[发明专利]步进电机控制器

说明书

本发明涉及一种步进电机控制器，且更具体地涉及一种使用一编码器的步进电机控制器。

步进电机具有尺寸小、高转矩、长寿命和通过开环控制的高分辨定位的优点。因此，步进电机通常由开环控制驱动。然而，这种驱动方法具有例如在高速旋转时失去同步的问题。因此，已建议有各种用于通过附加地提供一用于步进电机(例如，无刷DC电机)的编码器而执行一闭环控制的控制器以适应于高速旋转操作。

在美国专利No．4，963，808中，描述了这样一结构：其中一步进电机的控制模式通过一控制部分被切换以使步进电机可在两相步进模式下作为两相步进电机而在闭环模式下作为DC电机工作。而且，在该专利中还描述了这样一构成：其中一编码器的每转输出脉冲数被设置成为一步进电机的转子磁极数的整数倍，该步进电机在一相激励中被激励的状态被看作为一参考状态，并且自确定该参考状态后每当检测到一预定数量的脉冲时，给步进电机的励磁电流被转换，以不作任何特殊的调整实现具有不大于在编码器的输出信号与给步进电机的励磁电流之间的一预定误差的相位精确度。

然而，当在例如一光盘装置中运送一光拾取头的情况中，期望以一高速度及高精确度运送一物体到一目标位置时，便会遇到下列问题。

首先，高速运送和高精确度定位是相矛盾的目的。

原因如下：虽然闭环模式适于高速运送，但这样一模式下通过利用步进电机的分辨特性的优点却不能轻易地实现高精度定位。相反地，在实现高精度定位的两相步进模式中，难于实现高速运送。而且，为了提高步进电机在闭环模式下的高速旋转能力及效率，期望能够减少步进电机的转子磁极数。然而，如果减少了转子磁极数。定位分辨力被不利地降低，因此，满足这些相矛盾的要求是期盼已久的愿望。但在上述引用的美国专利4，963，808中根据未描述满足这些要求的一结构。

其次，尽管可能在一系列运送操作中转换一闭环控制和一开环控制以同时满足高速运送和高精度定位两个目的，但在模式转换前后，在该系列运送操作期间的模式转换会产生冲击振动。这样一冲击振动阻碍了一物体以高速度及高精度被平滑地运送到一目标位置。

根据本发明的一步进电机控制器包括：包括有一转子和一励磁线圈的步进电机；一驱动部分，用于响应于输入命令值，提供多级驱动电流给该励磁线圈，从而实现一微步驱动，一控制部分，用于通过改变提供给驱动部分的命令值来控制该步进电机；及一位置检测控制部分，用于根据转子的转动位置生成一检测信号，其中该控制部分转换第一操作模式和第二操作模式的两种操作模式，该控制部分在第一操作模式中根据由其自身生成的一定时，改变提供给驱动部分的命令值，及该控制部分在第二操作模式中根据对应于由位置检测控制部分生成的检测信号的一定时，改变提供给驱动部分的命令值，从而控制该步进电机，且其中该控制部分在将步进电机从一开始位置运送到一目标位置的一系列运送操作期间转换两操作模式，及该控制部分在第二操作模式中使步进电机执行一粗操作且然后将第二操作模式转换成第一操作模式，从而执行一微步驱动。

在本发明的一实施例中，控制部分依据将步进电机从开始位置运送到目标位置的运送量而选择地使用两操作模式，如果该运送量小于一预定值，控制部分只在第一种模式下驱动步进电机，如果该运送量等于或大于该预定值，控制部分通过在第二操作模式与第一操作模式之间进行转换来驱动该步进电机。

在本发明的另一实施例中，当位置检测控制部分的一输出信号的相位被改变时，控制部分根据一时间将第二操作模式转换成第一操作模式；且在转换瞬间时的转子的旋转位置实际地与一稳定点相匹配，转子在该稳定点被电磁地稳定并在微步驱动中停止。

在本发明的再一实施例中，当步进电机在第二操作模式中被驱动时，控制部分为驱动部分提供第一序列命令值，从而以第一加速度加速该步进电机，并接着为驱动部分提供第二序列命令值，从以实际上低于第一加速度的第二加速度加速该步进电机，且然后为驱动部分提供第三序列命令值，从而减速该步进电机。

根据本发明的另一种步进电机控制器包括：包括一转子和多个励磁线圈的步进电机；一驱动部分，用于响应于一输入命令值，提供驱动电流给各个励磁线圈；一控制部分，用于通过改变提供给驱动部分的命令值来步驱动该步进电机；一位置检测控制部分，用于以α°或更小的分辨力检测转子的旋转角度；及一判定控制部分，用于确定步进电机是否脱离同步，其中该控制部分通过α°或更大的分辨力改变对应于步进电机的旋转的命令值，及判定控制部分根据命令值被改变前后的判定信号的变化来确定步进电机是否脱离同步。