ステッピングモータの駆動装置
【課題】制御系を複雑化することなく指令値に対する追従性を高める。
【解決手段】バイポーラ型２相ステッピングモータ１のコイル４，５に流れる電流値を検出する電流検出部１１と、バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づくコイルへの指令電流値Ｉｒと電流検出部の検出電流値Ｉｄとの電流偏差Ｉｅに基づいてコイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部３０とを備え、制御部は、電流偏差の積算値Ｉｅｉを求め、当該積算値と電流偏差の値とによりコイルに流す電流値を決定すると共に、指令電流値の正負の極性が切り替わると電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とする。
【解決手段】バイポーラ型２相ステッピングモータ１のコイル４，５に流れる電流値を検出する電流検出部１１と、バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づくコイルへの指令電流値Ｉｒと電流検出部の検出電流値Ｉｄとの電流偏差Ｉｅに基づいてコイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部３０とを備え、制御部は、電流偏差の積算値Ｉｅｉを求め、当該積算値と電流偏差の値とによりコイルに流す電流値を決定すると共に、指令電流値の正負の極性が切り替わると電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータにはその構成によって多くの種類があるが、一般的には二つのコイルが互いに異なる励磁タイミングで励磁されることで駆動する二相ステッピングモータが知られている。
図１０は二つのコイルの各々に対して通電方向の正逆を切り換えて駆動する従来のバイポーラ型２相ステッピングモータ１の個々のコイルごとに設けられた駆動装置１００の一構成例を示すブロック図である。
この駆動装置１００は、ステッピングモータ１１０の動作指令である電流値指令を出力するＣＰＵ１０１と、電流値指令に応じた指令電流値を出力するＤ／Ａ変換部１０２と、指令電流値に対するステッピングモータのコイルに流れる電流値の差分により偏差を出力する電流偏差生成部１０３と、規則的な鋸歯状の三角波を出力する三角波発生回路１０４と、比較値の信号と三角波の信号との比較に応じてON-OFFの連続信号であるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生回路１０５と、ステッピングモータ１１０の二つのコイルのそれぞれに流す電流の正逆方向及びON-OFFの切り換えを行うブリッジ回路１０６と、各コイルに流れる電流を検出する電流検出部１０７とを主に備えている。
そして、上記構成により、駆動装置１００では、ステッピングモータ１１０に対して、いわゆる比例制御（Ｐ制御）を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置では、比例制御（Ｐ制御）は、出力に定常偏差が生じる事やノイズの影響を受けやすいという欠点があった。
そこで、その対応として比例＋積分制御（ＰＩ制御）を用いる方法もあるが、バイポーラ型２相ステッピングモータは、各コイルに流す電流の正負の極性を周期的に切り換える必要があり、モータの高速回転時の電流がプラスからマイナス（もしくはマイナスからプラス）に切替るとき、それまでに積算された電流偏差の積算値により、電流追従が遅れるという問題があった。
図１１は、横軸を時間、縦軸を電流値として、電流値指令Ｉｒと実際にコイルに流れる電流値Ｉｄとこれらの電流偏差Ｉｅと電流偏差の積算値Ｉｅｉの変化を示す線図であり、これに基づいて説明する。
積分制御では、電流偏差の積算値Ｉｅｉをコイルに流す電流値に反映させることで定常偏差やノイズの影響を低減することが可能である。しかし、電流値指令Ｉｒがプラスからマイナスに変わった時点（図中の点Ｃ１）で電流偏差の積算値Ｉｅｉはまだプラスであるために、コイルにマイナスの電流値（逆方向の電流）を流すべきところを積分制御の成分は積算値Ｉｅｉを反映してプラスの補正を行うこととなり、追従性を低下させてしまう。
また、電流値指令Ｉｒがマイナスからプラスに変わった時点（図中の点Ｃ２）でも同様の現象が発生していた。
【０００５】
また、比例＋積分制御＋微分制御（ＰＩＤ制御）を用いる方法もあるが、微分制御を用いると制御系が複雑となり、ゲイン設定によっては、制御が発散してしまう問題があった。また、ＰＩＤ制御の場合も積分制御が含まれているので、上記追従性の問題は根本的に解決することはできなかった。
【０００６】
本発明の目的は、バイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置について、制御系を複雑化することなく追従性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、バイポーラ型２相ステッピングモータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づく前記コイルへの指令電流値と前記電流検出部の検出電流値との電流偏差に基づいて前記コイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記電流偏差の積算値を求め、当該積算値と前記電流偏差の値とにより前記コイルに流す電流値を決定すると共に、前記指令電流値の正負の極性が切り替わると前記電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記制御部は、前記指令電流値の正負の極性の切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記制御部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）から構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明は、周期的に指令電流値の極性が切り替わる場合に、当該切り替わりを検出し、電流偏差積算値の値をリセットする処理を行うことから、指令電流値の極性が切り替わった直後において、電流偏差積算値の極性が指令電流値に一致しないことによるコイルに流れる電流の追従性の低下の影響を排除する。このため、微分制御の実施など制御系の複雑化を生じることなく、フィードバック制御における追従性の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、指令電流値の正負の極性が切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定するので、例えば、直前の指令電流値を記憶して、新しい指令電流値との対比により極性の切り替わりの判定を行うような場合に比べて、直前の指令電流値を記憶する処理や記憶手段を不要とし、制御系の簡易化を図ることが可能である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、制御部として、周期的且つ連続的な処理に好適なＤＳＰを使用するので、処理の高速化を図ることが可能となり、追従性のさらなる向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるステッピングモータの駆動装置が接続されたステッピングモータの構成を示す説明図である。
【図２】ステッピングモータの駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ブリッジ回路の回路図である。
【図４】ＤＳＰの機能ブロック図である。
【図５】横軸を時間、縦軸を電流値として指令電流値と検出電流値と電流偏差と電流偏差積算値の変化を示した線図である。
【図６】ＤＳＰによるステッピングモータのコイルに対する通電制御を示すフローチャートである。
【図７】モータの低速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図８】モータの中速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図９】モータの高速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図１０】従来のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】横軸を時間、縦軸を電流値として、電流値指令と実際にコイルに流れる電流値とこれらの電流偏差と電流偏差の積算値の変化を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（発明の実施形態の全体構成）
図１は本発明の実施形態たる駆動装置７が接続されたバイポーラ型２相ステッピングモータ１（以下、単にステッピングモータ１とする）の構成を示す説明図である。以下、図１から図９に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態たるステッピングモータ１の駆動装置７は、ステッピングモータ１のＡ相及びＢ相の各コイル４，５ごとに設けられており、各駆動装置７はステッピングモータ１の目的とする動作に応じて定められた電流値指令を出力するＣＰＵ８に接続されている。
【００１５】
（ステッピングモータ）
ステッピングモータ１は、当該ステッピングモータ１の回転軸と一体をなして回転可能に設けられた円柱状の回転子２と、回転子２の周囲に設けられた円筒状の固定子３と、固定子３の内周部において回転子２に近接する方向に突出して設けられた芯部３ａ、３ｂに巻きつけられて、後述する駆動装置７による電流制御によって励磁されて回転子２の回転角度を変更／維持するコイル４，５とを備えている。なお、各コイル４，５は簡略化して図示しているが、実際には、それぞれ複数のコイルからなり、それらは回転子２の周囲に直列且つ均一間隔で交互に配置されている。
【００１６】
回転子２は、永久磁石等の磁性体であり、図示しないステッピングモータ１の回転軸に連結されて回転可能に支持されている。固定子３は、回転子２の周囲に設けられた円筒状の磁性材料（例えば鉄）であり、その内周部に回転子２に近接する方向に突出して設けられた芯部３ａ〜３ｄが設けられている。
コイル４，５は、芯部３ａ、３ｂに巻きつけられた巻線であり、後述する駆動装置７によって電流が流されることによって励磁されて電磁石として機能する。このときコイル４，５は各駆動装置７を通じてＣＰＵ８により位相をずらして周期的に電流値が変化する電流制御が行われる。また、二つのコイル４，５の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得ることができるマイクロステップにより、ステッピングモータ１の回転駆動が行われるようになっている。
【００１７】
（ステッピングモータの駆動装置）
次に、ステッピングモータの駆動装置７について詳細に説明する。
ステッピングモータの駆動装置７は、ステッピングモータ１の駆動／停止及び回転角度を制御する。ステッピングモータの駆動装置７は、図１に示すように、ステッピングモータ１のコイル４，５のそれぞれに設けられてコイル４，５に流れる電流の制御を行う。
図２はステッピングモータ１の駆動装置７の構成を示すブロック図である。
なお、以下の説明にあっては、コイル４に接続された駆動装置７について説明を行い、同様の仕組みであるコイル５の駆動装置７についての説明は省略する。
【００１８】
図２に示すように、ステッピングモータの駆動装置７は、ステッピングモータ１のコイル４に流れる電流値を検出する電流検出部１１と、コイル４に対して所定方向（正方向とする）とその逆方向のそれぞれに通電が行われるように接続の切り換えを行うブリッジ回路２０と、ブリッジ回路２０を通じてＣＰＵ８からの指令電流値に応じた電流がコイル４に流れるように、指令電流値と、電流検出部１１の検出電流値との電流偏差に基づいてコイル４に流す電流のフィードバック制御を行う制御部としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０とを備えている。
【００１９】
（駆動装置：電流検出部）
電流検出部１１は、コイル４に直列接続されたシャント抵抗であり、コイル４に流れる電流値に応じた検出信号を得ることができる。
【００２０】
（駆動装置：ブリッジ回路）
図３はブリッジ回路２０の回路図である。図３に示すように、ブリッジ回路２０は、ＦＥＴ２１〜２４及びダイオード２５〜２８によるＨブリッジ回路を構成しており、かかるブリッジ回路２０を介してコイル４を電源装置６に接続している。
なお、電源装置６はコイル４，５で共用される。つまり、一つの電源装置６に対して二つの駆動装置７のブリッジ回路２０が接続され、コイル４，５に電流が流される。
【００２１】
ＦＥＴ２１〜２４は所謂３端子の電界効果トランジスタであり、ＦＥＴ２１，２２の一方の電極がコイル４の一端と、ＦＥＴ２３，２４の一方の電極がコイル４の他端と接続されている。また、ＦＥＴ２１，２３の他方の電極が電源装置６と、ＦＥＴ２２，２４の他方の電極がアース９と接続されている。
また、ＦＥＴ２１〜２４はゲートがＤＳＰ３０と接続されており、当該ＤＳＰ３０によってゲートに電圧が印加されると、当該電圧の値に応じた電流を電源装置６からコイル４に流す「スイッチング素子」として機能する。なお、ＦＥＴ２１〜２４は双方向の通電が可能である。
【００２２】
そして、ＤＳＰ３０は、ＦＥＴ２１と２４とを同時にON、ＦＥＴ２２と２３とを同時にOFFとする接続状態と、ＦＥＴ２１と２４とを同時にOFF、ＦＥＴ２２と２３とを同時にONとする接続状態とに切り換えを行う。そして、前者の接続状態の際にはコイル４には図３における右方向に電流が流れ（図３実線矢印）、後者の接続状態の際にはコイル４には図３における左方向に電流が流れるようになっている（図３点線矢印）。
【００２３】
ダイオード２５〜２８は、ＦＥＴ２１〜２４のそれぞれと並列に接続されている。また、各ダイオード２５〜２８のアノード（陽極）はアース９側に、カソード（陰極）は電源装置６側に接続されている。つまり、電源装置６からの電流がダイオード２５〜２８に流れることはなく、電源装置６による電流の方向とは逆の方向の電流が流れた場合に、当該逆の方向の電流はダイオード２５〜２８を流れる。これによって、当該逆の方向の電流がＦＥＴ２１〜２４に流れることでＦＥＴ２１〜２４が破損することを防いでいる。即ち、ダイオード２５〜２８は、ＦＥＴ２１〜２４の保護回路として機能する。
【００２４】
（駆動装置：ＤＳＰ）
図４はＤＳＰ３０の機能ブロック図である。
即ち、ＤＳＰ３０は、主に、ＣＰＵ８からのステッピングモータ１のコイル４に基づく指令電流値Ｉｒに対する電流検出部１１の検出電流値Ｉｄの偏差Ｉｅを求める比較部３１と、偏差Ｉｅに比例ゲインＫｐを乗算する比例処理部３２と、偏差Ｉｅに基づいて積分処理を行う積分処理部３３と、比例処理部３２と積分処理部３３との処理結果に基づいてコイル４に所定電流の通電が行われるようにブリッジ回路２０へのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３６としての機能を実現するよう構成されている。
なお、上記各部３１，３２，３３，３６における連続した一連の処理は、一定の周期で繰り返し実行される。
【００２５】
図５の上側の図は横軸を時間、縦軸を電流値としてＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒと検出電流値Ｉｄの変化を示した線図であり、図５の下側の図は横軸を時間、縦軸を電流値として電流の偏差Ｉｅと電流偏差積算値Ｉｅｉの変化を示した線図である。
コイル４とコイル５とには、π／２の位相差をもって正弦波形となる周期的な電流値の変化が繰り返されるように通電が行われる。そして、ＣＰＵ８は、上記正弦波形をプロットするように段階的変化をなす指令電流の数値出力を行い、マイクロステップ駆動を実行する。
比較部３１は、上記ＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒと電流検出部１１からの検出電流値Ｉｄとを減算して電流偏差Ｉｅを算出する。
Ｉｒ−Ｉｄ＝Ｉｅ
そして、算出した電流偏差Ｉｅを比例処理部３２と積分処理部３３とに出力する。
【００２６】
比例処理部３２は、比較部３１から入力された電流偏差Ｉｅに予め定められた比例ゲインＫｐを乗算して、ＰＷＭ信号生成部３６に出力する。
【００２７】
積分処理部３３は、比較部３１から入力される毎回の電流偏差Ｉｅを積算する積算部３４と、積算部３４が積算した電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットするか否かを判定する判定部３５と備えている。なお、ＤＳＰ３０はメモリを内蔵しており、電流偏差積算値Ｉｅｉはこのメモリ内に記憶保持される。
【００２８】
従来から行われていたフィードバックによる積分制御では、ステッピングモータ１の駆動から停止まで電流偏差Ｉｅの積算を連続的に行っていた。その結果、バイポーラ型２相ステッピングモータ１のように、指令電流値Ｉｒの極性が周期的に切り替わる場合には、指令電流値Ｉｒの極性の切り換え直後において、それまでに積算された電流偏差積算値Ｉｅｉと極性の不一致が生じ、積分制御成分が指令電流値Ｉｒへの追従を妨げるように作用して、コイルの通電の追従性が低下する問題が生じていた。
そこで、積分処理部３３の判定部３５では、ＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒを読み取って、直前の指令電流値に対してその極性が切り替わったか否かを判定する。具体的には、指令電流値Ｉｒと電流偏差積算値Ｉｅｉとを乗算した乗算値がマイナスの極性となるか否かにより判定する。つまり、指令電流値Ｉｒの極性が変化してない場合には、それまでの電流偏差積算値Ｉｅｉと極性が一致するので乗算すると必ずプラスとなり、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後は電流偏差積算値Ｉｅｉと一致しないので乗算するとその乗算値は必ずマイナスとなるので、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出することができる。
そして、判定部３５は、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後ではないと判定した時には、従前の制御と同様に、電流偏差積算値Ｉｅｉに積分ゲインを乗算してＰＷＭ信号生成部３６に出力する。また、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後と判定した時には、電流偏差積算値Ｉｅｉを0としてＰＷＭ信号生成部３６に出力する。
即ち、図５に示すように、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わったポイントＰ１〜Ｐ３において、電流偏差積算値Ｉｅｉは0にリセットされ、それ以降は新たに積算が行われるようになっている。
【００２９】
ＰＷＭ信号生成部３６は、比例処理部３２の出力であるＫｐ×Ｉｅと積分処理部３３の出力であるＫｉ×Ｉｅｉ（リセットされた場合にはＩｅｉ＝0）とを加算し、その合計値Ｒｅｔを算出する
Ｒｅｔ＝Ｋｐ×Ｉｅ＋Ｋｉ×Ｉｅｉ
【００３０】
そして、ONとOFFの繰り返しの信号であるＰＷＭ信号を、上記合計値Ｒｅｔの数値に応じたデューティー比で生成してブリッジ回路に出力する。デューティー比は、Ｒｅｔの数値に応じて比例的に大きくなるように設定される。即ち、Ｒｅｔの値がプラスで絶対値が大きければONの比率が0.5以上で絶対値に応じてより1.0に近づくようにデューティー比が定められ、Ｒｅｔの値がマイナスで絶対値が大きければOFFの比率が0.5以上で絶対値に応じてより1.0に近づくようにデューティー比が定められる。
なお、合計値ＲｅｔとＰＷＭ信号のデューティー比とは、互いに対応関係を定めたテーブルをＤＳＰ３０内に用意し、これを参照して合計値Ｒｅｔに応じたデューティー比を特定する処理を行っても良い。
これにより、コイル４に対して正又は逆の方向に所定の電流が流れて通電量が指令電流値に追従するように修正される。
即ち、ＤＳＰ３０（制御部）は、電流偏差の積算値Ｉｅｉ（電流偏差積算値Ｉｅｉ）を求め、当該積算値Ｉｅｉと電流偏差Ｉｅの値とによりコイル４に流す電流値を決定すると共に、指令電流値Ｉｒの正負の極性が切り替わると電流偏差の積算値をリセット（Ｉｅｉ＝０）してから積算を継続する。
【００３１】
（駆動装置によるステッピングモータの制御）
上記駆動装置７によるステッピングモータ１の制御について、特に、ＤＳＰ３０（制御部）によるステッピングモータ１のコイル４に対する通電制御を図６のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステッピングモータ１の駆動が開始される際には、電流偏差積算値Ｉｅｉの値がリセットされる（〔Ｉｅｉ＝0〕：ステップＳ１）。
そして、ＤＳＰ３０は、指令電流値ＩｒをＣＰＵ８から読み取ると共に検出電流値Ｉｄを電流検出部１１から読み取り（ステップＳ３）、比較部３１は、指令電流値Ｉｒから検出電流値Ｉｄを減算して電流偏差Ｉｅを算出する（〔Ｉｒ−Ｉｄ＝Ｉｅ〕：ステップＳ５）。
【００３２】
次に、積分処理部３３の積算部３４では、メモリ内の電流偏差積算値Ｉｅｉの値に電流偏差Ｉｅを加算する（ステップＳ７）。
さらに、判定部３５は、指令電流値Ｉｒと電流偏差積算値Ｉｅｉを乗算し、その乗算値が0未満（マイナス）となるか否かを判定する（〔Ｉｒ×Ｉｅｉ＜0〕：ステップＳ９）。
このとき、Ｉｒ×Ｉｅｉ＜0であれば（ステップＳ９：ＹＥＳ）、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後で電流偏差積算値Ｉｅｉはまだ極性が切り替わっていない状態ということとなるので、メモリ内の電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットする処理を行う（〔Ｉｅｉ＝0〕：ステップＳ１１）。
【００３３】
一方、Ｉｒ×Ｉｅｉ≧0であれば（ステップＳ９：ＮＯ）、比例処理部３２では電流偏差Ｉｅに比例ゲインＫｐを乗算し、積分処理部３３では電流偏差積算値Ｉｅｉに積分ゲインＫｉを乗算して、これらの値の合計値Ｒｅｔが算出される（〔Ｒｅｔ＝Ｋｐ×Ｉｅ＋ｋｉ×Ｉｅｉ〕：ステップＳ１３）。
そして、ＰＷＭ信号生成部３６では、合計値Ｒｅｔに基づいてデューティー比を特定し、これに応じたＰＷＭ信号をブリッジ回路２０に出力する（ステップＳ１５）。
【００３４】
ブリッジ回路２０は、ＰＷＭ信号に応じてＦＥＴ２１、２４のONとＦＥＴ２２、２３のONとを交互に行い、コイル４に正逆の電流を流し、総じてデューティー比に応じた電流を通電する。
その後、ステップＳ３に処理を戻して、次の指令電流値Ｉｒと検出電流値Ｉｄの読み込みを行う。なお、ステップＳ３からＳ１７までの処理はステッピングモータ１の駆動中は、一定の周期で繰り返し実行される。
また、上記フローチャートでは、ステッピングモータ１における一方のコイル４に対する電流制御のみを示しているが、もう一方のコイル５についても、指令電流値Ｉｒの位相をπ／２遅らせた状態で上記と同じ電流制御が行われる。
【００３５】
（ステッピングモータの駆動装置による制御の効果）
上記ステッピングモータの駆動装置７により電流制御は、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出して電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットすることに特徴を有している。
これによる効果について図７〜図９に基づいて説明する。各図は時間経過に伴う指令電流値Ｉｒ、電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットする制御を行った場合（上記実施形態の場合）の検出電流値Ｉｄ、電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットしない制御を行った場合（従来のＰＩ制御）の検出電流値Ｉｄｍの変化を示す線図であり、図７はステッピングモータ１を低速で駆動する場合、図８は中速で駆動する場合、図９は高速で駆動する場合を示している。
【００３６】
電流偏差積算値Ｉｅｉが指令電流値Ｉｒよりも極性が切り替わるのが遅れることに起因する指令電流値への追従性の低下は、ステッピングモータ１の駆動が高速になるほど顕著となる。
図７に示すステッピングモータ１の低速駆動時には、上記駆動装置７による検出電流値Ｉｄと従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍとでは差が小さいが、図８に示す中速駆動時には、駆動装置７による検出電流値Ｉｄは従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍよりも指令電流値Ｉｒに近い値で追従し、図９における高速駆動時には、駆動装置７による検出電流値Ｉｄは従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍよりも指令電流値Ｉｒに近い値で且つ指令電流値Ｉｒに近い位相で追従することを可能としていることが分かる。
【００３７】
このように、バイポーラ型２相ステッピングモータ１の駆動装置７は、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出すると電流偏差積算値Ｉｅｉの値をリセットする処理を行うことから、微分制御の制御系を加えることなく、高い追従性でステッピングモータ１のコイルに流す電流についてフィードバック制御を行うことを可能としている。特に、モータの高速駆動時に、追従の遅れを抑制することが可能となる。
【００３８】
（その他）
なお、上記ステッピングモータの駆動装置７では、ＣＰＵ８の指令電流値Ｉｒがマイクロステップに応じた出力を行う場合を例示したが、例えば、よりステップ数が少ないフルステップ駆動やハーフステップ駆動の場合も同様の電流制御を行っても効果的である。
また、駆動装置７では、ＤＳＰ３０を使用しているが、これに替えて、電流の読み込み処理が可能なＣＰＵ、シーケンサを用いたマイコン、アナログ回路を使用しても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１ バイポーラ型２相ステッピングモータ
４，５ コイル
６ 電源装置
７ 駆動装置
９ アース
１１ 電流検出部
２０ ブリッジ回路
３０ ＤＳＰ（制御部）
３１ 比較部
３２ 比例処理部
３３ 積分処理部
３４ 積算部
３５ 判定部
３６ ＰＷＭ信号生成部
Ｉｄ 検出電流値
Ｉｅ 電流偏差
Ｉｅｉ 電流偏差積算値
Ｉｒ 指令電流値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータにはその構成によって多くの種類があるが、一般的には二つのコイルが互いに異なる励磁タイミングで励磁されることで駆動する二相ステッピングモータが知られている。
図１０は二つのコイルの各々に対して通電方向の正逆を切り換えて駆動する従来のバイポーラ型２相ステッピングモータ１の個々のコイルごとに設けられた駆動装置１００の一構成例を示すブロック図である。
この駆動装置１００は、ステッピングモータ１１０の動作指令である電流値指令を出力するＣＰＵ１０１と、電流値指令に応じた指令電流値を出力するＤ／Ａ変換部１０２と、指令電流値に対するステッピングモータのコイルに流れる電流値の差分により偏差を出力する電流偏差生成部１０３と、規則的な鋸歯状の三角波を出力する三角波発生回路１０４と、比較値の信号と三角波の信号との比較に応じてON-OFFの連続信号であるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生回路１０５と、ステッピングモータ１１０の二つのコイルのそれぞれに流す電流の正逆方向及びON-OFFの切り換えを行うブリッジ回路１０６と、各コイルに流れる電流を検出する電流検出部１０７とを主に備えている。
そして、上記構成により、駆動装置１００では、ステッピングモータ１１０に対して、いわゆる比例制御（Ｐ制御）を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置では、比例制御（Ｐ制御）は、出力に定常偏差が生じる事やノイズの影響を受けやすいという欠点があった。
そこで、その対応として比例＋積分制御（ＰＩ制御）を用いる方法もあるが、バイポーラ型２相ステッピングモータは、各コイルに流す電流の正負の極性を周期的に切り換える必要があり、モータの高速回転時の電流がプラスからマイナス（もしくはマイナスからプラス）に切替るとき、それまでに積算された電流偏差の積算値により、電流追従が遅れるという問題があった。
図１１は、横軸を時間、縦軸を電流値として、電流値指令Ｉｒと実際にコイルに流れる電流値Ｉｄとこれらの電流偏差Ｉｅと電流偏差の積算値Ｉｅｉの変化を示す線図であり、これに基づいて説明する。
積分制御では、電流偏差の積算値Ｉｅｉをコイルに流す電流値に反映させることで定常偏差やノイズの影響を低減することが可能である。しかし、電流値指令Ｉｒがプラスからマイナスに変わった時点（図中の点Ｃ１）で電流偏差の積算値Ｉｅｉはまだプラスであるために、コイルにマイナスの電流値（逆方向の電流）を流すべきところを積分制御の成分は積算値Ｉｅｉを反映してプラスの補正を行うこととなり、追従性を低下させてしまう。
また、電流値指令Ｉｒがマイナスからプラスに変わった時点（図中の点Ｃ２）でも同様の現象が発生していた。
【０００５】
また、比例＋積分制御＋微分制御（ＰＩＤ制御）を用いる方法もあるが、微分制御を用いると制御系が複雑となり、ゲイン設定によっては、制御が発散してしまう問題があった。また、ＰＩＤ制御の場合も積分制御が含まれているので、上記追従性の問題は根本的に解決することはできなかった。
【０００６】
本発明の目的は、バイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置について、制御系を複雑化することなく追従性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、バイポーラ型２相ステッピングモータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づく前記コイルへの指令電流値と前記電流検出部の検出電流値との電流偏差に基づいて前記コイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記電流偏差の積算値を求め、当該積算値と前記電流偏差の値とにより前記コイルに流す電流値を決定すると共に、前記指令電流値の正負の極性が切り替わると前記電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記制御部は、前記指令電流値の正負の極性の切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記制御部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）から構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明は、周期的に指令電流値の極性が切り替わる場合に、当該切り替わりを検出し、電流偏差積算値の値をリセットする処理を行うことから、指令電流値の極性が切り替わった直後において、電流偏差積算値の極性が指令電流値に一致しないことによるコイルに流れる電流の追従性の低下の影響を排除する。このため、微分制御の実施など制御系の複雑化を生じることなく、フィードバック制御における追従性の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、指令電流値の正負の極性が切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定するので、例えば、直前の指令電流値を記憶して、新しい指令電流値との対比により極性の切り替わりの判定を行うような場合に比べて、直前の指令電流値を記憶する処理や記憶手段を不要とし、制御系の簡易化を図ることが可能である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、制御部として、周期的且つ連続的な処理に好適なＤＳＰを使用するので、処理の高速化を図ることが可能となり、追従性のさらなる向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるステッピングモータの駆動装置が接続されたステッピングモータの構成を示す説明図である。
【図２】ステッピングモータの駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ブリッジ回路の回路図である。
【図４】ＤＳＰの機能ブロック図である。
【図５】横軸を時間、縦軸を電流値として指令電流値と検出電流値と電流偏差と電流偏差積算値の変化を示した線図である。
【図６】ＤＳＰによるステッピングモータのコイルに対する通電制御を示すフローチャートである。
【図７】モータの低速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図８】モータの中速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図９】モータの高速駆動時における時間経過に伴う指令電流値、電流偏差積算値をリセットする制御を行った場合の検出電流値、電流偏差積算値をリセットしない制御を行った場合の検出電流値の変化を示す線図である。
【図１０】従来のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】横軸を時間、縦軸を電流値として、電流値指令と実際にコイルに流れる電流値とこれらの電流偏差と電流偏差の積算値の変化を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（発明の実施形態の全体構成）
図１は本発明の実施形態たる駆動装置７が接続されたバイポーラ型２相ステッピングモータ１（以下、単にステッピングモータ１とする）の構成を示す説明図である。以下、図１から図９に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態たるステッピングモータ１の駆動装置７は、ステッピングモータ１のＡ相及びＢ相の各コイル４，５ごとに設けられており、各駆動装置７はステッピングモータ１の目的とする動作に応じて定められた電流値指令を出力するＣＰＵ８に接続されている。
【００１５】
（ステッピングモータ）
ステッピングモータ１は、当該ステッピングモータ１の回転軸と一体をなして回転可能に設けられた円柱状の回転子２と、回転子２の周囲に設けられた円筒状の固定子３と、固定子３の内周部において回転子２に近接する方向に突出して設けられた芯部３ａ、３ｂに巻きつけられて、後述する駆動装置７による電流制御によって励磁されて回転子２の回転角度を変更／維持するコイル４，５とを備えている。なお、各コイル４，５は簡略化して図示しているが、実際には、それぞれ複数のコイルからなり、それらは回転子２の周囲に直列且つ均一間隔で交互に配置されている。
【００１６】
回転子２は、永久磁石等の磁性体であり、図示しないステッピングモータ１の回転軸に連結されて回転可能に支持されている。固定子３は、回転子２の周囲に設けられた円筒状の磁性材料（例えば鉄）であり、その内周部に回転子２に近接する方向に突出して設けられた芯部３ａ〜３ｄが設けられている。
コイル４，５は、芯部３ａ、３ｂに巻きつけられた巻線であり、後述する駆動装置７によって電流が流されることによって励磁されて電磁石として機能する。このときコイル４，５は各駆動装置７を通じてＣＰＵ８により位相をずらして周期的に電流値が変化する電流制御が行われる。また、二つのコイル４，５の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得ることができるマイクロステップにより、ステッピングモータ１の回転駆動が行われるようになっている。
【００１７】
（ステッピングモータの駆動装置）
次に、ステッピングモータの駆動装置７について詳細に説明する。
ステッピングモータの駆動装置７は、ステッピングモータ１の駆動／停止及び回転角度を制御する。ステッピングモータの駆動装置７は、図１に示すように、ステッピングモータ１のコイル４，５のそれぞれに設けられてコイル４，５に流れる電流の制御を行う。
図２はステッピングモータ１の駆動装置７の構成を示すブロック図である。
なお、以下の説明にあっては、コイル４に接続された駆動装置７について説明を行い、同様の仕組みであるコイル５の駆動装置７についての説明は省略する。
【００１８】
図２に示すように、ステッピングモータの駆動装置７は、ステッピングモータ１のコイル４に流れる電流値を検出する電流検出部１１と、コイル４に対して所定方向（正方向とする）とその逆方向のそれぞれに通電が行われるように接続の切り換えを行うブリッジ回路２０と、ブリッジ回路２０を通じてＣＰＵ８からの指令電流値に応じた電流がコイル４に流れるように、指令電流値と、電流検出部１１の検出電流値との電流偏差に基づいてコイル４に流す電流のフィードバック制御を行う制御部としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０とを備えている。
【００１９】
（駆動装置：電流検出部）
電流検出部１１は、コイル４に直列接続されたシャント抵抗であり、コイル４に流れる電流値に応じた検出信号を得ることができる。
【００２０】
（駆動装置：ブリッジ回路）
図３はブリッジ回路２０の回路図である。図３に示すように、ブリッジ回路２０は、ＦＥＴ２１〜２４及びダイオード２５〜２８によるＨブリッジ回路を構成しており、かかるブリッジ回路２０を介してコイル４を電源装置６に接続している。
なお、電源装置６はコイル４，５で共用される。つまり、一つの電源装置６に対して二つの駆動装置７のブリッジ回路２０が接続され、コイル４，５に電流が流される。
【００２１】
ＦＥＴ２１〜２４は所謂３端子の電界効果トランジスタであり、ＦＥＴ２１，２２の一方の電極がコイル４の一端と、ＦＥＴ２３，２４の一方の電極がコイル４の他端と接続されている。また、ＦＥＴ２１，２３の他方の電極が電源装置６と、ＦＥＴ２２，２４の他方の電極がアース９と接続されている。
また、ＦＥＴ２１〜２４はゲートがＤＳＰ３０と接続されており、当該ＤＳＰ３０によってゲートに電圧が印加されると、当該電圧の値に応じた電流を電源装置６からコイル４に流す「スイッチング素子」として機能する。なお、ＦＥＴ２１〜２４は双方向の通電が可能である。
【００２２】
そして、ＤＳＰ３０は、ＦＥＴ２１と２４とを同時にON、ＦＥＴ２２と２３とを同時にOFFとする接続状態と、ＦＥＴ２１と２４とを同時にOFF、ＦＥＴ２２と２３とを同時にONとする接続状態とに切り換えを行う。そして、前者の接続状態の際にはコイル４には図３における右方向に電流が流れ（図３実線矢印）、後者の接続状態の際にはコイル４には図３における左方向に電流が流れるようになっている（図３点線矢印）。
【００２３】
ダイオード２５〜２８は、ＦＥＴ２１〜２４のそれぞれと並列に接続されている。また、各ダイオード２５〜２８のアノード（陽極）はアース９側に、カソード（陰極）は電源装置６側に接続されている。つまり、電源装置６からの電流がダイオード２５〜２８に流れることはなく、電源装置６による電流の方向とは逆の方向の電流が流れた場合に、当該逆の方向の電流はダイオード２５〜２８を流れる。これによって、当該逆の方向の電流がＦＥＴ２１〜２４に流れることでＦＥＴ２１〜２４が破損することを防いでいる。即ち、ダイオード２５〜２８は、ＦＥＴ２１〜２４の保護回路として機能する。
【００２４】
（駆動装置：ＤＳＰ）
図４はＤＳＰ３０の機能ブロック図である。
即ち、ＤＳＰ３０は、主に、ＣＰＵ８からのステッピングモータ１のコイル４に基づく指令電流値Ｉｒに対する電流検出部１１の検出電流値Ｉｄの偏差Ｉｅを求める比較部３１と、偏差Ｉｅに比例ゲインＫｐを乗算する比例処理部３２と、偏差Ｉｅに基づいて積分処理を行う積分処理部３３と、比例処理部３２と積分処理部３３との処理結果に基づいてコイル４に所定電流の通電が行われるようにブリッジ回路２０へのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３６としての機能を実現するよう構成されている。
なお、上記各部３１，３２，３３，３６における連続した一連の処理は、一定の周期で繰り返し実行される。
【００２５】
図５の上側の図は横軸を時間、縦軸を電流値としてＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒと検出電流値Ｉｄの変化を示した線図であり、図５の下側の図は横軸を時間、縦軸を電流値として電流の偏差Ｉｅと電流偏差積算値Ｉｅｉの変化を示した線図である。
コイル４とコイル５とには、π／２の位相差をもって正弦波形となる周期的な電流値の変化が繰り返されるように通電が行われる。そして、ＣＰＵ８は、上記正弦波形をプロットするように段階的変化をなす指令電流の数値出力を行い、マイクロステップ駆動を実行する。
比較部３１は、上記ＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒと電流検出部１１からの検出電流値Ｉｄとを減算して電流偏差Ｉｅを算出する。
Ｉｒ−Ｉｄ＝Ｉｅ
そして、算出した電流偏差Ｉｅを比例処理部３２と積分処理部３３とに出力する。
【００２６】
比例処理部３２は、比較部３１から入力された電流偏差Ｉｅに予め定められた比例ゲインＫｐを乗算して、ＰＷＭ信号生成部３６に出力する。
【００２７】
積分処理部３３は、比較部３１から入力される毎回の電流偏差Ｉｅを積算する積算部３４と、積算部３４が積算した電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットするか否かを判定する判定部３５と備えている。なお、ＤＳＰ３０はメモリを内蔵しており、電流偏差積算値Ｉｅｉはこのメモリ内に記憶保持される。
【００２８】
従来から行われていたフィードバックによる積分制御では、ステッピングモータ１の駆動から停止まで電流偏差Ｉｅの積算を連続的に行っていた。その結果、バイポーラ型２相ステッピングモータ１のように、指令電流値Ｉｒの極性が周期的に切り替わる場合には、指令電流値Ｉｒの極性の切り換え直後において、それまでに積算された電流偏差積算値Ｉｅｉと極性の不一致が生じ、積分制御成分が指令電流値Ｉｒへの追従を妨げるように作用して、コイルの通電の追従性が低下する問題が生じていた。
そこで、積分処理部３３の判定部３５では、ＣＰＵ８からの指令電流値Ｉｒを読み取って、直前の指令電流値に対してその極性が切り替わったか否かを判定する。具体的には、指令電流値Ｉｒと電流偏差積算値Ｉｅｉとを乗算した乗算値がマイナスの極性となるか否かにより判定する。つまり、指令電流値Ｉｒの極性が変化してない場合には、それまでの電流偏差積算値Ｉｅｉと極性が一致するので乗算すると必ずプラスとなり、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後は電流偏差積算値Ｉｅｉと一致しないので乗算するとその乗算値は必ずマイナスとなるので、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出することができる。
そして、判定部３５は、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後ではないと判定した時には、従前の制御と同様に、電流偏差積算値Ｉｅｉに積分ゲインを乗算してＰＷＭ信号生成部３６に出力する。また、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後と判定した時には、電流偏差積算値Ｉｅｉを0としてＰＷＭ信号生成部３６に出力する。
即ち、図５に示すように、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わったポイントＰ１〜Ｐ３において、電流偏差積算値Ｉｅｉは0にリセットされ、それ以降は新たに積算が行われるようになっている。
【００２９】
ＰＷＭ信号生成部３６は、比例処理部３２の出力であるＫｐ×Ｉｅと積分処理部３３の出力であるＫｉ×Ｉｅｉ（リセットされた場合にはＩｅｉ＝0）とを加算し、その合計値Ｒｅｔを算出する
Ｒｅｔ＝Ｋｐ×Ｉｅ＋Ｋｉ×Ｉｅｉ
【００３０】
そして、ONとOFFの繰り返しの信号であるＰＷＭ信号を、上記合計値Ｒｅｔの数値に応じたデューティー比で生成してブリッジ回路に出力する。デューティー比は、Ｒｅｔの数値に応じて比例的に大きくなるように設定される。即ち、Ｒｅｔの値がプラスで絶対値が大きければONの比率が0.5以上で絶対値に応じてより1.0に近づくようにデューティー比が定められ、Ｒｅｔの値がマイナスで絶対値が大きければOFFの比率が0.5以上で絶対値に応じてより1.0に近づくようにデューティー比が定められる。
なお、合計値ＲｅｔとＰＷＭ信号のデューティー比とは、互いに対応関係を定めたテーブルをＤＳＰ３０内に用意し、これを参照して合計値Ｒｅｔに応じたデューティー比を特定する処理を行っても良い。
これにより、コイル４に対して正又は逆の方向に所定の電流が流れて通電量が指令電流値に追従するように修正される。
即ち、ＤＳＰ３０（制御部）は、電流偏差の積算値Ｉｅｉ（電流偏差積算値Ｉｅｉ）を求め、当該積算値Ｉｅｉと電流偏差Ｉｅの値とによりコイル４に流す電流値を決定すると共に、指令電流値Ｉｒの正負の極性が切り替わると電流偏差の積算値をリセット（Ｉｅｉ＝０）してから積算を継続する。
【００３１】
（駆動装置によるステッピングモータの制御）
上記駆動装置７によるステッピングモータ１の制御について、特に、ＤＳＰ３０（制御部）によるステッピングモータ１のコイル４に対する通電制御を図６のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステッピングモータ１の駆動が開始される際には、電流偏差積算値Ｉｅｉの値がリセットされる（〔Ｉｅｉ＝0〕：ステップＳ１）。
そして、ＤＳＰ３０は、指令電流値ＩｒをＣＰＵ８から読み取ると共に検出電流値Ｉｄを電流検出部１１から読み取り（ステップＳ３）、比較部３１は、指令電流値Ｉｒから検出電流値Ｉｄを減算して電流偏差Ｉｅを算出する（〔Ｉｒ−Ｉｄ＝Ｉｅ〕：ステップＳ５）。
【００３２】
次に、積分処理部３３の積算部３４では、メモリ内の電流偏差積算値Ｉｅｉの値に電流偏差Ｉｅを加算する（ステップＳ７）。
さらに、判定部３５は、指令電流値Ｉｒと電流偏差積算値Ｉｅｉを乗算し、その乗算値が0未満（マイナス）となるか否かを判定する（〔Ｉｒ×Ｉｅｉ＜0〕：ステップＳ９）。
このとき、Ｉｒ×Ｉｅｉ＜0であれば（ステップＳ９：ＹＥＳ）、指令電流値Ｉｒの極性が切り替わった直後で電流偏差積算値Ｉｅｉはまだ極性が切り替わっていない状態ということとなるので、メモリ内の電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットする処理を行う（〔Ｉｅｉ＝0〕：ステップＳ１１）。
【００３３】
一方、Ｉｒ×Ｉｅｉ≧0であれば（ステップＳ９：ＮＯ）、比例処理部３２では電流偏差Ｉｅに比例ゲインＫｐを乗算し、積分処理部３３では電流偏差積算値Ｉｅｉに積分ゲインＫｉを乗算して、これらの値の合計値Ｒｅｔが算出される（〔Ｒｅｔ＝Ｋｐ×Ｉｅ＋ｋｉ×Ｉｅｉ〕：ステップＳ１３）。
そして、ＰＷＭ信号生成部３６では、合計値Ｒｅｔに基づいてデューティー比を特定し、これに応じたＰＷＭ信号をブリッジ回路２０に出力する（ステップＳ１５）。
【００３４】
ブリッジ回路２０は、ＰＷＭ信号に応じてＦＥＴ２１、２４のONとＦＥＴ２２、２３のONとを交互に行い、コイル４に正逆の電流を流し、総じてデューティー比に応じた電流を通電する。
その後、ステップＳ３に処理を戻して、次の指令電流値Ｉｒと検出電流値Ｉｄの読み込みを行う。なお、ステップＳ３からＳ１７までの処理はステッピングモータ１の駆動中は、一定の周期で繰り返し実行される。
また、上記フローチャートでは、ステッピングモータ１における一方のコイル４に対する電流制御のみを示しているが、もう一方のコイル５についても、指令電流値Ｉｒの位相をπ／２遅らせた状態で上記と同じ電流制御が行われる。
【００３５】
（ステッピングモータの駆動装置による制御の効果）
上記ステッピングモータの駆動装置７により電流制御は、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出して電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットすることに特徴を有している。
これによる効果について図７〜図９に基づいて説明する。各図は時間経過に伴う指令電流値Ｉｒ、電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットする制御を行った場合（上記実施形態の場合）の検出電流値Ｉｄ、電流偏差積算値Ｉｅｉをリセットしない制御を行った場合（従来のＰＩ制御）の検出電流値Ｉｄｍの変化を示す線図であり、図７はステッピングモータ１を低速で駆動する場合、図８は中速で駆動する場合、図９は高速で駆動する場合を示している。
【００３６】
電流偏差積算値Ｉｅｉが指令電流値Ｉｒよりも極性が切り替わるのが遅れることに起因する指令電流値への追従性の低下は、ステッピングモータ１の駆動が高速になるほど顕著となる。
図７に示すステッピングモータ１の低速駆動時には、上記駆動装置７による検出電流値Ｉｄと従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍとでは差が小さいが、図８に示す中速駆動時には、駆動装置７による検出電流値Ｉｄは従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍよりも指令電流値Ｉｒに近い値で追従し、図９における高速駆動時には、駆動装置７による検出電流値Ｉｄは従来のＰＩ制御による検出電流値Ｉｄｍよりも指令電流値Ｉｒに近い値で且つ指令電流値Ｉｒに近い位相で追従することを可能としていることが分かる。
【００３７】
このように、バイポーラ型２相ステッピングモータ１の駆動装置７は、指令電流値Ｉｒの極性の切り替わりを検出すると電流偏差積算値Ｉｅｉの値をリセットする処理を行うことから、微分制御の制御系を加えることなく、高い追従性でステッピングモータ１のコイルに流す電流についてフィードバック制御を行うことを可能としている。特に、モータの高速駆動時に、追従の遅れを抑制することが可能となる。
【００３８】
（その他）
なお、上記ステッピングモータの駆動装置７では、ＣＰＵ８の指令電流値Ｉｒがマイクロステップに応じた出力を行う場合を例示したが、例えば、よりステップ数が少ないフルステップ駆動やハーフステップ駆動の場合も同様の電流制御を行っても効果的である。
また、駆動装置７では、ＤＳＰ３０を使用しているが、これに替えて、電流の読み込み処理が可能なＣＰＵ、シーケンサを用いたマイコン、アナログ回路を使用しても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１ バイポーラ型２相ステッピングモータ
４，５ コイル
６ 電源装置
７ 駆動装置
９ アース
１１ 電流検出部
２０ ブリッジ回路
３０ ＤＳＰ（制御部）
３１ 比較部
３２ 比例処理部
３３ 積分処理部
３４ 積算部
３５ 判定部
３６ ＰＷＭ信号生成部
Ｉｄ 検出電流値
Ｉｅ 電流偏差
Ｉｅｉ 電流偏差積算値
Ｉｒ 指令電流値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ型２相ステッピングモータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づく前記コイルへの指令電流値と前記電流検出部の検出電流値との電流偏差に基づいて前記コイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記電流偏差の積算値を求め、当該積算値と前記電流偏差の値とにより前記コイルに流す電流値を決定すると共に、
前記指令電流値の正負の極性が切り替わると前記電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とするバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記指令電流値の正負の極性の切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定することを特徴とする請求項１記載のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）から構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項１】
バイポーラ型２相ステッピングモータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記バイポーラ型２相ステッピングモータへの動作指令に基づく前記コイルへの指令電流値と前記電流検出部の検出電流値との電流偏差に基づいて前記コイルに流す電流のフィードバック制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記電流偏差の積算値を求め、当該積算値と前記電流偏差の値とにより前記コイルに流す電流値を決定すると共に、
前記指令電流値の正負の極性が切り替わると前記電流偏差の積算値をリセットしてから積算を継続することを特徴とするバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記指令電流値の正負の極性の切り替わりを、当該指令電流値と電流偏差の積算値の乗算値から判定することを特徴とする請求項１記載のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）から構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のバイポーラ型２相ステッピングモータの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１０】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１０】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９５４７７（Ｐ２０１２−９５４７７Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１８０５（Ｐ２０１０−２４１８０５）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
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