(57)【要約】【課題】負荷変動の影響を受け難い制御系とし、騒音を抑えた無理のない制御を可能とする。【解決手段】駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御装置において、予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道としてそれぞれ記憶する状態軌道系列記憶部１３０及び操作量軌道系列記憶部１２０を備えた参照軌道発生部１１０と、前記状態軌道系列記憶部１３０に記憶された前記状態軌道に沿うように前記操作量軌道系列記憶部１２０に記憶された操作量軌道に対してフィードバック制御部１４０によって状態フィードバック制御を行い、位置決めする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、
予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道として記憶しておき、前記状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めすることを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項２】
駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、
制御の参照軌道として、回転起動時から定速時までの第１の区間と回転減速から停止時までの第２の区間との２つに分け、
前記第１の区間における第１の状態軌道及び第１の操作量軌道のデータ系列、並びに前記第２の区間における第２の状態軌道及び第２の操作量軌道のデータ系列を予め記憶し、
前記第１の区間では、前記第１の状態軌道に沿うように前記第１の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、速度について状態フィードバック制御を行い、
目標位置近傍に近づいたら制御モードを第１の区間から第２の区間へと切り換え、
前記第２の区間では、前記第２の状態軌道に沿うように前記第２の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、位置について状態フィードバック制御を行い、位置決めを行うことを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項３】
駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御装置において、
予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道としてそれぞれ記憶する第１及び第２の記憶部を備えた参照軌道発生手段と、
前記第１の記憶部に記憶された前記状態軌道に沿うように前記第２の記憶部に記憶された操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
を備え、前記機構の位置決めを行うことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の記憶部が回転起動から定速時までの状態軌道及び操作量軌道の第１のデータ列と、回転減速から停止時までの状態軌道と操作量起動の第２のデータ列をそれぞれ記憶することを特徴とする請求項３記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御手段が、回転起動から定速時までの制御を行う第１のフィードバック制御部と、回転減速から停止時までの制御を行う第２のフィードバック制御部とを備えていることを特徴とする請求項３又は４記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
前記第１のフィードバック制御部は、前記第１及び第２の記憶部から前記第１のデータ列を使用して速度型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項５記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
前記第２のフィードバック制御部は、前記第１及び第２の記憶部から前記第２のデータ列を使用して位置型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項５記載の位置決め制御装置。
【請求項８】
前記フィードバック制御手段で使用する前記第１又は第２のデータ列を切り換える切り換え手段を備えていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項９】
前記フィードバック制御手段は外乱推定部を備え、当該外乱推定部によって推定された推定値を用いて外乱を相殺するように操作量に印加することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項１０】
前記フィードバック制御手段は状態推定部を備え、前記外乱推定部によって推定された前記推定値を状態フィードバック制御のための状態推定に用いることを特徴とする請求項９記載の位置決め制御装置。
【請求項１１】
状態フィーバック制御に用いる状態量が、前記フィードバック制御手段の処理に要する時間を含んでいることを特徴とする請求項１０記載の位置決め制御装置。
【請求項１２】
状態フィーバック制御に用いる状態量が、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を含んでいることを特徴とする請求項１０記載の位置決め制御装置。
【請求項１３】
前記状態推定部がカルマンフィルタを備えていることを特徴とする請求項１０記載の位置決め制御装置。
【請求項１４】
前記状態推定部が最適レギュレータを備えていることを特徴とする１０記載の位置決め制御装置。
【請求項１５】
請求項３ないし１４のいずれか１項に記載の位置決め制御装置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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機構の位置決め制御方法、この位置決め制御方法を実施するためのＯＡ機器、ＦＡ機器等、高精度な制御を要する回転機構を有する装置におけるモータを使用した機構の位置決め制御装置、及び、この位置決め制御装置を使用したプリンタ、コピー、ファクシミリ、さらにはこれらの機能を複合したデジタル複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動系ではトルク伝達機構に弾性体要素が含まれていることが多く、モータ自身や従動側慣性体の慣性モーメントと関係して共振系を構成している。このとき、それほど位置決め精度が要求されないものではトルク伝達機構が剛結合と見なせるため、共振系による制御への影響は無視できる。しかしながら位置決め精度が厳しくなると、その仕様を満足させるためにハイゲイン制御が必要となり、制御しなければならない上限周波数が高くなる。このような系ではもはや剛結合で扱うことは困難である。
【０００３】
図１はこのようなモータ制御系の制御系全体を示すモデル図であり、制御対象部分はタイミングベルトによる減速機構を含む２慣性系の物理モデルである。図中の各記号は以下のような意味を示している。
【０００４】
・Ｊ１：駆動側慣性モーメント
・Ｒ１：駆動側プーリー半径
・Ｊ２：従動側慣性モーメント
・Ｒ２：従動側プーリー半径
・Ｋ  ：捩りバネ定数
・Ｄ  ：捩り粘性抵抗
・τ１：駆動軸トルク（操作量）
・ω１：駆動軸角速度
・θ１：駆動軸角度
・τ２：従動軸トルク（負荷）
・ω２：従動軸角速度
・θ２：従動軸角度（観測出力）
なお、このときの共振周波数ωＯは以下の式で示すことができる。
【０００５】
ωＯ＝√（Ｋ（１／Ｊ１＋１／Ｊ２））
このような系を図３に示すような古典的な制御手法（ＰＩＤや位相補償等）で制御しようとすると、制御装置１００は制御対象２００の従動軸角度１変数のみで制御を行うため、制御対象２００の共振周波数において位相遅れの増大が問題となり、これを越えて制御を行うことは困難である。一方、状態フィードバック制御による方法では、制御対象の内部状態全てを扱うため、制御対象が線形システムと見なせる範疇では、状態フィードバック制御することにより、共振を抑えて制御することが可能となる。
【０００６】
状態フィードバック制御を実現するためには全ての状態変数を知っておく必要があるが、実際の制御対象では状態観測できるものは限られることが多く、このままでは状態フィードバック制御することができない。そこで状態フィードバック制御を実現するために、制御対象の内部状態を推定する状態推定器を用意する。このとき状態推定器の入力として、操作量Ｕ（＝τ１）と観測出力Ｙ（＝θ２）のほかに負荷トルクＴ（＝τ２）が必要であり、一般には負荷トルクの計測は困難であることから、簡単のために負荷トルクを零、または一定値に設定する。しかし、いずれも実際に発生する負荷トルクとの差異により状態推定器の出力に大きな誤差を生じるため、系を不安定化させる虞がある。
【０００７】
そこで、本出願人は引用文献１に示すような捩り振動系制御装置に関する発明を提案した。この発明は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを有し、前記駆動軸と前記従動軸が弾性体要素で結合されている２慣性系の制御対象を有する捩り振動系制御装置において、外乱トルク推定器と、状態推定器と、状態フィードバック制御器とからなる制御部を有し、前記駆動側慣性体と前記従動側慣性体のそれぞれに個別に角度検出器を備え、前記制御部は、前記両角度検出器の出力、及び外部からの外部操作量を入力とし、モータ操作量を出力とすることを特徴としたものである。
【０００８】
なお、捩り振動系制御装置に関する技術としては、例えば特許文献２ないし４に記載された発明も知られている。
【特許文献１】特開２００４−１８０４２９号公報
【特許文献２】特許第３０８１２９７号公報
【特許文献３】特許第３０８４６７５号公報
【特許文献４】特許第３２６６３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように特許文献１記載の発明は、駆動側慣性体と従動側慣性体とが捩りバネで連結された制御対象である場合に、摩擦負荷が印加される従動側慣性体を高精度に位置制御するようにしたものであり、推定した負荷推定値を実時間で状態推定に用いると共に、負荷推定値の等価な操作量を発生させて負荷を相殺するようにしている。このように構成すると、慣性体を連結する軸を剛体と見なせない場合でも、外乱トルクの推定誤差を低減でき、制御を安定化させることができるが、まだ、十分とは言い難かった。
【００１０】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、さらに負荷変動の影響を受け難い制御系とし、騒音を抑えた無理のない制御を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、第１の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道として記憶しておき、前記状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めすることを特徴とする。
【００１２】
第２の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、制御の参照軌道として、回転起動時から定速時までの第１の区間と回転減速から停止時までの第２の区間との２つに分け、前記第１の区間における第１の状態軌道及び第１の操作量軌道のデータ系列、並びに前記第２の区間における第２の状態軌道及び第２の操作量軌道のデータ系列を予め記憶し、前記第１の区間では、前記第１の状態軌道に沿うように前記第１の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、速度について状態フィードバック制御を行い、目標位置近傍に近づいたら制御モードを第１の区間から第２の区間へと切り換え、前記第２の区間では、前記第２の状態軌道に沿うように前記第２の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、位置について状態フィードバック制御を行い、位置決めを行うことを特徴とする。
【００１３】
第３の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御装置において、予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道としてそれぞれ記憶する第１及び第２の記憶部を備えた参照軌道発生手段と、前記第１の記憶部に記憶された前記状態軌道に沿うように前記第２の記憶部に記憶された操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うフィードバック制御手段とを備え、前記機構の位置決めを行うことを特徴とする。
【００１４】
第４の手段は、第３の手段において、前記第１及び第２の記憶部が回転起動から定速時までの状態軌道及び操作量軌道の第１のデータ列と、回転減速から停止時までの状態軌道と操作量起動の第２のデータ列をそれぞれ記憶することを特徴とする。
【００１５】
第５の手段は、第３又は第４の手段において、前記フィードバック制御手段が、回転起動から定速時までの制御を行う第１のフィードバック制御部と、回転減速から停止時までの制御を行う第２のフィードバック制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
第６の手段は、第５の手段において、前記第１のフィードバック制御部は、前記第１及び第２の記憶部から前記第１のデータ列を使用して速度型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
第７の手段は、第５の手段において、前記第２のフィードバック制御部は、前記第１及び第２の記憶部から前記第２のデータ列を使用して位置型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
第８の手段は、第５ないし第７のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段で使用する前記第１又は第２のデータ列を切り換える切り換え手段を備えていることを特徴とする。
【００１９】
第９の手段は、第１ないし第８のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段は外乱推定部を備え、当該外乱推定部によって推定された推定値を用いて外乱を相殺するように操作量に印加することを特徴とする。
【００２０】
第１０の手段は、第１ないし第９のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段は状態推定部を備え、前記外乱推定部によって推定された前記推定値を状態フィードバック制御のための状態推定に用いることを特徴とする。
【００２１】
第１１の手段は、第１０の手段において、状態フィーバック制御に用いる状態量が、前記フィードバック制御手段の処理に要する時間を含んでいることを特徴とする。
【００２２】
第１２の手段は、第１０の手段において、状態フィーバック制御に用いる状態量が、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を含んでいることを特徴とする。
【００２３】
第１３の手段は、第１０の手段において、前記状態推定部がカルマンフィルタを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第１４の手段は、第１０の手段において、前記状態推定部が最適レギュレータを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第１５の手段は、第３ないし第１４のいずれかの手段に係る位置決め制御装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。
【００２６】
なお、後述の実施形態において、駆動側慣性体は符号４００に、従動側慣性体は符号５００に、第１の記憶部は状態軌道系列記憶部１３０に、第２の記憶部は操作量軌道系列記憶部１２０に、参照軌道発生手段は参照軌道発生部１１０に、フィードバック制御手段はフィードバック制御部１４０に、第１のフィードバック制御部は速度型状態フィードバック制御部１７１に、第２のフィードバック制御部は位置型状態フィードバック制御部１７２に、切り換え手段は切り換えスイッチ１９０に、外乱推定部は符号１５０に、状態推定部は符号１６０に、位置決め制御装置は制御装置１００に、それぞれ対応する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１の記憶手段に記憶された初期位置から目標位置への状態軌道に沿うように第２の記憶部に記憶された初期位置から目標位置への操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うので、負荷変動の影響を受け難い制御系を構成することが可能となり、騒音を抑えた無理のない制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照し、本発明の最良の実施形態について説明する。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図１は背景技術において説明したモータ制御系の全体構成を示すモデル図、図２は制御装置の詳細として目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。制御対象２００は駆動側慣性体（モータ等）４００に柔結合（ベルト減速機構等）された従動側慣性体５００であり、従動側慣性体に図示しない角度検出器が接続され、負荷トルクが印加される構成となっている。また、従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Ｙは、図２に示すように外乱推定器１５０と状態推定器１６０に入力され、駆動側慣性体への操作量Ｕも、外乱推定器１５０と状態推定器１６０に入力される。なお、図１において、符号Ｊ１、Ｒ１、Ｊ２、Ｒ２、Ｋ、Ｄ、τ１、ω１、θ１、τ２、ω２、及びθ２は前述の通りであり、操作量Ｕ（＝τ１）と観測出力Ｙ（＝θ２）も同様である。以下、前記背景技術で説明したモデル図と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
図２において制御装置１００は目標位置に応じた参照軌道発生部１１０と、誤差修正のためのフィードバック制御部１４０とから構成される。前記参照軌道発生部１１０は、さらに操作量軌道系列記憶部１２０と状態軌道系列記憶部１３０とから構成され、フィードバック制御部１４０は外乱推定部１５０、状態推定部１６０、状態フィードバック制御部１７０及び操作量変換部１８０から構成される。なお、参照軌道発生部１１０については、最適化手法（数理計画法等）により制御対象モデルを用いて予め軌道系列を求めておき、求められた軌道系列を記憶しておくことによって制御時に実時間で参照軌道を発生させることができる。
【００３１】
制御装置１００への入力としては従動側角度検出器によって得られる回転角θ２と、設計者が希望する目標位置とが入力される。また、制御装置１００の出力Ｕ（＝操作量）にはモータ駆動用ＰＷＭアンプ３００が接続され、アンプの出力はモータ４００に接続されている。
【００３２】
状態推定部１６０では、操作量Ｕと観測出力Ｙ、及び推定した外乱トルクＴＥが入力され、制御対象２００の内部状態全てを推定する。状態推定部１６０内部のフィードバックゲインはカルマンフィルタの設計法によって決定されるが、適切な重み係数（ノイズ共分散データ）を与えることにより、Ｒｉｃｃａｔｉ方程式を解くことで求まる。設計法として、公知のカルマンフィルタを用いることにより、設計者が極配置等を考慮せずに容易に設計を行うことができる。このカルマンフィルタを用いた手法自体は公知なので、ここでは説明しない。
【００３３】
状態フィードバック制御部１７０では、推定した内部状態ＸＥ（駆動軸角速度ω１Ｅ，従動軸角速度ω２Ｅ，駆動軸角度θ１Ｅ，従動軸角度θ２Ｅ）と状態軌道系列記憶部１３０から入力される目標状態ＸＲとの偏差から操作量Ｕを算出する。状態フィードバックゲインは公知の最適レギュレータ設計法によって決定されるが、制御仕様を満たすように適切に評価関数を与え、Ｒｉｃｃａｔｉ方程式を解くことにより求まる。設計法として最適レギュレータを用いることにより、設計者が極配置等を考慮せずに容易に設計を行うことができる。最適レギュレータを用いる方法は公知であるため、説明は省略する。
【００３４】
外乱推定部１５０では、操作量Ｕと従動側回転角θ２から従動側慣性体に印加される負荷トルクを算出する。算出方法としては制御対象伝達関数Ｐの逆関数１／Ｐにより求めることができるが、この１／Ｐは微分器となってしまうため、通常ローパスフィルタで高周波を除去した値を推定値として用いる。推定された外乱トルクＴＥは状態推定部１６０及び操作量変換部１８０にそれぞれ入力される。
【００３５】
操作量変換部１８０で変換された操作量は前段の目標操作量と加算され、操作量Ｕとして制御対象２に入力される。
【００３６】
このように構成された制御装置１００は制御対象２００を次のようにして制御する。すなわち、制御対象２００である２慣性系の従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Ｙと操作量Ｕは外乱推定部１５０と状態推定部１６０に入力され、状態推定部１６０にはさらに外乱推定部１５０からの負荷推定値が入力される。これにより、状態推定部１６０では制御対象のモデルを使用して内部状態ＸＥ（駆動軸角速度ω１Ｅ，従動軸角速度ω２Ｅ，駆動軸角度θ１Ｅ，従動軸角度θ２Ｅ）を推定し、予め求めておいた状態軌道系列ＸＲと比較することにより状態偏差が算出される。そしてこの状態偏差に基づいて状態フィードバック制御部１７０で位置誤差に応じた修正操作量ＵＥが求まり、予め用意しておいた操作量軌道系列記憶部１２０から出力される操作量に、この修正操作量ＵＥを印加することにより実時間で位置の誤差修正が行われる。
【００３７】
また、この誤差修正動作と平行して、外乱推定部１５０から得られる負荷推定値ＴＥから、操作量変換部１８０を通して実負荷を相殺する操作量を得ることができるため、上記の操作量にさらに負荷相当の操作量を印加することにより操作量Ｕを求め、この操作量Ｕを制御対象２に入力することにより、負荷変動の影響を受けにくい制御系とすることができる。
【００３８】
さらに述べると、状態推定部１６０では、推定負荷トルクτ２、操作量Ｕ、それに回転角Ｙ（＝θ２）から制御対象２のモデルを使って、制御対象２の内部状態ＸＥ（駆動軸角速度ω１Ｅ，従動軸角速度ω２Ｅ，駆動軸角度θ１Ｅ，従動軸角度θ２Ｅ）を推定する。このとき、常に推定回転角θ２Ｅと実回転角θ２とを比較し、誤差を生じたときにはフィードバックゲインの効果によって実回転角θ２に合わせて推定回転角θ２Ｅを修正する動作を行う。状態フィードバック制御部１７０では、制御対象の推定した内部状態ＸＥと、設計者が希望する目標状態ＸＲとの偏差に対し、状態フィードバックを行うことにより操作量Ｕ（＝τ１）を算出する。外乱推定部１５０では、操作量Ｕと従動側回転角θ２から、従動側慣性体に印加される負荷トルクτ２を推定する。また、その負荷トルク推定値τ２を操作量Ｕに置き換えて駆動側慣性体に印加することによって負荷を相殺することができる。
【００３９】
以上のような制御装置１を実際に構成する場合、デジタルシステムの利点を得るためにデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現するのが一般的であるが、この場合には本願の図に示すような連続時間系を離散時間系に置き換える必要がある。この離散化に伴い、制御処理による演算遅れによって、制御系が不安定化する問題が生じる。そこで、操作量の演算遅れ分も状態と考え、これを状態フィードバックに追加することにより、この演算遅れを補償し、制御系の安定性を保持することができる。
【００４０】
また、位置決め制御においては製品仕様上から高精度な位置決めが要求されることが多い。この場合、定常偏差のない応答が望まれることから、状態フィードバック制御で扱う状態量として、新たに目標値と制御出力の偏差に関する積分値を状態量として追加することにより定常偏差のない応答を得ることができる。
【００４１】
以上のように本実施形態によれば、以下に述べるような効果を奏する。
【００４２】
１）参照軌道発生部１１０が操作量軌道系列記憶部１１０と状態軌道系列記憶部１３０とを備え、予め初期位置から目標位置への状態軌道（位置や速度等）を状態軌道系列記憶部１３０に、操作量軌道のデータ系列を操作量軌道系列記憶部１１０にそれぞれ記憶しておき、この状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めを実現することによって、機構の動特性に適する位置決め動作が可能となるので、騒音を抑えた無理のない制御を行うことができる。
【００４３】
２）外乱推定部１５０を備え、実時間で摩擦負荷に応じた負荷推定値を得ることが可能となり、この推定値から負荷を相殺する操作量を算出し、モータ４００へ印加することにより、負荷変動の影響を受け難い制御系とすることができる。
【００４４】
３）状態フィーバック制御に用いる状態量として制御装置１００の処理に要する時間（＝むだ時間）を状態量に追加することで、むだ時間を考慮した制御系を実現ことができるので、制御系の安定性が向上する。
【００４５】
４）状態フィーバック制御に用いる状態量として、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を状態量に追加することにより定常偏差が生じない制御系を実現できるので、制御出力の制御精度が向上する。
【００４６】
５）カルマンフィルタを使用することにより設計者が極零点を考慮する必要がなくなり、重み係数を与えるのみでよいことから設計が容易になる。
【００４７】
６）最適レギュレータを採用することにより設計者が極零点を考慮する必要がなくなり、重み係数を与えるのみでよいことから設計が容易になる。
【００４８】
フォームの終わり
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、前述の第１の実施形態における制御装置１００の構成が異なるだけなので、同等な各部には同一の参照符号を付して異なる点について主に説明し、重複する説明はできる限り省略する。
【００４９】
図４において、制御装置１００は目標位置に応じた参照軌道発生部１１０と、誤差修正のためのフィードバック制御部１４０とから構成される。参照軌道発生部１１０は、操作量軌道系列記憶部１２０、状態軌道系列記憶部１３０とから構成され、フィードバック制御部１４０としては外乱推定部１５０、状態推定部１６０、状態フィードバック制御部１７０及び操作量変換部１８０とから構成される。
【００５０】
さらに、参照軌道発生部１００では、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部１１１、状態起動系列記憶部１２１と、回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部１２１、状態起動系列記憶部１２２とに分かれている。これは種々の目標値に対して全ての軌道を用意することは困難であるため、位置決め動作の中で、粗動作区間では速度制御型の状態フィードバック制御を行い、目標位置近傍に近づいたならば減速開始時に位置制御型の状態フィードバック制御に切り換えるものである。そのため、第１の実施形態における操作量軌道系列記憶部１１０が、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部１１１と回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部１２１から構成され、状態軌道系列記憶部１２０が回転起動・定速時用の状態軌道系列記憶部１２１と回転減速・停止用の状態軌道系列記憶部１２２から構成され、状態フィードバック制御部１７０が速度型状態フィードバック制御部１７１と位置型状態フィートバック制御部１７２から構成されている。
【００５１】
また、操作量軌道系列記憶部１１０が、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部１１１と回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部１２１から構成され、状態軌道系列記憶部１２０が回転起動・定速時用の状態軌道系列記憶部１２１と回転減速・停止用の状態軌道系列記憶部１２２から構成されていることから、回転軌道・定速時の場合と、回転減速・停止時とで使用するデータを切り換える切り換えスイッチ１９０を備えている。これにより、使用する記憶部のデータ及びフィードバック制御部のデータを選択して操作量Ｕを計算し、制御対象２に出力する。なお、参照軌道発生部１１０については、最適化手法（数理計画法等）により制御対象モデルを用いて予め軌道系列を求めておき記憶しておくことによって制御時に実時間で参照軌道を発生させることができる。
【００５２】
制御装置１００の構成は大略以上の通りであり、制御対象である２慣性系の従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Ｙと操作量Ｕは外乱推定部１５０と状態推定部１６０に入力され、状態推定部１６０にはさらに外乱推定部１５０からの負荷推定値ＴＥが入力される。これにより、状態推定部では制御対象のモデルを使用して内部状態ＸＥ（ω１Ｅ，ω２Ｅ，θ１Ｅ，θ２Ｅ）を推定し、予め求めておいた状態軌道系列と比較することにより状態偏差が算出される。そしてこの状態偏差に基づいて状態フィードバック制御部で位置誤差に応じた修正操作量ＵＥが求まり、予め用意しておいた操作量軌道系列の記憶部１２０から出力される操作量に、この修正操作量ＵＥを印加することにより実時間で位置の誤差修正が行われる。また、この誤差修正動作と並行して、外乱推定部１５０から得られる負荷推定値から、操作量変換部１８０を通して実負荷を相殺する操作量を得ることができるため、前記操作量にさらに負荷相当の操作量を印加することによって負荷変動の影響を受けにくい制御系とすることができる。
【００５３】
その際、前記切り換えスイッチ１９０によって粗動作区間（回転起動・定速時）では、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部１２１と速度型状態フィードバック制御部１７１からのデータを演算した結果が選択され、停止動作区間（回転減速・定速時）では、回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部１２２と位置型状態フィードバック制御部１７２からのデータを演算した結果が選択される。なお、速度型状態フィードバック制御部１７１には、回転起動・定速時用の状態起動系列記憶部１３１に格納された設計者が希望する目標状態ＸＲ１と状態推定部１６０からの制御対象の推定した内部状態ＸＥとが入力され、位置型状態フィードバック制御部１７２には、回転減速・停止用の状態起動系列記憶部１３２に格納された設計者が希望する目標状態ＸＲ２と状態推定部１６０からの制御対象の推定した内部状態ＸＥとが入力される。
【００５４】
さらに述べると、状態推定部１６０では、推定負荷トルクτ、操作量Ｕ、及び回転角Ｙ（＝θ２）から制御対象のモデルを使って、制御対象の内部状態Ｘ（ω１Ｅ，ω２Ｅ，θ１Ｅ，θ２Ｅ）を推定する。このとき、常に推定回転角θ２Ｅと実回転角θ２とを比較し、誤差を生じたときにはフィードバックゲインの効果によって実回転角θ２に合わせて推定回転角θ２Ｅを修正する動作を行う。
【００５５】
速度型状態フィードバック制御部１７１及び位置型状態フィードバック制御部１７２では、制御対象の推定した内部状態ＸＥと、設計者が希望する目標状態ＸＲ１，ＸＲ２との偏差に対し、それぞれ状態フィードバックを行うことによって、操作量Ｕ（＝τ１）を算出する。外乱推定部１５０では、操作量Ｕと従動側回転角θ２から、従動側慣性体に印加される負荷トルクτ２を推定する。また、その負荷トルク推定値τ２を操作量Ｕに置き換えて駆動側慣性体（制御対象２）に印加することによって負荷を相殺することができる。
【００５６】
その他、特に説明しない各部は前述の第１の実施形態及び従来例と同等に構成され、同等に機能する。
【００５７】
以上のように本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、操作量軌道系列記憶部１２０と状態軌道系列記憶部１３０をそれぞれ回転起動・定速時と回転減速・停止時との系列を記憶する記憶部１２１，１２２，１３１，１３２に分け、回転起動・定速時と回転減速・停止時の２つの制御モードに分けて制御し、数多くの目標値が存在する場合でも起動と減速の２つのデータ系列で対応可能であることから、少量のメモリサイズで参照軌道のデータ生成を実現することができる。
【００５８】
＜画像形成装置への適用した実施形態＞
第１及び第２の実施形態で説明した位置決め制御装置は例えばベルトを機構要素（転写ベルト）として使用する画像形成装置（プリンタ）に適用することができる。図５、図６及び図７は本実施形態に係るいわゆるインクジェット方式のプリンタの印字機構の概略構成を示している。
【００５９】
これらの図において、自動給紙装置２０に積載されているシート状の記録紙２１は、自動給紙装置２０により１枚ずつ分離されて印字部の方向に送り出される。自動給紙装置２０から送り出された記録紙２２は、インクジェット記録ヘッドユニット２３の印字ヘッド２４とプラテンローラ２５の間に送り込まれ、プラテンローラ２５により排出方向に搬送されるとともに、印字ヘッド２４により画像が記録される。画像記録された記録紙２２は、プラテンローラ２５および排出ローラ２６により、搬送されて、排紙される。
【００６０】
印字部２３は、キャリッジ２８に着脱自在に取り付けられており、キャリッジ２４は、ガイド棒２９によりその移動方向が規定されており、プーリ３１，３２の間に巻回されているベルト３３に連結している。このベルト３３は、キャリッジモータ３５の駆動により２方向に移動されるものであり、キャリッジモータ３５が順方向に駆動されると、キャリッジ２８は主走査方向に移動し、キャリッジモータ３５が復帰方向に駆動されると、キャリッジ２９は復帰方向に移動する。
【００６１】
また、搬送ローラ２５および排出ローラ２６には、搬送モータ３６の駆動力が伝達機構３７を介して伝達されており、搬送モータ３６が順方向に駆動されると、搬送ローラ２５および排出ローラ２６は、記録紙２２を搬送方向に搬送し、搬送モータ３６が反対方向に駆動されると、搬送ローラ２５および排出ローラ２６は、記録紙２２を反搬送方向に搬送する。
【００６２】
記録紙２２を検出するための記録紙センサ３８は、インクジェット記録ヘッドユニット２３の手前で記録紙２２を検出可能な位置に配設され、また、記録紙２２に記録されたインクエンドマーク（後述）を検出するためのインクエンドマークセンサ３９は、印字ヘッド２４よりも記録紙２２の搬送方向上流側でキャリッジ２８に設けられている。一対の発光素子と受光素子からなるイニシャライズセンサ４０は、インクジェット記録ヘッドユニット２３が所定の初期位置に移動していることを検出するためのものであり、インクジェット記録ヘッドユニット２３の側端部には、このイニシャライズセンサ４０の検知部を遮光する切片状の突起４１が設けられている。したがって、インクジェット記録ヘッドユニット２３が初期位置に移動しているときには、イニシャライズセンサ４０はオフ状態となり、それ以外の場合には、イニシャライズセンサ４０はオン状態となる。
【００６３】
これらのセンサのオンオフに応じてキャリッジモータ３５と搬送モータ３６のオンオフが制御される。このようなモータの回転開始と開始に伴う増速、停止及び停止に伴う減速が繰り返されるようなモータの制御に前記位置決め制御装置を適用すると、負荷変動の影響を受け難い制御系を使用することになり、騒音の発生が少ないインクジェット記録装置を提供することができる。
【００６４】
なお、この実施形態では、インクジェットヘッドのキャリッジの駆動制御を例に取っているが、この他に、種々の画像形成装置の給紙装置、例えばレジストローラを使用して用紙の搬送タイミングを制御するような給紙装置においても騒音を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】モータ制御系の制御系全体を示すモデル図である。
【図２】第１の実施形態における目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。
【図３】図１の制御系の従来からの制御方法（ＰＩＤや位相補償等）を示す図である。
【図４】第２の実施形態における目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。
【図５】第１及び第２の実施形態が適用されるインクジェット記録装置の平面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】図５の側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００  制御装置
１１０  参照軌道発生部
１１１  操作量軌道系記憶部
１１２  状態軌道系記憶部
１２０  操作量軌道系列記憶部
１３１  操作量軌道系記憶部
１２２  状態軌道系記憶部
１３０  状態軌道系列記憶部
１４０  フィードバック制御部
１５０  外乱推定部
１６０  状態推定部
１７０  状態フィードバック制御部
１７１  速度型状態フィードバック制御部
１７２  位置型状態フィードバック制御部
１８０  操作量変換部
１９０  切り換えスイッチ
２００  制御対象
３００  ＰＷＭアンプ
４００  駆動側慣性体（モータ）
５００  従動側慣性体（感光体ドラム）
【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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