JP4997631B2 - Stepping motor step-out determination device and step-out determination method - Google Patents
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Description
本発明は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法に関する。 The present invention relates to a step-out determination apparatus and a step-out determination method for a stepping motor that is step-driven by sequentially energizing a plurality of exciting coils in accordance with a clock signal.
従来、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別する方法が提案されている。例えば、特許文献1、2には、励磁コイルの電流経路から検出波形を入力し、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングし、該レベルデータに基づいてステッピングモータの脱調を判別する方法が記載されている。具体的に説明すると、特許文献1の脱調判別方法では、検出波形の電圧レベルと予め設定される基準電圧とをコンパレータで比較し、検出波形の電圧レベルが基準電圧を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別するようになっている。また、特許文献2の脱調判別方法では、所定のサンプリング周期でサンプリングした複数のレベルデータをもとに、検出波形と基準波形とを比較し、検出波形が所定の誤差内で一致しないとき、ステッピングモータが脱調していると判別するようになっている。 Conventionally, there has been proposed a method for determining step-out of a stepping motor without providing a detector such as an encoder. For example, in Patent Documents 1 and 2, the detection waveform is input from the current path of the exciting coil, and the level data of the detection waveform is sampled at a predetermined timing starting from the rising or falling edge of the clock signal. A method for determining the step-out of the stepping motor based on this is described. Specifically, in the step-out determination method of Patent Document 1, the voltage level of the detected waveform is compared with a preset reference voltage by a comparator, and when the voltage level of the detected waveform exceeds the reference voltage, the stepping motor Is determined to be out of step. Further, in the step-out determination method of Patent Document 2, the detected waveform and the reference waveform are compared based on a plurality of level data sampled at a predetermined sampling period, and when the detected waveform does not match within a predetermined error, It is determined that the stepping motor is out of step.
しかしながら、特許文献1、2に示される脱調判別方法は、プリンタ等のように常温下で使用する場合には有効と思われるが、空調機器等のように温度変化の激しい環境下での使用を試みた場合、ステッピングモータの脱調を判別できなかったり、誤って脱調と判別する惧れがある。すなわち、検出波形の電圧レベルは、温度変化に応じて変動するため、一定の基準電圧や一定の基準波形との比較では、ステッピングモータの脱調を精度良く判別することは困難である。
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別するものでありながら、温度特性をほとんど無視することが可能になり、幅広い温度環境下(例えば、−20℃〜+50℃)でステッピングモータの脱調を精度良く判別することができるステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法を提供することを目的とする。 The present invention was devised in order to eliminate the above-described problems, and is capable of discriminating stepping motor step-out without providing a detector such as an encoder, but almost ignores temperature characteristics. It is possible to provide a stepping motor step-out determination device and a step-out determination method capable of accurately determining stepping motor step-out under a wide range of temperature environments (for example, −20 ° C. to + 50 ° C.). With the goal.
上記課題を解決するために本発明のステッピングモータの脱調判別装置は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別装置であって、前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力する検出波形入力手段と、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングするサンプリング手段と、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算する差分演算手段と、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較する差分比較手段と、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別する脱調判別手段とを備え、前記検出波形入力手段では、励磁コイルの通電パターンに基づいて、各クロック信号の入力毎に通電される合成電流の検出波形を順次に前記サンプリング手段に入力し、前記サンプリング手段では、入力された各検出波形のうち、比較すべき検出波形を組として検出し、当該組となる検出波形のそれぞれから所定のサンプリング周期で複数のレベルデータをサンプリングし、これを繰り返し行うと共に、前記差分演算手段では、前記組となる検出波形を比較すべく、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、前記差分比較手段では、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較することで、前記脱調判別手段により判別することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明のステッピングモータの脱調判別方法は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別方法であって、前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎に通電される合成電流の検出波形を順次に入力し、該入力された各検出波形のうち、比較すべき検出波形を組として検出し、当該組となる検出波形のそれぞれから所定のサンプリング周期で、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータを複数サンプリングし、これを繰り返し行うと共に、前記組となる検出波形を比較すべく、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a stepping motor step-out determination device according to the present invention is a stepping motor step-out determination device that is step-driven by sequentially energizing a plurality of excitation coils in accordance with a clock signal, Detection waveform input means for inputting a detection waveform for each step drive from the combined current path of the excitation coil, sampling means for sampling the level data of the detection waveform at a predetermined timing starting from the rising or falling edge of the clock signal, and this time The difference calculation means for calculating the difference between the level data of the input detected waveform and the level data of the detected waveform input previously or before is compared with the absolute value of the calculated difference and a preset step-out discrimination value. When the difference comparison means and the calculated difference exceed the step-out determination value, it is determined that the stepping motor is out of step. And a step-out determination means that, in the detected waveform input means, based on the energization pattern of the exciting coils, and inputted to sequentially said sampling means a detected waveform of the synthesized current supplied to each input of the clock signals, The sampling means detects a set of detected waveforms to be compared among the input detected waveforms, samples a plurality of level data at a predetermined sampling period from each of the detected waveforms that form the set, and repeats this. In addition, the difference calculation means calculates the difference between the level data of the detection waveform input this time and the level data of the detection waveform input previously or before that time by the number of samplings in order to compare the detection waveforms in the set. In the difference comparison means, by comparing the sum of absolute values of the plurality of calculated differences with a preset step-out determination value, Serial characterized that you discriminated by step-out determination means.
In order to solve the above problem, the stepping motor step-out determination method of the present invention is a stepping motor step-out determination method that is step-driven by sequentially energizing a plurality of excitation coils in accordance with a clock signal. , Sequentially inputting a detection waveform of a combined current energized every step drive from the combined current path of the exciting coil, and detecting a detected waveform to be compared among the input detection waveforms as a set, A plurality of detection waveform level data are sampled at a predetermined timing starting from the rising or falling edge of the clock signal at a predetermined sampling period from each of the detection waveforms to be detected , and this is repeated, and the detection waveforms that form the set in order to compare the level data of the level data and the previous or earlier entered detected waveform of currently inputted detected waveform Calculates the difference only sampling number of times, compared with the step-out determination value that is beforehand set to the sum of the absolute value of the computed difference, when the calculated difference exceeds the out-decision value, the stepping motor is out of step It is characterized by distinguishing that it is.
本発明は、上記のように構成したことにより、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を、各クロック信号毎に入力される合成電流の検出波形を利用して判別するものでありながら、入力毎の各合成電流の検出波形にバラツキがあることに着目し、これら入力された各検出波形のうち、比較する合成電流の組み合わせが、例示する「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」→「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」・・・のように一つの組み合わせをもって、同じ相を繰り返し検出し、それぞれの検出波形のから所定のサンプリング周期で複数のレベルデータをサンプリングし、両者間でその差分をサンプリング回数分だけ演算するだけの、謂わば、図4に示す如く組となる検出波形のレベルデータについて、各相毎(励磁コイル毎)の合成電流のバラツキを考慮した上で、「(D1’−D1)+(D2’−D2)+(D3’−D3)>脱調判別値」といった簡単な演算処理で脱調判別することができ、その結果、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避して、今回入力した検出波形と前回又はそれ以前に入力した検出波形を高精度に比較することができ、しかも、その差分は、温度変化に応じて検出波形の電圧レベルが変動しても、影響をあまり受けないので、温度特性をほとんど無視することが可能になり、その比較結果に基づいて幅広い温度環境下(例えば、−20℃〜+50℃)でステッピングモータの脱調を精度良く判別することができる。
Since the present invention is configured as described above, the stepping motor step- out is discriminated using the detection waveform of the composite current input for each clock signal without providing a detector such as an encoder. However, focusing on the fact that there are variations in the detection waveform of each composite current for each input, the combination of the composite currents to be compared among these input detection waveforms is exemplified as “Excitation coils 11, 14” → “Excitation coils 12 and 13” → “Excitation coils 11 and 14” → “Excitation coils 12 and 13”..., The same phase is repeatedly detected with a single combination, and predetermined sampling is performed from each detection waveform. A plurality of level data is sampled at a period, and the difference between them is calculated by the number of times of sampling. In consideration of the variation of the composite current for each phase (each excitation coil), “(D1′−D1) + (D2′−D2) + (D3′−D3)> step-out determination value” Step-out discrimination can be performed with simple arithmetic processing, and as a result, the detection waveform input this time and the detection waveform input before or before this time are avoided, avoiding the inconvenience that the discrimination accuracy decreases due to variations in the composite current in each phase. Can be compared with high accuracy, and the difference is hardly affected even if the voltage level of the detected waveform fluctuates according to the temperature change. Therefore, the temperature characteristics can be almost ignored. Based on the comparison result, it is possible to accurately determine the step-out of the stepping motor in a wide temperature environment (for example, −20 ° C. to + 50 ° C.).
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法を図面に基づいて詳細に説明する。図1はステッピングモータ及び脱調判別装置を示す回路図である。この図に示すように、ステッピングモータ10は、複数の励磁コイル(巻線)11〜14を有しており、これらの励磁コイル11〜14に順次通電することによりステップ駆動されるようになっている。励磁コイル11〜14に流す電流の切換えは、汎用のドライブIC20を用いて行うことができる。ドライブIC20は、励磁コイル11〜14の数に対応したトランジスタ21〜24を有しており、発振器30から入力されるクロック信号に応じて、トランジスタ21〜24を所定の組み合わせで順次スイッチングすることにより、ステッピングモータ10をクロック信号の周期に応じた速度でステップ駆動させる。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A stepping motor step-out determination apparatus and a step-out determination method that exemplify embodiments of the present invention as preferred embodiments will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a stepping motor and a step-out discrimination device. As shown in this figure, the stepping motor 10 has a plurality of exciting coils (windings) 11 to 14 and is step-driven by sequentially energizing these exciting coils 11 to 14. Yes. Switching of the current to be passed through the exciting coils 11 to 14 can be performed using a general-purpose drive IC 20. The drive IC 20 includes transistors 21 to 24 corresponding to the number of exciting coils 11 to 14, and sequentially switches the transistors 21 to 24 in a predetermined combination in accordance with a clock signal input from the oscillator 30. The stepping motor 10 is step-driven at a speed corresponding to the cycle of the clock signal.
脱調判別装置40は、検出回路41と、判別部42とを備えて構成されている。検出回路41は、励磁コイル11〜14の合成電流経路に接続されており、ここからステップ駆動毎の検出波形を取り出して判別部42に入力するようになっている。具体的には、1Ω程度の検出抵抗RSを設けて合成電流経路を分岐し、オペアンプ等を介して判別部42の入力部に接続する。判別部42は、例えば、ワンチップマイコンを用いて構成されており、ステップ駆動毎の検出波形を入力するA/D変換回路(検出波形入力手段)と、所定のプログラムに従って動作するCPUと、プログラム等を記憶するROMと、プログラム実行領域となるRAMとを備えており、後述する脱調判別処理を実行することにより、特許請求の範囲に記載したサンプリング手段、差分演算手段、差分比較手段及び脱調判別手段として機能するようになっている。 The step-out determination device 40 includes a detection circuit 41 and a determination unit 42. The detection circuit 41 is connected to a combined current path of the exciting coils 11 to 14, and a detection waveform for each step drive is extracted from the detection circuit 41 and input to the determination unit 42. Specifically, a detection resistor RS of about 1Ω is provided to branch the combined current path, and is connected to the input unit of the determination unit 42 via an operational amplifier or the like. The determination unit 42 is configured by using, for example, a one-chip microcomputer, and an A / D conversion circuit (detection waveform input means) that inputs a detection waveform for each step drive, a CPU that operates according to a predetermined program, a program And a RAM serving as a program execution area. By executing a step-out determination process, which will be described later, the sampling means, the difference calculation means, the difference comparison means, and the removal described in the claims. It functions as a key discrimination means.
図2はステッピングモータにおける励磁コイルの通電パターンを示すタイミングチャート図である。この図に示すように、2層のステッピングモータ10においては、クロック信号の1発目の立上がりで励磁コイル11、14に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル11、14の合成電流が流れ、検出波形aが観測される。また、クロック信号の2発目が入ってくると、励磁コイル11への通電は維持しつつ、励磁コイル14への通電を遮断し、励磁コイル12に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル11、12の合成電流が流れ、検出波形bが観測される。また、クロック信号の3発目が入ってくると、励磁コイル12への通電は維持しつつ、励磁コイル11への通電を遮断し、励磁コイル13に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル12、13の合成電流が流れ、検出波形cが観測される。さらに、クロック信号の4発目が入ってくると、励磁コイル13への通電は維持しつつ、励磁コイル12への通電を遮断し、励磁コイル14に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル13、14の合成電流が流れ、検出波形dが観測される。以降は、同様の通電パターンが繰り返され、検出波形a’、b’、c’、d’、a”、b”、c”、d”・・・が観測される。 FIG. 2 is a timing chart showing an energization pattern of the exciting coil in the stepping motor. As shown in this figure, in the two-layer stepping motor 10, the exciting coils 11 and 14 are energized at the first rise of the clock signal. At this time, the combined current of the exciting coils 11 and 14 flows through the combined current path, and the detected waveform a is observed. When the second clock signal is input, the energization of the exciting coil 11 is cut off while the energizing of the exciting coil 11 is maintained, and the exciting coil 12 is energized. At this time, the combined current of the exciting coils 11 and 12 flows through the combined current path, and the detected waveform b is observed. When the third clock signal is input, the energization of the excitation coil 12 is interrupted while the energization of the excitation coil 12 is maintained, and the excitation coil 13 is energized. At this time, the combined current of the exciting coils 12 and 13 flows through the combined current path, and the detected waveform c is observed. Further, when the fourth clock signal is input, the energization to the excitation coil 13 is maintained while the energization to the excitation coil 12 is cut off and the excitation coil 14 is energized. At this time, the combined current of the exciting coils 13 and 14 flows through the combined current path, and the detected waveform d is observed. Thereafter, the same energization pattern is repeated, and the detected waveforms a ′, b ′, c ′, d ′, a ″, b ″, c ″, d ″.
図3の(A)は検出波形の温度特性を示す波形図、(B)はレベルデータのサンプリング周期を示す波形図である。これらの図に示すように、検出波形a〜dは、温度特性を有しており、低温時には電圧レベルが高く、高温時には電圧レベルが低くなる。本発明の脱調判別装置40は、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータ10の脱調を判別するものでありながら、このような温度特性をほとんど無視することができるようになり、幅広い温度環境下(例えば、−20℃〜+50℃)でステッピングモータ10の脱調を精度良く判別することを可能にするものであって、以下、脱調判別装置40に適用される脱調判別方法を具体的に説明する。 FIG. 3A is a waveform diagram showing temperature characteristics of a detected waveform, and FIG. 3B is a waveform diagram showing a sampling cycle of level data. As shown in these figures, the detection waveforms a to d have temperature characteristics, and the voltage level is high at a low temperature, and the voltage level is low at a high temperature. The step-out determination device 40 of the present invention can determine the step-out of the stepping motor 10 without providing a detector such as an encoder, but can almost ignore such temperature characteristics. This makes it possible to accurately determine the step-out of the stepping motor 10 under a wide range of temperature environments (for example, −20 ° C. to + 50 ° C.). The method will be specifically described.
脱調判別装置40は、励磁コイル11〜14の合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、クロック信号の立上がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータD’をサンプリングし、今回入力した検出波形のレベルデータD’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータDとの差分を演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータ10が脱調していると判別するようになっている。すなわち、今回入力した検出波形のレベルデータD’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータDとの差分は、温度変化に応じて検出波形a〜dの電圧レベルが変動しても、その影響をあまり受けないので、幅広い温度環境下、例えば、空調のバルブ制御等に用いられるステッピングモータ10においても、脱調を精度良く判別することができる。 The step-out determination device 40 inputs a detection waveform for each step drive from the combined current path of the excitation coils 11 to 14, samples the level data D ′ of the detection waveform at a predetermined timing starting from the rising edge of the clock signal, The difference between the level data D ′ of the detection waveform input this time and the level data D of the detection waveform input before or before is calculated, and the absolute value of the calculated difference is compared with a preset step-out determination value. When the calculated difference exceeds the step-out determination value, it is determined that the stepping motor 10 is out of step. That is, the difference between the level data D ′ of the detection waveform input this time and the level data D of the detection waveform input before or before the detection waveform is changed even if the voltage level of the detection waveforms a to d fluctuates according to the temperature change. Since the influence is not so much, even in the stepping motor 10 used for, for example, air-conditioning valve control in a wide temperature environment, the step-out can be accurately determined.
上記の脱調判別方法を適用する場合には、図3に示すように、一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数(例えば3つ)のレベルデータD1〜D3をサンプリングすると共に、今回入力した検出波形のレベルデータD1’〜D3’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータD1〜D3との差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値との比較により、ステッピングモータ10の脱調を判別することが好ましい。このようにすると、今回入力した検出波形と前回又はそれ以前に入力した検出波形を高精度に比較し、その比較結果に基づいてステッピングモータ10の脱調を精度良く判別することができる。 When applying the above-described step-out determination method, as shown in FIG. 3, a plurality of (for example, three) level data D1 to D3 are sampled from a single detected waveform at a predetermined sampling period and inputted this time. The difference between the level data D1 ′ to D3 ′ of the detected waveform and the level data D1 to D3 of the detected waveform input the previous time or before is calculated as many times as the number of samplings, and the sum of the absolute values of the calculated differences is set in advance. It is preferable to determine the step out of the stepping motor 10 by comparison with the step out determination value. In this way, it is possible to compare the detection waveform input this time with the detection waveform input before or before the time with high accuracy and accurately determine the step-out of the stepping motor 10 based on the comparison result.
また、ステッピングモータ10が2相ステッピングモータである場合は、図3に示すように、一つ置きの検出波形からレベルデータD1〜D3をサンプリングすることが好ましい。このようにすると、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避できる。例えば、図2に示す各検出波形a〜dからレベルデータD1〜D3をサンプリングする場合、比較する合成電流の組み合わせが、「励磁コイル11、14」→「励磁コイル11、12」→「励磁コイル12、13」→「励磁コイル13、14」・・・のように複数の組み合わせパターンで変化するが、一つ置きの検出波形a、cからレベルデータD1〜D3をサンプリングした場合には、比較する合成電流の組み合わせが、「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」→「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」・・・のように一つの組み合わせとなるため、各相における合成電流のバラツキを考慮した上で一つの脱調判別値を設定し、精度の高い脱調判別を行うことができる。 When the stepping motor 10 is a two-phase stepping motor, it is preferable to sample the level data D1 to D3 from every other detected waveform as shown in FIG. In this way, it is possible to avoid the inconvenience that the discrimination accuracy decreases due to variations in the combined current in each phase. For example, when level data D1 to D3 are sampled from the respective detection waveforms a to d shown in FIG. 2, the combination of the combined currents to be compared is “excitation coils 11, 14” → “excitation coils 11, 12” → “excitation coils”. 12, 13 ”→“ excitation coils 13, 14 ”... Change in a plurality of combination patterns, but when level data D1 to D3 are sampled from every other detected waveform a, c, comparison is made The combination of the combined currents is one combination such as “excitation coils 11, 14” → “excitation coils 12, 13” → “excitation coils 11, 14” → “excitation coils 12, 13”. In addition, one step-out determination value can be set in consideration of the variation of the combined current in each phase, so that step-out determination with high accuracy can be performed.
また、サンプリング周期や脱調判別値は、自動又は手動により変更できるようにすることが好ましい。例えば、通常動作時には、サンプリングしたレベルデータD1〜D3の差分の和(絶対値)が略一定となり、脱調発生時には、サンプリングしたレベルデータD1〜D3の差分の和(絶対値)が激しく変化するようなサンプリング周期を選択する。また、脱調判別値を変更すると、使用する用途や環境に応じて、脱調判別の感度を調整することが可能になる。なお、脱調判別値超えの回数判定を行う回数フィルタを設け、該回数フィルタの判定に応じて脱調判別信号を出力する場合においては、回数フィルタの判定回数を変更することにより、脱調判別の感度を調整することができる。 Further, it is preferable that the sampling period and the step-out determination value can be changed automatically or manually. For example, during normal operation, the sum (absolute value) of the difference between the sampled level data D1 to D3 is substantially constant, and when the step-out occurs, the sum (absolute value) of the difference between the sampled level data D1 to D3 changes drastically. Select a sampling period. In addition, when the step-out determination value is changed, it is possible to adjust the sensitivity of the step-out determination according to the application and environment to be used. In addition, when a frequency filter for determining the number of times that the step-out determination value has been exceeded is provided and a step-out determination signal is output in accordance with the determination of the frequency filter, the step-out determination is performed by changing the number of determinations of the frequency filter The sensitivity can be adjusted.
また、上記の脱調判別方法を適用する場合には、ステッピングモータ10の起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間とすることが好ましい。このようにすると、起動時における検出波形の乱れを無視し、誤った脱調判別を防止することができる。また、脱調判別禁止期間においては、クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいてサンプリング周期を自動的に変更することも可能である。例えば、クロック周期が長い場合は、サンプリング周期も長く、また、クロック周期が短い場合は、サンプリング周期も短くなるように、サンプリング周期の自動変更を行う。このようにすると、クロック信号の周期に拘わらず、適正なサンプリング周期で検出波形のレベルデータを取得し、精度の良い脱調判別を行うことができる。 Further, when applying the above-described step-out determination method, it is preferable that the period from the start of the stepping motor 10 until a predetermined time elapses is set as the step-out determination prohibition period. In this way, it is possible to ignore the disturbance of the detected waveform at the time of activation and prevent erroneous step-out determination. In the step-out determination prohibition period, it is also possible to read the clock signal and automatically change the sampling period based on the clock signal. For example, the sampling period is automatically changed so that the sampling period is long when the clock period is long, and the sampling period is also short when the clock period is short. In this way, it is possible to acquire the level data of the detected waveform at an appropriate sampling period regardless of the period of the clock signal, and to perform step-out determination with high accuracy.
つぎに、上記のような脱調判別方法を実現する具体的な脱調判別処理について、図4を参照して説明する。なお、図4は、毎回の検出波形を比較する場合の脱調判別処理手順を示しているが、一つ置きの検出波形を比較する場合は、ステップS1において、クロック信号の立上がりを一つ置きに検出するようにすればよい。 Next, specific step-out determination processing for realizing the step-out determination method as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a step-out determination processing procedure when comparing detected waveforms every time. However, when comparing every other detected waveform, every other rising edge of the clock signal is compared in step S1. May be detected.
図4は脱調判別処理のフローチャートである。この図に示すように、脱調判別装置40の判別部42では、クロック信号の立上がりを逐次判断する(S1)。この判断結果がYESの場合は、サンプリング周期となるタイマΔtの計時後(S2)、検出波形のレベルデータDn’をサンプリングすると共に(S3)、前回のレベルデータDnとの差分の絶対値を演算して一時保存する(S4)。つぎに、サンプリング回数nが規定回数(例えば3)に達したか否かを判断し(S5)、該判断結果がNOの場合は、上記のステップS2〜S5を繰り返す。一方、規定のサンプリング回数に達したら、起動時(脱調判別禁止期間)か否かを判断し(S6)、該判断結果がYESの場合は、サンプリング周期自動変更処理(S7)を実行しつつ、上記のステップS1〜S6を繰り返す。なお、脱調判別禁止期間は、起動後におけるクロック信号の立上がり回数により規定することができる。また、サンプリング周期自動変更処理は、前述したように、クロック周期に応じてサンプリング周期(タイマΔt)を自動的に最適化する処理である。 FIG. 4 is a flowchart of the step-out determination process. As shown in this figure, the discriminating unit 42 of the step-out discriminating device 40 sequentially determines the rise of the clock signal (S1). If the determination result is YES, after the timer Δt, which is the sampling period, is counted (S2), the level data Dn ′ of the detected waveform is sampled (S3), and the absolute value of the difference from the previous level data Dn is calculated. And temporarily store it (S4). Next, it is determined whether or not the sampling number n has reached a specified number (for example, 3) (S5). If the determination result is NO, the above steps S2 to S5 are repeated. On the other hand, when the specified number of samplings is reached, it is determined whether or not it is a start-up (step-out determination prohibition period) (S6). If the determination result is YES, the sampling cycle automatic change process (S7) is being executed. The above steps S1 to S6 are repeated. The step-out determination prohibition period can be defined by the number of rises of the clock signal after startup. Further, as described above, the sampling cycle automatic change processing is processing for automatically optimizing the sampling cycle (timer Δt) according to the clock cycle.
脱調判別禁止期間が終了したら、ステップS4で一時保存した差分データ、つまり、今回入力した検出波形のレベルデータD1’〜D3’と前回入力した検出波形のレベルデータD1〜D3との差分の絶対値を参照し、その和を演算すると共に、差分の和と脱調判別値とを比較する(S8)。そして、比較結果を判断し(S9)、差分の和が脱調判別値を超えない場合は、そのままステップS1に戻り、検出波形の逐次比較を繰り返すが、差分の和が脱調判別値を超える場合は、ステッピングモータ10が脱調していると判別し、脱調検出信号を出力する(S10)。 When the step-out determination prohibition period ends, the difference data temporarily stored in step S4, that is, the difference between the level data D1 ′ to D3 ′ of the currently input detection waveform and the level data D1 to D3 of the previously input detection waveform is absolute. With reference to the value, the sum is calculated, and the difference sum is compared with the step-out discrimination value (S8). Then, the comparison result is determined (S9), and if the sum of the differences does not exceed the step-out determination value, the process returns to step S1 as it is and repeats the sequential comparison of the detected waveforms, but the sum of the differences exceeds the step-out determination value. In this case, it is determined that the stepping motor 10 is out of step, and a step-out detection signal is output (S10).
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、脱調判別装置40は、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータ10の脱調を、各クロック信号毎に入力される合成電流の検出波形を利用して判別するのであるが、励磁コイル11〜14の合成電流経路からステップ駆動毎に通電される合成電流の検出波形を順次に入力し、該入力された各検出波形a〜dのうち、例示の如く比較すべき検出波形(a、c)を組として検出し、当該組となる検出波形(a、c)のそれぞれから所定のサンプリング周期で、クロック信号の立上がりを起点とする所定のタイミングで検出波形(c)のレベルデータD’を複数サンプリングし、これを繰り返し行うと共に、前記組となる検出波形(a、c)を比較すべく、今回入力した検出波形(c)のレベルデータD’と前回又はそれ以前に入力した検出波形(a)のレベルデータDとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータ10が脱調していると判別するので、
入力毎の各合成電流の検出波形a〜dにバラツキがあることに着目し、各相毎(励磁コイル毎)の合成電流のバラツキを考慮した上で、これら入力された各検出波形のうち、比較する合成電流の組み合わせが、例示する「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」→「励磁コイル11、14」→「励磁コイル12、13」・・・のように検出波形(a、c)の一つの組み合わせをもって、同じ相を繰り返し検出し、それぞれの検出波形(a、c)のから所定のサンプリング周期で複数のレベルデータDnをサンプリングし、両者間でその差分をサンプリング回数分だけ演算するだけの、謂わば、図4に示す如く組となる検出波形(a、c)のレベルデータについて、「(D1’−D1)+(D2’−D2)+(D3’−D3)>脱調判別値」といった簡単な演算処理で脱調判別することができ、その結果、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避して、今回入力した検出波形(c)と前回又はそれ以前に入力した検出波形(a)を高精度に比較することができ、しかも、その差分は、温度変化に応じて検出波形a〜dの電圧レベルが変動しても、影響をあまり受けないので、温度特性をほとんど無視することが可能になり、その比較結果に基づいて幅広い温度環境下(例えば、−20℃〜+50℃)で精度の良いステッピングモータの脱調判別を行うことができる。
In the embodiment of the present invention configured as described above, the step-out discriminating device 40 detects the step-out of the stepping motor 10 without providing a detector such as an encoder , and the combined current input for each clock signal. The detection waveform is discriminated. The detection waveform of the combined current energized every step drive is sequentially input from the combined current path of the exciting coils 11 to 14, and each of the input detection waveforms a to d is input. Among them, the detected waveforms (a, c) to be compared are detected as a set as illustrated, and the rising edge of the clock signal is started from each of the detected waveforms (a, c) in the set at a predetermined sampling period. multiple sampled level data D 'of the detection waveform (c) at a predetermined timing, performs repeating this, the set become detected waveform (a, c) in order to compare, currently inputted detected waveform (c ) And the level data D of the detected waveform (a) input at the previous time or before is calculated as many times as the number of samplings , and the absolute value of the calculated difference and a preset step-out discrimination value are calculated. When the calculated difference exceeds the step-out determination value, it is determined that the stepping motor 10 is out of step.
Focusing on the variation in the detection waveforms a to d of each combined current for each input, and taking into account the variation of the combined current for each phase (each excitation coil), among these input detection waveforms, The combination of the composite currents to be compared is a detection waveform (excitation coil 11, 14) → excitation coil 12, 13 → excitation coil 11,14 → excitation coil 12, 13 ... The same phase is repeatedly detected with one combination of a, c), a plurality of level data Dn are sampled at a predetermined sampling period from each detected waveform (a, c), and the difference between the two is sampled. For the level data of the detected waveforms (a, c) that form a set as shown in FIG. 4 that is calculated only by the amount, “(D1′−D1) + (D2′−D2) + (D3′−D3) ) > Step out Step out can be determined by simple arithmetic processing such as “value”. As a result, the detection waveform (c) input this time and the previous time or it can be avoided by avoiding the disadvantage that the determination accuracy decreases due to variations in the combined current in each phase. The previously input detection waveform (a) can be compared with high accuracy, and the difference is not significantly affected even if the voltage levels of the detection waveforms a to d fluctuate according to the temperature change. , it is possible to largely ignored the temperature characteristic, based on the comparison result a wide temperature environment (e.g., -20 ℃ ~ + 50 ℃) can be carried out step-out determination of a good stepping motor with precision.
また、一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数(例えば3つ)のレベルデータD1〜D3をサンプリングすると共に、今回入力した検出波形のレベルデータD1’〜D3’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータD1〜D3との差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値との比較により、ステッピングモータ10の脱調を判別するので、今回入力した検出波形と前回又はそれ以前に入力した検出波形を高精度に比較し、その比較結果に基づいてステッピングモータ10の脱調を精度良く判別することができる。 In addition, a plurality of (for example, three) level data D1 to D3 are sampled from a single detected waveform at a predetermined sampling period, and the level data D1 ′ to D3 ′ of the detection waveform input this time and the previous time or earlier are input. The difference between the level data D1 to D3 of the detected waveform is calculated as many times as the number of samplings, and the stepping motor 10 is stepped out by comparing the sum of the absolute values of the calculated plural differences with a preset step-out determination value. Therefore, it is possible to compare the detection waveform input this time with the detection waveform input before or before this time with high accuracy, and to accurately determine the step-out of the stepping motor 10 based on the comparison result.
また、ステッピングモータ10が2相ステッピングモータである場合にあっては、一つ置きの検出波形からレベルデータD1〜D3をサンプリングするようにしたので、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避できる。 Further, when the stepping motor 10 is a two-phase stepping motor, the level data D1 to D3 are sampled from every other detected waveform, so that the discrimination accuracy is reduced due to the variation of the composite current in each phase. To avoid inconvenience.
また、サンプリング周期や脱調判別値を変更できるようにしたので、サンプリング周期の最適化によって脱調判別精度を一層向上させることができるだけでなく、脱調判別値の変更により脱調判別の感度を任意に調整することが可能になる。 In addition, since the sampling period and step-out determination value can be changed, not only can the step-out determination accuracy be improved by optimizing the sampling period, but also the sensitivity of step-out determination can be improved by changing the step-out determination value. It becomes possible to adjust arbitrarily.
また、ステッピングモータ10の起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間としたので、起動時における検出波形の乱れを無視し、誤った脱調判別を防止することができる。また、脱調判別禁止期間においては、クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいてサンプリング周期を自動的に変更するようにしたので、クロック信号の周期に拘わらず、適正なサンプリング周期で検出波形のレベルデータを取得し、精度の良い脱調判別を行うことができる。 In addition, since the period from when the stepping motor 10 is activated until the predetermined time elapses is set as the step-out determination prohibition period, the disturbance of the detected waveform at the start-up can be ignored and erroneous step-out determination can be prevented. In the step-out determination prohibition period, since the clock signal is read and the sampling period is automatically changed based on the clock signal, the detected waveform is detected at an appropriate sampling period regardless of the period of the clock signal. It is possible to acquire level data and perform step-out determination with high accuracy.
10 ステッピングモータ
11〜14 励磁コイル
20 ドライブIC
21 トランジスタ
30 発振器
40 脱調判別装置
41 検出回路
42 判別部
10 Stepping motors 11 to 14 Excitation coil 20 Drive IC
21 Transistor 30 Oscillator 40 Step-out discrimination device 41 Detection circuit 42 Discrimination unit
Claims (10)
前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力する検出波形入力手段と、
クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングするサンプリング手段と、
今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算する差分演算手段と、
演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較する差分比較手段と、
演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別する脱調判別手段とを備え、
前記検出波形入力手段では、励磁コイルの通電パターンに基づいて、各クロック信号の入力毎に通電される合成電流の検出波形を順次に前記サンプリング手段に入力し、
前記サンプリング手段では、入力された各検出波形のうち、比較すべき検出波形を組として検出し、当該組となる検出波形のそれぞれから所定のサンプリング周期で複数のレベルデータをサンプリングし、これを繰り返し行うと共に、
前記差分演算手段では、前記組となる検出波形を比較すべく、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、
前記差分比較手段では、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較することで、前記脱調判別手段により判別することを特徴とするステッピングモータの脱調判別装置。 A stepping motor step-out determination device that is step-driven by sequentially energizing a plurality of exciting coils according to a clock signal,
Detection waveform input means for inputting a detection waveform for each step drive from the combined current path of the excitation coil,
Sampling means for sampling the level data of the detected waveform at a predetermined timing starting from the rise or fall of the clock signal;
A difference calculation means for calculating a difference between the level data of the detection waveform input this time and the level data of the detection waveform input previously or before,
A difference comparison means for comparing the absolute value of the calculated difference with a preset step-out determination value;
A step-out determination means for determining that the stepping motor is out of step when the calculated difference exceeds the step-out determination value ;
In the detection waveform input means, based on the energization pattern of the excitation coil, the detection waveform of the synthesized current energized for each input of each clock signal is sequentially input to the sampling means,
The sampling means detects a set of detected waveforms to be compared among the input detected waveforms, samples a plurality of level data at a predetermined sampling period from each of the detected waveforms that form the set, and repeats this. As well as
In the difference calculation means, in order to compare the detection waveforms in the set, the difference between the level data of the detection waveform input this time and the level data of the detection waveform input previously or before is calculated as many times as the number of samplings,
In the difference comparison means, by comparing the step-out determination value that is beforehand set to the sum of the absolute values of a plurality of difference computed, the stepping motor, characterized that you determination by the desynchronization determining means de Key discrimination device.
前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎に通電される合成電流の検出波形を順次に入力し、
該入力された各検出波形のうち、比較すべき検出波形を組として検出し、当該組となる検出波形のそれぞれから所定のサンプリング周期で、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータを複数サンプリングし、これを繰り返し行うと共に、
前記組となる検出波形を比較すべく、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、
演算した差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較し、
演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別することを特徴とするステッピングモータの脱調判別方法。 A step-out determination method for a stepping motor that is step-driven by sequentially energizing a plurality of exciting coils according to a clock signal,
The detection waveform of the combined current that is energized every step drive from the combined current path of the exciting coil is sequentially input,
Among the input detection waveforms, detection waveforms to be compared are detected as a set, and a predetermined timing starting from the rising or falling edge of the clock signal at a predetermined sampling period from each detection waveform in the set Sample multiple levels of detected waveform level and repeat this,
In order to compare the detection waveforms in the set, the difference between the level data of the detection waveform input this time and the level data of the detection waveform input previously or before is calculated as many times as the number of samplings ,
Compare the sum of the absolute values of the calculated differences with the preset step-out discrimination value,
A stepping motor step-out determination method, wherein when the calculated difference exceeds a step-out determination value, it is determined that the stepping motor is out of step.
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