JPS5818880B2 - Stepping motor control method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステッピングモータを所望の停止位置へ速かに
移動させるステッピングモータの制御方式に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a stepping motor control method for quickly moving a stepping motor to a desired stop position.

従来におけるステッピングモータは一定の角度の停止位
置をもつが、１つの角度から次の停止位置まで移動する
過渡状態においては原理上多かれ少なかれ振動を伴うも
のである。A conventional stepping motor has a stopping position at a fixed angle, but in principle, it is accompanied by more or less vibration during a transient state in which the stepping motor moves from one angle to the next stopping position.

これについて第１図〜第３図を用いて説明する。This will be explained using FIGS. 1 to 3.

第１図においてステータ１ａを励磁しているとロータ２
はＡの位置にあるが、上記ステータ１ａの励磁をやめ別
のステータ１ｂを励磁すればロータ２は破線で示す位置
Ｂへ移る。In Fig. 1, when the stator 1a is excited, the rotor 2
is at position A, but if the stator 1a is de-energized and another stator 1b is energized, the rotor 2 moves to position B shown by the broken line.

なお図中０は安定点を示す。Note that 0 in the figure indicates a stable point.

この過度状態を詳しく説明すると第２図のようになる。This excessive state will be explained in detail as shown in Fig. 2.

一方、ステッピングモータの励磁された相の安定点附近
の特性を第３図に示す。On the other hand, FIG. 3 shows the characteristics near the stable point of the excited phase of the stepping motor.

ここで第３図ａにおいて安定点０を中心としてロータ２
が一θ側にあるときは＋γのトルクを発生し、＋θ側に
あるときには−γのトルクを発生する。Here, in Fig. 3a, the rotor 2 is centered around the stable point 0.
When it is on the one θ side, +γ torque is generated, and when it is on the +θ side, -γ torque is generated.

これを図示すると第３図すのようになる。また励磁電流
■を大きくすると回転角対トルク特性の勾配は急になり
、逆に励磁電流■を小さくすると勾配はゆるやかになる
。This is illustrated in Figure 3. Furthermore, when the excitation current (2) is increased, the gradient of the rotation angle versus torque characteristic becomes steeper, and conversely, when the excitation current (2) is decreased, the gradient becomes gentler.

いま、ロータ２が１ステツプ前の安定点にある状態から
、次の安定点に移すために励磁電流の相を切り換えると
ロータ２は第３図すの特性にしたがって安定点０に達す
るまでは加速され、ロータが安定点０を通過した瞬間か
ら減速されることになる。Now, when the phase of the excitation current is switched from the state where the rotor 2 was at the stable point one step before to the next stable point, the rotor 2 will accelerate until it reaches the stable point 0 according to the characteristics shown in Figure 3. The rotor is decelerated from the moment it passes the stable point 0.

しかしながらロータは慣性をもっているため、回転はさ
らに進むが速度は次第に遅くなり、次には逆方向に回転
する。However, since the rotor has inertia, it continues to rotate, but the speed gradually slows down, and then it rotates in the opposite direction.

この状態を繰り返しながら安定点Ｏに落ち着く。While repeating this state, it reaches a stable point O.

これが第２図に示した振動の原因である。This is the cause of the vibration shown in FIG.

この振動の時間が長いことは速い起動停止を要求される
。This long period of oscillation requires quick start-up and shutdown.

場合には非常に大きな欠点となり、従来、機械的な摩擦
を加えたり、電気的なダンピングをかけたりして振動の
防止に努めていたが、ステッピングモータの性能を、落
す結果となった。Conventionally, efforts have been made to prevent vibration by adding mechanical friction or electrical damping, but this results in a drop in the performance of the stepping motor.

本発明は上記の如き欠点を除去し、ステッピングモータ
の特性を落すことなく、速かに所望の停止位置へ移動さ
せる方式を提供するもので、以下図面に従って本発明の
一実施例を３相ステツピングモータ、の１相励磁の場合
について説明する。The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks and provides a method for quickly moving a stepping motor to a desired stop position without degrading the characteristics of the stepping motor. A case of one-phase excitation of a ping motor will be explained.

第３図ａにおいて、ロータ２が安定点０．を通過する瞬
間に電流を切り換えるとオーバーシュートの景（第２図
にｌで系した）を大きく変えることができる。In FIG. 3a, the rotor 2 is at the stable point 0. By switching the current at the moment when the current passes through, the overshoot pattern (referenced by l in Figure 2) can be greatly changed.

すなわち、第３図すに示す如く電流を変えない時は回転
角とトルクとの関係はａ−〇−すとなり、オーバーシュ
ートは第４図ａ、ｅの特性になる。That is, as shown in FIG. 3, when the current is not changed, the relationship between the rotation angle and the torque is a-0-, and the overshoot becomes the characteristics shown in FIG. 4, a and e.

また、この過程での角速度ωはｇのようになる。Also, the angular velocity ω in this process becomes g.

次に第３図ａにおいてロータ２が安定点Ｏを通過する瞬
間に励磁電流■を小さくしたとする。Next, in FIG. 3a, it is assumed that the excitation current (2) is reduced at the moment the rotor 2 passes the stable point O.

例え−第３図すのｃ −０−ｄのようにすると、安定点
Ｏを通過した後、安定点Ｏへ戻ろうとするトルクが弱く
なるので、オーバーシュートの量は大きくなり第４図ａ
のｆのようになり、この時の角速度ωの変化、は第４図
すのｈのようになる。For example, if we set it as shown in Figure 3, c -0-d, after passing through the stable point O, the torque that tries to return to the stable point O becomes weaker, so the amount of overshoot increases, and as shown in Figure 4, a.
The change in angular velocity ω at this time is as shown in h of Figure 4.

ここで注目すべきことは第４図ａにおいて回転角ノオー
ハーシュートの量瀘最も大きい時点Ｐ１゜Ｐ２はす、に
おけるＶｌ）Ｖ２で示した時点１、すなわちロータ２が
停止した状態と一枚することである。What should be noted here is that in Fig. 4a, the point in time P1゜P2 where the amount of the rotational angle is at its maximum is the same as the time 1 indicated by V2, that is, the state in which the rotor 2 is stopped. That's true.

一方、前に記、した原理でオーバーシュートの量はロー
タの動作中、電流を変えることによって容易に変化させ
ることができるので、モータおよび負荷の慣性が定まれ
ば、電流を変化させる時刻と電流の量によって第４図ａ
）Ｐ２点のように、次の安定点２θにオーバーシュート
の最大点をもってゆくことができる。On the other hand, based on the principle described above, the amount of overshoot can be easily changed by changing the current while the rotor is operating, so once the inertia of the motor and load is determined, the time and current at which to change the current can be easily changed. Figure 4 a by the amount of
) The maximum point of overshoot can be brought to the next stable point 2θ, such as point P2.

この時刻、すなわち第４図ａにｔ２で示す時刻に次の相
励磁を切り換えると、この時のロータの角速度はＯであ
るから該ロータは２θの位置に振動することなく安定し
た状態で停止する。When the next phase excitation is switched at this time, that is, the time shown as t2 in Figure 4a, the angular velocity of the rotor at this time is O, so the rotor stops in a stable state without vibration at the 2θ position. .

また、第５図は本発明に係るブロックダイヤグラム、第
６図は第５図に接続線１４〜２０で示す個所で表わされ
るタイムチャート図である。5 is a block diagram according to the present invention, and FIG. 6 is a time chart diagram represented by the connection lines 14 to 20 in FIG.

第５図において３，４は単安定回路、５は微分回路、６
はＯＲ回路、７は単安定回路４が動作している開動作す
る増巾器でスイッチングトランジスタ１１を動作させる
ためのプリアンプである。In Figure 5, 3 and 4 are monostable circuits, 5 is a differential circuit, and 6
7 is an OR circuit, and 7 is an open amplifier in which the monostable circuit 4 is operating, and is a preamplifier for operating the switching transistor 11.

８は３計数のカウンタで１７よりパルスが入るたびに駆
動回路９−ａ、９−ｂ、９−ｃ、９−ａ、９−ｂ・・・
・・・を順次選択的に駆動する分配回路である。8 is a 3-count counter, and each time a pulse is received from 17, drive circuits 9-a, 9-b, 9-c, 9-a, 9-b, . . .
This is a distribution circuit that sequentially and selectively drives...

１０はモータ、１２，１３はダイオードである。10 is a motor, and 12 and 13 are diodes.

１４に入力パルスが来ると第６図に示す通りの時刻で各
回路が動作して、前記の如く第６図のロータの動きはθ
２およびθ４の位置で振動することなく安定した状態で
停止する。When an input pulse arrives at 14, each circuit operates at the time shown in Fig. 6, and as mentioned above, the movement of the rotor in Fig. 6 is θ.
It stops in a stable state without vibration at positions 2 and θ4.

なお、実際にはステッピングモータ巻線のインダクタン
スなどの影響により、第６図の１６ａ、１８ａの時刻は
多少前後させる方がよりよい特性が得られることがある
。In reality, better characteristics may be obtained if the times 16a and 18a in FIG. 6 are slightly delayed due to the influence of the inductance of the stepping motor winding.

以上、３相中の１相励磁の場合について説明したが、相
数の多いステッピングモータを使用した場合も駆動分配
回路８が変り、各相を駆動する駆動回路の必要数が増え
るほかは全く同様である。Above, we have explained the case of one phase excitation among three phases, but when a stepping motor with a large number of phases is used, the drive distribution circuit 8 changes and the required number of drive circuits to drive each phase increases, but it is exactly the same. It is.

また、２相励磁のときも１相励磁の場合と同様に説明す
ることができる。Further, the case of two-phase excitation can be explained in the same way as the case of one-phase excitation.

第７図に１相励磁、２相励磁の違いを示す。Figure 7 shows the difference between one-phase excitation and two-phase excitation.

第７図ａのステータ１ａを励磁するとトルクはｌ、ｌの
特性を示す。When the stator 1a in FIG. 7a is excited, the torque exhibits the characteristics of 1 and 1.

次にステータ１ｂを励磁すると１２ｍの特性となる。Next, when the stator 1b is excited, a characteristic of 12 m is obtained.

また、隣同士のス“テーク、例えば１ａ、１ｂを同時に
励磁すれば破線で示す如＜１ａと１ｂを合成した特性と
なり第７図す、ｎとなる。Furthermore, if adjacent stakes, for example 1a and 1b, are excited at the same time, the characteristic will be n, as shown in FIG. 7, which is a combination of 1a and 1b, as shown by the broken line.

１ｂ、１０次に１ｃ、１ａ・・・・・・と順次切り換え
て行くとその特性はＰ、Ｑ ・・・と移って行く。When switching is performed sequentially to 1b, 10th, 1c, 1a, etc., the characteristics change to P, Q, and so on.

この時安定点は１相励磁の場合はａ −０，２相励磁の
場合、はｂ−ｏのようになる以外は全く同じ傾向になる
ことは容易に理解でき名。At this time, it is easy to understand that the stable point follows exactly the same trend except that in the case of one-phase excitation, the stable point is a -0, and in the case of two-phase excitation, is b - o.

したがって、前に説明した様な方法で２相励磁の場合も
安定した状態でロータを停止させることができる。Therefore, even in the case of two-phase excitation, the rotor can be stopped in a stable state using the method described above.

すなわち第５図に示す１相励磁用の駆動分配回路８に替
えて第８図では２相励磁用の駆動分配回路２１を使用し
てお伶、第９図のタイムチャートで示す信号２２−ａ、
２２ｂ、２２ｃを出力する点が異なるだけである。That is, in place of the drive distribution circuit 8 for one-phase excitation shown in FIG. 5, the drive distribution circuit 21 for two-phase excitation is used in FIG. 8, and the signal 22-a shown in the time chart of FIG. ,
The only difference is that 22b and 22c are output.

捷た動作上は第１０図に示すようにステータｌａ。During the turning operation, the stator la is shown in FIG.

１ｂ、１ｃに対して、安定点がＰ、Ｑ、Ｒとなり、例え
ばロータ２が第１０図に示す安定点Ｑを通過するときに
、慣性により回転するロータ２の角速度が安定点ＲでＯ
になるように、上記安定点Ｑに対応するステータの励磁
電流を減少させ、ロータ２の減速の量を少なくすること
によって上記ロータ２が安定点Ｒに達し角速度が０にな
った時上記安定点Ｈに対応するステータ１ａ、１ｃを励
磁し、該ロータ２を停止する。1b and 1c, the stable points are P, Q, and R. For example, when the rotor 2 passes through the stable point Q shown in FIG. 10, the angular velocity of the rotor 2 rotating due to inertia is O at the stable point R.
By decreasing the excitation current of the stator corresponding to the stable point Q and reducing the amount of deceleration of the rotor 2, when the rotor 2 reaches the stable point R and the angular velocity becomes 0, the stable point is reached. The stators 1a and 1c corresponding to H are excited and the rotor 2 is stopped.

このようにすると１相励磁の場合と同様に全く振動せず
に停止することができる。In this way, it is possible to stop without vibration at all, as in the case of one-phase excitation.

なお、第５図の説明では１４に入るパルス１個に対して
ステッピングモータを２歩進させる例について記したが
、同図における単安定回路３と微分回路５を更に付加す
ることによってステッピングモータを複数歩進させ得る
ことも容易に。In addition, in the explanation of FIG. 5, an example was described in which the stepping motor is advanced by two steps in response to one pulse entering 14, but by further adding the monostable circuit 3 and the differentiating circuit 5 in the same figure, the stepping motor can be You can easily make multiple steps.

理解できる。It can be understood.

以上詳細に説明した如く本発明に係るステッピングモー
タの制御方式によれば所望の停止位置に安定した状態で
ロータを停止させることができるという効果がある。As described above in detail, the stepping motor control method according to the present invention has the advantage that the rotor can be stably stopped at a desired stopping position.

【図面の簡単な説明】 第１図はステッピングモータの原理図、第２図はロータ
２がステータ１ａからステータ１ｂに移行する際、ステ
ータ１ｂに安定停止するまでの軌跡を描いたグラフ、第
３図ａ、ｂはステッピングモータの励磁された相の安定
点付近の特性を示す図、第４図ａ、ｂはオーバーシュー
トの量と角速度との関係を示すグラフ、第５図は本発明
に係るブロックダイヤグラム、第６図は第５図の１４〜
２０に示されるところのタイムチャート図、第７図ａ、
ｂは１相励磁の場合と２相励磁の場合の特性の違いを示
す、第８図は本発明を２相励磁に適用した場合のブロッ
クダイヤグラム、第９図は第８図の各部信号を示すタイ
ムチャート、第１０図は第８図および第９図に示す実施
例の動作説明図である。 １ ａ 、’ １ ｂおよび１ｃ・・・・・・ステータ
、２・・・・・・ロータ、３，４・・・・・・単安定回
路、５・・・・・・微分回路、６・・・・・・ＯＲ回路
、７・・・・・・増巾器、８・・・・・・駆動分配回路
、９ａ 、９ｂおよび９ｃ・・・・・・駆動回路、１０
・・・・・・モータ、１１・・・・・・トランジスタ、
１２，１３・・・・・・ダイオード。[Brief explanation of the drawings] Figure 1 is a diagram of the principle of a stepping motor, Figure 2 is a graph depicting the trajectory of the rotor 2 as it moves from stator 1a to stator 1b until it comes to a stable stop on stator 1b. Figures a and b are diagrams showing the characteristics near the stable point of the excited phase of the stepping motor, Figures 4 a and b are graphs showing the relationship between the amount of overshoot and the angular velocity, and Figure 5 is a graph according to the present invention. Block diagram, Figure 6 is from 14 in Figure 5.
20, the time chart diagram shown in FIG. 7a,
b shows the difference in characteristics between 1-phase excitation and 2-phase excitation, Fig. 8 is a block diagram when the present invention is applied to 2-phase excitation, and Fig. 9 shows signals of each part in Fig. 8. The time chart in FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment shown in FIGS. 8 and 9. 1 a, '1 b and 1c... stator, 2... rotor, 3, 4... monostable circuit, 5... differential circuit, 6... ...OR circuit, 7...Amplifier, 8...Drive distribution circuit, 9a, 9b and 9c...Drive circuit, 10
...Motor, 11...Transistor,
12, 13... Diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 停止している安定点よりＸ（Ｘ＝１，２，３・・・
）個の安定点を通過したのちＸ＋１番目の安定点に停止
するよう制御するステッピングモータの制御方式におい
て、上記Ｘ個の安定点を通過するように各ステータを大
電流で励磁してロータを加速し、この加速されたロータ
が上記Ｘ番目の安定点を通過するのに相当する所定時間
経過後に、慣性により回転するロータの角速度が上記Ｘ
＋１番目の安定点で０になるように上記Ｘ番目の安定点
に対応するステータの励磁電流を減少させ、ロータの減
速の量を少なくすることによって上記ロータがＸ＋１番
目の安定点に達し角速度が０になった時上記Ｘ＋’１番
目の安定点に対応するステータを励磁し、該ロータを停
止することを特徴とするステッピングモータの制御方式
。1 From the stable point where it is stopped, X (X = 1, 2, 3...
) In a stepping motor control method that controls the motor so that it stops at the X+1st stable point after passing through the above-mentioned X stable points, each stator is excited with a large current to accelerate the rotor so that it passes through the After a predetermined time period corresponding to the time when the accelerated rotor passes the Xth stable point, the angular velocity of the rotor rotating due to inertia reaches the X point.
By reducing the excitation current of the stator corresponding to the Xth stable point so that it becomes 0 at the +1st stable point and reducing the amount of rotor deceleration, the rotor reaches the X+1st stable point and the angular velocity increases. 1. A control method for a stepping motor characterized in that when the value becomes 0, a stator corresponding to the X+'-th stable point is excited and the rotor is stopped.