JP2001273005A - サーボ制御システム、電子機器及びゲイン調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボ帯域のバラツキを軽減でき、応答速度
を高速化できるサーボ制御システム、電子機器、ゲイン
調整方法を提供すること。 【解決手段】 目標速度と制御対象の検出速度とを比較
し速度偏差を出力する速度比較部２０と、閉制御ループ
のゲイン調整時において閉制御ループに外乱を入力する
外乱入力部３０と、入力した外乱と一巡後の外乱とを比
較し、閉制御ループのゲインを調整するゲイン調整部４
０を含む。紙送りにおけるゲイン調整時には、通常動作
時の定速度区間よりも長い定速度区間を持つ目標速度プ
ロファイルを用いる。移動距離に制限があるキャリッジ
移動におけるゲイン調整時には、キャリッジを左方向に
移動させる目標速度プロファイルと右方向に移動させる
目標速度プロファイルとを交互に繰り返して出力する。
目標速度が定速度区間にある時に閉制御ループに外乱を
入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボ制御システ
ム、電子機器及びゲイン調整方法に関し、特にプリンタ
の紙送り機構やキャリッジ移動機構の速度制御に最適な
サーボ制御システムに関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】近年、プ
リンタ、スキャナ、光ディスクドライブ（ＣＤ、ＤＶ
Ｄ）などの電子機器の動作の高精度化に伴い、これらの
電子機器を制御するサーボ制御システムにおいても、制
御動作の高精度化が要望されている。

【０００３】そして、サーボ制御システムの制御動作を
高精度化するためには、制御ループのゲインを高精度に
調整する必要がある。

【０００４】このような制御ループのゲイン調整手法と
して、例えば以下に説明する第１、第２の手法がある。

【０００５】第１の手法では、電子機器の製造工程など
において、サーボ制御システムのオープン制御ループに
対してステップ状波形を加える。そして、人間が、検出
されたステップ応答波形をオシロスコープで見ながら、
そのステップ応答波形が設計通りの波形になるように、
制御ループのゲインを徐々に調整する。

【０００６】しかしながら、この第１の手法では、電子
機器の製造工程において人間の手作業が必要になるた
め、製造期間の長期化、電子機器の高コスト化の問題を
招く。

【０００７】一方、第２の手法では特開平８−１６２０
５号公報に開示されるように、オープン制御ループに対
してステップ状波形を加え、ステップ応答波形の検出値
と、理想的なステップ応答波形のシミュレーション値と
を、評価関数に代入する。そして、その評価関数を用い
て、ステップ応答波形の検出値とステップ応答波形のシ
ミュレーション値との差異を示す評価値を算出し、算出
された評価値に基づいて制御ループのゲインを調整す
る。

【０００８】しかしながら、この第２の手法では、評価
関数に基づき評価値を求める演算の負荷が重く、演算に
時間がかかってしまうという問題がある。

【０００９】また、上記第２の手法においてゲイン調整
の精度を高めるためには、ステップ応答波形の検出値と
シミュレーション値とを比較する測定ポイントの数を増
やす必要があり、これは演算負荷の増大化、シミュレー
ション値を格納するメモリの使用容量の増加の問題を招
く。

【００１０】また、上記第２の手法では、外乱の影響に
より、ゲインの調整精度を上げることに限界があるとい
う問題もある。例えば、プリンタの紙送りやキャリッジ
移動に用いられるモータのトルク特性は、モータの回転
位置に応じて変化する。また、紙送り機構やキャリッジ
移動機構の負荷特性も、紙送りの回転位置やキャリッジ
の移動位置に応じて変化する。従って、上記第２の手法
では、ステップ状波形を加えた時点における紙送りの回
転位置やキャリッジの移動位置に応じて、得られる結果
が異なってしまい、ゲインの調整精度を今一つ高めるこ
とができない。

【００１１】本発明は、以上のような技術的課題に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、サー
ボ帯域のバラツキを軽減できると共に応答速度を高速化
できるサーボ制御システム、これを用いた電子機器、及
びゲイン調整方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、目標速度に追従するように制御対象の速度
制御を行うサーボ制御システムであって、目標速度と制
御対象の検出速度とを比較し、速度偏差を検出して出力
する速度比較手段と、閉制御ループのゲイン調整時にお
いて、閉制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力
する外乱入力手段と、入力した外乱と、閉制御ループを
一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲイン
を調整するゲイン調整手段とを含むことを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、閉制御ループに対して外
乱が入力され、その外乱と一巡後の外乱とが比較され
る。そして、その比較結果に基づいて閉制御ループのゲ
インが調整される。このようにすれば、制御ループを閉
じた状態でゲインを調整できるため、高い精度のゲイン
調整を高速に行えるようになる。また、制御対象の回転
位置や移動位置に依存しないゲイン調整も可能になる。

【００１４】なお、入力する外乱は、周期関数に基づき
生成することが望ましい。また、外乱は、速度比較手段
からの速度偏差に対して重畳することが望ましい。

【００１５】また本発明は、定速度区間と加減速区間と
を有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を
出力する目標速度出力手段を含み、前記目標速度出力手
段が、閉制御ループのゲイン調整時においては、制御対
象の通常動作時に使用される目標速度プロファイルの定
速度区間よりも長い定速度区間を有する目標速度プロフ
ァイルを用いて目標速度を出力することを特徴とする。

【００１６】このようにすれば、ゲインの調整時間を十
分に長くとれるようになるため、ゲイン調整の精度を更
に高めることができる。

【００１７】また本発明は、定速度区間と加減速区間と
を有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を
出力する目標速度出力手段を含み、前記目標速度出力手
段が、制御対象の移動距離に制限がある場合には、制御
対象を第１の方向に移動させる第１の目標速度プロファ
イルを用いた目標速度の出力と、制御対象を第２の方向
に移動させる第２の目標速度プロファイルを用いた目標
速度の出力とを交互に繰り返すことを特徴とする。

【００１８】このようにすれば、制御対象の移動距離に
制限があるような場合にも、ゲインの調整時間を長くと
ることができるようになり、ゲイン調整の精度を高める
ことができる。

【００１９】なお、移動距離は、並進（平行）移動距離
のみならず回転移動距離も含む。

【００２０】また本発明は、定速度区間と加減速区間と
を有する目標速度プロファイルを用いて前記目標速度を
出力する目標速度出力手段を含み、前記外乱入力手段
が、前記目標速度プロファイルの前記定速度区間におけ
る目標速度が出力されている場合に、閉制御ループに外
乱を入力することを特徴とする。

【００２１】このようにすれば、システムの動作が不安
定になったり、誤ったゲイン調整が行われる事態を防止
できる。

【００２２】また本発明は、前記外乱入力手段が、閉制
御ループに入力する外乱を生成し出力する外乱生成手段
と、外乱生成手段からの外乱を、前記速度比較手段から
の前記速度偏差に対して加算する外乱加算手段とを含む
ことを特徴とする。

【００２３】このようにすれば、生成された外乱を簡素
な処理で閉制御ループに重畳できるようになる。

【００２４】また本発明は、前記ゲイン調整手段が、前
記速度比較手段からの前記速度偏差から、閉制御ループ
を一巡した後の外乱を抽出する外乱抽出手段と、前記外
乱入力手段により入力された外乱と、前記外乱抽出手段
により抽出された一巡後の外乱とを比較し、外乱偏差を
出力する外乱比較手段と、前記外乱比較手段からの外乱
偏差が所与の偏差目標に近づくように、ゲイン係数を調
整する係数調整手段と、調整されたゲイン係数に基づい
てゲインを制御するゲイン制御手段とを含むことを特徴
とする。

【００２５】このようにすれば、入力した外乱と一巡後
の外乱との比較処理や、比較結果に基づくゲインの調整
処理を、簡素な構成で実現できる。

【００２６】また本発明では、前記ゲイン調整手段が、
入力した外乱の振幅又は位相と、閉制御ループを一巡し
た後の外乱の振幅又は位相とを比較して、閉制御ループ
のゲインを調整することが望ましい。

【００２７】なお、本発明では、入力した外乱と一巡後
の外乱の振幅を比較するよりも、位相を比較する方が更
に望ましい。振幅比較の場合には、振幅調整の分解能に
制限が生じるが、位相比較の場合にはこのような制限が
少ないからである。

【００２８】また本発明に係る電子機器は、上記のいず
れかのサーボ制御システムと、前記サーボ制御システム
により制御される制御対象と、制御対象の速度を検出す
る速度検出手段とを含むことを特徴とする。

【００２９】このようにすれば、電子機器の処理の高速
化にも対応できるようになると共に、電子機器の信頼性
も向上できる。また、電子機器の個体差、経時変化に応
じた最適なゲイン調整が行われるため、電子機器の処理
を最適化できる。

【００３０】なお、本発明では、前記制御対象が、プリ
ンタにおける紙送り機構又はキャリッジ移動機構である
ことが望ましい。

【００３１】また本発明は、目標速度に追従するように
制御対象の速度制御を行うサーボ制御システムにおける
ゲイン調整方法であって、目標速度と制御対象の検出速
度とを比較し、閉制御ループのゲイン調整時において閉
制御ループに対してゲイン調整用の外乱を入力し、入力
した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを比較
して、閉制御ループのゲインを調整することを特徴とす
る。

【００３２】本発明によれば、制御ループを閉じた状態
でゲインを調整できるため、高い精度のゲイン調整を高
速に行えると共に、制御対象の回転位置、移動位置に依
存しないゲイン調整も可能になる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を用いて詳細に説明する。

【００３４】１．構成 図１に本実施形態のサーボ制御システムの構成例を示
す。なお、図１におい増幅部５０、制御対象５２、速度
検出部５４は任意の構成要素である。

【００３５】図１において、速度比較部２０は、目標速
度プロファイル等により特定される目標速度と、速度検
出部５４により検出された制御対象５２の検出速度とを
比較し、速度偏差（速度誤差）を出力する処理を行う。

【００３６】外乱入力部３０は、ゲイン調整時におい
て、閉じた状態の制御ループに対して、ゲイン調整用の
擬似的な外乱を入力する処理を行う。

【００３７】ゲイン調整部４０（制御演算部）は、外乱
入力部３０により入力された外乱の振幅や位相と、閉制
御ループを一巡した後の外乱の振幅や位相とを比較し、
その比較結果に基づき閉制御ループのゲイン（ループゲ
イン）を調整する処理を行う。

【００３８】増幅部５０は、制御対象５２に操作量を加
えて制御対象５２を駆動する処理を行う。

【００３９】図１の構成によれば、重畳して入力された
外乱と一巡後の外乱との比較結果に基づいて、ゲインが
自動調整される。従って、人間の手作業で自動調整する
前述の第１の手法に比べて、調整時間を大幅に短縮化で
きる。また、図１のサーボ制御システムを含む電子機器
に電源が投入される毎にゲインを自動調整できるように
なるため、制御対象の個体差や経時変化に起因するサー
ボ帯域などのバラツキを最小限に抑えることができる。

【００４０】また、図１の構成によれば、制御ループを
閉じた状態でゲインを調整できるため、オープン制御ル
ープに対してステップ状波形を加える前述の第２の手法
に比べて、高い精度のゲイン調整を高速に行うことがで
きる。また、制御対象を回転、移動させながらゲインを
調整できるため、制御対象の回転位置、移動位置に依存
しないゲイン調整が可能になる。

【００４１】図２に、本実施形態のサーボ制御システム
の詳細な構成例を示す。

【００４２】図２において、目標速度出力部１０は、加
減速区間や定速度区間を有する目標速度プロファイルを
用いて、目標速度を生成し、速度比較部２０に出力す
る。そして、速度比較部２０は、この目標速度と速度検
出部５４からの検出速度に基づいて、速度偏差を出力す
る。

【００４３】外乱入力部３０は、外乱生成部３２、外乱
加算部３４を含む。

【００４４】ここで外乱生成部３２は、閉制御ループに
入力するゲイン調整用の外乱を生成し出力する。本実施
形態では、このゲイン調整用の外乱としてサイン波（広
義には周期関数）を使用している。

【００４５】外乱加算部３４は、速度比較部２０からの
速度偏差に対して、外乱生成部３２からの外乱を加算す
る。これにより、制御ループを閉じた状態で外乱を入力
することが可能になる。

【００４６】ゲイン調整部４０は、外乱抽出部４２、外
乱比較部４４、係数調整部４６、ゲイン制御部４８を含
む。

【００４７】ここで外乱抽出部４２は、速度比較部２０
からの速度偏差から、閉制御ループを一巡した後の外乱
を抽出する。この一巡後の外乱の抽出は、例えば、外乱
の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタなどを用
いて実現できる。

【００４８】外乱比較部４４は、外乱生成部３２からの
外乱と、外乱抽出部４２からの一巡後の外乱とを比較
し、外乱偏差（外乱誤差）を出力する。

【００４９】係数調整部４６は、外乱比較部４４からの
外乱誤差が偏差目標に近づくように、ゲイン係数を調整
する。

【００５０】ゲイン制御部４８は、調整されたゲイン係
数に基づいてゲインを制御する処理（制御演算処理）を
行う。これにより、増幅部５０が所与の操作量を出力
し、制御対象５２の速度制御が行われるようになる。

【００５１】なお、図１、図２の目標速度出力部１０、
速度比較部２０、外乱入力部３０、ゲイン調整部４０な
どのブロックは、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）やＤ
ＳＰなどのプロセッサ上で実行されるソフトウェア（プ
ログラム）により実現してもよいし、ＡＳＩＣなどのハ
ードウェアにより実現してもよい。或いは、ソフトウェ
アとハードウェアの組み合わせにより実現してもよい。

【００５２】２．ゲインの調整 図３（Ａ）、（Ｂ）に、本実施形態のサーボ制御システ
ムのオープン制御ループでの周波数特性のシミュレーシ
ョン結果の例を示す。

【００５３】図３（Ａ）は、ゲイン−周波数特性であ
り、ＦＣは、ゲインが１（０ｄＢ）になる時の周波数で
あるクロスオーバ周波数（零クロス周波数）である。ま
た、図３（Ｂ）は、位相−周波数特性であり、θＭは、
周波数がＦＣの時の位相余裕である。

【００５４】クロスオーバ周波数ＦＣが高ければ高いほ
ど、定常偏差が少なくなり、目標速度プロファイルへの
追従性が良くなる。一方、周波数がＦＣの時の位相余裕
θＭが小さいと、システムの安定性が悪くなる。そこ
で、クロスオーバ周波数ＦＣをなるべく高くしながら、
なお且つＦＣにおける位相余裕θＭが大きくなるよう
に、サーボ制御システムのシミュレーション設計を行
う。そして、シミュレーション設計の完了後に、図３
（Ｃ）、（Ｄ）に示すような、閉制御ループでの周波数
特性を数値計算により得る。

【００５５】しかしながら、制御対象に個体差や経時変
化があると、ＦＣやその時の位相余裕θＭが設計値とは
異なったものになってしまう。

【００５６】このため、従来では、制御対象に個体差や
経時変化があってもシステムが適正に動作するように、
設計マージンを大きくせざるを得なかった。この結果、
サーボ制御システムの応答速度を今一つ高くすることが
できなかった。

【００５７】本実施形態によれば、クロスオーバ周波数
ＦＣやその時の位相余裕θＭがシミュレーション値に近
づくように、自動的にゲインが調整される。従って、ル
ープ特性を最適にすることができ、サーボ制御システム
の応答速度や安定性を大幅に向上できる。

【００５８】より具体的には以下のようにゲインを調整
する。

【００５９】図４において、Ｄ１は、図２の外乱生成部
３２により生成され、閉制御ループに入力されたサイン
波（外乱）である。一方、Ｄ２は、外乱抽出部４２によ
り抽出された一巡後のサイン波である。この場合、外乱
として入力されたサイン波Ｄ１には、クロスオーバ周波
数ＦＣとほぼ同一の周波数（２値化に適した周波数）を
持たせる。また、外乱抽出部４２は、ＦＣ付近の周波数
成分の信号を抽出するため、抽出されたサイン波Ｄ２も
ＦＣとほぼ同一の周波数を持つ。

【００６０】本実施形態では、外乱比較部４４が、サイ
ン波Ｄ１、Ｄ２のピークを検出し、Ｄ１、Ｄ２の振幅偏
差Ａｅを求める。そして係数調整部４６は、この振幅偏
差Ａｅが振幅偏差目標Ａｂａｎｄに近づくように、ゲイ
ン係数を調整する。

【００６１】或いは、外乱比較部４４が、サイン波Ｄ
１、Ｄ２の位相を検出し、Ｄ１、Ｄ２の位相偏差θｅを
求める。そして係数調整部４６は、この位相偏差θｅが
位相偏差目標θｂａｎｄに近づくように、ゲイン係数を
調整する。

【００６２】以上のようにゲイン調整を行えば、ＦＣの
周波数のサイン波（外乱）を入力すると、閉制御ループ
を一巡後に、図３（Ｄ）に示す位相θＡだけ遅れたサイ
ン波が返ってくることになる。従って、サーボ制御シス
テムの周波数特性を、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す理想的
な周波数特性に近づけることができるようになる。この
結果、制御対象の負荷特性の個体差や経時変化に依存せ
ずに、ループ特性を常に最適な状態に保つことができ、
サーボ制御システムの応答速度や安定度を向上できる。

【００６３】３．速度目標プロファイル 図５に、本実施形態の制御対象の一例であるプリンタの
紙送り機構、キャリッジ移動機構の例を示す。

【００６４】紙送り機構６０は、紙送り用のモータ６２
と、プーリ６４、６６、６８と、紙送りロール７０と、
スリット円盤７３及び光センサ７４からなるロータリエ
ンコーダ７２を含む。なお、エッジ検出回路７６、カウ
ンタ７７は、図１、図２の速度検出部５４に相当するも
のである。

【００６５】モータ６２がサーボ制御システム（増幅
部）により駆動されると、プーリ６４、６６、６８を介
して紙送りロール７０が回転すると共にスリット円盤７
３も回転する。

【００６６】すると、光センサ７４から、紙送りロール
７０（モータ６２）の回転速度に応じた２相のエンコー
ダパルスが出力される。

【００６７】エッジ検出回路７６は、これらの２相のエ
ンコーダパルスに基づいて、紙送りロール７０の回転方
向と各エンコーダパルスのエッジを検出し、アップパル
ス又はダウンパルスを出力する。カウンタ７７は、これ
らのアップパルス又はダウンパルスのパルス間隔をクロ
ックで計数することで、各回転方向での回転速度を検出
する。検出された回転速度は、図１、図２の速度比較部
２０に入力される。

【００６８】キャリッジ移動機構８０は、キャリッジ移
動用のモータ８２と、プーリ８４と、ベルト８６と、プ
リンタヘッドを搭載するキャリッジ９０と、スリット円
盤９３及び光センサ９４からなるロータリエンコーダ９
２を含む。なお、エッジ検出回路９６、カウンタ９７
は、図１、図２の速度検出部５４に相当するものであ
る。

【００６９】モータ８２がサーボ制御システム（増幅
部）により駆動されると、プーリ８４、ベルト８６を介
してキャリッジ９０が移動すると共にスリット円盤９３
も回転する。

【００７０】すると、光センサ９４から、キャリッジ９
０の移動速度に応じた２相のエンコーダパルスが出力さ
れる。

【００７１】エッジ検出回路９６は、これらの２相のエ
ンコーダパルスに基づいて、キャリッジ９０の移動方向
と各エンコーダパルスのエッジを検出し、アップパルス
又はダウンパルスを出力する。カウンタ９７は、これら
のアップパルス又はダウンパルスのパルス間隔をクロッ
クで計数することで、各移動方向での移動速度を検出す
る。検出された移動速度は、図１、図２の速度比較部２
０に入力される。

【００７２】さて、図５に示すような紙送り機構６０、
キャリッジ移動機構８０についてのゲイン調整を行う場
合に、本実施形態では、以下に説明するような目標速度
プロファイルを使用している。

【００７３】図６（Ａ）は、紙送りの場合のゲイン調整
に使用される目標速度プロファイルの例である。

【００７４】この目標速度プロファイルは、定速度区間
Ａ１（目標速度がほぼ一定値になる区間）と加減速区間
Ｂ１１、Ｂ１２（加速又は減速する区間）を有する。

【００７５】本実施形態の１つの特徴は、ゲイン調整時
においては、通常動作時に使用される図６（Ｂ）の目標
速度プロファイルの定速度区間Ａ２よりも長い定速度区
間Ａ１を有する図６（Ａ）の目標速度プロファイルを用
いて、図１、図２の速度比較部２０に入力する目標速度
を生成している点にある。

【００７６】ここで、図６（Ｂ）の目標速度プロファイ
ルは、例えば、プリンタなどにおいて１枚の紙を自動的
に送る時に使用するプロファイルである。

【００７７】本実施形態では、電子機器の通常動作時に
は、図６（Ｂ）に示す目標速度プロファイルを用いて速
度制御を行う。一方、電子機器への電源投入の際に行わ
れるゲイン調整時においては、図６（Ａ）に示すような
定速度区間Ａ１が長い目標速度プロファイルを使用す
る。

【００７８】例えば図５に示す紙送り機構６０では、目
標速度プロファイルの定速度区間を長くしても、紙送り
ロール７０が所与の回転方向に回り続けるだけであり、
何ら不具合は生じない。

【００７９】本実施形態では、この点に着目し、ゲイン
調整時においては、図６（Ａ）に示すように目標速度プ
ロファイルの定速度区間Ａ１を長くし、この長くなった
定速度区間Ａ１においてゲイン調整を行うようにしてい
る。

【００８０】より具体的には、図７に示すように、定速
度区間Ａ１において外乱入力許可信号をアクティブに
し、この定速度区間Ａ１においてのみ、閉制御ループに
サイン波の外乱を入力するようにする。

【００８１】このようにすれば、ゲインの調整時間を十
分に長くすることが可能になる。従って、図４の振幅偏
差Ａｅ、位相偏差θｅを、偏差目標Ａｂａｎｄ、θｂａ
ｎｄに十分に近づけることが可能になり、ループ特性を
更に最適化できるようになる。

【００８２】また図７のように、加減速区間Ｂ１１、Ｂ
１２において外乱を入力しないようにすることで、シス
テムの動作が不安定になったり、誤ったゲイン調整が行
われる事態も防止できるようになる。

【００８３】図８に、キャリッジ移動の場合のゲイン調
整に使用される目標速度プロファイルの例を示す。

【００８４】この目標速度プロファイルは、図６（Ａ）
と同様に、定速度区間と加減速区間を有する。

【００８５】そして本実施形態では、図８に示すよう
に、制御対象を第１の方向に移動させるＦ１に示す目標
速度プロファイルを用いた目標速度の出力と、制御対象
を第２の方向に移動させるＦ２に示す目標速度プロファ
イルを用いた目標速度の出力とを、交互に繰り返すよう
にしている。

【００８６】即ち、図５に示すキャリッジ移動機構８０
では、紙送り機構６０の紙送りロール７０とは異なり、
キャリッジ９０の移動距離が制限されている。即ち、キ
ャリッジ９０は図５のＬに示す範囲でしか移動できな
い。

【００８７】このように制御対象の移動距離（並進移動
距離、回転移動距離）に制限がある場合には、ゲインの
調整時間を十分に長くとれないという問題がある。

【００８８】そこで、本実施形態では図８に示すよう
に、キャリッジ９０を例えば左方向（広義には第１の方
向）に移動させるＦ１に示す目標速度プロファイルと、
キャリッジ９０を右方向（広義には第２の方向）に移動
させるＦ２に示す目標速度プロファイルとを交互に使用
する。そして、これらの目標速度プロファイルの定速度
区間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２・・・Ｃｎにおいて、ゲイン調整
を行うようにする。

【００８９】より具体的には、図９に示すように、定速
度区間Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２・・・Ｃｎにおいて外乱入力許
可信号をアクティブにし、この定速度区間Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ２・・・Ｃｎにおいてのみ、閉制御ループにサイン波
の外乱を入力するようにする。

【００９０】このようにすれば、制御対象の移動距離に
制限がある場合にも、ゲインの調整時間を十分に長くと
ることが可能になる。従って、図４の振幅偏差Ａｅ、位
相偏差θｅを、偏差目標Ａｂａｎｄ、θｂａｎｄに十分
に近づけることが可能になり、ループ特性を更に最適化
できる。

【００９１】また図９のように、加減速区間において外
乱を入力しないようにすることで、システムの動作が不
安定になったり、誤ったゲイン調整が行われる事態も防
止できるようになる。

【００９２】例えば、本実施形態と異なる手法として、
速度制御ではなく位置制御において閉制御ループに外乱
を入力してゲイン調整を行う手法も考えることができ
る。

【００９３】そして、位置制御の場合には、制御対象の
位置が元々動かないため、外乱を入力するタイミングに
ついて考慮する必要性がない。

【００９４】ところが、速度制御においては制御対象が
常に移動している。従って、閉制御ループに外乱を入力
する手法を採用した場合、何らかの工夫を施さないとゲ
インを上手く調整できないという課題がある。

【００９５】このため、速度制御においては、閉制御ル
ープに外乱を入力してゲインを調整する手法ではなく、
特開平８−１６２０５号公報の従来技術のようにオープ
ン制御ループにステップ状波形を加えてゲインを調整す
る手法が用いられていた。このため、ゲイン調整の精度
を今一つ高めることができないという課題があった。

【００９６】本実施形態では、速度制御における目標速
度プロファイルにおいては、目標速度がほぼ一定になる
定速度区間があることに着目し、この定速度区間におい
て外乱を入力してゲインを調整することで、ゲイン調整
の高精度化に成功している。

【００９７】そして、更に、図６（Ａ）、図８に示すよ
うな通常動作時とは異なる目標速度プロファイルをゲイ
ン調整時に使用することで、ゲイン調整の更なる高精度
化に成功している。

【００９８】４．ゲイン調整の詳細例 次に、ゲイン調整の詳細例について図１０〜図１３を用
いて説明する。

【００９９】図１０は、振幅偏差に基づくゲイン調整の
詳細例を示すフローチャートであり、図１１は、この場
合の外乱入力部やゲイン調整部の具体的な構成例を示す
図である。

【０１００】なお、図１１において、サイン波生成器１
００が図２の外乱生成部３２に、加算器１０２が外乱加
算部３４に、バンドパスフィルタ１０４及び一巡外乱ピ
ーク検出器１０６が外乱抽出部４２に、減算器１０８が
外乱比較部４４に、減算器１１０及びＫａｇ調整部１１
２が係数調整部４６に、Ｋａｇ制御部１１４及びＰＩＤ
（比例・積分・微分ゲイン係数）制御部１１６がゲイン
制御部４８に相当する。

【０１０１】電子機器に電源が投入されると、電子機器
のキャリブレーション期間においてゲイン調整処理が行
われる（ステップＳ１、Ｓ２）。

【０１０２】このゲイン調整処理では、まず、図２の目
標速度出力部１０が、図６（Ａ）、図８に示すような目
標速度プロファイルを用いて目標速度を出力する（ステ
ップＳ３）。

【０１０３】また、図１１のサイン波生成器１００がク
ロスオーバ周波数ＦＣ付近の周波数を有するサイン波
（外乱）を出力する（ステップＳ４）。すると、加算器
１０２が、速度比較部２０からの速度偏差Ｖｅに対し
て、生成されたサイン波の外乱を加算する。これによ
り、閉制御ループに外乱が重畳される。

【０１０４】次に、図１１のバンドパスフィルタ１０４
が、一巡後のサイン波を抽出し、一巡外乱ピーク検出器
１０６がピーク検出を行い、一巡サイン波振幅Ａｄｅｔ
を検出する。すると、減算器１０８が、サイン波生成器
１００からのＡｓｉｎと、一巡外乱ピーク検出器１０６
からのＡｄｅｔとの減算処理を行い、振幅偏差Ａｅ＝Ａ
ｓｉｎ−Ａｄｅｔを求める（ステップＳ５）。

【０１０５】次に、減算器１１０が、振幅偏差目標Ａｂ
ａｎｄと振幅偏差Ａｅとの減算処理を行い、Ｋａｇ調整
部１１２が、ＡｅとＡｂａｎｄを比較する（ステップＳ
６）。即ち、Ａｅ≦Ａｂａｎｄか否かを判断し（ステッ
プＳ７）、Ａｅ＞Ａｂａｎｄの場合にはＡｅ＜０か否か
を判断する（ステップＳ８）。そして、Ａｅ＜０の場合
には、ゲイン係数ＫａｇにＫｓｔｅｐを加算する（ステ
ップＳ９）。一方、Ａｅ＞０の場合には、ＫａｇからＫ
ｓｔｅｐを減算する（ステップ１０）。

【０１０６】そして、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理を繰
り返し、Ａｅ≦Ａｂａｎｄになったと判断されると、ゲ
インの調整処理が終了し、サイン波の出力を終了する
（ステップＳ１１）。

【０１０７】以上のようにすることで、振幅偏差Ａｅが
振幅偏差目標Ａｂａｎｄに近づくような値に、ゲイン係
数Ｋａｇが設定される。そして、Ｋａｇ制御部１１４
が、このゲイン係数Ｋａｇに基づいて制御ループのゲイ
ンを制御する。これにより、ループ特性が最適化され
る。

【０１０８】図１２は、位相偏差に基づくゲイン調整の
詳細例を示すフローチャートであり、図１３は、この場
合の外乱入力部やゲイン調整部の具体的な構成例を示す
図である。図１３では、図１１の一巡外乱ピーク検出器
１０６の代わりに一巡外乱位相検出器１０７が設けられ
ている。

【０１０９】ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は図１０の
ステップＳ１〜Ｓ４と同様である。

【０１１０】ステップＳ２５では、減算器１０８が、サ
イン波生成器１００からのサイン波位相θｓｉｎと、一
巡外乱位相検出器１０７からの一巡サイン波位相θｄｅ
ｔとの減算処理を行い、位相偏差θｅ＝θｓｉｎ−θｄ
ｅｔを求める。

【０１１１】次に、減算器１１０が、位相偏差目標θｂ
ａｎｄと位相偏差θｅとの減算処理を行い、Ｋａｇ調整
部１１２が、θｅとθｂａｎｄを比較する（ステップＳ
２６）。即ち、θｅ≦θｂａｎｄか否かを判断し（ステ
ップＳ２７）、θｅ＞θｂａｎｄの場合にはθｅ＜０か
否かを判断する（ステップＳ２８）。そして、θｅ＜０
の場合には、ゲイン係数ＫａｇにＫｓｔｅｐを加算する
（ステップＳ２９）。一方、θｅ＞０の場合には、Ｋａ
ｇからＫｓｔｅｐを減算する（ステップ３０）。

【０１１２】そして、ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を
繰り返し、θｅ≦θｂａｎｄになったと判断されると、
ゲインの調整処理が終了し、サイン波の出力を終了する
（ステップＳ３１）。

【０１１３】以上のようにすることで、位相偏差θｅが
位相偏差目標θｂａｎｄに近づくような値に、ゲイン係
数Ｋａｇが設定される。そして、Ｋａｇ制御部１１４
が、このゲイン係数Ｋａｇに基づいて制御ループのゲイ
ンを制御する。これにより、ループ特性が最適化され
る。

【０１１４】５．電子機器 次に、本実施形態のサーボ制御システムを含む電子機器
の例について説明する。

【０１１５】例えば図１４に電子機器の１つであるプリ
ンタの内部ブロック図を示し、図１５（Ａ）にその外観
図を示す。

【０１１６】ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）５００は
システム全体の制御などを行う。操作部５１０はプリン
タをユーザが操作するためのものである。ＲＯＭ５１２
には、制御プログラム、フォントなどが格納され、ＲＡ
Ｍ５１４はＣＰＵ５００のワーク領域として機能する。
表示パネル５１６はプリンタの動作状態をユーザに知ら
せるためのものである。

【０１１７】図１４では、図１、図２の速度比較部２
０、外乱入力部３０、ゲイン調整部４０が、ＣＰＵ５０
０上で動作するソフトウェアにより実現されている。

【０１１８】ゲイン調整部４０からのデジタル信号は、
Ｄ／Ａ変換器５１８、５２２によりアナログ信号に変換
される。そして、このアナログ信号を受けたモータドラ
イバ５２０、５２４（増幅部）は、図５に示す紙送り機
構６０、キャリッジ移動機構８０のモータ６２、８２を
駆動する。そして、紙送り速度、キャリッジ移動の速度
は、エッジ検出回路７６、カウンタ７７、エッジ検出回
路９６、カウンタ９７により検出され、ＣＰＵ５００上
で動作する速度比較部２０に伝えられる。速度比較部２
０は、この検出速度と、ＲＯＭ５１２に記憶される目標
速度プロファイルにより特定される目標速度との比較処
理を行うことになる。

【０１１９】なお、本実施形態のサーボ制御システムが
適用される電子機器はプリンタに限定されない。例えば
図１５（Ｂ）に示すスキャナや、図１５（Ｃ）に示す光
ディスクドライブ（ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶ
Ｄ）などの種々の電子機器に適用できる。

【０１２０】本実施形態のサーボ制御システムを電子機
器に用いれば、電子機器の処理の高速化（例えばプリン
トアウト処理の高速化）にも対応できるようになる。ま
た、サーボ制御システムが安定して動作するため、電子
機器の信頼性も高めることができる。また、電子機器に
個体差、経時変化があった場合にも、電子機器の処理速
度や処理の安定性を最適な状態に保つことができるよう
になる。

【０１２１】なお、本発明は本実施形態に限定されず、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【０１２２】例えば、外乱入力部やゲイン調整部の構成
も、図２で説明した構成が特に望ましいが、これに限定
されるものではない。

【０１２３】また、使用する目標速度プロファイルも、
図６（Ａ）、図８で説明したものが特に望ましいが、こ
れに限定されるものではない。

【０１２４】また、本発明のサーボ制御システムの制御
対象としては、プリンタの紙送り機構やキャリッジ移動
機構が最適であるが、これに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のサーボ制御システムの構成例を示
す図である。

【図２】本実施形態のサーボ制御システムの詳細な構成
例を示す図である。

【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）はオープン制御ループでの
周波数特性の例を示す図であり、図３（Ｃ）、（Ｄ）は
閉制御ループでの周波数特性の例を示す図である。

【図４】振幅偏差、位相偏差に基づくゲインの調整手法
について説明するための図である。

【図５】プリンタの紙送り機構、キャリッジ移動機構の
例について示す図である。

【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、紙送りの場合のゲイン
調整に使用される目標速度プロファイルについて説明す
るための図である。

【図７】定速度区間において外乱を入力する手法につい
て説明するための図である。

【図８】キャリッジ移動の場合のゲイン調整に使用され
る目標速度プロファイルについて説明するための図であ
る。

【図９】定速度区間において外乱を入力する手法につい
て説明するための図である。

【図１０】本実施形態のゲイン調整の詳細例について説
明するためのフローチャートである。

【図１１】外乱入力部、ゲイン調整部の具体例について
示す図である。

【図１２】本実施形態のゲイン調整の詳細例について説
明するためのフローチャートである。

【図１３】外乱入力部、ゲイン調整部の具体例について
示す図である。

【図１４】電子機器の１つであるプリンタの内部ブロッ
ク図の例である。

【図１５】図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、種々の電
子機器の外観図の例である。

【符号の説明】

１０ 目標速度出力部 ２０ 速度比較部 ３０ 外乱入力部 ３２ 外乱生成部 ３４ 外乱加算部 ４０ ゲイン調整部 ４２ 外乱抽出部 ４４ 外乱比較部 ４６ 係数調整部 ４８ ゲイン制御部 ５０ 増幅部 ５２ 制御対象 ５４ 速度検出部 ６０ 紙送り機構 ６２ モータ ６４、６６、６８ プーリ ７０ 紙送りロール ７２ ロータリエンコーダ ７３ スリット円盤 ７４ 光センサ ７６ エッジ検出回路 ７７ カウンタ ８０ キャリッジ移動機構 ８２ モータ ８４ プーリ ８６ ベルト ９０ キャリッジ ９２ ロータリエンコーダ ９３ スリット円盤 ９４ 光センサ ９６ エッジ検出回路 ９７ カウンタ １００ サイン波生成器 １０２ 加算器 １０４ バンドパスフィルタ １０６ 一巡外乱ピーク検出器 １０７ 一巡外乱位相検出器 １０８、１１０ 減算器 １１２ Ｋａｇ調整部 １１４ Ｋａｇ制御部 １１６ ＰＩＤ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C058 GB05 GB07 GB19 GB43 GE02 2C480 CA01 CA11 CA33 CB34 DA01 EA02 EA23 5H004 GA02 GA05 HB08 JA05 KB18 KC48 LA13 5H313 AA07 BB04 CC02 DD01 GG02 GG14 HH05 KK06 KK11 MM29 MM31 9A001 HH34 JJ35 KK32 KK42

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標速度に追従するように制御対象の速
   度制御を行うサーボ制御システムであって、 目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、速度偏差を
   検出して出力する速度比較手段と、 閉制御ループのゲイン調整時において、閉制御ループに
   対してゲイン調整用の外乱を入力する外乱入力手段と、 入力した外乱と、閉制御ループを一巡した後の外乱とを
   比較して、閉制御ループのゲインを調整するゲイン調整
   手段と、 を含むことを特徴とするサーボ制御システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイ
   ルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を
   含み、 前記目標速度出力手段が、 閉制御ループのゲイン調整時においては、制御対象の通
   常動作時に使用される目標速度プロファイルの定速度区
   間よりも長い定速度区間を有する目標速度プロファイル
   を用いて目標速度を出力することを特徴とするサーボ制
   御システム。
3. 【請求項３】 請求項１において、 定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイ
   ルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を
   含み、 前記目標速度出力手段が、 制御対象の移動距離に制限がある場合には、制御対象を
   第１の方向に移動させる第１の目標速度プロファイルを
   用いた目標速度の出力と、制御対象を第２の方向に移動
   させる第２の目標速度プロファイルを用いた目標速度の
   出力とを交互に繰り返すことを特徴とするサーボ制御シ
   ステム。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、 定速度区間と加減速区間とを有する目標速度プロファイ
   ルを用いて前記目標速度を出力する目標速度出力手段を
   含み、 前記外乱入力手段が、 前記目標速度プロファイルの前記定速度区間における目
   標速度が出力されている場合に、閉制御ループに外乱を
   入力することを特徴とするサーボ制御システム。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかにおいて、 前記外乱入力手段が、 閉制御ループに入力する外乱を生成し出力する外乱生成
   手段と、 外乱生成手段からの外乱を、前記速度比較手段からの前
   記速度偏差に対して加算する外乱加算手段とを含むこと
   を特徴とするサーボ制御システム。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記ゲイン調整手段が、 前記速度比較手段からの前記速度偏差から、閉制御ルー
   プを一巡した後の外乱を抽出する外乱抽出手段と、 前記外乱入力手段により入力された外乱と、前記外乱抽
   出手段により抽出された一巡後の外乱とを比較し、外乱
   偏差を出力する外乱比較手段と、 前記外乱比較手段からの外乱偏差が所与の偏差目標に近
   づくように、ゲイン係数を調整する係数調整手段と、 調整されたゲイン係数に基づいてゲインを制御するゲイ
   ン制御手段とを含むことを特徴とするサーボ制御システ
   ム。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかにおいて、 前記ゲイン調整手段が、 入力した外乱の振幅又は位相と、閉制御ループを一巡し
   た後の外乱の振幅又は位相とを比較して、閉制御ループ
   のゲインを調整することを特徴とするサーボ制御システ
   ム。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかのサーボ制御
   システムと、 前記サーボ制御システムにより制御される制御対象と、 制御対象の速度を検出する速度検出手段と、 を含むことを特徴とする電子機器。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記制御対象が、プリンタにおける紙送り機構又はキャ
   リッジ移動機構であることを特徴とする電子機器。
10. 【請求項１０】 目標速度に追従するように制御対象の
    速度制御を行うサーボ制御システムにおけるゲイン調整
    方法であって、 目標速度と制御対象の検出速度とを比較し、閉制御ルー
    プのゲイン調整時において閉制御ループに対してゲイン
    調整用の外乱を入力し、入力した外乱と、閉制御ループ
    を一巡した後の外乱とを比較して、閉制御ループのゲイ
    ンを調整することを特徴とするゲイン調整方法。