(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムであって、
目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、速度偏差を検出して出力する速度比較手段と、
閉制御ループのゲイン調整時において、閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力する外乱入力手段と、
入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整するゲイン調整手段と、
定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段とを含み、
前記目標速度出力手段が、
閉制御ループのゲイン調整時においては、制御対象の通常動作時に使用される目標速度プロファイルの定速度区間よりも長い定速度区間を有する目標速度プロファイルを用いて目標速度を出力することを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項２】
目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムであって、
目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、速度偏差を検出して出力する速度比較手段と、
閉制御ループのゲイン調整時において、閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力する外乱入力手段と、
入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整するゲイン調整手段と、
定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段とを含み、
前記外乱入力手段が、
前記目標速度プロファイルの前記定速度区間における目標速度が出力されている場合に、閉制御ループに外乱を入力することを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を含み、
前記目標速度出力手段が、
制御対象の移動距離に制限がある場合には、制御対象を第１の方向に移動させる第１の目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力と、制御対象を第２の方向に移動させる第２の目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力とを交互に繰り返すことを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記外乱入力手段が、
閉制御ループに入力する外乱を生成し出力する外乱生成手段と、
外乱生成手段からの外乱を、前記速度比較手段からの前記速度偏差に対して加算する外乱加算手段とを含むことを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記ゲイン調整手段が、
前記速度比較手段からの前記速度偏差から、閉制御ループを一巡した後の外乱を抽出する外乱抽出手段と、
前記外乱入力手段により入力された外乱と、前記外乱抽出手段により抽出された一巡後の外乱とを比較し、外乱偏差を出力する外乱比較手段と、
前記外乱比較手段からの外乱偏差が所与の偏差目標に近づくように、ゲイン係数を調整する係数調整手段と、
調整されたゲイン係数に基づいてゲインを制御するゲイン制御手段とを含むことを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記ゲイン調整手段が、
入力した外乱の振幅又は位相と、閉制御ループを一巡した後の外乱の振幅又は位相とを比較して、閉制御ループのゲインを調整することを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかのサーボ制御システムと、
前記サーボ制御システムにより制御される制御対象と、
制御対象の速度を検出する速度検出手段と、
を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項７において、
前記制御対象が、プリンタにおける紙送り機構又はキャリッジ移動機構であることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムにおけるゲイン調整方法であって、
目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、
閉制御ループのゲイン調整時において閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力し、
入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整し、
定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力すると共に、
閉制御ループのゲイン調整時においては、制御対象の通常動作時に使用される目標速度プロファイルの定速度区間よりも長い定速度区間を有する目標速度プロファイルを用いて目標速度を出力することを特徴とするゲイン調整方法。
【請求項１０】
目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムにおけるゲイン調整方法であって、
目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、
閉制御ループのゲイン調整時において閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力し、
入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整し、
定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力すると共に、
前記目標速度プロファイルの前記定速度区間における目標速度が出力されている場合に、閉制御ループに外乱を入力することを特徴とするゲイン調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ制御システム、電子機器及びゲイン調整方法に関し、特にプリンタの紙送り機構やキャリッジ移動機構の速度制御に最適なサーボ制御システムに関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、プリンタ、スキャナ、光ディスクドライブ（ＣＤ、ＤＶＤ）などの電子機器の動作の高精度化に伴い、これらの電子機器を制御するサーボ制御システムにおいても、制御動作の高精度化が要望されている。
【０００３】
そして、サーボ制御システムの制御動作を高精度化するためには、制御ループのゲインを高精度に調整する必要がある。
【０００４】
このような制御ループのゲイン調整手法として、例えば以下に説明する第１、第２の手法がある。
【０００５】
第１の手法では、電子機器の製造工程などにおいて、サーボ制御システムのオープン制御ループに対してステップ状波形を加える。そして、人間が、検出されたステップ応答波形をオシロスコープで見ながら、そのステップ応答波形が設計通りの波形になるように、制御ループのゲインを徐々に調整する。
【０００６】
しかしながら、この第１の手法では、電子機器の製造工程において人間の手作業が必要になるため、製造期間の長期化、電子機器の高コスト化の問題を招く。
【０００７】
一方、第２の手法では特開平８−１６２０５号公報に開示されるように、オープン制御ループに対してステップ状波形を加え、ステップ応答波形の検出値と、理想的なステップ応答波形のシミュレーション値とを、評価関数に代入する。そして、その評価関数を用いて、ステップ応答波形の検出値とステップ応答波形のシミュレーション値との差異を示す評価値を算出し、算出された評価値に基づいて制御ループのゲインを調整する。
【０００８】
しかしながら、この第２の手法では、評価関数に基づき評価値を求める演算の負荷が重く、演算に時間がかかってしまうという問題がある。
【０００９】
また、上記第２の手法においてゲイン調整の精度を高めるためには、ステップ応答波形の検出値とシミュレーション値とを比較する測定ポイントの数を増やす必要があり、これは演算負荷の増大化、シミュレーション値を格納するメモリの使用容量の増加の問題を招く。
【００１０】
また、上記第２の手法では、外乱の影響により、ゲインの調整精度を上げることに限界があるという問題もある。例えば、プリンタの紙送りやキャリッジ移動に用いられるモータのトルク特性は、モータの回転位置に応じて変化する。また、紙送り機構やキャリッジ移動機構の負荷特性も、紙送りの回転位置やキャリッジの移動位置に応じて変化する。従って、上記第２の手法では、ステップ状波形を加えた時点における紙送りの回転位置やキャリッジの移動位置に応じて、得られる結果が異なってしまい、ゲインの調整精度を今一つ高めることができない。
【００１１】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サーボ帯域のバラツキを軽減できると共に応答速度を高速化できるサーボ制御システム、これを用いた電子機器、及びゲイン調整方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムであって、目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、速度偏差を検出して出力する速度比較手段と、閉制御ループのゲイン調整時において、閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力する外乱入力手段と、入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整するゲイン調整手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、閉制御ループに対して外乱が入力され、その外乱と一巡後の外乱とが比較される。そして、その比較結果に基づいて閉制御ループのゲインが調整される。このようにすれば、制御ループを閉じた状態でゲインを調整できるため、高い精度のゲイン調整を高速に行えるようになる。また、制御対象の回転位置や移動位置に依存しないゲイン調整も可能になる。
【００１４】
なお、入力する外乱は、周期関数に基づき生成することが望ましい。また、外乱は、速度比較手段からの速度偏差に対して重畳することが望ましい。
【００１５】
また本発明は、定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を含み、前記目標速度出力手段が、閉制御ループのゲイン調整時においては、制御対象の通常動作時に使用される目標速度プロファイルの定速度区間よりも長い定速度区間を有する目標速度プロファイルを用いて目標速度を出力することを特徴とする。
【００１６】
このようにすれば、ゲインの調整時間を十分に長くとれるようになるため、ゲイン調整の精度を更に高めることができる。
【００１７】
また本発明は、定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を含み、前記目標速度出力手段が、制御対象の移動距離に制限がある場合には、制御対象を第１の方向に移動させる第１の目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力と、制御対象を第２の方向に移動させる第２の目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１８】
このようにすれば、制御対象の移動距離に制限があるような場合にも、ゲインの調整時間を長くとることができるようになり、ゲイン調整の精度を高めることができる。
【００１９】
なお、移動距離は、並進（平行）移動距離のみならず回転移動距離も含む。
【００２０】
また本発明は、定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を含み、前記外乱入力手段が、前記目標速度プロファイルの前記定速度区間における目標速度が出力されている場合に、閉制御ループに外乱を入力することを特徴とする。
【００２１】
このようにすれば、システムの動作が不安定になったり、誤ったゲイン調整が行われる事態を防止できる。
【００２２】
また本発明は、前記外乱入力手段が、閉制御ループに入力する外乱を生成し出力する外乱生成手段と、外乱生成手段からの外乱を、前記速度比較手段からの前記速度偏差に対して加算する外乱加算手段とを含むことを特徴とする。
【００２３】
このようにすれば、生成された外乱を簡素な処理で閉制御ループに重畳できるようになる。
【００２４】
また本発明は、前記ゲイン調整手段が、前記速度比較手段からの前記速度偏差から、閉制御ループを一巡した後の外乱を抽出する外乱抽出手段と、前記外乱入力手段により入力された外乱と、前記外乱抽出手段により抽出された一巡後の外乱とを比較し、外乱偏差を出力する外乱比較手段と、前記外乱比較手段からの外乱偏差が所与の偏差目標に近づくように、ゲイン係数を調整する係数調整手段と、調整されたゲイン係数に基づいてゲインを制御するゲイン制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２５】
このようにすれば、入力した外乱と一巡後の外乱との比較処理や、比較結果に基づくゲインの調整処理を、簡素な構成で実現できる。
【００２６】
また本発明では、前記ゲイン調整手段が、入力した外乱の振幅又は位相と、閉制御ループを一巡した後の外乱の振幅又は位相とを比較して、閉制御ループのゲインを調整することが望ましい。
【００２７】
なお、本発明では、入力した外乱と一巡後の外乱の振幅を比較するよりも、位相を比較する方が更に望ましい。振幅比較の場合には、振幅調整の分解能に制限が生じるが、位相比較の場合にはこのような制限が少ないからである。
【００２８】
また本発明に係る電子機器は、上記のいずれかのサーボ制御システムと、前記サーボ制御システムにより制御される制御対象と、制御対象の速度を検出する速度検出手段とを含むことを特徴とする。
【００２９】
このようにすれば、電子機器の処理の高速化にも対応できるようになると共に、電子機器の信頼性も向上できる。また、電子機器の個体差、経時変化に応じた最適なゲイン調整が行われるため、電子機器の処理を最適化できる。
【００３０】
なお、本発明では、前記制御対象が、プリンタにおける紙送り機構又はキャリッジ移動機構であることが望ましい。
【００３１】
また本発明は、目標速度に追従するように制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムにおけるゲイン調整方法であって、目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、閉制御ループのゲイン調整時において閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力し、入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲインを調整することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、制御ループを閉じた状態でゲインを調整できるため、高い精度のゲイン調整を高速に行えると共に、制御対象の回転位置、移動位置に依存しないゲイン調整も可能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００３４】
１．構成
図１に本実施形態のサーボ制御システムの構成例を示す。なお、図１におい増幅部５０、制御対象５２、速度検出部５４は任意の構成要素である。
【００３５】
図１において、速度比較部２０は、目標速度プロファイル等により特定される目標速度と、速度検出部５４により検出された制御対象５２の検出速度とを比較し、速度偏差（速度誤差）を出力する処理を行う。
【００３６】
外乱入力部３０は、ゲイン調整時において、閉じた状態の制御ループに対して、ゲイン調整用の擬似的な外乱を入力する処理を行う。
【００３７】
ゲイン調整部４０（制御演算部）は、外乱入力部３０により入力された外乱の振幅や位相と、閉制御ループを一巡した後の外乱の振幅や位相とを比較し、その比較結果に基づき閉制御ループのゲイン（ループゲイン）を調整する処理を行う。
【００３８】
増幅部５０は、制御対象５２に操作量を加えて制御対象５２を駆動する処理を行う。
【００３９】
図１の構成によれば、重畳して入力された外乱と一巡後の外乱との比較結果に基づいて、ゲインが自動調整される。従って、人間の手作業で自動調整する前述の第１の手法に比べて、調整時間を大幅に短縮化できる。また、図１のサーボ制御システムを含む電子機器に電源が投入される毎にゲインを自動調整できるようになるため、制御対象の個体差や経時変化に起因するサーボ帯域などのバラツキを最小限に抑えることができる。
【００４０】
また、図１の構成によれば、制御ループを閉じた状態でゲインを調整できるため、オープン制御ループに対してステップ状波形を加える前述の第２の手法に比べて、高い精度のゲイン調整を高速に行うことができる。また、制御対象を回転、移動させながらゲインを調整できるため、制御対象の回転位置、移動位置に依存しないゲイン調整が可能になる。
【００４１】
図２に、本実施形態のサーボ制御システムの詳細な構成例を示す。
【００４２】
図２において、目標速度出力部１０は、加減速区間や定速度区間を有する目標速度プロファイルを用いて、目標速度を生成し、速度比較部２０に出力する。そして、速度比較部２０は、この目標速度と速度検出部５４からの検出速度に基づいて、速度偏差を出力する。
【００４３】
外乱入力部３０は、外乱生成部３２、外乱加算部３４を含む。
【００４４】
ここで外乱生成部３２は、閉制御ループに入力するゲイン調整用の外乱を生成し出力する。本実施形態では、このゲイン調整用の外乱としてサイン波（広義には周期関数）を使用している。
【００４５】
外乱加算部３４は、速度比較部２０からの速度偏差に対して、外乱生成部３２からの外乱を加算する。これにより、制御ループを閉じた状態で外乱を入力することが可能になる。
【００４６】
ゲイン調整部４０は、外乱抽出部４２、外乱比較部４４、係数調整部４６、ゲイン制御部４８を含む。
【００４７】
ここで外乱抽出部４２は、速度比較部２０からの速度偏差から、閉制御ループを一巡した後の外乱を抽出する。この一巡後の外乱の抽出は、例えば、外乱の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタなどを用いて実現できる。
【００４８】
外乱比較部４４は、外乱生成部３２からの外乱と、外乱抽出部４２からの一巡後の外乱とを比較し、外乱偏差（外乱誤差）を出力する。
【００４９】
係数調整部４６は、外乱比較部４４からの外乱誤差が偏差目標に近づくように、ゲイン係数を調整する。
【００５０】
ゲイン制御部４８は、調整されたゲイン係数に基づいてゲインを制御する処理（制御演算処理）を行う。これにより、増幅部５０が所与の操作量を出力し、制御対象５２の速度制御が行われるようになる。
【００５１】
なお、図１、図２の目標速度出力部１０、速度比較部２０、外乱入力部３０、ゲイン調整部４０などのブロックは、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）やＤＳＰなどのプロセッサ上で実行されるソフトウェア（プログラム）により実現してもよいし、ＡＳＩＣなどのハードウェアにより実現してもよい。或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現してもよい。
【００５２】
２．ゲインの調整
図３（Ａ）、（Ｂ）に、本実施形態のサーボ制御システムのオープン制御ループでの周波数特性のシミュレーション結果の例を示す。
【００５３】
図３（Ａ）は、ゲイン−周波数特性であり、ＦＣは、ゲインが１（０ｄＢ）になる時の周波数であるクロスオーバ周波数（零クロス周波数）である。また、図３（Ｂ）は、位相−周波数特性であり、θＭは、周波数がＦＣの時の位相余裕である。
【００５４】
クロスオーバ周波数ＦＣが高ければ高いほど、定常偏差が少なくなり、目標速度プロファイルへの追従性が良くなる。一方、周波数がＦＣの時の位相余裕θＭが小さいと、システムの安定性が悪くなる。そこで、クロスオーバ周波数ＦＣをなるべく高くしながら、なお且つＦＣにおける位相余裕θＭが大きくなるように、サーボ制御システムのシミュレーション設計を行う。そして、シミュレーション設計の完了後に、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すような、閉制御ループでの周波数特性を数値計算により得る。
【００５５】
しかしながら、制御対象に個体差や経時変化があると、ＦＣやその時の位相余裕θＭが設計値とは異なったものになってしまう。
【００５６】
このため、従来では、制御対象に個体差や経時変化があってもシステムが適正に動作するように、設計マージンを大きくせざるを得なかった。この結果、サーボ制御システムの応答速度を今一つ高くすることができなかった。
【００５７】
本実施形態によれば、クロスオーバ周波数ＦＣやその時の位相余裕θＭがシミュレーション値に近づくように、自動的にゲインが調整される。従って、ループ特性を最適にすることができ、サーボ制御システムの応答速度や安定性を大幅に向上できる。
【００５８】
より具体的には以下のようにゲインを調整する。
【００５９】
図４において、Ｄ１は、図２の外乱生成部３２により生成され、閉制御ループに入力されたサイン波（外乱）である。一方、Ｄ２は、外乱抽出部４２により抽出された一巡後のサイン波である。この場合、外乱として入力されたサイン波Ｄ１には、クロスオーバ周波数ＦＣとほぼ同一の周波数（２値化に適した周波数）を持たせる。また、外乱抽出部４２は、ＦＣ付近の周波数成分の信号を抽出するため、抽出されたサイン波Ｄ２もＦＣとほぼ同一の周波数を持つ。
【００６０】
本実施形態では、外乱比較部４４が、サイン波Ｄ１、Ｄ２のピークを検出し、Ｄ１、Ｄ２の振幅偏差Ａｅを求める。そして係数調整部４６は、この振幅偏差Ａｅが振幅偏差目標Ａｂａｎｄに近づくように、ゲイン係数を調整する。
【００６１】
或いは、外乱比較部４４が、サイン波Ｄ１、Ｄ２の位相を検出し、Ｄ１、Ｄ２の位相偏差θｅを求める。そして係数調整部４６は、この位相偏差θｅが位相偏差目標θｂａｎｄに近づくように、ゲイン係数を調整する。
【００６２】
以上のようにゲイン調整を行えば、ＦＣの周波数のサイン波（外乱）を入力すると、閉制御ループを一巡後に、図３（Ｄ）に示す位相θＡだけ遅れたサイン波が返ってくることになる。従って、サーボ制御システムの周波数特性を、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す理想的な周波数特性に近づけることができるようになる。この結果、制御対象の負荷特性の個体差や経時変化に依存せずに、ループ特性を常に最適な状態に保つことができ、サーボ制御システムの応答速度や安定度を向上できる。
【００６３】
３．速度目標プロファイル
図５に、本実施形態の制御対象の一例であるプリンタの紙送り機構、キャリッジ移動機構の例を示す。
【００６４】
紙送り機構６０は、紙送り用のモータ６２と、プーリ６４、６６、６８と、紙送りロール７０と、スリット円盤７３及び光センサ７４からなるロータリエンコーダ７２を含む。なお、エッジ検出回路７６、カウンタ７７は、図１、図２の速度検出部５４に相当するものである。
【００６５】
モータ６２がサーボ制御システム（増幅部）により駆動されると、プーリ６４、６６、６８を介して紙送りロール７０が回転すると共にスリット円盤７３も回転する。
【００６６】
すると、光センサ７４から、紙送りロール７０（モータ６２）の回転速度に応じた２相のエンコーダパルスが出力される。
【００６７】
エッジ検出回路７６は、これらの２相のエンコーダパルスに基づいて、紙送りロール７０の回転方向と各エンコーダパルスのエッジを検出し、アップパルス又はダウンパルスを出力する。カウンタ７７は、これらのアップパルス又はダウンパルスのパルス間隔をクロックで計数することで、各回転方向での回転速度を検出する。検出された回転速度は、図１、図２の速度比較部２０に入力される。
【００６８】
キャリッジ移動機構８０は、キャリッジ移動用のモータ８２と、プーリ８４と、ベルト８６と、プリンタヘッドを搭載するキャリッジ９０と、スリット円盤９３及び光センサ９４からなるロータリエンコーダ９２を含む。なお、エッジ検出回路９６、カウンタ９７は、図１、図２の速度検出部５４に相当するものである。
【００６９】
モータ８２がサーボ制御システム（増幅部）により駆動されると、プーリ８４、ベルト８６を介してキャリッジ９０が移動すると共にスリット円盤９３も回転する。
【００７０】
すると、光センサ９４から、キャリッジ９０の移動速度に応じた２相のエンコーダパルスが出力される。
【００７１】
エッジ検出回路９６は、これらの２相のエンコーダパルスに基づいて、キャリッジ９０の移動方向と各エンコーダパルスのエッジを検出し、アップパルス又はダウンパルスを出力する。カウンタ９７は、これらのアップパルス又はダウンパルスのパルス間隔をクロックで計数することで、各移動方向での移動速度を検出する。検出された移動速度は、図１、図２の速度比較部２０に入力される。
【００７２】
さて、図５に示すような紙送り機構６０、キャリッジ移動機構８０についてのゲイン調整を行う場合に、本実施形態では、以下に説明するような目標速度プロファイルを使用している。
【００７３】
図６（Ａ）は、紙送りの場合のゲイン調整に使用される目標速度プロファイルの例である。
【００７４】
この目標速度プロファイルは、定速度区間Ａ１（目標速度がほぼ一定値になる区間）と加減速区間Ｂ１１、Ｂ１２（加速又は減速する区間）を有する。
【００７５】
本実施形態の１つの特徴は、ゲイン調整時においては、通常動作時に使用される図６（Ｂ）の目標速度プロファイルの定速度区間Ａ２よりも長い定速度区間Ａ１を有する図６（Ａ）の目標速度プロファイルを用いて、図１、図２の速度比較部２０に入力する目標速度を生成している点にある。
【００７６】
ここで、図６（Ｂ）の目標速度プロファイルは、例えば、プリンタなどにおいて１枚の紙を自動的に送る時に使用するプロファイルである。
【００７７】
本実施形態では、電子機器の通常動作時には、図６（Ｂ）に示す目標速度プロファイルを用いて速度制御を行う。一方、電子機器への電源投入の際に行われるゲイン調整時においては、図６（Ａ）に示すような定速度区間Ａ１が長い目標速度プロファイルを使用する。
【００７８】
例えば図５に示す紙送り機構６０では、目標速度プロファイルの定速度区間を長くしても、紙送りロール７０が所与の回転方向に回り続けるだけであり、何ら不具合は生じない。
【００７９】
本実施形態では、この点に着目し、ゲイン調整時においては、図６（Ａ）に示すように目標速度プロファイルの定速度区間Ａ１を長くし、この長くなった定速度区間Ａ１においてゲイン調整を行うようにしている。
【００８０】
より具体的には、図７に示すように、定速度区間Ａ１において外乱入力許可信号をアクティブにし、この定速度区間Ａ１においてのみ、閉制御ループにサイン波の外乱を入力するようにする。
【００８１】
このようにすれば、ゲインの調整時間を十分に長くすることが可能になる。従って、図４の振幅偏差Ａｅ、位相偏差θｅを、偏差目標Ａｂａｎｄ、θｂａｎｄに十分に近づけることが可能になり、ループ特性を更に最適化できるようになる。
【００８２】
また図７のように、加減速区間Ｂ１１、Ｂ１２において外乱を入力しないようにすることで、システムの動作が不安定になったり、誤ったゲイン調整が行われる事態も防止できるようになる。
【００８３】
図８に、キャリッジ移動の場合のゲイン調整に使用される目標速度プロファイルの例を示す。
【００８４】
この目標速度プロファイルは、図６（Ａ）と同様に、定速度区間と加減速区間を有する。
【００８５】
そして本実施形態では、図８に示すように、制御対象を第１の方向に移動させるＦ１に示す目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力と、制御対象を第２の方向に移動させるＦ２に示す目標速度プロファイルを用いた目標速度の出力とを、交互に繰り返すようにしている。
【００８６】
即ち、図５に示すキャリッジ移動機構８０では、紙送り機構６０の紙送りロール７０とは異なり、キャリッジ９０の移動距離が制限されている。即ち、キャリッジ９０は図５のＬに示す範囲でしか移動できない。
【００８７】
このように制御対象の移動距離（並進移動距離、回転移動距離）に制限がある場合には、ゲインの調整時間を十分に長くとれないという問題がある。
【００８８】
そこで、本実施形態では図８に示すように、キャリッジ９０を例えば左方向（広義には第１の方向）に移動させるＦ１に示す目標速度プロファイルと、キャリッジ９０を右方向（広義には第２の方向）に移動させるＦ２に示す目標速度プロファイルとを交互に使用する。そして、これらの目標速度プロファイルの定速度区間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２・・・Ｃｎにおいて、ゲイン調整を行うようにする。
【００８９】
より具体的には、図９に示すように、定速度区間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２・・・Ｃｎにおいて外乱入力許可信号をアクティブにし、この定速度区間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２・・・Ｃｎにおいてのみ、閉制御ループにサイン波の外乱を入力するようにする。
【００９０】
このようにすれば、制御対象の移動距離に制限がある場合にも、ゲインの調整時間を十分に長くとることが可能になる。従って、図４の振幅偏差Ａｅ、位相偏差θｅを、偏差目標Ａｂａｎｄ、θｂａｎｄに十分に近づけることが可能になり、ループ特性を更に最適化できる。
【００９１】
また図９のように、加減速区間において外乱を入力しないようにすることで、システムの動作が不安定になったり、誤ったゲイン調整が行われる事態も防止できるようになる。
【００９２】
例えば、本実施形態と異なる手法として、速度制御ではなく位置制御において閉制御ループに外乱を入力してゲイン調整を行う手法も考えることができる。
【００９３】
そして、位置制御の場合には、制御対象の位置が元々動かないため、外乱を入力するタイミングについて考慮する必要性がない。
【００９４】
ところが、速度制御においては制御対象が常に移動している。従って、閉制御ループに外乱を入力する手法を採用した場合、何らかの工夫を施さないとゲインを上手く調整できないという課題がある。
【００９５】
このため、速度制御においては、閉制御ループに外乱を入力してゲインを調整する手法ではなく、特開平８−１６２０５号公報の従来技術のようにオープン制御ループにステップ状波形を加えてゲインを調整する手法が用いられていた。このため、ゲイン調整の精度を今一つ高めることができないという課題があった。
【００９６】
本実施形態では、速度制御における目標速度プロファイルにおいては、目標速度がほぼ一定になる定速度区間があることに着目し、この定速度区間において外乱を入力してゲインを調整することで、ゲイン調整の高精度化に成功している。
【００９７】
そして、更に、図６（Ａ）、図８に示すような通常動作時とは異なる目標速度プロファイルをゲイン調整時に使用することで、ゲイン調整の更なる高精度化に成功している。
【００９８】
４．ゲイン調整の詳細例
次に、ゲイン調整の詳細例について図１０〜図１３を用いて説明する。
【００９９】
図１０は、振幅偏差に基づくゲイン調整の詳細例を示すフローチャートであり、図１１は、この場合の外乱入力部やゲイン調整部の具体的な構成例を示す図である。
【０１００】
なお、図１１において、サイン波生成器１００が図２の外乱生成部３２に、加算器１０２が外乱加算部３４に、バンドパスフィルタ１０４及び一巡外乱ピーク検出器１０６が外乱抽出部４２に、減算器１０８が外乱比較部４４に、減算器１１０及びＫａｇ調整部１１２が係数調整部４６に、Ｋａｇ制御部１１４及びＰＩＤ（比例・積分・微分ゲイン係数）制御部１１６がゲイン制御部４８に相当する。
【０１０１】
電子機器に電源が投入されると、電子機器のキャリブレーション期間においてゲイン調整処理が行われる（ステップＳ１、Ｓ２）。
【０１０２】
このゲイン調整処理では、まず、図２の目標速度出力部１０が、図６（Ａ）、図８に示すような目標速度プロファイルを用いて目標速度を出力する（ステップＳ３）。
【０１０３】
また、図１１のサイン波生成器１００がクロスオーバ周波数ＦＣ付近の周波数を有するサイン波（外乱）を出力する（ステップＳ４）。すると、加算器１０２が、速度比較部２０からの速度偏差Ｖｅに対して、生成されたサイン波の外乱を加算する。これにより、閉制御ループに外乱が重畳される。
【０１０４】
次に、図１１のバンドパスフィルタ１０４が、一巡後のサイン波を抽出し、一巡外乱ピーク検出器１０６がピーク検出を行い、一巡サイン波振幅Ａｄｅｔを検出する。すると、減算器１０８が、サイン波生成器１００からのＡｓｉｎと、一巡外乱ピーク検出器１０６からのＡｄｅｔとの減算処理を行い、振幅偏差Ａｅ＝Ａｓｉｎ−Ａｄｅｔを求める（ステップＳ５）。
【０１０５】
次に、減算器１１０が、振幅偏差目標Ａｂａｎｄと振幅偏差Ａｅとの減算処理を行い、Ｋａｇ調整部１１２が、ＡｅとＡｂａｎｄを比較する（ステップＳ６）。即ち、Ａｅ≦Ａｂａｎｄか否かを判断し（ステップＳ７）、Ａｅ＞Ａｂａｎｄの場合にはＡｅ＜０か否かを判断する（ステップＳ８）。そして、Ａｅ＜０の場合には、ゲイン係数ＫａｇにＫｓｔｅｐを加算する（ステップＳ９）。一方、Ａｅ＞０の場合には、ＫａｇからＫｓｔｅｐを減算する（ステップ１０）。
【０１０６】
そして、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理を繰り返し、Ａｅ≦Ａｂａｎｄになったと判断されると、ゲインの調整処理が終了し、サイン波の出力を終了する（ステップＳ１１）。
【０１０７】
以上のようにすることで、振幅偏差Ａｅが振幅偏差目標Ａｂａｎｄに近づくような値に、ゲイン係数Ｋａｇが設定される。そして、Ｋａｇ制御部１１４が、このゲイン係数Ｋａｇに基づいて制御ループのゲインを制御する。これにより、ループ特性が最適化される。
【０１０８】
図１２は、位相偏差に基づくゲイン調整の詳細例を示すフローチャートであり、図１３は、この場合の外乱入力部やゲイン調整部の具体的な構成例を示す図である。図１３では、図１１の一巡外乱ピーク検出器１０６の代わりに一巡外乱位相検出器１０７が設けられている。
【０１０９】
ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は図１０のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。
【０１１０】
ステップＳ２５では、減算器１０８が、サイン波生成器１００からのサイン波位相θｓｉｎと、一巡外乱位相検出器１０７からの一巡サイン波位相θｄｅｔとの減算処理を行い、位相偏差θｅ＝θｓｉｎ−θｄｅｔを求める。
【０１１１】
次に、減算器１１０が、位相偏差目標θｂａｎｄと位相偏差θｅとの減算処理を行い、Ｋａｇ調整部１１２が、θｅとθｂａｎｄを比較する（ステップＳ２６）。即ち、θｅ≦θｂａｎｄか否かを判断し（ステップＳ２７）、θｅ＞θｂａｎｄの場合にはθｅ＜０か否かを判断する（ステップＳ２８）。そして、θｅ＜０の場合には、ゲイン係数ＫａｇにＫｓｔｅｐを加算する（ステップＳ２９）。一方、θｅ＞０の場合には、ＫａｇからＫｓｔｅｐを減算する（ステップ３０）。
【０１１２】
そして、ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を繰り返し、θｅ≦θｂａｎｄになったと判断されると、ゲインの調整処理が終了し、サイン波の出力を終了する（ステップＳ３１）。
【０１１３】
以上のようにすることで、位相偏差θｅが位相偏差目標θｂａｎｄに近づくような値に、ゲイン係数Ｋａｇが設定される。そして、Ｋａｇ制御部１１４が、このゲイン係数Ｋａｇに基づいて制御ループのゲインを制御する。これにより、ループ特性が最適化される。
【０１１４】
５．電子機器
次に、本実施形態のサーボ制御システムを含む電子機器の例について説明する。
【０１１５】
例えば図１４に電子機器の１つであるプリンタの内部ブロック図を示し、図１５（Ａ）にその外観図を示す。
【０１１６】
ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）５００はシステム全体の制御などを行う。操作部５１０はプリンタをユーザが操作するためのものである。ＲＯＭ５１２には、制御プログラム、フォントなどが格納され、ＲＡＭ５１４はＣＰＵ５００のワーク領域として機能する。表示パネル５１６はプリンタの動作状態をユーザに知らせるためのものである。
【０１１７】
図１４では、図１、図２の速度比較部２０、外乱入力部３０、ゲイン調整部４０が、ＣＰＵ５００上で動作するソフトウェアにより実現されている。
【０１１８】
ゲイン調整部４０からのデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器５１８、５２２によりアナログ信号に変換される。そして、このアナログ信号を受けたモータドライバ５２０、５２４（増幅部）は、図５に示す紙送り機構６０、キャリッジ移動機構８０のモータ６２、８２を駆動する。そして、紙送り速度、キャリッジ移動の速度は、エッジ検出回路７６、カウンタ７７、エッジ検出回路９６、カウンタ９７により検出され、ＣＰＵ５００上で動作する速度比較部２０に伝えられる。速度比較部２０は、この検出速度と、ＲＯＭ５１２に記憶される目標速度プロファイルにより特定される目標速度との比較処理を行うことになる。
【０１１９】
なお、本実施形態のサーボ制御システムが適用される電子機器はプリンタに限定されない。例えば図１５（Ｂ）に示すスキャナや、図１５（Ｃ）に示す光ディスクドライブ（ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ）などの種々の電子機器に適用できる。
【０１２０】
本実施形態のサーボ制御システムを電子機器に用いれば、電子機器の処理の高速化（例えばプリントアウト処理の高速化）にも対応できるようになる。また、サーボ制御システムが安定して動作するため、電子機器の信頼性も高めることができる。また、電子機器に個体差、経時変化があった場合にも、電子機器の処理速度や処理の安定性を最適な状態に保つことができるようになる。
【０１２１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１２２】
例えば、外乱入力部やゲイン調整部の構成も、図２で説明した構成が特に望ましいが、これに限定されるものではない。
【０１２３】
また、使用する目標速度プロファイルも、図６（Ａ）、図８で説明したものが特に望ましいが、これに限定されるものではない。
【０１２４】
また、本発明のサーボ制御システムの制御対象としては、プリンタの紙送り機構やキャリッジ移動機構が最適であるが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のサーボ制御システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のサーボ制御システムの詳細な構成例を示す図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）はオープン制御ループでの周波数特性の例を示す図であり、図３（Ｃ）、（Ｄ）は閉制御ループでの周波数特性の例を示す図である。
【図４】振幅偏差、位相偏差に基づくゲインの調整手法について説明するための図である。
【図５】プリンタの紙送り機構、キャリッジ移動機構の例について示す図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、紙送りの場合のゲイン調整に使用される目標速度プロファイルについて説明するための図である。
【図７】定速度区間において外乱を入力する手法について説明するための図である。
【図８】キャリッジ移動の場合のゲイン調整に使用される目標速度プロファイルについて説明するための図である。
【図９】定速度区間において外乱を入力する手法について説明するための図である。
【図１０】本実施形態のゲイン調整の詳細例について説明するためのフローチャートである。
【図１１】外乱入力部、ゲイン調整部の具体例について示す図である。
【図１２】本実施形態のゲイン調整の詳細例について説明するためのフローチャートである。
【図１３】外乱入力部、ゲイン調整部の具体例について示す図である。
【図１４】電子機器の１つであるプリンタの内部ブロック図の例である。
【図１５】図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、種々の電子機器の外観図の例である。
【符号の説明】
１０    目標速度出力部
２０    速度比較部
３０    外乱入力部
３２    外乱生成部
３４    外乱加算部
４０    ゲイン調整部
４２    外乱抽出部
４４    外乱比較部
４６    係数調整部
４８    ゲイン制御部
５０    増幅部
５２    制御対象
５４    速度検出部
６０    紙送り機構
６２    モータ
６４、６６、６８  プーリ
７０    紙送りロール
７２    ロータリエンコーダ
７３    スリット円盤
７４    光センサ
７６    エッジ検出回路
７７    カウンタ
８０    キャリッジ移動機構
８２    モータ
８４    プーリ
８６    ベルト
９０    キャリッジ
９２    ロータリエンコーダ
９３    スリット円盤
９４    光センサ
９６    エッジ検出回路
９７    カウンタ
１００  サイン波生成器
１０２  加算器
１０４  バンドパスフィルタ
１０６  一巡外乱ピーク検出器
１０７  一巡外乱位相検出器
１０８、１１０  減算器
１１２  Ｋａｇ調整部
１１４  Ｋａｇ制御部
１１６  ＰＩＤ制御部
【図１】
0003700527.tif 000002
【図２】
0003700527.tif 000003
【図３】
0003700527.tif 000004
【図４】
0003700527.tif 000005
【図５】
0003700527.tif 000006
【図６】
0003700527.tif 000007
【図７】
0003700527.tif 000008
【図８】
0003700527.tif 000009
【図９】
0003700527.tif 000010
【図１０】
0003700527.tif 000011
【図１１】
0003700527.tif 000012
【図１２】
0003700527.tif 000013
【図１３】
0003700527.tif 000014
【図１４】
0003700527.tif 000015
【図１５】
0003700527.tif 000016