JP2007086904A - 加速度軌跡生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができると共に、駆動源の駆動エネルギーを高効率に利用することができる加速度軌跡生成装置を提供すること。
【解決手段】 変速領域に対応する加速度軌跡は変速領域の遷移時間に基づいて曲線状に生成されるので、ジャークの変化率が抑制され、制御対象の目標速度や目標位置が高精度に制御される。また、加速度軌跡とモータのトルク軌跡との間に生ずる差が減少し、モータのエネルギーが高効率に利用される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができると共に、駆動源の駆動エネルギーを高効率に利用することができる加速度軌跡生成装置に関する。

従来より、制御対象の目標速度や目標位置を制御する制御方法としてバンバン制御が知られている。バンバン制御は、入力を矩形波的に不連続に変化させて制御する方法である。図１２は、バンバン制御を利用して制御対象の目標速度軌跡を生成する方法を説明するための図であり、図１２（ａ）は時間経過に伴う加速度の変化を表す加速度軌跡を示し、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す加速度軌跡に基づいて生成される時間経過に伴う速度の変化を表す目標速度軌跡を示し、図１２（ｃ）は各種パラメータが記憶されたテーブルを示している。

図１２（ｃ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間を示すＴ１（＝１００ｍｓｅｃ）と、定速領域の遷移時間を示すＴ２（＝１００ｍｓｅｃ）と、減速領域の遷移時間を示すＴ３（＝１００ｍｓｅｃ）と、定速領域における定速度を示すＶ（＝１５ｉｎｃｈ／ｓｅｃ）とが記憶されている。

バンバン制御では、図１２（ｂ）に示す目標速度軌跡を生成するために、図１２（ｃ）に示すテーブルに記憶されている各種パラメータを利用して、図１２（ａ）に示す矩形波によって形成される加速度軌跡が生成される。図１２（ｂ）に示す目標速度軌跡は、図１２（ａ）に示す加速度軌跡を積分することで生成される。尚、時間経過に伴う制御対象の位置の変化を示す目標位置軌跡は、図１２（ｂ）に示す目標速度軌跡を更に積分することで生成される。

また、次の特許文献１には、制御対象の目標速度を制御する制御方法として、制御対象を駆動する駆動源としてのモータのトルクに着目し、加速領域における目標速度軌跡が、加速開始時から直線状に上昇する等加速度部分と、定速領域に至る前に指数関数的に上昇する指数加速度部分とを組み合わせた軌跡となるように生成する技術が開示されている。
特開平１１−３５３０２９号公報（第１５段落、図３）

しかしながら、上述したバンバン制御によって制御対象の目標速度や目標位置を制御すると、加速度の時間変化（以下、「ジャーク」と称す）の変化率が大きくなり、制御対象に振動が発生し、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができないという問題点があった。

また、制御対象を駆動する駆動源としてのモータのトルクは、理論的には、加速度に比例するものの、実際には、モータへの電流供給が遮断された後でも、モータは慣性によって回転するので、横軸にモータの回転速度、縦軸にトルクを取った場合、モータのトルク軌跡は、モータに電流が供給されると上昇し、その後、一定のトルクを維持し、電流の供給が遮断されると指数関数的に減少してゼロとなる軌跡を辿る。即ち、バンバン制御によって生成される矩形波的な加速度軌跡とモータのトルク軌跡との間には差が生じ、その差がロスとなり、モータのエネルギーを高効率に利用することができないという問題点があった。

また、上述した特許文献１に記載された技術を利用すれば、上述したバンバン制御によって制御する場合に比べ、モータのエネルギーを効率的に利用することができるものの、上述した特許文献１に記載された技術では、加速領域の開始時において、加速度軌跡はステップ状に生成されるので、モータのピーク電流値が上がり、ドライバへの負担が大きくなるという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができると共に、駆動源の駆動エネルギーを高効率に利用することができる加速度軌跡生成装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために請求項１記載の加速度軌跡生成装置は、制御対象の時間経過に伴う目標速度の変化を示す目標速度軌跡または制御対象の時間経過に伴う目標位置の変化を示す目標位置軌跡を生成するために時間経過に伴う加速度の変化を示す加速度軌跡を生成するものであって、前記目標速度軌跡が時間経過に伴って変化する変速領域の遷移時間を記憶する第１記憶手段と、その第１記憶手段に記憶されている前記変速領域の遷移時間に基づいて、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を曲線状に生成する加速度軌跡生成手段とを備えている。

請求項２記載の加速度軌跡生成装置は、請求項１記載の加速度軌跡生成装置において、前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を正弦波で生成する。

請求項３記載の加速度軌跡生成装置は、請求項１又は２に記載の加速度軌跡生成装置において、前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を半周期πの正弦波で生成する。

請求項４に記載の加速度軌跡生成装置は、請求項１から３のいずれかに記載の加速度軌跡生成装置において、前記変速領域に挟まれ前記目標速度軌道が略一定速度で推移する定速領域の遷移時間を記憶する第２記憶手段を備え、前記加速度軌跡生成手段は、前記第２記憶手段に記憶されている定速領域の遷移時間に基づいて、前記定速領域に対応する前記加速度軌跡の出力をゼロに設定する。

請求項５記載の加速度軌跡生成装置は、請求項４に記載の加速度軌跡生成装置において、前記定速領域の速度を記憶する第３記憶手段を備え、前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する加速度軌跡を前記変速領域の遷移時間で定積分して算出される速度と、前記変速領域の後ろに連続する前記第３記憶手段に記憶されている前記定速領域の速度とが、一致するように前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を生成する。

請求項６記載の加速度軌跡生成装置は、請求項５に記載の加速度軌跡生成装置において、前記加速度軌跡生成手段は、ａを加速度、Ｖｅを各変速領域の終速度または各定速領域の終速度、Ｖｓを各変速領域の初速度または各定速領域の初速度、Ｔｉを各変速領域の遷移時間または各定速領域の遷移時間、ｔを時間、とした場合、
（１）ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）
上記の（１）式に基づいて前記加速度軌跡を生成する。

請求項１記載の加速度軌跡生成装置によれば、変速領域に対応する加速度軌跡は変速領域の遷移時間に基づいて曲線状に生成されるので、従来のバンバン制御によって目標速度軌跡や目標位置軌跡を生成する場合に比べ、ジャークの変化率が抑制されるので、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができる。また、加速度軌跡とモータのトルク軌跡との間に生ずる差が減少するので、モータのエネルギーを高効率に利用することができる。更に、加速領域の開始時における、モータのピーク電流値が上昇するのが抑制されるので、ドライバへの負担が大きくなるのを抑制することができるという効果がある。

請求項２記載の加速度軌跡生成装置によれば、請求項１に記載の加速度軌跡生成装置の奏する効果に加え、変速領域に対応する加速度軌跡は正弦波で生成されるので、例えば、この加速度軌跡を余弦波で生成することも可能であるが加速度軌跡を余弦波で生成する場合に比べて、簡単な演算処理で曲線状の加速度軌跡を生成することができるという効果がある。

請求項３記載の加速度軌跡生成装置によれば、請求項１又は２に記載の加速度軌跡生成装置の奏する効果に加え、変速領域に対応する加速度軌跡は半周期πの正弦波で生成されるので、一層、簡単な演算処理で曲線状の加速度軌跡を生成することができるという効果がある。

請求項４記載の加速度軌跡生成装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の加速度軌跡生成装置の奏する効果に加え、定速領域に対応する加速度軌跡の出力は、定速領域の遷移時間に基づいてゼロに設定されるので、一連の加速度軌跡の中で定速領域を設定することができる。よって、制御対象の移動距離が長い場合にも対応することができるという効果がある。

請求項５記載の加速度軌跡生成装置によれば、請求項４に記載の加速度軌跡生成装置の奏する効果に加え、変速領域に対応する加速度軌跡は、変速領域の遷移時間で定積分して算出される速度と、変速領域の後ろに連続する定速領域の速度とが一致するように生成されるので、変速領域から定速領域への移行を円滑にすることができるという効果がある。

請求項６記載の加速度軌跡生成装置によれば、請求項５に記載の加速度軌跡生成装置の奏する効果に加え、加速度軌跡は、ａを加速度、Ｖｅを各変速領域の終速度または各定速領域の終速度、Ｖｓを各変速領域の初速度または各定速領域の初速度、Ｔｉを各変速領域の遷移時間または各定速領域の遷移時間、ｔを時間、とした場合、ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）という式に基づいてを生成されるので、簡単な演算式で加速度軌跡が生成され、演算処理に要する負担を軽減することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の加速度軌跡生成装置１を搭載したサーボ系機構２を示す機能的なブロック図である。サーボ系機構２は、加速度軌跡生成装置１と、２つの積分器３，４と、位置制御回路５と、ドライバ回路６と、制御対象装置７とを備えている。

加速度軌跡生成装置１は、制御対象７ｂの目標位置軌跡を生成するための加速度軌跡を生成する装置であり、パラメータ設定部１ａと、加速度軌跡演算部１ｂとを備えている。パラメータ設定部１ａには、加速度軌跡を生成するための各種パラメータとして、加速領域、定速領域、減速領域の各領域の遷移時間Ｔｉと、定速領域における定速度Ｖｉとが記憶されている。加速度軌跡演算部１ｂは、パラメータ設定部１ａに記憶されている各種パラメータに従って加速度軌跡（ａ＝ｆ（Ｔｉ，Ｖｉ，Ｎ））を生成する。尚、この生成される加速度軌跡（ａ＝ｆ（Ｔｉ，Ｖｉ，Ｎ））については後述する。

積分器３は、加速度軌跡生成装置１によって生成される加速度軌跡を積分して、目標速度軌跡を生成するものであり、積分器４は、積分器３によって生成される目標速度軌跡を積分して目標位置軌跡を生成するものである。

位置制御回路５は、積分器４によって生成される目標位置軌跡と、後述するエンコーダシステム７ｃによって検出される制御対象７ｂの位置軌跡との差分をとり、目標位置軌跡と制御対象７ｂの位置軌跡との誤差を相殺することで、制御対象７ｂを目標位置軌跡に沿って移動させる回路である。

制御対象装置７は、モータ７ａと、制御対象７ｂと、エンコーダシステム７ｃとを備えている。モータ７ａは、制御対象７ｂを駆動する駆動源である。制御対象７ｂは、モータ７ａによって駆動される制御対象である。エンコーダシステム７ｃは、モータ７ａの回転を検出し、制御対象７ｂの位置検出パルスを位置制御回路５に出力するものである。

このように構成されるサーボ系機構２によれば、加速度軌跡生成装置１によって生成される加速度軌跡に従って、目標速度軌跡、目標位置軌跡が生成され、その目標位置軌跡に従ってフィードバック制御されるので、制御対象７ｂが目標位置軌跡に沿うように制御することができる。

図２は、本発明の加速度軌跡生成装置を搭載したインクジェット記録装置１０の電気的構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置１０は、記録媒体に対してインクを吐出するヘッド１１と、そのヘッド１１を搭載して主走査方向に往復移動可能なキャリッジとを備えており、キャリッジが後述する加速度軌跡生成プログラム３３ａによって位置制御されている。

インクジェット記録装置１０は、本体に搭載されている本体側制御基板１２と、キャリッジに搭載されているキャリッジ基板１３とを備えている。本体側制御基板３０には、主に、１チップ構成のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、ＥＥＰＲＯＭ３１と、イメージメモリ３７と、ゲートアレイ（Ｇ／Ａ）３６とが搭載されている。

ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３３に予め記憶された制御プログラムに従い、印刷処理を実行したり、タイミング信号およびリセット信号を生成し、各信号をＧ／Ａ３６へ転送するものである。また、ＣＰＵ３２には、発信器３５、ＣＲモータ駆動回路３９、ＬＦモータ駆動回路４１、第１積分器４２、第２積分器４３、位置制御回路４４などが接続されており、各デバイスの動作はＣＰＵ３２により制御されている。

発信器３５は一定周期のクロック信号を出力するものである。ＣＲモータ駆動回路３９は、キャリッジを往復移動させるキャリッジモータ（ＣＲモータ）１６を駆動する回路である。キャリッジモータ１６には、キャリッジモータ１６の回転を検出するＣＲ用エンコーダ１７が接続されており、ＣＲ用エンコーダ１７の検出信号はＣＰＵ３２に帰還されている。ＬＦモータ駆動回路４１は、記録媒体を搬送する搬送モータ（ＬＦモータ）４０を駆動する回路である。ＬＦモータ４０には、ＬＦモータ４０の回転を検出するＬＦ用エンコーダ１８が接続されており、ＬＦ用エンコーダ１８の検出信号はＣＰＵ３２に帰還されている。

第１積分器４２は、後述する加速度軌跡生成プログラム３３ａにより生成される加速度軌跡を積分することで目標速度軌跡を生成するものである。第２積分器４３は、第１積分器４２によって生成される目標速度軌跡を積分することで目標位置軌跡を生成するものである。位置制御回路４４は、第２積分器４３によって生成される目標位置軌跡と、ＣＲ用エンコーダ１７によって検出されるキャリッジの位置軌跡との差分をとり、目標位置軌跡とキャリッジの位置軌跡との誤差を相殺することで、キャリッジを目標位置軌跡に沿って移動させるための回路である。

ＲＯＭ３３には、加速度軌跡生成プログラム３３ａが格納されている。加速度軌跡生成プログラム３３ａは、キャリッジの加速度軌跡を生成するためのプログラムであり、図９および図１０に示す加速度軌跡生成処理は、この加速度軌跡生成プログラム３３ａに従って実行される。

ＥＥＰＲＯＭ３１には、パラメータメモリ３１ａが割り当てられている。パラメータメモリ３１ａには、加速度軌跡を生成するために必要なパラメータとして、加速領域、定速領域、中間過渡領域、減速領域の各領域の遷移時間Ｔｉと、定速領域における定速度Ｖｉとが記憶されている。加速度軌跡生成プログラム３３ａは、このパラメータメモリ３１ａに記憶されているパラメータに基づいて加速度軌跡を生成する。

Ｇ／Ａ３６は、ＣＰＵ３２から転送されるタイミング信号と、イメージメモリ３７に記憶されている画像データとに基づいて、その画像データを記録媒体に記録するための記録データ（駆動信号）と、その記録データと同期する転送クロックと、ラッチ信号と、基本駆動波形信号を生成するためのパラメータ信号と、一定周期で出力される吐出タイミング信号とを出力し、それら各信号を、ヘッドドライバが実装されたキャリッジ基板１３へ転送する。

また、Ｇ／Ａ３６は、コンピュータなどの外部機器からセントロ・インターフェース（Ｉ／Ｆ）４４を介して転送されてくる画像データを、イメージメモリ３７に記憶させる。そして、Ｇ／Ａ３６は、コンピュータなどからＩ／Ｆ４４を介して転送されてくるセントロ・データに基づいてセントロ・データ受信割込信号を生成し、その信号をＣＰＵ３２へ転送する。なお、Ｇ／Ａ３６とキャリッジ基板１３との間で通信される各信号は、両者を接続するハーネスケーブルを介して転送される。また、ＣＰＵ３２と、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、ＥＥＰＲＯＭ３１及びＧ／Ａ３６とは、バスライン４５を介して接続されている。

キャリッジ基板１３は、実装されたヘッドドライバ（駆動回路）によってヘッド１１を駆動するための基板である。ヘッド１１とヘッドドライバとは、厚さ５０〜１５０μｍのポリイミドフィルムに銅箔配線パターンを形成したフレキシブル配線板１９により接続されている。ヘッドドライバは、本体側制御基板１２に実装されたＧ／Ａ３６を介して制御され、記録モードに合った波形の駆動パルスを圧電アクチュエータに印加するものである。これにより、インクがヘッド１１に穿設されているノズルから記録媒体に向けて吐出される。

次に、図３を参照して上述した加速度軌跡生成プログラム３３ａによって生成される加速度軌跡について説明する。図３（ａ）は、時間経過に伴う加速度の変化を表す加速度軌跡を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す加速度軌跡に基づいて生成される時間経過に伴う目標速度の変化を表す目標速度軌跡を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す目標速度軌跡に基づいて生成される時間経過に伴う目標位置の変化を表す目標位置軌跡を示し、図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す加速度軌跡を生成するためにパラメータメモリ３１ａに記憶されているテーブルを示している。

図３（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として５０ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として１００ｍｓｅｃ、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として５０ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として１００ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ５としての１００ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として３ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として８ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。

この場合、図３（ａ）に示す加速度軌跡は、加速度軌跡生成プログラム３３ａによって図３（ｄ）に示すテーブルに記憶されている各パラメータを利用して生成され、図３（ｂ）に示す目標速度軌跡は、第１積分器４２によって図３（ａ）に示す加速度軌跡を積分することで生成され、図３（ｃ）に示す目標位置軌跡は、第２積分器４３によって図３（ｂ）に示す目標速度軌跡を積分することで生成される。

図３（ａ）に示すように加速度軌跡は、加速領域の遷移時間Ｔ１の間でゼロからスタートし上方に凸の曲線状に変化し再びゼロに至り、第１定速領域の遷移時間Ｔ２の間でゼロのまま推移し、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３の間でゼロからスタートし上方に凸の曲線状に変化し再びゼロに至り、第２定速領域の遷移時間Ｔ４の間でゼロのまま推移し、減速領域の遷移時間Ｔ５の間でゼロからスタートし下方に凸の曲線状に変化し再びゼロに至るような軌跡に生成される。

具体的には、図３（ａ）に示す加速度軌跡は、ａを加速度、Ｖｅを加速領域、中間過渡領域、減速領域、各定速領域の終速度、Ｖｓを加速領域、中間過渡領域、減速領域、各定速領域の初速度、Ｔｉを加速領域、中間過渡領域、減速領域、各定速領域の遷移時間、ｔを時間とした場合、次の（１）式に基づいて生成される。
（１）ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）
ここで、（１）式の導入過程について略述する。

まず、基準となる加速度軌跡ａを、次の（２）式として設定する。尚、Ａは振幅、ｗは角速度、ｔは時間を示している。
（２）ａ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）
この場合、目標速度軌跡ｖは、（２）式を積分することで次の（３）式で表される。
（３）ｖ＝Ａ／ω（１−ｃｏｓ（ωｔ））
また、目標位置軌道ｐは、（３）式を積分することで次の（４）式で表される。
（４）ｐ＝Ａ／ω^２（ωｔ−ｓｉｎ（ωｔ））
今、加速領域だけに着目し、加速領域を半周期πの正弦波で実現するには、周期２Ｔ１の正弦波となるため角速度ωは、次の（５）式で表される。
（５）ω＝２πｆ＝２π／２Ｔ１＝π／Ｔ１
ここで、第１定速領域における第１定速度Ｖ１と（５）式とを（３）式に代入することで次の（６）式を得る。
（６）Ｖ１＝Ａ／ω（１−ｃｏｓ（ωｔ））
＝Ｔ１Ａ／π（１−ｃｏｓ（πＴ１／Ｔ１）
＝２Ｔ１Ａ／π
また、（６）式を変形することで、次の（７）式を得る。
（７）Ａ＝πＶ１／２Ｔ１
そして、（７）式を（２）式に代入することで、加速領域における加速度軌跡は次の（８）式で表されることになる。
（８）ａ＝（πＶ１／２Ｔ１）ｓｉｎ（（π／Ｔ１）・ｔ）
同様に過渡領域、減速領域についても加速度軌跡を示す式を導入できるので、加速度軌跡に関する一般式は（１）式として表される。

即ち、図４（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝３０πｓｉｎ２０πｔ、第１定速領域においてａ＝０、過渡領域においてａ＝５０πｓｉｎ２０πｔ、第２定速領域においてａ＝０、減速領域においてａ＝−４０πｓｉｎ１０πｔとして生成される。

このように生成される加速度軌跡は、変速領域（加速領域、中間過渡領域、減速領域）において、なだらかに上昇、下降するので、変速領域の開始時における、モータのピーク電流値が上昇するのが抑制され、ドライバへの負担が大きくなるのを抑制することができる。また、変速領域において、半周期πの正弦波で生成されるので、例えば、この加速度軌跡を余弦波で生成することも可能であるが加速度軌跡を余弦波で生成する場合に比べて、簡単な演算処理で曲線状の加速度軌跡を生成することができる。また、定速領域における加速度軌跡の出力は、定速領域の遷移時間に基づいてゼロに設定されるので、一連の加速度軌跡の中で１以上の定速領域を設定することができ、制御対象の移動距離が長い場合にも対応することができる。更に、変速領域と定速領域とが連続した軌跡として生成されるので、変速領域から定速領域への移行を円滑にすることができる。

次に、図４乃至図８を参照して、図３を参照して説明した加速度軌跡とは異なる加速度軌跡が生成される場合について説明する。尚、図４乃至図８の各々に示す（ａ）乃至（ｄ）は、図３の（ａ）乃至（ｄ）に相当する図であるため、各図の説明は省略する。

まず、図４において、図４（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として１００ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として１００ｍｓｅｃ、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として５０ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として１００ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ５として５０ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として８ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として３ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。

かかる場合、図４（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝４０πｓｉｎ１０πｔ、第１定速領域においてａ＝０、過渡領域においてａ＝−５０πｓｉｎ２０πｔ、第２定速領域においてａ＝０、減速領域においてａ＝−３０πｓｉｎ２０πｔとして生成される。

次に、図５において、図５（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として２００ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として０ｍｓｅｃ、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として０ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として０ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ５として２００ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として１５ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として０ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。かかる場合、図５（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝７５／２πｓｉｎ５πｔ、減速領域においてａ＝−７５／２πｓｉｎ５πｔとして生成される。

次に、図６において、図６（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として１００ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として０ｍｓｅｃ、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として０ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として０ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ５として３００ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として１５ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として０ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。

かかる場合、図６（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝７５πｓｉｎ１０πｔ、減速領域においてａ＝−２５πｓｉｎ１０／３πｔとして生成される。

次に、図７において、図７（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として１００ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として２００ｍｓｅｃ、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として０ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として０ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ５として１００ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として８ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として０ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。かかる場合、図７（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝４０πｓｉｎ１０πｔ、第１定速領域においてａ＝０、減速領域においてａ＝−４０πｓｉｎ１０πｔとして生成される。

次に、図８において、図８（ｄ）に示すテーブルには、加速領域の遷移時間Ｔ１として５０ｍｓｅｃ、第１定速領域の遷移時間Ｔ２として５０ｍｓｅｃ、第１中間過渡領域の遷移時間Ｔ３として１００ｍｓｅｃ、第２定速領域の遷移時間Ｔ４として５０ｍｓｅｃ、第２中間過渡領域の遷移時間Ｔ５として５０ｍｓｅｃ、第３定速領域の遷移時間Ｔ６として５０ｍｓｅｃ、減速領域の遷移時間Ｔ７として５０ｍｓｅｃ、第１定速領域の第１定速度Ｖ１として３ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第２定速領域の第２定速度Ｖ２として１０ｉｎｃｈ／ｓｅｃ、第３定速領域の第３定速度Ｖ３として５ｉｎｃｈ／ｓｅｃが記憶されている。

かかる場合、図８（ａ）に示す加速度軌跡は、加速領域においてａ＝３０πｓｉｎ２０πｔ、第１定速領域においてａ＝０、第１中間過渡領域においてａ＝３５πｓｉｎ１０πｔ、第２定速領域においてａ＝０、第２中間過渡領域においてａ＝−５０πｓｉｎ２０πｔ、第３定速領域においてａ＝０、減速領域においてａ＝−５０πｓｉｎ２０πｔとして生成される。

次に、図９のフローチャートを参照して、上述した加速度軌跡生成プログラム３３ａに従って実行される加速度軌跡生成処理の概略について説明する。図９は、加速度軌跡生成処理を示すフローチャートである。

加速度軌跡生成処理では、まず、パラメータを初期設定する（Ｓ９０１）。次に、加速領域における加速度軌跡を生成する（Ｓ９０２）。次に、定速領域における加速度軌跡を生成する（Ｓ９０３）。そして、全定速領域について加速度軌跡を生成したか否か判断し（Ｓ９０４）、終了していない場合には（Ｓ９０４：Ｎｏ）、過渡領域における加速度軌跡を生成し（Ｓ９０５）、Ｓ９０３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ９０４の処理において、全定速領域について加速度軌跡が生成された場合には（Ｓ９０４：Ｙｅｓ）、減速領域における加速度軌跡を生成し（Ｓ９０６）、本処理を終了する。

次に、図１０のフローチャートを参照して、上述した加速度軌跡生成プログラム３３ａに従って実行される加速度軌跡生成処理をより具体的に説明する。図１０は、加速度軌跡生成処理を示すフローチャートである。

尚、本フローチャートは、パラメータとして、加速領域の遷移時間Ｔ１、第１定速領域の遷移時間Ｔ２、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３、第２定速領域の遷移時間Ｔ４、減速領域の遷移時間Ｔ５、第１定速領域の第１定速度Ｖ１、第２定速領域の第２定速度Ｖ２が与えられ、減速領域の終速度がゼロとされている場合について説明する。

加速度軌跡生成処理では、まず、Ｓ１００１からＳ１００３の処理において加速領域における加速度軌跡を生成する。具体的には、加速領域における遷移時間Ｔ１の間で加速度ａをカウンタＮｉ個だけ算出し、加速領域における加速度軌跡を生成する。

まず、カウンタ値Ｎｉを設定する。カウンタ値ＮｉはＴｉ／Ｔｓにより設定される。Ｔｉは加速領域、中間過渡領域、減速領域、定速領域の各遷移時間を示し、Ｔｓはサンプリング周期を示している。よって、Ｎｉ＝Ｔｉ／Ｔｓにより各遷移時間Ｔｉ内におけるサンプリング回数が設定される。従って、上述した加速度軌跡の一般式ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）は、Ｖｅ−Ｖｓ＝Ｖとすれば、ａ＝ｆ（Ｎ，Ｔｉ，Ｖ）と表現され、この式にカウンタＮとしての初期値（＝０）、Ｔｉとして加速領域における遷移時間Ｔ１、Ｖとして０−Ｖ１（＝Ｖ１）を代入する（Ｓ１００１）。次に、カウンタＮに「１」を加算し、加速度ａを算出する（Ｓ１００２）。その後、カウンタＮがＮ１になるまでＳ１００２の処理を繰り返すことで（Ｓ１００３：Ｎｏ）、加速領域における加速度軌跡が生成される。

次に、カウンタＮがＮ１になった場合（Ｓ１００３：Ｙｅｓ）、Ｓ１００４からＳ１００７の処理において第１定速領域における加速度軌跡を生成する。具体的には、第１定速領域の遷移時間Ｔ２がゼロか否かを判断する（Ｓ１００４）。その結果、第１定速領域の遷移時間Ｔ２がゼロでなければ（Ｓ１００４：Ｎｏ）、定速領域が存在することを意味するので、カウンタＮに「１」を加算し、加速度ａをゼロに設定する（Ｓ１００５）。その後、カウンタＮがＮ１＋Ｎ２になるまでＳ１００５の処理を繰り返すことで（Ｓ１００６：Ｎｏ）、第１定速領域における加速度軌跡が生成される。

次に、Ｓ１００７からＳ１０１１の処理において中間過渡領域における加速度軌跡を生成する。まず、カウンタＮ（＝Ｎ１＋Ｎ２）をオフセットする（Ｓ１００７）。カウンタＮをオフセットすることで次の位相開始位置がゼロに調節される。よって、加速度軌跡を連続的に生成することができる。そして、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３がゼロか否かを判断する（Ｓ１００８）。その結果、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３がゼロでなければ（Ｓ１００８：Ｎｏ）、中間過渡領域が存在することを意味するので、中間過渡領域の後ろに続く第２定速領域の第２定速度Ｖ２から中間過渡領域の前に続く第１定速領域の第１定速度Ｖ１を減算する（Ｓ１００９）。そして、カウンタＮに「１」を加算し、加速度ａを算出する（Ｓ１０１０）。その後、カウンタＮがＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３になるまでＳ１０１０の処理を繰り返すことで（Ｓ１０１１：Ｎｏ）、中間過渡領域における加速度軌跡が生成される。

次に、Ｓ１０１２からＳ１０１４の処理において第２定速領域における加速度軌跡を生成する。具体的には、第２定速領域の遷移時間Ｔ４がゼロか否かを判断する（Ｓ１０１２）。その結果、第２定速領域の遷移時間Ｔ４がゼロでなければ（Ｓ１０１２：Ｎｏ）、第２定速領域が存在することを意味するので、カウンタＮに「１」を加算し、加速度ａをゼロに設定する（Ｓ１０１３）。その後、カウンタＮがＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４になるまでＳ１０１３の処理を繰り返すことで（Ｓ１０１４：Ｎｏ）、第２定速領域における加速度軌跡が生成される。

次に、Ｓ１０１５からＳ１０１８の処理において減速領域における加速度軌跡を生成する。具体的には、まず、カウンタＮ（＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）をオフセットする（Ｓ１０１５）。そして、減速領域の後ろに続く終速度ゼロから減速領域の前に続く第２定領域の第２定速度Ｖ２を減算する（Ｓ１０１６）。そして、カウンタＮに「１」を加算し、加速度ａを算出する（Ｓ１０１７）。その後、カウンタＮがＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４＋Ｎ５（＝ΣＮｉ）になるまでＳ１０１７の処理を繰り返すことで（Ｓ１０１８：Ｎｏ）、減速領域における加速度軌跡が生成される。そして、最後に加速度ａをゼロに設定し（Ｓ１０１９）、本処理を終了する。ここまでの処理によって図３または図４で説明したような軌跡の加速度軌跡が生成される。

一方、Ｓ１００４の処理において、第１定速領域の遷移時間Ｔ２がゼロである場合（Ｓ１００４：Ｙｅｓ）、第１定速領域は存在しないことを意味するので、カウンタＮ（＝Ｎ１）をオフセットし（Ｓ１０２０）、加速領域の後ろに続く終速度ゼロから第１定速度Ｖ１を減算し（Ｓ１０２１）、Ｓ１０１７の処理に移行し、減速領域における加速度軌跡が生成される。これらの処理によって図５または図６で説明したような軌跡の加速度軌跡が生成される。

また、Ｓ１００８の処理において、中間過渡領域の遷移時間Ｔ３がゼロである（Ｓ１００８：Ｙｅｓ）、中間過渡領域が存在しないことを意味するので、カウンタＮ（＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３）をオフセットし（Ｓ１０２２）、Ｓ１０２１、Ｓ１０１７の処理に移行し、減速領域における加速度軌跡が生成される。これらの処理によって図７で説明したような軌跡の加速度軌跡が生成される。

また、Ｓ１０１２の処理において、第２定速領域の遷移時間Ｔ４がゼロである場合（Ｓ１０１２：Ｙｅｓ）、第２定速領域が存在しないことを意味するので、カウンタＮ（＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３）をオフセットし（Ｓ１０２３）、Ｓ１０１６、Ｓ１０１７の処理に移行し、減速領域における加速度軌跡が生成される。

尚、図１０に示すフローチャートでは、例えば、図８で説明した加速度軌跡は生成できないものの、図８で説明した加速度軌跡は、Ｓ１０１５の後に再び、Ｓ１００８からのステップを繰り返すことで生成することができる。

次に、図１１を参照して、本実施例のように加速度軌跡を生成した場合の効果について説明する。図１１（ａ）は、単純矩形波で形成される加速度軌跡を示し、図１１（ｂ）は、パラメータを記憶したテーブルを示し、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示す単純矩形波で形成される加速度軌跡のジャーク（図中一点鎖線参照）と、図１１（ｂ）に示すテーブルを利用して本発明の加速度生成装置によって生成される加速度軌跡（ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）のジャーク（図中実線参照）とを重ね合わせた図である。

このように、図１１（ｂ）に示すテーブルが与えられることで、従来のバンバン制御のように加速度軌跡を単純矩形波で形成することも可能である。しかし、図１１（ｃ）に示すように、単純矩形波で形成される加速度軌跡のジャーク（図中一点鎖線参照）と、本発明の加速度生成装置によって生成される加速度軌跡のジャーク（図中実線参照）とでは、単純矩形波で形成される加速度軌跡のジャークの方が、変化率が大きくなり、制御対象に振動が発生し、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができない。

一方、本発明の加速度生成装置によって生成される加速度軌跡のジャークの変化率は低いので、制御対象の目標速度や目標位置を高精度に制御することができる。また、加速度軌跡とモータのトルク軌跡との間に生ずる差が減少するので、モータのエネルギーを高効率に利用することができる。

本発明の加速度軌跡生成装置を搭載したサーボ系機構２を示す機能的なブロック図である。 本発明の加速度軌跡生成装置を搭載したインクジェット記録装置の電気的構成を示すブロック図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成プログラムによって生成される加速度軌跡を説明するための図である。 加速度軌跡生成処理を示すフローチャートである。 加速度軌跡生成処理を示すフローチャートである。 本発明の効果について説明するための図である。 バンバン制御を利用して制御対象の目標速度軌跡を生成する方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 加速度軌跡生成装置
３３ａ 加速度軌跡生成プログラム（加速度軌跡生成手段）
３１ｂ パラメータメモリ（第１，第２，第３記憶手段）

Claims (6)

1. 制御対象の時間経過に伴う目標速度の変化を示す目標速度軌跡または制御対象の時間経過に伴う目標位置の変化を示す目標位置軌跡を生成するために時間経過に伴う加速度の変化を示す加速度軌跡を生成する加速度軌跡生成装置において、
   前記目標速度軌跡が時間経過に伴って変化する変速領域の遷移時間を記憶する第１記憶手段と、
   その第１記憶手段に記憶されている前記変速領域の遷移時間に基づいて、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を曲線状に生成する加速度軌跡生成手段とを備えていることを特徴とする加速度軌跡生成装置。
2. 前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を正弦波で生成することを特徴とする請求項１に記載の加速度軌跡生成装置。
3. 前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を半周期πの正弦波で生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度軌跡生成装置。
4. 前記変速領域に挟まれ前記目標速度軌道が略一定速度で推移する定速領域の遷移時間を記憶する第２記憶手段を備え、
   前記加速度軌跡生成手段は、前記第２記憶手段に記憶されている定速領域の遷移時間に基づいて、前記定速領域に対応する前記加速度軌跡の出力をゼロに設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加速度軌跡生成装置。
5. 前記定速領域の速度を記憶する第３記憶手段を備え、
   前記加速度軌跡生成手段は、前記変速領域に対応する加速度軌跡を前記変速領域の遷移時間で定積分して算出される速度と、前記変速領域の後ろに連続する前記第３記憶手段に記憶されている前記定速領域の速度とが、一致するように前記変速領域に対応する前記加速度軌跡を生成することを特徴とする請求項４に記載の加速度軌跡生成装置。
6. 前記加速度軌跡生成手段は、ａを加速度、Ｖｅを各変速領域の終速度または各定速領域の終速度、Ｖｓを各変速領域の初速度または各定速領域の初速度、Ｔｉを各変速領域の遷移時間または各定速領域の遷移時間、ｔを時間、とした場合、
   （１）ａ＝（π（Ｖｅ−Ｖｓ）／２Ｔｉ）・ｓｉｎ（（π／Ｔｉ）・ｔ）
   上記の（１）式に基づいて前記加速度軌跡を生成することを特徴とする請求項５に記載の加速度軌跡生成装置。

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