JP4610214B2 - Stepping motor excitation control method - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンのスロットルバルブ等を駆動するステッピングモータの制御方法に関するものであり、より詳しくは、該ステッピングモータの励磁制御に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling a stepping motor that drives a throttle valve of an engine, and more particularly to excitation control of the stepping motor.
従来、ステッピングモータにて各種制御バルブを駆動し、これによりバルブ開度を制御することが行われている。例えば、ガスエンジンにおいては、混合気制御用のスロットルバルブや、燃料制御用のスロットルバルブ等を、ステッピングモータにより駆動することが行われている。このステッピングモータにおいては、図６に示すごとく、１−２相励磁や、２相励磁といった励磁パターンが用いられるものである。また、ステッピングモータの励磁制御に関し、状況に応じて励磁速度パターン（ステップ位置を変更する出力信号の周波数）を変更する構成について開示する文献も存在する（例えば、特許文献１参照。）。 Conventionally, various control valves are driven by a stepping motor, thereby controlling the valve opening. For example, in a gas engine, a throttle valve for air-fuel mixture control, a throttle valve for fuel control, and the like are driven by a stepping motor. In this stepping motor, as shown in FIG. 6, an excitation pattern such as 1-2 phase excitation or 2 phase excitation is used. In addition, regarding excitation control of a stepping motor, there is a document that discloses a configuration that changes an excitation speed pattern (frequency of an output signal that changes a step position) according to a situation (see, for example, Patent Document 1).
上記励磁パターン（図６）につき、１−２相励磁は、２相励磁と比較して、分解能を高いものとすることができる。他方、２相励磁は、１−２相励磁と比較して、回転速度を早いものとすることができる。この回転速度の違いは、励磁速度パターンが常に一定であることに基づくものである。このことから解るように、１−２相励磁では、分解能が高いといった利点があり、２相励磁では、駆動速度が速いといった利点がある。そして、ステッピングモータによるスロットルバルブの制御を考えた場合、大きな制御量が必要とされる際に２相励磁を採用することによれば、より短時間でスロットルバルブの開度を目標値と一致させることができるようになる。つまりは、追従性を向上させることができる（速度重視）。一方、小さな制御量が必要とされる際に１−２相励磁を採用することによれば、より高精度な開度制御（よりセンシティブな位置決め）が行えるようになる（分解能重視）。このように、状況に応じて励磁パターンを切り換えることによれば、上記特許文献１で開示されるような励磁速度パターンの変更によらずに、制御対象（スロットルバルブ、引いてはエンジンの回転数）の追従性の向上や、高精度な駆動制御を行えることになる。そこで、本発明は、状況に応じて励磁パターンを切り換えるステッピングモータの励磁制御方法を提案するものである。 With respect to the excitation pattern (FIG. 6), the 1-2 phase excitation can have a higher resolution than the two phase excitation. On the other hand, in the two-phase excitation, the rotation speed can be increased as compared with the 1-2 phase excitation. This difference in rotational speed is based on the fact that the excitation speed pattern is always constant. As can be seen from this, 1-2 phase excitation has the advantage of high resolution, and two phase excitation has the advantage of high drive speed. When considering the control of the throttle valve by the stepping motor, the two-phase excitation is adopted when a large control amount is required, so that the opening degree of the throttle valve can be matched with the target value in a shorter time. Will be able to. In other words, the followability can be improved (emphasis on speed). On the other hand, by adopting 1-2 phase excitation when a small control amount is required, more accurate opening degree control (more sensitive positioning) can be performed (emphasis on resolution). In this way, by switching the excitation pattern according to the situation, the control target (throttle valve, and hence the engine speed) can be obtained without changing the excitation speed pattern as disclosed in Patent Document 1. ) Can be improved, and high-precision drive control can be performed. Therefore, the present invention proposes an excitation control method for a stepping motor that switches the excitation pattern depending on the situation.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
請求項１においては、ステッピングモータの操作量を求めるとともに、励磁パターンが１−２相励磁のときに、前記操作量が第１所定値以上である場合、２相励磁に変更する一方、励磁パターンが２相励磁のときに、前記操作量が第２所定値以下である場合、１−２相励磁に変更する、ステッピングモータの励磁制御方法において、第１所定値を第２所定値よりも大きい値としたものである。
In
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項１においては、ステッピングモータの操作量を求めるとともに、励磁パターンが１−２相励磁のときに、前記操作量が第１所定値以上である場合、２相励磁に変更する一方、励磁パターンが２相励磁のときに、前記操作量が第２所定値以下である場合、１−２相励磁に変更する、ステッピングモータの励磁制御方法において、第１所定値を第２所定値よりも大きい値としたものであるから、操作量が第１所定値以上の場合では２相励磁が採用され、駆動速度が早くなり、制御対象の追従性の向上が図られる。また、操作量が第２所定値以下の場合では、１−２相励磁が採用され、分解能が高くなり、高精度な駆動制御を行うことができる。
In
次に、発明の実施の形態を説明する。 Next, embodiments of the invention will be described.
図１は本発明を適用し得るガスエンジンのシステム構成について示す図、図２は制御に関する構成のブロック図、図３は実施例１の制御フローについて示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a gas engine to which the present invention can be applied, FIG. 2 is a block diagram of a configuration relating to control, and FIG. 3 is a diagram showing a control flow of the first embodiment.
図４は実施例１における所定値の設定例について示す図、図５は実施例２の制御フローについて示す図、図６は１−２相励磁、２相励磁について示す図である。 4 is a diagram showing an example of setting a predetermined value in the first embodiment, FIG. 5 is a diagram showing a control flow of the second embodiment, and FIG. 6 is a diagram showing 1-2 phase excitation and two phase excitation.
図１に示す構成は、本発明を適用する一例として、ガスエンジンのシステム構成について示すものであり、シリンダ１への給気経路２に、混合気用のスロットルバルブ３が設けられ、また、ミキサ４への燃料供給経路５に燃料用のスロットバルブ６が設けられる構成とするものである。そして、各スロットルバルブ３・６は、それぞれステッピングモータ７・８により駆動され、開度が制御されるようになっている。
The configuration shown in FIG. 1 shows a system configuration of a gas engine as an example to which the present invention is applied. A
また、図２に示すごとく、ステッピングモータ７・８は、コントローラ９と接続され、該コントローラ９により１−２相励磁、又は２相励磁のいずれかで励磁制御されるものとしている。また、前記コントローラ９には、ガスエンジンの目標回転数１１と、実回転数１２（例えば、クランク軸の回転数）が入力され、コントローラ９は、これらの回転数を比較しステッピングモータ７・８の操作量１３・１４（制御量）を決定し、これを制御信号としてステッピングモータ７・８にそれぞれ出力する。また、この制御信号は、１−２相励磁又は２相励磁のいずれかが行なわれるための信号であり、コントローラ９は、各ステッピングモータ７・８につき、１−２相励磁、２相励磁のいずれを行うかについての決定を以下の例のように行う。
As shown in FIG. 2, the
図３に示すフローは、ステッピングモータの操作量（ステップ数）を判断基準として、１−２相励磁、２相励磁のいずれかを選択する方法について示すものである。即ち、ステッピングモータの励磁パターンにつき、目標回転数と実回転数の偏差より求まるステッピングモータの操作量（ステップ数）を求めるとともに、該操作量が所定値以上である場合には、２相励磁を採用する一方、前記操作量が所定値以下である場合には、１−２相励磁を採用することとするものである。以下、上記ガスエンジンに採用した場合の例を用いて詳述すると、コントローラは、ガスエンジンの目標回転数と、実回転数とを比較し、ステッピングモータの操作量を決定する（ステップ２０１）。尚、目標回転数は、例えば、ガスエンジンがコージェネレーション装置に用いられる場合に、定格回転数として予め設定される回転数であり、また、実回転数はクランク軸の回転数等である。つぎに、コントローラは、操作量が所定値以上である場合には（ステップ２０２）、励磁パターンにつき、２相励磁を採用することを決定し（ステップ２０３）、２相励磁による制御信号をステッピングモータに出力する（ステップ２０４）。これにより、ステッピングモータにおいては、駆動速度が早くなり、操作量が所定値以上であって、バルブ開度の大きな変更が必要とされる場合においても、短時間で目標のバルブ開度に設定することができるようになる。他方、コントローラは、操作量が所定値以下である場合には（ステップ２０２）、励磁パターンにつき、１−２相励磁を採用することを決定し（ステップ２０５）、１−２相励磁による制御信号をステッピングモータに出力する（ステップ２０６）。これにより、ステッピングモータにおいては、分解能が高くなり、操作量が所定値以下であって、バルブ開度の変更につき、よりセンシティブな位置決め（開度設定）が必要とされる場合において、最適なモータ駆動を行うことができるようになる。 The flow shown in FIG. 3 shows a method of selecting either 1-2 phase excitation or 2 phase excitation based on the operation amount (number of steps) of the stepping motor as a criterion. That is, for the excitation pattern of the stepping motor, the operation amount (step number) of the stepping motor obtained from the deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed is obtained, and when the operation amount is a predetermined value or more, two-phase excitation is performed. On the other hand, when the manipulated variable is equal to or less than a predetermined value, 1-2 phase excitation is adopted. Hereinafter, the controller will be described in detail with reference to an example in which the gas engine is used. The controller compares the target rotational speed of the gas engine with the actual rotational speed to determine the operation amount of the stepping motor (step 201). The target rotational speed is, for example, a rotational speed that is preset as a rated rotational speed when the gas engine is used in a cogeneration system, and the actual rotational speed is the rotational speed of the crankshaft or the like. Next, when the operation amount is equal to or larger than the predetermined value (step 202), the controller decides to adopt the two-phase excitation for the excitation pattern (step 203), and sends the control signal by the two-phase excitation to the stepping motor. (Step 204). As a result, in the stepping motor, the target valve opening is set in a short time even when the driving speed is increased, the operation amount is equal to or greater than the predetermined value, and a large change in the valve opening is required. Will be able to. On the other hand, when the operation amount is equal to or smaller than the predetermined value (step 202), the controller determines to adopt 1-2 phase excitation for the excitation pattern (step 205), and a control signal by 1-2 phase excitation. Is output to the stepping motor (step 206). As a result, in a stepping motor, the resolution becomes high, the manipulated variable is less than a predetermined value, and the more optimal positioning (opening setting) is required for changing the valve opening, the optimal motor It becomes possible to drive.
尚、１−２相励磁、２相励磁のいずれを採用するかの判断基準とされる上記所定値は、制御対象の種別・特性に応じて適宜設定されるものである。また、１−２相励磁から２相励磁への切換の際に適用される所定値と、２相励磁から１−２相励磁への切換の際に適用される所定値とを、別の値に設定してもよい。つまり、図４に示すごとく、現状、１−２相励磁である場合につき、操作量（ステップ数）が２９Ｓとなった際に、２相励磁に変更されるものとし、２相励磁である場合につき、操作量（ステップ数）が２６Ｓとなった際に、１−２相励磁に変更されるものとするなどである。これによれば、１−２相励磁と２相励磁の切換回数を削減でき、モータの脱調を防止することができる。 Note that the predetermined value, which is a criterion for determining whether to adopt 1-2 phase excitation or 2 phase excitation, is appropriately set according to the type and characteristics of the control target. Further, a predetermined value applied when switching from 1-2 phase excitation to 2-phase excitation and a predetermined value applied when switching from 2-phase excitation to 1-2 phase excitation are different values. May be set. That is, as shown in FIG. 4, in the case of the current 1-2 phase excitation, when the operation amount (number of steps) reaches 29S, it is changed to the 2-phase excitation, and the case of the 2-phase excitation. Therefore, when the operation amount (number of steps) reaches 26S, it is changed to 1-2 phase excitation. According to this, the number of times of switching between 1-2 phase excitation and 2 phase excitation can be reduced, and motor step-out can be prevented.
図５に示すフローは、例えば、ガスエンジン等において、エンジン（制御対象）の目標回転数（目標値）と実回転数（実測値）の差を判断基準として、１−２相励磁、２相励磁のいずれかを選択する方法について示すものである。即ち、ステッピングモータの励磁パターンにつき、制御対象の目標値と実測値の差の値を求めるとともに、該差の値が所定値以上である場合には、２相励磁を採用する一方、前記差の値が所定値以下である場合には、１−２相励磁を採用することとするものである。以下、上記ガスエンジンに採用した場合の例を用いて詳述すると、コントローラは、ガスエンジンの目標回転数と、実回転数とを比較し、両回転数の差の値を求める（ステップ４０１）。尚、目標回転数は、例えば、ガスエンジンがコージェネレーション装置に用いられる場合に、定格回転数として予め設定される回転数であり、また、実回転数はクランク軸の回転数等である。つぎに、コントローラは、前記差の値が所定値以上である場合には（ステップ４０２）、励磁パターンにつき、２相励磁を採用することを決定し（ステップ４０３）、２相励磁による制御信号をステッピングモータに出力する（ステップ４０４）。これにより、ステッピングモータにおいては、駆動速度が早くなり、差の値が所定値以上であって、バルブ開度の大きな変更が必要とされる場合においても、短時間で目標のバルブ開度に設定することができるようになる。他方、コントローラは、差の値が所定値以下である場合には（ステップ４０２）、励磁パターンにつき、１−２相励磁を採用することを決定し（ステップ４０５）、１−２相励磁による制御信号をステッピングモータに出力する（ステップ４０６）。これにより、ステッピングモータにおいては、分解能が高くなり、差の値が所定値以下であって、バルブ開度の変更につき、よりセンシティブな位置決め（開度設定）が必要とされる場合において、最適なモータ駆動を行うことができるようになる。 For example, in the flow shown in FIG. 5, in a gas engine or the like, 1-2 phase excitation, 2 phase, with the difference between the target rotational speed (target value) of the engine (control target) and the actual rotational speed (actual measurement value) as a criterion. It shows about the method of selecting either of excitation. That is, for the excitation pattern of the stepping motor, a difference value between the target value to be controlled and the actual measurement value is obtained, and when the difference value is equal to or greater than a predetermined value, two-phase excitation is adopted, If the value is less than or equal to the predetermined value, 1-2 phase excitation is adopted. Hereinafter, the controller will be described in detail with reference to an example in which the gas engine is employed. The controller compares the target rotational speed of the gas engine with the actual rotational speed to obtain a value of the difference between the rotational speeds (step 401). . The target rotational speed is, for example, a rotational speed that is preset as a rated rotational speed when the gas engine is used in a cogeneration system, and the actual rotational speed is the rotational speed of the crankshaft or the like. Next, when the difference value is equal to or larger than the predetermined value (step 402), the controller decides to adopt two-phase excitation for the excitation pattern (step 403), and outputs a control signal by two-phase excitation. Output to the stepping motor (step 404). As a result, in the stepping motor, the target valve opening can be set in a short time even when the driving speed is increased, the difference value is greater than or equal to the predetermined value, and a large change in the valve opening is required. Will be able to. On the other hand, when the difference value is equal to or smaller than the predetermined value (step 402), the controller determines to adopt 1-2 phase excitation for the excitation pattern (step 405), and control by 1-2 phase excitation. A signal is output to the stepping motor (step 406). As a result, in a stepping motor, the resolution becomes high, the difference value is not more than a predetermined value, and when more sensitive positioning (opening setting) is required for changing the valve opening, The motor can be driven.
また、この例では、上記実施例１とは異なり、ステッピングモータの操作量を直接の判断基準としないため、ステッピングモータの操作量と関係なく１−２相励磁、２相励磁の選択ができることになる。尚、この例では、制御対象をエンジンの回転数としたが、この他、制御対象をスロットルバルブとし、バルブ開度の目標値と実測値の差の値を判断基準として用いる等してもよい。 Further, in this example, unlike the first embodiment, since the operation amount of the stepping motor is not used as a direct determination criterion, it is possible to select 1-2 phase excitation or 2 phase excitation regardless of the operation amount of the stepping motor. Become. In this example, the control target is the engine speed, but the control target may be a throttle valve, and the difference between the target value of the valve opening and the actual measurement value may be used as a criterion. .
本発明は、あらゆる分野に使用されるステッピングモータの励磁制御方法として適用可能であり、特に、制御対象の状態が大きく変動することがあり、また、状態の変動が少ない場合において、高精度な制御が要求されるものに好適である。 The present invention can be applied as an excitation control method for a stepping motor used in various fields. In particular, when the state of a controlled object may fluctuate greatly, and when the fluctuation of the state is small, highly accurate control is possible. It is suitable for those requiring
１ シリンダ
２ 給気経路
３ スロットルバルブ
４ ミキサ
５ 燃料供給経路
６ スロットルバルブ
７ ステッピングモータ
８ ステッピングモータ
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