專利名稱：步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用3個半橋電路進(jìn)行驅(qū)動的2相步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，作為2相步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，例如如專利文獻(xiàn)1、2中的記載所示，已知一種具有由3個半橋電路構(gòu)成的驅(qū)動電路的控制裝置。該現(xiàn)有的控制裝置如圖7所示，驅(qū)動電路51是將由串聯(lián)連接的高位(high side)及低位(low side)開關(guān)元件53、54構(gòu)成的3個半橋電路52A、52B、52C并聯(lián)連接而構(gòu)成的。在各半橋電路52A、52B、52C中，高位的開關(guān)元件53與電動機(jī)電源E連接，低位的開關(guān)元件54與接地端接地連接。
步進(jìn)電動機(jī)的勵磁線圈LA的一端連接在半橋電路52A的一對開關(guān)元件53A、54A之間，另一端連接在半橋電路52C的一對開關(guān)元件53C、54C之間。步進(jìn)電動機(jī)的勵磁線圈LB的一端連接在半橋電路52B的一對開關(guān)元件53B、54B之間，另一端連接在半橋電路52C的一對開關(guān)元件53C、54C之間。并且，通過利用PWM控制而交替切換各半橋電路52A、52B、52C的開關(guān)元件53、54的接通/斷開，從而控制從電動機(jī)電源E向勵磁線圈LA、LB流動的A相電流及B相電流。專利文獻(xiàn)I :日本特開2004 - 015898號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2000 - 069796號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述現(xiàn)有的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，通過將半橋電路52C共通地用于A相電流及B相電流的控制中，從而可以減少半橋電路數(shù)量，但有可能在電動機(jī)的高速驅(qū)動時，使A相電流和B相電流的電流量產(chǎn)生不平衡。在2相步進(jìn)電動機(jī)的情況下，使用正弦波形的A相電流和與A相電流相比相位延遲90度的正弦波形的B相電流，進(jìn)行電動機(jī)驅(qū)動。此時，利用A相電流及B相電流的目標(biāo)值、即A相指令值及B相指令值，控制在勵磁線圈LA、LB中流過的電流量，與該A相指令值及B相指令值相對應(yīng)而控制流入半橋電路52C的電流量。在此情況下，由于勵磁線圈具有使電流的變化穩(wěn)定的性質(zhì)，所以一旦在線圈中流過電流，則從施加指令值至電流實(shí)際減少為止，存在時滯。由此，在電動機(jī)高速驅(qū)動時，如果在事先A相電流在勵磁線圈LA中流過的狀態(tài)下，針對A相電流施加減少指令，針對B相電流施加增加指令，則在A相電流充分減少之前，B相電流的指令值變大。此時，由于半橋電路52C無法應(yīng)對與對應(yīng)于A相指令值及B相指令值的電流相比更大的電流，所以被施加了增加指令的B相電流的電流量受到限制。這樣，產(chǎn)生下述缺點(diǎn)，S卩，電流量的目標(biāo)值即指令值和實(shí)際在勵磁線圈中流過的電流量產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致A相電流和B相電流的電流量不平衡，使得步進(jìn)電動機(jī)無法正常旋轉(zhuǎn)等。本發(fā)明就是鑒于上述實(shí)際情況而提出的，其目的在于，提供一種步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其針對2相步進(jìn)電動機(jī)，可以改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動。本發(fā)明的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置的特征在于，具有驅(qū)動電路，其具有第I開關(guān)電路、第2開關(guān)電路以及共通開關(guān)電路，利用驅(qū)動脈沖對所述第I、第2開關(guān)電路及所述共通開關(guān)電路進(jìn)行接通/斷開，其中，該第I開關(guān)電路將第I勵磁線圈的一端與電源或接地端連接，該第2開關(guān)電路將第2勵磁線圈的一端與所述電源或所述接地端連接，該共通開關(guān)電路將所述第I、第2勵磁線圈的另一端的共通連接點(diǎn)與所述電源或所述接地端連接；以及控制電路，其生成針對所述第I、第2開關(guān)電路及所述共通開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進(jìn)行控制，所述控制電路生成針對所述第I、第2開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，以使得在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進(jìn)行控制，以使得在第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充。由此，在電動機(jī)高速驅(qū)動 時，即使以事先電流在第I勵磁線圈中流過的狀態(tài)，然后使電流在第2勵磁線圈中流過的情況下，如果在第I勵磁線圈中流過大于指令值的電流，則控制驅(qū)動脈沖以抑制在第I勵磁線圈中流過的電流，并且控制驅(qū)動脈沖以使在第2勵磁線圈中充分流過電流。這樣，可以改善在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，可以實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動。另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述控制電路生成針對所述第
I、第2開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，以使得在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值減少。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以使第I勵磁線圈中的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和第2勵磁線圈中的指令值與實(shí)際測量值的偏差接近，可以改善在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量的不平衡。另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述控制電路根據(jù)在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值，對輸出調(diào)整值進(jìn)行計算，對于在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、以及在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之中的任一個較小的偏差上，加上所述輸出調(diào)整值，并從其中任一個較大的偏差中減去所述輸出調(diào)整值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以利用簡單的結(jié)構(gòu)，使第I勵磁線圈中的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和第2勵磁線圈中的指令值與實(shí)際測量值的偏差接近。另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述控制電路對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值的合計值以及實(shí)際測量值的合計值分別進(jìn)行正負(fù)反轉(zhuǎn)，以使所述實(shí)際測量值的合計值接近所述指令值的合計值的方式，生成針對所述共通開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以與在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量對應(yīng)地，適當(dāng)?shù)乜刂瓶梢栽诠餐ㄩ_關(guān)電路中流過的電流量。另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述控制電路具有控制模塊部，其基于在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差，計算占空比；以及驅(qū)動脈沖生成模塊部，其基于所述占空比生成驅(qū)動脈沖。
另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述控制模塊部，通過將在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差乘以增益，從而計算占空比。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以通過基于占空比生成驅(qū)動脈沖，而高精度地控制第I、第2開關(guān)電路及共通開關(guān)電路的驅(qū)動。另外，在本發(fā)明的上述步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置中，所述第I開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述第I勵磁線圈的一端和所述電源之間、以及所述第I勵磁線圈的一端和所述接地端之間，所述第2開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述第2勵磁線圈的一端和所述電源之間、以及所述第2勵磁線圈的一端和所述接地端之間，所述共通開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述共通連接點(diǎn)和所述電源之間、以及所述共通連接點(diǎn)和所述接地端之間。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，利用在電源和接地端之間并聯(lián)設(shè)置有3個將一對開關(guān)元件串聯(lián)連接的半橋電路而成的驅(qū)動電路，從而可以在第I、第2勵磁線圈中流過電流。發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，在2相步進(jìn)電動機(jī)中，可以改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動。


圖I是本實(shí)施方式所涉及的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置的整體框圖。圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動脈沖的輸出波形和電流波形的變化的說明圖。圖3是對比例所涉及的控制模塊部的框圖。圖4是表示對比例所涉及的電流波形的圖。圖5是本實(shí)施方式所涉及的控制模塊部的框圖。圖6是本實(shí)施方式所涉及的A相電流和B相電流的電流波形。圖7是現(xiàn)有的驅(qū)動電路的整體框圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在圖I中，為了便于說明，作為步進(jìn)電動機(jī)的構(gòu)成部件而僅圖示了勵磁線圈，但步進(jìn)電動機(jī)是具有通常所具備的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)。如圖I所示，步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置是對2相雙極型步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的控制裝置，具有驅(qū)動電路1，其將來自電動機(jī)電源E (電源)的電流向步進(jìn)電動機(jī)M的一對勵磁線圈LA (第I勵磁線圈或A相)、LB (第2勵磁線圈或B相)供給；以及控制電路2，其利用PWM控制進(jìn)行驅(qū)動電路I的電流控制。驅(qū)動電路I具有相對于電動機(jī)電源E彼此并聯(lián)連接的3個半橋電路11A、11B、11C。作為第I開關(guān)電路的半橋電路11A，由與電動機(jī)電源E連接的高位的開關(guān)元件12A和與接地端G連接的低位的開關(guān)元件13A串聯(lián)連接而構(gòu)成。S卩，作為第I開關(guān)電路的半橋電路IlA具有由開關(guān)元件12A和開關(guān)元件13A構(gòu)成的一對開關(guān)元件，其中，該開關(guān)元件12A連接在第I勵磁線圈LA的一端和電源E之間，該開關(guān)元件13A連接在第I勵磁線圈LA的一端和接地端G之間。第I開關(guān)電路的第I勵磁線圈LA的一端與電源E或接地端G連接。相同地，作為第2開關(guān)電路的半橋電路11B，由與電動機(jī)電源E連接的高位的開關(guān)元件12B和與接地端G連接的低位的開關(guān)元件13B串聯(lián)連接而構(gòu)成。S卩，作為第2開關(guān)電路的半橋電路IlB具有由開關(guān)元件12B和開關(guān)元件13B構(gòu)成的一對開關(guān)元件，其中，該開關(guān)元件12B連接在第2勵磁線圈LB的一端和電源E之間，該開關(guān)元件13B連接在第2勵磁線圈LB的一端和接地端G之間。第2開關(guān)電路的第2勵磁線圈LB的一端與電源E或接地端G連接。作為共通開關(guān)電路的半橋電路11C，由與電動機(jī)電源E連接的高位的開關(guān)元件12C和與接地端G連接的低位的開關(guān)元件13C串聯(lián)連接而構(gòu)成。S卩，作為共通開關(guān)電路的半橋電路IlC具有由開關(guān)元件12C和開關(guān)元件13C構(gòu)成的一對開關(guān)元件，其中，該開關(guān)元件12C連接在將第I勵磁線圈LA的另一端和第2勵磁線圈LB的另一端連接的共通連接點(diǎn)與電源E之間，該開關(guān)元件13C連接在共通連接點(diǎn)和接地 端G之間。共通開關(guān)電路將第I勵磁線圈LA和第2勵磁線圈LB的另一端的共通連接點(diǎn)與電源E或接地端G連接。此外，本實(shí)施方式所涉及的各開關(guān)元件12A、12B、12C、13A、13B、13C例如由形成體二極管的 N 溝道型 MOSFET (Metal-Oxide Field-Effect Transistor)構(gòu)成。在各半橋電路11A、11B、11C中，經(jīng)由各自對應(yīng)的開關(guān)驅(qū)動電路15A、15B、15C而從控制電路2輸入驅(qū)動脈沖。開關(guān)驅(qū)動電路15A的在中途分支為2股的其中一側(cè)的輸入線與高位的開關(guān)元件12A的門極連接，另一側(cè)的輸入線經(jīng)由NOT電路16A與低位的開關(guān)元件13A的門極連接。相同地，開關(guān)驅(qū)動電路15B的在中途分支為2股的其中一側(cè)的輸入線與高位的開關(guān)元件12B的門極連接，另一側(cè)的輸入線經(jīng)由NOT電路16B與低位的開關(guān)元件13B的門極連接。開關(guān)驅(qū)動電路15C的在中途分支為2股的其中一側(cè)的輸入線與高位的開關(guān)元件12C的門極連接，另一側(cè)的輸入線經(jīng)由NOT電路16C與低位的開關(guān)元件13C的門極連接。并且，開關(guān)驅(qū)動電路15A、15B、15C構(gòu)成為，分別將來自控制電路2的驅(qū)動脈沖向高位的開關(guān)元件12A、12B、12C施加，并且使驅(qū)動脈沖反轉(zhuǎn)而向低位的開關(guān)元件13A、13B、13C的門極施加。此外，NOT電路16A、16B、16C也可以設(shè)置在與高位連接的輸入線上，而不設(shè)置在與低位連接的輸入線上。由開關(guān)驅(qū)動電路15A、15B、15C構(gòu)成的驅(qū)動電路I利用驅(qū)動脈沖而使第I開關(guān)電路11A、第2開關(guān)電路11B、共通開關(guān)電路IlC接通/斷開。半橋電路IlA的開關(guān)元件12A、13A的連接點(diǎn)Pl，經(jīng)由電流檢測器17A及A相的勵磁線圈LA而與半橋電路IlC的開關(guān)元件12C、13C的連接點(diǎn)P3連接。半橋電路IlB的開關(guān)元件12B、13B的連接點(diǎn)P2，經(jīng)由電流檢測器17B及B相的勵磁線圈LB而與半橋電路IlC的開關(guān)元件12C、13C的連接點(diǎn)P3連接。勵磁線圈LA的一端通過半橋電路IlA的開關(guān)元件12A、13A的接通/斷開而與電動機(jī)電源E或接地端G連接。勵磁線圈LA的另一端通過半橋電路IlC的開關(guān)元件12C、13C的接通/斷開而與電動機(jī)電源E或接地端G連接。勵磁線圈LB的一端通過半橋電路IlB的開關(guān)元件12B、13B的接通/斷開而與電動機(jī)電源E或接地端G連接。勵磁線圈LB的另一端通過半橋電路IlC的開關(guān)元件12C、13C的接通/斷開而與電動機(jī)電源E或接地端G連接。如上所述，在勵磁線圈LA中流過的電流(以下稱為A相電流)由半橋電路11A、11B、IlC進(jìn)行控制，在勵磁線圈LB中流過的電流(以下稱為B相電流)由半橋電路IlBUlC進(jìn)行控制。即，半橋電路IlC設(shè)計為，共通地用于勵磁線圈LA、LB的電流控制，流入A相電流及B相電流。電流檢測器17A對A相電流進(jìn)行檢測，將其實(shí)際測量值向控制電路2反饋。電流檢測器17B對B相電流進(jìn)行檢測，將其實(shí)際測量值向控制電路2反饋。此外，電流檢測器17A、17B例如利用電流傳感器或分流電阻等對電流進(jìn)行檢測。在控制電路2的前段設(shè)置有指令值生成模塊部3。指令值生成模塊部3針對用于使步進(jìn)電動機(jī)M動作的各勵磁線圈LA、LB確定電流的指令值，并向控制電路2輸入。例如，指令值生成模塊部3將正弦波狀的指令值向控制電路2輸入，以使步進(jìn)電動機(jī)M進(jìn)行微步驅(qū)動(參照圖4)?？刂齐娐?根據(jù)從指令值生成模塊部3輸入的電流的指令值、和從電流檢測器 17A、17B反饋的電流的實(shí)際測量值，生成針對各半橋電路11A、IIB、IIC的驅(qū)動脈沖。控制電路2具有控制模塊部21，其基于在第I勵磁線圈LA、第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值和實(shí)際測量值之間的偏差，計算PWM控制的占空比；以及驅(qū)動脈沖生成模塊部22，其根據(jù)占空比生成驅(qū)動脈沖(PWM波形)?？刂颇K部21確定針對各半橋電路11A、IlBUlC的占空比，以使得來自電流檢測器17A、17B的實(shí)際測量值追隨來自指令值生成模塊部3的電路的指令值。在此情況下，控制模塊部21將占空比確定為，除了使實(shí)際測量值追隨指令值之外，還對A相電流和B相電流之間的電流量的不平衡進(jìn)行校正?？刂颇K部21將占空比(A相輸出、B相輸出、C相輸出)分別向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。該控制電路2生成針對第I開關(guān)電路11A、第2開關(guān)電路IlB及共通開關(guān)電路IlC的驅(qū)動脈沖，對在第I勵磁線圈LA、第2勵磁線圈LB中流過的電流量進(jìn)行控制。驅(qū)動脈沖生成模塊部22基于來自控制模塊部21的占空比，生成針對各半橋電路11A、IlBUlC的驅(qū)動脈沖(A相PWM輸出、B相PWM輸出、C相PWM輸出)。驅(qū)動脈沖以與占空比對應(yīng)而使高位或低位的任一個開關(guān)元件的接通區(qū)間延長、并使另一個開關(guān)元件的斷開區(qū)間變短的方式生成。例如，在如圖2的上半部(電流波形)所示，使實(shí)際測量值追隨電流的指令值的情況下，如圖2的下半部(PWM波形)所示，對驅(qū)動脈沖的接通區(qū)間和斷開區(qū)間進(jìn)行控制。此外，圖2的上半部的實(shí)線Wl示出電流的指令值、虛線W2示出電流的實(shí)際測量值，圖2的下半部的實(shí)線W3示出驅(qū)動脈沖。另外，PWM周期例如設(shè)定為幾十[U s]。如期間D I所示，在電流的指令值和實(shí)際測量值大致相等的情況下(指令值N實(shí)際測量值)，將占空比設(shè)定為大約50%。如果將占空比設(shè)定為大約50%，則驅(qū)動脈沖的I個PWM周期中的接通區(qū)間和斷開區(qū)間大致相等地設(shè)定。例如，在半橋電路IlA中，以相等間隔交替切換高位(或低位)的開關(guān)元件的接通(或斷開)和高位(或低位)的開關(guān)元件的斷開(或接通)。如期間D2所示，在實(shí)際測量值小于電流的指令值的情況下(指令值>實(shí)際測量值)，將占空比設(shè)定為大于或等于50%。如果將占空比設(shè)定為大于或等于50%，則驅(qū)動脈沖的I個PWM周期中的接通區(qū)間設(shè)定得比斷開區(qū)間更長。例如，在半橋電路IlA中，高位(或低位)的開關(guān)元件的接通(或斷開)與高位(或低位)的開關(guān)元件的斷開(或接通)相比更長。由此，在A相電流相對于勵磁線圈LA在正極側(cè)流過時，成為大于或等于50%的占空比。如期間D3所示，在實(shí)際測量值大于電流的指令值的情況下(指令值<實(shí)際測量值)，將占空比設(shè)定為小于或等于50%。如果將占空比設(shè)定為小于或等于50%，則驅(qū)動脈沖的I個PWM周期中的接通區(qū)間比斷開區(qū)間更短地設(shè)定。例如，在半橋電路IlA中，高位(或低位)的開關(guān)元件的接通(或斷開)與高位(或低位)的開關(guān)元件的斷開(或接通)相比更短。由此，在A相電流相對于勵磁線圈LA在負(fù)極側(cè)流過時，成為小于或等于50%的占空比。如上所述，通過與電流的指令值和實(shí)際測量值之間的大小對應(yīng)而使占空比可變，生成與占空比對應(yīng)的驅(qū)動脈沖，從而使實(shí)際測量值追隨電流的指令值。并且，在驅(qū)動電路I中,將驅(qū)動脈沖輸入至半橋電路11A、11B、11C，對從電動機(jī)電源E向勵磁線圈LA、LB中流過的電流進(jìn)行控制，以使得步進(jìn)電動機(jī)M正常地進(jìn)行電動機(jī)驅(qū)動。在這里，在對本發(fā)明的特征部分、即控制模塊部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明之前，參照圖3及圖4所示的對比例，針對在高速驅(qū)動電動機(jī)時的A相電流和B相電流之間的不平衡進(jìn)行 說明。此外，在圖4中，實(shí)線Wla、Wlb、Wlc分別表示A相指令值、B相指令值、C相指令值，虛線W2a、W2b分別表示A相電流的變化、B相電流的變化。在對比例所涉及的控制模塊部中，從指令值生成模塊部3輸入A相電流及B相電流的指令值(以下稱為A相指令值、B相指令值)，并且從電流檢測器17A、17B輸入A相電流及B相電流的實(shí)際測量值(以下稱為A相實(shí)際測量值、B相實(shí)際測量值)。A相指令值及A相實(shí)際測量值輸入至偏差運(yùn)算部41A，B相指令值及B相實(shí)際測量值輸入至偏差運(yùn)算部41B。偏差運(yùn)算部41A根據(jù)A相指令值和A相實(shí)際測量值計算偏差，并向比例單元42A輸出。比例單元42A將A相電流的偏差乘以P增益K1，作為A相輸出(占空比)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。偏差運(yùn)算部41B根據(jù)B相指令值和B相實(shí)際測量值計算偏差，并向比例單元42B輸出。比例單元42B將B相電流的偏差乘以P增益K1，作為B相輸出(占空比)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。如上所述，對A相電流及B相電流的指令值和實(shí)際測量值之間的偏差進(jìn)行P控制，獨(dú)立地確定用于控制半橋電路IlAUlB的A相輸出及B相輸出。另外，將A相指令值及B相指令值輸入至指令值合計部43，將A相實(shí)際測量值及B相實(shí)際測量值輸入至實(shí)際測量值合計部44。指令值合計部43將A相指令值及B相指令值反轉(zhuǎn)而對合計值進(jìn)行計算，作為C相指令值向偏差運(yùn)算部41C輸出。實(shí)際測量值合計部44將A相電流及B相電流的實(shí)際測量值反轉(zhuǎn)而對合計值進(jìn)行計算，作為C相實(shí)際測量值向偏差運(yùn)算部41C輸出。偏差運(yùn)算部41C根據(jù)C相指令值和C相實(shí)際測量值計算偏差，并向比例單元42C輸出。比例單元42C將C相的偏差乘以增益K1，作為C相輸出(占空比)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。另外，如圖4所示，在控制模塊部中，從指令值生成模塊部3輸入正弦波狀的A相指令值Wla和B相指令值Wlb。在電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時，將B相指令值Wlb相對于A相指令值Wla相位延遲90°而進(jìn)行輸入。另外，在控制模塊部21中，將A相指令值Wla和B相指令值Wlb正負(fù)反轉(zhuǎn)并進(jìn)行合計，從而生成C相指令值Wlc。根據(jù)該C相指令值Wlc，對半橋電路IlC進(jìn)行控制，以對在半橋電路IlC中流過的電流量進(jìn)行控制，使其與由A相指令值Wla及B相指令值Wlb所示的合計電流量對應(yīng)。在此情況下，在Tl所示的即將到達(dá)A相指令值Wla的峰值時，B相指令值Wlb接近O，可以使A相電流W2a更多地流過。但是，在T2所示的即將到達(dá)B相指令值Wlb的峰值時，與A相指令值Wla的減少指令相對應(yīng)，實(shí)際上A相電流W2a的減少產(chǎn)生延遲。其原因在于，線圈具有使電流的變化穩(wěn)定的性質(zhì)，在停止向勵磁線圈LA供給A相電流W2a后，仍然使勵磁線圈LA中繼續(xù)流過電流。因此，即使在施加了 B相指令值Wlb的增加指令的情況下，此前在半橋電路IlC中流過的A相電流W2a的電流量也不會充分減少，B相電流W2b難以流動。其結(jié)果，此前流過的A相電流W2a的電流量相對于A相指令值Wla變大，另一方面，此后流過的B相電流W2b的電流量相對于B相指令值Wlb變小。由此，由對比例所涉及的控制模塊部進(jìn)行控制的步進(jìn)電動機(jī)，有可能在A相電流W2a及B相電流W2b的電流量上產(chǎn)生不平衡，無法正常地進(jìn)行電動機(jī)驅(qū)動。因此，在本實(shí)施方式的控制模塊部21中，生成使A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差彼此補(bǔ)充的驅(qū)動脈沖。由此，進(jìn)行下述控 制，即，在A相電流及B相電流中，對實(shí)際測量值相對于指令值較大的任一個的電流量進(jìn)行抑制，并使得實(shí)際測量值相對于指令值較小的一個流過更多的電流。下面，參照圖5，說明本發(fā)明的特征部分、即控制模塊部21。在本實(shí)施方式所涉及的控制模塊部21中，從指令值生成模塊部3輸入A相電流及B相電流的指令值，并且從電流檢測器17A、17B輸入A相電流及B相電流的實(shí)際測量值。將A相指令值及A相實(shí)際測量值輸入至偏差運(yùn)算部31A，將B相指令值及B相實(shí)際測量值輸入至偏差運(yùn)算部31B。偏差運(yùn)算部31A根據(jù)A相指令值和A相實(shí)際測量值對A相電流的偏差進(jìn)行運(yùn)算，并向比例單元32A及偏差差值運(yùn)算部33輸出。偏差運(yùn)算部31B根據(jù)B相指令值和B相實(shí)際測量值對B相電流的偏差進(jìn)行運(yùn)算，并向比例單元32B及偏差差值運(yùn)算部33輸出。比例單元32A將A相電流的偏差乘以P增益Kl，并向減法器35輸出。比例單元32B將B相電流的偏差乘以P增益Kl，并向加法器36輸出。偏差差值運(yùn)算部33根據(jù)A相電流的偏差和B相電流的偏差，對偏差的差值進(jìn)行運(yùn)算，并向比例單元34輸出。比例單元34將該偏差的差值乘以偏差差值增益K2，作為輸出調(diào)整值向減法器35及加法器36輸出。減法器35從比例單元32A的輸出值中減去輸出調(diào)整值，作為A相輸出(占空比)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。加法器36將比例單元32B的輸出值加上輸出調(diào)整值，作為B相輸出(占空比)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出。控制模塊部21將在第I線圈LA、第2線圈LB中流過的電流的指令值和實(shí)際測量值之間的偏差乘以增益，從而計算占空比。S卩，在該控制模塊部21中，在A相電流的偏差大于B相電流的偏差的情況下，A相電流和B相電流之間的偏差的差值為正，利用減法器35對A相輸出進(jìn)行抑制，利用加法器36提高B相輸出。另一方面,在A相電流的偏差小于B相電流的偏差的情況下,A相電流和B相電流之間的偏差的差值為負(fù)，利用減法器35提高A相輸出，利用加法器36抑制B相輸出。此外，對于輸出調(diào)整值，也可以通過將作為偏差差值增益K2的1/2偏差增益Kl乘以偏差的差值而計算。另外，將A相指令值及B相指令值輸入至指令值合計部37，將A相實(shí)際測量值及B相實(shí)際測量值輸入至實(shí)際測量值合計部38。指令值合計部37將A相指令值及B相指令值反轉(zhuǎn)而對合計值進(jìn)行運(yùn)算，作為C相指令值向偏差運(yùn)算部31C輸出。實(shí)際測量值合計部38將A相電流及B相電流的實(shí)際測量值反轉(zhuǎn)而對合計值進(jìn)行運(yùn)算，作為C相實(shí)際測量值向偏差運(yùn)算部31C輸出。偏差運(yùn)算部31C根據(jù)C相指令值和C相實(shí)際測量值對偏差進(jìn)行運(yùn)算，并向比例單元32C輸出。比例單元32C將C相的偏差乘以P增益Kl，作為C相輸出(占空t匕)向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出?？刂齐娐?將在第I勵磁線圈LA、第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值的合計值、以及實(shí)際測量值的合計值分別進(jìn)行正負(fù)反轉(zhuǎn)，生成針對共通開關(guān)電路IlC的驅(qū)動脈沖，以使得實(shí)際測量值的合計值接近指令值的合計值。如上所述，在本實(shí)施方式所涉及的控制模塊部21中，從A相輸出及B相輸出中的較大的輸出中減去輸出調(diào)整值，在較小的輸出中加上輸出調(diào)整值。由此，以使得A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值減小的方式，向驅(qū)動脈沖生成模塊部22輸出A相輸出及B相輸出。
S卩，控制電路2根據(jù)在第I勵磁線圈LA中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值和實(shí)際測量值的偏差之間的差值，對輸出調(diào)整值進(jìn)行計算，對于在第I勵磁線圈LA中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、以及在第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之中的任一個較小的偏差中，加上輸出調(diào)整值，并從其中任一個較大的偏差中減去輸出調(diào)整值。并且，通過在驅(qū)動脈沖生成模塊部22中根據(jù)A相輸出及B相輸出而生成驅(qū)動脈沖，從而考慮勵磁線圈LA、LB所具有的使電流的變化趨于穩(wěn)定的性質(zhì),對半橋電路11A、IlBUlC進(jìn)行控制。其結(jié)果，即使在對比例中的高速旋轉(zhuǎn)時等，如圖6的上側(cè)所示A相電流和B相電流之間產(chǎn)生不平衡的轉(zhuǎn)速下，也可以如圖6的下側(cè)所示，將A相電流和B相電流的電流量調(diào)整為相同程度。在圖6的例子中，此前在勵磁線圈LA中流過的A相電流的電流量減少，此后在勵磁線圈LB中流動的B相電流的電流量增加。并且，通過改善A相電流及B相電流的電流量的不平衡，可以使步進(jìn)電動機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，可以在高速旋轉(zhuǎn)及高扭矩下進(jìn)行電動機(jī)驅(qū)動。在這里，參照圖1，對本實(shí)施方式所涉及的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置的整體動作進(jìn)行說明。在控制模塊部21中，從指令值生成模塊部3輸入A相指令值及B相指令值，并且從電流檢測器17A及電流檢測器17B反饋A相實(shí)際測量值及B相實(shí)際測量值。在控制模塊部21中，基于A相指令值、A相實(shí)際測量值、B相指令值、B相實(shí)際測量值，確定作為A相輸出、B相輸出、C相輸出的占空比。在此情況下，如上述所示，針對A相輸出及B相輸出，考慮到由于勵磁線圈LA、LB的性質(zhì)產(chǎn)生的影響(不平衡)，以使A相電流及B相電流的偏差的差值減少的方式進(jìn)行調(diào)整。另外，對C相輸出進(jìn)行調(diào)整，以使其與由A相指令值及B相指令值表示的合計的電流量對應(yīng)。驅(qū)動脈沖生成模塊部22基于由控制模塊部21確定的A相輸出、B相輸出、C相輸出的占空比，生成驅(qū)動脈沖，并向各半橋電路11A、11B、IlC輸出。利用該驅(qū)動脈沖對各半橋電路11A、1 IBUlC進(jìn)行PWM控制。各驅(qū)動脈沖施加在高位的開關(guān)元件12A、12B、12C上，并且通過NOT電路16A、16B、16C反轉(zhuǎn)而施加在低位的開關(guān)元件13A、13B、13C上。并且，如果使高位的開關(guān)元件12A接通，低位的開關(guān)元件13A斷開，高位的開關(guān)元件12C接通，低位的開關(guān)元件13C斷開，則勵磁線圈LA的一端與電動機(jī)電源E連接，并且勵磁線圈LB的另一端與接地端G連接。由此，從電動機(jī)電源E經(jīng)過半橋電路IlA的高位的開關(guān)元件12A，而在勵磁線圈LA中向正極側(cè)(箭頭側(cè))流過A相電流，經(jīng)過半橋電路IlC的低位的開關(guān)元件13C而向接地端G流入電流。此時，利用電流檢測器17A對A相電流的實(shí)際測量值進(jìn)行檢測，并反饋至控制模塊部21。另外，如果使高位的開關(guān)元件12B接通，低位的開關(guān)元件13B斷開，高位的開關(guān)元件12C斷開，低位的開關(guān)元件13C接通，則勵磁線圈LB的一端與電動機(jī)電源E連接，并且勵磁線圈LB的另一端與接地端G連接。由此，從電動機(jī)電源E經(jīng)過半橋電路IlB的高位的開關(guān)元件12B而在勵磁線圈LB中向正極側(cè)(箭頭側(cè))流過B相電流，經(jīng)過半橋電路IlC的低位的開關(guān)元件13C而向接地端G流入電流。此時，利用電流檢測器17B對B相電流的實(shí)際測量值進(jìn)行檢測，并反饋至控制模塊部21。相反地，如果使高位的開關(guān)元件12A斷開，低位的開關(guān)元件13A接通，高位的開關(guān)元件12C接通，低位的開關(guān)元件13C斷開，則勵磁線圈LA的一端與接地端G連接，并且勵磁線圈LA的另一端與電動機(jī)電源E連接。由此，從電動機(jī)電源E經(jīng)過半橋電路IlC的高位的 開關(guān)元件12C而在勵磁線圈LA中向負(fù)極側(cè)(箭頭的相反側(cè))流過A相電流，經(jīng)過半橋電路IlA的低位的開關(guān)元件13A而向接地端流入電流。此時，利用電流檢測器17A對A相電流的實(shí)際測量值進(jìn)行檢測，并反饋至控制模塊部21。另外，如果使高位的開關(guān)元件12B斷開，低位的開關(guān)元件13B接通，高位的開關(guān)元件12C接通，低位的開關(guān)元件13C斷開，則勵磁線圈LB的一端與接地端G連接，并且勵磁線圈LB的另一端與電動機(jī)電源E連接。由此，從電動機(jī)電源E經(jīng)過半橋電路IlC的高位的開關(guān)元件12C而在勵磁線圈LB中向負(fù)極側(cè)(箭頭的相反側(cè))流過B相電流，經(jīng)過半橋電路IlB的低位的開關(guān)元件13B而向接地端流入電流。此時，利用電流檢測器17B對B相電流的實(shí)際測量值進(jìn)行檢測，并反饋至控制模塊部21。另外，在此情況下，半橋電路11A、IlBUlC由考慮了 A相電流及B相電流的不平衡的驅(qū)動脈沖所控制。針對半橋電路11A、I IB、11C，在A相電流與B相電流相比過度流過的情況下，進(jìn)行抑制A相電流的電流量而增加B相電流的電流量的控制，在B相電流與A相電流相比過度流過的情況下，進(jìn)行抑制B相電流的電流量而增加A相電流的電流量的控制。如上述所示，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，對在勵磁線圈LA、LB中流過的電流量進(jìn)行控制，以使得A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、以及B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充。由此，在高速驅(qū)動電動機(jī)時，即使在此前在勵磁線圈LA中流過A相電流的狀態(tài)下，此后在勵磁線圈LB中流過B相電流的情況下，也可以抑制A相電流而使B相電流充分流動。如上所述，可以改善A相電流及B相電流的電流量的不平衡，可以實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動。此外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以進(jìn)行各種變更而實(shí)施。在上述實(shí)施方式中，對于附圖所圖示的尺寸及形狀等，并不限定于此，可以在發(fā)揮本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)適當(dāng)變更。此外，只要不脫離本發(fā)明的目的范圍，則可以進(jìn)行適當(dāng)變更而實(shí)施。例如，在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成為根據(jù)A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值，計算輸出調(diào)整值，但并不限定于此。輸出調(diào)整值只要是可以使A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充的值即可，例如也可以是與偏差的差值相關(guān)的值。
S卩，控制電路2以使得在第I勵磁線圈LA中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值變小的方式，生成針對第I開關(guān)電路11A、第2開關(guān)電路IlB的驅(qū)動脈沖。另外,在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成為向A相輸出及B相輸出中的任一個較低的輸出中加上輸出調(diào)整值，從任一個較高的輸出中減去輸出調(diào)整值，但并不限定于該結(jié)構(gòu)?？刂颇K部21只要是以使得A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充的方式，確定A相輸出及B相輸出即可。S卩，控制電路2以使得在第I勵磁線圈LA中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充的方式，生成針對第I開關(guān)電路IlA和第2開關(guān)電路IlB的驅(qū)動脈沖。另外，在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成為控制模塊部作為輸出值而輸出占空比，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。只要是控制模塊部輸出使驅(qū)動脈沖生成模塊部能夠生成驅(qū)動脈沖的輸出值的 結(jié)構(gòu)即可。另外，控制模塊部及驅(qū)動脈沖生成模塊部也可以一體形成。另外，在上述實(shí)施方式中，由MOSFET構(gòu)成開關(guān)元件，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。開關(guān)元件只要是可以與驅(qū)動脈沖對應(yīng)而切換接通/斷開即可。另外，在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成為利用P控制而使實(shí)際測量值追隨電流的指令值，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。也可以構(gòu)成為利用PI控制或PID控制，使實(shí)際測量值追隨電流的指令值。工業(yè)實(shí)用性如以上說明所示，本發(fā)明針對2相步進(jìn)電動機(jī)，具有下述效果，S卩，可以改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動，特別地，針對縫紉機(jī)等的被高速驅(qū)動的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置有用。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有 驅(qū)動電路，其具有第I開關(guān)電路、第2開關(guān)電路以及共通開關(guān)電路，利用驅(qū)動脈沖對所述第I、第2開關(guān)電路及所述共通開關(guān)電路進(jìn)行接通/斷開，其中，該第I開關(guān)電路將第I勵磁線圈的一端與電源或接地端連接，該第2開關(guān)電路將第2勵磁線圈的一端與所述電源或所述接地端連接，該共通開關(guān)電路將所述第I、第2勵磁線圈的另一端的共通連接點(diǎn)與所述電源或所述接地端連接；以及 控制電路，其生成針對所述第I、第2開關(guān)電路及所述共通開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進(jìn)行控制， 所述控制電路生成針對所述第I、第2開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，以使得在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路生成針對所述第I、第2開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖，以使得在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路根據(jù)在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之間的差值，對輸出調(diào)整值進(jìn)行計算，對于在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、以及在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差之中的任一個較小的偏差上，加上所述輸出調(diào)整值，并從其中任一個較大的偏差中減去所述輸出調(diào)整值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值的合計值以及實(shí)際測量值的合計值分別進(jìn)行正負(fù)反轉(zhuǎn)，以使所述實(shí)際測量值的合計值接近所述指令值的合計值的方式，生成針對所述共通開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路具有控制模塊部，其基于在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差，計算占空比；以及驅(qū)動脈沖生成模塊部，其基于所述占空比生成驅(qū)動脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制模塊部，通過將在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差乘以增益，從而計算占空比。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述第I開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述第I勵磁線圈的一端和所述電源之間、以及所述第I勵磁線圈的一端和所述接地端之間， 所述第2開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述第2勵磁線圈的一端和所述電源之間、以及所述第2勵磁線圈的一端和所述接地端之間， 所述共通開關(guān)電路具有一對開關(guān)元件，其分別設(shè)置在所述共通連接點(diǎn)和所述電源之間、以及所述共通連接點(diǎn)和所述接地端之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種步進(jìn)電動機(jī)的控制裝置，其針對2相步進(jìn)電動機(jī)，改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實(shí)現(xiàn)正常的電動機(jī)驅(qū)動。具有驅(qū)動電路，其具有勵磁線圈的一端與電源或接地端連接的半橋電路、勵磁線圈的一端與電源或接地端連接的半橋電路、以及將各勵磁線圈的另一端的共通連接點(diǎn)與電源或接地端連接的半橋電路，利用驅(qū)動脈沖對各半橋電路進(jìn)行接通/斷開；以及控制電路，其生成針對各半橋電路的驅(qū)動脈沖，對A相電流及B相電流進(jìn)行控制，控制電路構(gòu)成為，生成針對各半橋電路的驅(qū)動脈沖，以使A相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實(shí)際測量值的偏差相互補(bǔ)充。
文檔編號H02P8/12GK102780438SQ20121014769
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者塚原慎也 申請人:Juki株式會社