(57)【要約】【課題】  加速度を上げても振動が発生せず、なめらかに指令に追従できるリニアパルスモータを実現する。【解決手段】  電流指令値と、位置指令値より変換される電気角指令値とに基づいてマイクロステップ駆動するリニアパルスモータにおいて、  前記電気角指令値と前記電流指令値とが入力され、前記マイクロステップ駆動を模擬する仮想化モータモデルと、  この仮想化モータモデルで算出した仮想的な移動子位置を機械角に変換する機械角変換手段と、  この機械角変換手段で変換した機械角と前記電気角指令値との偏差に基づいて補正値を算出する補正値演算手段と、  前記補正値を前記電気角指令値に加算する指令値補正手段と、を備える。【選択図】                    図１
2008199837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流指令値と、位置指令値より変換される電気角指令値とに基づいてマイクロステップ駆動するリニアパルスモータにおいて、
前記電気角指令値と前記電流指令値とが入力され、前記マイクロステップ駆動を模擬する仮想化モータモデルと、
この仮想化モータモデルで算出した仮想的な移動子位置を機械角に変換する機械角変換手段と、
この機械角変換手段で変換した機械角と前記電気角指令値との偏差に基づいて補正値を算出する補正値演算手段と、
前記補正値を前記電気角指令値に加算する指令値補正手段と、
を備えることを特徴とするリニアパルスモータ。
【請求項２】
前記補正値演算手段は、前記偏差に対して微分，積分，比例の少なくともいずれかの演算を実行することを特徴とする請求項１に記載のリニアパルスモータ。
【請求項３】
前記補正値演算手段は、前記偏差に対する演算結果に係数を乗算することを特徴とする請求項２に記載のリニアパルスモータ。
【請求項４】
前記仮想化モータモデルは、前記リニアパルスモータのマイクロステップ駆動機能をシミュレートするソフトウェアにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリニアパルスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流指令値と、位置指令値より変換される電気角指令値とに基づいてマイクロステップ駆動するリニアパルスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロステップ駆動するリニアパルスモータについては、特許文献１に技術開示があり、移動子の位置制御の原理は周知である。図３は、マイクロステップ駆動するリニアパルスモータの使用形態の基本構成を示す機能ブロック図である。
【０００３】
マイクロステップ駆動するリニアパルスモータ１は、電気角指令値θe及び電流指令値
Ｉcmdを入力し、移動子位置Ｘに移動制御される。電気角変換手段２は、移動子の位置指令値ｘcmdを入力して前記電気角指令値θeを出力する。
【０００４】
この電気角指令値θeは、リニアパルスモータ１の歯間ピッチをＰとするとき、位置指令値Ｘcmdより次式により計算される。
【０００５】
【数１】
2008199837.tif 000003
【０００６】
リニアパルスモータ１の移動子位置ｘと機械角θmの関係は、次式で表される。
【０００７】
【数２】
2008199837.tif 000004
【０００８】
３相パルスモータのマイクロステップ駆動時の各層電流Ｉa，Ｉb，Ｉcは、次式で表される。
【０００９】
【数３】
2008199837.tif 000005
【００１０】
電気角指令値θe、機械角θmと発生推力Ｆの関係は、次式により計算される。
【００１１】
【数４】
2008199837.tif 000006
【００１２】
発生推力Ｆと移動子位置ｘとの関係は、移動子質量をＭとするとき、次式で表される。
【００１３】
【数５】
2008199837.tif 000007
【００１４】
（７）式より、発生推力Ｆと移動子位置ｘとの関係は、次式で表される。
【００１５】
【数６】
2008199837.tif 000008
【００１６】
【特許文献１】特開平５−２９２７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
マイクロステップ動作では、モータに指令できるのは電流振幅と電気角のみである。発生する推力Ｆは、（６）式で示すように、電気角指令値θeとモータの歯の位置合わせで定まる現在機械角θmの差の正弦値と、電流指令Ｉcmdの積に比例する。
【００１８】
質量を持つ移動子を等加速度で加速させる場合、一定の推力を保つ必要があるが、そのためには一定の電気角のずれを保たなければならない。加速開始時には運動に遅れが発生するため、加速度を上げるとその遅れにより電気角のずれが不定となり、振動が発生して持続してしまう問題がある。
【００１９】
図４は、加速度，速度，位置について正常状態及び振動発生状態を比較した特性図である。正常状態（Ａ）及び振動発生状態（Ｂ）において、（イ）は加速度特性、（ロ）は速度特性、（ハ）は位置特性を示す。
【００２０】
加速度を上げたとき、（Ｂ）の（イ）に示すように、加速度信号に重畳する振動に起因して（Ｂ）の（ロ）に示すように速度信号に振動が発生するために、指令になめらかに追従することが困難である。
【００２１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、加速度を上げても振動が発生せず、なめらかに指令に追従できるリニアパルスモータの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）電流指令値と、位置指令値より変換される電気角指令値とに基づいてマイクロステップ駆動するリニアパルスモータにおいて、
前記電気角指令値と前記電流指令値とが入力され、前記マイクロステップ駆動を模擬する仮想化モータモデルと、
この仮想化モータモデルで算出した仮想的な移動子位置を機械角に変換する機械角変換手段と、
この機械角変換手段で変換した機械角と前記電気角指令値との偏差に基づいて補正値を算出する補正値演算手段と、
前記補正値を前記電気角指令値に加算する指令値補正手段と、
を備えることを特徴とするリニアパルスモータ。
【００２３】
（２）前記補正値演算手段は、前記偏差に対して微分，積分，比例の少なくともいずれかの演算を実行することを特徴とする（１）に記載のリニアパルスモータ。
【００２４】
（３）前記補正値演算手段は、前記偏差に対する演算結果に係数を乗算することを特徴とする（２）に記載のリニアパルスモータ。
【００２５】
（４）前記仮想化モータモデルは、前記リニアパルスモータのマイクロステップ駆動機能をシミュレートするソフトウェアでのより形成されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のリニアパルスモータ。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
マイクロステップ駆動を模擬する仮想化モータモデル算出した仮想的な移動子位置の機械角と電気角指令値との偏差に基づいて演算された補正値を電気角指令値に加算することにより、振動を効果的に抑制したリニアパルスモータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したリニアパルスモータの一実施形態を示す機能ブロック図である。図３で説明した従来のリニアパルスモータと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
従来の構成に追加される本発明の構成上の特徴部は、仮想化モータモデル１００、機械角変換手段２００、補正値演算手段３００、指令値補正手段４００である。
【００２９】
仮想化モータモデル１００は、リニアパルスモータ１のマイクロステップ駆動を模擬する、ソフトウェアにより形成された機能を有する。この仮想化モータモデル１００には、リニアパルスモータ１と同一の電気角指令値θeと電流指令値Ｉcmdとが入力される。
【００３０】
このように、実際の、リニアパルスモータ１に与える指令と同じ指令を仮想化モータモデルにも与えることで、移動子位置を仮想的に検出し、それによって指令と実際の差異を把握する。
【００３１】
機械角変換手段２００は、この仮想化モータモデル１００で算出した仮想的な移動子位置ｘ´を機械角θm´に変換する。ｘ´とθm´との関係は、次式で表される。
【００３２】
【数７】
2008199837.tif 000009
【００３３】
電気角指令値θe、機械角θm´と発生推力Ｆ´の関係は、次式により計算される。
【００３４】
【数８】
2008199837.tif 000010
【００３５】
発生推力Ｆ´と移動子位置ｘ´との関係は、移動部質量をＭ´とするとき、次式で表される。
【００３６】
【数９】
2008199837.tif 000011
【００３７】
補正値演算手段３００は、減算器３０１及び演算部３０２で構成されている。減算器３０１は、機械角変換手段２００で変換した機械角θm´と電気角指令値θeとの偏差εを出力する。演算部３０２は、この偏差に所定の演算処理を実行して補正値ε´を出力する。
【００３８】
演算部３０２は、偏差εに対する微分，積分，比例の少なくともいずれかの演算結果に係数Ｋを乗算して加算した信号を補正値ε´として出力する。実用的には、微分演算結果に係数Ｋを乗算した信号を補正値ε´として用いることができる。
【００３９】
指令値補正手段４００は、加算器で構成され、電気角指令値θeに対して補正値ε´を加算する。従って、リニアパルスモータ１及び仮想化モータモデル１００に入力される電気角指令値は、θe´は、θe´＝θe＋ε´となる。
【００４０】
本発明に用いられる仮想化モータモデル１００は、リニアパルスモータのマイクロステップ駆動機能をシミュレートするソフトウェアにより形成される。リニアパルスモータのマイクロステップ駆動機能は周知のアルゴリズムで表現できるので、仮想化モータモデルのソフトウェアによる構築は容易である。
【００４１】
以上説明したように、本発明は制御対象であるリニアパルスモータを仮想化したモータモデルをソフトウェア上に持ち、実際のモータに与える指令と同じ指令を仮想化モータモデルにも与えることで、移動子の挙動を仮想的に検出し、それによって指令と実際の差異を把握する。
【００４２】
この偏差を元に演算した補正値を、実際のリニアパルスモータ及び仮想化モータモデルへの電気角指令値に加算するフィードバック系を構築することで、指令と実際の電気角の差異に起因する移動子の振動を効果的に抑制することができる。
【００４３】
本発明に使用される仮想化モータモデルに必要なパラメータ値としては、移動子の質量Ｍ´と、モータの推力定数（最大電流に対する発生推力）ｋ´であるが、これらの値に誤差があっても、振動抑制効果は十分に得られる。
【００４４】
図２は、本発明を適用したリニアパルスモータの加速度，速度，位置に関する特性図である。（イ）は加速度を上げたときの加速度特性、（ロ）は速度特性、（ハ）は位置特性を示す。
【００４５】
図４（Ｂ）の（イ），（ロ）で示した加速度を上げたときの加速度特性及び速度特性との比較で明らかなように、加速度信号に重畳する振動は十分に抑制されており、速度信号には振動が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を適用したリニアパルスモータの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用したリニアパルスモータの加速度，速度，位置に関する特性図である。
【図３】マイクロステップ駆動するリニアパルスモータの基本構成を示す機能ブロック図である。
【図４】加速度，速度，位置について正常状態及び振動発生状態を比較した特性図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  リニアパルスモータ
２  電気角変換手段
１００  仮想化モータモデル
２００  機械角変換手段
３００  補正値演算手段
３０１  減算器
３０２  演算部
４００  指令値補正手段
【図１】
2008199837.tif 000012
【図２】
2008199837.tif 000013
【図３】
2008199837.tif 000014
【図４】
2008199837.tif 000015