專利名稱：步進電動機的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用3個半橋電路進行驅動的2相步進電動機的控制裝置。
背景技術：
當前，作為2相步進電動機的控制裝置，例如如專利文獻1、2中的記載所示，已知一種具有由3個半橋電路構成的驅動電路的控制裝置。該現有的控制裝置如圖7所示，驅動電路51是將由串聯連接的高位(high side)及低位(low side)開關元件53、54構成的3個半橋電路52A、52B、52C并聯連接而構成的。在各半橋電路52A、52B、52C中，高位的開關元件53與電動機電源E連接，低位的開關元件54與接地端接地連接。
步進電動機的勵磁線圈LA的一端連接在半橋電路52A的一對開關元件53A、54A之間，另一端連接在半橋電路52C的一對開關元件53C、54C之間。步進電動機的勵磁線圈LB的一端連接在半橋電路52B的一對開關元件53B、54B之間，另一端連接在半橋電路52C的一對開關元件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的開關元件53、54的接通/斷開，從而控制從電動機電源E向勵磁線圈LA、LB流動的A相電流及B相電流。專利文獻I :日本特開2004 - 015898號公報專利文獻2 日本特開2000 - 069796號公報

發明內容
但是，在上述現有的步進電動機的控制裝置中，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量，但有可能在電動機的高速驅動時，使A相電流和B相電流的電流量產生不平衡。在2相步進電動機的情況下，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，進行電動機驅動。此時，利用A相電流及B相電流的目標值、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定的性質，所以一旦在線圈中流過電流，則從施加指令值至電流實際減少為止，存在時滯。由此，在電動機高速驅動時，如果在事先A相電流在勵磁線圈LA中流過的狀態下，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無法應對與對應于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，產生下述缺點，S卩，電流量的目標值即指令值和實際在勵磁線圈中流過的電流量產生較大偏差，導致A相電流和B相電流的電流量不平衡，使得步進電動機無法正常旋轉等。本發明就是鑒于上述實際情況而提出的，其目的在于，提供一種步進電動機的控制裝置，其針對2相步進電動機，可以改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實現正常的電動機驅動。本發明的步進電動機的控制裝置的特征在于，具有驅動電路，其具有第I開關電路、第2開關電路以及共通開關電路，利用驅動脈沖對所述第I、第2開關電路及所述共通開關電路進行接通/斷開，其中，該第I開關電路將第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，該共通開關電路將所述第I、第2勵磁線圈的另一端的共通連接點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開關電路及所述共通開關電路的驅動脈沖，對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進行控制，所述控制電路生成針對所述第I、第2開關電路的驅動脈沖，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際測量值的偏差相互補充。根據該結構，對在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進行控制，以使得在第I、第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差相互補充。由此，在電動機高速驅動 時，即使以事先電流在第I勵磁線圈中流過的狀態，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，則控制驅動脈沖以抑制在第I勵磁線圈中流過的電流，并且控制驅動脈沖以使在第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，可以實現正常的電動機驅動。另外，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，所述控制電路生成針對所述第
I、第2開關電路的驅動脈沖，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際測量值的偏差之間的差值減少。根據該結構，可以使第I勵磁線圈中的指令值與實際測量值的偏差、和第2勵磁線圈中的指令值與實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，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，所述控制電路根據在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差之間的差值，對輸出調整值進行計算，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，加上所述輸出調整值，并從其中任一個較大的偏差中減去所述輸出調整值。根據該結構，可以利用簡單的結構，使第I勵磁線圈中的指令值與實際測量值的偏差、和第2勵磁線圈中的指令值與實際測量值的偏差接近。另外，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，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際測量值的合計值分別進行正負反轉，以使所述實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電路的驅動脈沖。根據該結構，可以與在第I、第2勵磁線圈中流過的電流量對應地，適當地控制可以在共通開關電路中流過的電流量。另外，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，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際測量值的偏差，計算占空比；以及驅動脈沖生成模塊部，其基于所述占空比生成驅動脈沖。
另外，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，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際測量值的偏差乘以增益，從而計算占空比。根據該結構，可以通過基于占空比生成驅動脈沖，而高精度地控制第I、第2開關電路及共通開關電路的驅動。另外，在本發明的上述步進電動機的控制裝置中，所述第I開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述第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開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述第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，所述共通開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述共通連接點和所述電源之間、以及所述共通連接點和所述接地端之間。根據該結構，利用在電源和接地端之間并聯設置有3個將一對開關元件串聯連接的半橋電路而成的驅動電路，從而可以在第I、第2勵磁線圈中流過電流。發明的效果 根據本發明，在2相步進電動機中，可以改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實現正常的電動機驅動。


圖I是本實施方式所涉及的步進電動機的控制裝置的整體框圖。圖2是表示本實施方式所涉及的驅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是本實施方式所涉及的控制模塊部的框圖。圖6是本實施方式所涉及的A相電流和B相電流的電流波形。圖7是現有的驅動電路的整體框圖。
具體實施例方式下面，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。在圖I中，為了便于說明，作為步進電動機的構成部件而僅圖示了勵磁線圈，但步進電動機是具有通常所具備的結構的電動機。如圖I所示，步進電動機的控制裝置是對2相雙極型步進電動機的旋轉進行控制的控制裝置，具有驅動電路1，其將來自電動機電源E (電源)的電流向步進電動機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控制進行驅動電路I的電流控制。驅動電路I具有相對于電動機電源E彼此并聯連接的3個半橋電路11A、11B、11C。作為第I開關電路的半橋電路11A，由與電動機電源E連接的高位的開關元件12A和與接地端G連接的低位的開關元件13A串聯連接而構成。S卩，作為第I開關電路的半橋電路IlA具有由開關元件12A和開關元件13A構成的一對開關元件，其中，該開關元件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開關電路的半橋電路11B，由與電動機電源E連接的高位的開關元件12B和與接地端G連接的低位的開關元件13B串聯連接而構成。S卩，作為第2開關電路的半橋電路IlB具有由開關元件12B和開關元件13B構成的一對開關元件，其中，該開關元件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。作為共通開關電路的半橋電路11C，由與電動機電源E連接的高位的開關元件12C和與接地端G連接的低位的開關元件13C串聯連接而構成。S卩，作為共通開關電路的半橋電路IlC具有由開關元件12C和開關元件13C構成的一對開關元件，其中，該開關元件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與電源E之間，該開關元件13C連接在共通連接點和接地 端G之間。共通開關電路將第I勵磁線圈LA和第2勵磁線圈LB的另一端的共通連接點與電源E或接地端G連接。此外，本實施方式所涉及的各開關元件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)構成。在各半橋電路11A、11B、11C中，經由各自對應的開關驅動電路15A、15B、15C而從控制電路2輸入驅動脈沖。開關驅動電路15A的在中途分支為2股的其中一側的輸入線與高位的開關元件12A的門極連接，另一側的輸入線經由NOT電路16A與低位的開關元件13A的門極連接。相同地，開關驅動電路15B的在中途分支為2股的其中一側的輸入線與高位的開關元件12B的門極連接，另一側的輸入線經由NOT電路16B與低位的開關元件13B的門極連接。開關驅動電路15C的在中途分支為2股的其中一側的輸入線與高位的開關元件12C的門極連接，另一側的輸入線經由NOT電路16C與低位的開關元件13C的門極連接。并且，開關驅動電路15A、15B、15C構成為，分別將來自控制電路2的驅動脈沖向高位的開關元件12A、12B、12C施加，并且使驅動脈沖反轉而向低位的開關元件13A、13B、13C的門極施加。此外，NOT電路16A、16B、16C也可以設置在與高位連接的輸入線上，而不設置在與低位連接的輸入線上。由開關驅動電路15A、15B、15C構成的驅動電路I利用驅動脈沖而使第I開關電路11A、第2開關電路11B、共通開關電路IlC接通/斷開。半橋電路IlA的開關元件12A、13A的連接點Pl，經由電流檢測器17A及A相的勵磁線圈LA而與半橋電路IlC的開關元件12C、13C的連接點P3連接。半橋電路IlB的開關元件12B、13B的連接點P2，經由電流檢測器17B及B相的勵磁線圈LB而與半橋電路IlC的開關元件12C、13C的連接點P3連接。勵磁線圈LA的一端通過半橋電路IlA的開關元件12A、13A的接通/斷開而與電動機電源E或接地端G連接。勵磁線圈LA的另一端通過半橋電路IlC的開關元件12C、13C的接通/斷開而與電動機電源E或接地端G連接。勵磁線圈LB的一端通過半橋電路IlB的開關元件12B、13B的接通/斷開而與電動機電源E或接地端G連接。勵磁線圈LB的另一端通過半橋電路IlC的開關元件12C、13C的接通/斷開而與電動機電源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進行控制。即，半橋電路IlC設計為，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相電流進行檢測，將其實際測量值向控制電路2反饋。電流檢測器17B對B相電流進行檢測，將其實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行檢測。在控制電路2的前段設置有指令值生成模塊部3。指令值生成模塊部3針對用于使步進電動機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，以使步進電動機M進行微步驅動(參照圖4)。控制電路2根據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反饋的電流的實際測量值，生成針對各半橋電路11A、IIB、IIC的驅動脈沖。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際測量值之間的偏差，計算PWM控制的占空比；以及驅動脈沖生成模塊部22，其根據占空比生成驅動脈沖(PWM波形)。控制模塊部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行校正。控制模塊部21將占空比(A相輸出、B相輸出、C相輸出)分別向驅動脈沖生成模塊部22輸出。該控制電路2生成針對第I開關電路11A、第2開關電路IlB及共通開關電路IlC的驅動脈沖，對在第I勵磁線圈LA、第2勵磁線圈LB中流過的電流量進行控制。驅動脈沖生成模塊部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的驅動脈沖(A相PWM輸出、B相PWM輸出、C相PWM輸出)。驅動脈沖以與占空比對應而使高位或低位的任一個開關元件的接通區間延長、并使另一個開關元件的斷開區間變短的方式生成。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，對驅動脈沖的接通區間和斷開區間進行控制。此外，圖2的上半部的實線Wl示出電流的指令值、虛線W2示出電流的實際測量值，圖2的下半部的實線W3示出驅動脈沖。另外，PWM周期例如設定為幾十[U s]。如期間D I所示，在電流的指令值和實際測量值大致相等的情況下(指令值N實際測量值)，將占空比設定為大約50%。如果將占空比設定為大約50%，則驅動脈沖的I個PWM周期中的接通區間和斷開區間大致相等地設定。例如，在半橋電路IlA中，以相等間隔交替切換高位(或低位)的開關元件的接通(或斷開)和高位(或低位)的開關元件的斷開(或接通)。如期間D2所示，在實際測量值小于電流的指令值的情況下(指令值>實際測量值)，將占空比設定為大于或等于50%。如果將占空比設定為大于或等于50%，則驅動脈沖的I個PWM周期中的接通區間設定得比斷開區間更長。例如，在半橋電路IlA中，高位(或低位)的開關元件的接通(或斷開)與高位(或低位)的開關元件的斷開(或接通)相比更長。由此，在A相電流相對于勵磁線圈LA在正極側流過時，成為大于或等于50%的占空比。如期間D3所示，在實際測量值大于電流的指令值的情況下(指令值<實際測量值)，將占空比設定為小于或等于50%。如果將占空比設定為小于或等于50%，則驅動脈沖的I個PWM周期中的接通區間比斷開區間更短地設定。例如，在半橋電路IlA中，高位(或低位)的開關元件的接通(或斷開)與高位(或低位)的開關元件的斷開(或接通)相比更短。由此，在A相電流相對于勵磁線圈LA在負極側流過時，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際測量值之間的大小對應而使占空比可變，生成與占空比對應的驅動脈沖，從而使實際測量值追隨電流的指令值。并且，在驅動電路I中,將驅動脈沖輸入至半橋電路11A、11B、11C，對從電動機電源E向勵磁線圈LA、LB中流過的電流進行控制，以使得步進電動機M正常地進行電動機驅動。在這里，在對本發明的特征部分、即控制模塊部的詳細結構進行說明之前，參照圖3及圖4所示的對比例，針對在高速驅動電動機時的A相電流和B相電流之間的不平衡進行 說明。此外，在圖4中，實線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相電流的實際測量值(以下稱為A相實際測量值、B相實際測量值)。A相指令值及A相實際測量值輸入至偏差運算部41A，B相指令值及B相實際測量值輸入至偏差運算部41B。偏差運算部41A根據A相指令值和A相實際測量值計算偏差，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)向驅動脈沖生成模塊部22輸出。偏差運算部41B根據B相指令值和B相實際測量值計算偏差，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際測量值之間的偏差進行P控制，獨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相實際測量值及B相實際測量值輸入至實際測量值合計部44。指令值合計部43將A相指令值及B相指令值反轉而對合計值進行計算，作為C相指令值向偏差運算部41C輸出。實際測量值合計部44將A相電流及B相電流的實際測量值反轉而對合計值進行計算，作為C相實際測量值向偏差運算部41C輸出。偏差運算部41C根據C相指令值和C相實際測量值計算偏差，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。在電動機正向旋轉時，將B相指令值Wlb相對于A相指令值Wla相位延遲90°而進行輸入。另外，在控制模塊部21中，將A相指令值Wla和B相指令值Wlb正負反轉并進行合計，從而生成C相指令值Wlc。根據該C相指令值Wlc，對半橋電路IlC進行控制，以對在半橋電路IlC中流過的電流量進行控制，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。在此情況下，在Tl所示的即將到達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，實際上A相電流W2a的減少產生延遲。其原因在于，線圈具有使電流的變化穩定的性質，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行控制的步進電動機，有可能在A相電流W2a及B相電流W2b的電流量上產生不平衡，無法正常地進行電動機驅動。因此，在本實施方式的控制模塊部21中，生成使A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差彼此補充的驅動脈沖。由此，進行下述控 制，即，在A相電流及B相電流中，對實際測量值相對于指令值較大的任一個的電流量進行抑制，并使得實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，說明本發明的特征部分、即控制模塊部21。在本實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相電流的實際測量值。將A相指令值及A相實際測量值輸入至偏差運算部31A，將B相指令值及B相實際測量值輸入至偏差運算部31B。偏差運算部31A根據A相指令值和A相實際測量值對A相電流的偏差進行運算，并向比例單元32A及偏差差值運算部33輸出。偏差運算部31B根據B相指令值和B相實際測量值對B相電流的偏差進行運算，并向比例單元32B及偏差差值運算部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。偏差差值運算部33根據A相電流的偏差和B相電流的偏差，對偏差的差值進行運算，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整值，作為A相輸出(占空比)向驅動脈沖生成模塊部22輸出。加法器36將比例單元32B的輸出值加上輸出調整值，作為B相輸出(占空比)向驅動脈沖生成模塊部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，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相實際測量值及B相實際測量值輸入至實際測量值合計部38。指令值合計部37將A相指令值及B相指令值反轉而對合計值進行運算，作為C相指令值向偏差運算部31C輸出。實際測量值合計部38將A相電流及B相電流的實際測量值反轉而對合計值進行運算，作為C相實際測量值向偏差運算部31C輸出。偏差運算部31C根據C相指令值和C相實際測量值對偏差進行運算，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)向驅動脈沖生成模塊部22輸出。控制電路2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、以及實際測量值的合計值分別進行正負反轉，生成針對共通開關電路IlC的驅動脈沖，以使得實際測量值的合計值接近指令值的合計值。如上所述，在本實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整值，在較小的輸出中加上輸出調整值。由此，以使得A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差之間的差值減小的方式，向驅動脈沖生成模塊部22輸出A相輸出及B相輸出。
S卩，控制電路2根據在第I勵磁線圈LA中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差、和在第2勵磁線圈LB中流過的電流的指令值和實際測量值的偏差之間的差值，對輸出調整值進行計算，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際測量值的偏差之中的任一個較小的偏差中，加上輸出調整值，并從其中任一個較大的偏差中減去輸出調整值。并且，通過在驅動脈沖生成模塊部22中根據A相輸出及B相輸出而生成驅動脈沖，從而考慮勵磁線圈LA、LB所具有的使電流的變化趨于穩定的性質,對半橋電路11A、IlBUlC進行控制。其結果，即使在對比例中的高速旋轉時等，如圖6的上側所示A相電流和B相電流之間產生不平衡的轉速下，也可以如圖6的下側所示，將A相電流和B相電流的電流量調整為相同程度。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，可以使步進電動機正常旋轉，可以在高速旋轉及高扭矩下進行電動機驅動。在這里，參照圖1，對本實施方式所涉及的步進電動機的控制裝置的整體動作進行說明。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相實際測量值及B相實際測量值。在控制模塊部21中，基于A相指令值、A相實際測量值、B相指令值、B相實際測量值，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的性質產生的影響(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行調整。另外，對C相輸出進行調整，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。驅動脈沖生成模塊部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，生成驅動脈沖，并向各半橋電路11A、11B、IlC輸出。利用該驅動脈沖對各半橋電路11A、1 IBUlC進行PWM控制。各驅動脈沖施加在高位的開關元件12A、12B、12C上，并且通過NOT電路16A、16B、16C反轉而施加在低位的開關元件13A、13B、13C上。并且，如果使高位的開關元件12A接通，低位的開關元件13A斷開，高位的開關元件12C接通，低位的開關元件13C斷開，則勵磁線圈LA的一端與電動機電源E連接，并且勵磁線圈LB的另一端與接地端G連接。由此，從電動機電源E經過半橋電路IlA的高位的開關元件12A，而在勵磁線圈LA中向正極側(箭頭側)流過A相電流，經過半橋電路IlC的低位的開關元件13C而向接地端G流入電流。此時，利用電流檢測器17A對A相電流的實際測量值進行檢測，并反饋至控制模塊部21。另外，如果使高位的開關元件12B接通，低位的開關元件13B斷開，高位的開關元件12C斷開，低位的開關元件13C接通，則勵磁線圈LB的一端與電動機電源E連接，并且勵磁線圈LB的另一端與接地端G連接。由此，從電動機電源E經過半橋電路IlB的高位的開關元件12B而在勵磁線圈LB中向正極側(箭頭側)流過B相電流，經過半橋電路IlC的低位的開關元件13C而向接地端G流入電流。此時，利用電流檢測器17B對B相電流的實際測量值進行檢測，并反饋至控制模塊部21。相反地，如果使高位的開關元件12A斷開，低位的開關元件13A接通，高位的開關元件12C接通，低位的開關元件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的另一端與電動機電源E連接。由此，從電動機電源E經過半橋電路IlC的高位的 開關元件12C而在勵磁線圈LA中向負極側(箭頭的相反側)流過A相電流，經過半橋電路IlA的低位的開關元件13A而向接地端流入電流。此時，利用電流檢測器17A對A相電流的實際測量值進行檢測，并反饋至控制模塊部21。另外，如果使高位的開關元件12B斷開，低位的開關元件13B接通，高位的開關元件12C接通，低位的開關元件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的另一端與電動機電源E連接。由此，從電動機電源E經過半橋電路IlC的高位的開關元件12C而在勵磁線圈LB中向負極側(箭頭的相反側)流過B相電流，經過半橋電路IlB的低位的開關元件13B而向接地端流入電流。此時，利用電流檢測器17B對B相電流的實際測量值進行檢測，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，根據本實施方式所涉及的步進電動機的控制裝置，對在勵磁線圈LA、LB中流過的電流量進行控制，以使得A相電流的指令值與實際測量值的偏差、以及B相電流的指令值與實際測量值的偏差相互補充。由此，在高速驅動電動機時，即使在此前在勵磁線圈LA中流過A相電流的狀態下，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，可以實現正常的電動機驅動。此外，本發明并不限定于上述實施方式，可以進行各種變更而實施。在上述實施方式中，對于附圖所圖示的尺寸及形狀等，并不限定于此，可以在發揮本發明的效果的范圍內適當變更。此外，只要不脫離本發明的目的范圍，則可以進行適當變更而實施。例如，在上述實施方式中，構成為根據A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差之間的差值，計算輸出調整值，但并不限定于此。輸出調整值只要是可以使A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差相互補充的值即可，例如也可以是與偏差的差值相關的值。
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開關電路11A、第2開關電路IlB的驅動脈沖。另外,在上述實施方式中，構成為向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整值，從任一個較高的輸出中減去輸出調整值，但并不限定于該結構。控制模塊部21只要是以使得A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差相互補充的方式，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際測量值的偏差相互補充的方式，生成針對第I開關電路IlA和第2開關電路IlB的驅動脈沖。另外，在上述實施方式中，構成為控制模塊部作為輸出值而輸出占空比，但并不限定于該結構。只要是控制模塊部輸出使驅動脈沖生成模塊部能夠生成驅動脈沖的輸出值的 結構即可。另外，控制模塊部及驅動脈沖生成模塊部也可以一體形成。另外，在上述實施方式中，由MOSFET構成開關元件，但并不限定于該結構。開關元件只要是可以與驅動脈沖對應而切換接通/斷開即可。另外，在上述實施方式中，構成為利用P控制而使實際測量值追隨電流的指令值，但并不限定于該結構。也可以構成為利用PI控制或PID控制，使實際測量值追隨電流的指令值。工業實用性如以上說明所示，本發明針對2相步進電動機，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，實現正常的電動機驅動，特別地，針對縫紉機等的被高速驅動的步進電動機的控制裝置有用。
權利要求
1.一種步進電動機的控制裝置，其特征在于，具有 驅動電路，其具有第I開關電路、第2開關電路以及共通開關電路，利用驅動脈沖對所述第I、第2開關電路及所述共通開關電路進行接通/斷開，其中，該第I開關電路將第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，該共通開關電路將所述第I、第2勵磁線圈的另一端的共通連接點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開關電路及所述共通開關電路的驅動脈沖，對在所述第I、第2勵磁線圈中流過的電流量進行控制， 所述控制電路生成針對所述第I、第2開關電路的驅動脈沖，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際測量值的偏差相互補充。
2.根據權利要求I所述的步進電動機的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路生成針對所述第I、第2開關電路的驅動脈沖，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際測量值的偏差之間的差值減少。
3.根據權利要求I或2所述的步進電動機的控制裝置，其特征在于， 所述控制電路根據在所述第I勵磁線圈中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差、和在所述第2勵磁線圈中流過的電流的指令值與實際測量值的偏差之間的差值，對輸出調整值進行計算，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，加上所述輸出調整值，并從其中任一個較大的偏差中減去所述輸出調整值。
4.根據權利要求3所述的步進電動機的控制裝置，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際測量值的合計值分別進行正負反轉，以使所述實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電路的驅動脈沖。
5.根據權利要求I或2所述的步進電動機的控制裝置，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際測量值的偏差，計算占空比；以及驅動脈沖生成模塊部，其基于所述占空比生成驅動脈沖。
6.根據權利要求5所述的步進電動機的控制裝置，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際測量值的偏差乘以增益，從而計算占空比。
7.根據權利要求I或2所述的步進電動機的控制裝置，其特征在于， 所述第I開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述第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開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述第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， 所述共通開關電路具有一對開關元件，其分別設置在所述共通連接點和所述電源之間、以及所述共通連接點和所述接地端之間。
全文摘要
本發明提供一種步進電動機的控制裝置，其針對2相步進電動機，改善在各勵磁線圈中流過的電流量的不平衡，實現正常的電動機驅動。具有驅動電路，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與電源或接地端連接的半橋電路，利用驅動脈沖對各半橋電路進行接通/斷開；以及控制電路，其生成針對各半橋電路的驅動脈沖，對A相電流及B相電流進行控制，控制電路構成為，生成針對各半橋電路的驅動脈沖，以使A相電流的指令值與實際測量值的偏差、和B相電流的指令值與實際測量值的偏差相互補充。
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 優先權日2011年5月11日
發明者塚原慎也 申請人:Juki株式會社