(57)【要約】【課題】本発明は、前記に挙げた問題の一つまたは複数を解決して、用紙位置決めシステム内のずれた用紙の位置決めを改善するためのシステム及び方法を提供することを課題としている。【解決手段】用紙位置決めを実行するためのシステムは、センサ、複数の駆動ロール、各モータが少なくとも一つの駆動ロールと関連付けられている複数のモータ、及びプロセッサとを備える。プロセッサは、状態フィードバック決定モジュールと、出力値識別モジュールと、差異生成モジュールと、入力値決定モジュールと、入力値と状態フィードバック値に基づいて駆動ロールごとの加速値を求める加速値決定モジュールと、加速値に基づいて駆動ロールごとの望ましい角速度値を求める角速度決定モジュールと、各モータのモータ電圧を求めるモータ電圧決定モジュールとを備え、上記加速値は入力値と出力値の間に線形差動関係を生じさせる。【選択図】図３
2008024512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙位置決めを実行するためのシステムであって、
一つまたは複数のセンサと、
複数の駆動ロールと、
各モータが少なくとも一つの駆動ロールと関連付けられている複数のモータと、
プロセッサであって、
前記一つまたは複数のセンサから受け取られる情報に基づいて状態フィードバック値を求めるための状態フィードバック決定モジュールと、
前記状態フィードバック値に基づいて出力値を求めるための出力値識別モジュールと、
各出力値と各出力値の望ましい値の差異を求めるための差異生成モジュールと、
少なくとも前記差異に基づいて入力値を求めるための入力値決定モジュールと、
前記入力値と前記状態フィードバック値に基づいて駆動ロールごとの加速値を求めるための加速値決定モジュールと、
前記加速値に基づいて駆動ロールごとの望ましい角速度値を求めるための角速度決定モジュールと、
各モータのモータ電圧を求めるモータ電圧決定モジュールであって、前記駆動ロールのための前記望ましい角速度値まで、駆動ロールごとの観測される角速度値をトラッキングするモータ電圧決定モジュールと、
を備えるプロセッサとを備え、
前記加速値が前記入力値と前記出力値の間に線形差動関係を生じさせるシステム。
【請求項２】
前記出力値が前記基準枠内の二次元位置に相当し、
前記基準枠が、前記駆動ロールの場所に基づいており、そして
前記望ましい出力値が、前記駆動ロールを二分する線上にある点の位置に対応する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記入力値決定モジュールが、一つまたは複数の制約に基づいて前記入力値をさらに求める請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記一つまたは複数の制約が、
駆動ロールによって用紙に印加される最大の力と、
前記用紙に適用するための回転速度の最大量と、
最大用紙位置決め時間と、あるいは
前記用紙のための出力速度と、
のうち一つまたは複数を備える請求項３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示されている実施形態は、概して用紙位置決めシステム及びこのようなシステムを操作するための方法に関する。具体的には、開示されている実施形態は、閉ループフィードバック制御方式を使用して用紙を位置決めするための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙位置決めシステムは、現在装置内で用紙を位置合わせするために利用されている。例えば、高速印刷装置は、通常、紙シートが保管トレイから印刷領域に移送される際に紙シートを位置合わせするための用紙位置決めシステムを含む。
【０００３】
用紙位置決めシステムは、通常、用紙の場所を、その移送中の多様な点で検出するためにセンサを使用する。センサは、多くの場合、用紙がセンサ上を通過するときに用紙の向きを決定するために用紙の先端及び／または側部を検出するために使用される。センサから取り出される情報に基づき、一つまたは複数のニップ部（ｎｉｐｓ）の角速度がシートの位置合わせを補正するために修正できる。
【０００４】
ニップ部は、典型的にはアイドラロールと駆動ロールの二つのロールを圧接し、それによって用紙が該ロールの間を通過することによって処理方向で用紙を推進するために使用される回転装置を作成することによって形成される。アクティブなニップ部は、可変ニップ部速度でニップ部を回転させることができるモータによって回転されるニップ部である。典型的には、用紙位置決めシステムは別々のモータを有する少なくとも二つのアクティブなニップ部を含む。このようにして、該二つのアクティブなニップ部が回転する角速度を変化させることによって、用紙位置決めシステムは、センサによって位置がずれていると検知された用紙を位置決め（方向付け）することができる。
【０００５】
多数の用紙位置決めシステムが開発されてきた。例えば、参照により全体として本明細書に組み込まれる、Ｌｏｆｔｈｕｓに対する米国特許第４，９７１，３０４号に説明されている用紙位置決めシステムは、一列のセンサと二つのアクティブなニップ部とを組み込んだシステムを説明している。アクティブな用紙位置決めシステムはＸ、Ｙ、及びΘ座標系を有するプロセス経路に沿って用紙の歪み補正及び位置決めを提供する。用紙ドライバは、一列のセンサによって検知された用紙の位置に従って用紙の差動駆動及び非差動駆動を選択的に提供するために独立して制御可能である。用紙は、初期の無作為な歪みが測定されるまで非差動的に動かされる。次に用紙は測定された歪みを補正し、既知の歪みを導入するために差動的に動かされる。用紙は次に、側縁部が検出されるまで非差動的に動かされ、その結果用紙は該既知の歪みを補償するために差動的に動かされる。最終的な歪み補正の後、用紙は、歪み補正及び位置決め装置から外向きに非差動的に動かされる。
【０００６】
図１Ａ及び図１Ｂは、公知の技術による例示的な用紙位置決め装置を描いている。該用紙位置決め装置１００は、対応するモータ１１５、１２０によって独立して駆動される二つのニップ部１０５、１１０を含んでいる。結果として生じるツーアクチュエータ装置が三つの自由度を有する用紙位置決めを可能にする単純な位置決め装置を具現化する。劣駆動（つまり自由度より少ないアクチュエータ）性質により、位置決め装置１００は従来の線形技法によって直接的に制御できない非ホロノーム系及び非線形系となる。このようなシステムのための、及び前述されたシステムのそれぞれのための制御は、開ループ（フィードフォワード）運動計画（プランニング）を利用する。
【０００７】
図２は、公知の技術による例示的な開ループ運動計画制御プロセスを描く。図１Ｂに示すＰＥ２、ＣＣＤ１及びＣＣＤ２等の一つまたは複数のセンサは、（図１Ｂに示すように）用紙の先端部が最初にＰＥ２によって検出されるときに用紙１２５の入力位置を決定するために使用される。開ループ運動プランナ（ｐｌａｎｎｅｒ）２０５は、入力位置としてセンサから取り出される情報を解釈し、完全にトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）（追跡調査）される場合に（つまり、滑りまたは他のエラーが発生しないと仮定して）最終的に位置決めされた位置まで実行可能な経路に沿って用紙を導く望ましい速度プロファイルωdの集合を計算する。一台または複数のコントローラ２１０が望ましい速度ωdを制御するために使用される。該一台または複数のコントローラ２１０はモータ１１５、１２０のためのモータ電圧ｕmを生じさせる。モータ電圧ｕmは、それぞれの対応するニップ部１０５、１１０が回転する角速度ωを決定する。例えば、ＤＣブラシレスサーボモータを、望ましい速度ω1をトラッキングするためにパルス幅変調電圧ｕm1を生じさせるために使用できる。代わりに、ステッパモータ、ＡＣサーボモータ、ＤＣブラシサーボモータ、及び当業者に公知の任意の他のモータが使用できる。各ニップ部１０５、１１０での用紙速度は、該ロールの角速度（１０５の場合ω1及び１１０の場合ω2）で乗算される駆動ロールの半径（ｃ）として計算される。ニップ部１０５、１１０の角速度をωdに一致させることによって、用紙位置決めは達成できる。代わりに、モータコントローラ２１０は、フィードフォワードトルクベースのモータコントローラを含むことができる。
【０００８】
用紙はプロセス中経路一致について監視されないが、図１ＢでのＰＥＬ、ＣＣＤＬ、及びＣＣＤ１等のセンサの追加セットを、運動計画アルゴリズムを適応させるための出力のスナップショットを提供するために位置決めシステム１００の端部に設置できる。しかしながら、経路一致が監視されていないため、開ループシステムで発生するエラー状態が、補正するために複数の用紙を必要とする出力でのエラーを生じさせることがある。加えて、開ループ運動計画はエラーの静的（つまり「ＤＣ」）ソースを取り除くために使用できるが、根本的な運動計画の開ループ性質はエラーの変化する（つまり「ＡＣ」）ソースに対して脆弱なままである。したがって、用紙位置決めシステムは該システム内の滑りまたは他のエラーに起因して用紙を不適切に位置決めすることがある。
【０００９】
用紙位置決めシステム内の閉ループフィードバック制御システムを使用するため、閉ループフィードバックを可能にするために出力に対して用紙位置決めシステムの入力を線形化するため、及び／または所定の時間内に望ましい軌跡に用紙を集中させる一方で、結果として生じるニップ部の力及び用紙尾部の揺動を設計制約の範囲内に抑えるために用紙位置決めシステム内でゲインスケジューリングを行うための、用紙位置決めシステム内のずれた用紙の位置決めを改善するためのシステム及び方法が望ましいであろう。
【特許文献１】米国特許第４，９７１，３０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記に挙げた問題の一つまたは複数を解決して、用紙位置決めシステム内のずれた用紙の位置決めを改善するためのシステム及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書で使用する単数形の「一」および「一つの」は、明らかにそうでない場合を除いて、複数への参照を含むものとする。本明細書で使用する用語「備える」は、「含むがこれに限定されない」ことを意味する。
【００１２】
一実施形態では、用紙位置決めを実行するための方法は、基準枠の中で用紙の出力値を特定することと、各出力値と対応する望ましい出力値の差異を求めることと、少なくとも該差異に基づいて用紙の入力値を求めることと、一つまたは複数のセンサから受け取られる情報に基づいて状態フィードバック値を求めることと、複数の駆動ロールのそれぞれについて、入力値と状態フィードバック値に基づいて加速値を求めることと、加速値に基づいて望ましい角速度を決定することと、駆動ロールのための望ましい角速度値まで、駆動ロールのための観測された角速度値をトラッキングする駆動ロールのためのモータのモータ電圧を決定することとを含んでもよい。加速値は入力値と出力値の間に線形差動関係性を生じさせてもよい。前記に挙げたステップは複数回実行されてもよい。
【００１３】
一実施形態では、用紙位置決めを実行するシステムは、一つまたは複数のセンサと、複数の駆動ロールと、複数のモータと、一台のプロセッサとを含んでもよい。それぞれのモータは少なくとも一つの駆動ロールと関連付けられてもよい。プロセッサは該一つまたは複数のセンサから受け取られる情報に基づいて状態フィードバック値を求めるための状態フィードバック決定モジュールと、該状態フィードバック値に基づいて出力値を求めるための出力値識別モジュールと、出力値ごとに各出力値と、各出力値のための望ましい値の差異を求めるための差異生成モジュールと、少なくとも該差異に基づいて入力値を求めるための入力値決定モジュールと、入力値及び状態フィードバック値に基づいて駆動ロールごとに加速値を求めるための加速値決定モジュールと、該加速値に基づいて駆動ロールごとに望ましい角速度値を求めるための角速度決定モジュールと、モータごとにモータ電圧を求めるためのモータ電圧決定モジュールとを含んでもよい。モータ電圧決定モジュールは、駆動ロールのための望ましい角速度まで駆動ロールごとに観測される角速度値をトラッキングしてもよい。加速値は入力値と出力値の間に線形差動関係性を生じさせてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
閉ループフィードバック制御プロセスは、前述されたもののような、開ループ制御プロセスに優る多数の優位点を有する。例えば、閉ループ制御プロセスは精度及びロバスト性を改善することが可能である。機内のニップ部と機外のニップ部１０５、１１０は用紙位置決めシステム用の二台のアクチュエータであってもよい。しかしながら、望ましい用紙速度と実際の用紙速度の間にエラーが発生することがある。エラーは、例えば実際の用紙速度と仮定される用紙速度の間の不一致によって引きこされることがある。従来のシステムは、該装置内の部分、具体的には位置決めされている用紙上で接触し、運動を付与する駆動ロールの回転運動が用紙運動を正確に決定すると仮定する。製作公差、ニップ部歪み、及び滑りがローラ回転と用紙速度の間で仮定される線形関係性のエラーを生じさせることがある。また、有限サーボ帯域幅が他のエラーにつながることがある。用紙速度が完全且つ正確に測定されても、ノイズ及び外乱の存在下でトラッキングエラーが存在することがある。また、用紙について望ましい速度が変化するとエラーが生じることがある。
【００１５】
提案されている閉ループアルゴリズムは位置決めの精度及びロバスト性を高めるために毎サンプル期間中に位置フィードバックを利用できる。開ループ運動計画は位置フィードバックを利用できない。このため、開ループ手法は直接的に位置決めエラーにつながる回避できないシート速度エラーにさらされる可能性がある。対照的に、本明細書で説明されている閉ループ手法は、位置決めの間に測定される実際の用紙位置に基づいて用紙速度がリアルタイムで自動的に調整することを保証するためにフィードバックを使用できる。このようにして、閉ループ手法は速度エラー及びサーバ帯域幅に影響を受けにくく、その結果としてよりロバストになる可能性がある。
【００１６】
加えて、従来の開ループアルゴリズムは性能仕様を満たすために性能評価に基づいた学習に依存することがある。追加のセンサが該学習プロセスを実行するために必要とされ、位置決めシステムのコストを増やす可能性がある。例えば印刷機の初期化中や、給紙トレイが交換される時、及び／または二つの用紙タイプを切り替える時等、新規の用紙が導入されると、アルゴリズムが集中する間に、複数の用紙について「仕様外」の性能が発生する可能性がある。いくつかのシステムでは、仕様外の性能が２０枚以上の用紙について存在することがある。
【００１７】
図３は、一実施形態による例示的な閉ループフィードバック運動計画制御プロセスを描いている。閉ループ制御プロセス３００は、用紙を位置決めするために図１Ａと図１Ｂに示すシステムのような用紙位置決めシステムから取り出される情報を使用できる。ＣＣＤ１、ＣＣＤ２、ＣＣＤＬ、ＰＥ２、ＰＥＬ及びロールシャフト上のエンコーダ等のセンサから取り出される情報を、位置決めプロセスの間に用紙の位置及び回転を決定するために使用できる。種々の場所に配置されるより多くのまたはより少ないセンサを有する他の用紙位置決めシステムが本発明の範囲内で使用可能であり、図１Ａと図１Ｂに示す該システムの仕様に限定されない。
【００１８】
再度図３を参照すると、最初に（例えば、図４Ａ及び図４Ｂに関して後述されるように）基準枠が選択され、二つの出力ｙが基準枠に基づいて選択されてもよい。座標系は、用紙位置決めシステムの動作を分析するために基準枠（つまり、システムが観測される視野）の中で構築される。例えば、図４Ａの基準枠は、駆動ロール（ニップ部）の向きに基づいて選択される。対照的に、図４Ｂの基準枠は用紙の向きに基づいて選択される。
【００１９】
効果的にするために、入力−出力線形化モジュール３１０は適切な基準枠の選択を必要としてもよい。図４Ａは、処理方向（つまり、用紙を方向付けることを意図する方向）をｘ軸に設定し、ｙ軸が例えば機内方向でｘ軸に垂直である駆動ロールに基づいた例示的な基準枠を描く。五次元状態ベクトルｘを本基準枠に基づいて設定できる：
ｘ＝［ｘ  ｙ  θ  ω1  ω2］T
ここで、｛ｘ，ｙ｝は用紙（Ｐｓ）の重心の座標を示し、
θはｘ軸を基準にした用紙角度を示し、
｛ω1，ω2｝は、それぞれ、機外駆動ロールと機内駆動ロールの角速度を示している。
【００２０】
用紙の状態ｑ＝［ｘ  ｙ  θ］Tは、状態ベクトルｘの部分集合である。駆動ロールと用紙の間に滑りが存在しない場合、三つの運動学方程式が用紙状態を角速度に関連付けることができる：
【００２１】
【数１】
2008024512.tif 000003
【００２２】
ここで、ｃは駆動ロールの半径を示し、２ａは図４Ａに示されるようにロール間の距離を示す。
【００２３】
用紙位置決め装置の根本的な目標は、用紙上の点に、処理速度での歪みがゼロの望ましい直線経路をトラッキングさせることであってもよい。基準枠に基づいて、この望ましい軌跡は以下によって説明される：
ｘd（ｔ）＝−ｖd−ｘdi、ｙd（ｔ）＝−ｙdi、θd＝０
ここで、ｖdはプロセス速度を示し、｛ｘdi，ｙdi｝は用紙の重心の望ましい開始位置を示す。
【００２４】
図４Ａに示す基準枠の一つの問題は、二つの出力ｙが望ましい用紙軌跡に対する該三つの用紙状態ｑの集中を保証する枠に基づいて容易に検出できないために、入力−出力線形化を適用できないという点である。したがって、閉ループフィードバック線形化を提供するためにこの要件を満たすことができる別の基準枠が決定されなければならない。
【００２５】
図４Ｂは、一実施形態に従ってプロセス内の用紙の向きに基づいた例示的な基準フレームを描く。図４Ｂの基準枠は駆動ロールに固定される仮想体を組み込んでもよい。駆動ロール及び仮想体は、ＸＹ基準枠を記述するために、用紙の下側に沿って乗る「カート」を形成してもよい。五次元状態ベクトルはＸＹ基準枠に関して設定可能である：
ｘc＝［Ｘ  Ｙ  Θ  ω1  ω2］T
ここで、｛Ｘ，Ｙ｝はカート（Ｐc）のコンテンツの座標を示し、
ΘはカートとＸＹ座標系の間の角度を示し、
｛ω1，ω2｝は機外ロールと機内ロールの角速度を示す。これらの角速度はｘｙ座標内の状態ベクトルｘと共通である。
【００２６】
カートの状態は、ｘc，ｑc＝［Ｘ  Ｙ  Θ］Tの部分集合として定義されてもよい。用紙とカートの状態の間の変換は以下のように定義されてもよい。
【００２７】
Ｘ＝−（ｘcosθ＋ｙsinθ）、Ｙ＝−（−ｘsinθ＋ｙcosθ）、Θ＝−θ
カートは用紙の反対方向に「移動する」ため、カートと用紙向きΘとθは向きが異なる。言い換えると、用紙が、駆動ホイールが仮想カートを推進する表面であるならば、駆動ホイールが処理方向から実質的に反対の方向にカートを推進するであろう。望ましい用紙軌跡へのこれらの変形を置換することによって、用紙位置決めを達成する望ましいカード軌跡が決定されてもよい：
Ｘd（ｔ）＝−ｖd−ｘdi、Ｙd（ｔ）＝−ｙdi、Θd＝０
出力ｙは、一つまたは複数のセンサから取り出される情報を使用することによって決定できる該仮想カートの中心の位置に対応している。望ましい出力ｙdのセットも決定されてもよい。一実施形態では、望ましい出力値は、ニップ部（カートのホイール）１０５、１１０に直交する線上にある点の位置に対応する。運用中、望ましい出力ｙdに対する出力ｙの集中は、望ましい（位置決めされる）軌跡に三つの用紙の状態（つまり、用紙の二次元位置と、処理方向に関する用紙の向き）の集中を保証可能である。望ましい出力と対応する現在の出力値の差異は、エラーダイナミクスを説明するゲインスケジューリングされるエラーダイナミクスコントローラ３０５に対する入力として使用されてもよい。このコントローラ３０５は出力値ｖを有してもよい。
【００２８】
位置決めを実行するために使用可能な時間の制限のために、ゲインスケジューリング、つまりエラーダイナミクスコントローラ３０５内での利得の可変セットを利用することは、閉ループフィードバック制御を利用する用紙位置決めシステム内の肝要な構成要素であるかも知れない。ゲインスケジューリングは、例えば利得の静的セットと共に、さもなければ乗り越えられない制約が存在する場合に、例えば用紙位置決めシステムによって使用されてもよい。ゲインスケジュールは、依然として用紙位置決めを達成する一方で用紙にかけられる力を効果的に最小限に抑える。ゲインスケジューリングされたエラーダイナミクスコントローラ３０５は、例えば、位置決めの早期部分の高加速特性を最小限に抑えるために低利得で開始し、次に使用可能な時間内に集中を保証するために用紙位置決めシステムを通して用紙が進行するにつれて利得値を高めることによってこれを実行してもよい。
【００２９】
入力−出力線形化モジュール３１０は、ニップ部１０５、１１０のための加速値ｕを生じさせるために、エラーダイナミクスコントローラ３０５（ｖ）の出力及び状態フィードバック値ｘcを受け取ってもよい。状態フィードバック値ｘcは、例えば、用紙の位置と回転、及びニップ部１０５、１１０と関連付けられている各駆動ロールの角速度を含んでもよい。用紙の位置と回転は、例えば図１Ｂに関して上述されたセンサ、または用紙の向きを検出できる任意の他のセンサ構成からのセンサ情報に基づいて決定されてもよい。各駆動ロールの角速度は、例えば、駆動ロール上のエンコーダ及び／またはセンサによって決定されてもよい。加速値ｕは、閉ループフィードバック制御プロセスの入力ｖと出力ｙの間に線形差動関係性を生じさせるために使用されてもよい。
【００３０】
カートの（滑りがないという仮定に基づいた）運動方程式は以下を含んでよく、
【００３１】
【数２】
2008024512.tif 000004
【００３２】
【数３】
2008024512.tif 000005
【００３３】
として行列形式で作成でき、
ここで、
【００３４】
【数４】
2008024512.tif 000006
【００３５】
及びω（ｔ）＝［ω1  ω2］Tである。
【００３６】
加速ｕ＝［ｕ1  ｕ2］Tの集合を仮定すると、結果として生じるカート状態方程式はコンパニオン形式で作成されてよく、
【００３７】
【数５】
2008024512.tif 000007
【００３８】
駆動ロールωの角速度の場合と同様に、駆動ロールｕの加速は両方の基準枠の方程式に共通であってもよい。
【００３９】
点Ｐbの位置（例示的なＰbを図４Ｂに示す）は、出力ｙを定めるように選択されてもよい。Ｐbは、用紙位置決めシステムに対する入力と出力の間の線形化の達成を支援するために使用できる。Ｐbの位置は
ｙ＝ｈ（ｑc）＝［Ｘb  Ｙb］T＝［Ｘ＋ｂcosΘ  Ｙ＋ｂsinΘ］T
のような方程式形式で記述されてもよい。カートの望ましい軌跡をこれらの方程式に代入すると、対応する望ましい出力方程式
【００４０】
【数６】
2008024512.tif 000008
【００４１】
が生じる。出力ｙの望ましい値ｙdへの集中は、カート状態ｑcの望ましいカート軌跡への集中を保証可能であり、同様に望ましい（位置決めされる）用紙軌跡に対する用紙状態ｑの集中を保証可能である。
【００４２】
入力と出力の間で線形化を実行するために、出力は、直接的な関係性が入力と出力の間に存在するまで再帰的に微分されなければならない。一度出力を微分すると、以下が提供される：
【００４３】
【数７】
2008024512.tif 000009
【００４４】
【数８】
2008024512.tif 000010
【００４５】
両方の行のΨは非ゼロであってもよい（つまり、各行は少なくとも１つの非ゼロ要素を含んでいる）。したがって、少なくとも１つの入力の値は二回の微分の後に両方の出力に出現してもよい。Ψの行列式は、ｂが非ゼロである場合に非ゼロであることが確認できる。つまり、減結合行列は正則ではない。Ψの逆数は、以下になると計算できる。
【００４６】
【数９】
2008024512.tif 000011
【００４７】
入力ｖが導入されてよく、ｕはｖに関してｕ＝Ψ-1（ｖ−Ｈ）として設定されてもよい。ｕは閉鎖形式で下記のように解くことができる：
【００４８】
【数１０】
2008024512.tif 000012
【００４９】
【数１１】
2008024512.tif 000013
【００５０】
【数１２】
2008024512.tif 000014
【００５１】
出力エラーｅがゼロに集中すると、カート状態エラーは位相のずれはあるがゼロに集中する。出力とカート状態の集中の間の位相のずれの量はｂを介して調整可能である。より小さなｂを使用すると、ずれがより小さくなる。全体で、五つのパラメータ、つまり四つの利得値（二次元利得ベクトルｋdとｋp）およびｂの値を集中のレートを調整するために使用してもよい。
【００５２】
システム制約が存在しなかった場合には、前述された利得パラメータ（ｋd、ｋp及びｂ）は用紙の制御を決定するために十分であろう。しかしながら、用紙位置決めの期間は、装置のスループットに基づいて制限される。加えて、最大尾部揺動及び／またはニップ部力の要件に違反すると画像品質の欠陥が生じる可能性がある。尾部揺動及びニップ部力は、用紙の位置決めを損なうまたは劣化させる可能性のある影響を指す。例えば、過剰な尾部揺動により用紙は用紙経路の側部に当たる可能性がある。同様に、用紙を加速するために使用される接線方向のニップ部力が静的摩擦力を超える場合、用紙と駆動ロール間の滑りが発生するであろう。
【００５３】
用紙位置決めシステムの時間制約を満たすために、高利得（ｋd、ｋp）値及び小さなｂ値が望ましい可能性がある。しかしながら、尾部揺動及びニップ部力の影響を許容閾値以下に制限するには、小さな利得値及び大きなｂ値が必要とされる可能性がある。入力エラー及び機械仕様に応じて、利得値が静的である場合、実行可能な解決策が存在しない場合がある。
【００５４】
これらの制約を回避するために、用紙位置決めプロセスの間に利得値の調整を可能にするためにゲインスケジューリングが利用可能である。相対的に低い利得値を、最大ニップ部力及び尾部揺動制約を満たすために位置決めプロセスの最初で利用してよく、相対的に高い利得値を時宜を得た集中を保証するためにプロセスの最後に向かって利用してもよい。利得値は一貫した減衰量を維持するために調整されてもよい。代替の実施形態では、該減衰も修正されてもよい。ｂの値は技術的には利得値ではないが、ｂの値も追加の自由度を提供するためにスケジューリングされてもよい。
【００５５】
図３を再び参照すると、入力−出力線形化が効果的となるために、加速ｕを駆動ロール３２５で正確にトラッキングしてもよい。これを達成するために、加速ｕを積分して（３１５）、望ましい速度ωdを生じさせることができる。一台または複数のモータコントローラ３２０を、望ましい速度ωdを制御するために使用してもよい。一台または複数のモータコントローラ３２０は、駆動ロール３２５を駆動するモータのためにモータ電圧ｕmを生じさせる。モータ電圧ｕmは、各対応する駆動ロール３２５が回転する角速度ωを決定できる。例えば、ＤＣブラシレスサーボモニタは望ましい速度ω1をトラッキングするためにパルス幅変調電圧ｕm1を生じさせるために使用できる。代替の実施形態では、ステッパモータ、ＡＣサーボモータ、ＤＣブラシサーボモータ、及び当業者に公知の任意の他のモータを使用できる。各ニップ部１０５、１１０での用紙速度は、ニップ部の角速度（１０５の場合ω1、及び１１０の場合ω2）によって乗算されるニップ部の半径（ｃ）として計算される。各駆動ロール３２５での用紙速度は、駆動ロールの角速度によって乗算されるニップ部の半径（ｃ）として定められてもよい。図３に示すように、各モータコントローラ３２０は速度コントローラを備えてもよい。代替の実施形態では、フィードフォワードトルクベースのモータコントローラ（図示せず）を、加速ｕを直接的にトラッキングするために対応するモータによってかけられるトルクを制限するために使用できる。
【００５６】
各駆動ロール３２５での用紙速度は、駆動ロールの角速度で乗算されるニップ部の半径（ｃ）として定義されてもよい。図３に示すように、各モータコントローラ３２０は速度コントローラを備えてもよい。代替の実施形態では、トルクコントローラ（図示せず）は、対応するモータによってかけられるトルクを制御するために使用されてもよい。
【００５７】
入力−出力線形化モジュール３１０は、サンプル期間毎に生成される位置フィードバックｘcを活用してもよい。観測器モジュール３３０は、測定された駆動ロール速度ωに基づいてカートがカート位置ｘcを発展させるために以下の運動方程式を利用してもよい：
【００５８】
【数１３】
2008024512.tif 000015
【００５９】
観測器モジュール３３０は、センサによって提供される入力位置スナップショットによって初期化されてもよい。線形化モジュール３１０のための基準枠がカート状態ｘcに基づいてもよいため、カート位置だけが必要とされる可能性がある。カート状態値ｘcは、前記に定義された方程式を計算するために、例えばプロセッサ３３５を使用して対応する用紙状態値ｑcに変換されてもよい。
【００６０】
一実施形態に従って設計された例示的な用紙位置決めシステムをＸｅｒｏｘ  ｉＧｅｎ３（登録商標）プリントエンジンにインストールした。用紙の駆動ロールへの入力速度は毎秒約１．０２５ｍであった。位置決めは、毎分約２００枚に相当する毎秒約１．０２４ｍというプロセス速度で実行された。プロセス速度は、入力−出力線形化がシステム内で適切に機能するために集中しなければならない約０．１４５秒の位置決め時間に削減する。
【００６１】
用紙送り機構は、約５ｍｍの入力側面エラーを生じさせるために調整された。図５は、０．７という減衰率が例示的な実施形態で維持される、用紙を集中するために使用される利得値のグラフを描いている。図５に示す利得値については、ｂの値は−１０ｍｍで維持された。
【００６２】
図６は、各ニップ部のニップ部速度のグラフを描いている。図６に示すように、用紙位置決めシステムによって生じる駆動ロールごとの望ましい角速度と、各駆動ロールごとの実際の角速度はほぼ同じであってもよい。
【００６３】
図７は、ニップ部ごとのニップ部加速のグラフを描いている。図８は、ニップ部ごとのニップ部のグラフを描く。ニップ部加速及び接線方向のニップ部力のそれぞれが、プロットの中のノイズを削減するために移動平均フィルタを介してフィルタリングされた。図７と図８に示すように、望ましい加速と力は用紙位置決めシステムの実際の加速と力と緊密に一致する。
【００６４】
図９は仮想カートに関する出力エラーのグラフを描く。図９で示すように、カート出力は、入力−出力線形化プロセスを介して望ましい値に漸近的に集中する。さらに、この集中はシステム制約に基づき、実質的には１４５ｍｓ制限未満である１００ｍｓ以内に発生する。カート出力の集中は、それぞれカートのＸ状態、Ｙ状態及びΘ状態に関するエラーのグラフを描く、図１０Ａから図１０Ｃに描かれるようなカート状態の集中を保証可能である。図１０Ａから図１０Ｃに描かれている結果では、Ｙ状態とΘ状態がＸ状態の約２０ｍｓ後に集中した。Ｙ状態とΘ状態の遅延は大部分はＰcが集中後、Ｐcが望ましい軌跡に集中するのに要する時間に起因する可能性がある。
【００６５】
図１１Ａから図１１Ｃは、それぞれ要素のｘ状態、ｙ状態及びθ状態のエラーのグラフを描く。図１１Ａから図１１Ｃは前記に定義された方程式を介してカートの状態を用紙の状態に変えることによって作成された。再び、用紙の集中は約１００ｍｓ単位で図１１Ａから図１１Ｃに描かれている。
【００６６】
図１２は、用紙が用紙位置決めシステムを通過するときの用紙位置のグラフを描いている。図１２に示されるように、用紙の角はセンサ情報に基づいて決定され、用紙が用紙位置決めシステムを（左から右へ）通過するときにプロットされた。図１２は、位置決めプロセスの間の４つの単純な期間の用紙の外形を描いている。第一のサンプル期間は入力位置スナップショットである。ＣＣＤセンサ、プロセスエッジ（ＰＥ）センサ、及び駆動ロールが、用紙位置に基準枠を提供するために図１２に含まれている。駆動ロールは、事前転送ニップ部に入る前に用紙が位置決めされていることを示すためにも含まれている。
【００６７】
図１３Ａから図１３Ｃは、入力スナップショットと出力スナップショットと比較して観測されたシート状態を描いている。入力位置スナップショットにより観測器を初期化してもよい。したがって、開始時にエラーは存在しない。カートの位置は駆動ロールのエンコーダによって推定されてもよい。エラーの蓄積は、観測された状態と出力スナップショットの差異によって、位置決めの最後に要約されてもよい。
【００６８】
図１４は用紙位置決めプロセスの間のＣＣＤ（側面エッジセンサ）の読取値を示してもよい。ゼロＣＣＤ読取値はシートの側面端縁の望ましい（つまり好ましくは位置決めされた）場所を示す。図１４で上昇する端縁は用紙の到着を示し、下降する端縁は用紙の出発を示す。ＣＣＤ１及びＣＣＤ２が入力スナップショットに使用され、ＣＣＤ１及びＣＣＤＬが出力スナップショットのために使用される。ＣＣＤ読取値の分離は用紙歪み（つまりΘエラー）から生じることがある。
【００６９】
シート状態エラーの数値結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
上述に開示した及び他の多様な特長と機能あるいはその代替策を、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーション中に望ましく結合することが可能であることが理解される。現在は不測のまたは予期しない多様な代替策、変型、変形または改善を、当業者であれば加えることが可能であり、これらは開示されている実施形態によって包含されることが意図されることも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１Ａ】公知の技術による例示的な用紙位置決め装置を示す。
【図１Ｂ】公知の技術による例示的な用紙位置決め装置を示す。
【図２】公知技術による例示的な開ループ運動計画制御プロセスを示す。
【図３】一実施形態による例示的な閉ループフィードバック運動計画制御プロセスを示す。
【図４Ａ】駆動ロールに基づいた例示的な基準フレームを示す。
【図４Ｂ】一実施形態によるプロセスでの用紙の向きに基づいて例示的な基準フレームを示す。
【図５】例示的な実施形態でスケジューリングされる利得値のグラフを示す。
【図６】例示的な実施形態においてニップ部ごとのニップ部速度のグラフを示す。
【図７】例示的な実施形態においてニップ部ごとのニップ部加速のグラフを示す。
【図８】例示的な実施形態においてニップ部ごとのニップ部力のグラフを示す。
【図９】例示的な実施形態において仮想カートに関する出力エラーのグラフを示す。
【図１０Ａ】例示的な実施形態において該カートのＸ状態、Ｙ状態及びΘ状態のグラフを示す。
【図１０Ｂ】例示的な実施形態において該カートのＸ状態、Ｙ状態及びΘ状態のグラフを示す。
【図１０Ｃ】例示的な実施形態において該カートのＸ状態、Ｙ状態及びΘ状態のグラフを示す。
【図１１Ａ】例示的な実施形態において該用紙のｘ状態、ｙ状態及びθ状態のエラーのグラフを示す。
【図１１Ｂ】例示的な実施形態において該用紙のｘ状態、ｙ状態及びθ状態のエラーのグラフを示す。
【図１１Ｃ】例示的な実施形態において該用紙のｘ状態、ｙ状態及びθ状態のエラーのグラフを示す。
【図１２】例示的な実施形態での用紙位置決めシステムを通って用紙が横断するときの用紙位置のグラフを示す。
【図１３Ａ】例示的な実施形態における入力スナップショットと出力スナップショットと比較して観測される用紙状態を示す。
【図１３Ｂ】例示的な実施形態における入力スナップショットと出力スナップショットと比較して観測される用紙状態を示す。
【図１３Ｃ】例示的な実施形態における入力スナップショットと出力スナップショットと比較して観測される用紙状態を示す。
【図１４】例示的な実施形態での該用紙位置決めプロセスの間のエッジセンサ読取値を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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