(57)【要約】【課題】外乱オブザーバを適用した電圧制御によるモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法、およびモータ制御プログラムを提供する。【解決手段】駆動制御部１０２は、駆動中のモータの回転角に基づいて電圧指令値を算出し、指令トルク算出部１０４は、電圧指令値に基づいて指令トルクを算出し、回転角取得部１０１は、電圧指令値に従い駆動するモータの回転角を取得し、実効駆動トルク算出部１０３は、モータの回転角に基づいて実効駆動トルクを算出し、推定外乱トルク算出部１０５は、実効駆動トルクおよび指令トルクに基づいて推定外乱トルクを算出し、指令電圧補償値算出部１０６は、推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出し、指令電圧補償部１０７は、電圧指令値および指令電圧補償値に基づいて電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出し、電圧制御部１０８は、補正電圧指令値をモータに印加する。【選択図】        図１
2007097329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、
前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、
前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、
前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、
前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記指令電圧補償値算出手段は、さらに前記モータの電圧−電流特性の逆特性の持つディジタルフィルタを用いて、前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクを前記指令電圧補償値に変換すること、を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、
前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、
前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、
前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、
前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、
をディジタル信号処理演算によって行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
紙搬送ベルトを駆動しているモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、
前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、
前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、
前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、
前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、
前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御ステップと、
前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出ステップと、
前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得ステップと、
前記回転角取得ステップによって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出ステップと、
前記実効駆動トルク算出ステップによって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出ステップによって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出ステップと、
前記推定外乱トルク算出ステップによって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出ステップと、
前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出ステップによって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償ステップと、
前記指令電圧補償ステップによって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御ステップと、
を有することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載されたモータ制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするモータ制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法、およびモータ制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータ制御において、アナログ回路の代わりに、安価な汎用のＣＰＵ（中央演算装置）やＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）を用いてソフトウェア処理することでコストを低減させることのできるディジタル制御が導入されている。
【０００３】
また、モータの制御技術としては、ＰＩＤ（Proportinal Integral Differential）制御に代表されるフィードバック制御がよく用いられている。フィードバック制御では、特に比例（Ｐ）要素と積分（Ｉ）要素の組み合わせを用いるＰＩ制御の適用例が多く見られる。
【０００４】
しかし、モータと負荷が歯車やベルトなどで接続された多慣性系や、外乱要素の大きな系においては、ＰＩ制御のみで所望の停止精度を得るのは困難である。外乱に対しては、制御系をハイゲイン化して抑え込む手法がとられることが多いが、系の特性としてハイゲイン化にも限界がある。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば工作機械の送り軸を駆動するサーボ制御方法において、切削方向を反転する時期を予測して、積分時定数を変更する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７１４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１は、工作機械において硬度の高いものを切削するために、巨大なトルクを発生することを前提とした技術であり、例えば金属切削ほどの大きなトルクが生じない画像形成装置でのモータの制御としては、適切なものではなかった。
【０００８】
モータの回転に対する外乱への対処法として用いられているものに、外乱オブザーバがある。外乱オブザーバは、制御対象に入力された指令値から入力トルクを推定し、さらに制御対象系の挙動を測定することによって実効駆動トルクを測定する。その両者の差を計算することにより、外乱トルクを推定し、この値を入力指令値にフィードバックすることで外乱の影響を低減するものである。
【０００９】
しかしながら、外乱オブザーバは、指定値と駆動トルクが比例関係にある電流制御に適用されていたが、指令電圧値と駆動トルクが比例関係にない電圧制御での適用例では見られなかった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外乱オブザーバを適用した電圧制御によるモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法、およびモータ制御プログラム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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記指令電圧補償値算出手段は、さらに前記モータの電圧−電流特性の逆特性の持つディジタルフィルタを用いて、前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクを前記指令電圧補償値に変換すること、を特徴とする。
【００１３】
また、請求項３にかかる発明は、駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、をディジタル信号処理演算によって行うことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４にかかる発明は、紙搬送ベルトを駆動しているモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得手段と、前記回転角取得手段によって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出手段と、前記実効駆動トルク算出手段によって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出手段によって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出手段と、前記推定外乱トルク算出手段によって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出手段と、前記駆動制御手段によって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出手段によって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償手段と、前記指令電圧補償手段によって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５にかかる発明は、駆動中のモータの回転角に基づいて前記モータに印加する電圧である電圧指令値を算出する駆動制御ステップと、前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値に基づいて、前記電圧指令値で駆動する前記モータの理論上のトルクである指令トルクを算出する指令トルク算出ステップと、前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値に従い駆動する前記モータの回転角を取得する回転角取得ステップと、前記回転角取得ステップによって取得された前記モータの回転角に基づいて前記モータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出する実効駆動トルク算出ステップと、前記実効駆動トルク算出ステップによって算出された前記実効駆動トルクおよび前記指令トルク算出ステップによって算出された前記指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定される前記モータのトルクである推定外乱トルクを算出する推定外乱トルク算出ステップと、前記推定外乱トルク算出ステップによって算出された前記推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出する指令電圧補償値算出ステップと、前記駆動制御ステップによって算出された前記電圧指令値および前記指令電圧補償値算出ステップによって算出された前記指令電圧補償値に基づいて、前記電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出する指令電圧補償ステップと、前記指令電圧補償ステップによって算出された前記補正電圧指令値を前記モータに印加する電圧制御ステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６にかかる発明は、請求項５に記載されたモータ制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１にかかる発明によれば、駆動制御手段によって、駆動中のモータの回転角に基づいてモータに印加する電圧である電圧指令値を算出し、指令トルク算出手段によって、電圧指令値に基づいて、電圧指令値で駆動するモータの理論上のトルクである指令トルクを算出し、回転角取得手段によって、電圧指令値に従い駆動するモータの回転角を取得し、実効駆動トルク算出手段によって、モータの回転角に基づいてモータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出し、推定外乱トルク算出手段によって、実効駆動トルクおよび指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定されるモータのトルクである推定外乱トルクを算出し、指令電圧補償値算出手段によって、推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出し、指令電圧補償手段によって、電圧指令値および指令電圧補償値に基づいて、電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出し、電圧制御手段によって、補正電圧指令値をモータに印加することにより、外乱オブザーバを用いた電圧制御によるモータの制御を行うことができるため、高精度なモータ制御装置を提供することができるという効果を奏する。
【００１８】
また、請求項２にかかる発明によれば、指令電圧補償値算出手段は、さらにモータの電圧−電流特性の逆特性の持つディジタルフィルタを用いて、推定外乱トルクを指令電圧補償値に変換することにより、ディジタル制御が可能となり安価なＣＰＵやＤＳＰを使用してモータを制御することができるため、低コストなモータ制御装置を提供することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、請求項３にかかる発明によれば、ディジタル信号処理演算によって、駆動制御手段によって、駆動中のモータの回転角に基づいてモータに印加する電圧である電圧指令値を算出し、指令トルク算出手段によって、電圧指令値に基づいて、電圧指令値で駆動するモータの理論上のトルクである指令トルクを算出し、回転角取得手段によって、電圧指令値に従い駆動するモータの回転角を取得し、実効駆動トルク算出手段によって、モータの回転角に基づいてモータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出し、推定外乱トルク算出手段によって、実効駆動トルクおよび指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定されるモータのトルクである推定外乱トルクを算出し、指令電圧補償値算出手段によって、推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出し、指令電圧補償手段によって、電圧指令値および指令電圧補償値に基づいて、電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出し、電圧制御手段によって、補正電圧指令値をモータに印加することにより、ディジタル信号処理専用プロセッサでのモータ制御ができるため、低コストなモータ制御装置を提供することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、請求項４にかかる発明によれば、駆動制御手段によって、紙搬送ベルトを駆動しているモータの回転角に基づいてモータに印加する電圧である電圧指令値を算出し、指令トルク算出手段によって、電圧指令値に基づいて、電圧指令値で駆動するモータの理論上のトルクである指令トルクを算出し、回転角取得手段によって、電圧指令値に従い駆動するモータの回転角を取得し、実効駆動トルク算出手段によって、モータの回転角に基づいてモータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出し、推定外乱トルク算出手段によって、実効駆動トルクおよび指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定されるモータのトルクである推定外乱トルクを算出し、指令電圧補償値算出手段によって、推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出し、指令電圧補償手段によって、電圧指令値および指令電圧補償値に基づいて、電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出し、電圧制御手段によって、補正電圧指令値をモータに印加することにより、高精度なモータの回転や停止の制御ができ、画像形成のための高精度な位置合わせができるため、高品質な画像を形成することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、請求項５にかかる発明によれば、駆動制御ステップによって、駆動中のモータの回転角に基づいてモータに印加する電圧である電圧指令値を算出し、指令トルク算出ステップによって、電圧指令値に基づいて、電圧指令値で駆動するモータの理論上のトルクである指令トルクを算出し、回転角取得ステップによって、電圧指令値に従い駆動するモータの回転角を取得し、実効駆動トルク算出ステップによって、モータの回転角に基づいてモータの実際のトルクである実効駆動トルクを算出し、推定外乱トルク算出ステップによって、実効駆動トルクおよび指令トルクに基づいて、外乱によって変化したと推定されるモータのトルクである推定外乱トルクを算出し、指令電圧補償値算出ステップによって、推定外乱トルクに相当する電圧である指令電圧補償値を算出し、指令電圧補償ステップによって、電圧指令値および指令電圧補償値に基づいて、電圧指令値を補正した補正電圧指令値を算出し、電圧制御ステップによって、補正電圧指令値をモータに印加することにより、外乱オブザーバを用いた電圧制御によるモータの制御を行うことができるため、高精度なモータ制御方法を提供することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、請求項６にかかる発明によれば、請求項５に記載されたモータ制御方法をコンピュータに実行させることにより、外乱オブザーバを用いた電圧制御によるモータの制御を行うことができるため、高精度なモータ制御プログラムを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるモータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法、およびモータ制御プログラムの最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明が適用されるモータ制御装置を含むプリンタ、ファクシミリなどの複合機の構成例について説明する。図１は、本実施の形態にかかるモータ制御装置を含む複合機の構成を示すブロック図である。ここでは、モータ制御装置１００による複合機１の紙搬送ベルトを駆動するモータの制御について説明する。なお、かかるモータ制御装置１００は、複合機１のような画像形成装置に用いることに限定されるものではなく、モータの制御を行う様々な装置に適用することができる。
【００２５】
本実施の形態にかかる複合機１は、回転角取得部１０１と、駆動制御部１０２と、実効駆動トルク算出部１０３と、指令トルク算出部１０４と、推定外乱トルク算出部１０５と、指令電圧補償値算出部１０６と、指令電圧補償部１０７と、電圧制御部１０８と、を備えている。
【００２６】
回転角取得部１０１は、回転角検出手段によって検出されたモータの回転角を取得するものである。モータの回転角とは、所定の時間にモータ軸が回転する角度である。回転角検出手段としては、例えばモータ軸に接続されたロータリエンコーダのパルスを測定する光学センサ装置、あるいは、モータからタイミングベルト等で接続された従動軸に接続されたロータリエンコーダのパルスを測定する光学センサなどを用いる。
【００２７】
他の例として、回転角検出手段は、複合機１がモータ軸あるいは従動軸に紙搬送ベルトが接続されている場合、そのベルト表面の移動距離を検出してもよい。かかる場合、モータの回転角に相当する値を得るために、ベルト表面の移動距離を測定する光学センサなどを用いる。光学センサとしては、ディジタルエンコーダ、およびアナログエンコーダとＡＤ（アナログ−ディジタル）変換器の組み合わせが挙げられる。以下の実施の形態においては、光学センサとしてディジタルエンコーダを用いた適用例について説明する。
【００２８】
駆動制御部１０２は、基本的なモータ制御を行うものである。駆動制御部１０２は、回転角取得部１０１によって取得されたモータの回転角に基づいて電圧指令値を算出し、後述する電圧制御部１０８に対して電圧指令値を出力するものである。また、駆動制御部１０２は、モータの回転を補正するために、電圧指令値を指令トルク算出部１０４に出力する。
【００２９】
電圧指令値とは、モータを制御するためにモータに印加する電圧値である。なお、駆動制御部１０２としては、制御アルゴリズムをプログラミングしたＤＳＰボード、あるいはＣＰＵボード等を用いてもよい。制御アルゴリズムとしては、ＰＩ制御、状態フィードバック制御、Ｈ∞制御等の一般的な制御方式を用いる。
【００３０】
実効駆動トルク算出部１０３は、回転角取得部１０１によって取得されたモータの回転角から実効駆動トルクを算出するものである。実効駆動トルクとは、実際にモータが回転することによって生じるトルクである。
【００３１】
指令トルク算出部１０４は、駆動制御部１０２によって算出された電圧指令値から指令トルクを算出するものである。指定トルクとは、電圧指定値の電圧をモータに印加した場合に理論上モータに生じるトルクである。
【００３２】
推定外乱トルク算出部１０５は、実効駆動トルク算出部１０３によって算出された実効駆動トルクおよび指令トルク算出部１０４によって算出された指定トルク値から推定外乱トルクを算出するものである。推定外乱トルクとは、外乱によって変化したと推定されるトルクである。
【００３３】
ところで、モータにある電圧値を印加した場合、モータには理論上印加した電圧値に対応するトルクが発生する。しかし、実際には、モータやモータで駆動するベルトの動作に伴い発生する誤差やロスなどの外乱によって、モータに想定したトルクを生じない場合がある。ここで、理論上のトルクが指令トルク算出部１０４で算出される指令トルクであり、実際のトルクが実効駆動トルク算出部１０３で算出される実効駆動トルクである。推定外乱トルク算出部１０５は、この指令トルクと実効駆動トルクとの差分値を求めることによって、想定したトルクを発生させるために必要なトルク、すなわち推定外乱トルクを算出するものである。
【００３４】
指令電圧補償値算出部１０６は、推定外乱トルク値算出部１０５によって算出された推定外乱トルクから指令電圧補償値を算出するものである。指令電圧補償値とは、推定外乱トルクに相当する電圧値、すなわち電圧指令値を補償するための電圧値である。指令電圧補償値算出部１０６は、さらにモータの電圧−電流特性の逆特性をもつディジタルフィルタ部２０１と、低域通過フィルタ部２０２と、ゲイン適用部２０３とを備える。
【００３５】
図２は、指令電圧補償値算出部の構成を示すブロック図である。ディジタルフィルタ部２０１は、モータの電圧−電流特性の逆特性によって推定外乱トルクを電圧値に変換する。具体的に、ディジタルフィルタ部２０１は、一般にアナログ回路として与えられるモータの電圧−電流特性の逆フィルタを双一次変換等のＺ変換でディジタル回路化することによって得られる。
【００３６】
低域通過フィルタ部２０２は、制御対象系の共振周波数より低いカットオフ周波数で周波数を通過させる。ゲイン適用部２０３は、入力に対してゲインを乗じ、指令電圧補償値を出力する。ゲインとは、モータのトルク定数の逆数にフィードバックゲインを乗じた値である。トルク定数とは、入力電流とトルクとの関係を示す定数である。フィードバックゲインは、０から１の間の値である。この値は、実験やシミュレーション等によって適応的に決定する。
【００３７】
指令電圧補償部１０７は、駆動制御部１０２によって算出された電圧指令値に指令電圧補償値算出部１０６によって算出された指令電圧補償値を加算して補正電圧指令値を算出するものである。このように、モータに電圧指令値を印加することによって発生させようとした指令トルクを実現するために、外乱を考慮した電圧値として補正電圧指令値が算出される。
【００３８】
電圧制御部１０８は、指令電圧補償部１０７によって算出された補正電圧指令値に基づいてモータを制御するものである。電圧制御部１０８は、例えば、市販の電圧制御ドライバを用いてモータを制御する。電圧制御ドライバの出力である電圧は、モータの駆動入力となる。
【００３９】
なお、モータ制御装置１００を構成する各部は、汎用コンピュータ、あるいは汎用のディジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）に対するプログラミングによって構成することもできる。
【００４０】
以上のように構成されているモータ制御装置１００を含む複合機１によるモータ制御処理について説明する。図３は、回転角取得部、駆動制御部、実行駆動トルク算出部、指令トルク算出部、推定外乱トルク算出部、指令電圧補償値算出部、指令電圧補償部、電圧制御部が行うモータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
本実施の形態にかかるモータ制御装置の動作について説明する。前提として、駆動制御部１０２は、回転角取得部１０１によって取得されたモータの回転角に基づいて基本的なモータ制御を行い、電圧制御部１０８へ電圧指定値を出力する。これにより、モータは制御される。
【００４２】
本実施の形態にかかるモータ制御処理を図３のフローチャートを用いて説明する。まず、駆動制御部１０２は、電圧指定値を設定する（ステップＳ３０１）。駆動制御部１０２は、設定された電圧指令値をメモリに保持しておく。
【００４３】
指定トルク算出部１０４は、駆動制御部１０２によって設定された電圧指定値から、モータへの指令トルクを算出する（ステップＳ３０２）。指令トルクは、モータの電圧−電流特性、およびモータのトルク定数を用いて計算する。指令トルクは、駆動制御部１０２で保持されている電圧指令値のうち、現在モータに印加している電圧値を用いて算出する。
【００４４】
回転角取得部１０１は、モータの回転角を取得する（ステップＳ３０３）。実効駆動トルク算出部１０３は、回転角取得部１０１によって取得されたモータの回転角からモータの実効駆動トルクを算出する（ステップＳ３０４）。モータの実効駆動トルクは、モータの系としての全体の慣性モーメントを剛体近似によって得た値に回転角の加速度を乗じることによって近似的に得ることができる。正確に計算するには、制御対象の系をすべてモデル化して計算する手法もある。しかし、一般に計算量が多いため、計算能力やシステムの複雑度に対するメンテナンス等を考慮して適度に近似を入れることによって算出する。加速度は、現在および前回取得された測定値から求める速度差分値と、前回および前々回取得された測定値から求める速度差分値との差分を計算して得られる。
【００４５】
推定外乱トルク算出部１０５は、推定外乱トルクを算出する（ステップＳ３０５）。具体的には、指定トルク算出部１０４によって算出された指令トルクと、実効駆動トルク算出部１０３によって算出された実効駆動トルクとの差分値を求めることにより、推定外乱トルクを算出する。
【００４６】
指定電圧補償値算出部１０６は、推定外乱トルク算出部１０５によって算出された推定外乱トルクに相当する指定電圧補償値を算出する（ステップＳ３０６）。具体的には、推定外乱トルクをディジタルフィルタ部２０１に入力し、モータの電圧−電流特性の逆特性をもつディジタルフィルタによって、特定の成分を取出す、または除去する。
【００４７】
次に、ディジタルフィルタ部２０１の出力は、低域通過フィルタ部２０２に入力され、低域通過フィルタ部２０２は制御対象系の共振周波数より低い周波数を通過させる。低域通過フィルタ部２０２の出力は、ゲイン適用手段２０３に入力され、入力に対して、モータのトルク定数の逆数にフィードバックゲインを乗じた値がゲインとして乗じられて出力される。かかる出力は、指令電圧補償値である。
【００４８】
指令電圧補償部１０７は、駆動制御部１０２によって算出された電圧指令値および指令電圧補償値算出部１０６によって算出された指定電圧補償値から補正電圧指令値を算出する（ステップＳ３０７）。電圧制御ドライバ部１０８は、指令電圧補償部１０７によって算出された補正電圧指令値でモータを制御する、すなわち補正電圧指令値を印加する（ステップＳ３０８）。
【００４９】
以上の動作により、電圧制御および外乱オブザーバによる推定外乱のフィードバックを用いたモータ制御が可能になる。なお、上述したモータ制御装置において行われる処理は、すべてディジタル信号処理演算によって行われることとしてもよい。
【００５０】
このように、コピー機、プリンタ等の画像形成装置、特にインクジェット式の印字機構をもつ画像形成装置において、モータを正確に所望の角度だけ回転させて停止させることができるため、高品位な画像を形成することができる。
【００５１】
また、推定された外乱トルクを電圧値に変換する際に、モータの電圧−電流特性の逆特性をディジタルフィルタとして与えることによって、外乱オブザーバを用いた電圧制御によるモータ制御装置を実現することができる。
【００５２】
また、ディジタル制御によってモータを制御することができるため、安価な汎用のＣＰＵやＤＳＰを用いて、ソフトウェア処理でのモータ制御が可能となる。よって、低コストのモータ制御装置を提供することができる。
【００５３】
図４は、本実施の形態にかかる複合機１のハードウェア構成を示すブロック図である。本図に示すように、この複合機１は、コントローラ１０とエンジン部（Engine）６０とをＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バスで接続した構成となる。コントローラ１０は、複合機１全体の制御と描画、通信、操作部２０からの入力を制御するコントローラである。エンジン部６０は、ＰＣＩバスに接続可能なプリンタエンジンなどであり、たとえば白黒プロッタ、１ドラムカラープロッタ、４ドラムカラープロッタ、スキャナまたはファックスユニットなどである。なお、このエンジン部６０には、プロッタなどのいわゆるエンジン部分に加えて、誤差拡散やガンマ変換などの画像処理部分が含まれる。
【００５４】
コントローラ１０は、ＣＰＵ１１と、ノースブリッジ（ＮＢ）１３と、システムメモリ（ＭＥＭ−Ｐ）１２と、サウスブリッジ（ＳＢ）１４と、ローカルメモリ（ＭＥＭ−Ｃ）１７と、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１６と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１８とを有し、ノースブリッジ（ＮＢ）１３とＡＳＩＣ１６との間をＡＧＰ（Accelerated Graphics Port）バス１５で接続した構成となる。また、ＭＥＭ−Ｐ１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２ａと、ＲＡＭ(Random Access Memory)１２ｂと、をさらに有する。
【００５５】
ＣＰＵ１１は、複合機１の全体制御をおこなうものであり、ＮＢ１３、ＭＥＭ−Ｐ１２およびＳＢ１４からなるチップセットを有し、このチップセットを介して他の機器と接続される。
【００５６】
ＮＢ１３は、ＣＰＵ１１とＭＥＭ−Ｐ１２、ＳＢ１４、ＡＧＰ１５とを接続するためのブリッジであり、ＭＥＭ−Ｐ１２に対する読み書きなどを制御するメモリコントローラと、ＰＣＩマスタおよびＡＧＰターゲットとを有する。
【００５７】
ＭＥＭ−Ｐ１２は、プログラムやデータの格納用メモリ、プログラムやデータの展開用メモリ、プリンタの描画用メモリなどとして用いるシステムメモリであり、ＲＯＭ１２ａとＲＡＭ１２ｂとからなる。ＲＯＭ１２ａは、プログラムやデータの格納用メモリとして用いる読み出し専用のメモリであり、ＲＡＭ１２ｂは、プログラムやデータの展開用メモリ、プリンタの描画用メモリなどとして用いる書き込みおよび読み出し可能なメモリである。
【００５８】
ＳＢ１４は、ＮＢ１３とＰＣＩデバイス、周辺デバイスとを接続するためのブリッジである。このＳＢ１４は、ＰＣＩバスを介してＮＢ１３と接続されており、このＰＣＩバスには、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）部なども接続される。
【００５９】
ＡＳＩＣ１６は、画像処理用のハードウェア要素を有する画像処理用途向けのＩＣ（Integrated Circuit）であり、ＡＧＰ１５、ＰＣＩバス、ＨＤＤ１８およびＭＥＭ−Ｃ１７をそれぞれ接続するブリッジの役割を有する。このＡＳＩＣ１６は、ＰＣＩターゲットおよびＡＧＰマスタと、ＡＳＩＣ１６の中核をなすアービタ（ＡＲＢ）と、ＭＥＭ−Ｃ１７を制御するメモリコントローラと、ハードウェアロジックなどにより画像データの回転などをおこなう複数のＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）と、エンジン部６０との間でＰＣＩバスを介したデータ転送をおこなうＰＣＩユニットとからなる。このＡＳＩＣ１６には、ＰＣＩバスを介してＦＣＵ（Fax Control Unit）３０、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）４０、ＩＥＥＥ１３９４（the Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394）インターフェース５０が接続される。
【００６０】
ＭＥＭ−Ｃ１７は、コピー用画像バッファ、符号バッファとして用いるローカルメモリであり、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１８は、画像データの蓄積、プログラムの蓄積、フォントデータの蓄積、フォームの蓄積を行うためのストレージである。
【００６１】
ＡＧＰ１５は、グラフィック処理を高速化するために提案されたグラフィックスアクセラレーターカード用のバスインターフェースであり、ＭＥＭ−Ｐ１２に高スループットで直接アクセスすることにより、グラフィックスアクセラレーターカードを高速にするものである。
【００６２】
なお、本実施形態の複合機１で実行されるモータ制御プログラムは、ＤＳＰやＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。
【００６３】
本実施形態の複合機１で実行されるモータ制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
【００６４】
さらに、本実施形態の複合機１で実行されるモータ制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態の複合機１で実行されるモータ制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
【００６５】
本実施の形態の複合機１で実行されるモータ制御プログラムは、上述した各部（回転角取得部、駆動制御部、実行駆動トルク算出部、指令トルク算出部、推定外乱トルク算出部、指令電圧補償値算出部、指令電圧補償部、電圧制御部など）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからモータ制御プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、回転角取得部、駆動制御部、実行駆動トルク算出部、指令トルク算出部、推定外乱トルク算出部、指令電圧補償値算出部、指令電圧補償部、電圧制御部などが主記憶装置上に生成されるようになっている。
【００６６】
なお、以上説明した本実施の形態は、説明のための一例であって、本発明はここに説明した実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態にかかるモータ制御装置を含む複合機の構成を示すブロック図である。
【図２】指令電圧補償値算出部の構成を示すブロック図である。
【図３】回転角取得部、駆動制御部、実行駆動トルク算出部、指令トルク算出部、推定外乱トルク算出部、指令電圧補償値算出部、指令電圧補償部、電圧制御部が行うモータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態にかかる複合機１のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  複合機
１００  モータ制御装置
１０１  回転角取得部
１０２  駆動制御部
１０３  実効駆動トルク算出部
１０４  指令トルク算出部
１０５  推定外乱トルク算出部
１０６  指令電圧補償値算出部
１０７  指令電圧補償部
１０８  電圧制御部
２０１  ディジタルフィルタ部
２０２  低域通過フィルタ部
２０３  ゲイン適用部
【図１】
2007097329.tif 000003
【図２】
2007097329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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