(57)【要約】【課題】時間が経過するほど理想移動距離と測定値との差が累積されて増加するという問題を解決し得るＤＣモータ制御装置を提供する。【解決手段】ＰＩＤフィードバック制御の設定値を速度でなく経過時間ごとの位置として制御するハードロジック回路を備えたＤＣモータ制御装置とする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤフィードバック制御の設定値を速度でなく経過時間ごとの位置として制御するハードロジック回路を備えたことを特徴とするＤＣモータ制御装置。
【請求項２】
２自由度ＰＩＤフィードバック制御のハードロジック回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ制御装置。
【請求項３】
移動距離検出手段としてリニアスケールを備え、制御対象のキャリッジの位置に応じてカウンタ値を出力することを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ制御装置。
【請求項４】
インクリメンタル型のエンコーダセンサを備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のＤＣモータ制御装置。
【請求項５】
ハードロジック回路にパルス幅変調制御回路を使用し、モータ回路にフライホイールダイオードを備えたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のＤＣモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コピー、プリンター、スキャナー等のキャリッジ駆動を制御するＤＣモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタのインク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、エンコーダで検出）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偏差を検出し、その偏差信号にＰＩＤ演算処理を施し操作出力信号を出力、必要な電力を得るため電力増幅部で増幅しＤＣモータを駆動制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、類似の技術として、キャリッジ駆動モータの速度制御をハードロジック回路で実行して、印字装置全体の制御を司る制御手段の負荷を軽減する特許文献２の「ＤＣモータの駆動制御装置及び印字装置」、
さらに、シリアルプリンタのプリントヘッド走査系の立ち上がり特性を改善し、立ち上がりに要する時間ないしは整定時間を短縮するとともに、走査範囲を短縮できるようにする特許文献３の「プリント装置および該装置の制御方法」が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２５８６５０号公報
【特許文献２】
特開平１０−６６３７４号公報
【特許文献３】
特開平１１−１８８９４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように速度そのものを制御対象とした場合、目標速度と制御量の差（オフセット）が解消できない場合（極微小に残る場合）には、時間（ｔ）−移動距離（ｄ）で考えると時間が経過するほど理想移動距離と測定値との差が累積されて増加する。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みて成したもので、時間が経過するほど理想移動距離と測定値との差が累積されて増加するという問題を解決し得るＤＣモータ制御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】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、ＰＩＤフィードバック制御の設定値を速度でなく経過時間ごとの位置として制御するハードロジック回路を具えたＤＣモータ制御装置を最も主要な特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明では、請求項１において、２自由度ＰＩＤフィードバック制御のハードロジック回路を備えたＤＣモータ制御装置を主要な特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項１において、移動距離検出手段としてリニアスケールを備え、制御対象のキャリッジの位置に応じてカウンタ値を出力するＤＣモータ制御装置を主要な特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明では、請求項１，２、３において、インクリメンタル型のエンコーダセンサを備えたＤＣモータ制御装置を主要な特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明では、請求項１、２、３又は４において、ハードロジック回路にパルス幅変調制御回路を使用し、モータ回路にフライホイールダイオードを備えたＤＣモータ制御装置を主要な特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１にコピー機の全体構成図を示す。図中１は定着排紙部、２はＰＣＵ部、３は転写ローラ、４は手差し部、５は光書込部、６はバンク部、７は本体給紙トレイ、８はトナー補給部、９はＢｏｏｋスキャナ部、１０はＡＤＦ部を示し、本発明はＤＣモータとエンコーダを使用したＢｏｏｋスキャナ部９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にも適用できる。
【００１３】
図２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。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、設定値と制御量の偏差ｅを算出する。この偏差ｅに対し、調節部Ｃ（ｓ）で図４のＰＩＤ制御基本式による演算を行い、操作出力を算出する。この操作出力（電圧）によりモータがコントロールされることで制御量が設定値に合わされる仕組みである。
【００１４】
図３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定数を選択できる点にある。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。
【００１５】
調節系Ｃ（ｓ）内部の演算式である１自由度ＰＩＤ制御基本式は下記の数式の通りである。
【００１６】
Ｍ（ｓ）＝１００／ＰＢ・（１＋１／ＴＩｓ＋ＴＤｓ）Ｅ（ｓ）
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
【００１７】
前述の定数の関係だとＫｐ＝１００／ＰＢ、ＫＩ＝１／Ｔｉ、Ｋｄ＝ＴＤとなる。１００／ＰＢの項はＰ動作（比例動作）と呼ばれ、現在の偏差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、偏差の変化率に比例した出力を出す。
【００１８】
図４にＰＩＤ制御を行うときの制御系の基本構成を示す。
▲１▼  設定部：加速、定常、減速、停止の各テーブル（時間−位置関数）の情報がメモリーに保存されている。
▲２▼  位置検出部（エンコーダ）：キャリッジの位置を測定するための装置。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で速度、方向、位置がわかる。
▲３▼  比較検出部：位置の設定値と測定値を比較し偏差を求める。
▲４▼  コントローラ部：▲３▼の偏差情報をもとにＰＩＤ演算処理し電力増幅部に制御信号を送る。
▲５▼  電力増幅部：▲４▼の信号を受け電力増幅をする。
▲６▼  ＰＷＭ制御ではｄｕｔｙ比を変えること実効電圧を調整しで対応し、モータへの電力を供給する。
▲７▼ＤＣモータ：入力電力に応じた速度、トルクを発生する。
【００１９】
図５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１１にはインクリメンタル型エンコーダセンサ１２が備え付けられている。キャリッジ１１自体は駆動ベルト１３に結合され、ＤＣモータ１４の回転がプーリ１５を通じて駆動ベルト１３を駆動させ共に移動する。
【００２０】
エンコーダセンサ１２はリニアスケール１８（リニアエンコーダ）のフォトディテクタ（黒―透明のライン繰り返しの列）を読む、読まないことで矩形波を出力し、カウンタの基準クロックと比較することで位置情報（カウンタ値）がわかる。
【００２１】
図６に現状のモータ速度制御の設定値テーブル（等加速−定常等速−減速−停止）を示す。
【００２２】
図７に本発明の位置制御の設定値テーブル（加速−定常等速−減速−停止）を示す。
【００２３】
図８に現状の速度制御での問題点であるオフセットについて示している。Ｐ制御では一般にオフセットが生じるがＰＩ，ＰＩＤ制御でも若干のオフセットが生じる。図では実測値が目標速度より小さい値になっているが、ＰＩＤの各定数の組み合わせで大きくなる場合もある。
【００２４】
この僅かなオフセットが累積されると、図９のように理想的な時間−位置（距離）関係からどんどんずれていく。
【００２５】
図１０は上記を解決するために設定値ＳＶを速度から位置に変更した場合の例である。オフセットが生じても累積されることが無い。結果的に速度ではオフセット０になる。
【００２６】
図１１にモータのＰＷＭ回路とフライホイールダイオードの使用例を示す。
ＤＣモータ１４に並列にダイオード１６を接続することで、ＰＷＭ制御時のトランジスタ１７がＯＦＦになったときＤＣモータ１４のインダクタンスに蓄えられたエネルギーはダイオード１６によって短絡され、それによってＤＣモータ１４に電流が流れる。電力の飛躍的な効率アップとなる。
【００２７】
尚、本発明のＤＣモータ制御装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のＤＣモータ制御装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１、２、３に記載の発明によれば、経過時間ごとの移動距離（位置）を設定値とすることで極微小なオフセットが生じても、速度を設定値にしたような累積はなく、速度的にはオフセットの無い極めて安定した駆動が実現できる。
【００２９】
（ＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、アブソリュート型エンコーダセンサに比べコストを安くできる。
【００３０】
（ＩＩＩ）本発明の請求項５に記載の発明によれば、モータの省電力化ドライブが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コピー機の全体構成図である。
【図２】１自由度ＰＩＤフィードバック制御システムの概要を示すブロック図である。
【図３】２自由度ＰＩＤフィードバック制御システムの概要を示すブロック図である。
【図４】ＰＩＤ制御を行うときの制御系基本構成を示すブロック図である。
【図５】キャリッジ駆動とエンコーダの基本構成図である。
【図６】現状のモータ速度制御の設定値テーブルを示すグラフである。
【図７】本発明の位置制御の設定値テーブルを示すグラフである。
【図８】速度制御での定常速度と時間の関係を示すグラフである。
【図９】速度制御での移動距離と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】位置制御での移動距離と時間の関係を示すグラフである。
【図１１】モータのＰＷＭ回路とフライホイールダイオードの使用例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１  キャリッジ
１２  インクリメンタル型のエンコーダ
１３  リニアスケール
１４  ＤＣモータ
１６  ダイオード
１７  トランジスタ
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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