(57)【要約】【課題】煩雑な処理を伴うことなく、被移動体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることのできるモータ制御装置及びモータ制御方法を得る。【解決手段】被移動体としての記録媒体２２の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で記録媒体２２が移動するようにモータ１４の回転駆動を制御する第１制御系と、上記途中位置から上記目標停止位置まで上記所定速度より低速度かつ上記所定精度より高精度で記録媒体２２が移動するようにモータ１４の回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階でモータ１４の回転駆動を制御する。【選択図】        図１
2005031877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第１制御系と、前記途中位置から前記目標停止位置まで前記所定速度より低速度かつ前記所定精度より高精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階で前記モータの回転駆動を制御する制御手段、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記途中位置を、前記目標停止位置の近傍の位置とした
請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記途中位置を、前記モータの減速アクションと整定アクションの境界に対応する位置とした
請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１制御系を、比例積分制御系とし、
前記第２制御系を、スライディングモード制御系とした
請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のモータ制御装置。
【請求項５】
被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御するモータ制御方法であって、
前記被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第１制御系と、前記途中位置から前記目標停止位置まで前記所定速度より低速度かつ前記所定精度より高精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階で前記モータの回転駆動を制御する
モータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御するモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型で高速回転可能なモータが普及しており、これに伴い、モータ制御装置においても、迅速かつ高精度なモータの回転駆動制御が望まれている。
【０００３】
ところで、このようなモータの所定速度で回転している状態から減速させて停止させる際の回転駆動制御においては、当該モータの回転駆動により移動される被移動体の移動時の摩擦力や、当該モータから被移動体に至る移動力の伝達機構（ギヤ、ベルト等）による負荷等の非線形外乱に起因して、被移動体を目標とする停止位置に短時間で移動させることが難しい、という問題点があった。
【０００４】
図１５には、記録媒体（記録用紙）に画像を形成する画像形成装置（プリンタ）において、記録媒体を副走査方向に所定量だけ移動することにより改行動作を行うモータの回転駆動制御を、従来の比例積分制御系（ＰＩ制御系）によって行った場合の用紙送り誤差（目標停止位置に対する実際の位置の差）の測定結果例が示されている。なお、同図の（Ａ）は用紙送り速度の時間的な推移のみを示したものであり、（Ｂ）は当該用紙送り速度に加え、用紙送り誤差の時間的な推移を（Ａ）より時間軸（横軸）を拡大して示したものである。また、同図（Ｂ）の用紙送り誤差の単位は１／４８００インチである。
【０００５】
同図に示すように、この場合、用紙送り速度が０近傍に達した後も、数１００（ｍｓｅｃ）にわたって用紙送り誤差が０近傍に達しておらず、モータの整定アクションにかなりの時間を要することがわかる。画像形成装置の改行動作では、一般に、記録媒体の位置決め時間として数１０（ｍｓｅｃ）程度が、位置決め精度として±１０（μｍ）程度が各々要求されるため、同図に示すものでは当該要求を満足することができない。
【０００６】
そこで、この問題点を解決するための技術として、従来、モータを減速させる際に、当該モータに対する速度指令値を不連続に低下させる技術があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、上記のような非線形外乱に起因する被移動体の目標停止位置への位置決め精度の低下を防止することを目的として、従来、プリンタにおける改行のための紙送り機構を駆動するモータの制御として、紙送り駆動負荷に応じたモータ電流を改行動作時以外のタイミングで測定し、当該モータ電流に基づいてモータの駆動を制御する技術があった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２３３１７７公報
【特許文献２】
特開２００２−３２６４１７公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の速度指令値を不連続に低下させる技術では、被移動体を目標とする停止位置に短時間で移動させることはできるものの、移動体の位置決め精度が低い、という問題点があった。
【００１０】
また、上記のモータ電流を測定して用いる技術では、被移動体を高精度に位置決めすることはできるものの、モータ電流を測定する処理が必要となり、処理が煩雑になってしまうと共に、被移動体を目標とする停止位置に短時間で移動させることが困難である、という問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、煩雑な処理を伴うことなく、被移動体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることのできるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御するモータ制御装置であって、前記被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第１制御系と、前記途中位置から前記目標停止位置まで前記所定速度より低速度かつ前記所定精度より高精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階で前記モータの回転駆動を制御する制御手段を備えている。
【００１３】
請求項１に記載の発明では、被移動体を移動するために回転駆動されるモータの該回転駆動が制御対象とされる。なお、上記被移動体には、前述の画像形成装置における記録媒体の他、記録ヘッドを主走査方向に移動させて画像を形成する画像形成装置における上記記録ヘッド、画像読取部を主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方に移動させつつ画像情報を読み取るスキャナにおける上記画像読取部等、モータによって移動される全てのものが含まれる。また、上記モータには、ＤＣ（直流）モータ及びＡＣ（交流）モータが含まれる。
【００１４】
ここで、本発明では、制御手段により、被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動が第１制御系によって制御され、上記途中位置から上記目標停止位置まで上記所定速度より低速度かつ上記所定精度より高精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動が第２制御系によって制御される。
【００１５】
すなわち、通常、被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御する制御系では、被移動体の移動速度と移動精度とはトレードオフの関係にある。すなわち、高速性を重視する制御系では精度が或る程度犠牲となり、精度を重視する制御系では高速性が或る程度犠牲となる。
【００１６】
この点に着目して本発明では、被移動体の目標停止位置までの移動期間を、その途中位置までの移動期間と、残りの移動期間と、の２つの期間に区分し、各期間毎に異なる制御系でモータの回転駆動を制御すると共に、上記残りの移動期間では、上記途中位置までの期間において適用した第１制御系より低速度かつ高精度で被移動体を移動できる第２制御系、すなわち、第１制御系より移動精度を重視した制御系によってモータの回転駆動を制御している。これにより、本発明では、上記途中位置までの移動期間では被移動体を高速に移動させ、残りの移動期間では目標停止位置に高精度に位置決めすることができ、被移動体を目標停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることができるようにしている。
【００１７】
なお、本発明では、前述した従来の技術のように、被移動体を移動させるための駆動負荷に応じたモータ電流を移動動作時以外のタイミングで測定するといった煩雑な処理を伴うこともない。
【００１８】
このように、請求項１に記載のモータ制御装置によれば、被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第１制御系と、上記途中位置から上記目標停止位置まで上記所定速度より低速度かつ上記所定精度より高精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階でモータの回転駆動を制御しているので、煩雑な処理を伴うことなく、被移動体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることができる。
【００１９】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記途中位置を、前記目標停止位置の近傍の位置とすることが好ましい。これにより、速度を重視した第１制御系による制御期間を長くすることができるので、被移動体の移動時間を、より短縮することができる。
【００２０】
ところで、通常、モータの回転駆動制御では、回転速度を減速させて停止させる際に、減速アクションを行った後に整定アクションを行うものとされている。
【００２１】
この点を利用して、請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記途中位置を、前記モータの減速アクションと整定アクションの境界に対応する位置とすることが、制御系の切替えを行う上で好都合である。
【００２２】
なお、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記第１制御系を、比例積分制御系とし、前記第２制御系を、スライディングモード制御系とすることができる。
【００２３】
ここで、上記比例積分制御系の好適な例としては、図３に示した制御系を例示することができる。すなわち、この制御系は、制御対象１２として表されたモータを、回転速度の速度目標値ｖｒと実際の回転速度ｖの誤差に基づいてモータに流れる電流を示す電流指令値ｃ＿ｏｕｔを生成してモータに入力すると共に、モータに流れる電流の目標値である電流目標値ｃｒをフィードフォワードとして用いた系である。
【００２４】
また、上記スライディングモード制御系の好適な例として、図５に示した制御系を例示することができる。すなわち、この制御系は、モータの回転位置ｘ１、回転速度ｘ２、及び目標停止位置と回転位置ｘ１との誤差の時間積分によって示される位置誤差積分ｘ０の各状態量を定数ｃ０、ｃ１でσ＝ｃ０ｘ０−ｃ１ｘ１−ｘ２＝０となるように拘束すると共に、外乱ｄによって前記各状態量がσ＝０という条件から外れた場合に当該条件に引き戻すための非線形電流を入力する制御系である。
【００２５】
一方、上記目的を達成するために、請求項５に記載のモータ制御方法は、被移動体を移動するために回転駆動されるモータの回転駆動を制御するモータ制御方法であって、前記被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第１制御系と、前記途中位置から前記目標停止位置まで前記所定速度より低速度かつ前記所定精度より高精度で前記被移動体が移動するように前記モータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階で前記モータの回転駆動を制御するものである。
【００２６】
従って、請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様にモータの回転駆動を制御するので、請求項１記載の発明と同様に、煩雑な処理を伴うことなく、被移動体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１には、本実施の形態において本発明が適用されるモータ駆動装置１０の機械系の構成が示されている。なお、モータ駆動装置１０は、記録媒体に画像を形成する画像形成装置における当該記録媒体を副走査方向に搬送する役割を有するものである。以下、同図を参照して、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０の構成を説明する。なお、同図における円弧状矢印は、対応する回転部材の回転方向を示している。
【００２８】
モータ駆動装置１０は、記録媒体２２を搬送するためのプラテンローラ１８と、記録媒体２２をモータ駆動装置１０の外部へ排出するための排出ローラ２０とを備えている。
【００２９】
プラテンローラ１８及び排出ローラ２０は、駆動部１２によりそれぞれ駆動され、記録媒体２２を矢印Ａの方向（副走査方向）に所定のピッチで間欠搬送するようになっている。
【００３０】
駆動部１２には、駆動源としてのモータ１４と、複数のギヤ、ベルト、プーリ等が備えられている。モータ１４の回転軸の回転によって生じる駆動力はこれらのギヤや、ベルト、プーリを介してプラテンローラ１８及び排出ローラ２０に伝達される。
【００３１】
なお、プラテンローラ１８及び排出ローラ２０の記録媒体２２を挟んだ対向位置には従動ローラ１９が各々設けられており、記録媒体２２は、モータ１４の回転駆動に応じて互いに同一方向に回転されたプラテンローラ１８及び排出ローラ２０と、各々に対応する従動ローラ１９とに挟持された状態で副走査方向に搬送される。
【００３２】
一方、駆動部１２には、モータ１４の回転速度及び回転位置を検出するためのエンコーダ１６が設けられている。当該エンコーダ１６にはコードホイール１６Ａが備えられている。このコードホイール１６Ａは、フィルム状の円盤により構成されており、プラテンローラ１８の回転軸に一体的に設けられたギヤに設けられ、モータ１４の回転駆動に応じてプラテンローラ１８と一体的に回転するようになっている。また、コードホイール１６Ａの外周部付近には、当該コードホイール１６Ａと同心円状に、等間隔で遮光部と透光部とが交互に配設されている。
【００３３】
また、エンコーダ１６には、当該コードホイール１６Ａの遮光部及び透光部の配設部位を挟むようにフォトセンサ１６Ｂが備えられている。フォトセンサ１６Ｂには、光を出射する投光部と、当該投光部から出射された光を受光する受光部と、が上記遮光部及び透光部の配設部位を挟むように互いに対向されて設けられており、受光部から受光量に応じた検出信号が出力される。従って、モータ１４が回転駆動されてコードホイール１６Ａが回転されると、各々上記遮光部及び透光部に応じたローレベル及びハイレベルの検出信号がフォトセンサ１６Ｂから連続的に出力されるので、当該ローレベル及びハイレベルの信号周期に基づいてモータ１４の回転速度が検出できると共に、ローレベル又はハイレベルの出現回数を計数することによりモータ１４の回転位置が検出できる。なお、当該モータ１４の回転位置は、記録媒体２２の搬送量（搬送位置）を示す情報として適用されるものである。
【００３４】
図２には、モータ駆動装置１０の電気系の構成が示されている。同図に示すように、モータ駆動装置１０は、装置全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）２８と、前述のモータ１４及びエンコーダ１６が含まれた制御対象１２と、が備えられている。また、モータ駆動装置１０は、ＣＰＵ２８と制御対象１２との間に介在されたＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０が備えられている。
【００３５】
ＡＳＩＣ３０には、主としてＣＰＵ２８から入力された後述する電流指令値をアナログ量に変換して出力するデジタル／アナログ変換の役割を有する電流制御部３２が設けられている。
【００３６】
また、ＡＳＩＣ３０には、前述のエンコーダ１６のフォトセンサ１６Ｂに接続された速度検出部３４及び位置検出部３６が設けられており、それぞれフォトセンサ１６Ｂから入力された検出信号に基づいてモータ１４の回転速度及び回転位置を検出する。
【００３７】
さらに、ＡＳＩＣ３０には、タイマ３８が設けられており、ＣＰＵ２８により実行される後述する各アクション処理における所定のサンプリング周期（割り込み処理の周期）を計時する。
【００３８】
一方、モータ駆動装置１０には、ＣＰＵ２８に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４２が備えられている。
【００３９】
ＲＯＭ４０には、モータ１４を制御するための後述するファームウェアが内蔵されており、ＣＰＵ２８は、ＲＡＭ４２をワークエリアとして用いて当該ファームウェアを実行することにより、ＡＳＩＣ３０を介してモータ１４の動作を制御する。
【００４０】
ところで、モータ１４の動作状態は、モータ１４を起動して所望の回転速度まで到達させる加速アクション、モータ１４の回転速度を上記所望の回転速度で一定に保つ等速アクション、モータ１４を上記所望の回転速度から減速させる減速アクション及びモータ１４を停止させる整定アクション、の４つのアクションに分類することができる。
【００４１】
そして、ＣＰＵ２８では、当該各アクションに応じた処理手順が上記ファームウェアで実行され、モータ１４の回転速度が各アクションの種類に応じた推移となる電流指令値を示す電流指令値信号がＡＳＩＣ３０の電流制御部３２に出力される。この結果、電流制御部３２から上記電流指令値を示すレベルの電流が制御対象１２に対して出力される。
【００４２】
なお、制御対象１２には電流増幅回路２４が備えられており、ＡＳＩＣ３０から入力された電流は電流増幅回路２４によってモータ１４の仕様に応じた電流レベルとなるように増幅された後にモータ１４に入力される。
【００４３】
ところで、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０では、加速アクション、等速アクション、及び減速アクションの３つのアクションの実行時に適用される第１制御系４８（図３参照。）と、整定アクションの実行時に適用される第２制御系７０（図５参照。）と、の、２つの制御系により２段階でモータ１４の回転駆動を制御する。次に、第１制御系４８の構成について説明する。
【００４４】
図３に示すように、第１制御系４８では、関数ｖｒ（ｎ）で表されるモータ１４の回転速度の目標値（以下、「速度目標値」という。）と、関数ｃｒ（ｎ）で表されるモータ１４に流す電流の目標値（以下、「電流目標値」という。）が入力パラメータとされている。ここで、ｎは所定期間毎に行われるサンプリングの制御開始時からの累積回数を示す。
【００４５】
そして、この制御系には、入力された速度目標値ｖｒをモータ１４の回転位置の目標値（以下、「位置目標値」という。）ｐｒに換算するための積分部５０が備えられており、積分部５０の出力端は２入力とされた加算部５２の一方の入力端に接続されている。
【００４６】
一方、加算部５２の他方の入力端には、後述する積分部６４の回転位置ｐｓを出力する出力端が接続されている。積分部６４は、制御対象１２におけるモータ１４の実際の回転速度ｖを積分して実際の回転位置ｐｓを得るためのものである。また、加算部５２には、回転位置ｐｓの正負が逆とされて入力される。従って、加算部５２からは位置目標値ｐｒから実際の回転位置ｐｓが減算されて得られた回転位置の誤差（以下、「位置誤差」という。）ｐｅが出力される。
【００４７】
そして、加算部５２の位置誤差ｐｅを出力する出力端は第１の制御演算部５４の入力端に接続されている。
【００４８】
第１の制御演算部５４は、入力された位置誤差ｐｅをモータ１４の回転速度ｖ＿ｃｍｐに換算するものであり、具体的には、ＰＩ制御やＰＩＤ制御等の既存の制御手法により実現される。そして、第１の制御演算部５４の回転速度ｖ＿ｃｍｐを出力する出力端は２入力とされた加算部５６の一方の入力端に接続されている。
【００４９】
また、加算部５６の出力端は、一方の入力端に速度目標値ｖｒが入力される加算部５８の他方の入力端に接続されており、加算部５８の出力端は第２の制御演算部６０の入力端に接続されている。
【００５０】
一方、加算部５６の他方の入力端には、制御対象１２におけるモータ１４の実際の回転速度ｖを出力する出力端が接続されており、加算部５６には、回転速度ｖの正負が逆とされた値が入力される。従って、加算部５８からは、速度目標値ｖｒから実際の回転速度ｖが減算され、かつ回転速度ｖ＿ｃｍｐが加算されて得られた回転速度の誤差（以下、「速度誤差」という。）ｖｅが第２の制御演算部６０に出力される。
【００５１】
第２の制御演算部６０は、入力された速度誤差ｖｅをモータ１４に流す電流の値ｃ＿ｃｍｐに換算するものであり、具体的には、ＰＩ制御やＰＩＤ制御等の既存の制御手法により実現される。そして、第２の制御演算部６０の電流値ｃ＿ｃｍｐを出力する出力端は、一方の入力端に電流目標値ｃｒが入力される加算部６２の他方の入力端に接続されている。従って、加算部６２からは電流目標値ｃｒと電流値ｃ＿ｃｍｐとを加算した値とされた電流指令値ｃ＿ｏｕｔが出力される。
【００５２】
この電流指令値ｃ＿ｏｕｔは、前述したようにＡＳＩＣ３０の電流制御部３２によってアナログ量に変換された後に制御対象１２の電流増幅回路２４に入力される。
【００５３】
そして、モータ１４の実際の回転速度ｖを実際の回転位置ｐｓに換算する積分部６４が制御対象１２の回転速度ｖを出力する出力端に接続されており、前述したように、回転速度ｖが加算部５６に、回転位置ｐｓが加算部５２に、各々入力される構成である。
【００５４】
本実施の形態に係るモータ駆動装置１０では、以上のように構成された第１制御系４８により、関数ｖｒ（ｎ）により示される速度目標値と、関数ｃｒ（ｎ）により示される電流目標値とを入力パラメータとして整定アクション以外のアクションが制御されるが、これらの入力パラメータは、各アクション毎に予め定められている。以下、各アクション毎の当該入力パラメータについて説明する。
【００５５】
まず、加速アクションの入力パラメータについて説明する。加速アクションでは、関数ｖｒ（ｎ）により示される速度目標値の推移を、図４（Ａ）に示すように、両端部が２次関数により示される曲線（放物線）とされ、かつ中間部が１次関数により示される直線とされると共に、上記曲線と上記直線とが滑らかに接続された形状を示すものとする。
【００５６】
また、加速アクションにおける関数ｃｒ（ｎ）により示される電流目標値の推移を、図４（Ｂ）に示すように、台形形状を示すものとする。なお、同図に示すように、本実施の形態では、このときの電流の最大値（瞬時電流値）が、直線加速時における電流値の１．２倍程度となるようにする。この‘１．２倍’という数値は、モータ１４に駆動用の電力を供給する電源装置における電源電圧の安全上の規格値とされている約４２Ｖを当該電源電圧が越えないように定めた値であり、上記規格値や、制御対象とするモータの仕様等の各種パラメータによって左右される値である。
【００５７】
このような台形形状と、上記曲線と上記直線とを滑らかに接続する、という条件から、上記曲線と直線との間の接続点を得ることができる。本実施の形態における当該接続点は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、回転開始時から所望とする回転速度に到達するまでの期間を１．０としたときの１／６（６分の１）及び５／６（６分の５）の各時刻が当該接続点として得られる。
【００５８】
そして、当該接続点から逆算することにより、加速アクション時の関数ｖｒ（ｎ）が次の（１）式に示すように得ることができる。
【００５９】
【数１】
2005031877.tif 000003
【００６０】
また、これらの関数ｖｒ（ｎ）の各演算式を微分することにより関数ｃｒ（ｎ）が次の（２）式に示すように得ることができる。
【００６１】
【数２】
2005031877.tif 000004
【００６２】
なお、上記（１）式及び（２）式におけるＮＡは加速アクション時における全サンプリング数によって示される加速期間を表す。また、上記（１）式におけるｖ０は加速アクション時における最終的な回転速度を、ｃ０はモータ１４が当該回転速度ｖ０で回転するときにモータ１４に流れる電流の値を、各々表す。
【００６３】
次に、等速アクションの入力パラメータについて説明する。等速アクションでは、関数ｖｒ（ｎ）により示される速度目標値の推移を次の（３）式で示されるものとし、関数ｃｒ（ｎ）により示される電流目標値の推移を次の（４）式で示されるものとする。すなわち、この場合の速度目標値は回転速度ｖ０で一定とされ、電流目標値は０（零）で一定とされる。
【００６４】
【数３】
2005031877.tif 000005
【００６５】
【数４】
2005031877.tif 000006
【００６６】
なお、上記（３）式及び（４）式におけるＮＣは等速アクション時における全サンプリング数によって示される等速期間を表す。
【００６７】
次に、減速アクションの入力パラメータについて説明する。減速アクションでは、関数ｖｒ（ｎ）により示される速度目標値の推移を、図４（Ａ）で示したものの時刻１．０に対応する縦軸を中心とした線対称の形状を示すものとする。従って、減速アクション時の関数ｖｒ（ｎ）は次の（５）式に示されるものとなり、関数ｃｒ（ｎ）は次の（６）式に示されるものとなる。
【００６８】
【数５】
2005031877.tif 000007
【００６９】
【数６】
2005031877.tif 000008
【００７０】
なお、上記（５）式及び（６）式におけるＮＤは減速アクション時における全サンプリング数によって示される減速期間を表す。また、上記（５）式におけるｖ０は減速アクション開始時における回転速度を、ｃ０はモータ１４が当該回転速度ｖ０で回転するときにモータ１４に流れる電流の値を、各々表す。
【００７１】
次に、整定アクションの実行時に適用される第２制御系７０の構成について説明する。図５に示すように、第２制御系７０では、記録媒体２２の目標とする停止位置に対応するモータ１４の回転位置を示す情報（以下、「目標停止位置」という。）ｒが入力パラメータとされている。
【００７２】
そして、この制御系には、目標停止位置ｒが一方の入力端に入力される２入力の加算部８０が備えられており、当該加算部８０の他方の入力端には、後述する積分部８８の回転位置ｘ１を出力する出力端が接続されている。積分部８８は、制御対象１２におけるモータ１４の実際の回転速度ｘ２を積分して実際の回転位置ｘ１を得るためのものである。また、加算部８０には、回転位置ｘ１の正負が逆とされて入力される。従って、加算部８０からは目標停止位置ｒから実際の回転位置ｘ１が減算されて得られた回転位置の誤差（以下、「位置誤差」という。）が出力される。
【００７３】
そして、加算部８０の位置誤差を出力する出力端は第３の制御演算部７４の入力端に接続されている。
【００７４】
第３の制御演算部７４は、積分部７４Ａと、後述する積分係数ＫＩの正負を逆とした値を入力値に乗算する役割を有する乗算部７４Ｂと、後述する比例係数ＫＰを入力値に乗算する役割を有する乗算部７４Ｃと、を備えており、加算部８０の出力端は積分部７４Ａ及び乗算部７４Ｃの各々の入力端に接続されている。なお、積分部７４Ａの出力端は乗算部７４Ｂの入力端に接続されている。
【００７５】
そして、乗算部７４Ｂの出力端は２入力とされた加算部８２の一方の入力端に、乗算部７４Ｃの出力端は加算部８２の他方の入力端に、各々接続されている。従って、加算部８２では、上記位置誤差を積分した位置誤差積分ｘ０に積分係数−ＫＩを乗算して得られた値と、上記位置誤差に比例係数ＫＰを乗算して得られた値と、が加算され、当該加算結果が加算部８２から出力される。
【００７６】
そして、加算部８２の出力端は２入力とされた加算部８４の一方の入力端に接続されている。また、加算部８４の他方の入力端には、回転位置ｘ１に後述するフィードバック係数ＫＦを乗算して出力する役割を有する第４の制御演算部７８の出力端が接続されている。従って、加算部８４からは、加算部８２からの出力値と、回転位置Ｘ１にフィードバック係数ＫＦを乗算して得られた値との加算結果が出力されることになる。そして、加算部８４の出力端は２入力とされた加算部８６の一方の入力端に接続されている。
【００７７】
一方、第２制御系７０には非線形電流入力部７２が備えられている。この非線形電流入力部７２には、モータ１４に流す電流の調整値の上限値となる電流係数ＫＳを出力する係数出力部７２Ａと、電流係数ＫＳの正負を逆とした−ＫＳを出力する係数出力部７２Ｂと、電流係数ＫＳ及び電流係数−ＫＳの何れか一方を選択して出力する選択部７２Ｃと、選択部７２Ｃによって選択された電流係数に対して、上記電流の調整値の範囲を制限するための飽和関数ｓａｔ（σ）を乗算する乗算部７２Ｄと、が備えられている。なお、本実施の形態に係る飽和関数ｓａｔ（σ）は次の（７）式で表される。ここで、σは次の（８）式で示される後述する切替面を、Ｌは所定定数を、各々表す。また、（８）式におけるｃ０及びｃ１は、切替面σの傾きを表す定数である。
【００７８】
【数７】
2005031877.tif 000009
【００７９】
【数８】
2005031877.tif 000010
【００８０】
なお、選択部７２Ｃでは、σの値が正の値である場合は電流係数ＫＳを選択して乗算部７２Ｄに出力し、σの値が負の値である場合は電流係数−ＫＳを選択して乗算部７２Ｄに出力する。
【００８１】
そして、乗算部７２Ｄの出力端は前述した加算部８６の他方の入力端に接続され、当該加算部８６からはモータ１４に流す電流を示す電流指令値ｃ＿ｏｕｔが制御対象１２に出力される。
【００８２】
一方、制御対象１２には、モータ１４のトルク定数（誘導電圧定数）等のパラメータに応じて定められた定数ｂを入力値に乗算する乗算部１２Ａと、モータ１４に流す電流の外乱ｄによる変動を含めるための２入力の加算部１２Ｂと、モータ１４の実際の回転速度ｘ２を得るための積分部１２Ｃと、が含まれている。
【００８３】
そして、加算部８６の出力端は乗算部１２Ａの入力端に接続されている。従って、制御対象１２では、電流指令値ｃ＿ｏｕｔが乗算部１２Ａに入力されて定数ｂが乗算され、これに加算部１２Ｂによって外乱ｄによる影響が反映された後に積分部１２Ｃによって積分されて回転速度ｘ２として出力される。
【００８４】
なお、第２制御系７０は、スライディングモード制御系と呼ばれるものであり、通常のＰＩ制御系に比較して外乱の影響を受けにくく制御精度は高精度なものである。
【００８５】
ここで、第２制御系７０の動作について図５及び図６を参照しつつ説明する。
１．制御係数の設定
まず、積分係数ＫＩ、比例係数ＫＰ、フィードバック係数ＫＦを次の（９）式〜（１１）式のように設定する。ここで、定数ｃ０及び定数ｃ１の値は次項に示す伝達関数が安定となるように選択する。
【００８６】
【数９】
2005031877.tif 000011
【００８７】
２．状態方程式と伝達関数
まず、外乱ｄと非線形電流入力部７２を無視して考える。
【００８８】
【数１０】
2005031877.tif 000012
【００８９】
【数１１】
2005031877.tif 000013
【００９０】
ここで、状態方程式をｒ＝０の初期値問題として考える。これは、初期位置ｘ２＝ｐ０を目標位置ｘ２＝ｐｓに至らせる制御を、初期位置ｘ２＝ｐ０−ｐｓから目標位置ｘ２＝０に至らせる制御を行うことと等価である。
【００９１】
このとき、状態方程式より、
【００９２】
【数１２】
2005031877.tif 000014
【００９３】
となる。従って、状態ベクトルは、この条件に従ってｘ＝０に収束する。なお、このときの収束の速さは伝達関数の極によって決定される。
３．非線形電流入力部７２について
以上では外乱ｄを無視したが、実際は外乱ｄによって状態ベクトルがσ＝０の条件から外れる場合がある。このとき、非線形電流入力部７２によって状態ベクトルを切替面σに拘束させることで安定化を図ることができる。
【００９４】
なお、非線形電流が大き過ぎると切替面σの近傍で振動するチャタリングが発生するため、状態ベクトルが切替面σから遠く離れても当該電流が大きくなり過ぎないように（７）式により飽和特性を持たせている。
４．外乱抑制動作の説明
外乱入力から切替条件出力への伝達特性を考える。
【００９５】
【数１３】
2005031877.tif 000015
【００９６】
【数１４】
2005031877.tif 000016
【００９７】
以上の式から伝達関数を求めると、
【００９８】
【数１５】
2005031877.tif 000017
【００９９】
となり、図７で示される。
【０１００】
すなわち、同図に示すように、状態ベクトルが切替面σに拘束されると、システム９０Ｂだけが動作するので外乱ｄから切替面σ上での状態への伝達関数は０となる。従って、切替面σ上では外乱ｄの影響を受けない。
【０１０１】
一方、これとは逆に、状態ベクトルが切替面σから外れるとシステム９０Ａを通って外乱ｄが伝達するが、システム９０Ａは不安定なので状態ベクトルは発散する。従って、安定に動作させるには、非線形電流入力部７２による非線形電流の入力によって状態ベクトルを切替面σに拘束する必要がある。
【０１０２】
なお、スライディングモード制御系は従来既知の技術であるので、これ以上のここでの説明は省略する。
【０１０３】
ところで、本実施の形態では、加速アクション、等速アクション、及び減速アクションの各アクションにおいては、前述のように定められた関数ｖｒ（ｎ）により示される速度目標値及び関数ｃｒ（ｎ）により示される電流目標値を用いて、各アクション毎にモータ１４の回転動作を制御することになるが、当該制御時に各目標値を実際に各関数を用いた演算により導出するのではなく、各目標値を予め算出し、かつＲＯＭ４０の所定領域に記憶しておき、制御時に、これをＲＯＭ４０から逐次読み出すことによって適用するものとしている。これにより、各関数による演算時間を削減することができ、高速な制御が実現できる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、図３に示した第１制御系４８及び図５に示した第２制御系７０をハードウェアにより実現しているのではなく、ファームウェアにより実現しており、該ファームウェアはＲＯＭ４０に予め記憶されている。これによって、当該制御系を容易に変更することが可能となり、モータ駆動装置１０の融通性を向上できる。
【０１０５】
図８には、本実施の形態に係るＲＯＭ４０のメモリマップの一部が示されている。同図に示すように、ＲＯＭ４０には、加速アクション用の速度目標値の配列ａｃｃ＿ｖｒ（ＮＡ）及び電流目標値の配列ａｃｃ＿ｃｒ（ＮＡ）と、減速アクション用の速度目標値の配列ｄｃｃ＿ｖｒ（ＮＤ）及び電流目標値の配列ｄｃｃ＿ｃｒ（ＮＤ）と、の各配列の記憶領域が設けられている。そして、これらの配列には、各々対応する前述の関数によって算出された各目標値が時系列順に予め記憶されている。なお、等速アクションにおける各目標値は、本実施の形態では固定値とされているので、このための配列はＲＯＭ４０には設けられていない。
【０１０６】
一方、ＲＯＭ４０には、ファームウェアが各アクション毎に所定記憶領域に予め記憶されている（図８では図示省略）。
【０１０７】
そして、加速アクションを実行するファームウェアの先頭アドレスが変数ａｃｔｉｏｎ（１）に対応する記憶領域に、等速アクションを実行するファームウェアの先頭アドレスが変数ａｃｔｉｏｎ（２）に対応する記憶領域に、減速アクションを実行するファームウェアの先頭アドレスが変数ａｃｔｉｏｎ（３）に対応する記憶領域に、整定アクションを実行するファームウェアの先頭アドレスが変数ａｃｔｉｏｎ（４）に対応する記憶領域に、各々記憶されている。
【０１０８】
以下、本実施の形態の作用を説明する。モータ駆動装置１０では、プラテンローラ１８及び排出ローラ２０により記録媒体２２を所定量づつ副走査方向（図１矢印Ａ方向）に送り出す（副走査を行なう）際に、ＣＰＵ２８によりＲＯＭ４０に記憶されたファームウェアが読み出され実行されることによってモータ１４の駆動制御を行う。
【０１０９】
図９には、当該駆動制御の開始時に最初に実行される制御開始処理の流れが示されている。以下、当該制御開始処理について同図を参照しつつ説明する。
【０１１０】
まず、ステップ１００では、変数の初期設定として、モータ１４のアクションを示す変数ｐ、サンプリングの累積回数を示す変数ｎ及び位置目標値ｐｒに所定の初期値（本実施の形態では、ｐ＝１、ｎ＝０、ｐｒ＝０）を代入する。これにより、これらの変数の値がＲＡＭ４２の所定領域に記憶される。
【０１１１】
次のステップ１０２では、予めＲＯＭ４０に記憶されている加速アクション処理の全サンプリング数ＮＡ、等速アクション処理の全サンプリング数ＮＣ、減速アクション処理の全サンプリング数ＮＤ及び整定アクション処理の全サンプリング数ＮＳをそれぞれ読み出し、その後にステップ１０４に移行して、ＡＳＩＣ３０から所定のサンプリング周期毎にＣＰＵ２８に入力されるサンプリング割り込み信号を有効にし、その後に本制御開始処理を終了する。
【０１１２】
上記ステップ１０４の処理により、これ以後、ＡＳＩＣ３０のタイマ３８で所定のサンプリング周期（本実施の形態では０．１秒）が計時されたタイミングでＡＳＩＣ３０からＣＰＵ２８にサンプリング割り込み信号が入力された際にＣＰＵ２８では、割り込みエントリ処理を実行するファームウェアを起動する。
【０１１３】
図１０には、当該割り込みエントリ処理の流れが示されている。以下、当該割り込みエントリ処理について同図を参照しつつ説明する。
【０１１４】
まず、ステップ１１０では、ＲＡＭ４２の所定領域に記憶されている変数ｐの値を読み出し、次のステップ１１２では、ＲＯＭ４０のａｃｔｉｏｎ（ｐ）に対応する記憶領域に先頭アドレスが記憶されているファームウェアを実行し、その後に本割り込みエントリ処理を終了する。
【０１１５】
上記ステップ１１２の処理により、例えば、変数ｐの値が‘１’であったときは加速アクション処理が実行され、‘２’であったときは等速アクション処理が実行される。
【０１１６】
図１１には、変数ｐの値が‘１’であるときに実行される加速アクション処理の流れが示されている。以下、当該加速アクション処理について同図を参照しつつ説明する。
【０１１７】
まず、ステップ１３０では、ＲＯＭ４０に記憶された加速アクション用速度目標値の配列及び加速アクション用電流目標値の配列を参照し、ＲＡＭ４２の所定領域に記憶されているサンプリングの累積回数を示す変数ｎの値に応じたａｃｃ＿ｖｒ（ｎ）及びａｃｃ＿ｃｒ（ｎ）の値を読み出し、それぞれ速度目標値ｖｒ、電流目標値ｃｒとして設定する。
【０１１８】
次のステップ１３２は、図３に示した第１制御系４８における積分部５０による処理に相当するもので、位置目標値ｐｒを導出するものである。当該位置目標値ｐｒは、速度目標値ｖｒにサンプリング周期（割り込み周期）Ｔを乗算して得られた値の累積値であり、初期設定は図９のステップ１００の処理によりｐｒ＝０となっている。
【０１１９】
次のステップ１３４では、図３に示した第１制御系４８と同様の処理を１サンプリング分だけ行うファームウエアを実行することによりモータ１４の回転駆動を制御し、その後にステップ１３６に移行して、変数ｎの値が加速アクションにおける全サンプリング数ＮＡ未満であるか否かを判定する。当該判定が肯定判定となった場合はステップ１３８に移行して、変数ｎの値を１だけインクリメントした後、本加速アクション処理を終了する。
【０１２０】
また、ステップ１３６で否定判定となった場合はステップ１４０に移行して、変数ｎの値を０とした後、ステップ１４２に移行して、変数ｐの値を１だけインクリメントした後に本加速アクション処理を終了する。
【０１２１】
一方、図１２には、変数ｐの値が‘２’であるときに実行される等速アクション処理の流れが示されている。以下、当該等速アクション処理について同図を参照しつつ説明する。なお、同図の図１１と同様の処理を行うステップについては図１１と同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。
【０１２２】
まず、ステップ１２８では、等速アクション処理の全サンプリング数ＮＣが０であるか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ１４２に移行し、否定判定となった場合にはステップ１２９に移行する。すなわち、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０では、記録媒体２２の微少改行動作をモータ１４により行う際には、全サンプリング数ＮＣとして０を予め記憶しておくことにより、等速アクション処理を行わないものとしている。
【０１２３】
ステップ１２９では、回転速度ｖ０を速度目標値ｖｒとして設定すると共に、０を電流目標値ｃｒとして設定し、その後にステップ１３２に移行する。
【０１２４】
その後、ステップ１３５では、変数ｎの値が等速アクションにおける全サンプリング数ＮＣ未満であるか否かを判定する。当該判定が肯定判定となった場合はステップ１３８に移行し、否定判定となった場合はステップ１４０に移行する。
【０１２５】
なお、減速アクション処理については、電流目標値及び速度目標値として、各々減速アクション用速度目標値の配列ｄｃｃ＿ｖｒ（ＮＤ）及び減速アクション用電流目標値の配列ｄｃｃ＿ｃｒ（ＮＤ）を参照する点のみが加速アクション処理と異なる。
【０１２６】
一方、図１３には、変数ｐの値が‘４’であるときに実行される整定アクション処理の流れが示されている。以下、当該整定アクション処理について同図を参照しつつ説明する。
【０１２７】
まず、ステップ１５０では、目標停止位置ｒとして所望の位置を示す値ｐｒ＿ｓｔｏｐを設定し、次のステップ１５２では、図５に示した第２制御系７０と同様の処理を１サンプリング分だけ行うファームウエアを実行することによりモータ１４の回転駆動を制御し、その後にステップ１５４に移行して、変数ｎの値が整定アクションにおける全サンプリング数ＮＳ未満であるか否かを判定する。当該判定が肯定判定となった場合はステップ１５６に移行して、変数ｎの値を１だけインクリメントした後、本整定アクション処理を終了する。
【０１２８】
一方、ステップ１５４で否定判定となった場合はステップ１５８に移行して、ＡＳＩＣ３０から所定のサンプリング周期毎にＣＰＵ２８に入力されるサンプリング割り込み信号を無効にすることにより割り込み処理の実行を停止した後、本整定アクション処理を終了する。
【０１２９】
図１４には、図１５に測定結果を示したものと同様の画像形成装置において、モータの回転駆動制御を、本実施の形態と同様に、減速アクションまではＰＩ制御系によって行い、整定アクション時にスライディングモード制御系によって行った場合の用紙送り誤差の測定結果例が示されている。なお、同図の（Ａ）は用紙送り速度の時間的な推移のみを示したものであり、（Ｂ）は当該用紙送り速度に加え、用紙送り誤差の時間的な推移を（Ａ）より時間軸（横軸）を拡大して示したものである。また、同図（Ｂ）の用紙送り誤差の単位は１／４８００インチである。
【０１３０】
同図に示すように、この場合、用紙送り速度が０近傍に達した後の数（ｍｓｅｃ）程度で用紙送り誤差が０近傍に達しており、図１５に示した従来のＰＩ制御系のみによる制御に比較して、大幅に整定アクションに要する時間を短縮でき、かつ位置決め精度を向上できることがわかる。
【０１３１】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、記録媒体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で記録媒体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第１制御系と、上記途中位置から上記目標停止位置まで上記所定速度より低速度かつ上記所定精度より高精度で記録媒体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階でモータの回転駆動を制御しているので、煩雑な処理を伴うことなく、記録媒体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることができる。
【０１３２】
また、本実施の形態では、上記途中位置を、上記目標停止位置の近傍の位置としているので、回転速度を重視した第１制御系による制御期間を長くすることができ、記録媒体の移動時間を、より短縮することができる。
【０１３３】
特に、本実施の形態では、上記途中位置を、モータの減速アクションと整定アクションの境界に対応する位置としているので、制御系の切り替えを行う上で好都合である。
【０１３４】
なお、本実施の形態では、本発明の第１制御系としてＰＩ制御系を、第２制御系としてスライディングモード制御系を、各々適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の第１制御系としてＬＱ制御系等の高速制御指向の制御系を適用し、本発明の第２制御系として、外乱を含む複数自由度とされた制御系において、外乱を見かけ上相殺することのできる、スライディングモード制御系以外の制御系等の高精度制御指向の制御系を適用する形態とすることもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１３５】
また、本実施の形態では、整定アクション開始時に第２制御系による制御に移行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、整定アクションに移行する直前、又は移行した直後のタイミングで第２制御系による制御に移行する形態とすることもできる。整定アクションに移行する直前に第２制御系に移行する場合は、本実施の形態に比較して位置決め時間が長くなるものの、位置決め精度を高精度化することができる。また、逆に、整定アクションに移行した直後に第２制御系に移行する場合は、本実施の形態に比較して位置決め精度が悪化するものの、位置決め時間を短縮することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態において説明した各ファームウェアの処理の流れ（図９〜図１３参照。）やモータ駆動装置１０の制御系の構成（図３及び図５参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
さらに、本実施の形態で説明したモータ駆動装置１０の構成（図１及び図２参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、被移動体の目標停止位置に至る途中位置まで所定速度かつ所定精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第１制御系と、上記途中位置から上記目標停止位置まで上記所定速度より低速度かつ上記所定精度より高精度で被移動体が移動するようにモータの回転駆動を制御する第２制御系と、の２つの制御系により２段階でモータの回転駆動を制御しているので、煩雑な処理を伴うことなく、被移動体を目標とする停止位置に短時間でかつ高精度に移動させることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係るモータ駆動装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係るモータ駆動装置の第１制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態に係る加速時の速度目標値及び電流目標値の推移を示すグラフである。
【図５】実施の形態に係るモータ駆動装置の第２制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】第２制御系の動作の説明に供する模式図である。
【図７】第２制御系の動作の説明に供するブロック図である。
【図８】実施の形態に係るＲＯＭのメモリマップの一部を示す模式図である。
【図９】実施の形態に係る制御開始処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態に係る割り込みエントリ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態に係る加速アクション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態に係る等速アクション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態に係る整定アクション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態の効果の説明に供するグラフである。
【図１５】従来技術の問題点の説明に供するグラフである。
【符号の説明】
１０    モータ駆動装置
１２    駆動部、制御対象
１４    モータ
１６    エンコーダ
２２    記録媒体（被移動体）
２８    ＣＰＵ（制御手段）
４０    ＲＯＭ
４８    第１制御系
７０    第２制御系
【図１】
2005031877.tif 000018
【図２】
2005031877.tif 000019
【図３】
2005031877.tif 000020
【図４】
2005031877.tif 000021
【図５】
2005031877.tif 000022
【図６】
2005031877.tif 000023
【図７】
2005031877.tif 000024
【図８】
2005031877.tif 000025
【図９】
2005031877.tif 000026
【図１０】
2005031877.tif 000027
【図１１】
2005031877.tif 000028
【図１２】
2005031877.tif 000029
【図１３】
2005031877.tif 000030
【図１４】
2005031877.tif 000031
【図１５】
2005031877.tif 000032