(57)【要約】【課題】オープン制御とサーボ制御とを切り替えてステッピングモータを制御する制御装置においてサーボ制御への切り替え頻度を低減させる。【解決手段】制御装置は、オープン制御でステッピングモータの可動子を目標位置に停止させる制御を行っている際に、可動子の位置と目標位置とのずれが予め定められた閾値以上になると、サーボ制御に切り替えて可動子を目標位置に停止させた後にオープン制御に切り替え、サーボ制御で可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいてオープン制御においてステッピングモータに供給する電流を定める制御部を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オープン制御でステッピングモータの可動子を目標位置に停止させる制御を行っている際に、前記可動子の位置と目標位置とのずれが予め定められた閾値以上になると、サーボ制御に切り替えて前記可動子を目標位置に停止させた後にオープン制御に切り替え、サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいてオープン制御において前記ステッピングモータに供給する電流を定める制御部
を備えることを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステッピングモータの制御装置において、
前記制御部は、
サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいて、オープン制御で前記可動子を目標位置に停止させる制御を行う際に前記ステッピングモータに供給する電流を定める
ことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置において、
前記制御部は、
サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値の最大値が、オープン制御において前記ステッピングモータに供給する電流より大きいとき、オープン制御においてステッピングモータに供給する電流を前記最大値に更新する
ことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項４】
ステッピングモータを駆動させる制御装置が行う制御方法であって、
オープン制御でステッピングモータの可動子を目標位置に停止させる制御を行っている際に、前記可動子の位置と目標位置とのずれが予め定められた閾値以上になると、サーボ制御に切り替えて前記可動子を目標位置に停止させた後にオープン制御に切り替え、サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいてオープン制御において前記ステッピングモータに供給する電流を定める制御ステップ
を有することを特徴とする制御方法。
【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制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータの制御方法として、パルス信号によって励磁の切り替えを行うオープン制御と、ステッピングモータの回転子の位置をフィードバックして位置に応じた励磁を行うサーボ制御とを切り替えることが行われている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１６３９８８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、サーボ制御への切り替えが頻繁に生じると、オープン制御によるステッピングモータの位置決めの精度及びその応答性を損なってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、サーボ制御への切り替え頻度を低減させることができるステッピングモータの制御装置、及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、オープン制御でステッピングモータの可動子を目標位置に停止させる制御を行っている際に、前記可動子の位置と目標位置とのずれが予め定められた閾値以上になると、サーボ制御に切り替えて前記可動子を目標位置に停止させた後にオープン制御に切り替え、サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいてオープン制御において前記ステッピングモータに供給する電流を定める制御部を備えることを特徴とするステッピングモータの制御装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、ステッピングモータを駆動させる制御装置が行う制御方法であって、オープン制御でステッピングモータの可動子を目標位置に停止させる制御を行っている際に、前記可動子の位置と目標位置とのずれが予め定められた閾値以上になると、サーボ制御に切り替えて前記可動子を目標位置に停止させた後にオープン制御に切り替え、サーボ制御で前記可動子を目標位置に停止させた際の電流指令値に基づいてオープン制御において前記ステッピングモータに供給する電流を定める制御ステップを有することを特徴とする制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、可動子を停止させている位置が目標位置からずれた際にサーボ制御で可動子を目標位置に戻すときに用いた電流指令値に基づいて、オープン制御においてステッピングモータに供給する電流を定めることにより、停止している可動子の位置をずらした外乱に耐えうるトルクをオープン制御において発生させることができ、サーボ制御への切り替え頻度を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態における制御装置１を具備するモータ制御システム１００の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における制御装置１が行う制御処理を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態におけるモータ制御システム１００の第１の適用例を示す図である。
【図４】本実施形態におけるモータ制御システム１００の第２の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態におけるステッピングモータの制御装置、及び制御方法を説明する。
図１は、本実施形態における制御装置１を具備するモータ制御システム１００の構成例を示すブロック図である。モータ制御システム１００は、制御装置１、電源部２、ステッピングモータ３、エンコーダ４、軸継手５、駆動軸６、ベース７、及び、駆動テーブル８を具備している。
【００１１】
制御装置１は、同図に示すように、外部から入力される位置指令に応じて、電源部２から供給される電力をステッピングモータ３に出力することにより、ステッピングモータ３を駆動する。ステッピングモータ３は、入力される電力に応じて回転子（可動子）を回転させることにより、回転運動を出力する。ステッピングモータ３には、回転子の位置を検出し、検出した回転子の位置を示す信号を出力するエンコーダ４が取り付けられている。ステッピングモータ３の回転子には軸継手５が接続されている。軸継手５はステッピングモータ３が出力する回転運動を駆動軸（ボールねじ）６に伝達する。駆動軸６は、ステッピングモータ３が出力する回転運動に応じて回転し、ベース７上に設けられている駆動テーブル８を摺動させる。
【００１２】
制御装置１は、ステッピングモータ３の駆動を開始させる際に、エンコーダ４により検出される回転子の位置に基づいた通電を行う。このとき、制御装置１は、外部より入力される位置指令が示す目標位置に駆動テーブル８を移動させるように、ステッピングモータ３を駆動させる。制御装置１は、パルス信号（電力）を供給してステッピングモータ３を駆動させるオープン制御と、ステッピングモータ３の回転子の位置と目標位置との偏差に基づいた電力を供給してステッピングモータ３を駆動させるサーボ制御とを切り替えて行う。
【００１３】
制御装置１は、図１に示すように、制御部１１、位置検出部１２、及び、モータ駆動部１３を備えている。制御部１１には位置指令と位置情報とが入力される。位置情報は、位置検出部１２がエンコーダ４から入力される信号に基づいて算出する回転子の電気角を示す情報である。制御部１１は、オープン制御とサーボ制御とのいずれを用いてステッピングモータ３を駆動するかを選択する。制御部１１は、オープン制御を用いる場合、位置検出部１２から入力される位置情報が示す回転子の位置から目標位置まで回転子を駆動させるパルス信号をモータ駆動部１３に出力させる制御信号を生成する。制御部１１は、サーボ制御を用いる場合、位置情報が示す回転子の位置と目標位置と偏差に基づいたＰＩ制御又はＰＩＤ制御により算出する電流指令値を含む制御信号を生成する。制御部１１は、生成した制御信号をモータ駆動部１３に出力する。モータ駆動部１３は、制御部１１から出力される制御信号に基づいて、電源部２から供給される電力を変換してステッピングモータ３に供給し、ステッピングモータ３の回転子を回転させる。
【００１４】
図２は、本実施形態における制御装置１が行う制御処理を示すフローチャートである。ステッピングモータ３の制御装置１に位置指令が入力されると、制御部１１は、サーボ制御を用いて、ステッピングモータ３を駆動させる（ステップＳ１０１）。
制御部１１は、ステッピングモータ３の回転子の位置が目標位置に達すると、オープン制御に切り替えて目標位置に回転子を停止させる（ステップＳ１０２）。
【００１５】
制御部１１は、目標位置に回転子が位置している間、ステッピングモータ３に供給するパルス信号を電流値βとする（ステップＳ１０３）。
ここで、電流値βは初期状態においては、回転子の停止を維持するための所定のトルクを与えるための電流値が設定されている。
【００１６】
制御部１１は、目標位置に回転子を停止させている間に、目標位置と回転子の位置とに予め定められた閾値以上のずれが生じているか否かを判定し（ステップＳ１０４）、閾値以上のずれが生じていない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、オープン制御による回転子を停止させる制御を継続する（ステップＳ１０５）。
一方、閾値以上のずれが生じている場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御部１１は、処理をステップＳ１０７に進める。
【００１７】
なお、閾値は、例えば、電気角で与えられる。このとき、目標位置に対応する電気角と、位置検出部１２から入力される位置情報が示す電気角との差分の角度が閾値（ｎ度）以上となると、制御部１１は閾値以上のずれが生じていると判定する。閾値は、エンコーダ４の分解能や、ステッピングモータ３の駆動における分解能などに基づいて予め定められる。例えば、閾値には、ステッピングモータ３において脱調が生じるときのずれより小さい値を設定するようにしてもよい。これにより、ずれが生じてもステッピングモータ３が脱調する前にずれを補正することができる。
【００１８】
制御部１１は、新たな位置指令が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１０６）、新たな位置指令が入力されている場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０１に戻して各処理を繰り返して実行する。
一方、新たな位置指令が入力されていない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ１０４に戻して、回転子を停止させる制御を継続させる。
【００１９】
閾値以上のずれが生じている場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御部１１は、サーボ制御に切り替えて（ステップＳ１０７）、目標位置に回転子を回転させる制御を行う（ステップＳ１０８）。
制御部１１は、目標位置に回転子を回転させる際に算出した電流指令値が電流値βより大きいか否かを判定し（ステップＳ１０９）、電流指令値が電流値βより大きい場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、電流値βを電流指令値が示す値に更新する（ステップＳ１１０）。一方、電流指令値が電流値β以下である場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、制御部１１は、処理をステップＳ１１１に進める。
【００２０】
制御部１１は、サーボ制御を用いて回転子を目標位置に戻せたか否かを判定し（ステップＳ１１１）、目標位置に回転子を戻せた場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０６に進め、目標位置に回転子を戻せなかった場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、エラー処理を行い（ステップＳ１１２）、制御処理を終了させる。
【００２１】
ここで、ステップＳ１１１における回転子を目標位置に戻せたか否かの判定は、例えば、回転子の位置と目標位置との差分が前述の閾値以下であるか否かを判定することにより行われる。また、ステップＳ１１１を行うタイミングとしては、例えば、サーボ制御に切り替えてから所定の時間が経過したときや、制御部１１が算出する電流指令値が所定の値未満になったときなどである。
また、エラー処理は、回転子の位置が目標位置からずれた後に目標位置に戻せない場合、例えば、外乱の影響等により回転子を目標位置に戻すことができない場合に行われる処理であり、制御装置１のユーザや運用者に異常の発生の通知を出力することなどである。
【００２２】
本実施形態における制御装置１が前述の制御処理（図２）を行うことにより、ステッピングモータ３をオープン制御で停止させている場合に、駆動テーブル８などが外乱を受けて回転子の位置が目標位置からずれた場合にサーボ制御に切り替えて回転子を目標位置に戻して停止させることにより、オープン制御における脱調が生じて原点復帰処理などを行わずとも、ステッピングモータ３の制御を継続させることができる。
【００２３】
このとき、制御装置１は、サーボ制御に切り替えてから回転子を目標位置に戻して停止させるまでの間において算出した電流指令値が、オープン制御において回転子を停止させる際の電流値βより大きい場合に、電流値βを電流指令値に更新させる。これにより、外乱の影響を受けている場合においても回転子を目標位置に戻して停止させる際に必要となるトルクに対応する電流値（電流指令値）をオープン制御に反映させることができ、オープン制御において回転子を停止させている際に同様の外乱が再び生じた場合に回転子を目標位置に停止させ続けることができる。すなわち、停止している回転子の位置をずらした外乱に耐えうるトルクをオープン制御において発生させることができ、オープン制御からサーボ制御に切り替わる頻度を低減させることができる。
また、電流値βを小さい値、例えば、回転子を停止させるための最小の電流値を初期値として定めて制御処理を行わせることにより、モータ制御システム１００の利用状況に応じて要求される停止トルクで回転子を停止させるオープン制御を行うことができる。これにより、電流値βに適した値を予め定めずとも、モータ制御システム１００の利用状況に適した電流値βを設定することができ、不要な電力消費を抑えることができる。
【００２４】
図３及び図４は、本実施形態におけるモータ制御システム１００の適用例を示す図である。図３に示されている適用例では、固定されたカメラ９１を用いて、駆動テーブル８に積載された搬送物９２を撮影して得られた画像に基づいて搬送物９２の検品などが行われる。搬送物９２は、例えば、ＣＤやＤＶＤ、電子部品などである。図３に示した適用例では、表面の刻印又は印刷をカメラ９１により得られた画像に基づいて、ＣＤやＤＶＤ、電子部品などの検品を行うため、搬送物９２（駆動テーブル８）を停止させている際（撮影している際）に外乱等により動いてしまうと、不良の判定が行われてしまう。前述の制御処理を行うことにより、外乱の影響を受けて搬送物９２が目標位置からずれてしまうことを抑制することができ、駆動系に起因する不良の判定が発生する可能性を低減させることができる。
【００２５】
図４に示されている適用例では、鉛直方向に駆動テーブル８が移動するようにベース７が固定されており、駆動テーブル８に取り付けられたノズル９３を鉛直方向に移動させて、ノズル９３の真下に置かれた対象物９４にノズル９３から射出されたインクなど付着させる処理が行われる。このような装置においては、ノズル９３の自重によりノズル９３（駆動テーブル８）を停止させる制御を行っている際に移動してしまうことがある。前述の制御処理を行うことにより、ノズル９３を停止させている際にノズル９３の自重の影響を受けて移動してしまうことを抑制することができ、対象物９４の所定の位置にインクなどを付着させることができる。
【００２６】
前述の制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した制御処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００２７】
なお、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、位置指令が入力された後にサーボ制御で駆動させる処理（ステップＳ１０１）に代えて、オープン制御で回転子を目標位置に回転させるようにしてもよい。また、ステップＳ１０１とステップＳ１０２との間における切り替えのタイミングは、目標位置に対しての距離が所定の距離以下になったときにオープン制御に切り替えるようにしてもよい。
【００２８】
また、実施形態では、制御装置１が回転型のステッピングモータ３を駆動する構成を示したが、直進型のステッピングモータ（リニアモータ）を駆動して可動子を移動させるようにしてもよい。
また、前述の制御処理において、オープン制御における回転子を停止させる制御以外においても、電流値βに応じたパルス信号でステッピングモータ３を駆動するようにしてもよい。
また、前述の制御処理におけるステップＳ１０９及びステップＳ１１０における電流指令値は、サーボ制御で回転子を目標位置に移動させてから目標位置に停止させるまでの期間における電流指令値の最大値としてもよい。これにより、回転子を目標位置に戻す際に要した最大のトルクに対応するトルクを用いてオープン制御の際に回転子を停止させることができ、外乱の影響を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
ステッピングモータに対するオープン制御で回転子又は可動子を停止させる制御が要求される装置又はシステムに適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…制御装置、３…ステッピングモータ、１１…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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