专利名称：步进电机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制步进电机的步进电机控制装置。
背景技术：
步进电机作为位置控制、速度控制用的低价格电机已经普及。
在控制这样的步进电机的步进电机控制装置中，由于在只监视电机电流时，没有监视步进电机的磁极位置或旋转速度，因此，在步进电机中有时会发生失步或振动。
因此在现有的步进电机控制装置中，设检测步进电机的磁极位置的角度检测器。
但是，在设角度检测器时会产生步进电机的形状变大、制造成本提高的问题。
另外，在现有的其它步进电机控制装置中，不使用检测磁极位置的角度检测器，而使用固定值或标称值作为线圈的常数来计算磁极位置。
但是，在使用固定值或标称值作为线圈的常数时，不能正确计算步进电机的磁极位置，因此，在步进电机中有时会发生失步或振动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种步进电机控制装置，该步进电机控制装置不会使步进电机发生失步或振动，而且步进电机的形状不会增大，另外，制造成本低廉。
根据本发明提供的步进电机控制装置具备检测步进电机的相电流的电流检测装置；具有进行ka’＝Ts/τ倍增的常数倍增装置、进行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常数倍增装置及进行kg’＝I0/E0倍增的常数倍增装置，用于计算推定励磁角度的电机等价模型运算装置；根据推定励磁角度、指令角度、通过电流检测装置检测出的相检测电流控制励磁电流的电流控制装置；根据电流控制装置的输出向步进电机的相线圈施加相电压的可变电压变换器。
在该步进电机控制装置中，通过电机等价模型运算装置求出的推定励磁角度与步进电机的磁极位置是非常接近的值，因此，可以有效防止在步进电机中发生失步或振动，另外，由于没有必要设检测步进电机的磁极位置的角度检测器，因此，步进电机的形状不会变大，而且制造成本低廉。
图1是表示本发明的步进电机控制装置的图。
图2是表示图1所示的步进电机控制装置的一部分的图。
图3是图1所示的步进电机控制装置的动作说明图。
图4是表示步进电机的电机等价模型的图。
图5是表示本发明的其它步进电机控制装置的一部分的图。
具体实施例方式
参照图1、图2说明本发明的步进电机控制装置。从α相电流指令输入端子2输入α相电流振幅指令iαp*，从β相电流指令输入端子4输入β相电流振幅指令iβp*。正弦波信号发生器6利用从角度指令修正器34输出的修正励磁角度θ’生成正弦波信号sinθ’，余弦波信号发生器8利用修正励磁角度θ’生成余弦波信号conθ’。乘法器10使α相电流振幅指令iαp*与正弦波信号sinθ’相乘，生成α相电流指令iα*，乘法器12使β相电流振幅指令iβp*与正弦波信号conθ’相乘，生成β相电流指令iβ*。比较器14比较α相电流指令iα*和α相检测电流iαf，比较器16比较β相电流指令iβ*和β相检测电流iβf。α相电流控制器18根据比较器14的输出控制流向步进电机24的α相励磁电流，β相电流控制器20根据比较器16的输出控制流向步进电机24的β相励磁电流。那么，构成通过正弦波信号发生器6、余弦波信号发生器8、α相电流控制器18、β相电流控制器20等根据推定励磁角度θp、角度指令θ*、α相检测电流iαf及β相检测电流iβf控制励磁电流的电流控制装置。
可变电压变换器22在根据α相电流控制器18、β相电流控制器20的输出向步进电机24的α相线圈施加使流过其中的电流与α相电流指令iα*一致的α相电压Vα的同时，根据β相电流控制器20的输出向步进电机24的β相线圈施加使流过其中的电流与β相电流指令iβ*一致的β相电压Vβ。
电流检测器26检测出步进电机24的α相检测电流iαf，电流检测器28检测出步进电机24的β相检测电流iβf。那么，电流检测器26、28构成检测步进电机24的相电流的电流检测装置。电机等价模型运算装置30利用α相检测电流iαf、β相检测电流iβf、α相电压Vα及β相电压Vβ计算推定励磁角度θp。从角度输入端自32输入角度指令θ*。角度指令修正器34为了抑制振动利用推定励磁角度θp对角度指令θ*进行修正，生成修正励磁角度θ’。例如，角度指令修正器34通过θ’＝θ*+k(θ*-θp)来计算修正励磁角度θ’。
零电流检测器36在α相检测电流iαf成为零时输出零电流检测信号。如图3所示的，在将α相电流振幅指令iαp*从-I0切换到极性不同的最大电流I之后立即向端子40施加时间测定器启动信号。即，从自可变电压变换器22施加使α相电流iα一定的电压的状态将可变电压变换器22的输出平均值变更为不同极性的电压之后立即向端子40施加时间测定器启动信号。时间计测器38计测从输入时间测定器启动信号的时刻到输入零电流检测信号的时刻的时间t1。第1数据表42输入用于通初始电流I0的初始施加电压E0，输出Tsln{(E0/E)+1}的值。在此，Ts是取样周期(固定值)，E是最大施加电压。除法器44以时间t1除Tsln{(E0/E)+1}，求线圈电阻为R＝E0/I0、电感为L、线圈时间常数为τ＝L/R时的Ts/τ。第2数据表46输入Ts/τ，输出常数ka’＝Ts/τ、常数kb’＝τ/(Ts+τ)。那么，通过数据表42、46等构成α相调整装置48。即，α相调整装置48根据从将初始施加电压E0及α相电流振幅指令iαp*切换到极性不同的值的时刻到相检测电流iαf成为零的时刻的时间来推定常数ka’及常数kb’。
滤波电路50将α相电压Vα平滑化，输出α相平滑电压Vα’。常数培增装置52对α相平滑电压Vα’倍增常数kα’。加法器54从常数培增装置52的输出中减去延迟装置58的输出。常数培增装置56对加法器54的输出倍增常数kb’。延迟装置58对常数培增装置56的输出进行延迟。常数培增装置60对常数培增装置56的输出倍增常数kg’＝I0/E0。另外，常数kg’的值根据α相电压Vα和α相检测电流iαf来进行推定并预先设定，α相电压Vα是为了使α相电流iα一定而从可变电压变换器22施加的电压。例如，如图3所示，根据α相电流振幅指令iαp*为-I0时的α相电压Vα和α相检测电流iαf决定常数kg’。那么，可以通过常数培增装置52、56、60等构成α相部分等价模型运算装置62，或者通过微型机构成α相部分等价模型运算装置62，α相部分等价模型运算装置62输出α相推定电流iαp。
另外，可以设与α相调整装置48同样构成的β相调整装置(图中未示出)，通过α相调整装置48和β相调整装置构成决定常数ka’、常数kb’的常数决定装置。另外，以与α相部分等价模型运算装置62同样的构成设输出β相检测电流iβp的β相部分等价模型运算装置(图中未示出)，设根据α相检测电流iαf、β相检测电流iβp、α相电压Vα和β相电压Vβ计算推定励磁角度θp的推定励磁角度运算装置(图中未示出)。那么，电机等价模型运算装置30具有常数决定装置、α相部分等价模型运算装置62、β相部分等价模型运算装置及推定励磁角运算装置。
图4是表示步进电机的电机等价模型的图。在图中，72是乘以式(1)所示的常数ka的常数培增装置，76是乘以式(2)所示的常数kb的常数培增装置，80是乘以式(3)所示的常数kg的常数培增装置，70、74、86及92是加法器，78、88及94是延迟电路，82是城移转矩常数kt的常数培增装置，84是乘以转动惯量J的倒数的乘法器，90是乘以感应电压常数ke的常数培增装置。
ka=Tsτ=Tstln(E0E+1)...(1)]]>kb=τTs+τ=11+Ts/τ=11+ka...(2)]]>kg=1R=I0E0...(3)]]>在图4所示的电机等价模型中，在步进电机24处于停止状态时，由于电机速度ωre为0，假设施加电压为E，线圈电流为i，电感为L、线圈电阻为R，则下式成立。
Ldidt+Ri=E...(4)]]>假设初始电流为I0，对于线圈电流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，则从式(5)可以得到下式。
Tsτ=Tstln(E0E+1)≡ka...(6)]]>而且，如以上所述，在α相调整装置48中，除法器44以时间t1除以Tsln{(E0/E)+1}的值，求出Ts/τ＝ka’，因此，常数ka、kb和常数ka’、kb’相同。
这样，如图4所示的步进电机的电机等价模型包括倍增常数ka＝Ts/τ的常数培增装置72、倍增常数kb＝τ/(Ts+τ)的常数培增装置76及倍增常数kg＝I0/E0的常数培增装置80，另一方面，图2所示的α相部分等价模型运算装置62包括进行ka’＝Ts/τ倍增的常数培增装置52、倍增常数kb’＝τ/(Ts+τ)的常数培增装置56、进行kg’＝I0/E0倍增的常数培增装置60。因此，在图1、图2所示的步进电机控制装置中，通过α相部分等价模型运算装置62求出的α相推定电流iαp与α相电流iα是非常接近的值。这对于β相推定电流iβp也是同样的。因此，通过电机等价模型运算装置30求出的推定励磁角度θp是与步进电机24的励磁位置非常接近的值，因此，可以有效防止在步进电机24中发生失调或震动。另外，通过电机等价模型运算装置30计算推定励磁角度θp，因此，没有必要设检测步进电机24的磁极位置的角度检测器，步进电机24的形状不会变大，制造成本不会增加。
参照图5说明本发明的其它步进电机控制装置。比较器100计算为α相部分等价模型运算装置62(常数培增装置60)的输出的α相推定电流iαp和α相检测电流iαf的电流偏差Δiα。第3数据表102依次输出电流偏差Δiα成为最小的常数ka’、kb’。另外，设与第3数据表102同样的构成的β相用第4数据表(图中未示出)，构成通过第3、第4数据表依次输出电流偏差成为最小的常数ka’、常数kb’。另外，以与α相部分等价模型运算装置62同样的构成设输出β相推定电流iβp的β相部分等价模型运算装置(图中未示出)，设利用α相推定电流iαp、β相推定电流iβp、α相电压Vα和β相电压Vβ计算推定励磁角度θp的推定励磁角度运算装置(图中未示出)。那么，电机等价模型运算装置30包括常数决定装置、α相部分等价模型运算装置62、β相部分等价模型运算装置及推定励磁角度运算装置。
在图5所示的步进电机控制装置中，由于通过电机等价模型运算装置30求出的推定励磁角度θp是与步进电机24的磁极位置非常接近的值，因此，可以有效防止在步进电机24中发生失调或震动。另外，由于通过电机等价模型运算装置30计算推定励磁角度θp，所以没有必要设检测步进电机24的磁极位置的角度检测器，步进电机24的形状不会变大，另外，制造成本降低。
本发明除了以位置控制为目的的步进电机控制装置以外，还可以适用于不使用传感器而控制步进电机的速度德步进电机控制装置或附带振动抑制功能的步进电机控制装置。
权利要求
1.一种步进电机控制装置，其特征在于，包括a)检测步进电机的相电流的电流检测装置；b)具有当设定初始电压为E0，在施加上述初始电压E0时的初始电流为I0，线圈电阻为R＝E0/I0，取样周期为Ts，电感为L，线圈时间常数为τ＝L/R时，进行ka’＝Ts/τ倍增的常数倍增装置、进行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常数倍增装置和进行kg’＝I0/E0倍增的常数倍增装置，并计算推定励磁角度的电机等价模型运算装置；c)根据上述推定励磁角度、指令角度和由电流检测装置检测出的相检测电流来控制励磁电流的电流控制装置；和d)根据上述电流控制装置的输出，向上述步进电机的相线圈施加相电压的可变电压变换器。
2.如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于，根据上述初始施加电压E0和从将相电流振幅指令切换为极性不同的值的时刻到上述相检测电流变为零的时刻的时间，来推定上述常数ka’和上述常数kb’。
3.如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于，根据从上述可变电压变换器施加上述相电压以使上述相电流为一定时的上述相电压和上述相检测电流来推定上述常数kg’。
4.如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于，具有求出倍增上述常数kg’的常数倍增装置的输出即相推定电流和上述相检测电流的电流偏差的比较器；和依次输出上述电流偏差成为最小的常数ka’、kb’的常数决定装置。
全文摘要
本发明提供一种步进电机控制装置，包括检测步进电机的相电流的电流检测装置；具有进行ka’＝Ts/τ倍增的常数倍增装置、进行kb’＝τ/(Ts+τ)倍增的常数倍增装置及进行kg’＝I0/E0倍增的常数倍增装置，用于计算推定励磁角度的电机等价模型运算装置；根据推定励磁角度、指令角度、通过电流检测装置检测出的相检测电流控制励磁电流的电流控制装置；根据电流控制装置的输出向步进电机的相线圈施加相电压的可变电压变换器。
文档编号H02P8/38GK1677835SQ20051006018
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月2日
发明者桑野好文, 鹰广昭, 竹森显绪 申请人:日本伺服株式会社