(57)【要約】【課題】立ち上がりにハンチングの少ない制御を行うことができ、しかも定常駆動時の安定性の優れたフィードバック制御を実現する。【解決手段】設定部１は比較検出部２に対して、ＤＣモータＭが停止状態から目標速度まで到達するまではその加速度を出力し、目標速度に到達した後は目標速度を出力する。比較検出部２は設定部１から出力される速度の設定値Ｖｉｎｔ（加速テーブル、目標速度）と速度検出部６の測定値Ｖｏｕｔを比較して偏差＝Ｖｉｎｔ−Ｖｏｕｔを求め、コントローラ部３は比較検出部２により検出された偏差情報をもとにＰＩＤ演算処理する。【選択図】        図１
2004185056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣモータをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御装置において、
前記ＤＣモータが停止状態から目標速度まで到達するまではその加速度に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御し、前記ＤＣモータが目標速度に到達した後は前記目標速度に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段を備えたことを特徴とするＰＩＤ制御装置。
【請求項２】
前記ＰＩＤ制御手段は、前記ＤＣモータが停止状態から目標速度まで到達するまで加速関数に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御することを特徴とする請求項１記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項３】
前記ＰＩＤ制御手段は、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＰＩＤ制御装置を備え、当該ＰＩＤ制御装置により前記ＤＣモータを駆動してキャリッジを駆動し、ブック原稿を走査することを特徴とするキャリッジ走査装置。
【請求項５】
請求項４記載のキャリッジ走査装置と、
前記キャリッジ走査装置よって走査した画像情報に基づいて記録媒体に可視画像を形成する画像形成手段と、
を備えていることを特徴とするた画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＰＩＤ制御装置を備え、当該ＰＩＤ制御装置により前記ＤＣモータを駆動してシート原稿を搬送することを特徴とするシート搬送装置。
【請求項７】
請求項６記載のシート搬送装置と、
当該シート搬送装置によって搬送されたシート原稿に基づいて記録媒体に可視画像を形成する画像形成手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣモータをＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御するＰＩＤ制御装置、このＰＩＤ制御装置を備えたキャリッジ走査装置、前記ＰＩＤ制御装置によって制御されるＤＣモータを有するシート搬送装置及び前記キャリッジ走査装置あるいはシート搬送装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタのキャリッジの走査機構や原稿読み取りのためのスキャナのキャリッジ走査機構において、駆動モータとしてＤＣモータを用いる場合には、キャリッジを目標速度（制御量の設定値）に制御するために、速度検出部（制御量の測定値、エンコーダ使用）と目標速度の設定および比較検出部を用い、目標速度と速度検出部からの測定速度の偏差を比較検出部により検出し、その偏差信号に対して比例（Ｐ）＋積分（Ｉ）＋微分（Ｄ）による演算処理を施し、必要な電力を出力するための信号を電力増幅部に伝達しＤＣモータを制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−０６６３７４号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−２０１２７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＩＤ制御によるフィードバック制御をキャリッジ走査装置やシート搬送装置などに用いた場合、モータの速度を停止状態から目標速度に上げようとする設定値変更による立ち上げ特性と、定常速度での外乱に対する安定性保持の制御が同一ＰＩＤ定数で満足しなくてはならず、両特性を満足する定数の設定は困難なのが実情である。
【０００６】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、インクジェットプリンタやスキャナのキャリッジ走査などの立ち上がりにハンチングの少ない制御を行うことができ、しかも定常駆動時の安定性の優れたフィードバック制御を実現することができるＰＩＤ制御装置、キャリッジ走査装置、シート搬送装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は上記目的を達成するために、ＤＣモータをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御装置において、前記ＤＣモータが停止状態から目標速度まで到達するまではその加速度に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御し、前記ＤＣモータが目標速度に到達した後は前記目標速度に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の手段は、第１の手段において、前記ＰＩＤ制御手段が、前記ＤＣモータが停止状態から目標速度まで到達するまで加速関数に基づいて前記ＤＣモータをＰＩＤ制御することを特徴とする。
【０００９】
第３の手段は、第１、第２の手段において、前記ＰＩＤ制御手段が、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
第４の手段は、第１ないし第３の手段のいずれかに記載のＰＩＤ制御装置を備えたキャリッジ走査装置を特徴とし、このキャリッジ走査装置では前記ＰＩＤ制御装置により前記ＤＣモータを駆動してキャリッジを駆動し、ブック原稿を走査する。
【００１１】
第５の手段は、第４の手段に係るキャリッジ走査装置と、前記キャリッジ走査装置よって走査した画像情報に基づいて記録媒体に可視画像を形成する画像形成手段とを含んで画像形成装置を構成したことを特徴とする。
【００１２】
第６の手段は、第１ないし第３の手段のいずれか１項に記載のＰＩＤ制御装置を備えたシート搬送装置を特徴とし、このシート搬送装置では、前記ＰＩＤ制御装置により前記ＤＣモータを駆動してシート原稿を搬送する。
【００１３】
第７の手段は、第６の手段に係るシート搬送装置と、当該シート搬送装置によって搬送されたシート原稿に基づいて記録媒体に可視画像を形成する画像形成手段とを含んで画像形成装置を構成したことを特徴とする。
【００１４】
第１及び第２の手段によれば、ＰＩＤの各定数は定常時目標速度での外乱に対し最も安定になるよう設定し、また、立ち上げ時には加速テーブルを最適化することにより同一ＰＩＤ定数でもハンチングの極めて少なく定常速度も極めて安定した駆動が実現できる。また、設定値を徐々に変更するだけのため立ち上げから定常への移行がスムーズに行える。
【００１５】
第３の手段によれば、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことにより、ＰＩＤ定数が倍になるので、第１及び第２の手段に対してさらに安定した制御が可能になる。
【００１６】
第４の手段によれば、ＰＩＤの各定数は定常時目標速度での外乱に対し最も安定になるよう設定し、また、立ち上げ時には加速テーブルを最適化することにより同一ＰＩＤ定数でもハンチングの極めて少なく定常速度も極めて安定したブック原稿の走査が可能になる。また、設定値を徐々に変更するだけのためキャリッジ走査の立ち上げから定常走行への移行がスムーズに行える。また、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことにより、ＰＩＤ定数が倍になるので、さらに安定した原稿走査が可能になる。
【００１７】
第５の手段によれば、第４の手段によって読み取った画像データに基づいて画像形成を行うことができる。
【００１８】
第６の手段によれば、ＰＩＤの各定数は定常時目標速度での外乱に対し最も安定になるよう設定し、また、立ち上げ時には加速テーブルを最適化することにより同一ＰＩＤ定数でもハンチングの極めて少なく定常速度も極めて安定したシート搬送制御が可能になる。また、設定値を徐々に変更するだけのためキャリッジ走査の立ち上げから定常走行への移行がスムーズに行える。また、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことにより、ＰＩＤ定数が倍になるので、さらに安定したシート搬送が可能になる。
【００１９】
第７の手段によれば、第５の手段によって搬送されたシート原稿に基づいて画像形成を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明に係るＰＩＤ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、設定部１はメモリからなり、ＤＣモータＭ（図２参照）の目標速度に加えて、停止状態から目標速度まで加速するための加速テーブルの設定値Ｖｉｎｔの情報が保存されている。速度検出部（エンコーダ）６は例えば図２に示すようなキャリッジ７の速度Ｖｏｕｔを測定するための装置であり、２チャンネルの矩形波出力を行いこのデータを処理することにより速度、方向、位置がわかる。比較検出部２は、設定部１から出力される速度の設定値Ｖｉｎｔ（加速テーブル、目標速度）と速度検出部６の測定値Ｖｏｕｔを比較して偏差＝Ｖｉｎｔ−Ｖｏｕｔを求める。
【００２２】
コントローラ部（ＰＩＤ制御演算部）３は比較検出部２により検出された偏差情報をもとにＰＩＤ演算処理し、電力増幅部（モータ駆動回路部）４に制御信号を送る。電力増幅部４はコントローラ部から出力された信号を受け、電力をＤＣモータ及び機構部５に供給する。ＰＷＭ制御ではｄｕｔｙ比を変えることで対応したり、ｄｕｔｙ比固定の場合は電圧を換えてモータへの電力を供給する。ＤＣモータＭは入力電力に応じた速度、トルクを発生する。
【００２３】
図２にキャリッジ駆動とエンコーダの基本構成図を示す。キャリッジ７にはエンコーダセンサ６が備え付けられている。キャリッジ７自体は駆動ベルト８に結合され、モータＭの回転がプーリ９を通じてベルト８を駆動させ一体に移動する。エンコーダセンサ６はリニアスケール１０のフォトディテクタ（黒―透明のラインの繰り返しの列）を読む、読まないことで矩形波を出力し、周期から速度がわかる。
【００２４】
図３に画像形成装置としての複写機の全体構成図を示す。本発明はＤＣモータとエンコーダを使用した装置に適用され、図２に示すように複写機のキャリッジ７を駆動してブック原稿を読み取るＢｏｏｋスキャナ部１１０と、シート原稿を搬送するＡＤＦ部１００に適用される。また、インクジェットプリンタのインクキャリッジ部や給紙部にも適用できる。なお、この複写機は、電子写真方式で画像形成を行うもので、表面が帯電された感光体１８０に光書き込み部１４０から光書き込みを行い、現像部でトナー現像した顕像を本体給紙部１３０、給紙バンク１５０あるいは手差し給紙部１６０から給紙された記録紙に転写部１７０で転写し、定着部１９０で定着して排紙するものである。なお、符号１２０は現像に使用するトナーを補給するトナーボトルである。これらの各構成要素を含む複写機の構成自体は公知なので、複写機に関する詳細な説明は省略する。
【００２５】
図４は従来のＰＩＤ制御による搬送ローラ軸の速度−時間変化を示す図である。この図は加速時間１０ｍｓ、速度目標値２０ＫＨｚに設定したときの、あるＰＩＤ定数での挙動である。この図から、立ち上げ時にＰＩＤ定数が最適化できていないため目標速度に達した後もオーバーシュートしてハンチングが生じ、なかなか収束しない状態が分かる。また、定常時もＰＩＤ定数が最適化されておらず負荷変動の影響で安定していない。そこで、本発明では、立ち上げ時の挙動を改善し且つ定常時の安定性も向上させる制御を実現することにある。
【００２６】
図５に１自由度ＰＩＤフィードバック制御システムの概要を示す。このシステムでは、予め設定された設定値ＳＶ（目標値）に対し、制御量ＰＶ（初期は０）を検出器（エンコーダ）で検出し、次いで設定値ＳＶと制御量ＰＶの偏差ｅ＝ＳＶ−ＰＶを算出する。次いでこの偏差ｅに対し、調節部Ｃ（ｓ）で式（１）のＰＩＤ制御による演算を行い、操作出力ＭＶを算出する。この操作出力ＭＶ（電圧）によりモータ速度がコントロールされることで制御量ＰＶが設定値ＳＶに合わされる。
【００２７】
Ｍ（ｓ）  ＝（１００／ＰＢ）（１＋１／ＴＩｓ＋ＴＤｓ）Ｅ（ｓ）  …（１）
但し、ｓ：ラプラス演算子
Ｅ（ｓ）：ｅ（ｔ）のラプラス変換
Ｍ（ｓ）：ｍ（ｔ）のラプラス変換
ＰＢ：比例帯
ＴＩ：積分時間
ＴＤ：微分時間
図６に２自由度ＰＩＤフィードバック制御システムの概要を示す。１自由度ＰＩＤとの違いは調節部が１つ多くあり、偏差ｅだけでなく制御量ＰＶに対してもＰＩＤの演算をすることで立ち上がり時と定常時の双方に最適なＰＩＤ定数を選択できる。すなわち、１自由度では偏差ｅに対しＰＩＤ定数（Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ）、２自由度では制御量ＰＶに対しＫｐ１、Ｋｉ１，Ｋｄ１の合計６個の定数を組み合わせて細かな制御が可能となる。
【００２８】
式（１）は調節系Ｃ（ｓ）内部の演算式である１自由度ＰＩＤ制御基本式を示し、前述の定数の関係の場合には
Ｋｐ＝１００／ＰＢ
Ｋｉ＝１／Ｔｉ
Ｋｄ＝ＴＤ
となる。式（１）における１００／ＰＢの項はＰ動作（比例動作）と呼ばれ、現在の偏差ｅに比例した出力を出す。１／ＴＩｓの項はＩ動作（積分動作）と呼び、過去の偏差ｅの積分値に対し出力を発生する。ＴＤｓはＤ動作（微分動作）と呼び、偏差ｅの変化率に比例した出力を出す。
【００２９】
図７に本発明の第１の実施形態によるモータ速度制御の設定値テーブル（等加速−定常等速−減速）を示し、停止状態から目標速度に到達するまでの立ち上げ時間（加速時間）ｔ１では、一定の加速度でＰＩＤ制御している。すなわち、第１の実施形態では、ＰＩＤ定数以外に等加速立ち上げのテーブルを制御因子として立ち上げ特性を改善することを特徴としている。
【００３０】
図８に本発明の第２の実施形態によるモータ速度制御の設定値テーブル（加速関数−定常等速−減速）を示し、停止状態から目標速度に到達するまでの立ち上げ時間（加速時間）ｔ１では、加速度が変化（加速開始時近傍では急加速、目標速度近傍では緩い加速）する加速関数でＰＩＤ制御している。すなわち、第２の実施形態では、ＰＩＤ定数以外に加速関数テーブルを制御因子として立ち上げ特性を改善することを特徴としている。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＰＩＤの各定数は定常時目標速度での外乱に対し最も安定になるよう設定し、また、立ち上げ時には加速テーブルを最適化することにより同一ＰＩＤ定数でもハンチングの極めて少なく定常速度も極めて安定した駆動が実現できる。また、設定値を徐々に変更するだけのため立ち上げから定常への移行がスムーズに行える。
【００３２】
さらに、２自由度型ＰＩＤ制御を行うことにより、ＰＩＤ定数が倍になるので、より安定した制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＰＩＤ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のＰＩＤ制御装置を適用したキャリッジ走査装置を示す構成図である。
【図３】図１のＰＩＤ制御装置を適用した複写機を示す構成図である。
【図４】従来のＰＩＤ制御を示す説明図である。
【図５】１自由度ＰＩＤフィードバック制御システムを示すブロック図である。
【図６】２自由度ＰＩＤフィードバック制御システムを示すブロック図である。
【図７】第１の実施形態の加速テーブルを示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の加速テーブルを示す説明図である。
【符号の説明】
１  設定部
２  比較検出部
３  コントロール部
【図１】
2004185056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004185056.tif 000008
【図７】
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【図８】
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