(57)【要約】【課題】より正確な位置決め制御を可能にする駆動制御装置、モータ駆動システム、画像処理装置、および搬送装置を提供する。【解決手段】複数の駆動源のうち第１駆動源を制御する第１制御部と、複数の駆動源のうち上記第１駆動源以外の第２駆動源を制御する第２制御部と、を備え、上記第１制御部は、所定の出力軸の回転量を示す第１位置信号を基に、上記第１駆動源を制御する信号を出力し、上記第２制御部は、上記第１位置信号を基に、上記第２駆動源を制御する信号出力する。【選択図】図１
2017151528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動源のうち第１駆動源を制御する第１制御部と、複数の駆動源のうち前記第１駆動源以外の第２駆動源を制御する第２制御部と、を備え、
前記第１制御部は、所定の出力軸の回転量を示す第１位置信号を基に、前記第１駆動源を制御する信号を出力し、
前記第２制御部は、
前記第１位置信号を基に、前記第２駆動源を制御する信号出力する、
ことを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記第１制御部は、
位置目標値と前記第１位置信号から得られる前記所定の出力軸の位置情報と、から第１速度目標値を算出する第１算出部と、
前記第１速度目標値と、前記第１駆動源の出力軸の速度を示す第１速度情報とに基づいて、前記第１駆動源を制御する信号を出力する第１出力部と、
を備え、
前記第２制御部は、
前記位置目標値と前記位置情報と、から第２速度目標値を算出する第２算出部と、
前記第２速度目標値と、前記第２駆動源の出力軸の速度を示す第２速度情報とに基づいて、前記第２駆動源を制御する信号を出力する第２出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記複数の駆動源は、減速機構を介して連結され、単一の負荷を駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記所定の出力軸は前記第１駆動源の出力軸であり、
前記第１位置信号は前記第１駆動源の出力軸の駆動により第１位置検出器から出力される信号であり、
前記第１角速度情報は前記第１位置信号から得られ、
前記第２角速度情報は前記第２駆動源の出力軸の駆動により第２位置検出器から出力される前記第２駆動源の出力軸の回転量を示す第２位置信号から得られることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記所定の出力軸は前記負荷を駆動する出力軸であり、
前記第１位置信号は前記負荷を駆動する出力軸の駆動により第１位置検出器から出力される信号であり、
前記第１角度情報は前記第１駆動源の出力軸の駆動により第２位置検出器から出力される前記第１駆動源の出力軸の回転量を示す第２位置信号から得られ、
前記第２角度情報は前記第２駆動源の出力軸の駆動により第３位置検出器から出力される前記第２駆動源の出力軸の回転量を示す第３位置信号から得られることを特徴とする請求項３に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記複数の駆動源いずれか１つ以上の駆動源に対し、所定の電圧値または所定の電流値を加算することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動制御装置と、
複数の駆動源であるモータと、
を備えること特徴とするモータ駆動システム。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動制御装置、モータ駆動システム、画像処理装置、および搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のモータおよび歯車減速機を備えてモータ制御を行う技術が知られている。複数のモータを備えてモータ制御を行う技術は、例えば、特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、コントローラの制御下で複数のモータにより、共通の駆動軸を駆動する搬送装置が開示されている。この特許文献２では、複数のモータの１つをマスターとして、マスターに対する速度指令を発生させると共に、速度指令とマスターの回転量から求めた速度との誤差からマスターに対するトルク指令を発生させて、該トルク指令でマスターを駆動し、マスター以外の各モータに対して、マスターに対する速度指令とモータ毎の回転量から求めた速度との誤差からモータ毎のトルク指令を発生させて、モータ毎のトルク指令とマスターに対するトルク指令とを組み合わせた指令で、マスター以外の各モータを駆動する。特許文献２では、振動を抑える方法として、マスターからの速度指令値と電流指令値を組み合わせてスレーブモータを制御している。言い換えると、マスターの速度指令値に応じてスレーブ側の検出系を使用した速度フィードバック制御を行うことによって減衰性能を向上させ、マスターの電流指令値をスレーブ側の電流指令値に加算させることによって、応答性を向上させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、以下のような問題があった。フィードバック制御系を備えた複数個のモータで大きなトルクを得る場合、独立に位置決め制御すると、目標位置指令が同じであっても、モータの取り付けによって生じる回転角度の位相差や、エンコーダ等のモータにおける回転角度の検出系の位相差等が生じる。これによって、各モータの位置決め制御の位置偏差が０に収束しない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数個の小型モータを使用した構成で、より正確な位置決め制御を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の駆動源のうち第１駆動源を制御する第１制御部と、複数の駆動源のうち前記第１駆動源以外の第２駆動源を制御する第２制御部と、を備え、前記第１制御部は、所定の出力軸の回転量を示す第１位置信号を基に、前記第１駆動源を制御する信号を出力し、前記第２制御部は、前記第１位置信号を基に、前記第２駆動源を制御する信号出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、複数個の小型モータを使用した構成で、より正確な位置決め制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる駆動制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、歯車による１段減速機構を示す説明図である。
【図３】図３は、図２の構成に加えて、出力軸の同軸上にエンコーダを取り付けた例を示す説明図である。
【図４】図４は、歯車による２段減速機構を示す説明図である。
【図５】図５は、図４の構成に加えて、出力軸の同軸上にエンコーダを取り付けた例を示す説明図である。
【図６】図６は、歯車による２段減速機構であり、図４の変形例を示す説明図である。
【図７】図７は、図６の構成に加えて、出力軸の同軸上にエンコーダを取り付けた例を示す説明図である。
【図８】図８は、図２、図４、図６の構成の制御系を示すブロック線図である。
【図９】図９は、図３、図５、図７の構成の制御系を示すブロック線図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態にかかるフィードバック制御演算を行う制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態にかかる複写機の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる駆動制御装置、モータ駆動システム、画像処理装置、および搬送装置の一実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
本実施の形態では、主として駆動源として小型ＤＣモータや小型ＤＣブラシレスモータを使用した位置決め制御を行う例について述べる。適用対象は、画像形成装置（後述する図１１参照）の中間転写ベルトや感光体ドラム等の精密駆動系や多軸ロボット、移動体などである。
【００１１】
通常、歯車減速機は負荷の大小によって、歯車のかみ合いや歯車取付け部の接触状態が変わるため、伝達剛性が変化する。負荷が小さい場合、歯車のかみ合いが悪化したり、歯車取付け部の接触面積が小さくなったりするため、伝達剛性が低下する。これによって機械共振周波数が低下しフィードバック制御に影響を及ぼし、振動が発生することがある。特に樹脂歯車を使用した伝達機構では顕著である。
【００１２】
特許文献１では、大きなトルクを出力しようとする側で、電流制御器等が過負荷異常を起こすおそれがある。これはマスターとスレーブの角度情報の位相差が大きくなるような条件があると発生するものであり、例えば、マスターとスレーブいずれかのモータがスリップするような条件があると、発生する。
【００１３】
通常、駆動対象の負荷が大きくなると、それに使用されるモータの容量も大きくなり、モータ本体価格の上昇に加えて、駆動電流や駆動電圧も高くなることから駆動回路の価格も高価になってしまう。また、画像形成装置等に使われている小型ＤＣモータや小型ＤＣブラシレスモータは、用途ごとの仕様に合わせて製作することが多く、多品種となってしまいコスト面で有利性が得られにくい状態となる。
【００１４】
そこで、本実施の形態では、所定の規格のモータを複数個組み合わせて、より大きな出力とすることにより、コストの有利性を得られるようにしている。高精度で高トルクが必要とされる多軸ロボットでは、専用のモータやバックラッシの小さな減速機を使うとなると非常に高価になってしまうため、本実施の形態の構成によるモータ制御の適用が考えられる。
【００１５】
図１は、本実施の形態にかかる駆動制御装置の機能構成を示すブロック図である。本構成は、大きくは複数の駆動源を有し、それぞれの駆動源を各制御部により制御する駆動系となっている。第１制御部としての制御部１０が第１駆動源である駆動源１４を駆動制御し、第２制御部としての制御部２０が第２駆動源である駆動源１８を駆動制御する。
【００１６】
制御部１０は、第１算出部１１と、第２算出部１２と、第１出力部１３と、を備える。第１算出部１１は、駆動源１４から出力される位置信号を位置目標値にフィードバックして位置偏差を求め、当該位置偏差から第１角速度目標値を算出する。第２算出部１２は、第１角速度目標値と、駆動源１４から出力される角速度信号と、から第１角速度偏差を算出する。第１出力部１３は、第１角速度偏差に基づいて駆動源１４を駆動する電流値または電圧値を出力する。制御部２０は、第３算出部１５と、第４算出部１６と、第２出力部１７と、を備える。第３算出部１５は、上記位置信号と同一の信号を用いて駆動源１８の位置偏差を求め、当該位置偏差から第２角速度目標値を算出する。第４算出部１６は、第２角速度目標値と、駆動源１８から出力される角速度信号と、から第２角速度偏差を算出する。第２出力部１７は、第２角速度偏差に基づいて駆動源１８を駆動する電流値または電圧値を出力する。
【００１７】
上記のように、複数個の駆動源（モータ）を組み合わせて、大きな駆動力を発生させて、単一の位置の負帰還を備えることにより、複数の駆動源間のトルク干渉を防止することが可能になる。また、駆動源各々の速度の負帰還を備えることによって装置の振動減衰性能を向上させ、かつ各駆動源の特性や装置への要求特性に応じて各駆動源の制御特性を調整できる。さらに、標準的な容量の駆動源を使用できるため安価な駆動制御装置を提供することができる。
【００１８】
また、第１算出部１１は、駆動源１４が備える位置検出器の出力される位置信号をフィードバック信号として用いる。
【００１９】
このように、複数個の駆動源のうち、１つの駆動源１４があらかじめ備えている位置検出器の位置情報をフィードバックする。これにより、別途位置検出器を備えることなく、各駆動源の取付け誤差や位置検出器の誤差による位相差を原因とするトルク干渉を防止し、位置決め制御が可能となる駆動制御装置を安価に提供することができる。
【００２０】
また、第１算出部１１は、駆動対象の負荷側が備える位置検出器の出力される信号から位置情報を取得する。
【００２１】
このように駆動対象の負荷側に備えられた位置検出器を備え、負荷側の位置検出器の位置情報をフィードバックする。これにより、各駆動源の取付け誤差や位置検出器の誤差による位相差を原因とするトルク干渉を防止し、かつ、減速機の歯車のバックラッシや軸ねじれ等のロストモーションに影響されることがなくなる。さらに、より精度良く駆動対象を位置決め制御できる駆動制御装置を提供することができる。
【００２２】
上記複数の駆動源は、減速機構を介して連結され、単一の負荷を駆動する。複数個の駆動源を、減速機構を介して連結することによって、安価に、より大きな駆動トルクを発生させることができる駆動制御装置を提供することができる。
【００２３】
上記複数の駆動源いずれか１つ以上の駆動源に対し、所定の電圧値または所定の電流値を加算する。これにより、いずれかの歯車が常時かみ合う状態を作り出せるため、バックラッシを低減し、機構に加わる衝撃の低減や歯車の長寿命化を可能とする駆動制御装置を提供することができる。
【００２４】
なお、上述した駆動制御装置の構成の一部または全部をソフトウェアまたはハードウェアで実現してもよい。
【００２５】
次に上述した駆動制御装置における１段減速機の機構、２段減速機の機構および制御系ブロックの具体例について説明する。本例では、２つのモータを使用した例について説明するが、２つ以上の複数個のモータを使用する場合であってもよい。また、複数個のモータは、フィードバック制御ができるものであれば良く、モータの容量や形式が異なっていてもよい。
【００２６】
＜１段減速機の機構＞
図２は、歯車による１段減速機構を示す説明図である。図２では、モータ１０１の出力軸には歯車１０５が取り付けられている。歯車１０５は歯車１０７とかみ合い、モータ１０１の回転運動を減速して出力軸１０８に伝達する。モータ１０２の出力軸１０２ａには歯車１０６が取り付けられている。歯車１０６は歯車１０７とかみ合い、モータ１０２の回転運動を減速して出力軸１０８に伝達する。出力軸１０８は、モータ１０１とモータ１０２の駆動力により回転運動をする。モータ１０１の出力軸１０１ａの同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１０３が取り付けられている。同様にモータ１０２の出力軸の同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１０４が取り付けられている。これらエンコーダ１０３，１０４の出力情報を使用したフィードバック制御を行うことによって、２つのモータのトルクが干渉することなく効率よく制御される。軸角度を検出する手段をエンコーダ１０３，１０４として説明するが、ポテンショメータ等モータの軸角度を検出できる手段であれば何でもよい。
【００２７】
図３は、図２の構成に加えて、出力軸１０８の同軸上にエンコーダ１０９を取り付けた例を示す説明図である。本構成では、出力軸１０８の回転角度を検出できるようになるため、減速機の歯車のバックラッシや軸ねじれ等のロストモーションに影響されることなく高精度に位置決めができるようになる。
【００２８】
＜２段減速機の機構１＞
図４は、歯車による２段減速機構を示す説明図である。モータ１１０の出力軸１１０ａには歯車１１４が取り付けられている。歯車１１４は歯車１１６とかみ合っている。歯車１１６の同軸上には歯車１１８があり、歯車１１８は歯車１２０とかみ合い、モータ１１０の回転運動を減速して出力軸１２１に伝達する。モータ１１１の出力軸１１１ａには歯車１１５が取り付けられている。歯車１１５は歯車１１７とかみ合っている。歯車１１７の同軸上には歯車１１９があり、歯車１１９は歯車１２０とかみ合い、モータ１１１の回転運動を減速して出力軸１２１に伝達する。出力軸１２１は、モータ１１０とモータ１１１の駆動力により回転運動をする。モータ１１０の出力軸１１０ａの同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１１２が取り付けられている。同様にモータ１１１の出力軸１１１ａの同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１１３が取り付けられている。これらエンコーダ１１２，１１３の出力情報を使用したフィードバック制御を行うことによって、２つのモータのトルクが干渉することなく効率よく制御される。
【００２９】
図５は、図４の構成に加えて、出力軸１２１の同軸上にエンコーダ１２２を取り付けた例を示す説明図である。出力軸１２１の回転角度を検出できるようになるため、減速機の歯車のバックラッシや軸ねじれ等のロストモーションに影響されることなく高精度に位置決めができるようになる。
【００３０】
＜２段減速機の機構２＞
図６は、歯車による２段減速機構であり、図４の変形例を示す説明図である。モータ１３０の出力軸１３０ａには歯車１３４が取り付けられている。歯車１３４は歯車１３６とかみ合っている。歯車１３６の同軸上には歯車１３８があり、歯車１３８は歯車１４０とかみ合い、モータ１３０の回転運動を減速して出力軸１４２に伝達する。モータ１３１の出力軸１３１ａには歯車１３５が取り付けられている。歯車１３５は歯車１３７とかみ合っている。歯車１３７の同軸上には歯車１３９があり、歯車１３９は歯車１４１とかみ合い、モータ１３１の回転運動を減速して出力軸１４２に伝達する。出力軸１４２は、モータ１３０とモータ１３１の駆動力により回転運動をする。モータ１３０の出力軸の同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１３２が取り付けられている。同様にモータ１３１の出力軸１３１ａの同軸上には軸角度を検出するためのエンコーダ１３３が取り付けられている。これらエンコーダ１３２，１３３の出力情報を使用したフィードバック制御を行うことによって、２つのモータのトルクが干渉することなく効率よく制御される。
【００３１】
図７は、図６の構成に加えて、出力軸１４２の同軸上にエンコーダ１４３を取り付けた例を示す説明図である。出力軸１４２の回転角度を検出できるようになるため、減速機の歯車のバックラッシや軸ねじれ等のロストモーションに影響されることなく高精度に位置決めができるようになる。
【００３２】
なお、上述した例では、歯車減速機構を使用した回転機構としているが、複数個のモータによって駆動される伝達機構であればどのような構成でも良く、摩擦伝達機構やボールねじ等による直動機構、リニアモータによる直動機構でもよい。
【００３３】
＜制御系ブロック１＞
次に図２、図４、図６の構成の制御系を図８のブロック線図で説明する。ここでは、単純な回転駆動で電流駆動方式を例に説明する。図８の（ａ）と（ｂ）は制御系にフィードバックされる位置情報に違いがあり、機構の構成等から位置誤差を小さくしたいモータを（ａ）の制御系とする。例として図２のモータ１０１の制御系を（ａ）、モータ１０２の制御系を（ｂ）とする。
【００３４】
モータ１０１側の制御系（ａ）では、位置目標値相当の角度目標値θｒｅｆと、モータ１０１側のエンコーダ１０３から得られる角度情報θ１は、比較器５０で比較されて角度偏差ｅθ１が算出される。算出された角度偏差ｅθ１は位置補償器５１に入力されて角速度目標値ωｒ１が算出される。算出された角速度目標値ωｒ１と、エンコーダ１０３から得られる角速度情報ω１は比較器５２で比較され角速度偏差ｅω１が算出される。角速度偏差ｅω１は速度補償器５３に入力されて電流指令値ｉｒ１が算出される。ドライバ５４では電流指令値ｉｒ１に比例したモータ電流ｉ１をモータ１０１に流し、モータ１０１を駆動する。
【００３５】
図８のブロック線図上では、角加速度情報ω１’から角速度情報ω１へ、角速度情報ω１から角度情報θ１への変換に積分器５６と積分器５７を使用して表現しているが、実機ではエンコーダ１０３の角度情報θ１の所定の時間ごとの変化量（差分）や、エンコーダパルスの間隔を基準クロックで測定することによって角速度情報ω１を算出する。
【００３６】
モータ１０２側の制御系（ｂ）では、位置目標値相当の角度目標値θｒｅｆと、モータ１０１側のエンコーダ１０３から得られる角度情報θ１は、比較器５８で比較されて角度偏差ｅθ２が算出される。ここでは、比較器５８を比較器５０と別に置いているが、比較器５０の出力である角度偏差ｅθ１を使用してｅθ２＝ｅθ１としてもよい。
【００３７】
算出された角度偏差ｅθ２は位置補償器５９に入力されて角速度目標値ωｒ２が算出される。算出された角速度目標値ωｒ２と、エンコーダ１０４から得られる角速度情報ω２は比較器６０で比較され角速度偏差ｅω２が算出される。角速度偏差ｅω２は速度補償器６１に入力されて電流指令値ｉｒ２が算出される。
【００３８】
ドライバ６２では電流指令値ｉｒ２に比例したモータ電流ｉ２をモータ１０２に流し、モータ１０２を駆動する。図８のブロック線図上では、角加速度情報ω２’から角速度情報ω２へ、角速度情報ω２から角度情報θ２への変換に積分器６４と積分器６５を使用して表現しているが、実機ではエンコーダ１０４の角度情報θ２の所定の時間ごとの変化量（差分）や、エンコーダパルスの間隔を基準クロックで測定することによって角速度情報ω２を算出する。
【００３９】
図８のブロック線図上のｓはラプラス演算子であり、微分を表し、１／ｓは積分を表す。ここでは、モータの電流駆動方式としているが、電圧駆動方式でもよい。電圧駆動方式の場合、速度コントローラからは、電圧指令値が出力され、ドライバは電圧指令値に比例したモータ電圧やＰＷＭ（パルス幅変調）のＤｕｔｙでモータを駆動する。電圧駆動方式の場合、モータの誘起電圧定数やインダクタンスや抵抗の温度変動があるため、一般的に電流駆動方式よりもロバスト性は低くなる。また、電流駆動方式の場合、電流とモータトルクは比例するため、トルク制御や力制御をしたい場合、制御しやすいが、電圧駆動方式では、誤差が大きくなってしまう。
【００４０】
過渡特性を改善するためには、角度目標値θｒｅｆとして時系列のプロファイルを用いて滑らかに変化させたり、位置補償器５１，５９に非線形特性を持たせたりすることが行われる。また、不図示であるが、実際の制御系では、補償器演算の積分値や加速度目標値（速度目標値）や電流指令値に飽和特性（リミッタ）を設定する。
【００４１】
ここでは、２つのモータを備えた構成について説明したが、複数のモータを使用する場合は、図８の制御系（ａ）を１つのモータに適用し、他の複数個のモータには図８の制御系（ｂ）を適用すればよい。位置補償器５１，５９や速度補償器５３，６１は、古典制御理論や現代制御理論、ロバスト制御理論等どのような制御理論に基づいた補償器でもよい。過渡状態の角度偏差（位置偏差）を許すが定常状態の角度偏差（位置偏差）を許さない制御系であれば、一般的には、位置補償器として比例（Ｐ）補償器、速度補償器として比例積分（ＰＩ）補償器が良く使用されるが、特に速度補償器は機械共振特性等に合わせて、位相進み補償器や位相遅れ補償器等を使用して一巡伝達関数を周波数整形してもよい。
【００４２】
それぞれのエンコーダの角度情報（位置情報）を負帰還として使用すると、定常状態でもエンコーダの位相差によって発生する誤差、ここでは、角度偏差（位置偏差）ｅθ1とｅθ２が同時に０にならない状態が発生し、モータ１０１とモータ１０２で電圧や電流が飽和してしまったり、トルク干渉が発生したり常時振動が発生してしまったりする。
【００４３】
一方、図８のブロック線図相当の制御系を図２、図４、図６の構成に適用することによって、１つのモータの角度情報（位置情報）しか負帰還として使用しないため、定常状態では角度偏差（位置偏差）ｅθ1＝ｅθ２＝０となり、モータ１０１とモータ１０２のトルク干渉は発生しない。また、各モータのエンコーダから求められた角速度情報（速度情報）の負帰還を設けることによって、各モータ側で検出される振動を抑える効果（仮想減衰）を向上できる。
【００４４】
一般的には、加速減衰性能を向上させるために速度制御系の応答周波数を高く設定するほうがよい。しかし、モータ１０１側とモータ１０２側のモータ特性や機械特性が異なる場合があり、それぞれの速度制御系の応答特性にも違いが出てしまう可能性がある。
【００４５】
そこで、位置補償器５１と位置補償器５９のそれぞれの制御系用の位置補償器を備える。それぞれの制御系に合わせて、それぞれの位置補償器を設定することによって、制御系（ａ）と制御系（ｂ）の位置制御特性を同等なものとしたり、所望の特性に設定したりすることが可能となる。例えば、容量の異なるモータを使用した場合では、ロータイナーシャやトルク定数の違い等から機構の共振周波数や機械時定数に違いが出るが、本実施の形態では、各モータの仮想減衰性能を最大に設定しながら、位置制御性能を任意に調整することが可能となる。
【００４６】
＜制御系ブロック２＞
次に図３、図５、図７の構成の制御系を図９のブロック線図で説明する。ここでは、単純な回転駆動で電流駆動方式を例に説明する。図９の（ａ）と（ｂ）の制御系の基本構成は同じである。図８とは異なり、機構側に取り付けられたエンコーダ１０９からの位置情報が、（ａ）と（ｂ）の制御系の位置フィードバックに使用される。例として図３のモータ１０１の制御系を（ａ）、モータ１０２の制御系を（ｂ）とする。
【００４７】
モータ１０１側の制御系（ａ）では、位置目標値相当の角度目標値θｒｅｆと、出力軸のエンコーダ１０９に相当する図９中の駆動伝達機構１８８から得られる角度情報θｍが、比較器７０で比較されて角度偏差ｅθ１が算出される。算出された角度偏差ｅθ１は位置補償器７１に入力されて角速度目標値ωｒ１が算出される。算出された角速度目標値ωｒ１と、モータ軸のエンコーダ１０３から得られる角速度情報ω１は比較器７２で比較され角速度偏差ｅω１が算出される。角速度偏差ｅω１は速度補償器７３に入力されて電流指令値ｉｒ１が算出される。ドライバ７４では電流指令値ｉｒ１に比例したモータ電流ｉ１をモータ１０１に流し、モータ１０１を駆動する。
【００４８】
図９のブロック線図上では、角加速度情報ω１’から角速度情報ω１へ、角速度情報ω１から角度情報θ１への変換に積分器７６と積分器７７を使用して表現しているが、実機ではエンコーダ１０３の角度情報θ１の所定の時間ごとの変化量（差分）や、エンコーダパルスの間隔を基準クロックで測定することによって角速度ω１を算出する。モータ１０１を含む駆動部７８の動きは歯車等の伝達機構を伝わり、駆動伝達機構１８８を駆動する。
【００４９】
モータ１０２側の制御系（ｂ）では、位置目標値相当の角度目標値θｒｅｆと、出力軸のエンコーダ１０９に相当する図９中の機構１８８から得られる角度情報θｍが、比較器７９で比較されて角度偏差ｅθ２が算出される。ここでは、比較器７９を比較器７０と別に置いているが、比較器７０の出力である角度偏差ｅθ１を使用してｅθ２＝ｅθ１としてもよい。算出された角度偏差ｅθ２は位置補償器８０に入力されて角速度目標値ωｒ２が算出される。算出された角速度目標値ωｒ２と、エンコーダ１０４から得られる角速度情報ω２は比較器８１で比較され角速度偏差ｅω２が算出される。角速度偏差ｅω２は速度補償器８２に入力されて電流指令値ｉｒ２が算出される。
【００５０】
ドライバ８３では電流指令値ｉｒ２に比例したモータ電流ｉ２をモータ１０２に流し、モータ１０２を駆動する。図９のブロック線図上では、角加速度ω２’から角速度ω２へ、角速度ω２から角度情報θ２への変換に積分器８５と積分器８６を使用して表現しているが、実機ではエンコーダ１０４の角度情報θ２の所定の時間ごとの変化量（差分）や、エンコーダパルスの間隔を基準クロックで測定することによって角速度情報ω２を算出する。モータ１０２を含む駆動部８７の動きは歯車等の伝達機構を伝わり、駆動伝達機構１８８を駆動する。
【００５１】
図９のブロック線図上のｓはラプラス演算子であり、微分を表し、１／ｓは積分を表す。ここでは、モータの電流駆動方式としているが、電圧駆動方式でもよい。電圧駆動方式の場合、速度コントローラからは、電圧指令値が出力され、ドライバは電圧指令値に比例したモータ電圧やＰＷＭのＤｕｔｙでモータを駆動する。速度コントローラから電圧指令値に代えてＰＷＭ値を出力し、それによりドライバ内のスイッチング素子をスイッチングするダイレクトＰＷＭ方式でもよい。電圧駆動方式の場合、モータの誘起電圧定数やインダクタンスや抵抗の温度変動があるため、一般的に電流駆動方式よりもロバスト性は低くなる。また、電流駆動方式の場合、電流とモータトルクは比例するため、トルク制御や力制御をしたい場合、制御しやすいが、電圧駆動方式では、誤差が大きくなってしまう。
【００５２】
過渡特性を改善するためには、角度目標値θｒｅｆとして時系列のプロファイルを用いて滑らかに変化させたり、位置補償器７１,８０に非線形特性を持たせたりすることが行われる。また、不図示であるが、実際の制御系では、補償器演算の積分値や加速度目標値（速度目標値）や電流指令値に飽和特性（リミッタ）を設定する。
【００５３】
ここでは、２つのモータを備えた構成について説明したが、複数のモータを使用する場合は、図９の制御系（ａ）または（ｂ）を適用すればよい。位置補償器７１，８０や速度補償器７３，８２は、古典制御理論や現代制御理論、ロバスト制御理論等どのような制御理論に基づいた補償器でもよい。過渡状態の角度偏差（位置偏差）を許すが定常状態の角度偏差（位置偏差）を許さない制御系であれば、一般的には、位置補償器として比例（Ｐ）補償器、速度補償器として比例積分（ＰＩ）補償器が良く使用されるが、特に速度補償器は機械共振特性等に合わせて、位相進み補償器や位相遅れ補償器等を使用して一巡伝達関数を周波数整形してもよい。
【００５４】
それぞれのエンコーダの角度情報（位置情報）を負帰還として使用すると、定常状態でもエンコーダの位相差によって発生する誤差、ここでは、角度偏差（位置偏差）ｅθ1とｅθ２が同時に０にならない状態が発生し、モータ１０１とモータ１０２で電圧や電流が飽和してしまったり、トルク干渉が発生したり常時振動が発生してしまったりする。
【００５５】
一方、図９のブロック線図相当の制御系を図３、図５、図７の構成に適用することによって、機構側の１つの角度情報（位置情報）しか負帰還として使用しないため、定常状態では角度偏差（位置偏差）ｅθ1＝ｅθ２＝０となり、モータ１０１とモータ１０２のトルク干渉は発生しない。かつ、位置決めをしたい機構側の角度情報（位置情報）を使用することから、減速機の歯車のバックラッシや軸ねじれ等のロストモーションに影響されることなく機構側の位置決め性能が向上する。また、各モータのエンコーダから求められた角速度情報（速度情報）の負帰還を設けることによって、各モータ側で検出される振動を抑える効果（仮想減衰）を向上できる。
【００５６】
一般的には、加速減衰性能を向上させるために速度制御系の応答周波数を高く設定するほうがよい。しかし、モータ１０１側とモータ１０２側のモータ特性や機械特性が異なる場合があり、それぞれの速度制御系の応答特性にも違いが出てしまう可能性がある。
【００５７】
そこで、位置補償器７１と位置補償器８０のそれぞれの制御系用の位置補償器を備える。それぞれの制御系に合わせて、それぞれの位置補償器を設定することによって、制御系（ａ）と制御系（ｂ）の位置制御特性を同等なものとしたり、所望の特性に設定したりすることが可能となる。例えば、容量の異なるモータを使用した場合では、ロータイナーシャやトルク定数の違い等から機構の共振周波数や機械時定数に違いが出るが、本実施の形態では、各モータの仮想減衰性能を最大に設定しながら、位置制御性能を任意に調整することが可能となる。
【００５８】
また、不図示であるが、図８の（ｂ）の制御系または図９の（ｂ）の制御系の電流指令値ｉｒ２に、定常負荷となる負荷電流指令値ΔｉｒＬを加算する。これによって、各（ｂ）の制御系側は、伝達機構に対し、所望の負荷を与えていずれかの歯車が常時かみ合うようにし、バックラッシ等の不感帯による制御性能の悪化を低減する。ここでは電流制御であるため負荷電流指令値としたが、電圧制御である場合は、所望の負荷電圧指令値とする。また、制御モードや駆動方向によって、負荷電流指令値や負荷電圧指令値の符号を変更してもよい。
【００５９】
図１０は、本実施の形態にかかるフィードバック制御演算を行う制御部の構成を示すブロック図である。図１０に示す構成は、算出回路やメモリ等はロジック回路やＦＰＧＡ（Field−Programmable  Gate  Array）等のエレキハードウェアで実現できるが、ソフトウェアとしても実現できる。ソフトウェアを動作させる構成の例を図１０に示す。ここでは、モータをＤＣブラシレスモータとして説明する。なお、図１０に示すモータ１９７は、前述したモータ１０１，１０２，１１０，１１１，１３０，１３１に該当する。また、モータドライバ１９６は、前述したドライバ５４，６２，７４，８３に該当し、ロータリエンコーダ１９８は前述したエンコーダ１０３，１０４，１１２，１１３，１２２，１３２，１３３，１４３に該当する。
【００６０】
ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等の演算器１９０とメモリや各ペリフェラルは、アドレスＢｕｓ、データＢｕｓで接続されている。
【００６１】
ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１９１には動作プログラムが記憶されている。ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１９２は、取得したデータを記憶したり、演算結果を記憶したりするために使用される。カウンタ１９３は、ロータリエンコーダ１９８のパルスをカウントしたり、パルス間隔を基本クロックで計測したりする。計測したカウント値の差分や周期の逆数を取ることによって、速度は算出される。
【００６２】
ＰＩＯ１９４は、モータドライバ１９６のＯＮ／ＯＦＦやブレーキＯＮ／ＯＦＦ、モータ１９７の回転方向等を指定する。モータドライバ１９６の入力はＰＷＭ入力でもアナログ入力でも良く、ＰＷＭ入力の場合、ＰＷＭ発生器１９５は、モータ電圧または電流相当のＤｕｔｙのＰＷＭ波形をモータドライバ１９６に出力する。アナログ入力の場合は、ＰＷＭ発生器１９５に代えて、不図示のＤＡＣ（Digital  to  Analog  Converter：Ｄ／Ａ変換回路）となる。モータドライバ１９６はモータ１９７のホール信号のロジックに応じて、相電圧を掛けて相電流を流しモータ１９７を駆動する。検出系としてモータ軸上や機構部に取り付けられたロータリエンコーダ（ＥＮＣ）１９８によって機構部の動きを検出する。
【００６３】
演算器１９０は、目標値に応じて位置補償器や速度補償器の演算を行う。電流制御は、モータドライバ１９６の電流検出器（不図示）で電流値を検出し、モータドライバ１９６内で電流フィードバック制御を行ってもよい。または、モータドライバ１９６の不図示の電流検出器で電流値を検出し、電流値をＡＤＣ１９９で演算器１９０に取り込んで、電流フィードバックのための電流補償器の演算を行ってもよい。電流フィードバックの演算を演算器１９０で行う場合は、速度制御や位置制御の応答周波数よりも十分高い必要があるため、サンプリング周波数も数十倍以上高くする必要がある。
【００６４】
複数個のモータを駆動する場合、モータドライバ１９６はモータと同数必要であるが、制御演算のための演算器は１つでも、複数個用意してもよい。
【００６５】
次に、上述した駆動制御装置を搭載した画像形成装置である複写機の構成例について説明する。本発明のモータ制御装置は、中間転写ベルトの転写駆動系および記録紙の給紙搬送を行う給紙搬送駆動系を有する複写機（画像形成装置）に適用することが可能である。図１１は、本実施の形態にかかる複写機２００の概略構成を示す説明図である。図１１に示すように、複写機２００は、画像読取装置としての機能を有する自動原稿搬送装置（ＡＤＦ：Auto  Document  Feeder）２０１と、フラットベット型のスキャナと、給紙部２０２と、画像形成部２０３とを備えている。
【００６６】
給紙部２０２は、用紙サイズの異なる記録紙を収納する給紙カセット２２１，２２２と、給紙カセット２２１，２２２に収納された記録紙を画像形成部２０３の画像形成位置まで搬送する各種ローラからなる給紙手段２２３とを有している。
【００６７】
画像形成部２０３は、露光装置２３１と、感光体ドラム２３２と、現像装置２３３と、転写ベルト２３４と、定着装置２３５とを備えている。画像形成部２０３は、ＡＤＦ２０１内部の画像読取部により読み取られた原稿の画像データに基づいて、露光装置２３１により感光体ドラム２３２を露光して感光体ドラム２３２に潜像を形成し、現像装置２３３により感光体ドラム２３２に異なる色のトナーを供給して現像するようになっている。
【００６８】
そして、画像形成部２０３は、転写ベルト２３４により感光体ドラム２３２に現像された像を給紙部２０２から供給された記録紙に転写した後、定着装置２３５により記録紙に転写されたトナー画像のトナーを溶融して、記録紙にカラー画像を定着するようになっている。
【００６９】
本発明のモータ駆動システムは、搬送装置としてシート状のプリプレグや、紙幣等を搬送する装置において、搬送ローラを駆動するモータ等に用いるものであってもよい。
【００７０】
ところで、本実施の形態の駆動制御装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ１９１等に予め組み込まれて提供される。また、上記プログラムは、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してもよい。
【００７１】
さらに、本実施の形態で実行されるプログラムを、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、本実施の形態で実行される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。
【００７２】
本実施の形態で実行されるプログラムは、上述した各部を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては演算器１９０（ＣＰＵプロセッサ）が上記ＲＯＭ１９１から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、各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２０  制御部
１１  第１算出部
１２  第２算出部
１３  第１出力部
１４，１８  駆動源
１５  第３算出部
１６  第４算出部
１７  第２出力部
５０，５２，５８，６０，７０，７２，７９，８１  比較器
５１，５９，７１，８０  位置補償器
５３，６１，７３，８２  速度補償器
５４，６２，７４，８３  ドライバ
７８，８７  駆動部
５６，５７,６４，６５,７６，７７，８５,８６  積分器
１０１，１０２，１１０，１１１，１３０，１３１  モータ
１０３，１０４，１１２，１１３，１２２，１３２，１３３  エンコーダ
１８８  駆動伝達機構
１９０  演算器
１９１  ＲＯＭ
１９２  ＲＡＭ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７４】
【特許文献１】特許第４６８２９９６号公報
【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】
2017151528.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017151528.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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