(57)【要約】【課題】速度微調の機能を備えたモータ制御装置において、回転むら特性の変動を解決し、常に安定した良好な回転むら特性を得ることを目的とする。【解決手段】制御演算周期設定手段１０７を設け、速度指令の微調値に応じて制御演算手段１０３の周期を可変することにより、回転むら特性を悪化させることなく速度微調を行うことが可能となる。【選択図】図１ 
2005160243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力値を取り込み、その値を微分して得られる前記モータの回転速度が速度指令の基準値に一致するように作用するフィードバック制御のための演算処理を行う制御演算手段と前記制御演算手段の出力値を取り込み、所定の処理を行い出力する補償器と前記制御演算手段の出力値に前記補償器の出力値を加算する加算手段とその加算された値に従って前記モータを駆動するモータ駆動手段と速度指令の微調値に応じて前記制御演算手段の演算処理を実行する周期を可変する制御演算周期設定手段とを備えたモータ制御装置。
【請求項２】
補償器が、直列に接続されたＮ個（Ｎは正の整数）のメモリ群を含み、前記メモリ群によってＮサンプルだけ遅延された値を出力すると同時に、その出力値と入力値とを加算して再び前記メモリ群に入力する処理を制御演算手段の演算処理を行う周期のＱ倍（Ｑは正の整数）の周期で実行する請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転速度あるいは回転位置を制御するモータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機など画像形成装置においてモータがギア等を介せずに感光体などを直接、駆動する場合には、モータの回転速度が数十（ｒ／ｍｉｎ）など比較的低くなることが多い。このような場合、採用されるモータ制御方式としては、予め定められた一定の周期にて、制御演算処理を行う方式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。ただし、モータの回転速度が低いため、モータ自身のコギングあるいはトルクリップルなどのトルク変動要因により、モータの回転に同期した繰り返し周期の固有の回転むら成分が顕著に発生する。
【０００３】
しかしながら、画像形成装置においては、印刷品質の向上のため感光体などを低い回転むらで回転させる必要がある。そのため、Ｎ個（Ｎは正の整数）の直列に接続されたメモリ群を含む補償器をフィードバック制御のループ内に備えることで、上述の繰り返し周期の回転むらを低減させる手段が採られることがある（例えば、特許文献２参照）。また、センサー信号を内挿処理することによって、モータの回転位置を高分解能に検出する方法などが挙げられる（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
図５に従来のモータ制御装置の構成を示す。
【０００５】
図５に示す従来のモータ制御装置の構成は、図１に示す本発明の実施例と一部を除き、全く同一の構成であるため、相違点のみ説明する。５０２は加算手段であり、速度指令の基準値と速度指令の微調値を加算し、制御演算手段１０３に出力する。５０１は、制御演算周期設定手段であるが、本発明の図１の１０７とは詳細な構成が異なるので、詳細な構成を図６に示す。
【０００６】
図６において、３０３は割り込み周期設定手段であるが、本発明の図３における割り込み周期設定手段３０３と全く同一であり、基準周期の値に従って制御演算手段１０３の演算処理を起動するための割り込み周期を設定する。この場合、基準周期の値は固定値なので、制御演算手段１０３の演算処理が実行される周期も固定となる。
【０００７】
このように構成されたモータ制御装置により、モータ１０１の回転速度が速度指令の値に一致するように制御するフィードバック制御のループが形成されており、速度ゲイン乗算手段１２５と位置ゲイン乗算手段１２６の各ゲインに適正な値を与えることにより、モータ１０１の回転速度、すなわち位置検出手段１０２の出力を微分した値が、速度指令の基準値に速度指令の微調値を加えた値に一致するように制御される。よって、速度指令の基準値を固定し、速度指令の微調値を変化させることにより、モータ１０１の回転速度を微調することができる。
【特許文献１】特開２００３−９５６４号公報
【特許文献２】特開昭６３−８０７８３号公報
【特許文献３】特開平０９−１０３０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、予め定められた一定の周期にて、制御演算手段及
び補償器の処理を実行しているため、速度指令を基準値から変化させて、モータの回転速度を微調整すると、モータの回転速度の変化に従ってモータの回転むらの周波数も変化する。従って、モータの回転むらの周波数と補償器が回転むらを抑圧する作用を及ぼす周波数との間にずれが生じ、結果として補償器の効果が低下する、すなわちモータの回転むらが悪化するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、モータの回転速度を微調整した場合においても、回転むらを悪化させることなく、良好なモータ制御性能を発揮するモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、モータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力値を取り込み、その値を微分して得られる前記モータの回転速度が速度指令の基準値に一致するように作用するフィードバック制御のための演算処理を行う制御演算手段と前記制御演算手段の出力値を取り込み、所定の処理を行い出力する補償器と前記制御演算手段の出力値に前記補償器の出力値を加算する加算手段とその加算された値に従って前記モータを駆動するモータ駆動手段と速度指令の微調値に応じて前記制御演算手段の演算処理を実行する周期を可変する制御演算周期設定手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御装置によれば、モータの回転速度を微調整した場合においても、回転むらが変化しないという有利な効果が得られる。また、モータ固有の繰り返し周期の回転むらが抑圧されるため、極めて良好な回転むら性能が維持されるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、モータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力値を取り込み、その値を微分して得られる前記モータの回転速度が速度指令の基準値に一致するように作用するフィードバック制御のための演算処理を行う制御演算手段と前記制御演算手段の出力値を取り込み、所定の処理を行い出力する補償器と前記制御演算手段の出力値に前記補償器の出力値を加算する加算手段とその加算された値に従って前記モータを駆動するモータ駆動手段と速度指令の微調値に応じて前記制御演算手段の演算処理を実行する周期を可変する制御演算周期設定手段とを備えたものであり、回転むらを変化させずに、前記モータの回転速度を微調整することを可能にするという作用を有する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、補償器が、直列に接続されたＮ個（Ｎは正の整数）のメモリ群を含み、前記メモリ群によってＮサンプルだけ遅延された値を出力すると同時に、その出力値と入力値とを加算して再び前記メモリ群に入力する処理を制御演算手段の演算処理を行う周期のＱ倍（Ｑは正の整数）の周期で実行するものであり、モータ固有の繰り返し周期の回転むらを抑圧し、極めて良好な回転むら性能を維持しながら、前記モータの回転速度を微調整することを可能にするという作用を有する。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明のより具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例のモータ制御装置の構成を示す図である。図１において１０１はモータであり、１０２はモータ１０１の回転位置を示す値を出力する位置検出手段である。さらに、位置検出手段１０２は、モータ１０１の回転に従って互いに位相が９０度異な
る２相の正弦波信号を発生するセンサー１１１とセンサー１１１の出力信号をモータ１０１の回転位置を示すディジタル値に変換する信号変換手段１１２によって構成される。センサー１１１は、例えば磁気抵抗素子などで構成され、信号変換手段１１２は、一例として、特許文献３に示されるようにセンサー信号を内挿処理することによって、モータの回転位置を高分解能に検出する方法などが挙げられる。
【００１６】
１０３は制御演算手段である。制御演算手段１０３の内部では、例えばマイクロコンピュータによって次に説明するような演算処理が実行される。所定のタイミングで制御演算手段１０３の内部に取り込まれた位置検出手段１０２の出力値は、微分手段１２１によって微分演算されることで、モータ１０１の回転速度に相当する値になる。この値は、差分演算手段１２４によって速度指令の基準値との差、すなわち速度誤差が計算された後、速度ゲイン乗算手段１２５によって、所定の速度ゲインが乗算される。また、速度指令の基準値は積分手段１２２によって積分演算され位置指令に相当する値になるが、この値は差分演算手段１２３によって位置検出手段１０２の出力値との差、すなわち位置誤差が計算された後、位置ゲイン乗算手段１２６によって、所定の位置ゲインが乗算される。速度ゲイン乗算手段１２５の出力値と位置ゲイン乗算手段１２６の出力値は、加算手段１２７によって加算された後、制御演算手段１０３の出力値として出力される。
【００１７】
制御演算手段１０３の出力値は補償器１０５に入力される。補償器１０５の出力値は、加算手段１０６によって制御演算手段１０３の出力値と合成された後、トルク指令値としてモータ駆動手段１０４に入力される。モータ駆動手段１０４は、入力されたトルク指令値に比例した電流をモータ１０１に流すことによって駆動トルクを発生しモータ１０１を駆動する。なお、モータ駆動手段１０４は、モータ１０１に流れる電流を検出する電流検出手段１３３とモータ１０１にトルク指令値に相当する電流が流れるように電流制御の演算を行う電流制御手段１３１とモータ１０１に電流を供給する駆動段１３２によって構成される。１０７は制御演算周期設定手段であり、速度指令の微調値に従って制御演算手段１０３の演算処理を実行する周期を可変して設定する。
【００１８】
以上、説明したように、図１に示すモータ制御装置では、モータ１０１の回転速度が速度指令の基準値に一致するように制御するフィードバック制御のループが形成されており、速度ゲイン乗算手段１２５の速度ゲインと位置ゲイン乗算手段１２６の位置ゲインにそれぞれ適正な値を与えることにより、モータ１０１の回転速度が、速度指令の基準値に一致するように制御される。
【００１９】
次に、補償器１０５の詳細について説明する。図２は、補償器１０５の詳細な構成を示す図である。図２において、２０１は入力フィルタ、２０２は加算手段、２０３はＮ個のメモリ群、２０４は安定化フィルタ、２０５は位相進み手段である。
【００２０】
補償器１０５に入力された値は、まず、入力フィルタ２０１に入力される。入力フィルタ２０１の出力値は安定化フィルタ２０４の出力値と、加算手段２０２によって加算された後、直列に接続されたＮ個（Ｎは正の整数）のメモリ群２０３に入力される。この直列に接続されたＮ個のメモリ群２０３は、入力された値を１回の処理ごとに順次、直列に値をシフトする作用を有する。従って、このＮ個のメモリ群２０３によって入力値は、Ｎ回の処理時間だけ遅延されて出力され、安定化フィルタ２０４を通して出力される。安定化フィルタ２０４の出力値は、位相進み手段２０５によって所定の時間だけ位相が進められた後、補償器１０５の出力となる。ここで、入力フィルタ２０１と安定化フィルタ２０４は共にローパスフィルタであり、図１に示すように、補償器１０５がフィードバック制御のループ内に組み込まれた場合のフィードバック制御の安定性を確保するためのものである。また、位相進み手段２０５も同様にフィードバック制御の安定性を確保するためのものである。
【００２１】
図２において、入力フィルタ２０１及び位相進み手段２０５は、図１における制御演算手段１０３と同一の周期で演算処理が実行されるが、一方、それ以外の処理を示す処理ブロック２０６は、制御演算手段１０３の演算処理の周期のＱ倍（Ｑは正の整数）の周期、すなわち１／Ｑ分周により演算処理が実行される。よって、制御演算手段１０３の演算処理が実行される周期をＴとすると、処理ブロック２０６が実行される周期はＱＴであり、メモリ群２０３に入力された値がメモリ群２０３によって遅延され、再度、メモリ群２０３に入力されるまでの一巡に要する時間はＮＱＴである。これの逆数を周波数ｆＬとすると、ｆＬ＝１／（ＮＱＴ）の関係が成り立つ。上述のようにメモリ群２０３の出力がメモリ群２０３の入力に戻るというループを形成しているため、補償器１０５に入力される信号のうち、この周波数ｆの整数倍の周波数成分のみがメモリ群２０３の内部に蓄積されると同時に順次出力される。
【００２２】
このようにモータ制御装置のフィードバック制御のループ内に組み込まれた補償器１０５は、上記の周波数ｆＬの整数倍の周波数にてトルク指令の周期的な変動成分を補償し、周期的な外乱を抑圧する効果を発揮する。
【００２３】
一般に、モータを回転させた時に生ずる回転むらは、モータ自身の構造、すなわち、着磁極数などに関連するモータ固有のトルク変動要因に起因し、モータの１回転周波数ｆwの整数倍の周波数の回転むらが生ずる。そこで、上記ｆＬがこのｆwに一致、または互いに整数倍の関係になるようにｆＬを設定することにより、トルク変動要因に起因する回転むらを抑圧し、極めて良好な回転むら特性を得ることが出来る。一例を挙げると、モータの回転速度が６０．０（ｒ／ｍｉｎ）の場合、ｆw＝１．００（Hz）であり、Ｎ＝２５０、Ｑ＝4、Ｔ＝１／１０００（秒）とすると、ｆＬ＝１．００（Hz）となり、ｆwに一致するため、補償器１０５の回転むらを抑圧する作用が効果を発揮し、極めて良好な回転むら特性を得ることが出来る。
【００２４】
しかし、速度微調を行った場合、例えば上記の例において、回転速度を１%上昇させ、６０．６（ｒ／ｍｉｎ）とすると、ｆw＝１．０１（Hz）となり、ｆＬ＝１．００（Hz）とのずれが生ずるため、回転むら特性が悪化する。そこで、周期Ｔを変化させ、Ｔ＝１／１０１０（秒）とすると、ｆＬ＝１．０１（Hz）となり、ｆw＝１．０１（Hz）に一致するため、再び良好な回転むら特性を得ることが出来る。
【００２５】
この場合、制御演算周期設定手段１０７の作用により制御演算が実行される周期Ｔが可変される。制御演算周期設定手段１０７の詳細な構成を図３に示す。速度指令の微調値は速度周期変換手段３０１に入力され、計算により速度から周期に変換された後、所定の定数が乗算され割り込み周期に相当する値に変換される。速度周期変換手段３０１の出力値は、基準周期、すなわち速度指令の微調値がゼロの場合の割り込み周期と加算手段３０２によって加算された後、割り込み周期設定手段３０３に入力される。割り込み周期設定手段３０３は、入力された値に従って制御演算手段１０３の演算処理を起動するための割り込み周期を設定する。
【００２６】
このように制御演算周期設定手段１０７によって設定された割り込みの処理によって、制御演算手段１０３の演算処理が起動される様子を図４（ａ）〜（ｂ）のタイミング図に示す。図４（ａ）〜（ｂ）において、４０１〜４０５は、上記の割り込みによって起動された制御演算手段１０３の演算処理を示す。図４（ａ）の通り、時刻ｔ１以降、時刻ｔ２、ｔ３・・・と周期Ｔの一定間隔で割り込みが発生し、このタイミングで制御演算手段１０３において位置検出手段１０２の出力が取り込まれると同時に演算処理が実行される。また、同図において４０６、４０７は、Ｑ＝４の場合の補償器１０５内部の処理ブロック２０６の演算処理を示す。このように、上記の割り込み４回のうち１回の割合で、すなわ
ち１／４分周により補償器１０５内部の処理ブロック２０６の演算処理が実行される。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対し、上記の割り込みの周期を若干大きくした場合を示している。
【００２７】
モータ１０１の回転速度Ｓは、速度指令の値Ｃに対し、Ｓ＝Ｃ／Ｔの関係にあり、速度指令の基準値をＣr、速度指令の微調値をＣtとすると、図５に示した構成のようにＣ＝（Ｃr＋Ｃｔ）とすると、Ｓ＝（Ｃｒ＋Ｃｔ）／Ｔであるので、速度指令の微調値Ｃｔを変化させることで、通常は回転速度Ｓを変化させている。しかし、図１に示す本発明の実施例においては、周期Ｔを可変することによって、モータの回転速度Ｓを微調する。この場合、Ｓ＝Ｃｒ／（Ｔｒ＋Ｔｔ）とし、Ｔｒを固定値としＴtを変化させる。この式に対し、Ｔｔ＝−Ｔｒ×Ｃｔ／（Ｃｒ＋Ｃｔ）と設定して代入計算すると、Ｓ＝Ｃｒ／（Ｔｒ＋Ｔｔ）＝（Ｃｒ＋Ｃｔ）／Ｔｒとなることが判る。従って、この計算結果からもＴtを変化させること、すなわち周期Ｔを可変することにより同様な速度微調が可能なことが判る。
【００２８】
このように、制御演算周期設定手段１０７によって、モータ１０１の回転速度を微調することが可能であり、モータ１０１の回転速度を微調した場合においても、常に安定した回転むら特性を得ることが出来る。
【００２９】
なお、補償器１０５の演算処理を制御演算手段１０３の演算処理と同期しないタイミングで実行した場合、すなわち上述の各実行周期の関係を示す値Ｑが整数でなかった場合には、たとえ周波数ｆwと周波数ｆＬが一致したとしても、それぞれの演算処理の周波数（周期の逆数）の差分の周波数（ビート）の回転むら成分が現れ、回転むら特性が悪化するため、好ましくない。従って、上述の説明の様に、補償器１０５の演算処理は、制御演算手段１０３の演算処理と同期したタイミングで実行するのが望ましい。
【００３０】
以上、説明したように、上記のような構成により、モータ回転速度の速度微調を行った場合においても、常に安定した良好な回転むら特性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のモータ制御装置は、モータの回転速度を微調整した場合においても、極めて良好な回転むらを維持できるという効果を有し、例えば画像形成装置などにおいて感光体などを低速で直接に駆動し、なおかつ速度の微調整が必要な用途おいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例における補償器の詳細な構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施例おける制御演算周期設定手段の詳細な構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施例おける制御演算手段及び補償器の各処理の実行タイミングを説明するための図
【図５】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図６】従来のモータ制御装置における制御演算周期設定手段の詳細な構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３３】
１０１    モータ
１０２    位置検出手段
１０３    制御演算手段
１０４    モータ駆動手段
１０５    補償器
１０６、１２７、２０２、３０２、５０２    加算手段
１０７、５０１    制御演算周期設定手段
１１１    センサー
１１２    信号変換手段
１２１    微分手段
１２２    積分手段
１２３、１２４    差分演算手段
１２５    速度ゲイン乗算手段
１２６    位置ゲイン乗算手段
１３１    電流制御手段
１３２    駆動段
１３３    電流検出手段
２０１    入力フィルタ
２０３    メモリ群
２０４    安定化フィルタ
２０５    位相進み手段
２０６    処理ブロック
３０１    速度周期変換手段
３０３    割り込み周期設定手段
４０１〜４０７    演算処理
Ｎ、Ｑ    正の整数
Ｔ    演算処理周期
Ｓ    回転速度
ｔ    時刻
Ｃ    速度指令値
Ｃｒ    速度指令基準値
Ｃｔ    速度指令微調値
ｆＬ、ｆｗ    周波数
【図１】
2005160243.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005160243.tif 000005
【図４】
2005160243.tif 000006
【図５】
2005160243.tif 000007
【図６】
2005160243.tif 000008