JPH11113289A

JPH11113289A - 位置制御用モータの制御装置

Info

Publication number: JPH11113289A
Application number: JP9272318A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takarada; 明彦宝田; Kazuo Abe; 一雄阿部
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-10-06
Also published as: JP4128249B2

Abstract

(57)【要約】【課題】指令位置に対して、回転子が、脱調すること
なく追従して信頼性が高く位置決めができ、かつ負荷変
動に対して安定化する。【解決手段】位置制御用モータ１の回転子位置を検出
する位置検出部２と、該検出部２からの検出信号と指令
位置信号とその偏差により、該モータ巻線に流す電流に
対応する信号を出力する制御部５と、制御部５からの出
力信号により、前記モータ巻線に流す電流を出力する増
幅部６ａ，６ｂとからなり、前記指令位置信号により、
モータ１の位置の制御装置でり、前記制御部５は、前記
偏差が、電気角で９０゜以内のときは、正弦波テーブル
１５により、前記指令位置信号に対応する正弦波データ
信号を出力し、前記偏差が、電気角で９０゜を超えると
きは、モータ１が、回転子位置に対し電気角で９０゜先
の励磁安定点となるように励磁される正弦波データ信号
を、前記正弦波テーブル１５により出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
やステッピングモータなどのような位置制御用モータの
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のブラシレスモータやステ
ッピングモータの位置制御用モータの制御装置として
は、ステッピングモータに代表される開ループの制御装
置と、エンコーダやレゾルバなどの位置検出器を使用し
て制御するＡＣサーボモータなどの閉ループの制御装置
がある。

【０００３】すなわち、前記開ループ制御装置の場合、
回転子位置に関係なく、位置指令によって前記モータの
励磁の切り替えを行っている。また、前記閉ループ制御
装置の場合、回転子位置を前記位置検出器により検出
し、これをフィードバックしている。通常、該モータの
励磁電流の位相は、回転子位置に対して、電気角で９０
゜先の励磁安定点になるように制御されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記開
ループ制御装置にあっては、該ステッピングモータに一
定の電流を流したときの、回転子変位と発生トルクとの
関係は、図６に示すようになる。この変位と発生トルク
との関係で、変位が９０゜に達したときに、発生トルク
は最大になり、±１８０゜以内では、もとに戻ろうとす
るトルクを発生するが、±１８０゜を超える範囲では、
回転子はもとの位置に戻ろうとはせずに、異なる安定点
に向かうトルクを発生し、位置ずれが発生するという問
題点があった。このため、電流の切り替えに、前記モー
タの回転子が追従出来ないときには、脱調し、位置制御
の信頼性が劣っていた。

【０００５】他方、閉ループ制御装置にあっては、前述
のように、通常、前記モータの励磁電流の位相は、回転
子位置に対して、電気角で９０゜先の励磁安定点になる
ように制御されている。このため、回転子の位置と励磁
安定点とが一致していないため、完全に静止することが
できず、微振動を発生する。また、励磁電流の大きさ
は、位置、速度などのフィードバックを組んで制御して
いるが、フィードバック制御による遅れがあり、ループ
ゲインの設定などが必要になる。

【０００６】この場合、（１）負荷系の変動に対して、
閉ループゲインの調整が必要となる。該負荷系の変動に
対して、安定な制御を行おうとすると、複雑な制御が必
要となる。（２）回転子停止時に微振動（ハンチング）
がある。（３）制御の遅れが発生し、指令に対する同期
性に欠けるなどの問題点があった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、指令位置に対して回転
子が、脱調することなく追従し、信頼性が高く位置決め
ができ、かつ負荷変動に対して安定で、回転子停止時に
微振動（ハンチング）がなく、指令に対する同期性がよ
い位置制御用モータの制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、ブラシレスモータやステッピングモ
ータなどの回転子位置を検出する位置検出部と、該検出
部からの検出信号と指令位置信号とを比較し、その偏差
により、該モータ巻線に流すべき電流に対応する信号を
出力する制御部と、該制御部からの出力信号により、前
記モータ巻線に流す電流を出力する増幅部とからなり、
前記指令位置信号により、前記モータの位置を制御する
装置において、次のとおりである。

【０００９】（１）前記制御部は、前記偏差が、電気
角で９０゜以内のときは、正弦波テーブルにより、前記
指令位置信号に対応する正弦波データ信号を出力し、該
偏差が、電気角で９０゜を超えるときは、前記モータ
が、回転子位置に対し電気角で９０゜先の励磁安定点と
なるように励磁される正弦波データ信号を、前記正弦波
テーブルにより出力することを特徴とする。

【００１０】（２）（１）において、前記制御部は、
前記指令位置信号のパルス信号をカウントする指令位置
カウンタと、前記位置検出部からの前記位置検出信号の
パルス信号をカウントする回転子位置カウンタと、該両
カウンタからのパルス信号が入力され、該両パルス信号
の偏差から、前記正弦波テーブルのアドレス信号を出力
する位相計算部と、該位相計算部からのアドレス信号に
対応し、正弦波データ信号を出力する前記正弦波テーブ
ルとからなり、前記位相計算部は、前記偏差が、電気角
で９０゜以内のときは、前記指令位置パルス信号を出力
し、該偏差が、電気角で９０゜を超えるときは、前記モ
ータの前記位置検出パルス信号を電気角で９０゜位相補
正して、該位置検出パルス信号を出力することを特徴と
する。

【００１１】（３）（２）において、前記位相計算部
は、電気角９０゜に対して適当な速度補正値を加算して
演算を行うことにより、速度補正する機能を備えること
を特徴とする。

【００１２】本発明は、前記のように構成されているの
で、指令位置と、検出された回転子位置との偏差を監視
し、その偏差量（電気角）によって、下記２つのモード
を設け、前記偏差量によって、該モードのいずれかに切
り替えている。すなわち、図１に示すように、回転子変
位（位置）と、該回転子に発生されるトルクとの関係か
ら、（ａ）−９０゜≦偏差量≦＋９０゜の場合は、ＳＴモー
ド（ステッピングモータモード）にして、前記モータ巻
線の励磁状態を切り替える。（ｂ）−９０゜＞偏差量、＋９０゜＜偏差量の場合は、
ＢＬモード（ブラシレスモータモード）にして、励磁電
流の位相が、回転子位置の９０゜先の励磁安定点になる
ように励磁する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図２は、本
発明の位置制御用モータの制御装置の一実施の形態を示
すブロック構成図、図３は、該制御装置の制御部内のブ
ロック構成図である。

【００１４】図２において、１は、ブラシレスモータの
２相ハイブリッド型ステッピングモータで、その回転子
の外周面に５０個の回転子小歯が備えられている。該モ
ータ１の回転軸には、該回転子の位置検出器２として、
ＶＲ型レゾルバが取り付けられており、該位置検出器２
は、発振回路３から１００ｋＨｚ程度の高周波信号が供
給され、前記回転子の回転位置に伴うセンサ極のインダ
クタンスの変化によって、正弦波信号を出力する。この
出力された正弦波信号は、同期復調器４により前記回転
子の回転角度の正弦関数に変換され、制御部５にフィー
ドバック量として入力されている。

【００１５】図３において、前記制御部５には、入力さ
れる指令位置パルス信号と、前記回転子の位置検出器２
から位置デコーダ１２によりパルス信号に変換された回
転子位置パルス信号とを比較し、その偏差により演算し
て、該モータ１のＡ相およびＢ相巻線に流すべき電流に
対応する信号を出力する。この出力信号により、前記モ
ータ１のＡ相およびＢ相巻線に、それぞれ増幅器６ａお
よび６ｂから２相電力を供給して、前記指令位置パルス
信号により、前記モータ１の位置を制御する。

【００１６】前記制御部５は、３２ビットのＣＰＵ（ce
ntral processor unit）を使用し、１００μｓの制御周
期で、前記モータ１のＡ相分、Ｂ相分の電流指令として
の出力信号の更新を行っている。該制御部５は、指令位
置パルス信号をカウントする指令位置カウンタ１１と、
前記位置検出器２から前記位置デコーダ１２により変換
された回転子位置パルス信号をカウントする回転子位置
カウンタ１３と、該両カウンタ１１，１３からのパルス
信号が入力され、該両パルス信号の偏差から、正弦波テ
ーブル１５のアドレス信号を出力する位相計算部１４
と、該位相計算部１４からのアドレス信号に対応し、正
弦波データ信号を出力する前記正弦波テーブル１５とか
らなる。

【００１７】前記位相計算部１４は、前記両カウンタ１
１，１３からのパルス信号の偏差が、電気角で９０゜以
内のときは、前記指令位置パルス信号に基づくアドレス
信号を出力し、前記正弦波テーブル１５から該アドレス
信号に対応する正弦波データ信号を、電流指令として出
力させる。また、位相計算部１４は、前記偏差が、電気
角で９０゜を超えるときは、前記モータ１の前記位置検
出パルス信号を電気角で９０゜位相補正するとともに、
該位置検出パルス信号に基づくアドレス信号を出力し、
前記正弦波テーブル１５から該アドレス信号に対応する
正弦波データ信号を、電流指令として出力させる。

【００１８】前記正弦波テーブル１５には、前記モータ
１のＡ相電流およびＢ相電流に対応して、図４（ａ）、
図４（ｂ）に示すように、０〜９９９の１０００個のア
ドレスに対する正弦波データ信号を記憶させておき、前
記位相計算部１４から出力されるアドレス信号に対応す
るデータ信号を、電流指令として出力する。Ａ相とＢ相
との電流の位相は、電気角で９０゜ずれているので、Ｂ
相の電流データ信号は、前記位相計算部１４からのアド
レス信号に２５０加えたアドレス信号にしている。

【００１９】ここで、前記正弦波テーブル１５の出力デ
ータ信号として、アドレス０〜９９９を１周期とする
と、該モータは１／５０回転（機械角で７．２゜）回転
する。このため、１アドレス（１番地）あたりの回転量
は、０．００７２゜となり、分解能は、１／５００００
回転となる。

【００２０】前記モータ１の回転量の指令値は、パルス
信号で入力される。この入力パルス信号は、指令位置カ
ウンタ１１でカウントされ、正転時はカウントアップ、
逆転時はカウントダウンを行い、０〜９９９のカウント
を行う。回転子位置の情報は、前記位置検出器２からア
ナログ量としてフィードバックされ、これを前記位置デ
コーダ１２によりデジタル量に変換されてから前記回転
子位置カウンタ１３によってカウントされる。カウント
量の範囲は前記回転子位置カウンタ１３と同様に０〜９
９９である。

【００２１】前記位相計算部１４では、前記２つのカウ
ント値を引き算することで、指令位置と回転子位置との
偏差を常に監視しており、前記指令位置カウンタ１１の
値、前記回転子位置カウンタ１３の値、およびその偏差
の値から、前記モータ１に流す電流位相を計算し、該電
流位相をアドレス信号として前記正弦波テーブル１５に
出力する。

【００２２】電流位相の計算は、基本的には以下の手順
で行われる。前記偏差カウント値が、±２５０（電気角
で±９０゜）の範囲では、指令位置カウンタ１１の値を
電流位相として、直接、前記正弦波テーブル１５に出力
する。前記偏差カウント値が、＋２５０を超えるとき
は、回転子位置カウンタ１３の値に２５０を加えた値
が、電流位相として、前記正弦波テーブル１５に出力さ
れる。また、前記偏差カウント値が、−２５０を超える
ときは、回転子位置カウンタ１３の値に２５０を減じた
値を、電流位相として、前記正弦波テーブル１５に出力
する。この場合、回転子位置カウンタ１３の値に２５０
を加えた値で、電流を反転しても同じである。

【００２３】次いで、実際に、前記１モータの回転時に
は、演算時間や巻線インダクタンスに起因する時間的な
遅れにより、該モータ１の駆動電流に位相遅れを生じる
ので、前記位相計算部１４において、該モータ１の回転
速度に比例する適当な速度の補正を付与して計算を行っ
ている。

【００２４】図５は、前記位相計算部１４および正弦波
テーブル１５における前記速度補正まで考慮した制御に
ついてのフローチャートである。

【００２５】また、前記指令位置信号の１パルスあたり
のカウント数を、演算によって変えることにより、分解
能を変更できるようにしている。さらに、モータに流す
電流を加減速時には１．５倍、停止時には０．５倍と、
運転状態によって変化させることにより、位置決め運転
に必要なトルクを該モータ１の温度上昇を抑えつつ発生
できるようにしている。

【００２６】以上、説明したとおり、本実施の形態によ
れば、以下の効果が得られる。すなわち、開ループ制御
の場合、（１）制御が単純かつ簡単であり、複雑な制御理論を用
いなくても位置制御が可能になる。（２）位置決め時のハンチングがない。（３）制御による遅れが小さく、指令に対する追従性が
よい。（４）負荷系の変動に対して調整が不要となる。

【００２７】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更，付加が可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位置制御モータの制御装置によれば、制御部は、回転
子位置と指令位置との偏差が、電気角で９０゜以内のと
きは、正弦波テーブルにより、前記指令位置信号に対応
する正弦波データ信号を出力し、該偏差が、電気角で９
０゜を超えるときは、前記モータが、回転子位置に対し
電気角で９０゜先の励磁安定点となるように励磁される
正弦波データ信号を、前記正弦波テーブルにより出力す
るので、指令位置に対して回転子が、脱調することなく
追従し、信頼性が高く位置決めができ、かつ負荷変動に
対して安定で、回転子停止時に微振動（ハンチング）が
なく、指令に対する同期性がよくすることができる。

【００２９】また、通常、ステッピングモータを使用す
るときは、脱調の危険があるため、大きい安全率を見込
んで該モータの選定を行うが、本発明によれば、脱調の
危険がないため、より小さいステッピングモータを使用
することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置制御用モータ回転子の変位と発生
トルクの関係およびそのモードを示す図である。

【図２】本発明の位置制御用モータの制御装置の一実施
の形態を示すブロック構成図である。

【図３】該制御装置の制御部内のブロック構成図であ
る。

【図４】図４（ａ）は、正弦波テーブルにおいて、アド
レス信号値に対しＡ相電流値に対応する正弦波データ信
号値の関係を示す図、図４（ｂ）は、正弦波テーブルに
おいて、アドレス信号値に対しＢ相電流値に対応する正
弦波データ信号値の関係を示す図である。

【図５】位相計算部および正弦波テーブルにおけるモー
タ速度補正まで考慮した制御についてのフローチャート
である。

【図６】従来の位置制御用モータ回転子の変位と発生ト
ルクの関係を示す図である。

【符号の説明】

１２相ステッピングモータ２位置検出器５制御部６ａ，６ｂ増幅器１１指令位置カウンタ１２位置デコーダ１３回転子位置カウンタ１４位相計算部１５正弦波テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラシレスモータやステッピングモータ
などの回転子位置を検出する位置検出部と、該検出部か
らの検出信号と指令位置信号とを比較し、その偏差によ
り、該モータ巻線に流すべき電流に対応する信号を出力
する制御部と、該制御部からの出力信号により、前記モ
ータ巻線に流す電流を出力する増幅部とからなり、前記
指令位置信号により、前記モータの位置を制御する装置
において、前記制御部は、前記偏差が、電気角で９０゜以内のとき
は、正弦波テーブルにより、前記指令位置信号に対応す
る正弦波データ信号を出力し、該偏差が、電気角で９０
゜を超えるときは、前記モータが、回転子位置に対し電
気角で９０゜先の励磁安定点となるように励磁される正
弦波データ信号を、前記正弦波テーブルにより出力する
ことを特徴とする位置制御モータの位置制御装置。
【請求項２】前記制御部は、前記指令位置信号のパル
ス信号をカウントする指令位置カウンタと、前記位置検
出部からの前記位置検出信号のパルス信号をカウントす
る回転子位置カウンタと、該両カウンタからのパルス信
号が入力され、該両パルス信号の偏差から、前記正弦波
テーブルのアドレス信号を出力する位相計算部と、該位
相計算部からのアドレス信号に対応し、正弦波データ信
号を出力する前記正弦波テーブルとからなり、前記位相計算部は、前記偏差が、電気角で９０゜以内の
ときは、前記指令位置パルス信号を出力し、該偏差が、
電気角で９０゜を超えるときは、前記モータの前記位置
検出パルス信号を電気角で９０゜位相補正して、該位置
検出パルス信号を出力することを特徴とする請求項１に
記載の位置制御モータの位置制御装置。
【請求項３】前記位相計算部は、電気角９０゜に対し
て適当な速度補正値を加算して演算を行うことにより、
速度補正する機能を備えることを特徴とする請求項２に
記載の位置制御モータの位置制御装置。