JP5160883B2 - ステッピングモータ制御装置およびステッピングモータの駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アナログ指針式メータの指針の駆動などに用いられるステッピングモータの駆動制御技術に関し、特に、脱調を防止する技術に関する。

従来、車両のスピードメータなどにおいて、指針をステッピングモータで回動させるアナログ式のメータ装置が周知である。
このメータ装置は、センサからの入力に基づいて指針の指示角度を演算して、この指示角度を出力する演算制御部と、指示角度を得るのに必要な駆動軸の回動角度である目標回動角度を演算し、この目標回動角度に基づいてステッピングモータを駆動させるモータ駆動制御装置と、を備えたステッピングモータ制御装置を備えている。

このようなステッピングモータ制御装置では、実際の指針の角度が、ステッピングモータ制御装置の出力値から外れてしまう脱調が問題となる。
そこで、このような脱調を防止するステッピングモータ制御装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

この従来のステッピングモータ制御装置は、目標回動角度が、許容値を超えている場合には、１回の制御周期で回動させる角度を許容値内に制限し、指針の回動変化量が過大であることを原因とする脱調を防止するようにしている。
特開２００４−３２８８０７号公報

しかしながら、指針の脱調には、上述のような回動変化量が過大な場合以外にも、下記のような急停止を原因とする脱調があり、上述の技術では、この急停止を原因とする脱調を防止することができなかった。

すなわち、演算制御部では、あらかじめ設定された送信周期（例えば、１０ｍｓ）で指示角度を示す指示角度信号を出力し、モータ駆動制御装置では、この指示角度を得るのに必要な目標回動角度を演算し、さらに、１回の駆動信号の出力による駆動軸の回動角度である単位回動角度を求め、回動指示周期（例えば、１０ｍｓ）内に、単位駆動周期（例えば、１ｍｓ）で駆動信号を設定回数出力して駆動軸を目標回動角度だけ回動させるようにしている。

ところが、演算制御部では、指示角度を演算する他にも、種々の演算を行っており、これらの演算に時間を要したり、あるいは、センサから送られてくる信号が何らかの理由で遅れたりした場合、指示角度信号の出力が、あらかじめ設定された送信周期よりも遅れて実行される場合がある。

このような場合、モータ駆動制御装置では、設定された送信周期内に指示角度が得られないことから、目標回動角度および単位回動角度の演算を行うことができないため、駆動信号の出力が停止される。このため、ステッピングモータが急停止する。
このようにステッピングモータが急停止した場合、その駆動軸が慣性力で回動してしまい、指針の実際に指示する角度と、制御上の指示角度との関係がずれる脱調が生じる。

本発明は、上述のような従来の問題に着目して成されたもので、演算制御部からの目標角度信号の出力が、あらかじめ設定された送信周期よりも遅れてなされた場合の脱調防止を図ることができるステッピングモータ制御装置およびステッピングモータの駆動制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため本発明は、センサから送られるデータに基づいて、ステッピングモータの駆動軸の目標角度を演算し、この目標角度を示す目標角度信号を出力する処理を、あらかじめ設定された送信周期で実行する演算制御部と、
前記目標角度信号から得られる目標角度と、現在の駆動軸の初期位置からの回動角度との差から、前記駆動軸を前記目標角度まで回動させるのに必要な回動角度である目標回動角度を演算する目標回動角度演算処理、あらかじめ設定された回動指示周期の範囲内にあらかじめ設定された単位駆動周期で駆動信号を設定回数出力して前記駆動軸を目標回動角度だけ回動させるのに必要な、駆動信号の１回の出力による前記駆動軸の回動角度である単位回動角度を演算する単位回動角度演算処理、前記駆動軸を前記単位回動角度回動させる駆動信号を、前記単位駆動周期で出力する駆動信号出力処理、前記回動指示周期の最後の駆動信号出力時点までに次の目標角度信号が入力されない場合に、前記駆動軸を、減速させた後に停止させる減速停止処理、を実行するモータ駆動制御部と、を備え、前記回動指示周期が、前記送信周期よりも長く設定されていることを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記回動指示周期は、発生し得ると想定される目標角度信号の出力遅れ時間を、前記送信周期に加算した時間以上の長さに設定されていることを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のステッピングモータ制御装置において、前記モータ駆動制御部は、前記減速停止処理における減速中に、前記目標角度信号が入力された場合、前記減速停止処理を中止して、前記目標回動角度演算処理からの処理を実行することを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のステッピングモータ制御装置において、前記モータ駆動制御部は、前記減速停止処理の減速時に、前記回動指示周期の最後に出力した駆動信号による回動角度である前記単位回動角度の１／２の角度ずつ前記駆動軸を回動させる第１減速時駆動信号を、あらかじめ設定された第１設定回数だけ出力する第１減速処理と、前記回動指示周期の最後に出力した駆動信号による回動角度である前記単位回動角度の１／４の角度ずつ前記駆動軸を回動させる第２減速時駆動信号を、あらかじめ設定された第２設定回数だけ出力する第２減速処理と、を順に実行することを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のステッピングモータ制御装置において、前記第１設定回数および第２設定回数は、前記回動指示周期における駆動信号の出力設定回数以上の数に設定されていることを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。

本発明のステッピングモータ制御装置では、演算制御部が、設定された送信周期で目標角度信号を出力している場合、モータ駆動制御部は、以下のように作動する。
すなわち、モータ駆動制御部は、まず、入力された目標角度信号から得られる目標角度と、現在の駆動軸の回動角度との差から、駆動軸を目標角度まで回動させるのに必要な回動角度である目標回動角度を演算する目標回動角度演算処理を行う。
次に、目標回動角度から、単位回動角度を演算する単位回動角度演算処理を実行する。
すなわち、本発明では、駆動軸を、目標回動角度だけ回動させるのにあたり、単位回動角度ずつ駆動信号を設定された単位駆動周期で設定回数出力して回動させる。なお、単位回動角度は、１回の駆動信号の出力あたりの駆動軸の回動角度である。
この単位回動角度が得られたら、駆動軸を単位回動角度ずつ回動させる駆動信号を、単位駆動周期で設定回数出力する出力処理を実行する。
このように、通常は、送信周期ごとに入力される目標角度信号に基づいて、目標駆動角度を求め、回動指示周期の１周期の間に、駆動信号を単位駆動周期で設定回数出力して、駆動軸を、目標回動角度だけ回動させる。

一方、演算制御部からの目標角度信号の出力が、あらかじめ設定された送信周期よりも遅れ、回動指示周期において最後の駆動信号が出力された時点で、目標角度信号が入力されない場合には、減速停止処理が実行され、駆動軸は、減速された後に停止される。

このように、本発明では、回動指示周期内に出力される設定回数の最後の駆動信号が出力された時点で、目標角度信号が入力されなかった場合、駆動軸が急停止されるのではなく、減速された後に停止されるようにしたため、目標角度信号の遅れによる急停止を原因とした脱調の発生を防止できる。
さらに、本発明では、目標角度信号が入力された場合に、駆動軸を目標角度まで回動させるための駆動信号は、常に、送信周期よりも長く設定された回動指示周期が経過するまで出力される作動が実行される。
したがって、目標角度信号が、送信周期内に入力される場合には、駆動軸が前回の目標角度信号に基づいて演算した目標角度に達する前の時点で、その時点の駆動軸の回動角度と新たな目標角度との差から目標回動角度が演算され、この目標回動角度を目標とする駆動信号が出力される。
一方、演算制御部からの目標角度信号の出力が、設定された送信周期よりも遅れて出力された場合、この遅れの範囲内が、送信周期よりも長く設定された回動指示周期の範囲内に収まる遅れであれば、目標角度信号の入力は、その周期の最後の駆動信号が出力される前となり、減速停止処理が実行されることが無く、その時点で、新たに目標回動角度が演算されてこの目標回動角度に向けて回動させる処理が実行される。よって、駆動軸の急停止による脱調を防止できる。
このように、本発明では、目標角度信号の入力遅れが、回動指示周期内の遅れである場合には、減速停止処理による減速や停止が実行されることがなく、使用者に対して、ステッピングモータの動きに違和感を与えることがない。
請求項２に記載の発明では、送信周期と回動指示周期との差が、想定される目標角度信号の出力遅れ時間よりも長く設定されているため、目標角度信号の出力遅れが、想定範囲内であれば、減速停止処理を実行すること成して、ステッピングモータの急停止を原因とする脱調を確実に防止することができる。
そして、目標角度の出力遅れが、何らかの理由で、通常想定される目標角度の出力遅れよりも遅れた場合に、減速停止処理が実行されて、同様に、ステッピングモータの急停止を原因とする脱調を防止できる。

また、請求項３に記載の発明では、モータ駆動制御部は、減速停止処理による減速中に、目標角度信号が入力され場合には、減速停止処理を中止して、目標回動角度演算処理に戻って通常の制御に復帰する。
したがって、駆動軸は、停止されずに次の動作に移行し、いったん停止後に、通常の制御に復帰するものと比較して、利用者に違和感を与えないようにすることができる。

請求項４に記載の発明では、減速停止処理の減速時に、まず、直前の出力処理において最後に出力した駆動信号による回動角度である単位回動角度の１／２の角度ずつ駆動軸を回動させる第１減速時駆動信号を、第１設定回数だけ出力する第１減速処理を実行し、次に、前記単位回動角度の１／４の角度ずつ駆動軸を回動させる第２減速時駆動信号を、第２設定回数だけ出力する第２減速処理を実行する。
したがって、減速処理において、駆動軸の回動速度を確実に漸次低減させた後に、停止させることができる。すなわち、減速停止処理の減速時に、仮に、駆動信号として固定値を用いた場合、最後の単位回動角度が大きな値であると、固定値との差が大きくなり、急減速が行われて、脱調が生じるおそれがある。これとは逆に、前回の単位回動角度が小さい場合には、固定値の方が大きな値となる可能性があり、この場合、減速停止処理であるにもかかわらず、減速が行われずに加速される可能性がある。
これに対して、本発明では、減速停止処理では、最後に出力された駆動信号の単位回動角度を基準として減速するため、確実に徐々に減速させた後に停止させることができ、より高い脱調防止性能を得ることができる。

請求項５に記載の発明では、減速停止処理における第１減速時駆動信号の出力回数である第１設定回数、ならびに第２減速時駆動信号の出力回数である第２設定回数を、回動指示周期内に駆動信号が出力される設定回数以上の回数に設定したため、駆動軸の速度を確実に徐々に低減させることができ、脱調防止を確実に達成できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態のステッピングモータ制御装置は、駆動軸（３ａ）を回動させるステッピングモータ（３）と、センサ（５）から送られるデータ（ＤＳ）に基づいて、前記駆動軸（３ａ）の目標角度を演算し、この目標角度（Ｓθ）を示す目標角度信号を出力する処理を、あらかじめ設定された送信周期で実行する演算制御部（１）と、前記目標角度信号から得られる目標角度（Ｓθ）と、現在の駆動軸の初期位置からの回動角度との差から、前記駆動軸（３ａ）を前記目標角度まで回動させるのに必要な回動角度である目標回動角度を演算する目標回動角度演算処理、あらかじめ設定された回動指示周期の範囲内にあらかじめ設定された単位駆動周期で駆動信号（ＭＳ）を設定回数出力して前記駆動軸（３ａ）を目標回動角度だけ回動させるのに必要な、駆動信号の１回の出力による前記駆動軸（３ａ）の回動角度である単位回動角度を演算する単位回動角度演算処理、前記駆動軸（３ａ）を前記単位回動角度回動させる駆動信号を、前記単位駆動周期で出力する駆動信号出力処理、前記回動指示周期の最後の駆動信号出力後に、次の目標角度信号が入力されない場合に、前記駆動軸（３ａ）を、減速させた後に停止させる減速停止処理、を実行するモータ駆動制御部（２）と、を備えていることを特徴とするステッピングモータ制御装置とした。

以下に、図１〜図７に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１のステッピングモータ制御装置Ａについて説明する。

この実施例１のステッピングモータ制御装置Ａは、図１に示すように、コントロールユニット（演算制御部）１と、モータ駆動制御回路（モータ駆動制御部）２と、ステッピングモータ３を備えている。

このステッピングモータ３は、図示を省略した車両用速度表示装置に用いられている。この車両用速度表示装置は、ステッピングモータ３に駆動される駆動軸３ａの回動に伴い、指針４が図外の文字板に設けられた目盛（図示省略）に沿って回動して速度を表示する周知のアナログ式の表示装置である。

コントロールユニット１は、車速センサ５から出力された車速データＤＳが設定周期（本実施例１では、１０ｍｓとする）で入力され、この車速データＤＳに基づいて、指針４の目標指示角度（目標角度）Ｓθを求める目標指示角度演算処理（目標角度演算ステップ）と、この目標指示角度Ｓθを示す指示角度信号（目標角度信号）をモータ駆動制御回路２に出力する指示角度信号出力処理（目標角度出力ステップ）とを実行する。
この指示角度信号は、あらかじめ設定された送信周期ＳＳ（図３参照）で出力されるもので、本実施例１では、１０ｍｓ周期で出力されるものとする。

図２は、コントロールユニット１における上述の目標指示角度演算処理および指示角度信号出力処理の流れを示しており、ステップＳ１では、車速データＤＳを読み込み、次のステップＳ２では、車速データＤＳから指針４の目標指示角度Ｓθを演算し、次のステップＳ３では、目標指示角度Ｓθを示す信号をモータ駆動制御回路２へ出力する。

モータ駆動制御回路２は、後述する目標回動角度演算処理（目標回動角度演算ステップ）、単位回動角度演算処理（単位回動角度演算ステップ）、駆動信号出力処理（駆動信号出力ステップ）、減速停止開始判定処理、減速停止処理（減速停止ステップ）を実行する。
目標回動角度演算処理は、入力した指示角度信号が示す目標指示角度Ｓθと現在の指示角度である現在指示角度Ｎθとの差に基づいて、指針４が目標指示角度Ｓθとなるのに必要な駆動軸３ａの回動角度である目標回動角度Ｍθを演算する処理である。

単位回動角度演算処理は、駆動軸３ａを１回の駆動信号ＭＳの出力で回動させる角度である単位回動角度ｔθを演算する処理である。すなわち、駆動軸３ａを、目標回動角度Ｍθだけ回動させる場合、送信周期ＳＳよりも長いあらかじめ設定された回動指示周期ＰＳ（本実施例１では、１６ｍｓ）において、あらかじめ設定された単位駆動周期ＴＭＳ（本実施例１では、ＴＭＳ＝１ｍｓ）ごとに駆動信号ＭＳを設定回数（本実施例１では１６回）出力させる。
したがって、本実施例１では、単位回動角度ｔθは、目標回動角度Ｍθの１／１６の角度となる。

出力処理は、駆動軸３ａを、上述の単位回動角度ｔθずつ回動させることのできる駆動信号ＭＳを、設定回数、すなわち１６回出力する処理である。

減速停止処理は、ステッピングモータ３の駆動軸３ａの回動速度を減速させた後停止させる処理であり、詳細については、後述する。
また、減速停止開始判定処理は、減速停止処理を開始するか否かを判定する処理であり、これについても後述する。

以上の処理の流れを、図３のフローチャートに基づいて、図５に示すタイムチャートを参照しつつ説明する。
ステップＳ１１では、入力された指示角度信号から最新の目標指示角度Ｓθを読み込む。
次のステップＳ１２では、最新の目標指示角度Ｓθから現在指示角度Ｎθを差し引いて目標回動角度Ｍθを演算する目標回動角度演算処理を行う。
図５に示す例では、現在指示角度Ｎθ＝０であり、かつ、最初に入力された目標指示角度Ｓθ１＝２０°、その次に入力された目標指示角度Ｓθ２＝３０°である場合を示している。この図示の例において、目標指示角度Ｓθ１が入力された場合の目標回動角度Ｍθは、２０°となる。

次のステップＳ１３では、目標回動角度Ｍθを、回動指示周期（１６ｍｓ）ＰＳ内に単位駆動周期ＴＭＳ（１ｍｓ）ごとに駆動信号ＭＳを出力させた場合の、１回の駆動信号ＭＳの出力による回動角度である単位回動角度ｔθを下記の式（１）に基づいて演算する単位回動角度演算処理を行う。
ｔθ＝Ｍθ／ｘｎ ・・・（１）

なお、この式（１）において、ｘｎは、１回の回動指示周期ＰＳにおける駆動信号ＭＳの出力回数であって、本実施例１では、ｘｎ＝１６である。
したがって、目標回動角度Ｍθ＝２０°の場合には、ｔθ＝（２０／１６）＝１．２５ となる。

次のステップＳ１４では、設定された単位駆動周期ＴＭＳで、ステッピングモータ３を単位回動角度ｔθずつ回動させる駆動信号ＭＳを出力する駆動信号出力処理を行う。

続く、ステップＳ１５およびステップＳ１６が、減速停止処理の開始判定処理に相当するもので、まず、ステップＳ１５では、次の指示角度信号が入力されたか否か判定し、入力された場合には、ステップＳ１１に戻って、目標指示角度Ｓθの読み込みを行う。
一方、次の指示角度信号の入力がない場合には、次のステップＳ１６に進んで、今回の回動指示周期ＰＳ１の最後に出力される駆動信号ＬＭＳが出力されたか否か判定し、この駆動信号ＬＭＳの出力前の場合は、ステップＳ１１に戻り、出力後には、ステップＳ１７の減速停止処理に進む。
なお、最後に出力される駆動信号ＬＭＳは、図５に示す例では、ｔ＝０の時点で入力された目標指示角度Ｓθ１＝２０°に基づいて、駆動信号ＭＳを出力する回動指示周期ＰＳ１において１６回目、すなわちｔ０２の時点で出力される駆動信号ＬＭＳのことである。

ちなみに、図５に示す例では、この最後の駆動信号ＬＭＳが出力されるよりも前の時点であって、最初の送信周期ＳＳ１の終了時点で、次の目標指示角度Ｓθ２が正常に入力されており、この場合、ステップＳ１６でＮＯと判定されて、ステップＳ１１からの処理に戻ることになる。

次に、ステップＳ１７で実行される減速停止処理の詳細を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
この減速停止処理は、ステッピングモータ３を減速させた後に停止させる処理である。
まず、最初のステップＳ２１では、第１減速時駆動信号ＳＧ１を出力する。この第１減速時駆動信号ＳＧ１とは、最後に出力した駆動信号（すなわち、ステップＳ１６の最後の駆動信号ＬＭＳのことである）の１／２の単位駆動角度相当の駆動信号である。
また、本実施例１では、第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力は、通常時の駆動信号ＭＳの出力と同様に、１ｍｓの単位駆動周期ＴＭＳによる出力を１６ｍｓの回動指示周期ＰＳの間出力するもので、すなわち第１設定回数ｎ１（ｎ１＝１６）出力することになる。
そこで、この第１設定回数ｎ１の第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力を行うために、次のステップＳ２２では、出力回数が第１設定回数ｎ１を越えたか否か判定し、越えない場合に、ステップＳ２３において、次の指示角度信号の入力があったか否か判定し、次の指示角度信号の入力がない場合に、ステップＳ２１に戻って第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力を繰り返す。

そして、第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力が、第１設定回数ｎ１だけ行われたら、ステップＳ２４に進んで、第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力を行う。この第２減速時駆動信号ＳＧ２は、前述した最後の駆動信号ＬＭＳの１／４の単位駆動角度相当の駆動信号であり、この第２減速時駆動信号ＳＧ２を第２設定回数ｎ２（本実施例１では、ｎ２＝１６）出力する。
この場合も、第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力の場合と同様に、ステップＳ２５において、出力回数が第２設定回数ｎ２を越えたか否か判定し、越えない場合には、ステップＳ２６に進んで、次の指示角度信号の入力がなされたか判定し、成されない場合に、ステップＳ２４の第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力を行う。

そして、第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力が第２設定回数（ｎ２）行われても指示角度信号の入力がない場合には、ステップＳ２７に進んで、ステッピングモータ３の駆動を停止させる。

なお、ステップＳ２３あるいはステップＳ２６において、指示角度信号の入力があった場合には、ステップＳ２８に進んで、減速停止処理をキャンセルして、通常の駆動制御（図３のフローチャートに示す制御）に復帰する。

次に、実施例１の作動を説明する。
（通常時）
通常は、コントロールユニット１に、車速データＤＳが、設定周期（１０ｍｓ）で入力される。
そこで、コントロールユニット１は、車速データＤＳを読み込み（ステップＳ１）、この車速データＤＳに基づいて、指針４の目標指示角度Ｓθを演算し（ステップＳ２）、この目標指示角度Ｓθを示す指示角度信号を、送信周期ＳＳでモータ駆動制御回路２に出力する（ステップＳ３）。

モータ駆動制御回路２は、目標指示角度Ｓθを読み込むと（ステップＳ１１）、まず、読み込んだ最新の目標指示角度Ｓθと現在指示角度Ｎθとの差から目標回動角度Ｍθを演算し（ステップＳ１２）、さらに、単位駆動周期ＴＭＳごとに出力する単位回動角度ｔθを演算する（ステップＳ１３）。

そして、ステッピングモータ３の駆動軸３ａを、この単位回動角度ｔθずつ回動させる駆動信号ＭＳを出力する。

図５では、時間ｔ＝０で目標指示角度Ｓθ１＝２０°が入力されている。この場合、単位回動角度ｔθ（＝（２０／１６）＝１．２５）ずつ駆動させる駆動信号ＭＳを、１ｍｓごとに、１６回出力する。

通常は、図示のように駆動信号ＭＳを１０回出力した時点ｔ０１（＝１０ｍｓ）で、次の目標指示角度Ｓθ２（＝３０°）が入力される。
そこで、モータ駆動制御回路２は、この時点ｔ０１の現在指示角度Ｎθと、今回入力された目標指示角度Ｓθ２と、の差により次の目標回動角度Ｍθを求め、この目標回動角度Ｍθに基づいて、単位回動角度ｔθを求め、駆動信号ＭＳを出力する。

この図５に示す例の場合、目標指示角度Ｓθ２が入力された時点ｔ０１（＝１０ｍｓ）では、指針４の現在指示角度Ｎθは、前回の目標指示角度Ｓθである２０°には達していない。すなわち、この時点では、駆動軸を１．２５°回動させる駆動信号ＭＳが１０回出力された状態であるので、現在指示角度Ｎθ＝１２．５°となっており、ｔ０１の時点で演算される目標回動角度Ｍθ＝３０−１２．５＝１７．５°となる。

したがって、モータ駆動制御回路２は、この時点から１６回の出力で、駆動軸を１７．５°回動させる駆動信号ＭＳを出力する。
通常は、このような処理を、設定制御周期（１０ｍｓ）で繰り返す。

（目標指示角度Ｓθの入力遅れが６ｍｓ以下の場合）
処理負荷がかかるなどして、コントロールユニット１からの指示角度信号の出力が、例えば、通常生じ得る最大遅れ時間（例えば、２ｍｓ）程度遅れた場合の作動を、図６により説明する。
図６に示す例では、図に示す１回目の送信周期ＳＳ１の終了時点ｔ０１から、２ｍｓ経過した時点ｔ２１に、次の目標指示角度Ｓθ２（＝３０°）が入力されている。

この場合、送信周期ＳＳ１の終了時点ｔ０１では、モータ駆動制御回路２に、次の目標指示角度Ｓθが入力されていないため、この時点ｔ０１では、次の目標回動角度Ｍθ、単位回動角度ｔθの演算が行われていない。

しかし、本実施例１では、前回の処理で求めた単位回動角度ｔθの駆動信号ＭＳの出力が、送信周期ＳＳの６割り増しの回動指示周期ＰＳ１で行われており、次の目標指示角度Ｓθ２の入力が成されない場合でも、送信周期ＳＳ１の終了後であって回動指示周期ＰＳ１の終了時点ｔ０２まで、前回の目標指示角度Ｓθに対応した駆動信号ＭＳの出力が行われる。

したがって、次の目標指示角度Ｓθ２の入力が、通常入力されるべき時期ｔ０１に入力されなくても、ステッピングモータ３の駆動が停止されることがなく、急停止を原因とする脱調も生じることがない。

そして、図示のように、次の目標指示角度Ｓθ２（＝３０°）の入力時点ｔ２１（＝１２ｍｓ）で、ステップＳ１１からの処理が実行され、次の目標回動角度Ｍθ、単位回動角度ｔθの演算が成された後、更新された駆動信号ＭＳの出力が成される。

この図６に示す例の場合は、現在指示角度Ｎθ＝１．２５°×１２＝１５°となっているから、目標回動角度Ｍθは、Ｍθ＝３０°−１５°により１５°となり、また、単位回動角度ｔθは、ｔθ＝１５／１６により約０．９４°となる。
そこで、駆動軸３ａを０．９４°回動させる駆動信号ＭＳが、この時点ｔ２１から、最大１６回出力される処理が実行される。

以上のように、目標指示角度Ｓθの入力遅れが、回動指示周期ＰＳの範囲内（本実施例１では、６ｍｓ）の範囲内であれば、減速停止処理は実行されること無しに、ステッピングモータ３の急停止による脱調が防止される。

（目標指示角度Ｓθの入力遅れが６ｍｓを越える場合）
次に、例えば、断線やコントロールユニット１の不調などにより、目標指示角度Ｓθの出力が、回動指示周期ＰＳを越えて遅れた場合を図７に基づいて説明する。

上述のように、駆動信号ＭＳは、送信周期（１０ｍｓ）ＳＳよりも長い回動指示周期（１６ｍｓ）ＰＳだけ出力され、この範囲の目標指示角度Ｓθの入力遅れでは、減速停止処理は実行されないが、この回動指示周期ＰＳを越える遅れが生じた場合には、減速停止処理が実行される。
すなわち、図７に示すように、初回の回動指示周期ＰＳ１において、１６回目（最後）の駆動信号ＬＭＳの出力が成された時点ｔ０２にあっても、次の目標指示角度Ｓθの入力が無い場合、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１５→ステップＳ１６→ステップＳ１７の流れとなり、減速停止処理が実行される。

この減速停止処理では、まず、回動指示周期ＰＳ１の最後の時点ｔ０２で出力された駆動信号ＬＭＳの単位回動角度ｔθの１／２に相当する角度ずつ回動させる第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力が、第１設定回数ｎ１（本実施例１では１６回）実行される。なお、これはステップＳ２１→Ｓ２２→Ｓ２３→Ｓ２１の処理に基づくものである。

そして、第１減速時駆動信号ＳＧ１が第１設定回数ｎ１だけ出力されると、次に、第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力が第２設定回数ｎ２（本実施例１では１６回）繰り返される。この第２減速時駆動信号ＳＧは、初回の回動指示周期ＰＳ１の最後の時点ｔ０２で出力された駆動信号ＭＳの単位回動角度ｔθの１／４に相当する角度ずつ駆動させる信号である。なお、以上の処理は、ステップＳ２４→Ｓ２５→Ｓ２６→Ｓ２４の処理に基づく。

その後、第２設定回数ｎ２の第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力が成されたら、ステップＳ２５→Ｓ２７の処理に基づいて、ステッピングモータ３の駆動が停止される。

このように、回動指示周期ＰＳの間に目標指示角度Ｓθの入力が成されない場合、ステッピングモータ３は、その時点で急停止されるのではなく、減速した後に、停止されるため、急停止による脱調を防止できる。

なお、減速停止処理の実行中あるいは実行後に、目標指示角度Ｓθが入力された場合には、この新たな目標指示角度Ｓθに向けて駆動させる処理、すなわち、図３のステップＳ１１〜Ｓ１６の通常の処理が実行される。

以上説明してきたように、実施例１では、回動指示周期ＰＳ内に出力される設定回数（１６回）の駆動信号ＭＳが出力された時点で、次の目標指示角度Ｓθが入力されなかった場合、駆動軸３ａが急停止されるのではなく、減速された後に停止されるようにしたため、目標指示角度Ｓθの出力遅れによる急停止を原因とした脱調の発生を防止できる。

また、実施例１では、モータ駆動制御回路２は、減速停止処理による減速中に、目標角度信号が入力され場合には、減速停止処理を中止して、ステップＳ１２の目標回動角度Ｍθを演算する処理からの一連の通常の処理に復帰するようにした。このため、駆動軸３ａは停止されることが無く、よって、指針４が停止して、運転者に違和感を与えることが無いようにできる。

しかも、減速停止処理による減速時には、まず、最後に出力した駆動信号ＬＭＳの単位回動角度ｔθの１／２の角度ずつ回動させる第１減速時駆動信号ＳＧ１を第１設定回数ｎ１だけ出力する第１減速処理を実行し、次に、単位回動角度ｔθの１／４の角度ずつ回動させる第２減速時駆動信号ＳＧ２を、第２設定回数ｎ２だけ出力する第２減速処理を実行するようにした。
したがって、減速処理において、駆動軸３ａを確実に徐々に減速させた後に、停止させることができる。すなわち、減速停止処理の減速時に、仮に、減速時駆動信号として固定値を用いた場合、最後に出力された単位回動角度ｔθが大きな値であると、固定値との差が大きくなり、急減速が行われて、脱調が生じるおそれがある。これとは逆に、前回の単位回動角度ｔθが小さい場合には、これよりも固定値の方が大きな値となる可能性があり、この場合、減速停止処理であるにもかかわらず、減速が行われずに加速される可能性がある。
これに対して、本実施例１では、減速停止処理では、最後に出力された駆動信号ＬＭＳの単位回動角度ｔθを基準として減速するため、確実に徐々に減速させた後に停止させることができ、より高い脱調防止性能を得ることができる。

しかも、減速停止処理において第１減速時駆動信号ＳＧ１の出力回数である第１設定回数ｎ１、ならびに第２減速時駆動信号ＳＧ２の出力回数である第２設定回数ｎ２は、回動指示周期ＰＳ内に駆動信号ＭＳが出力される回数に等しい回数に設定したため、駆動軸３ａの速度を確実に徐々に低減させることができ、脱調防止を確実に達成できる。

さらに、本実施例１では、駆動信号ＭＳの出力時には、送信周期ＳＳよりも長く設定された回動指示周期ＰＳで出力するようにした。
したがって、コントロールユニット１からの目標指示角度Ｓθの入力遅れが、回動指示周期ＰＳの内に収まる遅れであれば、減速停止処理が実行されることが無く、新たに目標回動角度Ｍθが演算されて、この目標回動角度Ｍθに向けて処理が実行される。
よって、ステッピングモータ３の駆動が途切れることが無く、すなわち、指針４の回動が減速や停止させることなく、運転者に対して、指針４の動きと速度との関係に違和感を与えることがない。

しかも、送信周期ＳＳと回動指示周期ＰＳとの差が、想定される目標指示角度Ｓθの出力遅れ時間よりも長く設定されているため、目標指示角度Ｓθの出力遅れが、想定範囲内であれば、減速停止処理を実行すること無しに、ステッピングモータ３の急停止を原因とする脱調を確実に防止することができる。
そして、目標指示角度Ｓθの出力が、通常想定される範囲よりも遅れて、回動指示周期ＰＳを越えた場合に、上述の減速停止処理が実行され、この場合も、ステッピングモータ３の急停止を原因とする脱調を防止できる。

次に、この発明の実施の形態の実施例２のステッピングモータ制御装置について説明する。なお、この実施例２は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１と同様の構成および作用効果については説明を省略する。

この実施例２は、図８に示すように、回動指示周期ＰＳを送信周期ＳＳと同じ１０ｍｓに設定し、この回動指示周期ＰＳにおいて、１ｍｓの単位駆動周期で駆動信号ＭＳを出力するようにした例である。

したがって、この実施例２では、目標指示角度Ｓθの入力が、この１０ｍｓの回動指示周期ＰＳの最後の駆動信号ＬＭＳの出力よりも遅れた場合には、減速停止処理、すなわち実施例１で説明したステップＳ２１〜Ｓ２７の処理が実行されて、駆動軸３ａの回動が、減速後、停止される。

また、目標指示角度Ｓθが新たに入力されると、その時点から、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理に基づいて、目標指示角度Ｓθに向けて駆動軸３ａが回動される。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例１に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、ステッピングモータ制御装置として、車両用の速度表示装置の指針を回動させるステッピングモータに適用した例を示したが、速度表示装置以外の表示装置に用いることができるほか、センサから入力される信号に応じてステッピングモータを駆動させるものであれば、表示装置以外の装置にも用いることができる。

また、実施例１では、回動指示周期ＰＳを送信周期ＳＳよりも６割長くしたものを示したが、このように回動指示周期ＰＳを送信周期ＳＳよりも長くする時間は、６割増しに限らず、例えば、０割よりも長く１０割程度までの範囲内で任意の長さに設定できるとともに、実施例２で示したように、回動指示周期ＰＳを送信周期ＳＳと同じ長さに設定してもよい。

また、送信周期ＳＳおよび単位駆動周期ＴＭＳは、実施例１で示した周期に限定されるものではなく、装置の規格や性能に基づいて、任意の周期に設定することができる。

また、実施例１では、減速停止処理において、２段階に速度を低減させるものを示したが、速度低減の段階数は、これに限定されず、少なくとも１段階減速すればよく、多段階に速度を低減させるほど好ましい。

また、本実施例１では、減速に要する時間を回動指示周期ＰＳの２周期分の時間とした例を示したが、この時間は、これに限定されるものではなく、任意に設定でき、脱調する可能性のある急減速となることが無い、長さに設定することが好ましい。

本発明の最良の実施の形態の実施例１のステッピングモータ制御装置Ａの構成を示す構成説明図である。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａのコントロールユニット１における目標指示角度演算処理および出力処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａのモータ駆動制御回路２における目標回動角度演算処理、単位回動角度演算処理、駆動信号出力処理、減速停止開始判定処理、減速停止処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａの減速停止処理の詳細を示すフローチャートである。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａにおいて、目標指示角度Ｓθが正常なタイミングで入力された場合の動作を示すタイムチャートである。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａにおいて、目標指示角度Ｓθの入力が想定範囲内で遅れた場合の動作を示すタイムチャートである。 実施例１のステッピングモータ制御装置Ａにおいて、目標指示角度Ｓθの入力が想定範囲を越えて遅れて、減速停止処理が実行された場合の動作を示すタイムチャートである。 実施例２のステッピングモータ制御装置において、目標指示角度Ｓθの入力が遅れた場合の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ コントロールユニット（演算制御部）
２ モータ駆動制御回路（モータ駆動制御部）
３ ステッピングモータ
３ａ 駆動軸
Ａ ステッピングモータ制御装置
ＤＳ 車速データ
ＬＭＳ 最後の駆動信号
ＭＳ 駆動信号
Ｍθ 目標回動角度
ｎ１ 第１設定回数
ｎ２ 第２設定回数
Ｎθ 現在指示角度
ＰＳ 回動指示周期
ＳＧ１ 第１減速時駆動信号
ＳＧ２ 第２減速時駆動信号
ＳＳ 送信周期
Ｓθ 目標指示角度（目標角度）
ＴＭＳ 単位駆動周期
ｔθ 単位回動角度

Claims (5)

1. センサから送られるデータに基づいて、ステッピングモータの駆動軸の目標角度を演算し、この目標角度を示す目標角度信号を出力する処理を、あらかじめ設定された送信周期で実行する演算制御部と、
   前記目標角度信号から得られる目標角度と、現在の駆動軸の初期位置からの回動角度との差から、前記駆動軸を前記目標角度まで回動させるのに必要な回動角度である目標回動角度を演算する目標回動角度演算処理、あらかじめ設定された回動指示周期の範囲内にあらかじめ設定された単位駆動周期で駆動信号を設定回数出力して前記駆動軸を目標回動角度だけ回動させるのに必要な、駆動信号の１回の出力による前記駆動軸の回動角度である単位回動角度を演算する単位回動角度演算処理、前記駆動軸を前記単位回動角度回動させる駆動信号を、前記単位駆動周期で出力する駆動信号出力処理、前記回動指示周期の最後の駆動信号出力時点までに次の目標角度信号が入力されない場合に、前記駆動軸を、減速させた後に停止させる減速停止処理、を実行するモータ駆動制御部と、
   を備え、
   前記回動指示周期が、前記送信周期よりも長く設定されていることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
2. 前記回動指示周期は、発生し得ると想定される目標角度信号の出力遅れ時間を、前記送信周期に加算した時間以上の長さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ制御装置。
3. 前記モータ駆動制御部は、前記減速停止処理における減速中に、前記目標角度信号が入力された場合、前記減速停止処理を中止して、前記目標回動角度演算処理からの処理を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステッピングモータ制御装置。
4. 前記モータ駆動制御部は、前記減速停止処理の減速時に、前記回動指示周期の最後に出力した駆動信号による回動角度である前記単位回動角度の１／２の角度ずつ前記駆動軸を回動させる第１減速時駆動信号を、あらかじめ設定された第１設定回数だけ出力する第１減速処理と、前記回動指示周期の最後に出力した駆動信号による回動角度である前記単位回動角度の１／４の角度ずつ前記駆動軸を回動させる第２減速時駆動信号を、あらかじめ設定された第２設定回数だけ出力する第２減速処理と、を順に実行することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のステッピングモータ制御装置。
5. 前記第１設定回数および第２設定回数は、前記回動指示周期における駆動信号の出力設定回数以上の数に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータ制御装置。

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