JP2016073168A - Current detection gain switching method and apparatus for stepping motor driver circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はステッピングモータの駆動回路に含まれるモータ電流検出回路のゲインを切替える方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for switching the gain of a motor current detection circuit included in a drive circuit for a stepping motor.
アブソリュートエンコーダからの角度検出信号を用いてステッピングモータのクローズドループ制御を行う方式においては,ステッピングモータのロータとステータの位相関係は常に把握可能であるから,ステッピングモータの初回通電時に与えるべき駆動電流の位相を決定することは容易である。しかしながら,アブソリュートエンコーダは高価であるので,クローズドループ制御においてインクリメンタルエンコーダが用いられることが多い。インクリメンタルエンコーダでは回転角の絶対値は分らず,回転角の変化分が検出できるのみであるから,ステッピングモータの初回通電時(電源投入時)に励磁検出動作(磁極確定動作,または励磁相信号検出動作)が必要となる。 In the closed loop control of the stepping motor using the angle detection signal from the absolute encoder, the phase relationship between the rotor and the stator of the stepping motor can always be grasped. It is easy to determine the phase. However, since an absolute encoder is expensive, an incremental encoder is often used in closed-loop control. Incremental encoders do not know the absolute value of the rotation angle, but can only detect the change in rotation angle. Therefore, the excitation detection operation (magnetic pole determination operation or excitation phase signal detection) is performed when the stepping motor is energized for the first time (when the power is turned on). Operation) is required.
励磁検出動作とは,ステッピングモータのロータとステータの位相関係を把握する(電気角の整合性を確保する,磁極位置を確定する)ために初回通電時に行うものである。その一例が特許文献1に記載され,さらに改良した制御方法が特許文献2に記載されている。
The excitation detection operation is performed at the first energization in order to grasp the phase relationship between the rotor and the stator of the stepping motor (to ensure electrical angle consistency and to determine the magnetic pole position). An example is described in Patent Document 1, and a further improved control method is described in
励磁検出動作はロータの磁極がステータの磁極と正対する位置(励磁安定点)にロータを強制的に回転させるものであるから,出力トルクを大きくすることが好ましい。この点については上記の特許文献1,2には記述されていない。
In the excitation detection operation, the rotor is forcibly rotated to a position (excitation stable point) where the rotor magnetic pole faces the stator magnetic pole. Therefore, it is preferable to increase the output torque. This point is not described in the
出力トルクを増大させるためにモータへの通電電流を増加させることが考えられる。ステッピングモータの駆動回路には電流のフィードバック制御を行うために電流検出回路が備えられている。励磁検出動作においてモータ電流を増大させると,電流検出回路のダイナミックレンジの最大値を,増大したモータ電流を検出できる範囲まで広げて設定しなければならない。仮に,励磁検出動作においてモータ電流を通常動作時の2倍に設定したとすると,通常動作に移行したときには,電流検出回路は設定されたフルスケールの半分の範囲内でのみ動作することになる。そうするとS/N比が低下して耐ノイズ性が悪くなり,特に低電流域では振動等の発生が懸念される。 In order to increase the output torque, it is conceivable to increase the energization current to the motor. A stepping motor drive circuit is provided with a current detection circuit for current feedback control. When the motor current is increased in the excitation detection operation, the maximum value of the dynamic range of the current detection circuit must be set to a range where the increased motor current can be detected. Assuming that the motor current is set to twice that in normal operation in the excitation detection operation, the current detection circuit operates only within a range of half of the set full scale when shifting to normal operation. If it does so, S / N ratio will fall and noise resistance will worsen, and generation | occurrence | production of a vibration etc. is anxious about especially a low current region.
この発明はS/N比を低下させることなく,実仕様範囲を拡大できるようにするものである。 The present invention makes it possible to expand the actual specification range without reducing the S / N ratio.
すなわち,この発明は励磁検出動作時にモータ電流を増大させても,通常動作時(励磁検出動作時以外の動作時)におけるS/N比を高く保つことができるようにすることを目的とする。 In other words, an object of the present invention is to maintain a high S / N ratio during normal operation (operation other than the excitation detection operation) even if the motor current is increased during the excitation detection operation.
さらにこの発明は,複数種類の異なる仕様(定格電流など)のステッピングモータに共用するために電流検出回路のゲインを切替可能とした構成において,そのゲイン切替回路を特定の仕様のステッピングモータの励磁検出時にも利用しようとするものである。 Furthermore, the present invention provides a configuration in which the gain of the current detection circuit can be switched so that it can be shared by a plurality of types of stepping motors with different specifications (rated current, etc.), and the gain switching circuit can be used to detect the excitation of a stepping motor of a specific specification. It is intended to be used sometimes.
この発明によるステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替方法は,モータ電流の電流検出回路を備え,検出電流をフィードバックして指令値に応じた電流が流れるように制御するステッピングモータ駆動回路において,前記電流検出回路のゲインを切替可能とし,励磁検出動作時におけるモータ電流増加に応じてゲインを小さくするように切替えるものである。 A stepping motor drive circuit current detection gain switching method according to the present invention includes a motor current detection circuit, wherein the current detection circuit feeds back the detection current and controls the current to flow according to a command value. The gain of the detection circuit can be switched, and the gain is switched to decrease as the motor current increases during the excitation detection operation.
この発明によるステッピングモータ駆動回路の電流ゲイン切替装置は,検出したモータ電流をフィードバックして指令値に応じた電流が流れるように制御するステッピングモータ駆動回路において,ゲイン切替可能なモータ電流の電流検出回路,および励磁検出動作時におけるモータ電流増加に応じて前記電流検出回路のゲインを小さくするように切替える切替手段を備えるものである。 A current gain switching device for a stepping motor drive circuit according to the present invention is a stepping motor drive circuit that feeds back a detected motor current and controls a current according to a command value to flow. , And switching means for switching so as to reduce the gain of the current detection circuit in accordance with an increase in the motor current during the excitation detection operation.
励磁検出動作においてトルクを増大させるためにモータ電流を増大させたときに,増大させたモータ電流に相当する分,電流検出回路のゲインを小さくし,モータ電流検出回路の出力電圧の最大レベルを,励磁検出動作時においても,通常動作時においても,ほぼ同じ程度になるようにしている。したがって,電流検出回路のダイナミックレンジ(電流検出信号が変化する範囲)はどのようなときでもほぼ同程度に保たれ,いつでも同程度のS/N比を保つことができる。S/N比を低下させることなく,実仕様の範囲を拡大することができる。 When the motor current is increased to increase the torque in the excitation detection operation, the gain of the current detection circuit is reduced by the amount corresponding to the increased motor current, and the maximum level of the output voltage of the motor current detection circuit is Both the excitation detection operation and the normal operation are set to approximately the same level. Therefore, the dynamic range of the current detection circuit (the range in which the current detection signal changes) is maintained at almost the same level at any time, and the S / N ratio can be maintained at the same level at any time. The range of actual specifications can be expanded without reducing the S / N ratio.
一実施態様では,電流検出回路はそのゲインを決定する複数の抵抗を備えている。そして,電流検出ゲインの切替えをこれらの抵抗の接続を切替えることにより実現する。 In one embodiment, the current detection circuit includes a plurality of resistors that determine its gain. The switching of the current detection gain is realized by switching the connection of these resistors.
この発明は,仕様の異なる複数種類のステッピングモータに共用できるようにステッピングモータの種類に応じてゲインを切替可能な電流検出回路を備えたステッピングモータ駆動回路に適用すると一層効果的である。 The present invention is more effective when applied to a stepping motor drive circuit having a current detection circuit capable of switching the gain according to the type of the stepping motor so that it can be shared by a plurality of types of stepping motors having different specifications.
すなわち,少なくとも一種類の仕様のステッピングモータの励磁検出動作時に他の種類の仕様のステッピングモータのゲインとなるように切替えることにより,少なくとも一種類の仕様のステッピングモータの励磁検出動作におけるモータ電流の切替えに対処できる。 In other words, the motor current can be switched in the excitation detection operation of at least one type of stepping motor by switching to the gain of the stepping motor of another type during the excitation detection operation of at least one type of stepping motor. Can be dealt with.
図1はステッピングモータの駆動回路を含む駆動系の機能ブロック図を示している。 FIG. 1 is a functional block diagram of a drive system including a stepping motor drive circuit.
2相ステッピングモータ10はA相(およびAの反転相,Aバー。これを明細書ではA_相と表記する。)ならびにB相(およびBの反転相,Bバー。これを明細書ではB_相と表記する。)の駆動電流(モータ電流)により駆動される。ステッピングモータ10にはインクリメンタルエンコーダ11が取付けられており,モータ10の回転速度を表わすエンコーダパルスがエンコーダ11から出力され,制御装置30,駆動信号生成部(回路)31および励磁検出制御部(回路)32にフィードバックされる。
The two-
ステッピングモータ10の初回通電時(電源投入時)には励磁検出動作が行なわれる。この励磁検出動作により一旦磁極が確定すると(ロータの磁極がステータの磁極と正対し,安定点に至ると),ステッピングモータ10はそのままロックされるか,または通常動作で運転される。励磁検出動作の一例については後述する(先の特許文献1,2にも記載されている)。通常動作は,たとえばマイクロステップ方式で駆動される。通常動作は駆動信号生成部31により制御され,励磁検出動作は励磁検出制御部32により制御される。駆動信号生成部31および励磁検出制御部32は,ソフトウェア(コンピュータ・プログラム)を組込んだ制御装置30の一部として実現することもできるし,ハードウェア回路により実現することもできる。
When the
制御装置30はコンピュータ(CPU)で構成され,上記の励磁検出動作および通常動作の制御を行う。通常動作においては,制御装置30は駆動信号生成部31をアクティブにし(通常動作モード),ステッピングモータの回転制御のために,一例として短い周期で位置指令を発生し,駆動信号生成部31に与えられる。駆動信号生成部31は,一例として位置制御部と速度制御部とを備えている。(角度)位置制御部は,制御装置30から与えられる位置指令と,エンコーダパルスに基づいて作成される位置検出信号(検出(角度)位置)(位置応答)との差分に基づいて速度指令を生成する。速度制御部は速度指令とエンコーダパルスに基づいて作成される速度検出信号(検出速度)(速度応答)との差分に基づいて電流指令を生成する。この電流指令はA相,B相の相電流指令を含む。速度制御部の動作は位置指令の発生周期よりも短い周期で行ってもよい。
The
モータ駆動回路20はA相,B相のそれぞれについて,電流制御回路21,22,インバータ25(1つのブロックとして図示),および電流検出回路23,24を備える。電流検出回路23,24はそれぞれA相およびB相のモータ電流を検出するものであり,具体的構成例については後述する。これらの電流検出回路23,24による検出電流は電流制御回路21,22にフィードバックされる。電流制御回路21,22はそれぞれ,駆動信号生成部31から与えられる電流指令と電流検出回路23,24の検出電流との差分に基づいて,たとえばPID制御により,インバータ25に与える電圧信号を発生する。インバータ25は入力する電圧信号に対応する周波数の制御信号をA相,B相ごとに発生し,モータ電流回路に設けられたスイッチング素子(図2の符号28,29を参照)のオン,オフを制御する。インバータ25に代えてPWM(Pulse Width Modulation)回路を用いてもよい。電流検出回路23,24におけるゲイン切替は制御装置30によって制御される。
The
図2は,主にA相についての電流検出回路23の具体的構成例を示すものである。インバータとしてはA相に関する部分が符号25Aで示されている。インバータ25Aによってステッピングモータ10のモータ電流回路(ステータのコイル配線)に設けられたA相,A_相のスイッチング素子(FET)28,29のオン,オフが制御される。モータ電流回路にはA相,A_相の電流を検出するための電流検出抵抗RS(原則的に同じ抵抗値を持つのでいずれもRSで示す)が接続されている。電流検出回路23は,これらの電流検出抵抗RSにモータ電流(A_相の電流をiA_,A相の電流をiAで表わす)が流れることにより生じる降下電圧V2とV1との差分に相当する電圧Voutを検出するものである。
FIG. 2 shows a specific configuration example of the
電流検出回路23は演算増幅器(OPアンプ)26を含む差動増幅回路により構成される。降下電圧V1,V2は抵抗R1(原則的に同じ抵抗値を有するのでいずれもR1で示す)をそれぞれ介して演算増幅器26の反転入力端子(反転入力側)と非反転入力端子(非反転入力側)に入力する。演算増幅器26の反転入力端子と出力端子(出力側)との間には,それぞれスイッチ(たとえば半導体スイッチング素子)41,42,43,44を介して抵抗R21,R22,R23,R24が並列に接続されている。同じように,演算増幅器26の非反転入力端子と出力端子との間には,それぞれスイッチ(たとえば半導体スイッチング素子)41,42,43,44(非反転側のスイッチと同時にオン,オフ制御されるので同じ符号で示す)を介して抵抗R21,R22,R23,R24(反転側に接続された抵抗R21,R22,R23,R24と原則的に同じ抵抗値をもつものを同じ符号で示す)が並列に接続されている。
The
スイッチ41,42,43,44は制御装置30からのゲイン切替信号によって制御される。たとえば,スイッチ41がオン,他のスイッチ42,43,44がオフのときには,反転側と非反転側の2つの帰還抵抗R21が反転,非反転入力側と出力側との間に接続される。他の抵抗R22,R23,R24についても,スイッチ42,43,44がそれぞれオンのときに,反転,非反転入力側と出力側との間にそれぞれ接続される。スイッチ41,42,43,44はいずれか一つのみがオンとされ,他はオフとなるように制御される。もっとも,2つ以上のスイッチを同時にオンして,2つ以上の帰還抵抗を並列に接続して抵抗値を変えるようにすることも可能である。非反転入力側に接続された抵抗R21,R22,R23,R24の非反転入力端子とは反対側の端子には,電源電圧をVPとしてVP/2の電圧が印加される。
The
電流検出回路23の出力電圧Voutは,スイッチ41,42,43,44のいずれかにより接続された帰還抵抗をR2iで代表すると,次式で与えられる。
The output voltage V out of the
Vout=(VP/2)+(R2i/R1)(V2−V1) ‥‥式(1)
V1=iA_・RS ‥‥式(2)
V2=iA・RS ‥‥式(3)
V out = (V P / 2) + (R 2i / R 1 ) (V 2 −V 1 ) Equation (1)
V 1 = i A _ · R S (2)
V 2 = i A · R S (3)
モータ電流iAとiA_は互いに逆相の電流である。(R2i/R1)が電流検出ゲインを表わす。 The motor currents i A and i A _ are currents of opposite phases. (R 2i / R 1 ) represents the current detection gain.
電流検出回路23に抵抗値の異なる4種類の帰還抵抗R21,R22,R23,R24が接続されているので,この電流検出回路23のゲインは4段階に切替可能である。
Since four types of feedback resistors R 21 , R 22 , R 23 , and R 24 having different resistance values are connected to the
電流検出回路23に4種類の抵抗を設けて4段階にゲインを切替えるように構成されている主要な理由は次の通りである。
The main reason why four types of resistors are provided in the
すなわち電流検出回路23,24を備えたモータ駆動回路20を含む図1に示すステッピングモータ駆動系を複数種類(4種類)の仕様のステッピングモータの駆動のために共用できるようにするためである。4種類の仕様を仕様1,2,3および4とし,その定格電流の値の比を,簡単のために,1対2対3対4とする。仕様1のステッピングモータの定格電流が最も小さい。仕様4のステッピングモータの定格電流が最も大きく,仕様1のステッピングモータの定格電流の4倍である。
That is, the stepping motor drive system shown in FIG. 1 including the
式(1)において,演算増幅器26の入力側の抵抗R1は固定であるから,電流検出ゲインは帰還抵抗R2iの値によって定まる。帰還抵抗R2iの値を,その比で表現してR21対R22対R23対R24が4対3対2対1となるように設定しておく(抵抗R2iの具体的な抵抗値は他の抵抗R1の値や他の条件に応じて適切に定めればよい)。仕様1のステッピングモータを駆動するときにはスイッチ41をオンとし,他のスイッチ42〜44をオフとし,抵抗R21のみを演算増幅器26の入力側と出力側との間に接続した状態とする。他の仕様2,3,4のステッピングモータを駆動するためにこの駆動系を用いるときには,それぞれ,抵抗R22,R23,R24を接続状態とし,他の抵抗を切離すようにスイッチ41〜44を制御する。このような運用方法によれば,仕様1,2,3,4のステッピングモータの運転時(通常動作時)における電流検出ゲインの比は4対3対2対1となる。(直流分VP/2を除いたとして。これを除くことはオフセットを適宜定めることにより可能である。)
In equation (1), since the resistance R 1 on the input side of the
このように定格電流が大きい場合ほど電流検出ゲインを小さくすることにより,電流検出回路の出力のダイナミックレンジを常にほぼ同じ範囲に収めることが可能となる。 Thus, by reducing the current detection gain as the rated current is larger, the dynamic range of the output of the current detection circuit can always be kept within substantially the same range.
複数の切替可能な電流検出ゲインを有する電流検出回路を,特定の仕様のステッピングモータの励磁検出動作時と通常動作時とにおける電流検出ゲイン切替えにも利用することができる。定格電流の最も小さい仕様1のステッピングモータの通常動作時には抵抗R21が選択されている。この仕様1のステッピングモータの励磁検出動作時には抵抗R22を選択すると電流検出ゲインは通常動作時の1/2になる。すなわち,励磁検出動作時にトルクを増大させるためにステッピングモータに2倍のモータ電流を流したとしても,電流検出回路の出力電圧のダイナミックレンジは通常動作時とほぼ同じ範囲に納まる。逆にいえば,励磁検出動作時に2倍のモータ電流を流しても電流検出回路の出力電圧範囲を所定のフルスケール内に収まるようにし,しかもモータ電流を励磁検出動作時の半分にする通常動作時においても電流検出回路の出力電圧を同じフルスケール内に保つことが可能となる。通常動作時において電流検出回路の出力電圧の変化が小さな範囲になってしまうという事態が避けられるので,モータ駆動回路のS/N比を低下させることがない。 A current detection circuit having a plurality of switchable current detection gains can also be used for switching the current detection gain between the excitation detection operation and the normal operation of a stepping motor having a specific specification. Resistor R 21 is selected during normal operation of most small Specifications 1 stepper motor rated current. When the resistance R 22 is selected during the excitation detection operation of the stepping motor of this specification 1, the current detection gain becomes 1/2 of that during normal operation. That is, even if twice the motor current is passed through the stepping motor in order to increase the torque during the excitation detection operation, the dynamic range of the output voltage of the current detection circuit falls within substantially the same range as during normal operation. In other words, normal operation that keeps the output voltage range of the current detection circuit within the specified full scale even when twice the motor current is passed during excitation detection operation, and also halves the motor current during excitation detection operation. Even at times, the output voltage of the current detection circuit can be kept within the same full scale. Since a situation in which the change in the output voltage of the current detection circuit falls within a small range during normal operation can be avoided, the S / N ratio of the motor drive circuit is not lowered.
上記の例では仕様2のステッピングモータについても,帰還抵抗R22とR24を切替えることにより,励磁検出動作時に通常動作時の2倍のモータ電流を流すことに対処することができる。
In the above example, the stepping motor of
上記の2倍や抵抗値比の1対2対3対4等の数値は分りやすく説明するためのものであって,これに限られないのはいうまでもない。 The numerical values such as the above two times or the resistance value ratio of 1: 2: 3: 4, etc. are for easy understanding and are not limited thereto.
図2に示す電流検出回路は4種類の仕様のステッピングモータに共用するために電流検出ゲインが4段階に切替可能に設計されている。励磁検出動作時と通常動作時との間の電流検出ゲインのみの切替であれば,少なくとも2段階の電流検出ゲイン切替が可能であればよい。たとえば,ある特定の仕様のステッピングモータのために抵抗R21とR22のみをスイッチング可能に接続しておく(他の抵抗R23,R24は設けない)。励磁検出動作時には抵抗R22を接続し,抵抗R21を切離す,通常動作時には抵抗R21を接続し,抵抗R22を切離すようにスイッチ41,42をオン,オフ制御すればよい。
The current detection circuit shown in FIG. 2 is designed so that the current detection gain can be switched in four stages in order to be shared by four types of stepping motors. If only the current detection gain is switched between the excitation detection operation and the normal operation, it is sufficient that at least two stages of current detection gain switching can be performed. For example, only resistors R 21 and R 22 are connected so as to be switchable for a stepping motor of a specific specification (other resistors R 23 and R 24 are not provided). The resistor R 22 is connected at the time of excitation detection operation, the resistance R 21 disconnected, during the normal operation by connecting a resistor R 21, detach so the
励磁検出動作から通常動作に移行するときの制御装置30による制御処理手順が図3に示されている。通常動作時の電流検出ゲインをG1,励磁検出動作時の電流検出ゲインをG2とし,これらの両状態におけるゲイン比率をnとする。
FIG. 3 shows a control processing procedure by the
n=G1/G2 ‥‥式(4) n = G1 / G2 Equation (4)
励磁検出動作の開始にあたっては制御装置30は励磁検出制御部32をアクティブ(励磁検出動作モード)にする(このとき,駆動信号生成部31はノンアクティブである)。また,電流検出回路23,24の電流検出ゲインを励磁検出動作時のゲインG2とする。これは,たとえばスイッチ42をオンして抵抗R22を接続し,他のスイッチをすべてオフして他の抵抗を切離すことにより実現される。また,励磁検出制御部32に与える電流指令値(指令電流値)を通常動作のn倍とする。ステッピングモータには通常動作のn倍のモータ電流が流され,大きなトルクで励磁検出動作が行なわれる(S1)。
When starting the excitation detection operation, the
磁極が確定すると,制御装置30は,指令電流値を励磁検出動作時の1/nに低下させ,電流検出回路のゲインをG2のままに保つ(S2)。電流検出ゲインが通常動作時のゲインG1よりも小さい値に保たれるので電流検出回路の出力電圧は低下し,S/N比も低下するが,これはきわめて僅かの時間である。
When the magnetic pole is determined, the
磁極が確定したので,制御回路30はそのままホールド(待機)するときには全相励磁としてロックし,ステッピングモータを始動するときには励磁検出制御部32をノンアクティブにし,駆動信号生成部31をアクティブにして始動指令を与え通常動作に切替える。また,電流検出回路のゲインをG1に切替える(S3)。これは図2の回路において,スイッチ42をオフして抵抗R22を切離し,スイッチ41をオンして抵抗R21を接続することにより実現される。電流検出ゲインが増大してG1になるので電流検出回路は再びフルスケールの範囲内で動作し,S/N比が改善される。
Since the magnetic pole has been determined, the
最後に制御装置30と励磁検出制御部32による励磁検出動作の一例について説明しておく。
Finally, an example of the excitation detection operation by the
ステッピングモータ10は電気角50極対のもの,エンコーダ11は機械角1回転当り800分解能であるとする。機械角1回転(1周)の中に電気角が50周あることになる。したがって,
800パルス/50周=16パルス/周 ‥‥式(5)
となり,1電気角(360度)は16分解能となる。
It is assumed that the stepping
800 pulses / 50 laps = 16 pulses / lap ...... Formula (5)
Thus, one electrical angle (360 degrees) is 16 resolution.
図4は1電気角の円を表わしている。内側の円がロータ,外側の円がステータである。ステータにおいて,1電気角を16分割し,右廻りに1〜16までの番号を付す。電気角0度をステータ(角度)位置1とする。ステータ位置1〜4を第1象限,ステータ位置5〜8を第2象限,ステータ位置9〜12を第3象限,ステータ位置13〜16を第4象限とする。
FIG. 4 represents a circle of one electrical angle. The inner circle is the rotor and the outer circle is the stator. In the stator, one electrical angle is divided into 16 and numbers 1 to 16 are assigned clockwise. An electrical angle of 0 degrees is a stator (angle) position 1. The stator positions 1 to 4 are the first quadrant, the
図5はエンコーダ11の出力パルス信号を示している。エンコーダ11の出力には2相あり,これらをパルス信号Sa,Sbとする。信号Sa,SbはそれぞれH(ハイ)レベルとL(ロー)レベルをとる。信号SaとSbのレベルの組合せをHH,LH,LL,HLのように表現する。組合せの変化はカウンタ(図示略)により計数され,変化する毎にカウンタの値は1ずつインクレメントされる。1電気角当り16カウントとなる。
FIG. 5 shows an output pulse signal of the
モータ電流の動力線にA相にのみ通電し,ロータが電磁ロックされたとき,エンコーダはその出力信号の組合せがHHとなるように調整されているものとする。同様にステータ電流ベクトルがステータ位置2を向いているときエンコーダ出力信号の組合せはLH,ステータ位置3を向いているときLL,ステータ位置4を向いているときHLとなっているものとする。
When the motor current power line is energized only in phase A and the rotor is electromagnetically locked, the encoder is adjusted so that the combination of the output signals is HH. Similarly, it is assumed that the combination of encoder output signals is LH when the stator current vector faces the
この励磁検出動作は,できるだけ少ないロータの移動量で励磁検出を完了するように工夫されたものであり,励磁ステージ,回転ステージおよび終了(磁極確定)ステージから構成される。制御装置30の指令(A相,B相の電流指令を含む)の下に,励磁検出制御部32は次のようにモータ駆動回路20を制御する。
This excitation detection operation is devised to complete excitation detection with as little rotor movement as possible, and comprises an excitation stage, a rotation stage, and an end (magnetic pole determination) stage. Under the command of the control device 30 (including the A-phase and B-phase current commands), the excitation detection control unit 32 controls the
まず,励磁ステージでは,磁極検出動作開始と同時にエンコーダ出力信号レベルの組合せをサンプリングする。ロータとステータとが正対する位置が第1象限にあるものとみなして,サンプリングした信号SaとSbの組合せと同位相にA相,B相の電流(上述したn倍の電流)をきわめてわずかの時間,通電して励磁する(A相が信号Saに,B相が信号Sbに対応)。励磁通電後,カウント値(エンコーダ出力信号の組合せの変化の数)が0または1で,その状態が所定時間(通電時間よりもはるかに長い時間)継続していたら,磁極確定状態にある可能性が高いので回転ステージに移る。 First, at the excitation stage, the encoder output signal level combination is sampled simultaneously with the start of the magnetic pole detection operation. Assuming that the position where the rotor and the stator face each other is in the first quadrant, the A phase and B phase currents (n times the above-mentioned current) are very small in the same phase as the combination of the sampled signals Sa and Sb. Energized by energizing for a period of time (A phase corresponds to signal Sa and B phase corresponds to signal Sb). If the count value (the number of changes in the combination of encoder output signals) is 0 or 1 after excitation energization, and that state continues for a predetermined time (much longer than the energization time), there is a possibility that the magnetic pole is in a fixed state. Since it is high, move to the rotary stage.
カウント値が2以上の場合には,励磁通電位置を変更する。たとえば,ステータ位置1から始まり2アップカウントしたときにはステータ位置15に励磁通電し,ステータ位置3から始まり2ダウンカウントしたらステータ位置5に励磁通電する。
If the count value is 2 or more, change the excitation energization position. For example, when energizing the
以上を繰返し,カウントが0または1になればこの励磁ステージは終了する。通常,電気角90度以内でこの励磁ステージは完了できる。しかし,励磁通電位置変更が10回行なわれたらリトライし,リトライが10回行なわれたらエラー停止となる。 The above steps are repeated, and when the count reaches 0 or 1, this excitation stage ends. Normally, this excitation stage can be completed within an electrical angle of 90 degrees. However, if the excitation energization position is changed 10 times, a retry is made, and if the retry is made 10 times, an error is stopped.
回転ステージでは,最終励磁通電位置から電気角0°へ向うように,電気角1回転以上,ステータ電流ベクトルを滑らかに回転させる。 In the rotary stage, the stator current vector is smoothly rotated by one electrical angle or more so as to go from the final excitation energization position to the electrical angle of 0 °.
最後の終了(磁極確定)ステージでは,所定時間,電気角0度への励磁通電を保持する。この後,エンコーダ信号レベルをサンプリングする。エンコーダ信号レベルの組合せがHLならばロータの現在位置を電気角16として正常終了し,HHならば電気角1とし,LHならば電気角2としてそれぞれ正常終了する。LLの場合には不正と判断してリトライする。
In the final end (magnetic pole determination) stage, excitation energization to an electrical angle of 0 degrees is maintained for a predetermined time. Thereafter, the encoder signal level is sampled. If the combination of the encoder signal levels is HL, the current position of the rotor is normally terminated as an
10 ステッピングモータ
11 エンコーダ
20 モータ駆動回路
21,22 電流制御回路
23,24 電流検出回路
25,25A インバータ
26 演算増幅器
28,29 スイッチング素子(FET)
30 制御装置
31 駆動信号生成部
32 励磁検出制御部
41,42,43,44 スイッチ(半導体スイッチング素子)
RS 電流検出抵抗
R1 入力側に接続された抵抗
R21,R22,R23,R24 帰還抵抗
10 Stepping motor
11 Encoder
20 Motor drive circuit
21, 22 Current control circuit
23, 24 Current detection circuit
25, 25A inverter
26 Operational amplifier
28, 29 Switching element (FET)
30 Control unit
31 Drive signal generator
32 Excitation detection control section
41, 42, 43, 44 switch (semiconductor switching element)
R S current detection resistor R 1 resistor connected to R 1 input side R 21 , R 22 , R 23 , R 24 feedback resistor
Claims (6)
前記電流検出回路のゲインを切替可能とし,
励磁検出動作時におけるモータ電流増加に応じてゲインを小さくするように切替える,
ステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替方法。 In a stepping motor drive circuit that has a current detection circuit for motor current and controls the current to be fed according to the command value by feeding back the detection current.
The gain of the current detection circuit can be switched,
Switch to decrease gain according to motor current increase during excitation detection operation.
Stepping motor drive circuit current detection gain switching method.
これらの抵抗の接続を切替える,請求項1に記載のステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替方法。 A plurality of resistors for determining the gain of the current detection circuit;
The method for switching the current detection gain of the stepping motor drive circuit according to claim 1, wherein the connection of these resistors is switched.
少なくとも一種類の仕様のステッピングモータの励磁検出動作時に他の種類の仕様のステッピングモータのゲインとなるように切替える,
請求項1に記載のステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替方法。 Equipped with a current detection circuit that can switch the gain according to the type of stepping motor so that it can be shared by multiple types of stepping motors with different specifications.
When the excitation detection operation of at least one type of stepping motor is performed, the gain is switched to the gain of another type of stepping motor.
The method for switching the current detection gain of the stepping motor drive circuit according to claim 1.
ゲイン切替可能なモータ電流の電流検出回路,および
励磁検出動作時におけるモータ電流増加に応じて前記電流検出回路のゲインを小さくするように切替える切替手段,
を備えるステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替装置。 In the stepping motor drive circuit that feeds back the detected motor current and controls the current according to the command value to flow.
A current detection circuit of a motor current capable of gain switching, and a switching means for switching to reduce the gain of the current detection circuit in accordance with an increase in motor current during excitation detection operation;
A current detection gain switching device for a stepping motor drive circuit comprising:
上記切替手段はこれらの抵抗の接続を切替えるものである,請求項4に記載のステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替装置。 A plurality of resistors for determining the gain of the current detection circuit;
5. The current detection gain switching device for a stepping motor drive circuit according to claim 4, wherein the switching means switches connection of these resistors.
前記切替手段は少なくとも一種類の仕様のステッピングモータの励磁検出動作時に他の種類の仕様のステッピングモータのゲインとなるように切替えるものである,
請求項4に記載のステッピングモータ駆動回路の電流検出ゲイン切替装置。 Provided with the current detection circuit that can switch the gain according to the type of stepping motor so that it can be shared by multiple types of stepping motors with different specifications,
The switching means is for switching so as to obtain a gain of a stepping motor of another type at the time of excitation detection operation of at least one type of stepping motor.
The current detection gain switching device for a stepping motor drive circuit according to claim 4.
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