JP2002120425A - 記録装置 - Google Patents

記録装置

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JP2002120425A
JP2002120425A JP2000314590A JP2000314590A JP2002120425A JP 2002120425 A JP2002120425 A JP 2002120425A JP 2000314590 A JP2000314590 A JP 2000314590A JP 2000314590 A JP2000314590 A JP 2000314590A JP 2002120425 A JP2002120425 A JP 2002120425A
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switching
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JP2000314590A
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Haruhiko Tanami
治彦 田波
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Abstract

(57)【要約】 【目的】不感帯特性、及び残余振動の影響がある搬送系
制御にあたり、安定に目標への位置制御を行う記録装置
を提供する。 【構成】 記録装置の構成として、記録媒体の搬送の
際、エンコーダカウントによる位置情報と記録媒体搬送
量である目標値との偏差情報に対して比例、積分、微分
演算を適用することから駆動モータ操作量を出力する自
動制御部を設け、さらに自動制御部とスライディングモ
ード制御との切替として予め基準とされた制御対象の状
態をもつスライディングモード制御部とを組み合わせた
制御手法演算機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフアクシミリ、複写
機、プリンター等の機能を有する画像記録装置及びそれ
等機能を備える複合機、ワークステーシヨン等の出力機
器として用いられるインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、インクジェット記録装置の記録媒
体の搬送系における駆動を行う手段としてはパルスモー
タの使用が主流であった。しかし、近年の超写真画質と
いわれる高画質印字を行う記録装置においてはより精密
な制御が求められ、サーボ制御によるDCモータの精密位
置決め系が必要となってきた。
【0003】DCモータを用いたサーボ制御において、図4は
一般的な制御装置における位置制御系でのフィードバッ
クループ制御を説明する図である。この図において、1
は制御対象、2は前記制御対象1に対する操作量、3は
制御量で、4は位置偏差量、5は微分器、6は微分器5
を経た速度量、7はPID演算器で、位置偏差量4、速度
量6に対してPID演算を実行して操作量2を制御対象1
に出力する。Targetは目標値で、加算器sumに入力され
る。
【0004】図4に挙げられるような一般的なサーボ制御系
により位置制御を行った場合、位置偏差量4が0に収束
するようにPID制御器7が操作量2を出力する。目標位
置の近辺においては微小な操作量によって目標位置にむ
かう、もしくは一旦オーバーシュートを起こして目標位
置に到達することになる。しかし、これは理想的なメカ
系においては問題がないが、実際は物理的な抵抗力が存
在し目標位置に近づき微小な操作になったときほどその
影響は大きくなり、制御対象が予測のつかない動きを示
す場合がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような制御系に
より、DCモータの駆動を行い、記録装置において記録媒
体を目標位置まで搬送する場合を考えてみる。制御系の
目標値には記録媒体の搬送量が入力され、位置制御系と
なる。
【0006】記録装置は図5のような構成のものによる、シ
リアルスキャン方式のインクジェット記録装置であり、
15は記録媒体、16は搬送系における駆動を行うDCモ
ータ、17はベルト、18はプーリー、19はプラテン
ローラーである。DCモータ16の制御量がベルト17を
経由してプーリー18に伝達され、プーリーと直結して
いるプラテンローラー19が駆動し、記録媒体15が搬
送される。20はロータリーエンコーダ、21は記録ヘ
ッドとなる。
【0007】DCモータ16は、目標位置まで記録媒体15が
搬送されるようにサーボ制御が行われるもので、ロータ
リーエンコーダ20の値が、目標位置に到達したら制御
を停止し、駆動を終了する。
【0008】この上記記録装置における記録媒体搬送系の位
置制御系においては、クーロン摩擦力のような跳躍要素
特性(不感帯特性)が存在する場合があり、PID制御の
みにおける目標位置直前の微小量制御においては、PID
演算による操作量と不感帯特性のつりあいの結果、瞬間
的に大きな操作量の出力が行われる。結果としてPID制
御による目標位置近傍の微小量操作領域においてはプラ
テンローラー19の応答が不安定なものとなる。
【0009】また、駆動終了時においては上記の搬送系を持
つ記録装置において記録部材15が目標位置に停止した
場合でも、メカ系のもつ影響としてのバックラッシュや
微小な振動、サーボ制御中にベルト17に蓄積した張力
の解放等による条件から、制御対象が駆動終了後に動い
てしまう現象が考えられ、記録部材15は目標値と異な
る位置に搬送されたこととなる。
【0010】したがって、本発明の目的は、上記問題点であ
る不感帯特性、及び残余振動の影響がある搬送系制御に
あたり、安定に目標への位置制御を行う記録装置を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、記録媒体の搬送の際、エンコーダカウ
ントによる位置情報と記録媒体搬送量である目標値との
偏差情報に対して比例、積分、微分演算を適用すること
から駆動モータ操作量を出力する自動制御部を有し、前
記自動制御部とスライディングモード制御との切替とし
て予め基準とされた制御対象の状態をもつスライディン
グモード制御部とを組み合わせた制御手法演算機構を持
つことを特徴とする記録装置を採用するものである。
【0012】本発明では、後述のシリアルスキャン方式イン
クジェット記録装置(図1参照)の搬送系における位置
制御装置において、従来型のPID制御とスライディング
モード制御とを組み合わせたものであり、位置制御系に
おける目標位置直前まではPID制御を行い、搬送系駆動
に用いるモータ操作量、制御量、及び記録媒体の搬送速
度の関係から予め選定された速度値を持って微小量制御
領域として、目標位置直前の微小量制御領域においては
スライディングモード制御を行う。
【0013】スライディングモード制御を用いることから、
不感帯特性に対するPID制御の回避、及び、目標位置近
辺においての強制振動から、メカ的要因からなる残余振
動を打ち消すこと等が可能となる。スライディングモー
ド制御においては計測自動制御学会論文集vol.25、No.1
1にあるような線形切換直線による最短時間制御を用い
て、切換面を推定する。
【0014】図6は最短時間制御のブロック図であり、1は
制御対象、2は前記制御対象1に対する操作量、3は制
御量で、4は位置偏差量、5は微分器、6は速度量で、
8はゲインであり、線形切換直線の傾きにあたるもので
ある。11は切換関数であり、位置偏差量4と速度量6
にゲインをかけたものの正負から操作量2の正負を求め
るものである。Targetは目標値で、加算器sumに入力さ
れる。操作量2の値は、不感帯特性、制御量、及び記録
媒体の搬送速度の関係から選定されたものであり、この
操作量により目標位置を中心とした強制振動を行う。
【0015】前記スライディングモードにおける操作量は一
定値であり、操作量に対する正負によってのみ制御を行
うものであるが、最終的に位置制御系の目標位置で収束
し、かつ時間的にも早い応答が求められる。そこで記録
媒体搬送における目標位置への収束は、スライディング
モード制御の操作量を徐々に減衰させてやることにより
行う。
【0016】上記記録装置における記録媒体の搬送におい
て、搬送時の記録媒体の状態は一定方向に向かっていき
目標位置近辺で停止することになる。搬送時のベルトに
かかる力を考えると、一定方向に引っ張られ、その搬送
張力に反発するような方向で、停止時に力の解放が行わ
れることになる。よって、1つの方向に集中する張力を
減衰させるために、スライディングモード制御における
ゲインを切換関数11の正負の方向に応じて変化させて
やることで、前記搬送張力と逆方向での操作を多くして
やることにより一定方向に集中する力を減衰させること
ができる。
【0017】以上の記録装置の記録媒体搬送系における位置
制御系の一連の処理として、 PID制御及びスライディングモード制御の切換、 スライディングモード制御における操作量の減衰、 スライディングモード制御における操作量の正負にお
いての異なる切換直線の傾き、を適用することにより、
メカ的要因からなる残余振動を打ち消した状態で停止す
ることが可能となり、記録媒体の搬送において誤差量の
ない搬送を行うことが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら説明する。図1は本発明のモデルにおける
制御系のブロック図となる。本発明におけるインクジェ
ット記録装置の記録媒体搬送系における位置制御系にお
いて、Targetは位置目標値、sumは加算器、1は制御対
象、2は前記制御対象1に対する操作量、3は制御量で
あり、記録媒体の搬送量となり、4は位置偏差量、5は
微分器、6は微分器5の演算により求められた速度量、
7はPID制御器で、位置偏差量4と速度量6に対してPID
演算を実行して操作量2を出力する。
【0019】8、9は線形切換直線の傾きにあたるゲインC
1、C2となる。10は位置偏差量4の値により、前記ゲ
インC1、C2を切り換える切換器、11は位置偏差量4
と切換器10の出力との加算値の正負から制御対象に与
える操作量、及びその正負を求める切換関数で、11の
出力操作量は12となる。13は操作量12に対してか
けるゲインであり、操作量12にゲイン13をかけたも
のが制御対象に与える操作量2となる。14は速度量6
からPID制御、スライディングモード制御を選択する切
換器である。
【0020】切換器10に関して位置偏差量4の正負により
切り替えることで、Targetの前後において傾きの異なる
線形切換直線において最短時間制御を行うものとなる。
この結果、記録媒体搬送系におけるベルト17の片方向
に向かって蓄積した張力を打ち消すようにゲイン8、9
を調節することにより、搬送時におけるベルト17の張
力の解放による記録媒体搬送系の誤動作を防ぐことが可
能となる。
【0021】ゲイン13において、切換器14においてスラ
イディングモード制御領域が選択された時間を開始点と
して、時間軸に沿ってゲインを0に収束させることによ
り、制御対象に与える操作量2を減衰させていき、スラ
イディングモード制御において目標位置に安定に到達す
ることが可能である。
【0022】切換器14では、速度量6に対して予め選定さ
れた速度値との比較で行ない、前記選定速度値は記録媒
体搬送系における不感帯特性から導くものである。図2
は記録装置搬送系において不感帯特性を含んだものによ
る電圧対速度を示したもので、灰色の部分が不感帯を示
している。図2のような不感帯特性を事前に求めること
で、搬送系における不感帯の影響を受けない電圧E0に対
応する速度V0を求め、この速度を切換器14での選定
速度とすることによりPID制御、スライディングモード
制御の切り替えを行う。この結果、不感帯領域において
はスライディングモード制御を選択し、それ以外の領域
においてはPID制御を行うことが可能となる。
【0023】図1に挙げたブロック図に従って搬送系におけ
る制御を行い、記録媒体を搬送させた場合における制御
対象の状態について、時間対速度で表したものが図3と
なる。搬送開始時刻0からt1までがPID制御領域であ
り、目標搬送量近辺において速度が不感態の影響を受け
ない速度V0に達した時刻t1において制御はスライディ
ングモード制御に切り換わる。スライディングモード制
御により目標値近辺で振動が起こり、速度方向は正負と
切り換わる。操作量を徐々に減衰させていくことから速
度量も減衰していき、時刻t2において停止し記録媒体
搬送が終了する。このような処理を行うことにより時刻
t2における搬送終了後において、再び記録媒体が動い
てしまうことのない安定な位置制御を行うことができ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、イ
ンクジェット記録装置の記録媒体搬送系のサーボ制御に
おいて以下の3点、PID制御及びスライディングモード
制御の切換スライディングモード制御における操作量の
減衰スライディングモード制御における操作量の正負に
おいての異なる切換直線の傾きなる処理を適応すること
により、不感帯、残余振動等の外乱を含んだメカ系での
位置制御についても安定に制御することが可能であり、
記録装置の印字において良好な画質を得ることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明のモデルを適用した搬送系制御の
ブロック図である。
【図2】図2は搬送系における不感帯特性図である。
【図3】図3はモデル制御系による制御対象の速度遷移
図である。
【図4】図4はフィードバック制御器における基本構成
図である。
【図5】図5はインクジェット記録装置図である。
【図6】図6はスライディングモード制御における基本
構成図である。
【符号の説明】
1 制御対象 2 操作量 3 制御量 4 位置偏差 5 微分器 6 速度量 7 PID制御器 8,9 ゲイン 10 切換器 11 切換関数 12 操作量 13 ゲイン 14 切換器 15 記録媒体 16 DCモータ 17 ベルト 18 プーリー 19 プラテンローラー 20 ロータリーエンコーダ 21 記録ヘッド

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】記録媒体の搬送の際、エンコーダカウント
    による位置情報と記録媒体搬送量である目標値との偏差
    情報に対して比例、積分、微分演算を適用することから
    駆動モータ操作量を出力する自動制御部を有し、前記自
    動制御部とスライディングモード制御との切替として予
    め基準とされた制御対象の状態をもつスライディングモ
    ード制御部とを組み合わせた制御手法演算機構を持つこ
    とを特徴とする記録装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の記録装置において、スライ
    ディングモード制御における制御対象に与える操作量を
    記録媒体の搬送位置と目標値との偏差を0に収束させる
    ように減衰させていくことを特徴とする記録装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の記録装置において、スライ
    ディングモード制御における操作量の正負の領域におい
    て、操作量の正負の切替を行う線形切替直線による最短
    時間制御の切換直線の傾きが異なる値をもつことを特徴
    とする記録装置。
  4. 【請求項4】記録媒体を設定した目標値まで搬送して停
    止させる機能を備えた記録装置において、 記録媒体の目標値と記録媒体の位置情報との偏差情報を
    PID制御するPID制御手段と、 記録媒体の速度量と目標値に基づいて記録媒体に対する
    操作量の正負を求め、求めた操作量によって目標位置を
    中心とした強制振動を行うスライディングモード制御手
    段と、 前記PID制御手段から前記スライディングモード制御
    手段への切り換えを行う切換手段と、 を有することを特徴とする記録装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の記録装置において、前記P
    ID制御手段から前記スライディングモード制御手段へ
    の切り換えが目標値付近における速度に対応する電圧の
    不感帯特性の領域に入る際に行われることを特徴とする
    記録装置。
  6. 【請求項6】請求項4記載の記録装置において、スライ
    ディングモード制御における制御対象に与える操作量を
    記録媒体の搬送位置と目標値との偏差を0に収束させる
    ように減衰させていくことを特徴とする記録装置。
  7. 【請求項7】請求項6記載の記録装置において、スライ
    ディングモード制御における操作量の正負の領域におい
    て、操作量の正負の切替を行う線形切替直線による最短
    時間制御の切換直線の傾きが異なる値をもつことを特徴
    とする記録装置。
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