(57)【要約】【課題】モータ制御装置において、コギングや偏心等による外乱の影響を、従来よりも効果的に抑制する。【解決手段】本装置が備える操作量演算部１３０は、制御出力としてエンコーダ信号処理部から入力される実速度Ｖｙと目標速度Ｖｒとの偏差ｅ＝Ｖｒ−Ｖｙを偏差算出部１３１で算出し、偏差ｅに基づき補償器１３３で操作量ｕを算出する。また、目標速度Ｖｒに基づき、周波数推定部１３７で、外乱成分の周波数の推定値ω＝Ｈ・Ｖｒを求める。一方、補正量算出部１３４は、周波数推定部１３７で推定された周波数ωの成分を選択的に増幅可能な伝達関数Ｇｃ（ｚ）に、偏差ｅを入力し、操作量ｕに対する補正量ｃ＝Ａ・Ｇｃ（ｚ）・ｅを算出する。加算部１３５は、補償器で算出された操作量ｕと上記補正量ｃとを加算して、操作量ｕ’＝ｕ＋ｃを算出する。そして、本装置は、操作量ｕ’に対応する駆動電流をモータに入力することで、外乱の影響を抑えて速度制御する。【選択図】図４
2009247098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測手段により計測された駆動対象の実速度ｙに基づき、前記駆動対象を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
目標速度ｒと前記実速度ｙとの偏差ｅを、算出する偏差算出手段と、
予め設定された伝達関数Ｇに、前記偏差算出手段により算出された偏差ｅを入力して、前記モータに対する操作量ｕを算出する操作量算出手段と、
前記実速度ｙに現れる外乱成分の周波数の推定値ωを、前記目標速度ｒ又は前記実速度ｙに基づいて、算出する推定値算出手段と、
前記推定値算出手段により算出された推定値ωに対応する周波数成分を選択的に増幅可能な伝達関数Ｇｃに前記外乱成分を含む信号を入力して、前記操作量算出手段により算出された操作量ｕを補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の操作量ｕ’に対応する電圧又は電流を、前記モータに入力して、前記モータを駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記伝達関数Ｇｃに、前記操作量算出手段により算出された操作量ｕを入力して、前記操作量算出手段により算出された操作量ｕを補正することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記伝達関数Ｇｃに、前記偏差算出手段により算出された偏差ｅを入力して、前記操作量算出手段により算出される操作量ｕに対する補正量ｃを算出し、前記操作量算出手段により算出された操作量ｕに、前記補正量ｃを加算して、前記操作量ｕを補正することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記伝達関数Ｇｃは、周期関数又は周期関数を要素に含む関数を、ラプラス変換又はＺ変換して導出される関数であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記伝達関数Ｇｃは、
連続時間系において、定数ζ1，ζ2がゼロを含む正の実数値を採り、定数ｎが１以上の整数値を採るラプラス演算子をｓとした式
【数１】
2009247098.tif 000013
で表される関数、
又は、連続時間系において、定数ζ1，ζ2がゼロを含む正の実数値であって条件式ζ2＞ζ1を満足する実数値を採り、定数ｎが１以上の整数値を採るラプラス演算子をｓとした式
【数２】
2009247098.tif 000014
で表される関数
であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記推定値算出手段は、前記目標速度ｒに、予め定められた定数Ｈを乗じた値Ｈ×ｒを、前記推定値ωとして算出する構成にされていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記推定値算出手段は、前記実速度ｙに、予め定められた定数Ｈを乗じた値Ｈ×ｙを、前記推定値ωとして算出する構成にされていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって駆動されるモータと、
前記モータの駆動力によって走査方向に搬送されるキャリッジと、
前記モータの駆動力を前記キャリッジに伝達する駆動伝達機構と、
を備えたことを特徴とするキャリッジ搬送装置。
【請求項９】
前記キャリッジには、被記録媒体に画像を形成する記録ヘッドが装着されていることを特徴とする請求項８記載のキャリッジ搬送装置。
【請求項１０】
前記キャリッジには、原稿に記録された画像を読み取る読取センサが装着されていることを特徴とする請求項８記載のキャリッジ搬送装置。
【請求項１１】
前記駆動伝達機構は、
前記モータに接続された駆動プーリーと、
前記駆動プーリーに対応して設けられた従動プーリーと、
前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに掛け渡されるとともに前記キャリッジに接続されたベルトと、
を備え、前記モータの駆動力を、前記モータにより駆動される前記駆動プーリーに従動する前記ベルトを介して、前記キャリッジに伝達する構成にされていること
を特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載のキャリッジ搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及びこのモータ制御装置が搭載されたキャリッジ搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、磁場内で電流が受ける力を応用して電気エネルギーを回転エネルギーに変換するモータ（回転駆動機）は、様々な分野で活用されている。例えば、プリンタ装置やスキャナ装置の分野において、モータは、用紙やキャリッジを搬送するための駆動源として利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、プリンタ装置としては、インクジェット方式のプリンタ装置が知られ、インクジェット方式のプリンタ装置としては、モータの回転運動をベルトやプーリー等を利用して直進運動に変換することにより、インク液滴を吐出可能な記録ヘッドを搭載するキャリッジを、主走査方向に搬送するキャリッジ搬送装置を備えたものが知られている。
【０００４】
この種のプリンタ装置では、キャリッジがガイド軸に取り付けられて、キャリッジの移動が主走査方向に規制される（図２参照）。また、ガイド軸の両端には、一対のプーリーが設けられており、プーリー間は、無端ベルトで連結されている。そして、キャリッジは、プーリー間において直線状に延びる無端ベルトの部位に固定され、モータにより駆動されるプーリーの運動に伴って直線運動する。
【０００５】
ところで、インクジェット方式のプリンタ装置において用紙に画像を形成する際には、キャリッジを一定速度で主走査方向に搬送して、インク液滴を記録ヘッドから吐出することが行われている。キャリッジの移動速度が変動すると、インク液滴を目的の地点に着弾させることができず、画像ムラが生じてしまうためである。
【０００６】
具体的に、従来装置では、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダを用いて、キャリッジの実速度を検出し、この実速度に基づいて、モータに入力する電流値や電圧値を決定することにより、キャリッジを一定速度で搬送するようにしている。
【０００７】
図９は、従来のモータ制御装置２００の構成例を表すブロック図である。従来のモータ制御装置２００では、制御出力ｙとしてのキャリッジの実速度ｙと予め定められた目標速度ｒとの偏差ｅ＝ｒ−ｙを減算器２０１にて求め、これを補償器２０３への入力として、偏差ｅに対応する操作量ｕを得て、この操作量ｕに対応する電流又は電圧を駆動回路２０５を介して、モータに入力することにより、キャリッジの速度を制御している。
【０００８】
しかしながら、キャリッジ搬送に用いられるＤＣ（直流）モータでは、構造上の理由により、駆動電流や駆動電圧が一定であっても、モータ軸が一回転する間のトルクが均一ではなく、コギング周期という周期的なトルク変動が生じる。
【０００９】
一方、上述した従来型のモータ制御装置２００では、単に偏差ｅに対応する操作量ｕを求めているに過ぎないため、コギングによって発生する周期的な外乱による制御誤差を十分に抑えることができない。
【００１０】
このため、図９に示すような簡単な制御系では、キャリッジを定速移動させるように制御しても、微量に速度変動が生じ、キャリッジに搭載された記録ヘッドによって用紙に形成される画像にムラが生じるといった問題があった。
【００１１】
また、このような問題は、プーリーの偏心によっても生じ、従来のモータ制御装置２００では、精度よく駆動対象（キャリッジ）の速度を制御して、ムラなく、用紙に画像を形成するのが難しいといった問題があった。
【００１２】
尚、このような問題を解決するための方法としては、コギング等によって発生する周期的な速度変動を相殺するように、操作量ｕを補正する方法が知られている。
【特許文献１】特開２００６−１０９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
例えば、特許文献１には、事前に、外乱成分の位相・周波数・振幅を求めて、操作量ｕを補正する方法が記載されている。
具体的には、実際に駆動対象（特許文献１におけるＣＲモータ３５）を駆動させ、そのときに生じる駆動対象の回転速度変動を測定する。そして、この回転速度変動に含まれる相殺すべき周期的速度変動の振幅及び位相を検出する。そして、検出した振幅及び位相に基づき、駆動対象の周期的速度変動を抑制するための振幅及び位相を夫々設定する。このようにして求められた位相・周波数・振幅に基づいて補正信号としての周期信号を生成し、操作量を補正する。
【００１４】
しかしながら、上述されたように、従来の補正技術は、事前に、外乱成分の位相・周波数・振幅を求めて、操作量ｕを補正するものであるため、事前に、これら複数のパラメータを決定するための予備動作が必要であり、手間がかかるという問題があった。
【００１５】
また、補正量を操作量ｕに加えるに際しては、補正量として、上記求めた位相・周波数・振幅に対応する正弦波や矩形波等の周期信号を操作量ｕに加える程度であるため、外乱成分が上記正弦波等の周期信号で正確に表すことのできない非線形なものである場合には、外乱の影響を十分に抑制することができないといった問題があった。
【００１６】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、コギングや偏心等による外乱の影響を、従来よりも効果的且つ簡単に抑制可能なモータ制御技術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】
【００１７】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、駆動対象の速度を計測可能な計測手段、により計測された駆動対象の実速度ｙに基づき、駆動対象を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、目標速度ｒと実速度ｙとの偏差ｅ（＝ｒ−ｙ）を、算出する偏差算出手段と、予め設定された伝達関数Ｇに、偏差算出手段により算出された偏差ｅを入力して、モータに対する操作量ｕを算出する操作量算出手段と、実速度ｙに現れる外乱成分の周波数の推定値ωを、目標速度ｒ又は実速度ｙに基づいて、算出する推定値算出手段と、推定値算出手段により算出された推定値ωに対応する周波数成分を選択的に増幅可能な伝達関数Ｇｃに外乱成分を含む信号を入力して、操作量算出手段により算出された操作量ｕを補正する補正手段と、補正手段による補正後の操作量ｕ’に対応する電圧又は電流を、モータに入力して、モータを駆動する駆動手段と、を備えるものである。
【００１８】
伝達関数Ｇｃに入力する外乱成分を含む信号としては、補正前の操作量ｕや偏差ｅを挙げることができる。このように本発明では、伝達関数Ｇｃに外乱成分を含む信号を入力することで、外乱の影響を抑制する方向に操作量ｕを補正する。
【００１９】
従来では、外乱を抑制するために、事前に、外乱成分の位相・周波数・振幅を推定し、この推定値に基づいて周期信号を生成して、操作量ｕを補正する手法を採用しているので、外乱を抑制するために必要な手順が多いといった問題があった。更に言えば、従来技術では、事前に推定した外乱成分の位相・周波数・振幅に基づいて周期信号を生成し、この周期信号により外乱の影響を抑制するため、外乱を周期信号で正確に表せない場合には、外乱の影響を十分に抑制することができないといった問題があった。
【００２０】
一方、本発明では、フィードバックされた外乱成分を、伝達関数Ｇｃにより操作量ｕを補正するための信号に置換する。このため、外乱成分の周波数ωが分かれば、伝達関数Ｇｃにより、入力信号に含まれる外乱成分を選択的に、上記補正するための信号に置換することができ、外乱成分の位相等が分からなくとも、適切に外乱の影響を抑制することができる。
【００２１】
従って、この発明によれば、外乱成分であるコギングや偏心等の影響を、従来よりも効果的且つ簡単に抑制することができる。
尚、補正手段は、上記伝達関数Ｇｃに、操作量算出手段により算出された操作量ｕを入力して、操作量算出手段により算出された操作量ｕを補正する構成にすることができる（請求項２）。このように補正手段を構成した場合には、操作量算出手段により算出された操作量ｕに含まれる外乱成分が、伝達関数Ｇｃにより、外乱の影響を抑制するための補正信号に変換されて、外乱の影響が抑えられることになる。
【００２２】
また、補正手段は、伝達関数Ｇｃに、偏差算出手段により算出された偏差ｅを入力して、操作量ｕに対する補正量ｃを算出し、操作量算出手段により算出された操作量ｕに、上記算出した補正量ｃを加算して、操作量ｕを補正する構成にされてもよい（請求項３）。
【００２３】
このように補正手段を構成した場合には、偏差ｅに含まれる外乱成分が、伝達関数Ｇｃにより、外乱の影響を抑制するための補正信号に変換されて、これにより外乱の影響が抑えられることになる。
【００２４】
また、特定周波数ωの成分を選択的に増幅可能な伝達関数Ｇｃは、周期関数又は周期関数を要素に含む関数を、ラプラス変換又はＺ変換して導出することができる（請求項４）。周期関数としては、サイン関数やコサイン関数等の三角関数に限らず、種々の周期関数を採りうる。周期関数により伝達関数Ｇｃを導出すれば、特定周波数ωで入力信号と共振して、当該特定周波数の成分を選択的に増幅可能な伝達関数Ｇｃを設計することができる。
【００２５】
具体的に、伝達関数Ｇｃとしては、連続時間系において、定数ζ1，ζ2がゼロを含む正の実数値を採り、定数ｎが１以上の整数値を採るラプラス演算子をｓとした式
【００２６】
【数１】
2009247098.tif 000003
で表される関数を採用することができる。
【００２７】
この他、伝達関数Ｇｃとしては、連続時間系において、定数ζ1，ζ2がゼロを含む正の実数値であって条件式ζ2＞ζ1を満足する実数値を採り、定数ｎが１以上の整数値を採るラプラス演算子をｓとした式
【００２８】
【数２】
2009247098.tif 000004
で表される関数を採用されてもよい（請求項５）。
【００２９】
後者の伝達関数を採用された場合には、定数ζ2を定数ζ1に対して大きく設定することで、伝達関数Ｇｃの周波数特性を、周波数ωで急峻なピークを有するものとすることができて、補正を高精度に実現することができる。
【００３０】
また、コギング等の外乱は、モータの回転速度に対応した周期で発生することになるため、外乱成分の周波数ωとモータ回転速度との間には比例関係がある。
従って、推定値算出手段は、目標速度ｒに、予め定められた定数Ｈを乗じた値Ｈ×ｒを、推定値ωとして算出する構成にすることができる（請求項６）。
【００３１】
また同様の理由から、推定値算出手段は、実速度ｙに、予め定められた定数Ｈを乗じた値Ｈ×ｙを、推定値ωとして算出する構成にされてもよい（請求項７）。
このように周波数ωを推定して、伝達関数Ｇｃを設定するようにモータ制御装置を構成すれば、伝達関数Ｇｃへの入力信号に含まれる外乱成分を選択的に、補正信号に置換することができて、効果的に外乱成分を抑制することができる。
【００３２】
また、キャリッジ搬送装置に当該モータ制御装置を設ければ、キャリッジの駆動伝達機構により発生する外乱成分をも抑制し、キャリッジの搬送速度を高精度に制御できる。
即ち、キャリッジ搬送装置は、上述のモータ制御装置と、このモータ制御装置によって駆動されるモータと、このモータの駆動力によって走査方向に搬送されるキャリッジと、当該モータの駆動力をキャリッジに伝達する駆動伝達機構と、を備えた構成とすることができる（請求項８）。
【００３３】
また、このような構成のキャリッジ搬送装置は、プリンタ装置やスキャナ装置に適用することができる。
即ち、キャリッジに、被記録媒体に画像を形成する記録ヘッドを装着すれば、上述した手法で高精度に、記録ヘッドの搬送を制御することができ、結果として、被記録媒体への画像形成を高精度に実現できる（請求項９）。
【００３４】
また、キャリッジに、原稿に記録された画像を読み取る読取センサを装着すれば、上述した手法で高精度に、読取センサの搬送を制御することができる（請求項１０）。従って、この発明によれば、原稿に対し読取センサを変位させて、各ラインの画像を読み取り、それら各ラインの読取画像の組合せにより原稿全体の画像を表現する場合に、正しい位置で各ラインの読取動作を行って、高画質な読取画像データを生成することができる。
【００３５】
また、上述した発明は、モータに接続された駆動プーリーと、駆動プーリーに対応して設けられた従動プーリーと、駆動プーリーと従動プーリーとに掛け渡されるとともにキャリッジに接続されたベルトと、を備え、モータの駆動力を、モータにより駆動される駆動プーリーに従動するベルトを介して、キャリッジに伝達する構成にされた駆動伝達機構を備えるキャリッジ搬送装置に適用されると、プーリーの偏心等による速度変動にも対応することができて、高精度にキャリッジを搬送することができる（請求項１１）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に本発明の実施例について、図面と共に説明する。図１は、本実施例のプリンタ装置１の構成を表すブロック図である。また、図２は、ヘッド搬送機構４０の構成を表す斜視図である。
【００３７】
図１に示すように、本実施例のプリンタ装置１は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するＲＯＭ１３と、プログラム実行時に作業領域として使用されるＲＡＭ１５と、各種設定情報を記憶するＥＥＰＲＯＭ１７と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３に接続され、ＰＣ３から送信されてくる印刷指令や当該印刷指令と共に送信されてくる印刷対象データを受信するためのインタフェース１９（例えば、ＵＳＢインタフェース）と、印字制御部２１と、モータ制御部３１と、を備える。
【００３８】
また、このプリンタ装置１は、インク液滴を吐出するためのノズルが複数配列された記録ヘッド２３と、記録ヘッド２３を駆動するためのヘッド駆動回路２５と、記録ヘッド２３を主走査方向に搬送するキャリッジ４１やキャリッジ４１を主走査方向に移動させるためのＣＲモータ４３等で構成されるヘッド搬送機構４０（搬送機構）と、用紙Ｐを副走査方向に搬送するための搬送ローラ６１や搬送ローラ６１を回転させるためのＬＦモータ６３等で構成される用紙搬送機構６０と、を備える。尚、ＣＲモータ４３及びＬＦモータ６３は、ＤＣモータで構成されている。
【００３９】
この他、プリンタ装置１は、ＣＲモータ４３を駆動するためのＣＲモータ駆動回路５１と、ＣＲモータ４３によって駆動されるキャリッジ４１の位置に対応してパルス信号を出力するＣＲエンコーダ５３と、ＬＦモータ６３を駆動するためのＬＦモータ駆動回路７１と、ＬＦモータ６３が所定角度回転する度にパルス信号を出力するロータリーエンコーダからなるＬＦエンコーダ７３と、を備える。
【００４０】
具体的に、ヘッド搬送機構４０は、キャリッジ４１がガイド軸４２に沿って移動可能に設置され、キャリッジ４１が、無端ベルト４４に連結された構成にされている。無端ベルト４４は、ＣＲモータ４３の回転軸に設けられたプーリー４５と、図示しないアイドルプーリーとの間に掛けられ、ＣＲモータ４３の回転力をプーリー４５を介して受けて、回転する構成にされている。
【００４１】
即ち、ヘッド搬送機構４０は、ＣＲモータ４３の回転力を受けて、無端ベルト４４が回転することにより、キャリッジ４１が、ガイド軸４２に沿って主走査方向に移動する構成にされている。
【００４２】
また、このプリンタ装置１には、ガイド軸４２に沿って、スリットが一定の微小間隔で形成されたタイミングスリット４７が設けられ、タイミングスリット４７に形成されたスリットの間隔を読み取ってキャリッジの位置に対応したパルス信号を出力するセンサ素子４８が、キャリッジ４１に設けられている。即ち、本実施例においては、タイミングスリット４７とセンサ素子４８とにより、リニアエンコーダとしてのＣＲエンコーダ５３が構成されている。
【００４３】
また、記録ヘッド２３は、周知のピエゾ型インクジェットヘッドと同一構成にされ、駆動電圧が印加されると、インク室に隣接する圧電部を変形させて、インク室の容積を変化させることにより、インク室内のインクをノズルから用紙に向けて吐出する構成にされている。この記録ヘッド２３は、キャリッジ４１に搭載されており、キャリッジ４１に搬送されて、主走査方向に移動する。
【００４４】
また、印字制御部２１は、ＣＰＵ１１の指令により動作を開始すると、ＣＲエンコーダ５３から入力されるパルス信号及びＣＰＵ１１から入力される画像データに基づき、記録ヘッド２３を、ヘッド駆動回路２５を通じて制御し、ＣＰＵ１１から入力される画像データに応じた画像を、用紙Ｐに形成する構成にされている。具体的に、印字制御部２１は、周知のプリンタ装置と同様、ＣＲエンコーダ５３から入力されるパルス信号に基づき、キャリッジ４１の移動に同期して駆動電圧を記録ヘッド２３に印加し、記録ヘッド２３に、ノズルからインク液滴を吐出させる。
【００４５】
この他、モータ制御部３１は、ＣＲモータ制御部３１ａ及びＬＦモータ制御部３１ｂを備え、ＣＰＵ１１の指令により動作を開始すると、ＣＲモータ制御部３１ａによりＣＲモータ４３を制御し、ＬＦモータ制御部３１ｂによりＬＦモータ６３を制御する。
【００４６】
具体的に、ＣＲモータ制御部３１ａは、ＣＲエンコーダ５３から入力されるパルス信号に基づき、キャリッジ４１の移動速度（実速度）Ｖｙを検出し、実速度Ｖｙと目標速度Ｖｒが一致するように、キャリッジ４１の移動速度を制御する。
【００４７】
一方、ＬＦモータ制御部３１ｂは、キャリッジ４１が始点から主走査方向に一通り移動する度に、用紙Ｐが所定量送り出されるように、ＬＦモータ６３を制御する構成にされている。具体的に、ＬＦモータ制御部３１ｂは、ＬＦエンコーダ７３から入力されるパルス信号に基づき、ＬＦモータ６３に対する操作量を決定し、用紙Ｐが所定量送り出されるように、ＬＦモータ６３を制御する。
【００４８】
続いて、ＣＲモータ制御部３１ａの構成について詳細説明する。図３は、ＣＲモータ制御部３１ａの構成を表すブロック図である。図３に示すように、ＣＲモータ制御部３１ａは、主に、エンコーダ信号処理部１１０と、操作量演算部１３０と、ＰＷＭ生成部１４０と、を備える。
【００４９】
エンコーダ信号処理部１１０は、ＣＲエンコーダ５３から入力されるパルス信号の立ち上がりエッジを検出して、パルス信号の入力周期を求め、この入力周期から、キャリッジ４１の実速度Ｖｙを検出する構成にされている。この実速度Ｖｙの情報は、操作量演算部１３０に入力される。
【００５０】
一方、操作量演算部１３０は、ディジタル制御器として構成され、制御出力としてのエンコーダ信号処理部１１０から入力されるキャリッジ４１の実速度Ｖｙと、ＣＰＵ１１からＣＲモータ制御部３１ａに対し設定された速度プロファイルに従う目標速度Ｖｒとの偏差ｅ＝Ｖｒ−Ｖｙから、ＣＲモータ４３に対する操作量ｕ’を算出し、算出した操作量ｕ’を、ＰＷＭ生成部１４０に入力する。
【００５１】
図４は、操作量演算部１３０の構成を表すブロック図である。図４に示すように、操作量演算部１３０は、偏差算出部１３１と、補償器１３３と、補正量算出部１３４と、加算部１３５と、周波数推定部１３７と、を備える。
【００５２】
偏差算出部１３１は、各時刻ｔ＝（２Ｔ）・ｋ（ｋ＝０，１，２，…）におけるキャリッジ４１の実速度Ｖｙ［ｋ］と、ＣＰＵ１１から設定された速度プロファイルに従う目標速度Ｖｒ［ｋ］との偏差ｅ［ｋ］＝Ｖｒ［ｋ］−Ｖｙ［ｋ］を算出するものであり、算出した偏差ｅ［ｋ］を、補償器１３３及び補正量算出部１３４に入力する。但し、本実施例では、サンプリング周期が２Ｔに設定され、操作量の演算は、周期２Ｔで実行されるものとする。
【００５３】
また、補償器１３３は、偏差算出部１３１で算出された偏差ｅ［ｋ］を、予め設計された伝達関数Ｇ（ｚ）に入力して、ＣＲモータ４３に対する操作量ｕ［ｋ］を求め（ｕ［ｋ］＝Ｇ（ｚ）・ｅ［ｋ］）、算出した操作量ｕ［ｋ］を、加算部１３５に入力するものである。尚、偏差ｅから目標速度Ｖｒを実現するための操作量ｕを算出する伝達関数Ｇ（ｚ）は、コギング等による外乱を無視して、周知の技法で設計されればよい。例えば、モータ制御装置２００と同一の伝達関数に設定されればよい。
【００５４】
一方、補正量算出部１３４は、偏差ｅ［ｋ］を、次の伝達関数Ｇｃ（ｚ）
【００５５】
【数３】
2009247098.tif 000005
に入力して、補償器１３３で算出された操作量ｕ［ｋ］に対する補正量ｃ［ｋ］を求める（ｃ［ｋ］＝Ａ・Ｇｃ（ｚ）・ｅ［ｋ］）。尚、ｚ-1は、遅延演算子であり、Ａは、任意の係数である。以下では、Ａ＝１として話を進める。
【００５６】
また、この離散時間系の伝達関数Ｇｃ（ｚ）は、連続時間系において、次式で表される伝達関数Ｇｃ（ｓ）を、サンプリング時間２Ｔとして、双一次変換することにより得られる。
【００５７】
【数４】
2009247098.tif 000006
但し、伝達関数Ｇｃ（ｚ）及びＧｃ（ｓ）におけるζ1，ζ2は、条件式ζ2＞ζ1≧０を満足する定数である。この定数ζ1，ζ2は、上記条件式を満足する実数の範囲で、設計者により、任意に定められる。一方、ωは、周波数推定部１３７により演算周期（２Ｔ）毎に更新される。
【００５８】
ここで、式（３）及び式（４）に示した伝達関数Ｇｃ（ｚ）及びＧｃ（ｓ）の周波数特性を、図５において破線で示す。図５は、横軸を周波数、縦軸をゲインとした周波数特性を表すグラフである。図５に示すように、伝達関数Ｇｃは、周波数ωで、急峻なピークを有し、周波数ωに対応する入力信号成分を選択的に増幅する。即ち、この伝達関数Ｇｃによれば、入力信号に含まれる周波数ωの成分を強調して出力信号を生成することができる。
【００５９】
本実施例では、この伝達関数Ｇｃを用いて、偏差ｅに含まれる外乱成分を強調して補正信号としての補正量ｃ［ｋ］を算出し、これを用いて補償器１３３により得られる操作量ｕを補正する。これにより、外乱を抑制可能に操作量ｕを補正する。
【００６０】
上述したように偏差ｅは、ｅ＝Ｖｒ−Ｖｙで求められるため、偏差ｅの信号には、制御出力Ｖｙの逆相成分が含まれることになる。一方、制御出力Ｖｙは、外乱の影響で変動しており、外乱成分を含む。従って、ωを外乱成分の周波数に設定して、偏差ｅを伝達関数Ｇｃに入力すれば外乱の逆相成分が強調されて補正量ｃ［ｋ］が算出されるのである。
【００６１】
尚、本実施例にて抑制しようとする外乱は、コギング等のモータの回転に伴って生じる外乱である。従って、外乱成分の周波数とモータの回転速度との間には比例関係がある。
詳細には、コギングとは、モータの磁気的構造から来る回転ムラ（トルク変動）のことであり、トルク変動の周期はモータの極数及びスロット数によって決まる。すなわち、トルク変動の周波数とモータの回転速度との間には比例関係がある。従って、モータのコギングを外乱成分としてその周波数を求めるとき、モータの極数及びスロット数が同じ複数のモータにおいては、製品個体差を考慮する必要はない。つまり、１つのモータのコギング周期を計測すれば、このコギング周期から求められた周波数を他のモータに対しても適応することが可能である。
【００６２】
そこで、本実施例では、周波数推定部１３７で、外乱成分の周波数の推定値ωを、次のようにして求め、これを補正量算出部１３４に設定する。
具体的に、周波数推定部１３７は、目標速度Ｖｒ［ｋ］に、設計段階で定められた定数Ｈを乗算して、推定値ω［ｋ］を求める。そして、この推定値ω［ｋ］を、補正量算出部１３４に設定する。
【００６３】
【数５】
2009247098.tif 000007
また、別態様として、周波数推定部１３７は、実速度Ｖｙ［ｋ］に、定数Ｈを乗算して、推定値ω［ｋ］を求める構成にされてもよい。
【００６４】
【数６】
2009247098.tif 000008
また、定数Ｈは、試験を通じて、次のように定めることができる。図６は、定数Ｈの設定方法に関する説明図である。試験では、操作量演算部１３０において周波数推定部１３７及び補正量算出部１３４を抜いた構成のディジタル制御器（ｃ［ｋ］＝０のディジタル制御器）で、ＣＲモータ４３を制御しキャリッジ４１を一定の目標速度Ｖｒで搬送したときの実速度Ｖｙの速度変動を観測し、速度変動が１周期分生じる間にキャリッジ４１が移動する距離Ｄを求める。そして、定数Ｈを、Ｈ＝２π／Ｄに設定する。但し、周波数ωの単位はｒａｄ／ｓであるものとする。
【００６５】
話を戻すと、補正量算出部１３４は、このようにして周波数推定部１３７から設定される外乱成分の周波数の推定値ω［ｋ］を用いて、上記伝達関数Ｇｃ（ｚ）に基づき、次のようにして補正量ｃ［ｋ］を算出する。
【００６６】
【数７】
2009247098.tif 000009
そして、加算部１３５では、補償器１３３から入力される操作量ｕ［ｋ］に、上記補正量算出部１３４が算出した補正量ｃ［ｋ］を加算することで、操作量ｕ［ｋ］を補正し、補正後の操作量ｕ’［ｋ］を得る（ｕ’［ｋ］＝ｕ［ｋ］＋ｃ［ｋ］）。そして、補正後の操作量ｕ’［ｋ］を、ＰＷＭ生成部１４０に入力する。
【００６７】
ＰＷＭ生成部１４０は、操作量演算部１３０から入力された操作量ｕ’［ｋ］に対応したデューティー比のＰＷＭ信号をＣＲモータ駆動回路５１に入力することで、ＣＲモータ駆動回路５１を通じて、操作量ｕ’［ｋ］に対応する駆動電流をＣＲモータ４３に入力する。
【００６８】
即ち、ＣＲモータ駆動回路５１は、このＰＷＭ生成部１４０から入力されるＰＷＭ信号に従って、ＣＲモータ４３に駆動電流を入力し、ＣＲモータ４３を駆動する。
以上が、本実施例のＣＲモータ制御部３１ａで実現されるモータ制御の内容である。このようにして、キャリッジ４１を一定速度に制御する本実施例のプリンタ装置１では、従来のプリンタ装置と比較して、外乱の影響を良好に抑えることができる。
【００６９】
図７（ｃ）は、本実施例のプリンタ装置１におけるキャリッジ搬送時のモータ制御の結果を、目標速度Ｖｒと実速度Ｖｙとの関係において示したグラフである。また、図７（ａ）は、従来型のモータ制御装置２００におけるモータ制御の結果を表すグラフである。この他、図７（ｂ）は、予め外乱成分の位相・周波数・振幅を計測して、この計測結果に従う正弦波等を補正信号とする従来のプリンタ装置での制御結果を表すグラフである。
【００７０】
図７に示すように、本実施例のプリンタ装置１によれば、キャリッジ４１を一定速度で搬送するときの速度変動が、従来装置に対して効果的に抑制される。従って、本実施例によれば、キャリッジ４１を一定速度で安定して搬送することができ、キャリッジ４１の速度変動によりインク液滴の着弾点が目標点からずれてしまうのを抑えることができる。よって、本実施例によれば、用紙に形成される画像のムラを効果的に抑制することができる。
【００７１】
また、本実施例によれば、外乱成分の周波数ωを、目標速度Ｖｒや実速度Ｖｙから推定して伝達関数Ｇｃを設定する程度で、簡単且つ良好に外乱の影響を抑えることができ、事前に外乱成分の位相・周波数・振幅を計測しなければならない従来装置に対し、非常に有用である。
【００７２】
尚、以上には、伝達関数Ｇｃとして、式（３）及び式（４）に示す関数を補正量算出部１３４に適用した例を示したが、伝達関数Ｇｃは、特定周波数成分を選択的に増幅可能なものであれば、いずれの関数であってもよい。例えば、伝達関数Ｇｃは、上述した式（４）に示す関数のｎ乗（但し、ｎは１以上の整数である。）に設定されてもよい。
【００７３】
【数８】
2009247098.tif 000010
また、伝達関数Ｇｃは、サイン関数をラプラス変換してなる関数や、関数ω・sin(ωt）をラプラス変換してなる式（９）に示す関数に設定されてもよい。また、これらの関数のｎ乗に設定されてもよい。
【００７４】
【数９】
2009247098.tif 000011
図５には、この関数の周波数特性を実線で表す。図５に示すように、式（９）に示す伝達関数を採用した場合には、式（４）に示す伝達関数を採用した場合と比較してピークが緩やかになるため、外乱の抑制効果が、式（４）に示す伝達関数と比較して若干薄れる可能性があるが、外乱を従来と比較して効果的に抑制できることには変わりない。
【００７５】
また、伝達関数Ｇｃは、式（１０）に示す関数に設定されてもよいし、これらの関数のｎ乗に設定されてもよい。但し、ζ1，ζ2は、ゼロを含む正の実数値を採る定数である。
【００７６】
【数１０】
2009247098.tif 000012
この他、伝達関数Ｇｃは、連続時間系で表す場合、分母がラプラス演算子ｓの２次式となり、分母の０次の項が周波数ωの二乗となる関数、若しくは、そのｎ乗の関数とすることができる。
【００７７】
このような伝達関数は、周期関数又は周期関数を要素に含む関数を、ラプラス変換又はＺ変換して導出することができるが、周期関数又は周期関数を要素に含む関数を、ラプラス変換又はＺ変換して導出される関数を伝達関数Ｇｃに設定すれば、入力信号と共振関係をつくることができて、伝達関数Ｇｃを、特定周波数成分を選択的に増幅可能なものとすることができる。
【００７８】
この他、操作量演算部１３０は、次のように構成されてもよい（変形例）。
［変形例］
続いて、変形例のプリンタ装置１について説明する。但し、変形例のプリンタ装置１は、操作量演算部１３０の構成が異なることを除けば、上述した実施例のプリンタ装置１と同一構成である。従って、以下では、図８を用いて操作量演算部１３０の構成を選択的に説明する。
【００７９】
図８は、変形例の操作量演算部１３０の構成を表すブロック図である。図８に示すように、変形例の操作量演算部１３０は、偏差算出部１３１と、補償器１３３と、周波数推定部１３７と、補正部１３９と、を備える。変形例においても、操作量の演算は、上述した実施例と同様、周期２Ｔで実行される。
【００８０】
変形例の操作量演算部１３０において、偏差算出部１３１は、上記実施例と同様、エンコーダ信号処理部１１０から入力されるキャリッジ４１の実速度Ｖｙ［ｋ］と、ＣＰＵ１１から設定された速度プロファイルに従う目標速度Ｖｒ［ｋ］との偏差ｅ［ｋ］＝Ｖｒ［ｋ］−Ｖｙ［ｋ］を算出し、算出した偏差ｅ［ｋ］を、補償器１３３に入力する。
【００８１】
一方、補償器１３３は、偏差ｅ［ｋ］を、予め設計された伝達関数Ｇ（ｚ）に入力して、ＣＲモータ４３に対する操作量ｕ［ｋ］を求め（ｕ［ｋ］＝Ｇ（ｚ）・ｅ［ｋ］）、算出した操作量ｕ［ｋ］を、補正部１３９に入力する。尚、伝達関数Ｇ（ｚ）は、上述した実施例と同様の方法で設計することができる。
【００８２】
また、周波数推定部１３７は、外乱成分の周波数の推定値ω［ｋ］を、上記実施例と同様、目標速度Ｖｒ［ｋ］又は実速度Ｖｙ［ｋ］に基づき、式（５）又は式（６）に従って求め、これを補正部１３９に設定する。
【００８３】
そして、補正部１３９は、補償器１３３から入力された操作量ｕ［ｋ］を、式（３）に示す伝達関数Ｇｃ（ｚ）に入力して、補償器１３３で算出された操作量ｕ［ｋ］を補正する。そして、補正後の操作量ｕ’［ｋ］をＰＷＭ生成部１４０に入力する（ｕ’［ｋ］＝Ａ・Ｇｃ（ｚ）・ｕ［ｋ］）。
【００８４】
本変形例では、このようにして、補償器１３３で算出された操作量ｕ［ｋ］を補正することで、外乱の逆相成分を強調して、外乱を効果的に抑制できるようにする。従って、この変形例によっても、上述した実施例と同様、従来装置と比較して、効果的に、コギング等による外乱を抑制することができて、キャリッジ４１を一定速度で安定して搬送することができる。尚、本変形例の伝達関数Ｇｃについても、式（３）に示す関数に限定されず、上記実施例と同様の各種の関数を設定することができる。
【００８５】
以上、変形例を含む本発明の実施例について説明したが、計測手段は、ＣＲエンコーダ５３及びエンコーダ信号処理部１１０にて実現され、偏差算出手段は、偏差算出部１３１にて実現され、操作量算出手段は、補償器１３３にて実現され、推定値算出手段は、周波数推定部１３７にて実現されている。
【００８６】
また、補正手段は、補正量算出部１３４及び加算部１３５、又は、補正部１３９にて実現され、駆動手段は、ＣＲモータ駆動回路５１にて実現されている。
この他、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例では、キャリッジ４１を搬送するためのＣＲモータ４３の制御に、本発明を適用した例を示したが、本発明は、ＬＦモータ６３の制御に、適用されてもよい。
【００８７】
また、上記実施例では、キャリッジ４１に記録ヘッド２３が搭載されたプリンタ装置１に、本発明を適用した例を示したが、本発明は、記録ヘッド２３のかわりに読取センサがキャリッジ４１に搭載されたスキャナ装置に、適用されてもよい。
【００８８】
また、上記実施例では、リニアエンコーダからの入力に基づきキャリッジ４１の実速度を計測するようにしたが、プリンタ装置１は、ＣＲモータ４３の回転軸に取り付けられたロータリーエンコーダからの入力に基づきキャリッジ４１の実速度を計測する構成にされてもよい。
【００８９】
この他、本発明は、モータのコギング等による周期的な外乱の影響を抑えるための技術であるので、キャリッジ搬送や用紙搬送に適用が限定される発明ではないことは言うまでもない。即ち、本発明は、モータ制御の分野において、広く活用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】プリンタ装置１の構成を表すブロック図である。
【図２】ヘッド搬送機構４０の構成を表す斜視図である。
【図３】ＣＲモータ制御部３１ａの構成を表すブロック図である。
【図４】操作量演算部１３０の構成を表すブロック図である。
【図５】伝達関数Ｇｃの周波数特性を表すグラフである。
【図６】定数Ｈの設定方法に関する説明図である。
【図７】目標速度Ｖｒと実速度Ｖｙとの関係を表すグラフである。
【図８】変形例の操作量演算部１３０の構成を表すブロック図である。
【図９】従来のモータ制御装置２００の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１…プリンタ装置、３…ＰＣ、１１…ＣＰＵ、１３…ＲＡＭ、１５…ＲＯＭ、１７…ＥＥＰＲＯＭ、１９…インタフェース、２１…印字制御部、２３…記録ヘッド、２５…ヘッド駆動回路、３１…モータ制御部、３１ａ…ＣＲモータ制御部、３１ｂ…ＬＦモータ制御部、４０…ヘッド搬送機構、４１…キャリッジ、４２…ガイド軸、４３…ＣＲモータ、４４…無端ベルト、４５…プーリー、４７…タイミングスリット、４８…センサ素子、５１…ＣＲモータ駆動回路、５３…ＣＲエンコーダ、６０…用紙搬送機構、６１…搬送ローラ、６３…ＬＦモータ、７１…ＬＦモータ駆動回路、７３…ＬＦエンコーダ、１１０…エンコーダ信号処理部、１３０…操作量演算部、１３１…偏差算出部、１３３…補償器、１３４…補正量算出部、１３５…加算部、１３７…周波数推定部、１３９…補正部、１４０…ＰＷＭ生成部
【図１】
2009247098.tif 000015
【図２】
2009247098.tif 000016
【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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【図８】
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【図９】
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