專利名稱：步進電機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制步進電機的步進電機控制裝置。
背景技術(shù)：
步進電機作為位置控制、速度控制用的低價格電機已經(jīng)普及。
在控制這樣的步進電機的步進電機控制裝置中，由于在只監(jiān)視電機電流時，沒有監(jiān)視步進電機的磁極位置或旋轉(zhuǎn)速度，因此，在步進電機中有時會發(fā)生失步或振動。
因此在現(xiàn)有的步進電機控制裝置中，設(shè)檢測步進電機的磁極位置的角度檢測器。
但是，在設(shè)角度檢測器時會產(chǎn)生步進電機的形狀變大、制造成本提高的問題。
另外，在現(xiàn)有的其它步進電機控制裝置中，不使用檢測磁極位置的角度檢測器，而使用固定值或標(biāo)稱值作為線圈的常數(shù)來計算磁極位置。
但是，在使用固定值或標(biāo)稱值作為線圈的常數(shù)時，不能正確計算步進電機的磁極位置，因此，在步進電機中有時會發(fā)生失步或振動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種步進電機控制裝置，該步進電機控制裝置不會使步進電機發(fā)生失步或振動，而且步進電機的形狀不會增大，另外，制造成本低廉。
根據(jù)本發(fā)明提供的步進電機控制裝置具備檢測步進電機的相電流的電流檢測裝置；具有進行ka’＝Ts/τ倍增的常數(shù)倍增裝置、進行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常數(shù)倍增裝置及進行kg’＝I0/E0倍增的常數(shù)倍增裝置，用于計算推定勵磁角度的電機等價模型運算裝置；根據(jù)推定勵磁角度、指令角度、通過電流檢測裝置檢測出的相檢測電流控制勵磁電流的電流控制裝置；根據(jù)電流控制裝置的輸出向步進電機的相線圈施加相電壓的可變電壓變換器。
在該步進電機控制裝置中，通過電機等價模型運算裝置求出的推定勵磁角度與步進電機的磁極位置是非常接近的值，因此，可以有效防止在步進電機中發(fā)生失步或振動，另外，由于沒有必要設(shè)檢測步進電機的磁極位置的角度檢測器，因此，步進電機的形狀不會變大，而且制造成本低廉。


圖1是表示本發(fā)明的步進電機控制裝置的圖。
圖2是表示圖1所示的步進電機控制裝置的一部分的圖。
圖3是圖1所示的步進電機控制裝置的動作說明圖。
圖4是表示步進電機的電機等價模型的圖。
圖5是表示本發(fā)明的其它步進電機控制裝置的一部分的圖。
具體實施例方式
參照圖1、圖2說明本發(fā)明的步進電機控制裝置。從α相電流指令輸入端子2輸入α相電流振幅指令iαp*，從β相電流指令輸入端子4輸入β相電流振幅指令iβp*。正弦波信號發(fā)生器6利用從角度指令修正器34輸出的修正勵磁角度θ’生成正弦波信號sinθ’，余弦波信號發(fā)生器8利用修正勵磁角度θ’生成余弦波信號conθ’。乘法器10使α相電流振幅指令iαp*與正弦波信號sinθ’相乘，生成α相電流指令iα*，乘法器12使β相電流振幅指令iβp*與正弦波信號conθ’相乘，生成β相電流指令iβ*。比較器14比較α相電流指令iα*和α相檢測電流iαf，比較器16比較β相電流指令iβ*和β相檢測電流iβf。α相電流控制器18根據(jù)比較器14的輸出控制流向步進電機24的α相勵磁電流，β相電流控制器20根據(jù)比較器16的輸出控制流向步進電機24的β相勵磁電流。那么，構(gòu)成通過正弦波信號發(fā)生器6、余弦波信號發(fā)生器8、α相電流控制器18、β相電流控制器20等根據(jù)推定勵磁角度θp、角度指令θ*、α相檢測電流iαf及β相檢測電流iβf控制勵磁電流的電流控制裝置。
可變電壓變換器22在根據(jù)α相電流控制器18、β相電流控制器20的輸出向步進電機24的α相線圈施加使流過其中的電流與α相電流指令iα*一致的α相電壓Vα的同時，根據(jù)β相電流控制器20的輸出向步進電機24的β相線圈施加使流過其中的電流與β相電流指令iβ*一致的β相電壓Vβ。
電流檢測器26檢測出步進電機24的α相檢測電流iαf，電流檢測器28檢測出步進電機24的β相檢測電流iβf。那么，電流檢測器26、28構(gòu)成檢測步進電機24的相電流的電流檢測裝置。電機等價模型運算裝置30利用α相檢測電流iαf、β相檢測電流iβf、α相電壓Vα及β相電壓Vβ計算推定勵磁角度θp。從角度輸入端自32輸入角度指令θ*。角度指令修正器34為了抑制振動利用推定勵磁角度θp對角度指令θ*進行修正，生成修正勵磁角度θ’。例如，角度指令修正器34通過θ’＝θ*+k(θ*-θp)來計算修正勵磁角度θ’。
零電流檢測器36在α相檢測電流iαf成為零時輸出零電流檢測信號。如圖3所示的，在將α相電流振幅指令iαp*從-I0切換到極性不同的最大電流I之后立即向端子40施加時間測定器啟動信號。即，從自可變電壓變換器22施加使α相電流iα一定的電壓的狀態(tài)將可變電壓變換器22的輸出平均值變更為不同極性的電壓之后立即向端子40施加時間測定器啟動信號。時間計測器38計測從輸入時間測定器啟動信號的時刻到輸入零電流檢測信號的時刻的時間t1。第1數(shù)據(jù)表42輸入用于通初始電流I0的初始施加電壓E0，輸出Tsln{(E0/E)+1}的值。在此，Ts是取樣周期(固定值)，E是最大施加電壓。除法器44以時間t1除Tsln{(E0/E)+1}，求線圈電阻為R＝E0/I0、電感為L、線圈時間常數(shù)為τ＝L/R時的Ts/τ。第2數(shù)據(jù)表46輸入Ts/τ，輸出常數(shù)ka’＝Ts/τ、常數(shù)kb’＝τ/(Ts+τ)。那么，通過數(shù)據(jù)表42、46等構(gòu)成α相調(diào)整裝置48。即，α相調(diào)整裝置48根據(jù)從將初始施加電壓E0及α相電流振幅指令iαp*切換到極性不同的值的時刻到相檢測電流iαf成為零的時刻的時間來推定常數(shù)ka’及常數(shù)kb’。
濾波電路50將α相電壓Vα平滑化，輸出α相平滑電壓Vα’。常數(shù)培增裝置52對α相平滑電壓Vα’倍增常數(shù)kα’。加法器54從常數(shù)培增裝置52的輸出中減去延遲裝置58的輸出。常數(shù)培增裝置56對加法器54的輸出倍增常數(shù)kb’。延遲裝置58對常數(shù)培增裝置56的輸出進行延遲。常數(shù)培增裝置60對常數(shù)培增裝置56的輸出倍增常數(shù)kg’＝I0/E0。另外，常數(shù)kg’的值根據(jù)α相電壓Vα和α相檢測電流iαf來進行推定并預(yù)先設(shè)定，α相電壓Vα是為了使α相電流iα一定而從可變電壓變換器22施加的電壓。例如，如圖3所示，根據(jù)α相電流振幅指令iαp*為-I0時的α相電壓Vα和α相檢測電流iαf決定常數(shù)kg’。那么，可以通過常數(shù)培增裝置52、56、60等構(gòu)成α相部分等價模型運算裝置62，或者通過微型機構(gòu)成α相部分等價模型運算裝置62，α相部分等價模型運算裝置62輸出α相推定電流iαp。
另外，可以設(shè)與α相調(diào)整裝置48同樣構(gòu)成的β相調(diào)整裝置(圖中未示出)，通過α相調(diào)整裝置48和β相調(diào)整裝置構(gòu)成決定常數(shù)ka’、常數(shù)kb’的常數(shù)決定裝置。另外，以與α相部分等價模型運算裝置62同樣的構(gòu)成設(shè)輸出β相檢測電流iβp的β相部分等價模型運算裝置(圖中未示出)，設(shè)根據(jù)α相檢測電流iαf、β相檢測電流iβp、α相電壓Vα和β相電壓Vβ計算推定勵磁角度θp的推定勵磁角度運算裝置(圖中未示出)。那么，電機等價模型運算裝置30具有常數(shù)決定裝置、α相部分等價模型運算裝置62、β相部分等價模型運算裝置及推定勵磁角運算裝置。
圖4是表示步進電機的電機等價模型的圖。在圖中，72是乘以式(1)所示的常數(shù)ka的常數(shù)培增裝置，76是乘以式(2)所示的常數(shù)kb的常數(shù)培增裝置，80是乘以式(3)所示的常數(shù)kg的常數(shù)培增裝置，70、74、86及92是加法器，78、88及94是延遲電路，82是城移轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt的常數(shù)培增裝置，84是乘以轉(zhuǎn)動慣量J的倒數(shù)的乘法器，90是乘以感應(yīng)電壓常數(shù)ke的常數(shù)培增裝置。
ka=Tsτ=Tstln(E0E+1)...(1)]]>kb=τTs+τ=11+Ts/τ=11+ka...(2)]]>kg=1R=I0E0...(3)]]>在圖4所示的電機等價模型中，在步進電機24處于停止?fàn)顟B(tài)時，由于電機速度ωre為0，假設(shè)施加電壓為E，線圈電流為i，電感為L、線圈電阻為R，則下式成立。
Ldidt+Ri=E...(4)]]>假設(shè)初始電流為I0，對于線圈電流i解式(4)得到下式。
i=ER-(I0+ER)e-R/L·t...(5)]]>在此，使τ＝L/R、E0＝R·I0，則從式(5)可以得到下式。
Tsτ=Tstln(E0E+1)≡ka...(6)]]>而且，如以上所述，在α相調(diào)整裝置48中，除法器44以時間t1除以Tsln{(E0/E)+1}的值，求出Ts/τ＝ka’，因此，常數(shù)ka、kb和常數(shù)ka’、kb’相同。
這樣，如圖4所示的步進電機的電機等價模型包括倍增常數(shù)ka＝Ts/τ的常數(shù)培增裝置72、倍增常數(shù)kb＝τ/(Ts+τ)的常數(shù)培增裝置76及倍增常數(shù)kg＝I0/E0的常數(shù)培增裝置80，另一方面，圖2所示的α相部分等價模型運算裝置62包括進行ka’＝Ts/τ倍增的常數(shù)培增裝置52、倍增常數(shù)kb’＝τ/(Ts+τ)的常數(shù)培增裝置56、進行kg’＝I0/E0倍增的常數(shù)培增裝置60。因此，在圖1、圖2所示的步進電機控制裝置中，通過α相部分等價模型運算裝置62求出的α相推定電流iαp與α相電流iα是非常接近的值。這對于β相推定電流iβp也是同樣的。因此，通過電機等價模型運算裝置30求出的推定勵磁角度θp是與步進電機24的勵磁位置非常接近的值，因此，可以有效防止在步進電機24中發(fā)生失調(diào)或震動。另外，通過電機等價模型運算裝置30計算推定勵磁角度θp，因此，沒有必要設(shè)檢測步進電機24的磁極位置的角度檢測器，步進電機24的形狀不會變大，制造成本不會增加。
參照圖5說明本發(fā)明的其它步進電機控制裝置。比較器100計算為α相部分等價模型運算裝置62(常數(shù)培增裝置60)的輸出的α相推定電流iαp和α相檢測電流iαf的電流偏差Δiα。第3數(shù)據(jù)表102依次輸出電流偏差Δiα成為最小的常數(shù)ka’、kb’。另外，設(shè)與第3數(shù)據(jù)表102同樣的構(gòu)成的β相用第4數(shù)據(jù)表(圖中未示出)，構(gòu)成通過第3、第4數(shù)據(jù)表依次輸出電流偏差成為最小的常數(shù)ka’、常數(shù)kb’。另外，以與α相部分等價模型運算裝置62同樣的構(gòu)成設(shè)輸出β相推定電流iβp的β相部分等價模型運算裝置(圖中未示出)，設(shè)利用α相推定電流iαp、β相推定電流iβp、α相電壓Vα和β相電壓Vβ計算推定勵磁角度θp的推定勵磁角度運算裝置(圖中未示出)。那么，電機等價模型運算裝置30包括常數(shù)決定裝置、α相部分等價模型運算裝置62、β相部分等價模型運算裝置及推定勵磁角度運算裝置。
在圖5所示的步進電機控制裝置中，由于通過電機等價模型運算裝置30求出的推定勵磁角度θp是與步進電機24的磁極位置非常接近的值，因此，可以有效防止在步進電機24中發(fā)生失調(diào)或震動。另外，由于通過電機等價模型運算裝置30計算推定勵磁角度θp，所以沒有必要設(shè)檢測步進電機24的磁極位置的角度檢測器，步進電機24的形狀不會變大，另外，制造成本降低。
本發(fā)明除了以位置控制為目的的步進電機控制裝置以外，還可以適用于不使用傳感器而控制步進電機的速度德步進電機控制裝置或附帶振動抑制功能的步進電機控制裝置。
權(quán)利要求
1.一種步進電機控制裝置，其特征在于，包括a)檢測步進電機的相電流的電流檢測裝置；b)具有當(dāng)設(shè)定初始電壓為E0，在施加上述初始電壓E0時的初始電流為I0，線圈電阻為R＝E0/I0，取樣周期為Ts，電感為L，線圈時間常數(shù)為τ＝L/R時，進行ka’＝Ts/τ倍增的常數(shù)倍增裝置、進行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常數(shù)倍增裝置和進行kg’＝I0/E0倍增的常數(shù)倍增裝置，并計算推定勵磁角度的電機等價模型運算裝置；c)根據(jù)上述推定勵磁角度、指令角度和由電流檢測裝置檢測出的相檢測電流來控制勵磁電流的電流控制裝置；和d)根據(jù)上述電流控制裝置的輸出，向上述步進電機的相線圈施加相電壓的可變電壓變換器。
2.如權(quán)利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于，根據(jù)上述初始施加電壓E0和從將相電流振幅指令切換為極性不同的值的時刻到上述相檢測電流變?yōu)榱愕臅r刻的時間，來推定上述常數(shù)ka’和上述常數(shù)kb’。
3.如權(quán)利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于，根據(jù)從上述可變電壓變換器施加上述相電壓以使上述相電流為一定時的上述相電壓和上述相檢測電流來推定上述常數(shù)kg’。
4.如權(quán)利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于，具有求出倍增上述常數(shù)kg’的常數(shù)倍增裝置的輸出即相推定電流和上述相檢測電流的電流偏差的比較器；和依次輸出上述電流偏差成為最小的常數(shù)ka’、kb’的常數(shù)決定裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種步進電機控制裝置，包括檢測步進電機的相電流的電流檢測裝置；具有進行ka’＝Ts/τ倍增的常數(shù)倍增裝置、進行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常數(shù)倍增裝置及進行kg’＝I0/E0倍增的常數(shù)倍增裝置，用于計算推定勵磁角度的電機等價模型運算裝置；根據(jù)推定勵磁角度、指令角度、通過電流檢測裝置檢測出的相檢測電流控制勵磁電流的電流控制裝置；根據(jù)電流控制裝置的輸出向步進電機的相線圈施加相電壓的可變電壓變換器。
文檔編號H02P8/38GK1677835SQ20051006018
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者桑野好文, 鷹廣昭, 竹森顯緒 申請人:日本伺服株式會社