(57)【要約】【課題】モータの回転ムラや騒音を従来技術よりも広い回転数範囲で低減でき、かつ制御の安定性を維持できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表わす信号であって、前記磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力するモータ駆動部を制御するモータ制御装置であって、前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記モータの磁極の数を表す極数と前記モータの回転数とに応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部を含み、前記制御ゲイン設定部は、前記特定の周波数に応じて前記応答性の低下量を漸増あるいは漸減させる。【選択図】図１
2019162011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表わす信号であって、前記磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力するモータ駆動部を制御するモータ制御装置であって、
前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記モータの磁極の数を表す極数と前記モータの回転数とに応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部を含み、
前記制御ゲイン設定部は、前記特定の周波数に応じて前記応答性の低下量を漸増あるいは漸減させる、
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御ゲイン設定部は、第1の所定周波数以下では前記応答性を低下させず、前記第１の所定周波数から第２の所定周波数まで回転数に比例して前記応答性の低下量を変化させること、
を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の所定周波数より高い周波数では複数の所定周波数において異なる前記低下量とし、その間の周波数では前記低下量を補完して変化させること、
を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御ゲイン設定部は、複数の特定周波数に対してそれぞれ応答性を低下させるフィルタ手段を含み、
前記複数の特定周波数における応答性の低下量は周波数に対して同じ関数で変化させること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御ゲイン設定部は、前記回転位置検出信号と前記目標信号の偏差を得る偏差手段よりも後段に挿入されていること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記モータの回転数が所定値以下のとき前記フィルタ手段を使用しない設定を行なうこと、
を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表わす信号であって、前記磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力するモータ駆動部を制御するモータ制御方法であって、
前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御するに際して、
前記モータの磁極の数を表す極数と前記モータの回転数とに応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定し、
前記特定の周波数に応じて前記応答性の低下量を漸増あるいは漸減させる、
ことを特徴とするモータ制御方法。
【請求項８】
画像を転写するシートを搬送する複数のローラとそれら複数のローラを駆動する一つ以上のモータと、前記モータの駆動を制御する少なくとも一つのモータ制御装置とを有し、
前記モータ制御装置の少なくとも一つが請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置である、
ことを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転モータの速度や位置を検出し、これを目標値に一致させるよう制御するフィードバック制御技術は以前から知られている。このためにはモータ軸にエンコーダを取り付けるのが一般的である。
【０００３】
しかし、エンコーダを取り付けるとコスト増となり、またサイズも大きくなるため、エンコーダ等の位置検出手段を用いずに位置や速度を検出したいという要請がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、エンコーダを用いず、もともとブラシレスモータの駆動電圧をモータ角に応じて各コイルに順次転流させるために設けられていた複数のホール素子を用いて、ホーエンコーダと等価な高分解能な回転位置検出信号を生成する技術が開示されている。駆動転流用にはホール信号のゼロクロスで比較的分解能の粗い角度情報を用いるが、位置・速度制御用の回転位置検出信号としては、ホール信号ゼロクロス前の正弦波をマルチレベルスライスするなどしてゼロクロスよりも高い分解能の位置情報を得る。
【０００５】
しかし、複数のホール素子の角度配置ずれや感度ばらつき、あるいはホール信号のオフセット等により、生成した回転位置検出信号（擬似エンコーダ信号）は周期的な位相ずれを持ってしまう。その周期はモータ回転子（ロータ）の着磁極ペア（極対）あたり1回あるいはn（n>=1）回になることがわかっている。モータの一周の極対の数は3から6極対程度のことが多く、6極対（つまり12極）の場合は、モータ回転数の6倍（n=1)や12倍（n=2）の周波数成分を有する周期的な検出位置ずれが生じることになる。
【０００６】
この位置検出信号（擬似エンコーダ信号）を用いて速度制御を行うと、位置検出信号から抽出した検出速度が目標値に一致するように制御するので、検出速度に周期的なずれがあると、制御が追従してしまい、モータ速度に周期的ずれ、すなわち回転ムラが生じてしまう。
【０００７】
特許文献２には、制御ループ中に、この擬似エンコーダ信号に含まれる周期的なずれ成分を打ち消すようなノッチフィルタ（特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部）を挿入することにより、当該周期的ずれに追従制御されて起こる回転ムラを低減できるように構成が開示されている。
【０００８】
しかし、このノッチフィルタの中心周波数（ゲイン低下させたい中心周波数）が制御の交差周波数（制御ループ一巡伝達関数のゲインが0dBになる周波数）に近いと、フィルタの位相遅れが交差周波数における位相余裕を低下させ、速度や位置制御が不安定になったり発振したりする。これを避けるため、特許文献２では、交差周波数以下、望ましくは交差周波数の１．５倍の周波数以下ではフィルタでゲイン低下させない（ゲインを１とする）のが好ましいとしている。
【０００９】
このため、特許文献２の技術では、制御の交差周波数の１．５倍以下ではフィルタが効かず、擬似エンコーダムラに起因する回転ムラを低減できない。また、この帯域でフィルタを効かせようとすると位相余裕不足により制御が不安定になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、従来のモータ制御装置では、モータの回転ムラの低減がふじゅうぶんであり、また、所望の周波数帯域でのフィルタを効かせようとすると、位相の余裕に不足が生じ、それにより制御が不安定になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンコーダ等の高価な位置検出手段を用いることなくモータの位置検出信号を生成できるモータ駆動手段を用い、その位置検出信号に周期的な誤差があっても、これを使って制御したときの回転ムラや騒音を従来技術よりも広い回転数範囲で低減でき、かつ制御の安定性を維持できるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ制御装置は、モータの磁極位相を表す磁極位相信号を変換して、前記モータの出力軸の回転量および回転方向を表わす信号であって、前記磁極位相信号に対して分解能の高い回転位置検出信号を出力するモータ駆動部を制御する。モータ制御装置は、前記回転位置検出信号と、目標信号とに基づいて、前記モータ駆動部が前記モータに供給すべき電力を制御する制御部を備える。前記制御部は、前記モータの磁極の数を表す極数と前記モータの回転数とに応じて、特定の周波数の応答性が低下するように制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部を含み、前記制御ゲイン設定部は、前記特定の周波数に応じて前記応答性の低下量を漸増あるいは漸減させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モータの回転ムラや騒音を広い回転数範囲で低減でき、かつ制御の安定性を維持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態１のモータ制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図２】図２は、ホール素子２２，２３，２４とモータ２の関係を説明する図である。
【図３】図３は、ホール信号とそこから生成される信号例を示す図である。
【図４】図４は、フィルタ係数算出手段の構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は、第１の減衰率算出部と第２の減衰率算出部の算出アルゴリズムをＣ言語に準じた表記で示す図である。
【図６】図６は、第１の減衰率算出部と第２の減衰率算出部の算出アルゴリズムの説明図である。
【図７】図７は、フィルタ手段の構成例を示す図である。
【図８】図８は、２つのノッチフィルタの信号処理のフロー（シグナルフロー）の一例を示すフロー図である。
【図９】図９は、２つのノッチフィルタの周波数特性例を示す図である。
【図１０】図１０は、フィルタ係数算出手段で設定したフィルタ特性を、比較的低い回転数で運用したときのフィルタ手段の周波数特性例を示す図である。
【図１１】図１１は、フィルタ係数算出手段で設定したフィルタ特性を、比較的高い回転数で運用したときのフィルタ手段の周波数特性例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２のモータ制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３のモータ制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４のモータ制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図１５】図１５は、実施形態１から４のいずれかのモータ制御装置を有する画像処理装置の概略構成を示す図である。
【図１６】図１６は、画像処理装置内の転写紙を搬送する機構を説明するための要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１のモータ制御装置の機能構成を説明するブロック図である。本実施形態のモータ制御装置１は、モータ２を駆動させるモータ駆動部３を制御する制御部４を有する。モータ制御装置１は、制御部４により、クロックＣＬＫの数と周波数が、モータ２の出力軸の回転角度（モータ角）と角速度に比例するように、モータ２の駆動を制御する。
【００１７】
ＣＬＫは、指令クロックパルスを意味し、このＣＬＫの数がモータ駆動制御における位置指令となり、このＣＬＫの周波数がモータ駆動制御における速度指令となる。
【００１８】
図１中、符号５は周波数検出手段で、指令クロックＣＬＫの周波数を検出して速度指令ftgtを出力する。具体的には、周波数掲出手段５によるＣＬＫの周波数検出は、ＣＬＫの周期を計測して、その逆数を演算する、あるいはＣＬＫの数をカウントして一定時間毎にカウント値の差分をとる、など公知の手法で、実現できる。
【００１９】
図１中、符号６は計数手段で、ＣＬＫのエッジ数をカウントして位置指令ｘｔｇｔを出力する。また、図中の符号Ａ、Ｂはモータ２の位置検出結果である２相パルスを示す。この２相パルスＡ，Ｂでは、モータ２の出力軸が所定角移動する毎にパルスエッジが到来する。また、モータ２の出力軸の回転方向により、２相パルスＡ，Ｂの位相関係が逆転するようになっているのが好ましい。例えば、２相パルスＡ，Ｂのパルス数がモータ２の出力軸が１周毎に等間隔に９０発出るように設計されていると、２相パルスＡ，Ｂの両エッジでは、その４倍の３６０発となり、モータ２の出力軸が１度移動（回動）する毎に、１エッジが到来することになる。また、例えば、回転方向が正転の場合は、パルスＡ相がパルスＢ相よりも進み位相となり、回転方向が逆転の場合は、パルスＢ相がパルスＡ相よりも進み位相となる。
【００２０】
周波数検出手段７は、位置検出パルスＡまたはＢ、あるいは両方のエッジ到来周波数を検出して、モータ２の出力軸の回転速度に応じた検出速度fdetを出力する。周波数検出手段７は、例えば、パルスＡおよびＢの両エッジをカウントして一定時間毎にカウント値を差分することにより、両エッジ周波数相当値を検出する。周波数検出手段７は、あるいは、パルスＡの立ち上がりエッジ周期を計測して逆数をとってもよい。これらはいずれも公知の手法であるが、カウント値の差分を用いると、速度ゼロを含む低周波数でも検出可能であり、位置ホールド、すなわち目標速度ゼロで、モータ２の出力軸の現在位置を維持する制御が可能になる。
【００２１】
計数手段８は、２相の位置検出パルスＡ、Ｂのエッジをカウントして、モータ２の出力軸の角度相当値である検出位置xdetを出力する。パルスＡとＢの位相関係がモータ２の出力軸の回転方向によって逆転する場合は、カウントも位相関係により公知の手法でアップダウンさせることができ、正しく現在角度相当値を得ることができる。
【００２２】
位置制御手段９は、位置指令xtgtと検出位置xdetの差に比例した位置制御値xctlを出力する。この位置制御値xctlを位置指令xtgtと検出位置xdetの差から求める計算式は、例えば、下式（１）のようになる。
xctl = Gpp * (xtgt - xdet)            （１）
式中、Gppは位置制御ゲイン（設計で決められる定数）をしめす。
【００２３】
速度制御手段１０は、速度指令ftgtと位置制御値xctlの加算値と検出速度fdetの差（速度偏差）が小さくなるように、速度制御値fctlを出力する。好ましくは、定常速度偏差を0にするために、偏差に比例した値と偏差を積分した値を加算して制御値とする、比例積分制御演算を行う。積分をラプラス演算子「1/s」で表すと、計算式は、たとえば下式（２）のようになる。
verr = ftgt+xctl - fdet    （verrは速度偏差）
fctl = Gvp*verr + Gvi*verr*(1/s)                          （２）
式（２）中、Gvpは速度制御比例ゲイン（設計で決められる定数）であり、Gviは速度制御積分ゲイン（設計で決められる定数）であり、1/sは積分を表す（公知の表現）。
【００２４】
このようにすると、速度偏差が０、すなわち、ftgt=fdetになるように、かつ位置偏差も０、すなわち、xtgt=xdetになるように、速度制御値fctlが制御される。
【００２５】
速度指令ftgtを速度偏差に加算せず、位置制御値xctlと検出速度fdetだけで、速度偏差を作ってもよい。しかし、この場合は、xctl=fdetとなり、位置偏差はxctl/Gppで結局fdet/Gppとなり、速度に比例した位置偏差が生じることになる。速度指令ftgtを速度偏差に加算することで、位置偏差を速度によらず０にできる。
【００２６】
また、このような位置制御ループにより、ＣＬＫが到来しないときは、外力があっても現在位置を維持するようホールド制御される。
【００２７】
次に、フィルタ手段１１は、速度制御値fctlを入力し、ここから特定の周波数成分を減衰させた制御量ctlを出力する。この例では、２つの特定周波数成分を減衰させるフィルタ構成となっており、その特性を決めるフィルタ係数群cn1とcn2も入力される。
【００２８】
フィルタ係数算出手段１２は、速度指令ftgtとモータ極対数pから、２つのフィルタのそれぞれの中心周波数fn1,fn2と、中心周波数におけるゲインGn1,Gn2を算出し、これらから、それぞれのフィルタ係数群cn1,cn2を算出してフィルタ手段１１に与える。
【００２９】
中心周波数におけるゲインGn1,Gn2は、フィルタが減衰フィルタであるので、１．０倍以下である。つまり、特定の周波数の応答性を低下させることになる。本願では、Gn1,Gn2を減衰率あるいは低下量と呼ぶことがある。
【００３０】
後述するように、この中心周波数における減衰率は、中心周波数fn1あるいはfn2が高域になるほど、１．０倍よりも次第に小さく、すなわち、低下量が大きくなるように、算出される。
【００３１】
モータ駆動部３は、制御部４からの制御量ctlに応じた電圧あるいは電流でモータ２を回転駆動し、モータの出力軸の回転角に応じた位置検出信号Ａ、Ｂを出力する。
【００３２】
モータ駆動部３の駆動手段２０は、制御量ctlに比例した電圧あるいは電流をモータ２のモータコイルに供給してモータ２を回転駆動する。この例では、３相モータを使っており、制御量ctlに比例した電圧あるいは電流を、ホールエンコーダ２１からのゼロクロス信号を使って電気角（モータの着磁１極対を３６０度とする角度単位）６０度ごとに３相コイルＵ，Ｖ，Ｗに配分することで回転トルクを発生させて、モータ２を回転駆動する。
【００３３】
モータ２は、この例では３相コイルによるステータと、多極着磁されたロータ（回転子）からなり、ステータが発生した回転磁界によりロータ磁石の電磁作用によりロータが回転する。
【００３４】
ホール素子２２，２３，２４は、ロータ磁石の磁界を検出して、磁極対の回転とともに正弦波状のホール信号を出力する。３つのホール素子２２，２３，２４を電気角１２０度離間させて配置することで、１２０度ずつ位相のずれたホール信号h1,h2,h3を出力させることができる。なお、これら信号の出力手段は、ホール素子に限らず、他のセンサデバイスを使ってもよい。ロータの磁極に応じた周期的な信号を生成する手段であればよい。
【００３５】
上記ホール素子２２，２３，２４とモータ２の関係を図２に示す。図中、Ｕ，Ｖ，Ｗは３相コイル端で、コイルは図示していない。
【００３６】
モータ２のロータ３０は、ここでは８極（４極対）に着磁されている。１対のＮ極Ｓ極で作られる角度（ここではモータ角９０度）を３６０度とした角度単位が電気角と呼ばれる。ホール素子２２，２３，２４は電気角１２０度ずつずらして配置される。
【００３７】
図１に戻って、モータ駆動部３の説明を続ける。Ｈａｌｌホールエンコーダ２１は、ホール信号h1,h2,h3から、それぞれのゼロクロス信号（zero cross）を生成して、駆動手段２０に与える。さらに、ホール信号h1,h2,h3をゼロレベルだけでなく多レベルでスライスして、ゼロクロスよりも高分解能な位置検出パルス信号Ａ、Ｂを生成する。
【００３８】
次に、ホール信号h1,h2,h3とそこから生成される信号例を、図３に示す。信号h1,h2,h3は、ホール素子２２，２３，２４から得られる正弦波状のホール信号で、電気角３６０度で一周する。
【００３９】
図３中の符号h1z,h2z,h3zは、ホール信号h1,h2,h3をゼロクロスでスライスしたデジタル信号で、駆動手段２０で用いられる。このデジタル信号h1z,h2z,h3zを用いると、回路構成が簡単になり、モータ駆動部３が安価になるメリットがある。なお、ホール素子出力は差動の「+」端子と「-」端子になっているものがあり、端子間の差動電圧をh1,h2,h3とし、端子間の電圧比較結果をh1z,h2z,h3zとしてもよい。
【００４０】
パルス信号Ａ、Ｂは、ホール信号h1,h2,h3をゼロレベルだけでなく多レベルでスライスした結果から得られた、２相の高分解能位置検出信号である。これは、例えば、特開2015-019563に開示の技術により生成することができる。
【００４１】
このような構成で、クロックＣＬＫの数と周波数がモータ角と角速度に比例するように、モータ２を駆動制御する。
【００４２】
ホール素子２２，２３，２４の配置ずれ（１２０度離間配置からのずれ）や、ホール信号振幅のばらつきやオフセットなどに起因して、ホール信号から得られる位置検出信号Ａ、Ｂのエッジ位相や周波数は極対の数に応じた周期的なずれが生じてしまう。このＡ、Ｂ信号を使って速度および位置制御すると、その周期的ずれに追従して制御が行われるので、回転ムラや騒音を引き起こす場合がある。
【００４３】
そこで、フィルタ手段１１と、フィルタ係数算出手段１２により、極対の数と回転数に応じた特定周波数成分を、その周波数に応じて可変させた減衰率で減衰させることで、当該周期的なずれ成分を除去して、回転ムラや騒音を低減させることができる。
【００４４】
このとき、特定周波数の減衰率を、速度制御の交差周波数（一巡伝達関数のゲインが０ｄＢになる周波数）まで次第に弱くする、言い換えると、速度制御の交差周波数から高域の減衰率を次第に大きくすることで、交差周波数近傍でもフィルタによる回転むら低減効果を得ることができる。また、このとき、交差周波数近傍では減衰率を弱くなるので、位相余裕を確保して制御を安定に保つことができる。
【００４５】
フィルタ係数算出手段１２の構成例を図４に示す。第１の固定値乗算部４０で、速度指令ftgtからモータ回転数fm（Hz）を算出する。具体例としては、位置検出パルスＡ、Ｂのモータ１周分のエッジ数、すなわち１周のエンコーダカウント数Nencの逆数を乗算する。
【００４６】
次に、第２の固定値乗算部４１で、モータ回転数fmにロータの着磁極対の数p（図２の８極着磁であれば４）を乗じる。結果は、第１フィルタの減衰中心周波数fn1（Hz）である。
【００４７】
次に、第３の固定値乗算部４２で、モータ回転数fmにロータの着磁極対の数pの２倍（図２の８極着磁であれば８）を乗じる。結果は、第２フィルタの減衰中心周波数fn2（Hz）である。
【００４８】
これら周波数fn1,fn2が、モータ回転数と極対の数pに応じた特性周波数であり、式で表すと、
fm = ftgt/Nenc        （モータ回転数）
fn1 = fm * p          （極対数倍の周波数成分）
fn2 = fm * 2p         （極対数の2倍の周波数成分）
となる。
【００４９】
次に、第１の減衰率算出部４３で、第１フィルタの中心周波数fn1におけるゲイン（減衰率）Gn1を算出する。Gn1は周波数に応じて小さく（高域ほどゲインを小さく、すなわち減衰率を大きく）する。
【００５０】
また、第２の減衰率算出部４４で、第２フィルタの中心周波数fn2におけるゲイン（減衰率）Gn2を算出する。Gn2は周波数に応じて小さく（高域ほどゲインを小さく、すなわち減衰率を大きく）する。
【００５１】
図５に、上記第１の減衰率算出部４３と第２の減衰率算出部４４の算出アルゴリズムをＣ言語に準じた表記で示す。第１の減衰率算出部４３と第２の減衰率算出部４４による算出は、ともに同じアルゴリズムでよい。
【００５２】
入力周波数をfとする。
fが所定周波数f1より小さいとき、減衰率は固定値g1となる。
fが所定周波数f1からf2までは、減衰率は直線P12*f+Q12にしたがう。
fが所定周波数f2からf3までは、減衰率は直線P23*f+Q23にしたがう。
fが所定周波数f3以上では、減衰率は固定値g3となる。
【００５３】
図６に、第１の減衰率算出部４３と第２の減衰率算出部４４の算出アルゴリズムを図解で示す。
【００５４】
周波数f1以下ではg1となり、周波数f2でg2となり、周波数f3でg3となり、周波数f3以上でもg3となるように、周波数fの関数となる直線で補完する。したがって、直線P12*f+Q12およびP23*f+Q23の係数は以下のようになる。
P12 = (g2-g1)/(f2-f1) （f1-f2区間ゲイン直線傾き）
Q12 = g1-P12*f1 （f1-f2区間ゲイン直線切片）
P23 = (g3-g2)/(f3-f2) （f2-f3区間ゲイン直線傾き）
Q23 = g2-P23*f2 （f2-f3区間ゲイン直線切片）
【００５５】
好ましくは、周波数f1を速度制御の交差周波数近傍とし、f2をf1の１．５倍、f3をf1の２倍程度とする。また、ゲインg1は１倍とし、ゲインg2は、例えば、０．２倍、ゲインg3は、例えば、０．１倍程度とする。
【００５６】
こうすることで、交差周波数近傍以下では、フィルタ減衰させずに制御の安定性を維持し、交差周波数からその１．５倍にかけてはフィルタ減衰率が比例的に増加する（低いゲインになる）ため、フィルタ効果を得るとともに制御の位相余裕を確保できる。さらに、その高域では異なる直線で減衰率が変化する。
【００５７】
２点以上の折れ点で減衰率変化を直線補完することで、直線という簡単な算出方法を使った低コストな処理装置でありながら自由度の高い減衰率変化を実現できる。したがって、減衰率変化特性をシステムの位相余裕やその他の条件に応じて最適化できる。
【００５８】
図４に戻り、フィルタ係数算出手段１２の説明を続ける。第１の係数算出部４５は、第１フィルタの係数算出手段であり、中心周波数fn1、減衰率Gn1、および先鋭度Qn1からデジタルフィルタの各係数（a1,a2,b0,b1,b2をまとめてcn1と表記）を算出して、算出値をフィルタ手段１１の第１フィルタに与える。符号Qn1は減衰特性の急峻度を決めるパラメータで、中心周波数の周辺での減衰率と位相が変わってくるので、回転ムラ低減特性と制御安定性のトレードオフで決める。これも中心周波数に応じて可変させてもよいが、ここでは簡単に固定値とする。
【００５９】
第２の係数算出部４６は、第２フィルタの係数算出手段であり、中心周波数fn2、減衰率Gn2、および先鋭度Qn2からデジタルフィルタの各係数（a1,a2,b0,b1,b2をまとめてcn2と表記）を算出して、フィルタ手段１１の第２フィルタに与える。符号Qn2は減衰特性の急峻度を決めるパラメータで、中心周波数の周辺での減衰率と位相が変わってくるので、回転ムラ低減特性と制御安定性のトレードオフで決める。これも中心周波数に応じて可変させてもよいが、ここでは簡単に固定値とする。
【００６０】
第１の係数算出部４５と第２係数算出部４６による係数算出は、サンプリング周波数fs(Hz)の２次IIRデジタルフィルタでは、例えば、下式のようにすればよい。ここでは、フィルタ番号（1,2など）は省略して、中心周波数fn、減衰率Gn、先鋭度Qnとしている。
wn = 2pi*fn;              （piは円周率）
w0 = wn/fs;                （fsはサンプリング周波数）
An = sqrt(Gn);
alfa = sin(w0)/(2*Qn);
a0 = 1+alfa/An;
a1 = -2*cos(w0)/a0;
a2 = (1-alfa/An)/a0;
b0 = (1+alfa*An)/a0;
b1 = -2*cos(w0)/a0;
b2 = (1-alfa*An)/a0;
【００６１】
図７に、フィルタ手段１１の構成例を示す。フィルタ手段１１は、図に示すように、特定周波数を減衰させるノッチフィルタ５１とノッチフィルタ５２とを有する。ノッチフィルタ５１は前述の第１のフィルタに相当し、ノッチフィルタ５２は前述の第２のフィルタに相当する。
【００６２】
ノッチフィルタ１とノッチフィルタ２には、公知の２次IIRデジタルフィルタで実装する場合は、その係数a1,a2,b0,b1,b2が入力されるが、ここでは、それらをまとめて、第１フィルタの係数はcn1、第２フィルタの係数はcn2と表記している。
【００６３】
図７では、各フィルタの入力をx、出力をyで示している。ノッチフィルタ１とノッチフィルタ２は、縦続（カスケード）に接続され、周波数特性は両者を合わせたものになる。すなわち、これらフィルタ５１および５２の特定周波数成分を減衰させることができる。フィルタ手段１１を構成するフィルタの数は、1つでもよく、多段でもよい。フィルタが１つの場合でも、本願の基本的な効果を得ることができるが、さらに多段のフィルタ構成にすれば、より高い効果を得ることができる。
【００６４】
図８は、ノッチフィルタ５１とノッチフィルタ５２の信号処理のフロー（シグナルフロー）の一例を示すフロー図である。図８の例では、ノッチフィルタ５１および５２は、IIR（Infinite Impulse Response）型と呼ばれるデジタルフィルタであり、サンプリング周波数fs(Hz)で動作する。図中、Z-1は1サンプル遅延を示し、a1,a2,b0,b1,b2は係数乗算を示し、係数値は外部から与えられる。また、図中、xは入力を示し、yは出力を示している。
【００６５】
また、最新のx値をx[n]、１サンプル前のx値をx[n-1]、２サンプル前のx値をx[n-2]とする。また、最新のy値をy[n]、１サンプル前のy値をy[n-1]、２サンプル前のy値をy[n-2]とする。この信号処理は下式（３）の演算で実現される。
y[n] = b0*x[n] + b1*x[n-1] + b2*x[n-2] - a1*y[n-1] - a2*y[n-2]          （３）
【００６６】
図９に、ノッチフィルタ１とノッチフィルタ２の周波数特性例を示す。ここでは、中心周波数fnを100Hz、先鋭度Qnを１０とし、ゲイン（減衰率）が０．１倍（−２０ｄＢ）の場合と０．５倍（−６ｄＢ）の場合のゲイン（実線：左軸）と位相（破線：右軸）をプロットしている。減衰率０．５倍のほうが、中心周波数より低域の位相遅れが少ないことがわかる。したがって、中心周波数と速度制御帯域は近い場合は減衰率を下げた（ゲインを大きくした）ほうが位相遅れが少なく、制御の位相の余裕を確保しやすい。
【００６７】
図１０に、フィルタ係数算出手段１２で設定したフィルタ特性を、比較的低い回転数で運用したときのフィルタ手段１１の周波数特性例を示す。
【００６８】
設定例と回転数は、以下のようにしている。
fs=5000 Hz      （サンプリング周波数）
Nenc=720          （エッジ/モータ1周）
ftgt=10800 Hz
p=6              （極対）
f1=60 Hz
f2=100 Hz
f3=200 Hz
g1=1
g2=0.2
g3=0.1
fm=10800/720 =15 Hz    （回転数）
fn1=15*6 =90 Hz    （ノッチフィルタ５１中心周波数）
fn2=15*12 =180 Hz  （ニッチフィルタ５２中心周波数）
Gn1=10, Qn2=10
【００６９】
したがって、各フィルタの中心周波数でのゲインは、
Gn1=0.4
Gn2=0.12
と算出される。
【００７０】
f1が制御帯域近傍とすると、fn1はその１．５倍より低いが、減衰率が０．４と高くない。そのため、位相遅れは小さく、制御を不安定にすることがない。それでいて回転ムラの低減効果も得ることができる。
【００７１】
この場合のフィルタ手段１１（２つの合成フィルタ）のf1（=60Hz）における位相遅れは約１２度であり、一般に、この程度の位相遅れは、制御の安定性上許容できる。
【００７２】
図１１に、フィルタ係数算出手段１２で設定したフィルタ特性を、比較的高い回転数で運用したときのフィルタ手段１１の周波数特性例を示す。
【００７３】
設定例と回転数は以下のようにしている。
fs=5000 Hz      （サンプリング周波数）
Nenc=720          （エッジ/モータ1周）
ftgt=25200 Hz
p=6              （極対）
f1=60 Hz
f2=100 Hz
f3=200 Hz
g1=1
g2=0.2
g3=0.1
fm=25200/720 =35 Hz    （回転数）
fn1=35*6 =210 Hz    （ノッチフィルタ５１中心周波数）
fn2=35*12 =420 Hz  （ノッチフィルタ５２中心周波数）
Gn1=10, Qn2=10
【００７４】
したがって、各フィルタの中心周波数でのゲインは、
Gn1=0.1
Gn2=0.1
と算出される。
【００７５】
この場合は、fn1,fn2ともf1（制御帯域近傍）より十分高く、減衰率が０．１と高いが、f1での位相遅れが少ない。そのため、制御の位相の余裕は確保されるので、問題はない。
【００７６】
ちなみに、この条件での６０Ｈｚにおけるフィルタ手段１１の位相遅れは約７度と小さく、制御安定性上の問題はない。
【００７７】
なお、図１で、フィルタ手段１１は速度制御手段１０よりも後段に配置されているが、この配置に限定されるものではなく、速度偏差演算（verr=ftgt+xctl-fdet）よりも後段であればよい。
【００７８】
位置検出信号の周期的なずれを直接低減するためには、周波数検出手段７の速度検出出力fdetに対してフィルタを挿入するだけでなく、計数手段８の位置検出出力xdetに対しても挿入しなければならない。なぜなら、位置制御手段９と速度制御手段１０の演算では位置fdetとxdetの両方を用いるからである。そのためにはフィルタ手段は２系統必要となり、コストアップしてしまう。これに対して、速度偏差演算後にフィルタ手段１１を挿入することにより、フィルタ手段１１は１系統だけで位置と速度の周期的な検出ずれを合わせて低減できるので、低コストな装置が得られる。
【００７９】
また、最適な構成としては、速度偏差演算直後かつ比例積分制御演算前にフィルタ手段１１を挿入することが好ましい。なぜなら、安価な固定小数演算装置を用いた場合、乗算を行うとその出力は小数部が増えて長い語長（ｂｉｔ長）になるが、比例積分制御演算前であれば、乗算が行われていないか回数が少ないので、語長が短くて済むからである。語長が短いほど、フィルタ演算は低コストな処理手段を用いることができる。
【００８０】
また、図４および図７を用いて説明したように、フィルタ手段１１は２個のフィルタ（ノッチフィルタ５１および５２）で構成され、その減衰率変化特性は減衰率算出手段（第１の減衰率算出手段４５および第２の減衰率算出手段４６）で算出されるが、どちらも同じアルゴリズム（図５）で算出される。
【００８１】
上記実施形態１において、図５および図６を用いて説明したｆ１がクレームに記載の第１の所定周波数に相当し、ｆ２がクレームに記載の第２の所定周波数に相当する。また、ｆ２およびｆ２がクレームに記載の複数の所定周波数に相当する。また、フィルタ手段１１がクレームに記載の制御ゲイン設定部に相当する。
【００８２】
（実施の形態２）
次に、モータ制御装置の実施形態２を、図１２を参照して説明する。実施形態２のモータ制御装置１Ａは、選択手段６０が追加されていること以外、実施形態１のモータ制御装置１と同じである。したがって、図１２および以下の説明では、図１と同じ構成要素は同じ番号を用いており、それらの説明は省略する。
【００８３】
選択手段６０は、速度指令ftgtに応じてフィルタ手段１１を通過しない制御出力fctlか、フィルタ手段１１を通過した制御出力ctl0かを選択して、制御量ctlを駆動手段２０に出力する。
【００８４】
上記選択をさらに詳しく説明すると、ftgtすなわちモータ回転数相当値が所定値以下の時はフィルタ手段１１を通過しない制御出力fctlを選択し、ftgtが所定値以上の時はフィルタ手段１１を通過した制御出力ctl0を選択する。
【００８５】
フィルタ手段１１は、中心周波数におけるゲイン（減衰率）を１．０倍にすれば、全周波数域で通過となり、フィルタを入れない場合と同じになることが期待される。そのため、フィルタ係数算出手段１２のゲインGn1,Gn2設定例では、低周波ではゲイン１．０としている。
【００８６】
しかし、フィルタ手段１１が安価な固定小数のデジタルフィルタで実装される場合、その係数の語長が十分長くないと、中心周波数設定が低周波（サンプリング周波数に比べてかなり低い周波数）になると、一般に精度が悪くなることが知られている。これはゲインにも影響し、非常に低い中心周波数設定では、ゲイン１．０に設定したつもりでも、全く異なるゲインになったり、意図しない周波数特性になることがある。
【００８７】
そこで、モータ回転数が低いとき、すなわちフィルタ手段１１の中心周波数設定値が非常に低周波になる場合は、フィルタ自体を通過させないようにすることで、意図しないフィルタ特性にならずに、制御が不安定にならないようにできる。
【００８８】
なお、この実施の形態２のモータ制御装置１Ｂにおいても、実施の形態１において述べたモータ制御装置１における変形と同様の変形が可能である。
【００８９】
（実施の形態３）
次に、モータ制御装置の実施形態３を、図１３を参照して説明する。実施形態３のモータ制御装置１Ｂは、図１に示した実施形態１のモータ制御装置１における周波数検出手段５と計数手段６の代わりに、目標生成手段７０を用いている。この点以外は、実施形態１のモータ制御装置１と同じである。したがって、図１３および以下の説明では、図１と同じ構成要素は同じ番号を用いており、それらの説明は省略する。
【００９０】
目標生成手段７０は、所定の目標軌道にもとづき、目標速度指令ftgtと目標位置指令xtgtを出力する。例えば、一定の目標速度でモータを回転させる場合は、ftgtは一定値となり、xtgtはftgtの積分値に応じた値とすればよい。一定の加速度でモータを加速させる場合は、ftgtは直線的に増加する値となり、xtgtはftgtの積分値に応じた値とすればよい。あるいは、目標位置の時間に対する軌道をあらかじめ設定してxtgtとし、ftgtはxtgtの微分値に応じた値としてもよい。
【００９１】
このように、外部からのクロック入力でなく、制御部４内部で目標速度や位置指令を生成することでインターフェースを省略でき、それにより、低コストになり、クロック入力に比べてより自由度の高い目標軌道を生成でき、多様な制御が可能になる。
【００９２】
なお、この実施の形態３のモータ制御装置１Ｂにおいても、実施の形態１において述べたモータ制御装置１における変形と同様の変形が可能である。
【００９３】
（実施の形態４）
次に、モータ制御装置の実施形態４を、図１４を参照して説明する。実施形態４のモータ制御装置１Ｃは、位置制御手段９が省略され、速度制御手段１０だけで信号fctlを出力すること以外、実施形態１のモータ制御装置１と同じである。したがって、図１４および以下の説明では、図１と同じ構成要素は同じ番号を用いており、それらの説明は省略する。
【００９４】
速度制御手段１０の速度偏差演算は、
verr = ftgt - fdet
でよい。
【００９５】
この構成では、モータの回転位置を正確に制御する必要がない。回転速度だけが重要な場合は、この構成で十分である。この構成においても、フィルタ手段１１とフィルタ係数算出手段１２により、位置検出信号Ａ、Ｂに含まれる検出ずれ成分に起因する回転ムラを低減することができる。
【００９６】
また、この構成において、ＣＬＫ入力と周波数検出手段５を削除し、替りに、図１３に示した実施形態３のモータ制御装置１Ｂの制御部４Ｂ内部の目標生成手段７０による速度指令生成機能に置換してもよい。
【００９７】
（画像処理装置）
図１５は、上記モータ制御装置１から１Ｃのいずれかを用いた画像処理装置の一例の構成を説明する図である。
【００９８】
まず、図１５に示す画像処理装置１００の概略構成を説明する。画像形成装置１００は、スキャナユニット１１１と、感光体ユニット１１２ａ〜１１２ｄと、定着ユニット１１３と、中間転写ベルト１１４と、二次転写ローラ１１５と、レジストローラ１１６と、給紙ローラ１１７と、紙搬送ローラ１１８と、転写紙１１９と、給紙ユニット１２０と、斥力ローラ１２１と、排紙ユニット１２２と、中間転写スケール検出センサ１２３とを備えている。
【００９９】
スキャナユニット１１１は、原稿台の上面に載置された原稿の画像を読み取る。感光体ユニット１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれＹＣＭＫ４色に対応し、潜像担持体としてのドラム状の感光体ドラム、感光体クリーニングローラなどを有している。以下、色を特定しない場合は、単に感光体ユニット１１２という場合がある。
【０１００】
定着ユニット１１３は、転写されたトナー画像を転写紙１１９上に定着させる。中間転写ベルト１１４は、感光体ユニット１１２ａ〜１１２ｄで形成されたＹＣＭＫ各色のトナー画像を重ね合わせかつ転写紙１１９に転写させる。中間転写ベルト１１４は、感光体ユニット１１２ａ〜１１２ｄにより画像が形成される画像形成媒体である。中間転写ベルト１１４は、駆動ローラ１３０により駆動される。駆動ローラ１３０は、モータ１５２により、歯数が異なり連結された歯車１５５および５６を介して回転速度が減速されて駆動される。
【０１０１】
二次転写ローラ１１５は、中間転写ベルト１１４上の画像を転写紙１１９に転写する。レジストローラ１１６は、転写紙１１９のスキュー補正および転写紙搬送などを行う。給紙ローラ１１７は、転写紙１１９を給紙ユニット１２０から搬送部へ送り出す。紙搬送ローラ１１８は、給紙ローラ１１７から送り出された転写紙１１９をレジストローラ１１６まで搬送する。
【０１０２】
給紙ユニット１２０は、転写紙１１９を積載する。斥力ローラ１２１は、二次転写ローラ１１５の対向部分に配置され、中間転写ベルト１１４と二次転写ローラ１１５との間のニップを生成および維持させる。排紙ユニット１２２は、画像が転写かつ定着された転写紙が排出される。中間転写スケール検出センサ１２３は、中間転写ベルト１１４の搬送速度を計測するためのエンコーダであって、中間転写ベルト１１４上に形成されたスケールを検出してパルス出力を生成する。
【０１０３】
上記構成の画像処理装置１００では、各種ローラが使用されているが、それらを駆動するためのモータに上記実施の形態１〜４のいずれかのモータ制御装置を用いることによって、装置の画像転写の精度を向上させることができる。例えば、転写の精度に直接関わる転写ベルト１１４の搬送精度を決定するモータ１５２の制御に実施の形態１〜４のいずれかのモータ制御装置を用いることにより、装置の画像転写の精度を向上させることができる。
【０１０４】
また、中間転写ベルト１１４から転写紙１１９に画像が転写される位置にまで転写紙１１９を搬送する搬送路に設けられた搬送ローラを駆動するモータの制御に実施の形態１〜４のいずれかのモータ制御装置を用いることも、装置の画像転写の精度を向上させるために有効である。この搬送路に設けられる搬送機構の一例を図１６に示す。
【０１０５】
図１６は、搬送機構７２０の概略構成を主体的に示す模式図である。搬送機構２００は、搬送部材として、搬送経路上に二つの搬送ローラ２０１，２０２を主に有している。ここで、搬送ローラ２０２は転写紙１１９の搬送方向において上流側に配置され、搬送ローラ２０１は転写紙１１９の搬送方向において下流側に配置されている。また、搬送ローラ２０１は、転写紙１１９のスリップなどの異常発生の予兆をセンサ３００により検出する際の計測対象のローラである。
【０１０６】
モータ２０３は、搬送ローラ２０１を回転駆動する。モータ２０４は、搬送ローラ２０２を回転駆動する。計測対象である搬送ローラ２０１の駆動モータ２０３の制御に実施の形態１〜４のいずれかのモータ制御装置を用いることにより、転写紙１１９の搬送遅れなどを防止して、装置の画像転写の精度を向上させることができる。
【０１０７】
本実施形態のモータ制御装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【０１０８】
また、本実施形態のモータ制御装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の情報処理装置で実行される情報処理プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【０１０９】
また、本実施形態の情報処理プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１  モータ制御装置
３  モータ駆動部
４  制御部
１１  フィルタ手段（制御ゲイン設定部）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２０１５−０１９５６３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７８８６０号公報
【図１】
2019162011.tif 000003
【図２】
2019162011.tif 000004
【図３】
2019162011.tif 000005
【図４】
2019162011.tif 000006
【図５】
2019162011.tif 000007
【図６】
2019162011.tif 000008
【図７】
2019162011.tif 000009
【図８】
2019162011.tif 000010
【図９】
2019162011.tif 000011
【図１０】
2019162011.tif 000012
【図１１】
2019162011.tif 000013
【図１２】
2019162011.tif 000014
【図１３】
2019162011.tif 000015
【図１４】
2019162011.tif 000016
【図１５】
2019162011.tif 000017
【図１６】
2019162011.tif 000018