(57)【要約】【課題】駆動時において脱出困難な脱調状態に陥ることのないステッピングモータ制御装置とステッピングモータ制御プログラムとを実現する。【解決手段】負荷４００を駆動するステッピングモータ２００を制御するステッピングモータ制御装置であって、前記負荷の駆動状態を検出する負荷駆動状態検出手段１２０と、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には前記負荷の駆動速度を維持し、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に前記負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように前記ステッピングモータを制御する制御手段１０１と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するステッピングモータを制御するステッピングモータ制御装置であって、
前記負荷の駆動状態を検出する負荷駆動状態検出手段と、
前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には前記負荷の駆動速度を維持し、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に前記負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように前記ステッピングモータを制御する制御手段と、
を有することを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外であって前記負荷の駆動状態を維持した場合に生じた変動を回復する制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御装置。
【請求項３】
前記負荷は、前記ステッピングモータによる駆動を伝達する伝達手段を介して駆動される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステッピングモータ制御装置。
【請求項４】
前記伝達手段は、互いに連結される連結手段を有する、
ことを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ステッピングモータの正転および逆転の制御を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。
【請求項６】
負荷を駆動するステッピングモータを制御するステッピングモータ制御装置を動作させるステッピングモータ制御プログラムであって、
前記ステッピングモータ制御装置を、
前記負荷の駆動状態を検出する負荷駆動状態検出手段、
前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には前記負荷の駆動速度を維持し、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に前記負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように前記ステッピングモータを制御する制御手段、として機能させる、
ことを特徴とするステッピングモータ制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の負荷を駆動するステッピングモータを制御するステッピングモータ制御装置および、ステッピングモータを動作させるステッピングモータ制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の駆動源として、ステッピングモータが広く利用されるようになってきた。このステッピングモータは、運動量が駆動パルスの数に比例する、デジタル制御回路との相性が良い、フィードバック回路の必要性がない、といった利点があるため、各種の分野で用いられている。
【０００３】
一方、負荷が大きすぎたり、パルス周波数が高すぎると、相切り替えが正常に行われず同期外れが発生し、制御が乱れる現象が発生することがある。なお、この状態を「脱調」と称している。
【０００４】
なお、以下の特許文献１などで、以上の脱調などの対策を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００４−２１５４４０号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の特許文献１記載の発明では、ステッピングモータにエンコーダを取り付けておいて、ステッピングモータの実際の回転状態と駆動パルスとを比較することで、脱調を検出するようにしている。
【０００６】
そして、脱調が検出された場合には回転速度を保持し、脱調が解消した時点で通常の制御に戻し、遅れた分や進みすぎた分を回復するためのリカバリ処理を行うようにしている。
【０００７】
ここで、ステッピングモータが自己復帰可能な領域（自起動領域）で制御されている状態で脱調が発生すれば、上述した制御を適用して回復することが可能である。
しかし、高速駆動している状態では、相切り替えが早くなっており、同じ回転速度を保持しても脱調状態から脱出することが難しいという問題がある。なお、突発的な負荷変動の場合も、同様に脱調状態から脱出が困難になる場合がある。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、駆動時において脱出困難な脱調状態に陥ることのないステッピングモータ制御装置とステッピングモータ制御プログラムとを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。
（１）請求項１記載の発明は、負荷を駆動するステッピングモータを制御するステッピングモータ制御装置であって、前記負荷の駆動状態を検出する負荷駆動状態検出手段と、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には前記負荷の駆動速度を維持し、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に前記負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように前記ステッピングモータを制御する制御手段と、を有することを特徴とするステッピングモータ制御装置である。
【００１０】
（２）請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外であって前記負荷の駆動状態を維持した場合に生じた変動を回復する制御を行う、ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御装置である。
【００１１】
（３）請求項３記載の発明は、前記負荷は、前記ステッピングモータによる駆動を伝達する伝達手段を介して駆動される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステッピングモータ制御装置である。
【００１２】
（４）請求項４記載の発明は、前記伝達手段は、互いに連結される連結手段を有する、ことを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ制御装置である。
（５）請求項５記載の発明は、前記制御手段は、前記ステッピングモータの正転および逆転の制御を行う、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置である。
【００１３】
（６）請求項６記載の発明は、負荷を駆動するステッピングモータを制御するステッピングモータ制御装置を動作させるステッピングモータ制御プログラムであって、前記ステッピングモータ制御装置を、前記負荷の駆動状態を検出する負荷駆動状態検出手段、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には前記負荷の駆動速度を維持し、前記負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に前記負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように前記ステッピングモータを制御する制御手段、として機能させる、ことを特徴とするステッピングモータ制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると以下のような効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明では、負荷を駆動するステッピングモータを制御する際に、負荷の駆動状態の変更後における検出結果が予め定められた範囲外である場合には負荷の駆動速度を維持するように制御し、負荷の駆動状態の変更後における検出結果が予め定められた範囲内である場合に負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように制御する。
【００１５】
ここで、負荷駆動状態の検出結果としては、脱調状態になっておらず、かつ、駆動状態を制御パターンに従い安定して制御できる範囲を上記「予め定められた範囲」として予め定めておく。
【００１６】
このように負荷側の動きを検出することで、負荷側の動きがステッピングモータに跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明では、負荷駆動状態の検出結果が予め定められた範囲外であって負荷の駆動状態を維持した場合に生じた変動を回復する制御を行っているため、本来の所望の駆動状態を維持することが可能になる。
【００１８】
（３）請求項３記載の発明では、ステッピングモータによる駆動を伝達する伝達手段を介して負荷が駆動される構成であるため、伝達手段に生じるたわみにより、ステッピングモータの駆動状態と負荷の被駆動状態との間にズレが生じやすくなり、このような状況での負荷側の動きを検出することで、負荷側の動きがステッピングモータに跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００１９】
（４）請求項４記載の発明では、ステッピングモータによる駆動を伝達する際に、互いに連結されるギヤ，ベルト，ギヤなどの連結手段を用いた伝達手段を介して負荷が駆動される構成であるため、この伝達手段に生じるたわみにより、ステッピングモータの駆動状態と負荷の被駆動状態との間にズレが生じやすくなり、このような状況での負荷側の動きを検出することで、負荷側の動きがステッピングモータに跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００２０】
（５）請求項５記載の発明では、ステッピングモータの正転および逆転の制御を行うものであるため、この正転・逆転の切り替えの際に生じるたわみにより、ステッピングモータの駆動状態と負荷の被駆動状態との間にズレが生じやすくなり、このような状況での負荷側の動きを検出することで、負荷側の動きがステッピングモータに跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００２１】
（６）請求項６記載の発明では、負荷を駆動するステッピングモータを制御プログラムによって制御する際に、負荷の駆動状態の変更後における検出結果が予め定められた範囲外である場合には負荷の駆動速度を維持するように制御し、負荷の駆動状態の変更後における検出結果が予め定められた範囲内である場合に負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するように制御する。
【００２２】
ここで、負荷駆動状態の検出結果としては、脱調状態になっておらず、かつ、駆動状態を制御パターンに従い安定して制御できる範囲を上記「予め定められた範囲」として予め定めておく。
【００２３】
このように負荷側の動きを検出することで、負荷側の動きがステッピングモータに跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〈ステッピングモータ制御装置の構成〉
図１は本発明の第１の実施形態のステッピングモータ制御装置１００と、このステッピングモータ制御装置１００により制御されるステッピングモータ２００や負荷４００周辺の構成を示すブロック図である。
【００２５】
なお、この図１では、本実施形態の特徴部分の動作説明に必要な部分の周囲を中心に記載してあり、その他のステッピングモータ制御装置として既知の部分、電源回路や電源スイッチなどについては省略してある。
【００２６】
制御部１０１はステッピングモータ制御装置１００における制御手段であり、負荷の駆動状態の変更後における負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲外である場合には負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御せず、負荷駆動状態検出手段の検出結果が予め定められた範囲内である場合に負荷の駆動状態を制御パターンに従い制御するようにステッピングモータ２００を制御するものである。
【００２７】
１０５はＲＯＭやＲＡＭなどで構成された記憶部であり、制御部１０１がステッピングモータ２００を制御するさいの制御プログラムや制御パターンデータなどが格納されている。
【００２８】
１１０は制御部１０１の制御に基づいてステッピングモータ２００を駆動するための駆動信号（駆動パルス）を生成する駆動回路部である。
１２０は後述する負荷４００の駆動状態を検出するエンコーダであり、負荷４００の駆動状態に応じた検出結果を生成する負荷駆動状態検出手段を構成している。
【００２９】
１３０は制御部１０１の制御指示と負荷４００の駆動状態とを比較して差分を得て制御部１０１にフィードバックする比較部である。
２００はステッピングモータ制御装置１００の制御により所定の回転を行うステッピングモータである。
【００３０】
３００はステッピングモータ２００の回転を後述する負荷４００に伝達する伝達部であり、ベルト，チェーン，ギヤ，シャフト，プーリなどの連結手段を用いた伝達手段を構成している。
【００３１】
４００は伝達部３００を介してステッピングモータ２００により駆動される負荷である。なお、この負荷４００は、伝達部３００の末端に接続されている場合、あるいは、伝達部３００とは独立した別部材であって伝達部３００により駆動（回転あるいは搬送）される場合との、いずれであってもよい。
【００３２】
なお、ステッピングモータ２００と、伝達部３００と、負荷４００の関係は、たとえば、図２のように構成されている。ステッピングモータ２００の回転は、ステッピングモータ２００のスピンドルに取り付けられたギヤ３１０に伝えられ、さらに、ギヤ３１０とかみ合うように配置されたギヤ３２０に伝えられる。そして、ギヤ３２０のシャフト３２５に取り付けられたローラ３３０が回転することで、負荷４００がＡ方向あるいはＡ方向と逆方向に搬送される。ここで、シャフト３２５に取り付けられたエンコーダ１２０が、ローラ３３０の駆動状態により負荷４００の駆動状態を検出している。
【００３３】
また、ステッピングモータ２００と、伝達部３００と、負荷４００の関係は、たとえば、図３のように構成されている。ステッピングモータ２００の回転は、ステッピングモータ２００のスピンドルに取り付けられたプーリ３１０’に伝えられ、さらに、プーリ３１０’からベルト（またはチェーン）３１５を介してプーリ３２０’に伝えられる。そして、プーリ３２０’のシャフト３２５に取り付けられたローラ３３０が回転することで、負荷４００がＡ方向あるいはＡ方向と逆方向に搬送される。ここで、シャフト３２５に取り付けられたエンコーダ１２０が、ローラ３３０の駆動状態により負荷４００の駆動状態を検出している。
【００３４】
なお、図２と図３の場合は、負荷４００が伝達部３００と別体の例であったが、洗濯機における洗濯槽や、走行体におけるタイヤなどのように、伝達部３００の末端部が負荷４００となっている場合もあり得る。
【００３５】
〈ステッピングモータ制御装置の動作〉
以下、第一の実施形態のステッピングモータ制御装置の動作について、フローチャート並びに他の説明図を参照して、詳細な動作説明を行う。
【００３６】
まず、制御部１０１は記憶部１０５に記憶されている制御パターンに従った駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０１）。
【００３７】
この際、負荷４００の駆動状態がエンコーダ１２０により検出されており、このエンコーダ１２０の検出結果が比較部１３０の一方の入力端子に供給されている。また、比較部１３０の他方の入力端子には、制御部１０１からの制御指示が入力されている。
【００３８】
ここで、制御部１０１の制御指示に従った状態で負荷４００が駆動されていれば、比較部１３０の差分出力はゼロになるように調整されている。
なお、連結手段などを有する伝達部３００が存在していることと、負荷４００が所定の慣性モーメントを有していることとにより、実際には、制御部１０１の制御指示と負荷４００の駆動状態とは完全に一致しないことがある。特に、高速駆動を含む状態での速度変更（加速、減速、停止など）の際には、負荷４００の慣性により運動状態の遅れに基づく揺れが生じることがある。
【００３９】
図５の場合には、（ａ）の制御パターンで制御を行っている場合に、実際には、（ｂ）の（ｘ）のタイミングで、負荷４００の停止に伴って慣性に基づく揺れが生じている。この場合、制御前後の速度差、負荷４００の慣性モーメント、伝達部３００のバックラッシュや剛性などによって、揺れの振幅や周期や減衰特性が定まる。
【００４０】
そこで、制御部１０１は、定期的に比較部１３０の出力を参照し、負荷駆動状態を監視している（図４中のステップＳ４０２）。
この際に、ステッピングモータ２００が脱調状態にならず、かつ、駆動状態を制御パターンに従い安定して制御できる速度変動の範囲を「予め定められた範囲」として予め定めておく。たとえば、比較部１３０の出力がＡ未満で脱調せずに安定して制御可能であれば、このＡを予め定められた範囲の値としておく。
【００４１】
なお、実際には、停止の場合だけではなく、速度Ｖ１から速度Ｖ２への速度変更といった場合、あるいは、回転方向を逆にする場合などにも同様の現象が発生する。また、負荷４００の慣性モーメント、伝達部３００のバックラッシュや剛性や連結部の数などによっても、発生する揺れの振幅や周期や減衰特性が変化する。
【００４２】
また、揺れが発生した後の制御パターンによっても、駆動状態を制御パターンに従い安定して制御できる範囲が異なる。たとえば、緩やかに加速するのであればＡを大きく設定できるが、急加速するのであればＡを小さくする必要がある。また、モータのトルクや伝達手段の減速比などによっても、負荷の揺れがステッピングモータ２００に与える影響が異なるため、Ａの設定が異なってくる。
【００４３】
そのため、実際に使用する装置において、かつ、各速度差における上記Ａを予め測定して求めて、記憶部１０５に記憶しておく。また、ギヤ，ローラ，プーリなどの摩耗によっても条件が変化するため、定期的に上記Ａを求め直すことも望ましい。
【００４４】
そして、比較部１３０の出力がＡ未満であれば、負荷４００の速度変動は予め定められた範囲内であるため（図４中のステップＳ４０２でＹＥＳ）、制御部１０１は記憶部１０５に記憶されている制御パターンに従った駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０１）。
【００４５】
一方、図５（ｂ）の（ｘ）におけるｘ１のように比較部１３０の出力がＡ以上であれば、負荷４００の速度変動は予め定められた範囲内でなく（図４中のステップＳ４０２でＮＯ）不安定状態であるため、制御部１０１は、その時点での負荷４００の駆動速度を維持するような駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０３）。
【００４６】
そして、制御部１０１は、比較部１３０の出力を参照し、負荷駆動状態を監視する（図４中のステップＳ４０４）。
ここで、比較部１３０の出力がＡ以上であれば、負荷４００の速度変動は予め定められた範囲内でないため（図４中のステップＳ４０４でＮＯ）、制御部１０１は、その時点での負荷４００の駆動速度を維持するような駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０３）。
【００４７】
また、図５（ｂ）の（ｘ）の最後ｘ２のように、比較部１３０の出力がＡ未満になれば、負荷４００の速度変動は予め定められた範囲内になった（図４中のステップＳ４０４でＹＥＳ）、制御部１０１は記憶部１０５に記憶されている制御パターンに従った駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０５）。
【００４８】
なお、図５（ｂ）のように、負荷４００の駆動状態が安定して所定の制御パターンの駆動が再開された場合、本来の制御パターン（図５（ｂ）破線）と実際の制御パターン（図５（ｂ）実線）との間には、駆動状態に変動量Ｂが生じることになる。
【００４９】
そこで、制御部１０１は、速度維持（図４中のステップＳ４０３）により変動量Ｂが発生しているかを計算により求める（図４中のステップＳ４０６）。この場合、制御部１０１は、速度維持（図４中のステップＳ４０３）を行った時間と本来の制御パターンの速度との積により変動量Ｂを求める。
【００５０】
このような変動量Ｂが生じていれば（図４中のステップＳ４０６でＹＥＳ）、制御部１０１は、回復処理Ｃとして、変動量Ｂを相殺するための制御を行う。
すなわち、本来の制御パターンよりも遅れが生じていれば、本来の制御パターンよりも高速な駆動を行って、遅れを取り戻すための回復処理を実行する。また、本来の制御パターンよりも進みが生じていれば、本来の制御パターンよりも低速な駆動を行って、進みを戻すための回復処理を実行する。なお、図５（ｂ）では、駆動に遅れが生じた場合の回復処理Ｃの例を示している。
【００５１】
そして、このような変動量Ｂが解消すれば（図４中のステップＳ４０６でＮＯ）、制御部１０１は、記憶部１０５に記憶されている制御パターンに従った駆動パルスを駆動回路部１１０から出力させ、ステッピングモータ２００に供給する（図４中のステップＳ４０１）。
【００５２】
そして、制御部１０１は、以上のような、負荷駆動状態の監視、不安定状態時の速度維持、不安定状態の解消時の通常制御パターンへの復帰、変動が生じた場合の回復処理、を繰り返して実行する。
【００５３】
このように、負荷４００側の制御パターンと異なる動きを検出することで、負荷４００側の動き（揺れ）がステッピングモータ２００に跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を、脱調発生前の不安定状態において事前に検出して脱調を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００５４】
〈変形例〉
以上の実施形態では、図２と図３とに、伝達部３００のローラにより被搬送物としての負荷４００が直線的に搬送される具体例を示したが、この限りではない。
【００５５】
たとえば、負荷４００が回転駆動される場合や、負荷４００が伝達部３００のローラやシャフトなどに取付られている場合などにも、本実施形態を適用して、負荷４００側の制御パターンと異なる動きを検出することで、負荷４００側の動き（揺れ）がステッピングモータ２００に跳ね返って脱調状態に陥るといった事態を、脱調発生前の不安定状態において事前に検出して脱調を未然に防止できるようになり、安定した駆動が可能になる。
【００５６】
また、図１では制御部１０１と記憶部１０５と駆動回路部１１０と比較部１３０とが分かれた状態のブロック図を示したが、これは基本的な機能別に表示した例である。
したがって、各部の全体あるいは一部をプロセッサやプログラムなどで構成したり、複数の機能の一部または全部を一体化した構成とすることも可能である。たとえば、制御部１０１の内部や駆動回路部１１０の内部に、比較部１３０相当の機能を持たせるなどの変形も可能である。
【００５７】
また、以上の実施形態では、エンコーダ１２０を伝達部３００の負荷に近い末端のシャフトと同軸上に配置した例を示したが、負荷４００の動きを直接検出してもよいし、あるいは、伝達部３００の末端以外の位置で揺れなどを検出しても良い。たとえば、伝達部３００にベルトやチェーンなどを用いた場合には、その付近にエンコーダ１２０を配置してもよい。
【００５８】
また、検出する位置や、検出する動きの方向にあわせたエンコーダなどの負荷駆動状態検出手段を設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態のステッピングモータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のステッピングモータ制御装置の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態のステッピングモータ制御装置の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態の動作を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  ステッピングモータ制御装置
１０１  制御部
１０５  記憶部
１１０  駆動回路部
１２０  エンコーダ
１３０  比較部
２００  ステッピングモータ
３００  伝達部
４００  負荷
【図１】
2008141865.tif 000003
【図２】
2008141865.tif 000004
【図３】
2008141865.tif 000005
【図４】
2008141865.tif 000006
【図５】
2008141865.tif 000007