(57)【要約】【課題】脱調の誤判定を低減し、ステッピングモータの加減速特性を妨げることが抑制可能な脱調判定装置を提供する。【解決手段】本発明のステッピングモータの脱調判定装置は、指令パルスをカウントして指令角度位置を特定する指令位置特定部(22)と、ステッピングモータに付設されるロータリーエンコーダ(5)と、ロータリーエンコーダ(5)からの信号に基づいて回転角度位置を求める回転位置演算部(51)と、指令角度位置と回転角度位置との間の偏差角度をフィルタ時間毎に計測する偏差計測部(52)と、計測される偏差角度を所定の基準値と比較する比較部(53)と、偏差角度が基準値以上となる比較結果がフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定する判定部(53)とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバが、コントローラからの指令パルスに従って、複数のコイルを有するステッピングモータを回転駆動させているときに、前記ステッピングモータの脱調の有無を判定するステッピングモータの脱調判定装置であって、
前記指令パルスをカウントして、前記ステッピングモータの励磁指令による指令角度位置を特定する指令位置特定部と、
前記ステッピングモータに付設され、前記ステッピングモータの回転による変位を検出して信号を出力するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ステッピングモータが実際に回転した回転角度位置を演算により求める回転位置演算部と、
前記指令位置特定部で特定される前記指令角度位置と、前記回転位置演算部で演算される前記回転角度位置との間の偏差角度を、予め設定されるフィルタ時間毎に計測する偏差計測部と、
前記偏差計測部で前記フィルタ時間毎に計測される偏差角度を、予め設定される所定の基準値と比較する比較部と、
前記比較部において前記偏差角度が前記基準値以上となる比較結果が、予め設定されるフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定する判定部と、
を有してなることを特徴とする脱調判定装置。
【請求項２】
前記指令位置特定部は、前記ドライバの最高分解能に対応して前記指令角度位置を規定する複数の指令角度規定基数を有し、且つ、前記指令パルスの入力に基づいて、前記ドライバの設定ステップ角度に対応するカウント単位で前記指令角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより前記指令角度位置を特定し、
前記回転位置演算部は、前記ドライバの最高分解能に対応して前記回転角度位置を規定する複数の回転角度規定基数を有し、且つ、前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ロータリーエンコーダの分解能に対応するカウント単位で前記回転角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより、前記回転角度位置を求めてなる、
請求項１記載の脱調判定装置。
【請求項３】
前記比較部に、選択可能な複数の前記基準値が予め記憶されてなる請求項１又は２記載の脱調判定装置。
【請求項４】
前記比較部は、前記偏差角度を、前記基準値よりも小さく設定される所定の補助基準値と比較してなる請求項１〜３のいずれかに記載の脱調判定装置。
【請求項５】
前記指令位置特定部、前記回転位置演算部、前記偏差計測部、前記比較部、及び前記判定部は、前記ドライバに設けられてなる請求項１〜４のいずれかに記載の脱調判定装置。
【請求項６】
ドライバが、コントローラからの指令パルスに従って、複数のコイルを有するステッピングモータを回転駆動させているときに、前記ステッピングモータの脱調の有無を判定するステッピングモータの脱調判定方法であって、
前記ドライバの指令位置特定部により、前記指令パルスをカウントして、前記ステッピングモータの励磁指令による指令角度位置を特定すること、
前記ステッピングモータに付設されるロータリーエンコーダにより、前記ステッピングモータの回転による変位を検出して信号を出力すること、
前記ドライバの回転位置演算部により、前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ステッピングモータが実際に回転した回転角度位置を演算により求めること、
前記ドライバの偏差計測部により、前記指令位置特定部で特定される前記指令角度位置と、前記回転位置演算部で演算される前記回転角度位置との間の偏差角度を、予め設定されるフィルタ時間毎に計測すること、
前記ドライバの比較部により、前記偏差計測部で前記フィルタ時間毎に計測される偏差角度を、予め設定される所定の基準値と比較すること、及び、
前記ドライバの判定部により、前記比較部において前記偏差角度が前記基準値以上となる比較結果が、予め設定されるフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定すること、
を含んでなることを特徴とする脱調判定方法。
【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回転駆動時に脱調の有無を判定する脱調判定装置及び脱調判定方法に関し、特に、脱調と判定する偏差角度の大きさを必要以上に広げることなく脱調の判定を行うことが可能で、且つ、脱調の誤判定を低減可能な脱調判定装置及び脱調判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械や組み立て機械のような産業用機械装置や様々な検査装置などには、多数のステッピングモータやセンサ等が用いられている。特に、ステッピングモータは、簡単な回路構成で正確な位置決めが可能であるため、高精度な制御が求められる精密機械装置や測定装置などに多く用いられている。
【０００３】
一般に、ステッピングモータを回転駆動する場合、ステッピングモータ用のコントローラからドライバに対して指令パルスを入力し、ドライバは、その入力された指令パルスに従って、ステッピングモータにおける複数のコイルに励磁電流を順番に流して励磁相を切り替えることにより、ステッピングモータのロータ（モータ回転子）を回転させる。この場合、指令パルスの入力速度（周波数）を制御することにより、ステッピングモータの回転速度を変化させることができる。
【０００４】
また、ステッピングモータでは、回転の急激な速度変化(加速及び減速)や過負荷が生じる場合、ドライバが、ステッピングモータのロータを、コントローラからの指令パルスに同期させて回転させることができず、その結果、ロータの停止や位置ずれを発生させて、ステッピングモータがコントロール不能となるいわゆる脱調状態に陥ることがある。このような脱調現象がステッピングモータに生じると、ステッピングモータが取り付けられた機械装置が正常に動作できなくなるため、脱調の発生を迅速に検出して、ステッピングモータの回転動作を脱調状態から回復させる必要がある。
【０００５】
ステッピングモータの脱調を検出する方法として、以下のような方法が一般的に知られている。具体的には、（１）ステッピングモータに付設されるロータリーエンコーダから、ステッピングモータの回転速度や回転量についてのフィードバックパルスを出力し、（２）コントローラからの指令パルスとロータリーエンコーダからのフィードバックパルスとを比較することにより、励磁による制御上の角度位置（指令角度位置）と実際にモータが回転した角度位置（回転角度位置）との間の偏差角度を計測し、（３）その計測した偏差角度が、予め設定される一定の値（基準値）以上の大きさになったときに脱調が発生したと判定する（見做す）ことにより、脱調が検出される。
【０００６】
また、例えば特開平４−１５０７９６号公報（特許文献１）には、上述のようにコントローラからの指令パルスとロータリーエンコーダからのフィードバックパルスとの比較により得られる偏差角度が基準値を超えたときに、ステッピングモータの脱調を検出する場合に、脱調の判定基準となる基準値を、指令パルスのパルス速度に応じて、比例的に又は段階的に自動的に変化させることが記載されている。この特許文献１によれば、脱調の判定基準値を、指令パルスのパルス速度に対応する可変な値にすることによって、モータコイルのインダクタンスの影響を含む色々な運転条件のもとでも、ステッピングモータの脱調を確実に検出できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１５０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、ロータが５０の歯数を有し、ドライバにおける励磁の一周期が機械角で７．２°となる５相ステッピングモータにおいて、ステッピングモータのコイルを励磁して、ロータを所定の角度位置で停止させるときは、ロータ側の磁力と、コイルが固定されるステータ側の磁力との引き合う力が釣り合って安定する角度位置（安定点）でロータがホールドされるが、この場合、励磁されたステータの磁力とロータの磁力とが釣り合う位置となる安定点は、７．２°の間隔で存在する。
【０００９】
また、ロータが安定点でホールドされている状態から、外部からモータシャフトにトルクを加えることによってロータに角度変化を与える場合、安定点から１．８°の角度位置まで移動する（ずれる）間は、ロータ側の磁力とステータ側の磁力とが引き合って、ロータを安定点に引き戻そうとする力（トルク）が増大する。
【００１０】
また、ロータの位置が安定点から１．８°を超えて移動すると、ロータを安定点に引き戻そうとするトルクが漸減していき、ロータが安定点から３．６°移動した位置では、ロータを安定点に引き戻そうとするトルクが働かない不安定点となる。更に、ロータの位置が安定点から３．６°を超えてずれてしまうと、そのロータをステータの隣の歯に向けて引き寄せる力（トルク）が働いて、脱調が引き起こされる。
【００１１】
従って、上述したような従来のロータリーエンコーダを用いる脱調の検出方法においては、指令パルスに従って励磁される励磁角度位置（指令角度位置）と、ロータリーエンコーダを介して検出される実際の回転角度位置との間の違いである偏差角度の大きさで、脱調の有無を判定するため、この偏差角度が、上述の不安定点である３．６°を超えると、理論上は脱調が発生することになる。
【００１２】
しかし、ステッピングモータにおける実際の回転動作では、指令パルスに対する励磁電流の立ち上がりや立ち下がりに遅れが生じることや、ステッピングモータの回転駆動時に振動が発生すること、更に、ステッピングモータの機械的な誤差や慣性モーメントなどの問題があることが知られている。このため、脱調の判定基準値を上述のような理論上の３．６°に設定すると、例えば振動等によって偏差角度が瞬間的に３．６°を超えたときに、脱調現象が生じていないにも関わらず、脱調と判定されてしまい、脱調の誤判定（誤検出）が多発する。
【００１３】
従って、ステッピングモータにおける従来の脱調検出では、上述のような脱調の誤判定を抑制するために、偏差角度と比較する脱調の判定基準値を、３．６°よりも大きな角度に設定することが一般的である。特に、ステッピングモータの回転速度を急激に変化させるような機械装置等では、ステッピングモータの急加速や急減速時に偏差角度が瞬間的に大きくなることがあるので、脱調の誤判定を防いでステッピングモータの加減速特性を安定して得るために、脱調の判定基準値を７．２°以上の角度に設定することもある。
【００１４】
一方、脱調の判定基準値を過剰に大きくしてしまうと、実際にステッピングモータに脱調が発生したときに、脱調を検出するタイミングに遅れを生じさせることがある。脱調の検出が遅れてしまうと、ステッピングモータが取り付けられる機械装置によっては、装置の誤動作や故障を誘発させることがある。このため、脱調の発生をより迅速に検出することが求められており、更には、脱調が発生する前に脱調の兆候を的確に検知することも求められている。
【００１５】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、偏差角度と比較する脱調の判定基準値を過剰に大きくしなくても脱調の誤判定を低減し、脱調の誤判定に起因してステッピングモータの加減速特性を妨げることが抑制可能であるとともに、脱調の発生を迅速に且つ確実に検出することが可能であり、更には、脱調が発生する前に脱調の兆候を検知することも可能となる脱調判定装置及び脱調判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明により提供されるステッピングモータの脱調判定装置は、ドライバが、コントローラからの指令パルスに従って、複数のコイルを有するステッピングモータを回転駆動させているときに、前記ステッピングモータの脱調の有無を判定するステッピングモータの脱調判定装置であって、前記指令パルスをカウントして、前記ステッピングモータの励磁指令による指令角度位置を特定する指令位置特定部と、前記ステッピングモータに付設され、前記ステッピングモータの回転による変位を検出して信号を出力するロータリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ステッピングモータが実際に回転した回転角度位置を演算により求める回転位置演算部と、前記指令位置特定部で特定される前記指令角度位置と、前記回転位置演算部で演算される前記回転角度位置との間の偏差角度を、予め設定されるフィルタ時間毎に計測する偏差計測部と、前記偏差計測部で前記フィルタ時間毎に計測される偏差角度を、予め設定される所定の基準値と比較する比較部と、前記比較部において前記偏差角度が前記基準値以上となる比較結果が、予め設定されるフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定する判定部とを有してなることを最も主要な特徴とするものである。
【００１７】
このような本発明に係る脱調判定装置において、前記指令位置特定部は、前記ドライバの最高分解能に対応して前記指令角度位置を規定する複数の指令角度規定基数を有し、且つ、前記指令パルスの入力に基づいて、前記ドライバの設定ステップ角度に対応するカウント単位で前記指令角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより前記指令角度位置を特定し、前記回転位置演算部は、前記ドライバの最高分解能に対応して前記回転角度位置を規定する複数の回転角度規定基数を有し、且つ、前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ロータリーエンコーダの分解能に対応するカウント単位で前記回転角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより、前記回転角度位置を求めることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の脱調判定装置では、前記比較部に、選択可能な複数の前記基準値が予め記憶されていることが好ましい。
更に、前記比較部は、前記偏差角度を、前記基準値よりも小さく設定される所定の補助基準値と比較することが好ましい。
更にまた、前記指令位置特定部、前記回転位置演算部、前記偏差計測部、前記比較部、及び前記判定部は、前記ドライバに設けられていることが好ましい。
【００１９】
次に、本発明により提供されるステッピングモータの脱調判定方法は、ドライバが、コントローラからの指令パルスに従って、複数のコイルを有するステッピングモータを回転駆動させているときに、前記ステッピングモータの脱調の有無を判定するステッピングモータの脱調判定方法であって、前記ドライバの指令位置特定部により、前記指令パルスをカウントして、前記ステッピングモータの励磁指令による指令角度位置を特定すること、前記ステッピングモータに付設されるロータリーエンコーダにより、前記ステッピングモータの回転による変位を検出して信号を出力すること、前記ドライバの回転位置演算部により、前記ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、前記ステッピングモータが実際に回転した回転角度位置を演算により求めること、前記ドライバの偏差計測部により、前記指令位置特定部で特定される前記指令角度位置と、前記回転位置演算部で演算される前記回転角度位置との間の偏差角度を、予め設定されるフィルタ時間毎に計測すること、前記ドライバの比較部により、前記偏差計測部で前記フィルタ時間毎に計測される偏差角度を、予め設定される所定の基準値と比較すること、及び、前記ドライバの判定部により、前記比較部において前記偏差角度が前記基準値以上となる比較結果が、予め設定されるフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定することを含んでなることを最も主要な特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るステッピングモータの脱調判定装置は、コントローラからの指令パルスをカウントすることにより指令角度位置を特定する指令位置特定部と、ステッピングモータに付設されるロータリーエンコーダと、ロータリーエンコーダの信号に基づいてステッピングモータの回転角度位置を演算により検出する回転位置演算部と、指令角度位置と回転角度位置の間の偏差角度を所定のフィルタ時間毎に計測する偏差計測部と、偏差角度を所定の基準値と比較する比較部と、偏差角度が基準値以上となる比較結果が所定の複数のフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定する判定部とを有する。
【００２１】
このような本発明の脱調判定装置では、従来のように偏差角度が１回でも基準値以上になったら脱調と判定するのではなく、フィルタ時間×フィルタ回数で規定されるフィルタ期間（時間のフィルタ）を設けて、そのフィルタ期間中に偏差角度が基準値以上となる状態が連続するときに脱調の発生を判定する。すなわち、本発明では、偏差角度を比較する基準値と、ステッピングモータの回転の遅れや振動の影響などを考慮したフィルタ期間の両方のパラメータを用いて、脱調の判定が行われる。
【００２２】
これにより、例えばステッピングモータの回転速度の急激な変化や振動の発生などによって、脱調が生じていないにも関わらず偏差角度が瞬間的に大きくなったとしても、本発明では、フィルタ期間（フィルタ時間×フィルタ回数）内で偏差角度が基準値未満に小さくなれば、たとえ脱調の判定基準値が小さく設定されていても、脱調は生じていないと判定することができるため、従来のような脱調の誤判定の発生を回避すること又は低減することができる。
【００２３】
従って、例えばステッピングモータの回転速度を急激に加速又は減速させるときに、脱調が生じていないにも関わらず、従来では脱調を誤判定してステッピングモータの回転駆動を停止させるような場合でも、本発明では、偏差角度が瞬間的に大きくなっただけでは脱調と判定せずに、ステッピングモータの回転駆動を続けることができるため、ステッピングモータの加減速特性が、脱調の誤判定により阻害されることを効果的に抑制できる（言い換えると、加減速特性をより実効的に発揮させることができる）。
【００２４】
更に本発明では、脱調の判定基準値を従来よりも小さい値に設定するとともに、例えば偏差角度を計測する間隔（フィルタ時間）をμｓ（百万分の１秒）のオーダーで設定して、微小時間毎に偏差角度と判定基準値の比較を行うことにより、ステッピングモータに実際に脱調が発生したときに、その脱調を迅速に且つ確実に検出することができる。
【００２５】
このような本発明の脱調判定装置において、指令位置特定部は、ドライバの最高分解能に対応して指令角度位置を規定する複数の指令角度規定基数を有しており、また、指令パルスの入力に基づいて、ドライバの設定ステップ角度に対応するカウント単位で指令角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより指令角度位置を特定するように構成されている。また、回転位置演算部は、ドライバの最高分解能に対応して回転角度位置を規定する複数の回転角度規定基数を有しており、また、ロータリーエンコーダからの信号に基づいて、ロータリーエンコーダの分解能に対応するカウント単位で回転角度規定基数をカウントアップ又はカウントダウンすることにより回転角度位置を求めるように構成されている。
【００２６】
このような指令位置特定部及び回転位置演算部を有することにより、指令位置特定部において、ドライバで選択される分解能に関わらず、ステッピングモータの励磁指令による指令角度位置を確実に且つ効率的に特定することができ、また、偏差角度の計測処理も効率的に行うことができる。更に、使用するドライバの分解能とロータリーエンコーダの分解能の大きさを相互に合わせる必要がないため、ドライバ及びロータリーエンコーダの組み合わせを自由に選択することが可能となり、機械装置の設計自由度が大幅に増大する。
【００２７】
また、本発明の脱調判定装置において、比較部に、選択可能な複数の基準値が予め記憶されていることにより、ステッピングモータの使用方法や駆動条件等に応じて、偏差角度と比較する脱調判定基準値を容易に変更することができ、それによって、ステッピングモータの使用形態に従った脱調の判定を簡便に且つより適切に行うことが可能となる。
【００２８】
更に、本発明の脱調判定装置において、比較部は、偏差角度を、脱調判定基準値よりも小さく設定される所定の補助基準値と比較することもできる。このように脱調判定基準値よりも小さい補助基準値で偏差角度との比較を行って、その比較結果を外部に出力することにより、例えば使用者がその比較結果を観察することによって、ステッピングモータに脱調が発生する可能性が高くなったときに、脱調の危険性を未然に察知して対応することが可能となるため、機械装置にステッピングモータの脱調に起因する誤動作や故障が生じることを確実に防止できる。更に、偏差角度と補助基準値との比較結果については、コントローラにおけるパルス出力の加速割合を決定する際の手掛かりに利用することもでき、それによって、ステッピングモータの加減速特性の向上を図ることができる。
【００２９】
更にまた、本発明の脱調判定装置において、指令位置特定部、回転位置演算部、偏差計測部、比較部、及び判定部がドライバに設けられていることにより、脱調判定装置を簡単に構成してステッピングモータの制御システムに組み込むことができる。また、ステッピングモータが取り付けられた既存の機械装置に対して、ステッピングモータにロータリーエンコーダが付設されていれば、又はロータリーエンコーダを付設することが可能であれば、ドライバのＦＰＧＡ内部に本発明の指令位置特定部、回転位置演算部、偏差計測部、比較部、及び判定部のプログラムを書き込むことによって、本発明の脱調判定装置を容易に組み込むことができる。
【００３０】
次に、本発明に係るステッピングモータの脱調判定方法では、ドライバの指令位置特定部において、指令パルスをカウントしてステッピングモータの指令角度位置を特定する。また、ロータリーエンコーダからステッピングモータの回転による変位を検出して信号を出力し、ドライバの回転位置演算部において、ステッピングモータが実際に回転した回転角度位置を演算により求める。
【００３１】
続いて、ドライバの偏差計測部において、上述の指令角度位置と上述の回転角度位置との間の偏差角度をフィルタ時間毎に計測し、更に、ドライバの比較部において、計測された偏差角度を、予め設定される所定の基準値と順次比較する。そして、ドライバの判定部において、比較部で偏差角度が基準値以上となる比較結果が得られる回数をカウントし、偏差角度が基準値以上となる比較結果が、予め設定されるフィルタ回数で連続して続いたときに、ステッピングモータが脱調したと判定する。
【００３２】
このような本発明の脱調判定方法によれば、例えばステッピングモータの回転速度の急激な変化や振動の発生などによって、脱調が生じていないにも関わらず偏差角度が瞬間的に大きくなったとしても、フィルタ期間（フィルタ時間×フィルタ回数）内で偏差角度が基準値未満に小さくなれば、脱調は生じていないと判定することができるため、従来のような脱調の誤判定の発生を回避すること又は低減することができる。それによって、ステッピングモータの加減速特性が、従来のように脱調の誤判定により阻害されることを抑制できる。また、ステッピングモータに実際に脱調が発生したときには、その脱調を迅速に且つ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ステッピングモータの制御システムを模式的に示す模式図である。
【図２】ステッピングモータ用ドライバの内部構成を示すブロック図である。
【図３】同ドライバに設けられる脱調判定部を説明するブロック図である。
【図４】ステッピングモータがＣＷ方向に回転するときにロータリーエンコーダから出力される信号の波形を示す図である。
【図５】ステッピングモータがＣＣＷ方向に回転するときにロータリーエンコーダから出力される信号の波形を示す図である。
【図６】ドライバの指令位置特定部で特定する指令角度位置と、ロータリーエンコーダを介して検出される実際の回転角度位置との関係を示すグラフである。
【図７】従来の脱調検出装置を用いる場合の脱調の誤検出について説明するグラフである。
【図８】本発明の脱調判定装置により得られる判定結果と、従来の脱調検出装置により得られる検出結果とを示す表である。
【図９】本発明の脱調判定装置によって実施例６の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【図１０】従来の脱調判定装置によって比較例２の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の脱調判定装置によって実施例８の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の脱調判定装置によって実施例９の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の脱調判定装置によって実施例１０の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の脱調判定装置によって実施例１１の設定条件で脱調判定を行ったときの指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、本発明は、下記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載した構成と実質的に同一な構成を有し、且つ、同様な作用効果を奏する範囲において多様な変更が可能である。例えば、以下の実施形態では、５相のステッピングモータに対して脱調判定を行う場合について説明するが、本発明は、２相又は３相のステッピングモータに対して脱調判定を行う場合についても同様に適用することが可能である。
【００３５】
図１は、本実施形態におけるステッピングモータの回転駆動を制御する制御システムを模式的に示す模式図である。図２は、ステッピングモータ用ドライバの内部構成を示すブロック図であり、図３は、ドライバに設けられる脱調判定部を説明するブロック図である。
【００３６】
図１に示す制御システム１は、工作機械や組み立て機械などの産業用機械装置や検査装置等において、ステッピングモータ４の回転動作の制御に用いられる制御システムである。
【００３７】
この制御システム１は、制御プログラムを備えた制御ホスト２と、制御ホスト２との間で通信を行い、制御ホスト２からの信号を受けて指令パルスを出力するコントローラ３と、コントローラ３からの指令パルスに従ってステッピングモータ４に励磁電流を流すドライバ１０と、ドライバ１０に接続される５相ステッピングモータ４と、ステッピングモータ４に付設されるロータリーエンコーダ５とを有しており、本実施形態における脱調判定装置は、ドライバ１０の後述する脱調判定部５０と、ロータリーエンコーダ５とにより形成される。
【００３８】
制御ホスト２は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）又はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）により形成されており、制御ホスト２で構築された制御プログラムとスレーブであるコントローラ３との間で通信を行うためのソフトウェアモジュールとなるデバイスドライバを介して、コントローラ３との間でシリアル通信によるデータの送受信を行う。
【００３９】
この制御ホスト２では、当該制御ホスト２に構築される制御プログラムで関数を実行することにより、コントローラ３に所定の動作を行わせて、ステッピングモータ４の回転動作を制御することができる。
【００４０】
また、制御ホスト２では、ユーザーによって、本実施形態の脱調判定に用いる脱調判定基準値及び補助基準値の選択や、フィルタ時間及びフィルタ回数の設定が行われ、更に、脱調判定基準値及び補助基準値の選択結果やフィルタ時間及びフィルタ回数の設定値が、コントローラ３を介して、ドライバ１０の後述する脱調判定部５０に送られる。
【００４１】
この場合、制御ホスト２において、脱調判定基準値及び補助基準値は、予め比較判定部５３に登録されている複数の数値を読み出して、これらの複数の数値の中から選択するように設定されており、更に、補助基準値は、ユーザーが選択した脱調判定基準値よりも小さい数値の中から選択されるように設定されている。
【００４２】
コントローラ３は、様々な処理を行うＣＰＵと、制御ホスト２との間でシリアル通信を行う通信制御部と、各種データを記憶するＲＯＭと、指令パルスを発生させる制御ロジック回路（パルスジェネレータ）と、制御ロジック回路で発生させる指令パルスの信号をドライバ１０に対して出力する外部機器インターフェイス回路と、ドライバ１０との間で信号の送受信を行うドライバ通信部とを有する。なお、本発明において、制御ホスト２及びコントローラ３の構成は、本実施形態の構成に限定されるものではない。
【００４３】
ここで、コントローラ３が出力する指令パルスには、ステッピングモータ４のロータを所定の回動位置まで時計回りに正転させるための指令パルスＣＷＰ（Ｃｌｏｃｋ  Ｗｉｓｅ  Ｐｕｌｓｅ）と、所定の回動位置まで反時計回りに逆転させるための指令パルスＣＣＷＰ（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｃｌｏｃｋ  Ｗｉｓｅ  Ｐｕｌｓｅ）とがある。
【００４４】
本実施形態におけるドライバ１０は、コントローラ３からの指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰが入力されるとともに、ステッピングモータ４をステップ駆動させるときの分解能（フルステップ角の分割数）を決定する分解能指令が入力され、更に、その入力された分解能指令に応じて指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰに従って、励磁電流をステッピングモータ４のコイルに流してコイルを励磁する。
【００４５】
また、このドライバ１０は、ロータリーエンコーダ５に電力を供給するとともに、ロータリーエンコーダ５から出力される信号を受信し、その受信した信号に基づいてステッピングモータ４が実際に回転した回転角度位置を演算により求める処理を行う。
【００４６】
本実施形態において、ドライバ１０に接続されるステッピングモータ４と、ステッピングモータ４に付設されるロータリーエンコーダ５とは、従来から一般的に用いられているものであり、従来のものと異なる特別な構造を有するものではない。
【００４７】
簡単に説明すると、本実施形態のステッピングモータ４には、５つのコイルがペンダゴン結線方式で接続されたＨＢ型５相ステッピングモータが用いられる。このステッピングモータ４のロータには、５０個の歯が刻まれており、ステッピングモータ４の５つのコイルに対し、ドライバ１０から４相励磁方式で１０パターンの励磁電流が順番に切り換えながら流れることにより、ロータを１０段階のフルステップ位置（基本ステップ位置）で、０．７２°ずつ歩進させるフルステップ駆動を行い、それによって、電気角一周となる７．２°を回転（正転又は逆転）させることができる。また、この１０回のフルステップ位置の歩進を５０回繰り返して行うことにより、ロータを３６０°、すなわち機械角で丁度１回転させることができる。
【００４８】
更に、このステッピングモータ４では、ドライバ１０の分解能設定の変更や回転速度の変更等を行うことにより、ステッピングモータ４のコイルに４−５相励磁方式で励磁電流を流してロータを０．３６°ずつ歩進させるハーフステップ駆動を行うことや、４相励磁における２つの２相励磁パターンの励磁割合を細分化することにより０．７２°の間隔を細かく分割した角度でロータを歩進させるマイクロステップ駆動を行うことが可能である。なお、本実施形態のステッピングモータ４において、ロータを最も細かい角度でステップ駆動させることが可能なドライバ１０の最高分解能は、２００００Ｐ／Ｒ（パルス／回転）に設定されている。
【００４９】
このステッピングモータ４に付設される本実施形態のロータリーエンコーダ５は、インクリメンタル型の光学式ロータリーエンコーダである。このロータリーエンコーダ５は、ステッピングモータ４の回転軸（モータ軸）に取着され、複数のスリットが所定角度間隔で形成された回転ディスク板と、回転ディスク板を間に挟んで対向して配置される２組の第１及び第２発光部並びに第１及び第２受光部と、各受光部で検出した光を矩形波のパルス信号６に変換してドライバ１０に出力するパルス信号出力部とを有する。
【００５０】
すなわち、このロータリーエンコーダ５では、ステッピングモータ４の回転に従って回転ディスク板が回転し、その回転する回転ディスク板のスリットを、第１及び第２発光部から出る光が通過し、その通過した光を第１及び第２受光部がそれぞれ検出することにより、パルス信号出力部がステッピングモータ４の回転に従った２相のパルス信号６を出力する。
【００５１】
この場合、第１発光部及び第１受光部と、第２発光部及び第２受光部とは、図４及び図５に示すように、第１受光部の検出に基づいて出力されるＡ−ＣＨのパルス信号６と第２受光部の検出に基づいて出力されるＢ−ＣＨのパルス信号６の位相が相互に９０°ずれるように配置されている。
【００５２】
これにより、ドライバ１０に設けられる後述の回転位置演算部５１では、Ａ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのうちの一方のパルス信号６の立ち上がり時及び立ち下がり時に、他方のパルス信号６がハイレベル状態にあるかローレベル状態にあるかを判断することによって、回転ディスク板の回転方向、すなわち、ステッピングモータ４の回転軸の回転方向がＣＷ方向かＣＣＷ方向かを判別することができる。
【００５３】
例えば図４及び図５に、ステッピングモータ４がＣＷ方向とＣＣＷ方向に回転するときのＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６をそれぞれ示すように、ステッピングモータ４がＣＷ方向に回転する図４では、Ａ−ＣＨのパルス信号６の立ち上がり時にＢ−ＣＨのパルス信号６がＬｏｗレベルにあり、Ａ−ＣＨのパルス信号６の立ち下がり時にＢ−ＣＨのパルス信号６がＨｉｇｈレベルにある。
【００５４】
一方、ステッピングモータ４がＣＣＷ方向に回転する図５では、Ａ−ＣＨのパルス信号６の立ち上がり時にＢ−ＣＨのパルス信号６がＨｉｇｈレベルにあり、Ａ−ＣＨのパルス信号６の立ち下がり時にＢ−ＣＨのパルス信号６がＬｏｗレベルにある。このように、一方のパルス信号６の立ち上がり時及び立ち下がり時における他方のパルス信号６のＨｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの状態を判断することによって、ステッピングモータ４の回転軸の回転方向を判別することができる。
【００５５】
また本実施形態のロータリーエンコーダ５は、パルス信号出力部から、回転ディスク板の１回転当たり５００パルスの信号（１回転当たり５００回の矩形波を出す信号）が、第１受光部と第２受光部のそれぞれについて出力されるように、５００Ｃｏｕｎｔ／Ｔｕｒｎの分解能に設計されている。すなわち、このロータリーエンコーダ５では、ステッピングモータ４が０．７２°回転する毎に、Ａ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６のそれぞれで１つの矩形波が出現する。
【００５６】
この場合、ドライバ１０の後述する回転位置演算部５１では、演算によってＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルスの立ち上がりエッジ６ａと、立ち下がりエッジ６ｂとをカウントすることにより、ロータリーエンコーダ５の１回転当たりのパルス数「５００Ｃｏｕｎｔ／Ｔｕｒｎ」を４逓倍した「２０００Ｃｏｕｎｔ／Ｔｕｒｎ」の分解能で、ステッピングモータ４の回転角度位置を検出することができる。すなわち、回転位置演算部５１では、図４及び図５に示したように、ステッピングモータ４が実際回転した回転角度位置を、０．１８°単位（＝３６０°／分解能）で検出することが可能である。
【００５７】
なお本実施形態では、上述したように、安価なインクリメンタル型の光学式ロータリーエンコーダ５がステッピングモータ４に付設されているが、本発明では、ロータリーエンコーダ５として、インクリメンタル型の磁気式ロータリーエンコーダや、高価なアブソリュート型のロータリーエンコーダを用いることも可能である。
【００５８】
本実施形態のドライバ１０は、図２及び図３に示すように、指令パルスＣＷＰ又はＣＣＷＰの入力によりステッピングモータ４のコイルを励磁するための励磁パターンを出力する励磁パターン出力部２０と、ステッピングモータ４の出力段チョッパ型の定電流制御を行うモータ電流制御部３０と、複数のスイッチング素子（パワー素子）ＴＲ１〜ＴＲ１０を有し、励磁パターン出力部２０から出力される励磁パターンに従って各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ１０のＯＮ／ＯＦＦを制御する出力段としてのスイッチング部４０と、ロータリーエンコーダ５からの出力信号を利用してステッピングモータ４の脱調の有無を判定する脱調判定部５０と、ロータリーエンコーダ５に電力を供給する図示しないエンコーダ用電源とを有する。
【００５９】
本実施形態の励磁パターン出力部２０は、従来の５相ステッピングモータのドライバに形成される励磁パターン出力部と実質的に同様に形成されている。すなわち、本実施形態の励磁パターン出力部２０は、ドライバ１０のイニシャル処理を行うイニシャル処理部２１と、コントローラ３から入力される指令パルスを計数して電気角位置（ステップ位置）に対応するアドレスを管理するパルスカウンタ部（電気角位置管理部）２２と、指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰの計数によりステッピングモータ４の回転速度を管理するモータ回転速度管理部（速度計測カウンタ）２３と、一定の単位励磁周期Ｔを管理する励磁周期カウンタ部２４と、複数の励磁シーケンスを記憶する励磁パターン記憶部（メモリ）２５と、励磁パターン記憶部２５から励磁シーケンスを選択して、その励磁シーケンスに従って励磁パターンを単位励磁周期Ｔ毎に出力する励磁パターン選択部２６と、後述するＰＷＭ定電流コントロール回路３１からの信号に従って励磁信号又は非励磁信号を出力する励磁／非励磁処理部２７とを有する。
【００６０】
なお、本実施形態では、ステッピングモータ４の電気角位置と回転速度とを、パルスカウンタ部２２とモータ回転速度管理部２３の別々の処理部で管理しているが、本発明では、上記２つの管理を、単一の処理部として形成されるモータ回転管理部で管理しても良い。また、その他の処理を行う部分についても、１つの処理部で形成されても良いし、複数の処理部で形成されても良い。
【００６１】
励磁パターン出力部２０のイニシャル処理部２１は、制御システム１に電源が投入されたときにコントローラ３からリセット信号が入力され、それによって、ドライバ１０の各種イニシャル処理（初期化処理）を行う。
【００６２】
また、イニシャル処理部２１は、制御ホスト２やコントローラ３からシリアル通信を介して入力される各種データの書き込み処理や設定処理を行う。例えば、ドライバ１０の分解能を設定する分解能指令はイニシャル処理部２１に入力され、更に、パルスカウンタ部２２や励磁パターン選択部２６に出力されて設定される。更に、イニシャル処理部２１は、制御ホスト２やコントローラ３からのリクエストを受けて、イニシャル処理部２１に設定又は保持されているデータを読み出して、制御ホスト２やコントローラ３へ出力する。
【００６３】
励磁パターン出力部２０のパルスカウンタ部２２は、コントローラ３から入力される指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰを計数して、ステッピングモータ４の電気角位置（指令角度位置）に対応するアドレス（指令角度規定基数）を管理している。ここで、ステッピングモータ４の電気角位置（指令角度位置）は、ステッピングモータ４に励磁電流を流すことにより位置決めされる制御上の角度位置である。
【００６４】
本実施形態の場合、管理されるアドレス（言い換えると、指令角度規定基数）の数は、ドライバ１０の最高指令分解能（２００００Ｐ／Ｒ）に対応して、「０００００」〜「１９９９９」の２００００個に設定されており、管理するアドレスの数値は、ロータを歩進させるステップ角度に対応したカウント単位で、指令パルスの入力毎にカウントアップ又はカウントダウンされる。この場合、歩進させるステップ角度は、コントローラ３から入力される分解能指令に基づいて設定される。
【００６５】
例えばステッピングモータ４を上述したフルステップ位置で回転駆動させる場合（ステップ角度が０．７２°の場合）、５００回の指令パルスの入力によってステッピングモータ４が３６０°回転するため、指令パルスの入力毎にアドレスをカウントアップ又はカウントダウンさせるカウント単位が「４０」に設定される。すなわち、指令パルスの入力毎に「４０」の単位で、管理するアドレスの数値をカウントアップ又はカウントダウンする。
【００６６】
また、ステッピングモータ４をフルステップ位置とハーフステップ位置でステップ駆動させる場合（ステップ角度が０．３６°の場合）、アドレスの数値をカウントアップ又はカウントダウンさせるカウント単位は「２０」に設定され、指令パルスの入力毎に「２０」の単位で、管理するアドレスの数値をカウントアップ又はカウントダウンする。
【００６７】
この場合、パルスカウンタ部２２は、例えば指令パルスＣＷＰが入力される毎にアドレスの数値を、設定されるカウント単位でカウントアップし、指令パルスＣＣＷＰが入力される毎にアドレスの数値を、設定されるカウント単位でカウントダウンして、その数値を管理するとともに、管理されるアドレスの数値をモータ回転速度管理部２３や励磁パターン選択部２６に出力する。更に、このパルスカウンタ部２２は、ドライバ１０の脱調判定部５０にも用いられ、管理するアドレスに対応した制御上（演算上）の電気角位置（指令角度位置）の情報を、後述する偏差計測部５２に出力する。
【００６８】
励磁パターン出力部２０のモータ回転速度管理部２３は、指令パルスＣＷＰ及びＣＣＷＰを計数して単位時間当たりのパルス入力数から、ステッピングモータ４の演算上の回転速度を管理するとともに、その管理する回転速度の値を励磁パターン選択部２６に出力する。
【００６９】
励磁周期カウンタ部２４は、指令パルスＣＷＰ及びＣＣＷＰとは無関係な一定の単位励磁周期Ｔを管理するとともに、単位励磁周期Ｔ毎に励磁切替指令を出力する。励磁周期カウンタ部２４が管理する単位励磁周期Ｔは、後述する定電流制御においてＰＷＭのタイミングと同期させるために、ＰＷＭ定電流コントロール回路３１にも出力される。
【００７０】
励磁パターン記憶部２５には、ステッピングモータ４をステップ駆動させるための複数の励磁シーケンスが記憶されている。例えばフルステップ位置に位置決めする励磁シーケンスは、４つの相を同時に励磁することにより、各フルステップ位置に対応する４相励磁を実現する４相励磁パターンにより形成される。また、ハーフステップ位置に位置決めする励磁シーケンスは、それぞれのハーフステップ位置に対応する５相励磁を行う励磁パターンにより形成される。
【００７１】
また、マイクロステップ駆動に用いられる各励磁シーケンスは、対応する電気角位置にロータを位置決めすることが可能な複数の励磁パターンにより形成される。具体的に説明すると、例えば第１フルステップ位置と、その次の第２フルステップ位置との間を分割する各マイクロステップ位置に位置決めする励磁シーケンスは、第１フルステップ位置の４相励磁ＡＢＣＤを実現する２つの２相励磁パターンを組み合わせた第１の組み合わせ励磁パターンＢＣ−ＡＤと、次の第２フルステップ位置の４相励磁ＢＣＤＥを実現する２つの２相励磁パターンを組み合わせた第２の組み合わせ励磁パターンＣＤ−ＢＥとを、そのマイクロステップ位置に応じた割合で組み合わせて形成されている。また、励磁パターン記憶部２５には、複数の励磁シーケンスが、モータ回転速度管理部２３で管理される回転速度に対応して記憶されていても良い。
【００７２】
励磁パターン出力部２０の励磁パターン選択部２６は、上述した励磁パターン記憶部２５に記憶されている複数の励磁シーケンスの中から、コントローラ３から入力される分解能指令と、パルスカウンタ部２２で管理されるアドレス（電気角位置）とに基づいて、適切な１つの励磁シーケンスを選択し、その選択した励磁シーケンスに従って、励磁パターンを出力段であるスイッチング部４０に単位励磁周期Ｔ毎に出力する処理を行う。
【００７３】
励磁パターン出力部２０の励磁／非励磁処理部２７は、モータ電流制御部３０のＰＷＭ定電流コントロール回路３１からの信号に従って、励磁状態と非励磁状態とを切り替えることにより、ステッピングモータ４のコイルに流れる電流を一定に制御する出力段チョッパ型の電流制御を行う。
【００７４】
本実施形態のモータ電流制御部３０は、ステッピングモータ４のコイルを励磁する電力を供給する電源ＰＳ１と、電源ＰＳ１の電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、定電流駆動を行うためにコイルに流れている電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１と、コイルのインピーダンスに応じてコイルに対する励磁出力の時間を調節するＰＷＭ定電流コントロール回路３１とを有しており、出力段チョッパ型の定電流制御を行う従来の一般的なモータ電流制御部と同様に構成されている。
【００７５】
本実施形態のスイッチング部（出力段）４０は、ステッピングモータ４の各コイルとモータ電流制御部３０の正極との導通又は遮断を制御するスイッチング素子（ハイサイドパワー素子）ＴＲ１，ＴＲ３，ＴＲ５，ＴＲ７，ＴＲ９と、各コイルとモータ電流制御部３０の負極との導通又は遮断を制御するスイッチング素子（ローサイドパワー素子）ＴＲ２，ＴＲ４，ＴＲ６，ＴＲ８，ＴＲ１０と、コイルが発した起電力をバイパスするダイオードＤ１〜Ｄ１０と、励磁パターン出力部２０から出力される励磁パターンに従って各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ１０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるパワー素子駆動回路４１と、ステッピングモータ４に接続される出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ５とを有しており、従来の一般的なスイッチング部と同様に構成されている。
【００７６】
本実施形態のドライバ１０に設けられる脱調判定部５０は、励磁パターン出力部２０にも用いられるイニシャル処理部２１及びパルスカウンタ部２２と、ステッピングモータ４が実際に回転した回転角度位置を演算により求める回転位置演算部５１と、電気角位置（指令角度位置）と回転角度位置との間の偏差角度を制御ホスト２で設定されるフィルタ時間毎に計測する偏差計測部５２と、偏差計測部５２で計測される偏差角度を制御ホスト２で選択される脱調判定基準値と比較するとともに、偏差角度が脱調判定基準値以上となる比較結果が、制御ホスト２で設定されるフィルタ回数で連続して得られるときに脱調と判定する比較判定部５３とを有する。このようなドライバ１０の脱調判定部５０と、ステッピングモータ４に付設されるロータリーエンコーダ５とにより、本実施形態におけるステッピングモータ４の脱調判定装置が形成されている。
【００７７】
本実施形態のイニシャル処理部２１は、上述したように電源の投入時に各種のイニシャル処理を行うとともに、制御ホスト２やコントローラ３に対するデータの入出力を行う。ここで、本実施形態の脱調判定では、脱調判定基準値や補助基準値として選択可能な複数の数値が、予め比較判定部５３に記憶されているとともに、制御ホスト２において、脱調判定基準値及び補助基準値の選択や、フィルタ時間及びフィルタ回数の設定がユーザーによって行われる。この場合、イニシャル処理部２１では、脱調判定基準値や補助基準値として選択可能な数値の候補を比較判定部５３から読み出して制御ホスト２に出力し、ユーザーの選択を受け付ける。
【００７８】
また、制御ホスト２で選択された脱調判定基準値及び補助基準値の数値や、制御ホスト２で設定されたフィルタ時間及びフィルタ回数の設定値は、ドライバ１０のイニシャル処理部２１に入力され、このイニシャル処理部２１において、フィルタ時間の設定値が偏差計測部５２に出力されるとともに、脱調判定基準値及び補助基準値の選択結果やフィルタ回数の設定値が比較判定部５３に出力される。また、イニシャル処理部２１は、例えばロータリーエンコーダ５の分解能等の情報がコントローラ３から入力され、その情報を回転位置演算部５１に送って設定する処理も行う。
【００７９】
本実施形態のパルスカウンタ部２２は、ステッピングモータ４の制御上の指令角度位置を特定し、その指令角度位置の情報を偏差計測部５２に出力する指令位置特定部として機能する。すなわち、このパルスカウンタ部２２は、上述したように、ドライバ１０の最高指令分解能（２００００Ｐ／Ｒ）に対応する２００００個のアドレス（指令角度規定基数）を有しており、コントローラ３から入力される分解能指令（設定ステップ角度）に基づいてカウント単位を設定するとともに、コントローラ３から入力される指令パルスを計数し、アドレスの数値を、設定したカウント単位で指令パルスの入力毎にカウントアップ又はカウントダウンすることによってアドレスの管理を行う。
【００８０】
更に、パルスカウンタ部２２は、管理するアドレスの数値に基づいて、励磁パターン選択部２６で選択される励磁シーケンスの励磁パターン（励磁指令）が位置決めを行う指令角度位置（電気角位置）を特定し、その特定した指令角度位置の情報を偏差計測部５２に出力する。
【００８１】
脱調判定部５０の回転位置演算部５１は、ロータリーエンコーダ５からＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６が入力されることにより（図４及び図５を参照）、両方のパルス信号６に基づいて、ステッピングモータ４が実際に回転した回転方向及び回転角度位置を演算により求め、更に、その演算により求めた回転角度位置の情報を偏差計測部５２に出力する。
【００８２】
特に、本実施形態の回転位置演算部５１には、ドライバ１０の最高指令分解能（２００００Ｐ／Ｒ）に対応する２００００個の指令角度規定基数と、ロータリーエンコーダ５からの信号に基づいてカウントアップ又はカウントダウンを行うカウント単位が設定される。この場合、２００００個の各指令角度規定基数には、３６０°を２００００で分割した角度位置がそれぞれ規定されている。
【００８３】
また、回転位置演算部５１のカウント単位は、イニシャル処理部２１から入力されるロータリーエンコーダ５の分解能に対応して設定されている。例えば本実施形態の場合、ロータリーエンコーダ５を介して検出可能な分解能は、上述したように４逓倍の「２０００Ｃｏｕｎｔ／Ｔｕｒｎ」であるため、指令角度規定基数のカウントアップ又はカウントダウンを行うカウント単位は、指令角度規定基数をロータリーエンコーダ５の分解能で除した「１０」に設定される。
【００８４】
すなわち、本実施形態の回転位置演算部５１は、規定する回転角度位置が０．０１８°（＝３６０°／２００００）ずつ異なる２００００個の指令角度規定基数を有しており、ロータリーエンコーダ５から出力されるＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６の立ち上がりエッジ６ａと立ち下がりエッジ６ｂを検出する毎に、ステッピングモータ４の回転方向に応じて、指令角度規定基数を「１０」のカウント単位でカウントアップ又はカウントダウンする。これによって、ステッピングモータ４が実際に回転した回転角度位置が、０．１８°単位で検出される。
【００８５】
なお、回転位置演算部５１に設定されるカウント単位は、使用されるロータリーエンコーダ５の分解能等によって変更されるものであり、ロータリーエンコーダを介して検出可能な分解能が例えば「４０００Ｃｏｕｎｔ／Ｔｕｒｎ」である場合には、回転位置演算部５１においてカウントを行うカウント単位は「５」に設定される。
【００８６】
脱調判定部５０の偏差計測部５２には、図３に示したように、イニシャル処理部２１から制御ホスト２で設定されたフィルタ時間の情報が入力されて設定される。また、パルスカウンタ部２２（指令位置特定部）からは、管理するアドレスの数値に基づいて特定した指令角度位置の情報が入力される。更に、回転位置演算部５１からは、ロータリーエンコーダ５の出力信号（パルス信号６）に基づいて検出したステッピングモータ４の実際の回転角度位置の情報が入力される。
【００８７】
この偏差計測部５２は、例えば制御ホスト２でフィルタ時間が１６μｓに設定される場合、入力される指令角度位置の情報と回転角度位置の情報とから、制御上の指令角度位置と実際の回転角度位置との間の偏差角度の大きさを、フィルタ時間である１６μｓ間隔で継続して計測し、その計測結果（偏差角度）を比較判定部５３に逐次出力する。
【００８８】
脱調判定部５０の比較判定部５３には、脱調判定基準値及び補助基準値の数値として選択可能な複数の数値が予め記憶されている。また、比較判定部５３には、制御ホスト２で選択された脱調判定基準値の数値及び補助基準値の数値がイニシャル処理部２１から入力されて設定されるとともに、制御ホスト２で設定されたフィルタ回数の情報もイニシャル処理部２１から入力される。更に、偏差計測部５２からは、その偏差計測部５２で計測された偏差角度がフィルタ時間（１６μｓ）毎に入力される。
【００８９】
この比較判定部５３は、偏差計測部５２から偏差角度が入力される度に（すなわち、１６μｓ毎に）、その偏差角度を脱調判定基準値と順次比較し、偏差角度が脱調判定基準値以上となった場合にフラグを立てる処理を行う。また、比較判定部５３では、フラグを立てた処理が連続する回数を計測し、フラグを立てる処理が、制御ホスト２で設定されたフィルタ回数分で連続して行われた時点で脱調の発生を判定するとともに、アラーム信号を出力するアラーム処理を行う。
【００９０】
また、比較判定部５３は、上述のようにアラーム処理が行われた後に、後述するように制御ホスト２でアラームクリアが入力されると、制御ホスト２からコントローラ３を介してアラームクリア信号が入力されるため、アラーム処理の解除等のアラームクリア処理を行う。
【００９１】
更に、本実施形態の比較判定部５３は、上述のように偏差角度と脱調判定基準値との比較処理を行うと同時に、偏差計測部５２から偏差角度が入力される度に、その偏差角度を、脱調判定基準値よりも小さい補助基準値と順次比較し、その比較結果を制御ホスト２等の外部機器に出力する処理を行う。なお、本実施形態の比較判定部５３は、偏差角度と補助基準値とを順次比較し、偏差角度が補助基準値以上となる比較結果が所定の回数連続して続いたときに、注意を促す信号を外部機器に出力するようにしても良い。
【００９２】
また、本実施形態では、偏差角度と脱調判定基準値との比較処理と、脱調の判定処理とを、単一の比較判定部５３で行うように形成されているが、これらの比較処理と判定処理とは、脱調判定部５０の別々の処理部で分けて行うことも可能であり、また、比較判定部５３で行うその他の処理についても、脱調判定部５０にその他の処理部を設けて行われても良い。
【００９３】
次に、上述した本実施形態の制御システム１において、ステッピングモータ４を回転駆動させるとともに、そのステッピングモータ４の脱調の発生を判定する方法について説明する。
先ず、制御システム１の電源を入れると、制御ホスト２、コントローラ３、及びドライバ１０が立ち上がり、コントローラ３からリセット信号がドライバ１０のイニシャル処理部２１に入力される。また、リセット信号を受信したイニシャル処理部２１は、各種カウンタをリセットする等のイニシャル処理（初期化処理）を行う。
【００９４】
続いて、制御ホスト２にて、ユーザーにより、脱調判定に必要となる情報として、脱調判定基準値及び補助基準値が、ドライバ１０の比較判定部５３から読み出される複数の数値からそれぞれ選択されるともに、フィルタ時間及びフィルタ回数の値が設定される。この場合、制御ホスト２では、補助基準値の選択は、ユーザーが選択した脱調判定基準値よりも小さい数値の中からでしか行えないように制限されている。
【００９５】
この制御ホスト２において脱調判定基準値及び補助基準値の選択と、フィルタ時間及びフィルタ回数の設定とが行われると、それらの情報は、制御ホスト２からコントローラ３を介してドライバ１０のイニシャル処理部２１に入力され、その後、ドライバ１０のイニシャル処理部２１から、図３に示したように偏差計測部５２と比較判定部５３とに必要な情報がそれぞれ入力されて設定される。
【００９６】
なお、商品出荷時のドライバ１０には、所定の脱調判定基準値と補助基準値が予め選択されて設定されているとともに、所定のフィルタ時間とフィルタ回数が予め設定されている。このため、商品出荷時の条件を変更する必要がなければ、又は、前回のステッピングモータ４を駆動させたときの状態から条件を変更する必要がなければ、制御ホスト２における上述の選択や設定の作業を省略することができる。
【００９７】
続いて、制御ホスト２では、ユーザーからの入力に従って、制御プログラムにおいて所定の関数が実行されることにより、制御ホスト２からコントローラ３にリクエスト信号が入力され、コントローラ３では、入力されたリクエスト信号に従って、指令パルスＣＷＰ又はＣＣＷＰがドライバ１０に向けて出力される。
【００９８】
コントローラ３からドライバ１０に指令パルスが入力されると、ドライバ１０のパルスカウンタ部２２では、アドレスの数値を、指令パルスＣＷＰが入力される毎に、設定されるカウント単位でカウントアップし、また、指令パルスＣＣＷＰが入力される毎に、設定されるカウント単位でカウントダウンして、そのアドレスの数値を管理し、更に、そのアドレスの数値をモータ回転速度管理部２３や励磁パターン選択部２６に出力する。
【００９９】
また、励磁パターン出力部２０のモータ回転速度管理部２３は、単位時間当たりの指令パルスの入力数からステッピングモータ４の回転速度を演算して管理するとともに、その管理する回転速度の数値を励磁パターン選択部２６に出力する。
【０１００】
励磁パターン出力部２０の励磁周期カウンタ部２４は、指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰとは無関係な一定の単位励磁周期Ｔを管理するとともに、単位励磁周期Ｔ毎に励磁切替指令を励磁パターン選択部２６及びＰＷＭ定電流コントロール回路３１に出力する。
【０１０１】
励磁パターン出力部２０の励磁パターン選択部２６では、励磁パターン記憶部２５に記憶されている複数の励磁シーケンスの中から、モータ回転速度管理部２３から出力される回転速度と、パルスカウンタ部２２から出力されるアドレスの数値とに基づいて、条件に合った励磁シーケンスを選択し、その選択した励磁シーケンスに従って、励磁パターンを単位励磁周期Ｔ毎に順番に出力する。また同時に、励磁パターン出力部２０の励磁／非励磁処理部２７は、モータ電流制御部３０のＰＷＭ定電流コントロール回路３１からの信号に従って励磁状態と非励磁状態とを切り替えることにより定電流制御を行う。
【０１０２】
励磁パターン出力部２０にて上述のような処理が行われるとともに、スイッチング部４０では、励磁パターン選択部２６から出力される励磁パターンと、励磁／非励磁処理部２７からの信号に従って、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ１０のＯＮとＯＦＦを制御し、それによって、ステッピングモータ４の励磁電流を流すコイル（励磁相）を切り替えて、ステッピングモータ４を所望のステップ角度で回転駆動させることができる。
【０１０３】
そして、本実施形態では、上述のようにステッピングモータ４を回転駆動させているときに、ドライバ１０の脱調判定部５０とロータリーエンコーダ５とからなる脱調判定装置を用いて、以下のように、ステッピングモータ４に脱調が発生しているか否かを判定する脱調判定が行われる。
【０１０４】
先ず、ドライバ１０のイニシャル処理部２１では、上述したように、ドライバ１０の各種初期化処理を行うとともに、制御ホスト２からコントローラ３を介して入力されたフィルタ時間を偏差計測部５２に設定するとともに、入力された脱調判定基準値、補助基準値、及びフィルタ回数を比較判定部５３に設定する。
【０１０５】
なお、本実施形態では、脱調判定基準値及び補助基準値が、１．８°，２．７°，３．６°，４．５°，５．４°，６．３°の数値群から選択可能に設定されており、また、ユーザーにより、脱調判定基準値及び補助基準値として、４．５°及び３．６°がそれぞれ選択され、且つ、フィルタ時間が１６μｓに、フィルタ回数が１００回に設定された場合について説明する。
【０１０６】
本実施形態の脱調判定装置では、ステッピングモータ４の回転中に、ドライバ１０のパルスカウンタ部２２が、コントローラ３から入力される指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰをカウントしてアドレス管理を行うとともに、その管理するアドレスの数値から、励磁パターン選択部２６で選択される励磁シーケンスに従ってコイルへの励磁電流を流したときに位置決めされるステッピングモータ４の制御上の角度位置（指令角度位置）を特定し、その特定した指令角度位置の情報を偏差計測部５２に出力する。
【０１０７】
また同時に、ステッピングモータ４に付設したロータリーエンコーダ５からは、ステッピングモータ４の回転方向及び回転移動量に応じて、図４及び図５に示すようなＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６が出力され、当該パルス信号６がドライバ１０の回転位置演算部５１に入力される。
【０１０８】
ドライバ１０の回転位置演算部５１では、入力されたＡ−ＣＨのパルス信号６とＢ−ＣＨのパルス信号６とを比較して、ステッピングモータ４が実際に回転する回転方向を検出するとともに、Ａ−ＣＨ及びＢ−ＣＨのパルス信号６の立ち上がりエッジ６ａと立ち下がりエッジ６ｂとを検出する。
【０１０９】
また、回転位置演算部５１では、検出した回転方向とパルスの立ち上がりエッジ６ａ又は立ち下がりエッジ６ｂに従って、回転角度位置を規定する２００００個の指令角度規定基数を「１０」のカウント単位でカウントアップ又はカウントダウンすることにより、ステッピングモータ４が実際に回転した回転角度位置を０．１８°単位で演算により求める。そして、求めた回転角度位置の情報を偏差計測部５２に出力する。
【０１１０】
次に、制御上の指令角度位置の情報と、実際の回転角度位置の情報とが入力された偏差計測部５２では、指令角度位置から回転角度位置を引き算することによって求められる偏差角度を、設定された１６μｓのフィルタ時間毎に計測し、その偏差角度の計測結果を逐次比較判定部５３に出力する。
【０１１１】
続いて、偏差計測部５２から偏差角度の計測結果が入力される比較判定部５３では、偏差計測部５２から偏差角度が入力される度に（すなわち、１６μｓ毎に）、その偏差角度を、選択された脱調判定基準値（４．５°）と順次比較する比較処理を行い、比較処理で偏差角度が４．５°以上となった場合にフラグを立てる処理を行う。
【０１１２】
更に、１６μｓ間隔でフラグが立てられているか否かを確認し、フラグを立てる処理が、設定された１００回のフィルタ回数で連続して行われた時点で脱調の発生を判定し、それ以外の場合は、脱調無しの判定を維持する。すなわち、例えばフラグを立てる処理が１６μｓ毎に９９回連続して続いたとしても、その次の偏差角度と脱調判定基準値との比較において、偏差角度が４．５°未満となった場合にはフラグを立てないため、脱調無しの判定が維持される。
【０１１３】
そして、比較判定部５３は、脱調の発生を判定すると、アラーム信号を出力するアラーム処理を行って、脱調が発生したことを警告音等により外部に警告する。また、アラーム信号が出力されると、ドライバ１０の励磁パターン出力部２０は、コントローラ３からの指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰをマスクして、パルスカウンタ部２２での指令パルスの計測を停止するとともに、励磁パターン選択部２６から出力する電気的な励磁パターンの更新を停止し、コイルの励磁状態を保持する処理を行う。
【０１１４】
これにより、ステッピングモータ４の回転駆動を停止させるとともに、ステッピングモータ４の回転位置が、その停止位置又は所定の角度位置でホールドされる。なおこの場合、励磁パターンの更新が停止して所定の励磁パターンが保持されても、ステッピングモータ４の回転軸は、慣性負荷の大きさによっては、保持される励磁パターンの角度位置から７．２°×ｎ倍の角度でずれた角度位置で停止することもある。
【０１１５】
また、本実施形態の比較判定部５３では、上述のようなアラーム処理を行った後、発生した脱調に対する対策が講じられて制御ホスト２でアラームクリアが入力されると、制御ホスト２からコントローラ３を介してアラームクリア信号が入力される。これにより、アラームクリア信号を受信した比較判定部５３は、アラーム処理の解除、ドライバ１０における各種カウンタのクリア処理、フラグのクリア処理、指令パルスのマスクを外す処理等のようなドライバ１０を初期値に戻すアラームクリア処理を行う。これにより、ドライバ１０は、コントローラ３からの指令パルスの受け付けを開始することが可能となる。
【０１１６】
更に、本実施形態の比較判定部５３は、上述のように偏差角度と脱調判定基準値（４．５°）との比較処理を行うと同時に、偏差計測部５２から偏差角度が入力される度に、その偏差角度を、脱調判定基準値よりも小さい値で設定された補助基準値（３．６°）と順次比較し、その比較結果を偏差モニタとしてコントローラ３や制御ホスト２等の外部機器に出力する処理を行う。
【０１１７】
このように偏差角度と補助基準値との比較結果を偏差モニタとして外部機器に出力することにより、例えば、その比較結果を外部機器のモニタ画面にグラフ表示することが可能となり、それによって、ユーザーは、ステッピングモータ４の実際の回転駆動における偏差角度の状態を、リアルタイムに簡易的に確認することができる。
【０１１８】
ユーザーがステッピングモータ４の実際の偏差角度の状態を確認できることにより、ステッピングモータ４の脱調が発生し易い状態にあるか否かを判断することができ、それによって、脱調が発生する前に脱調の兆候（危険性）を的確に検知することも可能となる。更に、偏差角度と補助基準値との比較結果（偏差モニタ）を見ることにより、例えばステッピングモータ４の駆動条件が適正であるか否かを判断してドライブ条件を見直す機会を得ることや、コントローラ３における指令パルス出力の加速割合を決めるときの判断材料にすることが可能となる。更に、実際の偏差角度の状態を長期間で調べることにより、ステッピングモータ４のメンテナンス時期を把握することも可能となる。
【０１１９】
以上のような本実施形態の脱調判定によれば、従来のように偏差角度が１回でも基準値以上になったら脱調と判定するのではなく、フィルタ時間×フィルタ回数で規定されるフィルタ期間という概念を導入して脱調の判定を行うため、従来のような脱調の誤判定の発生を回避すること又は低減することができる。
【０１２０】
ここで、従来の脱調検出装置を用いてステッピングモータ４の脱調を検出する場合について、図７を参照しながら説明する。通常、ドライバ１０がコントローラ３からの指令パルスＣＷＰ，ＣＣＷＰに従って励磁パターン出力部２０から励磁シーケンスを出力することによって、ステッピングモータ４を所定の回転速度で等速で回転駆動させる場合、励磁シーケンスに従った励磁電流によって位置決めされるステッピングモータ４の指令角度位置は、時間に比例して変化する。
【０１２１】
一方、ステッピングモータ４の回転軸が実際に回転する回転角度位置を見てみると、実際の回転角度位置は、指令角度位置の直線に対し、ジグザグ状に揺れながら少し遅れて追従するように変化する。すなわち、ステッピングモータ４では、コイルに流れる電流を切り替えてコイルの磁界の向きを変えることによってロータを磁力で回転させるため、ステッピングモータ４の実際の回転角度位置は、制御上の指令角度位置に対して遅れを生じさせる。
【０１２２】
更にステッピングモータ４では、コイルのインダクタンス等に起因してコイルに流れる励磁電流の立ち上がりがコントローラ３の指令パルスに対して遅れてしまうため、制御上の指令角度位置に対する実際の回転角度位置の遅れがより大きくなり易い。
【０１２３】
また、上述のような励磁電流の立ち上がりの遅れに加えて、ステッピングモータ４には、負荷の変動、振動、速度斑、機械的な誤差、慣性モーメントなどが発生するため、これらに起因して、ステッピングモータ４の実際の回転角度位置は、通常、指令角度位置の直線に対してジグザグ状に揺れるような動きを示す。
【０１２４】
このようにステッピングモータ４が回転駆動する場合において、従来の脱調検出装置では、制御上の指令角度位置と実際の回転角度位置との差（偏差角度）が、所定の基準値（例えば４．５°）に達した時点で、たとえステッピングモータ４に脱調が生じていなくても、脱調の発生を判定し、ステッピングモータ４の回転駆動を停止させる（後述する比較例２を参照）。
【０１２５】
また、このように従来の脱調検出装置がアラーム信号を出力してステッピングモータ４の回転駆動を停止させた時点では、ドライバ１０の励磁パターン出力部２０は、実際の回転角度位置よりも先の角度位置の励磁パターンを既に出力して、スイッチング部４０でスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ１０の切り替えが行われるため、ステッピングモータ４は、アラーム信号を出力したときに励磁パターン出力部２０が既に出力している励磁パターンの角度位置までステップ駆動して停止する。
【０１２６】
このように、従来の脱調検出装置では、例えばステッピングモータ４の振動、速度斑、慣性モーメント、また、ステッピングモータ４に加えられる負荷の変動などに起因して、制御上の指令角度位置と実際の回転角度位置との間の偏差角度が瞬間的に大きくなった場合に、ステッピングモータ４に脱調が実際に発生していなくても、脱調の発生を誤って判定してしまい、ステッピングモータ４の回転駆動を停止させるという問題があった。
【０１２７】
すなわち、従来では、ステッピングモータ４を高速で回転駆動させるときや、ステッピングモータ４の回転速度を急激に変化させるときなどに、脱調の誤判定が生じ易くなるため、実際には脱調が発生してなく、ステッピングモータ４の回転駆動を維持できるにも関わらず、ステッピングモータ４を自動的に強制的に停止させてしまい、その結果、ステッピングモータ４の高速回転動作や急加速・急減速動作を妨げるという問題があった。
【０１２８】
これに対して、本実施形態の脱調判定においては、上述のようにフィルタ時間×フィルタ回数で規定されるフィルタ期間を用いて脱調の判定を行う（後述する実施例６を参照）。従って、例えば図６に示したように、制御上の指令角度位置と実際の回転角度位置との間の偏差角度が、脱調判定基準値以上に大きくなったときにはドライバ１０の比較判定部５３でフラグを立てるものの、フィルタ時間（１６μｓ）毎に行う偏差角度と脱調判定基準値との比較処理で、フィルタ回数（１００回）分だけ連続してフラグが立てられなければ脱調の発生を判定しない。このため、偏差角度が上述のように瞬間的に大きくなっても、従来のように脱調の発生を誤って判定することはなく、ステッピングモータ４の回転駆動を安定して維持することができる。
【０１２９】
従って、本実施形態の脱調判定では、例えば脱調判定基準値を４．５°と比較的小さい値に設定しても、偏差角度が瞬間的に大きくなることに起因する脱調の誤判定を回避すること又は低減することができる。このように、本実施形態では、脱調判定基準値を過剰に大きくしなくても脱調の誤判定を生じ難くすることができるため、ステッピングモータ４の高速回転動作や急加速・急減速動作が従来のように妨げられることを抑制し、ステッピングモータ４の加減速特性をより実効的に発揮させることができる。
【０１３０】
また、本実施形態の脱調判定において、ステッピングモータ４に実際に脱調が生じた場合には、制御上の指令角度位置と実際の回転角度位置との間の偏差角度は必然的に漸増し、ドライバ１０の比較判定部５３でフラグを立てる処理が連続して繰り返される。従って、ステッピングモータ４の脱調発生から、１．６ｍｓ（１６００μｓ＝フィルタ時間×フィルタ回数）という微小なフィルタ期間で、その脱調を迅速に且つ確実に判定し、ステッピングモータ４の回転駆動を停止させて回転軸の角度位置をホールドすることができる。
【０１３１】
なお、本実施形態の脱調判定では、フィルタ時間を「１６μｓ」に設定し、フィルタ回数を「１００回」に設定しているが、例えばステッピングモータ４の用途によってステッピングモータ４の振動や速度斑が大きく生じるような場合は、フィルタ時間を長くすることや、フィルタ回数を多くすることによってフィルタ期間を長く設定すれば、脱調判定に要する時間は長くなるものの、脱調の誤判定をより生じ難くすることができる。
【０１３２】
一方、ステッピングモータ４の振動や速度斑が小さい場合には、フィルタ時間を短くすることや、フィルタ回数を少なくすることによってフィルタ期間を短く設定すれば、脱調の判定をより迅速に行うことができる。従って、フィルタ時間及びフィルタ回数、更に脱調判定基準値については、上述した本実施形態の値に限定されるものではなく、ステッピングモータ４の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
【０１３３】
また、上述した本実施形態におけるドライバ１０のロジック回路は、例えば現時点で機械装置等に既に組み込まれている従来のドライバがＦＰＧＡで励磁シーケンスを制御するものであれば、そのＦＰＧＡ内部に組み込むことが可能である。また、ドライバの基板としては、ロータリーエンコーダ５から出力される信号を受け付けるフォトカプラ回路とコネクタを設ければ、ドライバ製品として簡単に実現することができる。
【実施例】
【０１３４】
実施例として、上述した実施形態の脱調判定装置を用いて、ステッピングモータ４をハーフステップ駆動させるとともに、回転速度を３ｒｐｓ（３０００Ｈｚ）から１０ｒｐｓ（１０００Ｈｚ）まで様々な加速割合で加速させるときのステッピングモータ４の脱調判定を、脱調判定基準値とフィルタ回数の数値を変えた１２種類の条件で行った（実施例１〜１２）。
【０１３５】
ここで、加速割合とは、ステッピングモータ４の回転速度を１ｒｐｓ速くするために必要な時間を表す駆動加速ｒａｔｅ（ｍｓ／ｒｐｓ）を言い、駆動加速ｒａｔｅの数値が小さくなるほど、回転速度の加速が急激になる（きつくなる）ことを表している。
【０１３６】
なお本実施例では、ステッピングモータ４として、山洋電気株式会社製のインクリメンタル型ロータリーエンコーダ付き５相ステッピングモータ（１０３Ｆ７８５２−８２ＸＥ４２）を使用して、回転軸への外部慣性負荷及び外部摩擦負荷を加えずに、ステッピングモータ４の回転駆動と脱調判定を行った。この場合、ロータリーエンコーダ５は、９０°の位相差を有するＡ−ＣＨ及びＢ−ＣＨの２相のパルス信号６を出力するものであり、また、１回転当たりに５００回のパルス（矩形波）を発生させるため、４逓倍して２０００Ｃ／Ｔの分解能が得られる。
【０１３７】
また本実施例では、ステッピングモータ４が実際に回転した回転角度位置をより正確に把握するために、上述の山洋電気株式会社製ロータリーエンコーダ５とは別に、１回転当たりに５００００のパルスを発生させて４逓倍の２０００００Ｃ／Ｔの分解能を得ることが可能な検査用のインクリメンタル型ロータリーエンコーダを、ステッピングモータ４に付設し、ステッピングモータ４の実際の回転角度位置を高精度に検出した。
【０１３８】
（実施例１〜実施例３）
脱調判定基準値として「５．４°」を選択するとともに、フィルタ回数の数値を、実施例１では「４００回」、実施例２では「２００回」、実施例３では「１００回」に設定して、ステッピングモータ４の脱調判定を行った。
【０１３９】
（実施例４〜実施例６）
脱調判定基準値として「４．５°」を選択するとともに、フィルタ回数の数値を、実施例４では「４００回」、実施例５では「２００回」、実施例６では「１００回」に設定して、ステッピングモータ４の脱調判定を行った。
【０１４０】
（実施例７〜実施例９）
脱調判定基準値として、不安定点となる「３．６°」を選択するとともに、フィルタ回数の数値を、実施例７では「４００回」、実施例８では「２００回」、実施例９では「１００回」に設定して、ステッピングモータ４の脱調判定を行った。
【０１４１】
（実施例１０〜実施例１２）
脱調判定基準値として、極めて小さな「２．７°」を選択するとともに、フィルタ回数の数値を、実施例１０では「４００回」、実施例１１では「２００回」、実施例１２では「１００回」に設定して、ステッピングモータ４の脱調判定を行った。
【０１４２】
以上の実施例１〜実施例１２の１２種類の条件で、ステッピングモータ４の脱調判定を行ったときの脱調判定装置の判定結果を図８の表にまとめて示す。
なお、参考のために、ステッピングモータ４の実際の回転特性を見るために、上述した実施形態の脱調判定装置の機能を無効にして、回転速度を３ｒｐｓ（３０００Ｈｚ）から１０ｒｐｓ（１０００Ｈｚ）まで様々な加速割合でステッピングモータ４を加速させて、ステッピングモータ４に実際に脱調が生じる加速割合（すなわち、加速追従性の限界値）を調査した。
【０１４３】
その結果、本実施例で用いるステッピングモータ４は、回転速度の加速割合を１．６ｍｓ／ｒｐｓまで速くしても脱調が発生することはなく、正常回転駆動を行うこと、また、回転速度を１．４ｍｓ／ｒｐｓの加速割合で加速させると脱調が発生することが確認された。この脱調判定装置の機能を無効にしたときの脱調の発生の有無についても、図８の表に重ねて示す。
【０１４４】
（比較例１〜比較例４）
比較のために、フィルタ時間及びフィルタ回数が設定されることのない従来の脱調判定装置を用いて、ステッピングモータ４を上述した実施例と同様の条件でステップ駆動させるときの脱調判定を行った。
【０１４５】
この場合、脱調判定を行う基準値として、比較例１では「５．４°」（実施例１〜実施例３と同じ）に、比較例２では「４．５°」（実施例４〜実施例６と同じ）に、比較例３では「３．６°」（実施例７〜実施例９と同じ）に、比較例４では「２．７°」（実施例１０〜実施例１２と同じ）に設定した。また、偏差角度と基準値との比較を１６μｓ間隔で行い、偏差角度の大きさが基準値以上になった時点で脱調の発生を判定した。
これらの比較例１〜比較例４の条件で、ステッピングモータ４の脱調判定を行ったときの脱調判定装置の判定結果についても、図８の表に重ねて示す。
【０１４６】
図８の表に示したように、例えば脱調判定基準値を、比較的大きな「５．４°」に設定した実施例１〜３と比較例１の場合では、ステッピングモータ４が正常に回転する１．６ｍｓ／ｒｐｓまでの加速割合では、脱調の誤判定を行うことなく、また、ステッピングモータ４を１．４ｍｓ／ｒｐｓの加速割合で回転させて脱調が発生したときは、その脱調の発生を的確に判定することができた。
【０１４７】
脱調判定基準値を上記の場合よりも小さい「４．５°」に設定した実施例４〜６の場合では、ステッピングモータ４が本来正常に回転することが可能な１．６ｍｓ／ｒｐｓまでの加速割合では、脱調の誤判定を行うことなく、ステッピングモータ４をその加速特性に従って適切に回転させることができる。特に、実施例６は、実施例４及び実施例５に比べてフィルタ回数が少ないため、脱調の有無をより迅速に且つ正確に判定することができる。
【０１４８】
これに対して、基準値を「４．５°」に設定した比較例２の場合では、３．２ｍｓ／ｒｐｓまでの加速割合では脱調の誤判定を行うことがなかったが、加速割合が３．０ｍｓ／ｒｐｓよりも速くなると脱調の誤判定が発生した。従って、従来の脱調判定装置では、加速割合が３．０ｍｓ／ｒｐｓ〜１．６ｍｓ／ｒｐｓの範囲では、脱調の誤判定によりステッピングモータ４の回転駆動を強制的に停止させることが判った。
【０１４９】
すなわち、この比較例２では、ステッピングモータ４が本来加速することが可能な１．６ｍｓ／ｒｐｓの加速割合に対して、割合が２倍緩やかとなる３．２ｍｓ／ｒｐｓの加速割合でしかステッピングモータ４を立ち上げることができないため、ステッピングモータ４が備える加速追従性を低下させる結果となった。このようなステッピングモータ４の加速追従性を低下させる傾向は、比較例３及び４との比較から明らかなように、脱調判定の基準値を小さくするほど顕著に表れる。
【０１５０】
ここで、実施例６の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行ったときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図９のグラフに示す。また、比較例２の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行って脱調の誤判定が生じたときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図１０のグラフに示す。
【０１５１】
なお、これら図９及び図１０のグラフや、後述する図１１〜図１４のグラフにおいて、１番の矢印が示すデータは、ドライバ１０のパルスカウンタ部２２が特定するステッピングモータ４の制御上の指令角度位置を表している。３番の矢印が示すデータは、２０００００Ｃ／Ｔの分解能を有する検査用のロータリーエンコーダ５を用いて検出されるステッピングモータ４の実際の回転角度位置を表している。更に、２番の矢印が示すデータは、１番の矢印が示す指令角度位置と３番の矢印が示す回転角度位置とから計測される偏差角度の大きさを表している。
【０１５２】
脱調の誤判定が生じなかった図９に示す実施例６では、３番の矢印が示す実際の回転角度位置のデータが、１番の矢印が示す制御上の指令角度位置のデータに追従するように変化しているため、ステッピングモータ４が駆動を停止させずに、コントローラ３からの指令パルスに従って適切に回転していることが判る。また、２番の矢印が示す偏差角度のデータは、増大と減少とを繰り返すように変化している。この偏差角度のデータにおける繰り返しは、ステッピングモータ４の回転軸の速度斑（振動）を表している。
【０１５３】
これに対して、図１０に示す比較例２では、２番の矢印が示す偏差角度のデータが４．５°に達したときに脱調を誤判定するため、ステッピングモータ４が安定した回転駆動を維持することが可能であるにも関わらず、ステッピングモータ４の駆動を停止させた。なお、比較例２では、脱調判定装置が脱調を判定してから、ドライバ１０の励磁パターン出力部２０を停止させて励磁シーケンス（励磁パターン）の出力を止めるため、ステッピングモータ４は、脱調を判定したときに励磁パターン出力部２０が既に出力している励磁パターンの角度位置（７．５６°）付近まで回転して停止している。
【０１５４】
次に、脱調判定基準値を不安定点となる「３．６°」に設定した実施例７〜９と比較例３を比べてみると、フィルタ回数の数値を「４００回」に設定した実施例７と、「２００回」に設定した実施例８とでは、脱調の誤判定が生じることなく、ステッピングモータ４をその加速特性に従って適切に回転させることができることが判った。
【０１５５】
一方、フィルタ回数の数値を「１００回」に設定した実施例９では、実施例７及び８に比べてフィルタ回数が少ないため、より迅速に脱調の有無が判定可能であるものの、加速割合が３．０ｍｓ／ｒｐｓ〜１．６ｍｓ／ｒｐｓの範囲で脱調の誤判定を発生させる結果となった。なお、基準値を「３．６°」に設定した比較例３では、６．８ｍｓ／ｒｐｓの加速割合から速い範囲で脱調の誤判定が生じているため、実施例９は、従来の比較例３に比べて、２倍以上速い加速割合まで脱調の誤判定を防止できることが判った。
【０１５６】
ここで、脱調の誤判定が生じなかった実施例８の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行ったときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図１１のグラフに示す。また、実施例９の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行って、脱調の誤判定が生じたときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図１２のグラフに示す。
【０１５７】
脱調の誤判定が生じなかった図１１に示す実施例８では、２番の矢印が示す偏差角度のデータが、脱調判定基準値である「３．６°」を超えているが、フィルタ期間である３．２ｍｓ（１６μｓ×２００回）以内に、偏差角度のデータが「３．６°」を下回っているため、脱調の発生を判定せずに（脱調無しの判定を維持したまま）、ステッピングモータ４がコントローラ３からの指令パルスに従って適切に回転していることが判る。
【０１５８】
これに対して、図１２に示す実施例９では、２番の矢印が示す偏差角度のデータが、脱調判定基準値である「３．６°」以上となっている状態が、フィルタ期間である１．６ｍｓ（１６μｓ×１００回）の間継続しているため、偏差角度が３．６°以上になってから１．６ｍｓ経過した時点で脱調の発生を誤判定し、ステッピングモータ４の駆動を停止させている。
【０１５９】
この場合、ステッピングモータ４は、脱調判定時に励磁パターン出力部２０が既に出力した励磁パターンの角度位置（９．７２°）付近まで回転して停止している。このように実施例９では、３．０ｍｓ／ｒｐｓより緩やかな加速割合でしかステッピングモータ４を立ち上げることができないため、結果的に、ステッピングモータ４が備える加速追従性を低下させている。
【０１６０】
最後に、脱調判定基準値を極めて小さな「２．７°」に設定した実施例１０〜１２と比較例４を比べてみると、フィルタ回数の数値を「４００回」に設定した実施例１０では、脱調判定に要する時間は長くなるものの、脱調の誤判定が生じることなく、ステッピングモータ４をその加速特性に従って適切に回転させることができ、ステッピングモータ４の加速追従性の低下を防止できることが判った。
【０１６１】
一方、フィルタ回数の数値を「２００回」に設定した実施例１１では、実施例１０に比べてフィルタ回数が少ないため、より迅速に脱調の有無を判定できるものの、加速割合が３．０ｍｓ／ｒｐｓ〜１．６ｍｓ／ｒｐｓの範囲で脱調の誤判定が生じた。なお、フィルタ回数の数値を「２００回」に設定した実施例１２と比較例４では、１０．０ｍｓ／ｒｐｓの加速割合でも脱調の誤判定が生じているため、実施例１１は、従来の比較例４に比べて、３倍以上速い加速割合まで脱調の誤判定を防止できることが判った。また、実施例１２の設定条件は、今回のステッピングモータ４に対しては実用的でないことが判った。
【０１６２】
ここで、実施例１０の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行ったときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図１３のグラフに示す。また、実施例１１の設定条件で、ステッピングモータ４の加速割合を３．０ｍｓ／ｒｐｓにして脱調判定を行って、脱調の誤判定が生じたときのステッピングモータ４における指令角度位置、回転角度位置及び偏差角度の計測結果を、図１４のグラフに示す。
【０１６３】
脱調の誤判定が生じなかった図１３に示す実施例１０では、２番の矢印が示す偏差角度のデータが、脱調判定基準値である「２．７°」を超えているが、フィルタ期間である６．４ｍｓ（１６μｓ×４００回）以内に、偏差角度のデータが「２．７°」を下回っているため、脱調の発生を判定せずに（脱調無しの判定を維持したまま）、ステッピングモータ４がコントローラ３からの指令パルスに従って適切に回転していることが判る。
【０１６４】
これに対して、図１４に示す実施例１１では、２番の矢印が示す偏差角度のデータが、脱調判定基準値である「２．７°」以上となっている状態が、フィルタ期間である３．２ｍｓ（１６μｓ×２００回）の間継続しているため、偏差角度が２．７°以上になってから３．２ｍｓ経過した時点で脱調の発生を誤判定し、ステッピングモータ４の駆動を停止させている。この場合、ステッピングモータ４は、脱調判定時に励磁パターン出力部２０が既に出力した励磁パターンの角度位置（７．２°）付近まで回転して停止している。
【符号の説明】
【０１６５】
１                制御システム
２                制御ホスト
３                コントローラ
４                ステッピングモータ
５                ロータリーエンコーダ
６                パルス信号
６ａ              立ち上がりエッジ
６ｂ              立ち下がりエッジ
１０                ドライバ
２０                励磁パターン出力部
２１                イニシャル処理部
２２                パルスカウンタ部（電気角位置管理部）
２３                モータ回転速度管理部（速度計測カウンタ）
２４                励磁周期カウンタ部
２５                励磁パターン記憶部（メモリ）
２６                励磁パターン選択部
２７                励磁／非励磁処理部
３０                モータ電流制御部
３１                ＰＷＭ定電流コントロール回路
４０                スイッチング部（出力段）
４１                パワー素子駆動回路
５０                脱調判定部
５１                回転位置演算部
５２                偏差計測部
５３                比較判定部
ＣＷＰ，ＣＣＷＰ    指令パルス
Ｃ１                コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ１０        ダイオード
ＯＵＴ１〜ＯＵＴ５  出力端子
ＰＳ１              電源
Ｒ１                電流検出抵抗
ＴＲ１〜ＴＲ１０    スイッチング素子（パワー素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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