JP2004312951A

JP2004312951A - Ｄｃモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2004312951A
Application number: JP2003106323A
Authority: JP
Inventors: Hideki Yoshimizu; 英毅吉水
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】マイクロコンピュータを利用して、ＤＣモータのＰＩＤフィードバック制御を行うと、ＣＰＵ占有時間の面からフィードバック・サンプリング周期を短くできず、その結果として制御の精度が制約を受ける。この問題を解決し、ＤＣモータの高精度かつ安定な制御を可能にする。
【解決手段】準備動作モード時に、ＰＩＤフィードバック制御によりＤＣモータを駆動し、その際にＰＩＤ演算手段１０６で計算した操作出力データを記憶手段１１６に記憶する。本動作モード時は、フィードフォワード制御手段１１８により記憶手段１１６から操作出力データを読み出してＤ／Ａコンバータ１０８に送り、ＤＣモータをフィードフォーワード制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣモータの駆動装置に係り、より詳細には、例えば、複写機、プリンタ、スキャナなどにおける走査機構を駆動するためのＤＣモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおけるインクジェットヘッドが搭載されるキャリッジの走査機構や、スキャナにおける原稿読み取りヘッドが搭載されるキャリッジの走査機構などの駆動のためのＤＣモータは、一般にＰＩＤ（比例・積分・微分）フィードバック制御により駆動される（例えば特許文献１，２参照）。キャリッジの速度（制御量）をエンコーダで検出し、検出した速度と目標速度（制御量の設定値）の偏差を求め、この偏差信号にＰＩＤ演算を施して操作出力データを算出し、この操作出力データに従ってＤＣモータを駆動するが、ＰＩＤ演算の手段は、マイクロコンピュータ（マイクロプロセッサ）を用いてプログラムにより実現されることが多い（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−６６３７４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８８９４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＩＤ演算処理のためのマイクロコンピュータのＣＰＵ占有時間が大きく、このためにフィードバック・サンプリング周期が制約を受けるという問題がある。例えば、コピー、スキャナ、ファクスの複合機においてスキャナ制御や原稿給紙、記録紙給紙制御、通信等の制御に共通のマイクロコンピュータが利用される場合、ＤＣモータ制御のためのフィードバック・サンプリング周期を十分に短くしようとすると、ＰＩＤ演算処理によるＣＰＵ占有時間の増加により他の制御に支障をきたす。しかし、フィードバック・サンプリング周期が長いと、速度制御の精度が低下してしまう。ＤＣモータ制御のためのマイクロコンピュータを別途用意するならば、フィードバック・サンプリング周期の短縮が可能となるが、コストアップという別の問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、上に述べたような問題の改善を図ったＤＣモータ駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の特徴は、動作モードとして準備動作モードと本動作モードを有し、前記準備動作モードの実行時にＤＣモータをＰＩＤフィードバック制御により駆動するＰＩＤフィードバック制御系と、前記準備動作モードの実行時に前記ＰＩＤフィードバック制御系のＰＩＤ演算手段により算出された操作出力データを記憶する記憶手段と、前記本動作モードの実行時に前記記憶手段に記憶された操作出力データに従って前記ＤＣモータをフィードフォワード制御により駆動するフィードフォワード制御系とを有するＤＣモータ駆動装置にある。
【０００７】
このような構成によれば、例えば複写機やスキャナ、プリンタ、ファクスの複合機等において共通のマイクロコンピュータを各部の制御に利用する構成においても、高精度かつ安定なＤＣモータの駆動制御が可能である。すなわち、ＰＩＤフィードバック制御によるＤＣモータの駆動が行われる準備動作モードにおいては、本動作モード時と違って他の制御のためにＣＰＵ占有時間が制約されることがないため、フィードバック・サンプリング周期を十分に短くして高精度なＰＩＤフィードバック制御を行い、高精度な操作出力データを得ることができる。そして、本動作モード時には、この高精度な操作出力データを利用したフィードフォワード制御によりＤＣモータの駆動を高精度に制御することができる。また、フィードフォワード制御によるため、フィードバック制御特有の振動や発信等の不安定現象が生じにくく、ＤＣモータの安定な駆動が可能である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のＤＣモータ駆動装置に、前記本動作モードの実行時に、前記ＰＩＤフィードバック制御系において検出される目標値と制御量の偏差が既定範囲を外れたときにエラーと判定する判定手段を具備せしめることを特徴とする。このような構成によれば、本動作モード中にトルク変動等の外乱によりＤＣモータを正常に駆動できなくなった場合に、エラーの警告を行ったり、準備動作モードに自動的に移行させ操作出力データを再計算させるなどの対応をとることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のＤＣモータ駆動装置において、前記ＤＣモータは被走査媒体を走査するため走査機構の駆動モータであり、前記被走査媒体の各ページ毎に、まず前記準備動作モードが実行され、その後に前記本動作モードが実行されることを特徴とする。このような構成によれば、温度上昇や経時的変化、その他の外乱の影響を受けにくくなり、被走査媒体のより安定かつ高精度な走査が可能になる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載のＤＣモータ駆動装置において、前記ＤＣモータは被走査媒体を走査するため走査機構の駆動モータであり、複数のページからなる前記被走査媒体の組毎に、その先頭ページで前記準備動作モードが実行され、その後に、先頭ページから最終ページまで前記本動作モードが実行されることを特徴とする。このような構成によれば、請求項３の発明の構成に比べ、準備動作モードの時間を減らし、被走査媒体の全ページの走査に必要な時間を短縮することができる。また、被走査媒体の１組毎に準備動作モードが実行されるため、外乱などの影響も受けにくい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明のＤＣモータ駆動装置の機能的構成を説明するめたのブロック図であり、図２はそのより具体的な構成例の説明図である。
【００１３】
図１において、１１２は制御対象となるＤＣモータ及び機構である。より具体的には、複写機のスキャナ部のキャリッジの走査機構と、その駆動用ＤＣモータである。あるいは、複合機内のインクジェットヘッドのキャリッジの走査機構と、その駆動用ＤＣモータである。
【００１４】
１０８は制御手段１０２より入力される操作出力データをアナログ操作信号に変換するＤ／Ａコンバータである。１１０はＤ／Ａコンバータ１０８より出力されるアナログ操作信号に従って制御対象（１１２）中のＤＣモータを駆動するモータドライバである。このモータドライバ１１０は、例えば、アナログ操作信号に従ってデューティ比が変化する駆動パルスを発生するＰＷＭ回路と電力増幅器などから構成される。１１４は制御対象（１１２）の制御量を検出するためのエンコーダである。このエンコーダ１１４としては、例えばリニアエンコーダが用いられ、その出力は制御手段１０２に入力される。
【００１５】
制御手段１０２は、設定手段１００より入力される制御量（速度）の目標値と、エンコーダ１１４によって検出された制御量（速度）との偏差を検出する比較手段１０４、検出された偏差にＰＩＤ演算を施して操作出力データを算出するＰＩＤ演算手段１０６、算出された操作出力データを例えばテーブル形式で記憶するための記憶手段１１６、この記憶手段１１６に記憶された操作出力データを利用するフィードフォワード制御手段１１８、及び、比較手段１０４により検出された偏差が規定範囲から逸脱するとエラー信号を発生する判定手段１２０からなる。
【００１６】
このＤＣモータ駆動装置は、動作モードとして、実際に文書のプリントや読み取りどを行うための本動作モードと、それ以外の準備動作モードを有する。
【００１７】
準備動作モード時には、比較手段１０４、ＰＩＤ演算手段１０６、Ｄ／Ａコンバータ１０８、モータドライバ１１０、制御対象（１１２）及びエンコーダ１１４から構成されるＰＩＤフィードバック制御系により、制御対象（１１２）のＤＣモータが駆動される。偏差の検出、ＰＩＤ演算はフィードバック・サンプリング周期で繰り返し行われる。
【００１８】
本動作モード時には、準備動作モード時にＰＩＤ演算手段１０６により算出されて記憶手段１１６に記憶された操作出力データを利用し、フィードフォワード制御手段１１８、Ｄ／Ａコンバータ１０８、モータドライバ１１０及び制御対象（１１２）から構成されるフィードフォワード制御系により制御対象（１１２）のＤＣモータが駆動される。フィードフォワード制御手段１１８は、本動作モード時のフィードバック・サンプリング周期と同じ周期で、記憶手段１１６より操作出力データを順に読み出してＤ／Ａコンバータ１０８へ送る。なお、本動作モード時においても、比較手段１０４によって偏差が検出され、その偏差に関する判定が判定手段１２０により行われる。外乱などにより制御量が目標値から大きく逸れ、偏差が規定範囲から外れると判定手段１２０よりエラー信号が出力される。このエラー信号が出力された時には、フィードフォワード制御ではＤＣモータの正常な駆動が困難な場合であるので、例えば、警告を発生して動作を停止させたり、自動的に準備動モードに切り替えてＰＩＤフィードバック制御によるＤＣモータの駆動を行わせるなどの対応をとることができる。
【００１９】
次に図２を参照し、より具体的な構成例について説明する。制御対象（１１２）は、例えば、図２に示すようなキャリッジ走査機構とその駆動用ＤＣモータ２００からなる。このキャリッジ走査機構は、ＤＣモータ２００の回転軸に取り付けられたプーリ２０２と従動側プーリ２０４に張架された駆動ベルト２０６にキャリッジ２０８が取り付けられた構成である。このキャリッジ２０８には、不図示のインクジェットヘッドやスキャナセンサなどが搭載される。ＤＣモータ２００の駆動により、キャリッジ２０８は矢印Ａのように移動し、被走査媒体（用紙、書面）に対する印字走査や読み取り走査が行われる。エンコーダ１１４は、例えば、図２に示すようなリニアスケール２１０と、キャリッジ２０８に固定されたエンコーダセンサ２１２から構成されるリニアエンコーダである。制御手段１０２は、例えば、図２に示すようなＲＯＭ２２２及びＲＡＭ２２４を持つマイクロコンピュータ２２０上でプログラムにより実現される。マイクロコンピュータを制御するためのプログラムはＲＯＭ２２２に記憶される。記憶手段１１６としてはＲＡＭ２２４が用いられる。また、制御量の目標値は例えばＲＯＭ２２２に予め記憶されており、このＲＯＭ２２２より必要な目標値をマイクロコンピュータ２２０に読み込むことにより設定手段１００の機能が実現される。
【００２０】
前述のように、本発明のＤＣモータ駆動装置は、動作モードとして準備動作モードと本動作モードとがあるが、準備動作モードの実行の方法として次の３つの方法を選択可能である。
【００２１】
第１の方法では、電源投入時などに準備動作モードが１回だけ実行され、その後は本動作モードのみが実行される。ＰＩＤフィードバック制御系によってＤＣモータ２００の駆動が行われる準備動作モードにおいては、本動作モード時と違って他の制御のためにマイクロコンピュータ２２０のＣＰＵ占有時間が制約されることがないため、フィードバック・サンプリング周期を十分に短くして高精度なＰＩＤフィードバック制御を行い、高精度な操作出力データを算出し記憶手段１１６に記憶することができる。そして、本動作モード時には、この高精度な操作出力データを利用したフィードフォワード制御によりＤＣモータ２００の駆動を高精度に制御することができる。また、フィードフォワード制御によるため、フィードバック制御特有の振動や発信等の不安定現象が生じにくく、ＤＣモータ２００の安定な駆動が可能である。このような利点は第２の方法及び第３の方法でも同様である。
【００２２】
第２の方法では、被走査媒体（用紙、書面）の各ページ毎に、まず準備動作モードが実行され、その後に本動作モードが実行される。このような構成によれば、動作温度上昇や経時的変化、その他の外乱の影響を受けにくくなり、被走査媒体の安定かつ高精度な走査が可能になる。
【００２３】
第３の方法では、複数ページからなる被走査媒体の組毎に、その先頭ページで準備動作モードが実行され、その後に、先頭ページから最終ページまで本動作モードが実行される。このような構成によれば、複数ページにつき準備動作モードは１回だけであるから、第２の方法に比べ、準備動作モードに必要な時間を減らし、被走査媒体の全ページの走査に必要な時間を短縮することができる。また、別の被走査媒体を走査する際には、準備動作モードが実行されるため、第１の方法に比べ外乱などの影響も受けにくい。
【００２４】
なお、本動作モードにおいて、ＤＣモータ２００の始動から加速、定常、減速、停止までの全ての期間で、準備動作モード時に得られたＰＩＤ操作出力データに従ったフィードフォワード制御を行うことも可能であるが、定常直前（目標値の７０％〜９０％）に達した時点から減速直前までの期間のみ、ＰＩＤ操作出力データに従ったフィードフォワード制御を行い、始動から定常直前までと、減速から停止までは予めプログラムされたパターンで制御するようにしてもよい。
【００２５】
なお、本発明のＤＣモータ駆動装置は、慣性イナーシャが大きく外乱の少ないキャリッジ走査機構などの駆動用ＤＣモータを駆動する用途に最適である。
【００２６】
【発明の効果】
以上に詳細に説明した如く、請求項１乃至４の発明によれば、例えば複写機やスキャナ、プリンタ、ファクスの複合機等において共通のマイクロコンピュータを各部の制御に利用する構成においても、高精度かつ安定なＤＣモータの駆動制御が可能である。請求項２の発明によれば、本動作モード中にトルク変動等の外乱によりＤＣモータを正常に駆動できなくなった場合に、エラーの警告を行ったり、準備動作モードに自動的に移行させ操作出力データを再計算させるなどの対応をとることができる。請求項３の発明によれば、温度上昇や経時的変化、その他の外乱の影響を受けにくくなり、被走査媒体の安定かつ高精度な走査が可能になる。請求項４の発明によれば、請求項３の発明の構成に比べ、準備動作モードの時間を減らし、被走査媒体の全ページの走査に必要な時間を短縮することができる。また、１組の被走査媒体につき準備動作モードが実行されるため、外乱などの影響も受けにくい、等々の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための機能ブロック図である。
【図２】より具体的な構成の説明図である。
【符号の説明】
１００設定手段
１０２制御手段
１０４比較手段
１０６ＰＩＤ演算手段
１０８Ｄ／Ａコンバータ
１１０モータドライバ
１１２ＤＣモータ及び機構
１１４エンコーダ
１１６記憶手段
１１８フィードフォワード制御手段
１２０判定手段
２００ＤＣモータ
２０２，２０４プーリ
２０６駆動ベルト
２０８キャリッジ
２１０リニアスケール
２１２エンコーダセンサ
２２０マイクロコンピュータ
２２２ＲＯＭ
２２４ＲＡＭ

Claims

動作モードとして準備動作モードと本動作モードを有し、
前記準備動作モードの実行時にＤＣモータをＰＩＤフィードバック制御により駆動するＰＩＤフィードバック制御系と、
前記準備動作モードの実行時に前記ＰＩＤフィードバック制御系のＰＩＤ演算手段により算出された操作出力データを記憶する記憶手段と、
前記本動作モードの実行時に前記記憶手段に記憶された操作出力データに従って前記ＤＣモータをフィードフォワード制御により駆動するフィードフォワード制御系とを有することを特徴とするＤＣモータ駆動装置。
前記本動作モードの実行時に、前記ＰＩＤフィードバック制御系において検出される目標値と制御量の偏差が既定範囲を外れたときにエラーと判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ駆動装置。
前記ＤＣモータは被走査媒体を走査するため走査機構の駆動モータであり、前記被走査媒体の各ページ毎に、まず前記準備動作モードが実行され、その後に前記本動作モードが実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＤＣモータ駆動装置。
前記ＤＣモータは被走査媒体を走査するため走査機構の駆動モータであり、複数ページからなる前記被走査媒体の組毎に、その先頭ページで前記準備動作モードが実行され、その後に、前記被走査媒体の先頭ページから最終ページまで前記本動作モードが実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＤＣモータ駆動装置。