負荷が大きくなるにつれて効率が上昇し、脱調現象を起こす近傍で効率が最大になるという特徴を有する。実際の使用では、安全率を考慮して設定電流は必要トルクに見合う電流の２倍程度に設定される。したがって、マイクロステップ駆動のみでは、効率が悪くなってしまう。 As described above, in this embodiment, microstep driving and speed servo driving are selectively switched.
As described above, the microstep drive can perform highly accurate positioning in a low speed region. However, as a general property, since the current is controlled to be constant regardless of the load, the efficiency is low at a light load, the efficiency increases as the load increases, and the efficiency is maximized in the vicinity where a step-out phenomenon occurs. It has the characteristics. In actual use, the set current is set to about twice the current commensurate with the required torque in consideration of the safety factor. Therefore, the efficiency decreases only with microstep driving.

一方、サーボ駆動方式においては、要求トルクに見合うように電流を制御するため、効率の良い駆動が可能である。ステッピングモータはサーボモータに用いられる表面磁石形同期電動機と同じモータモデルであるため、サーボモータと同様に制御できる。ステッピングモータをマイクロステップ駆動した場合と、速度サーボ駆動した場合のそれぞれについて、効率とトルクとの関係を図２に示す。図２からも明らかなように、サーボ駆動は、マイクロステップ駆動よりも運転効率が格段に良い。
このサーボ駆動のみによって、サーボモータと同様の位置制御を行い、負荷に対してステッピングモータと同様の応答を得るためには、制御ゲインを高くする必要がある。しかしながら、ゲインを高く設定すると慣性負荷により発振したり停止時の振動が増加してしまう。この問題に対処するためには複雑なゲイン設定を行なわなければならなくなる。 On the other hand, in the servo drive system, since the current is controlled so as to meet the required torque, efficient drive is possible. Since the stepping motor is the same motor model as the surface magnet type synchronous motor used for the servo motor, it can be controlled in the same manner as the servo motor. FIG. 2 shows the relationship between the efficiency and the torque for the case where the stepping motor is driven by microstep and the case where it is driven by speed servo. As is apparent from FIG. 2, the servo drive has much better operation efficiency than the microstep drive.
In order to perform position control similar to that of the servo motor only by this servo drive and to obtain a response similar to that of the stepping motor with respect to the load, it is necessary to increase the control gain. However, if the gain is set high, oscillation will occur due to an inertial load or vibration during stoppage will increase. To deal with this problem, complicated gain settings must be made.

加えて、サーボモータの位置制御においては、電流制御と、速度制御と、位置制御との３重のマイナーループ制御を行うことが一般的である。電流制御を１００とすると速度制御の応答周波数は１０、位置制御の応答周波数は１というように応答周波数が下がる。前記位置制御を行ったサーボモータの慣性負荷によるステップ応答のシミュレーション結果を図３に示す。図３から明らかなように、慣性負荷が大きくなると振動現象が発散している。次に、前記速度制御を行ったサーボモータの慣性負荷によるステップ応答のシミュレーション結果を図４に示す。図４から明らかなように、速度制御においては図３の位置制御と比較して、オーバーシュートは増加するものの安定に制御されている。また、応答時間についても、位置制御よりも速度制御のほうが格段に速くなっている。   In addition, in servo motor position control, it is common to perform triple minor loop control including current control, speed control, and position control. When the current control is 100, the response frequency of the speed control is 10 and the response frequency of the position control is 1. FIG. 3 shows a simulation result of the step response due to the inertial load of the servomotor that performed the position control. As is clear from FIG. 3, the vibration phenomenon diverges when the inertial load increases. Next, FIG. 4 shows the simulation result of the step response due to the inertial load of the servomotor that performed the speed control. As apparent from FIG. 4, the speed control is stably controlled although the overshoot increases compared to the position control of FIG. 3. Also, with respect to response time, speed control is much faster than position control.

したがって、本実施形態においては、サーボ駆動方式として速度サーボ駆動を採用し、モータ回転子の速度に応じてマイクロステップ駆動と切り替えて制御することにより、位置決め精度が高く効率の良い駆動を実現している。この駆動制御においては、制御ゲインを高くしなくても良いため、複雑なゲイン設定を行なう必要はない。加えて、サーボ駆動方式として速度サーボ駆動を採用することにより、応答が速く安定した駆動制御を実現している。   Therefore, in this embodiment, speed servo drive is adopted as the servo drive method, and switching with microstep drive is controlled according to the speed of the motor rotor, thereby realizing high positioning accuracy and efficient drive. Yes. In this drive control, since it is not necessary to increase the control gain, it is not necessary to perform complicated gain setting. In addition, by adopting speed servo drive as the servo drive system, stable drive control with fast response is realized.

さらに、前述のように、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動へ切り替わる際に、マイクロステップ駆動時の負荷に見合う電流がステッピングモータに流れるように制御されて、切り替え時の速度変動を抑制することができる。
したがって、いかなる負荷を負った場合でもスムーズな駆動方法の切替が可能となり、低速時のマイクロステップ駆動が有する利点を生かしつつ、損失の少ない高効率位置制御が実現できる。さらに、ステッピングモータ駆動制御装置１は、マイクロプロセッサによって制御が可能であると共に、位置検出器１３を用いているため、停止時まで脱調検出が可能である。 Furthermore, as described above, when switching from microstep drive to speed servo drive, current corresponding to the load during microstep drive is controlled to flow to the stepping motor, and speed fluctuation at the time of switching can be suppressed. .
Therefore, it is possible to smoothly switch the driving method under any load, and it is possible to realize high-efficiency position control with little loss while taking advantage of the microstep driving at low speed. Further, the stepping motor drive control device 1 can be controlled by a microprocessor and can use the position detector 13 to detect step-out until it stops.

［第２の実施形態］
図５に第２の実施形態を示す。ステッピングモータ駆動制御装置２０は、第１の実施形態と同様に、Ｎ相ステッピングモータ３５の停止時と低速領域においてマイクロステップ駆動を実行し、中・高速領域において速度サーボ駆動を実行するように構成されている。駆動方法の切替は、第１の実施形態と同様に、駆動方法切替器２４によって実行される。駆動方法切替器２４から出力された切替信号に応じてスイッチ３１が切り替えられることによって、上記駆動方法が切り替えられる。図５においては、スイッチ３１はマイクロステップ駆動を選択している。 [Second Embodiment]
FIG. 5 shows a second embodiment. As in the first embodiment, the stepping motor drive control device 20 is configured to execute microstep drive when the N-phase stepping motor 35 is stopped and in the low speed region, and execute speed servo drive in the middle and high speed regions. Has been. Switching of the driving method is executed by the driving method switch 24 as in the first embodiment. By switching the switch 31 according to the switching signal output from the driving method switch 24, the driving method is switched. In FIG. 5, the switch 31 selects microstep driving.

速度指示作成器２１に接続された速度制御器２２、第１の電流指示作成器２３、第１の電気角作成器２７は、第１の実施形態における速度サーボ駆動部４に対応する。第２の電気角作成器２９、第２の電流指示作成器３０は、第１の実施形態におけるマイクロステップ駆動部３に対応する。速度指示作成器２１、駆動切替器２４、負荷推定器２５、速度検出器２６、偏差カウンタ２８、スイッチ３１、インバータ３３、電流検出器３４、位置検出器３６は、第１の実施形態における速度指示作成器２、駆動切替器７、負荷推定器６、速度検出器１０、偏差カウンタ５、スイッチ８、インバータ９、電流検出器１１、位置検出器１３とそれぞれ同様の処理を実行する。   The speed controller 22, the first current instruction generator 23, and the first electrical angle generator 27 connected to the speed instruction generator 21 correspond to the speed servo drive unit 4 in the first embodiment. The second electrical angle creator 29 and the second current instruction creator 30 correspond to the microstep drive unit 3 in the first embodiment. The speed instruction generator 21, the drive switch 24, the load estimator 25, the speed detector 26, the deviation counter 28, the switch 31, the inverter 33, the current detector 34, and the position detector 36 are the speed instructions in the first embodiment. Processing similar to that performed by the generator 2, the drive switching unit 7, the load estimator 6, the speed detector 10, the deviation counter 5, the switch 8, the inverter 9, the current detector 11, and the position detector 13 is executed.

定常状態における速度サーボ駆動では、位置指示θ＊を入力とする速度指示作成器２１から出力された速度指示ωｓと、回転子位置θｒから速度検出器２６によって算出された回転子速度ωｒとが速度制御器２２に入力される。速度制御器２２は、ＰＩ制御器を備え、速度指示ωｓと回転子速度ωｒとの差分に対してＰＩ制御を行ない、トルク分電流指示を形成して第１の電流指示作成器２３に出力する。 The speed servo drive in the steady state, the speed instruction omega s output from the speed instruction generator 21 which receives the position instruction theta *, rotor speed omega r calculated by the speed detector 26 from rotor position theta r Are input to the speed controller 22. The speed controller 22 includes a PI controller, performs PI control with respect to the difference between the speed instruction ω s and the rotor speed ω r , forms a current component for torque, and sends the current instruction to the first current instruction generator 23. Output.

第１の電流指示作成器２３は、トルク分電流指示と、回転子位置θｒから第１の電気角作成器２７によって作成された速度サーボ駆動のための電気角とから、速度サーボ駆動用の交流電流指示を形成して、スイッチ３１を介して、電流制御器３２に出力する。電流制御器３２は、交流電流指示と、電流検出器３４によって検出したステッピングモータ３５の実電流ｉＮとから速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを形成して、インバータ３３に出力する。インバータ３３は速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを電力増幅し、ステッピングモータ３５を速度サーボ駆動する。 The first current command generator 23, a torque current instruction, and an electrical angle for velocity servo drive created from the rotor position theta r by the first electrical angle generator 27, for velocity servo drive An alternating current instruction is formed and output to the current controller 32 via the switch 31. The current controller 32 forms a speed servo drive command V sN from the alternating current instruction and the actual current i N of the stepping motor 35 detected by the current detector 34, and outputs it to the inverter 33. The inverter 33 amplifies the power of the speed servo drive command V sN and drives the stepping motor 35 by speed servo.

定常状態におけるマイクロステップ駆動では、第２の電気角作成器２９が位置指示θ＊を入力としてマイクロステップ駆動用の電気角指示（励磁電気角）θｍを第２の電流指示作成器３０に出力する。電流指示作成器３０は、電気角指示θｍと電流指示ｉ＊からマイクロステップ駆動用の交流電流指示を形成して、スイッチ３１を介して電流制御器３２に出力する。電流制御器３２は、交流電流指示と、電流検出器３４によって検出したステッピングモータ３５の実電流ｉＮとからマイクロステップ駆動用指令ＶｍＮを形成して、インバータ３３に入力する。インバータ３３はマイクロステップ駆動用指令ＶｍＮを電力増幅し、ステッピングモータ３５をマイクロステップ駆動する。 In the micro step drive in the steady state, the second electrical angle generator 29 receives the position instruction θ * as an input and outputs the electrical angle instruction (excitation electrical angle) θ m for the micro step drive to the second current instruction generator 30. To do. The current instruction generator 30 forms an alternating current instruction for microstep driving from the electrical angle instruction θ m and the current instruction i *, and outputs it to the current controller 32 via the switch 31. The current controller 32 forms a microstep drive command V mN from the alternating current instruction and the actual current i N of the stepping motor 35 detected by the current detector 34, and inputs it to the inverter 33. The inverter 33 amplifies the power of the microstep drive command V mN and drives the stepping motor 35 by microstep.

マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替わるときには、第１の実施形態と同様に、偏差カウンタ２８によって出力された位置指示θ＊と回転子位置θｒとの偏差ｄｍと、電流指示ｉ＊とから負荷推定器２５がマイクロステップ駆動時における負荷推定値Ｔｍを算出して速度制御器２２に出力する。
推定負荷値Ｔｍに見合った積分初期値が速度制御器２２の積分器に設定されて、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替わるときの速度変動が抑制される。 When switched to the speed servo drive from the micro step drive, as in the first embodiment, the deviation d m between the output position indicated theta * a rotor position theta r by deviation counter 28, the current instruction i * The load estimator 25 calculates a load estimated value T m at the time of microstep driving and outputs it to the speed controller 22.
Integral initial value commensurate with the estimated load value T m is set to the integrator of the speed controller 22, the speed fluctuation when switching to the speed servo drive from the micro step drive is reduced.

［第３の実施形態］
図６に第３の実施形態を示す。第３の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置４０は、第２の実施形態における電流制御器３２の代わりに、速度サーボ駆動用電流制御器３２ａとマイクロステップ駆動用電流制御器３２ｂの２つの電流制御器を設けたものである。
速度サーボ駆動用電流制御器３２ａは、第１の電流指示作成器２３から出力された交流電流指示と、電流検出器３４によって検出したステッピングモータ３５の実電流ｉＮとから速度サーボ駆動用指令ＶｓＮを形成し、スイッチ３１を介してインバータ３３に出力するように構成されている。マイクロステップ駆動用電流制御器３２ｂは、第２の電流指示作成器３０から出力された交流電流指示と、電流検出器３４によって検出したステッピングモータ３５の実電流ｉＮとからマイクロステップ駆動用指令ＶｍＮを形成し、スイッチ３１を介してインバータ３３に入力するように構成されている。 [Third Embodiment]
FIG. 6 shows a third embodiment. The stepping motor drive control device 40 according to the third embodiment has two currents, a speed servo drive current controller 32a and a microstep drive current controller 32b, instead of the current controller 32 in the second embodiment. A controller is provided.
Velocity servo drive current controller 32a is first alternating current instruction and output from the current command generator 23, the actual current i N and for the speed servo drive command from the V of the stepping motor 35 detected by the current detector 34 sN is formed and output to the inverter 33 via the switch 31. Microstep driving current controller 32b includes an AC current command and output from the second current command generator 30, the actual current i N from micro step drive command V of the stepping motor 35 detected by the current detector 34 mN is formed and input to the inverter 33 via the switch 31.

図５を参照して説明した第２の実施形態においては、電流制御器３２が駆動方法切替スイッチ３１の後段に配置されているため、アナログ回路による電流制御も可能であり、高速な応答を実現することができる。これに対して、図６を参照して説明した第３の実施形態においては、電流制御器３２ａ，３２ｂが駆動方法切替スイッチ３１の前段に配置されているため、駆動指令を形成するための回路要素を全てデジタル回路によって構成することができる。   In the second embodiment described with reference to FIG. 5, since the current controller 32 is arranged at the subsequent stage of the driving method changeover switch 31, current control by an analog circuit is also possible, and high-speed response is realized. can do. On the other hand, in the third embodiment described with reference to FIG. 6, the current controllers 32 a and 32 b are arranged in the preceding stage of the driving method changeover switch 31, and therefore a circuit for forming a driving command. All elements can be constituted by digital circuits.

［第４の実施形態］
図７に第４の実施形態を示す。第４の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置５０においては、位置検出器を設けずに、位置センサレス制御によって速度サーボ駆動を実現している。図７において、速度指示作成器５２に接続された減算器５３、速度制御器５４、電流制御器５５、適応オブザーバ５６、積分器５７、座標変換器５８は、第１の実施形態における速度サーボ駆動部４に対応する。電気角作成器５９、座標変換器６０、（図示しない）減算器を備えた電流制御器６１は第１の実施形態におけるマイクロステップ駆動部３に対応する。 [Fourth Embodiment]
FIG. 7 shows a fourth embodiment. In the stepping motor drive control device 50 according to the fourth embodiment, speed servo drive is realized by position sensorless control without providing a position detector. In FIG. 7, the subtractor 53, the speed controller 54, the current controller 55, the adaptive observer 56, the integrator 57, and the coordinate converter 58 connected to the speed instruction generator 52 are the speed servo drive in the first embodiment. This corresponds to part 4. An electric angle generator 59, a coordinate converter 60, and a current controller 61 including a subtracter (not shown) correspond to the microstep drive unit 3 in the first embodiment.

定常状態のセンサレス駆動において、速度指示作成器５２は位置指示θ＊を入力として速度指示ωｓを算出して減算器５３に入力する。減算器５３は、速度指示作成器５２から出力された速度指示ωｓと、電流検出器６６によって検出された実電流ｉＮに基づいて推定された推定速度との差分を算出して速度制御器５４に出力する。速度制御器５４は、ＰＩ制御器を備え、入力された差分に対してＰＩ制御を行なってトルク分電流指示を形成し、該トルク分電流指示を電流制御器５５に出力している。 In the sensorless driving in the steady state, the speed instruction generator 52 calculates the speed instruction ω s with the position instruction θ * as an input, and inputs it to the subtractor 53. The subtractor 53 calculates a difference between the speed instruction ω s output from the speed instruction generator 52 and the estimated speed estimated based on the actual current i N detected by the current detector 66 to calculate a speed controller. To 54. The speed controller 54 includes a PI controller, performs PI control on the input difference to form a torque component current instruction, and outputs the torque component current instruction to the current controller 55.

電流制御器５５は、ＰＩ制御器を備え、予め設定され又は算出された推定励磁分電流指示及びトルク分電流指示と、電流検出器６６によって検出された実電流から算出された励磁分電流及びトルク分電流との差分を算出してＰＩ制御を実行し、ｄｑ軸電圧指示Ｖｄｑｓを形成して出力している。ｄｑ軸電圧指示Ｖｄｑｓはスイッチ６４を介して座標変換器６７に入力される。座標変換器６７には、さらにスイッチ６５を介して、電流検出器６６によって検出された実電流ｉＮに基づいて推定された推定電気角が入力される。 The current controller 55 includes a PI controller, and an excitation current and torque calculated from an estimated excitation current instruction and a torque current instruction that are set or calculated in advance and an actual current detected by the current detector 66. The PI control is executed by calculating the difference from the divided current, and the dq axis voltage instruction V dqs is formed and output. The dq axis voltage instruction V dqs is input to the coordinate converter 67 via the switch 64. An estimated electrical angle estimated based on the actual current i N detected by the current detector 66 is further input to the coordinate converter 67 via the switch 65.

座標変換器６７はｄｑ軸電圧指示Ｖｄｑｓと推定電気角とを入力としてｄｑ−３相変換を実行し、センサレス駆動用指令ＶｓＮをＰＷＭインバータ６８に入力する。ＰＷＭインバータ６８はセンサレス駆動用指令ＶｓＮを電力増幅し、ステッピングモータ５１をセンサレス駆動する。 The coordinate converter 67 receives the dq axis voltage instruction V dqs and the estimated electrical angle as input, performs dq-3 phase conversion, and inputs a sensorless driving command V sN to the PWM inverter 68. The PWM inverter 68 amplifies the power of the sensorless drive command V sN and drives the stepping motor 51 sensorlessly.

前記推定速度及び前記推定電気角は、適応オブザーバ５６によって算出される。適応オブザーバ５６には電流検出器６６によって検出された実電流が座標変換器５８を介して入力される。座標変換器５８はフィードバックされた推定電気角と入力された実電流（相電流）とから、３相−ｄｑ変換を実行して、励磁分電流とトルク分電流（ｄｑ軸電流）とを算出して、適応オブザーバ５６に入力している。   The estimated speed and the estimated electrical angle are calculated by the adaptive observer 56. The actual current detected by the current detector 66 is input to the adaptive observer 56 via the coordinate converter 58. The coordinate converter 58 performs a three-phase-dq conversion from the estimated electrical angle fed back and the input actual current (phase current), and calculates an excitation current and a torque current (dq axis current). To the adaptive observer 56.

適応オブザーバ５６は、入力された実電流（ｄｑ軸電流）と、電流制御器５５から出力されたｄｑ軸電圧指示Ｖｄｑｓの電圧とから推定速度を算出し、該推定速度を積分器５７を介して積分することによって推定電気角を算出している。
本実施形態のように、センサレス制御手段として適応オブザーバ５６を使用すると、各制御部分のゲイン設定が容易になる。 The adaptive observer 56 calculates an estimated speed from the input actual current (dq axis current) and the voltage of the dq axis voltage instruction V dqs output from the current controller 55, and the estimated speed is passed through the integrator 57. The estimated electrical angle is calculated by integrating.
When the adaptive observer 56 is used as the sensorless control unit as in the present embodiment, the gain setting of each control part is facilitated.

マイクロステップ駆動からセンサレス駆動に切り替えるときは、負荷推定器６２によって算出した負荷推定値Ｔｍに見合う積分初期値を速度制御器５４の積分器に設定する。本実施形態において、負荷推定器６２は、ステッピングモータ５１の各相への印加電圧、すなわち、マイクロステップ駆動指令ＶｍＮと、電流検出器６６で検出した実電流ｉＮとに基づいてステッピングモータ５１の回転子位置を推定し、推定した回転子位置と電気角作成器５９から出力された電気角指示θｍとの偏差から負荷角を求めて、マイクロステップ駆動時の負荷推定値Ｔｍを算出する。回転子位置の推定方法としては、例えば、特開２００４−１８０３５４号公報に開示された方法を用いることができる。
本実施形態では、電流制御器５５においてもＰＩ制御を実行しているため、電流制御器５５の積分器においても、負荷推定器６２で算出した負荷推定値Ｔｍに見合う積分初期値を設定する。 When switching from the micro step drive for the sensorless drive sets the integral initial value commensurate with the load estimated value T m calculated by the load estimator 62 to the integrator of the speed controller 54. In the present embodiment, the load estimator 62 is based on the voltage applied to each phase of the stepping motor 51, that is, the microstep drive command V mN and the actual current i N detected by the current detector 66. The load angle is obtained from the deviation between the estimated rotor position and the electrical angle instruction θ m output from the electrical angle generator 59, and the estimated load value T m at the time of microstep driving is calculated. To do. As a method for estimating the rotor position, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-180354 can be used.
In the present embodiment, since the running even PI control in the current controller 55, in the integrator of the current controller 55 sets the integral initial value commensurate with the load estimated value T m calculated by the load estimator 62 .

一般的に、マイクロステップ駆動からセンサレス駆動への切替時ほどではないが、センサレス駆動からマイクロステップ駆動へ切り替える際にも、速度変動が生じる可能性がある。本実施形態におけるステッピングモータ駆動制御装置５０は、センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替に起因する過渡現象についても抑制するために、以下のような処理を実行している。   Generally, although not as much as when switching from micro-step driving to sensorless driving, there is a possibility of speed fluctuations when switching from sensorless driving to micro-step driving. The stepping motor drive control device 50 in the present embodiment performs the following processing in order to suppress a transient phenomenon caused by switching from sensorless drive to microstep drive.

センサレス駆動からマイクロステップ駆動への切替時に、電気角作成器５９が、センサレス駆動時におけるモータ５１の負荷の値を示す負荷推定値Ｔｓを、速度制御器５４から取得し、該推定負荷値Ｔｓと位置指示θ＊とに基づいて、該推定負荷値Ｔｓに見合う電流をステッピングモータ５１に流すように電気角指示θｍを形成する。速度制御器５４は前記速度指示ωｓと推定速度との差分に基づいて算出したトルク分電流に対して、予め与えられているモータ定数を乗じて負荷推定値Ｔｓを算出している。上記駆動方法の切替時に、電気角作成器５９が取得する負荷推定値Ｔｓは、センサレス駆動からマイクロステップ駆動へ切り替えられる直前に速度制御器５４によって算出された負荷推定値Ｔｓである。 At the time of switching from the sensorless drive to the microstep drive, the electrical angle generator 59 obtains the load estimated value T s indicating the load value of the motor 51 during the sensorless drive from the speed controller 54, and the estimated load value T s and position indication theta * and on the basis, to form an electrical angle instruction theta m to flow a current commensurate with the estimated load value T s to the stepping motor 51. The speed controller 54 calculates a load estimated value T s by multiplying a torque component current calculated based on the difference between the speed instruction ω s and the estimated speed by a motor constant given in advance. When switching of the driving method, load estimated value T s electrical angle generator 59 obtains is a load estimated value T s calculated by the speed controller 54 immediately before is switched from the sensorless drive to the micro step drive.

電気角作成器５９には、さらに位置指示θ＊が入力される。この位置指示θ＊は、マイクロステップ駆動に切り替わる際に位置誤差調整器６９にも入力される。以下、位置誤差調整器６９について説明する。位置誤差調整器６９には、前記位置指示θ＊に加えて、適応オブザーバ５６から積分器５７を介して出力された推定電気角が入力される。
位置誤差調整器６９は、推定電気角と位置指示θ＊の偏差を算出して、電気角作成器５９に出力する。電気角作成器５９は入力された偏差を位置指示θ＊に加算する。電気角作成器５９は、前記偏差を加算した位置指示θ＊と負荷推定値Ｔｓとから、センサレス駆動時の負荷に見合う電流がモータ５１に流れるように、電気角指示（励磁電気角）θｍを形成して、座標変換器６０に出力している。 A position instruction θ * is further input to the electrical angle creator 59. This position instruction θ * is also input to the position error adjuster 69 when switching to microstep driving. Hereinafter, the position error adjuster 69 will be described. The position error adjuster 69 receives the estimated electrical angle output from the adaptive observer 56 via the integrator 57 in addition to the position instruction θ * .
The position error adjuster 69 calculates the deviation between the estimated electrical angle and the position instruction θ * , and outputs it to the electrical angle creator 59. The electrical angle generator 59 adds the input deviation to the position instruction θ * . The electrical angle generator 59 uses the electrical angle instruction (excitation electrical angle) θ so that a current corresponding to the load during sensorless driving flows from the position instruction θ * to which the deviation is added and the estimated load value T s to the motor 51. m is formed and output to the coordinate converter 60.

前記位置誤差調整器６９は、速度制御系であるセンサレス駆動と位置制御系であるマイクロステップ駆動とを切り替えるときに生じる演算誤差を解消する目的を有している。すなわち、センサレス駆動では、速度指示作成器５２を介して位置指示θ＊から速度指示ωｓを算出する等、位置と速度の変換を実行している。したがって、このような変換の過程で生じた演算誤差によって速度指示と位置指示の整合がとれなくなる可能性がある。 The position error adjuster 69 has a purpose of eliminating calculation errors that occur when switching between sensorless driving, which is a speed control system, and microstep driving, which is a position control system. That is, in sensorless driving, position and speed conversion is performed, for example, the speed instruction ω s is calculated from the position instruction θ * via the speed instruction generator 52. Therefore, there is a possibility that the speed instruction and the position instruction cannot be matched due to the calculation error generated during the conversion process.

そこで、位置誤差調整器６９は、速度指示と位置指示の整合をとるために、入力された推定電気角と入力された位置指示θ＊との偏差を算出して、電気角作成器５９に出力している。そして、電気角作成器５９は該偏差を位置指示θ＊に加算して電気角指示θｍを形成している。これにより、マイクロステップ駆動に切り替えたときに、演算誤差等が解消された電気角指示θｍが出力されることになる。 Therefore, the position error adjuster 69 calculates a deviation between the input estimated electrical angle and the input position instruction θ * and outputs the deviation to the electrical angle creator 59 in order to match the speed instruction and the position instruction. is doing. Then, the electrical angle generator 59 forms an electrical angle instruction theta m by adding the deviation to the position indicated theta *. Accordingly, when switching the micro step drive, a calculation error or the like so that the resolved electrical angle instruction theta m is output.

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施形態における定常時の速度サーボ駆動及びマイクロステップ駆動は上記実施形態に限定されない。他の構成要素及び制御によって実行される様々な速度サーボ駆動及びマイクロステップ駆動を本発明に適用することができる。 [Other Embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention.
For example, the steady-state speed servo drive and microstep drive in the above embodiment are not limited to the above embodiment. Various speed servo drives and microstep drives performed by other components and controls can be applied to the present invention.

上記第１〜第３の実施形態において、第４の実施形態と同様に、速度サーボ駆動からマイクロステップ駆動への切替に起因する過渡現象を抑制するための構成を備えても良い。この場合、第１〜第３の実施形態における速度制御器は、速度指示ωｓと回転子速度ωｒとの差分に基づいて算出したトルク分電流に対して、予め与えられているモータ定数を乗じて負荷推定値Ｔｓを算出する。負荷推定値Ｔｓを用いたマイクロステップ駆動用電気角の作成は第４の実施形態と同様の処理によって実行することができる。 In the first to third embodiments, similarly to the fourth embodiment, a configuration for suppressing a transient phenomenon caused by switching from speed servo drive to microstep drive may be provided. In this case, the speed controller in the first to third embodiments uses a motor constant given in advance for the torque component current calculated based on the difference between the speed instruction ω s and the rotor speed ω r. multiplied to calculate the estimated load T s to. The creation of the electrical angle for microstep driving using the estimated load value T s can be executed by the same process as in the fourth embodiment.

上記第４の実施形態では、位置誤差調整器６９は、速度サーボ駆動からマイクロステップ駆動へ切り替えたときに動作している。しかしながら、位置誤差調整器６９は速度サーボ駆動中に動作して位置誤差を調整することもできる。この場合、位置誤差調整器６９は、速度サーボ駆動中において、位置指示θ＊と推定電気角の偏差を算出して速度指示作成器５２に出力する。速度指示作成器５２は該偏差を位置指示θ＊に加算して該偏差を加算した位置指示θ＊から速度指示を算出することによって、演算誤差等が補正された速度指示を出力する。このように、速度サーボ駆動中に速度指示作成器５２から出力される速度指示が位置誤差調整器６９を介してすでに調整されている場合には、マイクロステップ駆動へ切り替える際に、推定電気角の位置指示θ＊に対する誤差等を補正する必要はない。したがって、上記第４の実施形態において、速度サーボ駆動中に位置誤差調整器６９を介して上記速度指示を調整した場合には、位置誤差調整器６９は、前記偏差を電気角作成器５９に出力する必要はない。 In the fourth embodiment, the position error adjuster 69 operates when switching from speed servo drive to microstep drive. However, the position error adjuster 69 can also operate during speed servo driving to adjust the position error. In this case, the position error adjuster 69 calculates the deviation between the position instruction θ * and the estimated electrical angle and outputs it to the speed instruction generator 52 during the speed servo driving. Velocity command generator 52 by calculating the speed instruction from the position indicator theta * obtained by adding the deviation by adding the deviation to the position indicated theta *, and outputs a speed instruction operation error or the like is corrected. As described above, when the speed instruction output from the speed instruction generator 52 during the speed servo driving has already been adjusted via the position error adjuster 69, the estimated electric angle is changed when switching to microstep driving. It is not necessary to correct an error with respect to the position instruction θ * . Therefore, in the fourth embodiment, when the speed instruction is adjusted via the position error adjuster 69 during the speed servo drive, the position error adjuster 69 outputs the deviation to the electrical angle generator 59. do not have to.

上記第４の実施形態において、速度サーボ駆動時の負荷推定値Ｔｓは速度制御器５４においてトルク分電流に基づいて算出されているが、これに限定されない。例えば、座標変換器５８から出力されるトルク分電流に、任意の演算手段を介してモータ定数を乗じることによって速度サーボ駆動時の負荷推定値Ｔｓを算出し、該算出した負荷推定値Ｔｓを電気角作成器５９に入力するように構成しても良い。 In the fourth embodiment, the load estimated value T s at the time of the speed servo drive is calculated based on the torque current by the speed controller 54, but is not limited to this. For example, the torque current outputted from the coordinate converter 58 calculates a load estimated value T s at the speed servo drive by multiplying the motor constant over any computing means, the calculated out load estimated value T s May be input to the electrical angle generator 59.

第１の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the stepping motor drive control device concerning a 1st embodiment. マイクロステップ駆動を実行した場合と速度サーボ駆動を実行した場合における、効率とトルクの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between efficiency and a torque in the case where a micro step drive is performed and the case where a speed servo drive is performed. サーボ駆動方式として位置制御を実行した場合における、サーボモータの慣性負荷によるステップ応答シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the step response simulation by the inertial load of a servomotor at the time of performing position control as a servo drive system. サーボ駆動方式として速度制御を実行した場合における、サーボモータの慣性負荷によるステップ応答シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the step response simulation by the inertial load of a servomotor when speed control is performed as a servo drive system. 第２の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a stepping motor drive control device according to a second embodiment. 第３の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a stepping motor drive control device according to a third embodiment. 第４の実施形態に係るステッピングモータ駆動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the stepping motor drive control device concerning a 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１，２０，４０，５０ ステッピングモータ駆動制御装置
３ マイクロステップ駆動部
４ 速度サーボ駆動部
６，２５，６２ 負荷推定器
７，２４，６３ 駆動方法切替器
１１，３４，６６ 電流検出器
１２，３５，５１ ステッピングモータ
２，２１，５２ 速度指示作成器
２２，５４ 速度制御器
２７，２９，５９ 電気角作成器
３２，５５，６１ 電流制御器
５６ 適応オブザーバ
６９ 位置誤差調整器 1, 20, 40, 50 Stepping motor drive control device 3 Microstep drive unit 4 Speed servo drive unit 6, 25, 62 Load estimator 7, 24, 63 Drive method switch 11, 34, 66 Current detector 12, 35 , 51 Stepping motor 2, 21, 52 Speed indication generator 22, 54 Speed controller 27, 29, 59 Electrical angle generator 32, 55, 61 Current controller 56 Adaptive observer 69 Position error adjuster

Claims (4)

マイクロステップ駆動と速度サーボ駆動とを切り替えてステッピングモータを制御するステッピングモータ駆動制御装置であって、
前記ステッピングモータに流れる実電流を検出する電流検出器と、
位置指示から形成された速度指示と、検出した前記実電流とに基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定する第１の駆動指令を形成する速度サーボ駆動手段と、
予め設定又は算出された電流指示と、前記位置指示と、検出した前記実電流とに基づいて、前記ステッピングモータの各相に流す駆動電流を決定する第２の駆動指令を形成するマイクロステップ駆動手段と、
前記マイクロステップ駆動時における前記ステッピングモータの負荷を推定して負荷推定値を得る負荷推定器と
を備え、
前記速度サーボ制御手段は、マイクロステップ駆動から速度サーボ駆動に切り替えたときに、前記駆動電流を前記推定した負荷に見合う大きさに決定すべく、前記第１の駆動指令の形成要素として前記負荷推定値を用いるように構成されている、ステッピングモータ駆動制御装置。 A stepping motor drive control device for controlling a stepping motor by switching between micro step drive and speed servo drive,
A current detector for detecting an actual current flowing through the stepping motor;
Speed servo drive means for forming a first drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on the speed instruction formed from the position instruction and the detected actual current;
Microstep drive means for forming a second drive command for determining a drive current to be passed through each phase of the stepping motor based on a current instruction set or calculated in advance, the position instruction, and the detected actual current When,
A load estimator that estimates a load of the stepping motor at the time of the microstep drive and obtains a load estimated value;
The speed servo control means is configured to determine the load current as a forming element of the first drive command so as to determine the drive current to have a magnitude corresponding to the estimated load when switching from microstep drive to speed servo drive. A stepping motor drive control device configured to use a value. 前記ステッピングモータの回転子位置を検出する位置検出器を備え、
前記負荷推定器は、検出した前記回転子位置と、前記位置指示との偏差から前記負荷推定値を算出することを特徴とする、請求項１に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 A position detector for detecting a rotor position of the stepping motor;
The stepping motor drive control device according to claim 1, wherein the load estimator calculates the load estimated value from a deviation between the detected rotor position and the position instruction. 前記速度サーボ駆動手段は、前記検出した実電流から前記ステッピングモータの回転子速度を推定し、該推定した回転子速度を用いて前記第１の駆動指令を形成する、位置センサレス駆動を実行し、
前記負荷推定器は、前記第２の駆動指令と前記実電流とから前記ステッピングモータの回転子位置を推定して、該推定した回転子位置と前記位置指示との偏差から前記負荷推定値を算出することを特徴とする、請求項１に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 The speed servo drive means performs a position sensorless drive that estimates a rotor speed of the stepping motor from the detected actual current and forms the first drive command using the estimated rotor speed;
The load estimator estimates a rotor position of the stepping motor from the second drive command and the actual current, and calculates the load estimated value from a deviation between the estimated rotor position and the position instruction. The stepping motor drive control device according to claim 1, wherein 前記速度サーボ制御手段は、
前記速度指示と前記回転子速度との偏差にＰＩ補償を施すことによって得られるトルク分電流指示を用いて前記第１の駆動指令を形成すると共に、
前記速度サーボ駆動に切り替えたときに、前記負荷推定値を用いて前記ＰＩ補償のための積分要素の初期値を設定するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステッピングモータ駆動制御装置。 The speed servo control means includes
Forming the first drive command using a torque current instruction obtained by applying PI compensation to a deviation between the speed command and the rotor speed;
4. The structure according to claim 1, wherein an initial value of an integral element for the PI compensation is set using the load estimated value when the speed servo drive is switched. A stepping motor drive control device according to claim 1.
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