ステッピングモータ 、モータドライバ 技術：フルステップ、ハーフステップ、マイクロステップ制御モード
この記事では、マイクロステップ制御モードについて紹介します。
永久磁石ローターを備えた簡易2相ステッピングモータ（出典：ADI）
マイクロステップ制御モード
マイクロステップ制御の概念
マイクロステップ制御は、フルステップの間の複数の中間位置までモータを回転させる高度な方法で、位置分解能を大幅に向上させ、より滑らかな低速回転を可能にします。これは、各フルステップを一連の等間隔マイクロステップに細分化することで達成されます。
2相ステッピングモータのマイクロステップ制御モード（出典：ADI）
上図は、マイクロステップ制御時のモータの状態（コイルA1,A2、およびコイルB1,B2への通電、それに伴うローターの位置変化など）を示したもので、マイクロステップ制御時のモータの動作過程を視覚的に表現しています。
異なるステップモードでの電流波形と位置のオーバーシュート/リンギングの比較（出典：ADI）
上段の図では、緑の曲線（コイル1）と赤の曲線（コイル2）が、異なるステップモードにおける2つのコイルの電流変化を示しています。フルステップモードの電流変化はステップ状であり、ハーフステップモードはより細かいステップを持ち、マイクロステップモードはより滑らかな電流変化のために正弦波に近似していることがわかります。
下段の図は、異なるステップモードにおけるローター位置の変化を示す位置のオーバーシュート/リンギング図です。フルステップモードには明らかなオーバーシュートとリンギングがありますが、ハーフステップモードでは改善され、マイクロステップモードでは顕著なオーバーシュートやリンギングがほとんどなく、より滑らかな位置変化を示します。これは、モータの性能向上におけるマイクロステップ制御の優位性をさらに示すものです。
動作原理と技術的な具体化方法
マイクロステップ制御は、位相のオン/オフだけでなく、異なる電流値を印加することで最適な動作特性を実現します。
2つの位相は、90°オフセットされた近似正弦波によって制御されます。フルステップはマイクロステップと呼ばれる小さな単位に分割されます。マイクロステップの分解能は、フルステップを分割する中間位置の数です。
1/16マイクロステップの動作（出典：ADI）
左図： 2相（A相とB相）の電流変化曲線で、90°オフセットした近似正弦波を示します。この図は16マイクロステップと1フルステップを示し、2相の電流変化を制御することで1フルステップが16マイクロステップに細分化されていることを示しています。
中央図： 1ステップが16マイクロステップに分割されていることを示す角度図です。
右図： 実際のモータ構造にマイクロステップ制御を適用し、2相コイルの電流を正確に制御することで、より小さなステップ角で正確なローター回転を実現することを説明しています。
性能上の利点と制約
- 利点：
- マイクロステップの分解能が高いほど、位相電流の正弦波が理論上滑らかになります。
- フルステップ動作に比べて移動距離が大幅に短くなるため、過渡現象が大幅に低減されます。
- 制約：
- 実際には、正弦波のセットポイントだけを指定しても、正弦波の相電流を得るには不十分です。インダクタのスイッチングやその他の干渉効果により、非常にスムーズな動作を維持するためにはさらなる対策が必要です。
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その他のコンテンツ
- ステッピングモータ駆動の基礎 - モータの構造と動作原理
- ステッピングモータ駆動の基礎 - フルステップモード
- ステッピングモータ駆動の基礎 - ハーフステップモード
- ステッピングモータ駆動の基礎 - マイクロステップ制御モード
- ステッピングモータドライブの基礎 - フルステップ、ハーフステップ、マイクロステップの利点と欠点