JP2007148648A - Positioning control method, positioning control device and image forming device - Google Patents

Positioning control method, positioning control device and image forming device Download PDF

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JP2007148648A JP2005340520A JP2005340520A JP2007148648A JP 2007148648 A JP2007148648 A JP 2007148648A JP 2005340520 A JP2005340520 A JP 2005340520A JP 2005340520 A JP2005340520 A JP 2005340520A JP 2007148648 A JP2007148648 A JP 2007148648A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform reasonable control with suppressed noise by constituting a control system hardly affected by load fluctuation. <P>SOLUTION: The positioning control device for a mechanism constituting a torsional vibration system including a driving-side inertial body connected to a driving shaft and a driven-side inertial body connected to a driven shaft comprises a reference trace generation part 110 including a state trace sequence storage part 130 and an operation quantity trace sequence storage part 120 which store data sequences of state trace and operation quantity trace from an initial position to a target position as reference traces of control, respectively. A feedback control part 140 performs state feedback control to the operation quantity trace stored in the storage part 120 to be laid along the state track stored in the storage part 130, for positioning. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、機構の位置決め制御方法、この位置決め制御方法を実施するためのOA機器、FA機器等、高精度な制御を要する回転機構を有する装置におけるモータを使用した機構の位置決め制御装置、及び、この位置決め制御装置を使用したプリンタ、コピー、ファクシミリ、さらにはこれらの機能を複合したデジタル複合機等の画像形成装置に関する。   The present invention relates to a positioning control method for a mechanism, a positioning control device for a mechanism using a motor in a device having a rotating mechanism that requires high-precision control, such as an OA device and an FA device for carrying out this positioning control method, and The present invention relates to an image forming apparatus such as a printer, a copy machine, a facsimile machine, and a digital multi-function machine that combines these functions.

モータ駆動系ではトルク伝達機構に弾性体要素が含まれていることが多く、モータ自身や従動側慣性体の慣性モーメントと関係して共振系を構成している。このとき、それほど位置決め精度が要求されないものではトルク伝達機構が剛結合と見なせるため、共振系による制御への影響は無視できる。しかしながら位置決め精度が厳しくなると、その仕様を満足させるためにハイゲイン制御が必要となり、制御しなければならない上限周波数が高くなる。このような系ではもはや剛結合で扱うことは困難である。   In a motor drive system, an elastic body element is often included in a torque transmission mechanism, and a resonance system is configured in relation to the moment of inertia of the motor itself or the driven inertial body. At this time, if the positioning accuracy is not so required, the torque transmission mechanism can be regarded as a rigid coupling, so the influence on the control by the resonance system can be ignored. However, when positioning accuracy becomes severe, high gain control is required to satisfy the specifications, and the upper limit frequency that must be controlled increases. Such systems are no longer difficult to handle with rigid coupling.

図1はこのようなモータ制御系の制御系全体を示すモデル図であり、制御対象部分はタイミングベルトによる減速機構を含む2慣性系の物理モデルである。図中の各記号は以下のような意味を示している。   FIG. 1 is a model diagram showing the entire control system of such a motor control system, and the control target part is a two-inertia physical model including a speed reduction mechanism using a timing belt. Each symbol in the figure has the following meaning.

・J:駆動側慣性モーメント
・R:駆動側プーリー半径
・J:従動側慣性モーメント
・R:従動側プーリー半径
・K :捩りバネ定数
・D :捩り粘性抵抗
・τ:駆動軸トルク(操作量)
・ω:駆動軸角速度
・θ:駆動軸角度
・τ:従動軸トルク(負荷)
・ω:従動軸角速度
・θ:従動軸角度(観測出力)
なお、このときの共振周波数ωは以下の式で示すことができる。
· J 1: drive-side inertia moment · R 1: drive side pulley radius · J 2: driven inertia · R 2: driven-side pulley radius · K: torsional stiffness · D: torsional viscous resistance · tau 1: drive shaft Torque (operation amount)
・ Ω 1 : Drive shaft angular velocity ・ θ 1 : Drive shaft angle ・ τ 2 : Drive shaft torque (load)
・ Ω 2 : driven shaft angular velocity ・ θ 2 : driven shaft angle (observation output)
The resonance frequency ω O at this time can be expressed by the following equation.

ω=√(K(1/J+1/J))
このような系を図3に示すような古典的な制御手法(PIDや位相補償等)で制御しようとすると、制御装置100は制御対象200の従動軸角度1変数のみで制御を行うため、制御対象200の共振周波数において位相遅れの増大が問題となり、これを越えて制御を行うことは困難である。一方、状態フィードバック制御による方法では、制御対象の内部状態全てを扱うため、制御対象が線形システムと見なせる範疇では、状態フィードバック制御することにより、共振を抑えて制御することが可能となる。
ω O = √ (K (1 / J 1 + 1 / J 2 ))
If such a system is to be controlled by a classic control method (PID, phase compensation, etc.) as shown in FIG. 3, the control device 100 performs control only with one driven shaft angle variable of the control object 200. An increase in phase delay becomes a problem at the resonance frequency of the target 200, and it is difficult to perform control beyond this. On the other hand, in the method based on the state feedback control, since all the internal states of the controlled object are handled, the state feedback control can be performed while suppressing the resonance in a category where the controlled object can be regarded as a linear system.

状態フィードバック制御を実現するためには全ての状態変数を知っておく必要があるが、実際の制御対象では状態観測できるものは限られることが多く、このままでは状態フィードバック制御することができない。そこで状態フィードバック制御を実現するために、制御対象の内部状態を推定する状態推定器を用意する。このとき状態推定器の入力として、操作量U(=τ)と観測出力Y(=θ)のほかに負荷トルクT(=τ)が必要であり、一般には負荷トルクの計測は困難であることから、簡単のために負荷トルクを零、または一定値に設定する。しかし、いずれも実際に発生する負荷トルクとの差異により状態推定器の出力に大きな誤差を生じるため、系を不安定化させる虞がある。 In order to realize the state feedback control, it is necessary to know all the state variables. However, there are many cases where the actual control target can observe the state, and the state feedback control cannot be performed as it is. Therefore, in order to realize the state feedback control, a state estimator for estimating the internal state of the controlled object is prepared. At this time, in addition to the manipulated variable U (= τ 1 ) and the observation output Y (= θ 2 ), the load torque T (= τ 2 ) is required as an input to the state estimator, and it is generally difficult to measure the load torque. Therefore, the load torque is set to zero or a constant value for simplicity. However, in any case, a large error occurs in the output of the state estimator due to the difference from the actually generated load torque, which may cause the system to become unstable.

そこで、本出願人は引用文献1に示すような捩り振動系制御装置に関する発明を提案した。この発明は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを有し、前記駆動軸と前記従動軸が弾性体要素で結合されている2慣性系の制御対象を有する捩り振動系制御装置において、外乱トルク推定器と、状態推定器と、状態フィードバック制御器とからなる制御部を有し、前記駆動側慣性体と前記従動側慣性体のそれぞれに個別に角度検出器を備え、前記制御部は、前記両角度検出器の出力、及び外部からの外部操作量を入力とし、モータ操作量を出力とすることを特徴としたものである。   Therefore, the present applicant has proposed an invention relating to a torsional vibration system control device as shown in the cited document 1. The present invention includes a drive-side inertial body connected to a drive shaft and a driven-side inertial body connected to a driven shaft, wherein the drive shaft and the driven shaft are coupled by an elastic element. In the torsional vibration system control device having the control object, a control unit including a disturbance torque estimator, a state estimator, and a state feedback controller is provided, and each of the driving side inertial body and the driven side inertial body is provided. An angle detector is individually provided, and the control unit receives outputs of the angle detectors and external operation amounts from outside, and outputs motor operation amounts as outputs.

なお、捩り振動系制御装置に関する技術としては、例えば特許文献2ないし4に記載された発明も知られている。
特開2004−180429号公報 特許第3081297号公報 特許第3084675号公報 特許第3266391号公報
In addition, as a technique related to the torsional vibration system control device, for example, inventions described in Patent Documents 2 to 4 are also known.
JP 2004-180429 A Japanese Patent No. 3081297 Japanese Patent No. 3084675 Japanese Patent No. 3266391

前述のように特許文献1記載の発明は、駆動側慣性体と従動側慣性体とが捩りバネで連結された制御対象である場合に、摩擦負荷が印加される従動側慣性体を高精度に位置制御するようにしたものであり、推定した負荷推定値を実時間で状態推定に用いると共に、負荷推定値の等価な操作量を発生させて負荷を相殺するようにしている。このように構成すると、慣性体を連結する軸を剛体と見なせない場合でも、外乱トルクの推定誤差を低減でき、制御を安定化させることができるが、まだ、十分とは言い難かった。   As described above, in the invention described in Patent Document 1, when the driving-side inertial body and the driven-side inertial body are controlled objects connected by a torsion spring, the driven-side inertial body to which a frictional load is applied is highly accurate. The position is controlled, and the estimated load estimated value is used for state estimation in real time, and an operation amount equivalent to the load estimated value is generated to cancel the load. With this configuration, even when the shaft connecting the inertial bodies cannot be regarded as a rigid body, the estimation error of disturbance torque can be reduced and the control can be stabilized, but it is still not sufficient.

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、さらに負荷変動の影響を受け難い制御系とし、騒音を抑えた無理のない制御を可能とすることにある。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a control system that is less susceptible to the influence of load fluctuations and to enable reasonable control while suppressing noise.

前記目的を達成するため、第1の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道として記憶しておき、前記状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めすることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the first means is a positioning control method for a mechanism comprising a torsional vibration system including a drive side inertial body connected to a drive shaft and a driven side inertial body connected to the driven shaft. A data sequence of a state trajectory and an operation amount trajectory from an initial position to a target position is stored in advance as a control reference trajectory, and positioning is performed by performing state feedback control along the state trajectory.

第2の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、制御の参照軌道として、回転起動時から定速時までの第1の区間と回転減速から停止時までの第2の区間との2つに分け、前記第1の区間における第1の状態軌道及び第1の操作量軌道のデータ系列、並びに前記第2の区間における第2の状態軌道及び第2の操作量軌道のデータ系列を予め記憶し、前記第1の区間では、前記第1の状態軌道に沿うように前記第1の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、速度について状態フィードバック制御を行い、目標位置近傍に近づいたら制御モードを第1の区間から第2の区間へと切り換え、前記第2の区間では、前記第2の状態軌道に沿うように前記第2の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、位置について状態フィードバック制御を行い、位置決めを行うことを特徴とする。   In a positioning control method for a mechanism that forms a torsional vibration system including a driving-side inertial body connected to a driving shaft and a driven-side inertial body connected to the driven shaft, the second means rotates as a reference track for control. The first section from the start to the constant speed and the second section from the rotational deceleration to the stop are divided into two, the first state trajectory and the first manipulated variable trajectory in the first section. A data series and a data series of the second state trajectory and the second manipulated variable trajectory in the second section are stored in advance, and the first section is along the first state trajectory in the first section. The operation amount trajectory data series is generated and state feedback control is performed for the speed. When approaching the vicinity of the target position, the control mode is switched from the first section to the second section. In the second section, Along the second state trajectory Wherein to generate the data sequence of the second manipulated variable trajectory, and performs state feedback control for position, and performs positioning.

第3の手段は、駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御装置において、予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道としてそれぞれ記憶する第1及び第2の記憶部を備えた参照軌道発生手段と、前記第1の記憶部に記憶された前記状態軌道に沿うように前記第2の記憶部に記憶された操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うフィードバック制御手段とを備え、前記機構の位置決めを行うことを特徴とする。   A third means is a positioning control device of a mechanism that forms a torsional vibration system including a driving side inertial body connected to a driving shaft and a driven side inertial body connected to the driven shaft. A reference trajectory generating means comprising first and second storage units for storing a state trajectory and a manipulated variable trajectory data series as control reference trajectories, respectively, and the state trajectory stored in the first storage unit. And a feedback control means for performing state feedback control on the operation amount trajectory stored in the second storage unit so as to follow, and positioning the mechanism.

第4の手段は、第3の手段において、前記第1及び第2の記憶部が回転起動から定速時までの状態軌道及び操作量軌道の第1のデータ列と、回転減速から停止時までの状態軌道と操作量起動の第2のデータ列をそれぞれ記憶することを特徴とする。   According to a fourth means, in the third means, the first and second storage sections are a first data string of a state trajectory and an operation amount trajectory from rotation start to constant speed, and from rotation deceleration to stop. Each of the state trajectory and the second data sequence of operation amount activation is stored.

第5の手段は、第3又は第4の手段において、前記フィードバック制御手段が、回転起動から定速時までの制御を行う第1のフィードバック制御部と、回転減速から停止時までの制御を行う第2のフィードバック制御部とを備えていることを特徴とする。   The fifth means is the third or fourth means, wherein the feedback control means controls the first feedback control section that performs the control from the rotation start to the constant speed and the control from the rotation deceleration to the stop. And a second feedback control unit.

第6の手段は、第5の手段において、前記第1のフィードバック制御部は、前記第1及び第2の記憶部から前記第1のデータ列を使用して速度型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする。   A sixth means is the fifth means, wherein the first feedback control unit performs speed-type state feedback control using the first data string from the first and second storage units. Features.

第7の手段は、第5の手段において、前記第2のフィードバック制御部は、前記第1及び第2の記憶部から前記第2のデータ列を使用して位置型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする。   According to a seventh means, in the fifth means, the second feedback control unit performs position-type state feedback control using the second data string from the first and second storage units. Features.

第8の手段は、第5ないし第7のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段で使用する前記第1又は第2のデータ列を切り換える切り換え手段を備えていることを特徴とする。   The eighth means is characterized in that in any one of the fifth to seventh means, a switching means for switching the first or second data string used in the feedback control means is provided.

第9の手段は、第1ないし第8のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段は外乱推定部を備え、当該外乱推定部によって推定された推定値を用いて外乱を相殺するように操作量に印加することを特徴とする。   According to a ninth means, in any one of the first to eighth means, the feedback control means includes a disturbance estimation unit, and the manipulated variable is used to cancel the disturbance using the estimated value estimated by the disturbance estimation unit. It is characterized by applying to.

第10の手段は、第1ないし第9のいずれかの手段において、前記フィードバック制御手段は状態推定部を備え、前記外乱推定部によって推定された前記推定値を状態フィードバック制御のための状態推定に用いることを特徴とする。   A tenth means is any one of the first to ninth means, wherein the feedback control means includes a state estimation unit, and the estimated value estimated by the disturbance estimation unit is used for state estimation for state feedback control. It is characterized by using.

第11の手段は、第10の手段において、状態フィーバック制御に用いる状態量が、前記フィードバック制御手段の処理に要する時間を含んでいることを特徴とする。   The eleventh means is characterized in that, in the tenth means, a state quantity used for state feedback control includes a time required for processing of the feedback control means.

第12の手段は、第10の手段において、状態フィーバック制御に用いる状態量が、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を含んでいることを特徴とする。   The twelfth means is characterized in that, in the tenth means, the state quantity used for the state feedback control includes an integral value relating to a deviation between the target value and the control output.

第13の手段は、第10の手段において、前記状態推定部がカルマンフィルタを備えていることを特徴とする。   A thirteenth means is characterized in that, in the tenth means, the state estimation unit includes a Kalman filter.

第14の手段は、第10の手段において、前記状態推定部が最適レギュレータを備えていることを特徴とする。   The fourteenth means is characterized in that, in the tenth means, the state estimation unit includes an optimum regulator.

第15の手段は、第3ないし第14のいずれかの手段に係る位置決め制御装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。   The fifteenth means is characterized in that the image forming apparatus includes a positioning control device according to any one of the third to fourteenth means.

なお、後述の実施形態において、駆動側慣性体は符号400に、従動側慣性体は符号500に、第1の記憶部は状態軌道系列記憶部130に、第2の記憶部は操作量軌道系列記憶部120に、参照軌道発生手段は参照軌道発生部110に、フィードバック制御手段はフィードバック制御部140に、第1のフィードバック制御部は速度型状態フィードバック制御部171に、第2のフィードバック制御部は位置型状態フィードバック制御部172に、切り換え手段は切り換えスイッチ190に、外乱推定部は符号150に、状態推定部は符号160に、位置決め制御装置は制御装置100に、それぞれ対応する。   In the embodiment described later, the driving-side inertial body is denoted by reference numeral 400, the driven-side inertial body is denoted by reference numeral 500, the first storage unit is stored in the state trajectory sequence storage unit 130, and the second storage unit is stored in the manipulated variable trajectory sequence. In the storage unit 120, the reference trajectory generating means is the reference trajectory generating part 110, the feedback control means is the feedback control part 140, the first feedback control part is the speed-type state feedback control part 171 and the second feedback control part is The position type state feedback control unit 172, the switching unit corresponds to the changeover switch 190, the disturbance estimation unit corresponds to the reference numeral 150, the state estimation unit corresponds to the reference numeral 160, and the positioning control device corresponds to the control device 100.

本発明によれば、第1の記憶手段に記憶された初期位置から目標位置への状態軌道に沿うように第2の記憶部に記憶された初期位置から目標位置への操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うので、負荷変動の影響を受け難い制御系を構成することが可能となり、騒音を抑えた無理のない制御を行うことができる。   According to the present invention, with respect to the operation amount trajectory from the initial position to the target position stored in the second storage unit so as to follow the state trajectory from the initial position to the target position stored in the first storage means. Since state feedback control is performed, it is possible to configure a control system that is not easily affected by load fluctuations, and it is possible to perform reasonable control with reduced noise.

以下、図面を参照し、本発明の最良の実施形態について説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
図1は背景技術において説明したモータ制御系の全体構成を示すモデル図、図2は制御装置の詳細として目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。制御対象200は駆動側慣性体(モータ等)400に柔結合(ベルト減速機構等)された従動側慣性体500であり、従動側慣性体に図示しない角度検出器が接続され、負荷トルクが印加される構成となっている。また、従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Yは、図2に示すように外乱推定器150と状態推定器160に入力され、駆動側慣性体への操作量Uも、外乱推定器150と状態推定器160に入力される。なお、図1において、符号J、R、J、R、K、D、τ、ω、θ、τ、ω、及びθは前述の通りであり、操作量U(=τ)と観測出力Y(=θ)も同様である。以下、前記背景技術で説明したモデル図と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a model diagram showing an overall configuration of a motor control system described in the background art, and FIG. 2 is a model diagram showing a state feedback control system having a reference trajectory corresponding to a target position as details of the control device. An object 200 to be controlled is a driven inertial body 500 that is softly coupled (belt reduction mechanism, etc.) to a drive side inertial body (motor, etc.) 400, and an angle detector (not shown) is connected to the driven side inertial body to apply load torque. It becomes the composition which is done. Also, the rotation angle information Y obtained from the angle detector attached to the driven inertial body is input to the disturbance estimator 150 and the state estimator 160 as shown in FIG. Are also input to the disturbance estimator 150 and the state estimator 160. In FIG. 1, the symbols J 1 , R 1 , J 2 , R 2 , K, D, τ 1 , ω 1 , θ 1 , τ 2 , ω 2 , and θ 2 are as described above, and the operation amount The same applies to U (= τ 1 ) and observation output Y (= θ 2 ). In the following, the same reference numerals are assigned to the same parts as those in the model diagram described in the background art, and duplicate descriptions are omitted.

図2において制御装置100は目標位置に応じた参照軌道発生部110と、誤差修正のためのフィードバック制御部140とから構成される。前記参照軌道発生部110は、さらに操作量軌道系列記憶部120と状態軌道系列記憶部130とから構成され、フィードバック制御部140は外乱推定部150、状態推定部160、状態フィードバック制御部170及び操作量変換部180から構成される。なお、参照軌道発生部110については、最適化手法(数理計画法等)により制御対象モデルを用いて予め軌道系列を求めておき、求められた軌道系列を記憶しておくことによって制御時に実時間で参照軌道を発生させることができる。   In FIG. 2, the control device 100 includes a reference trajectory generation unit 110 corresponding to a target position and a feedback control unit 140 for error correction. The reference trajectory generator 110 further includes an operation amount trajectory sequence storage unit 120 and a state trajectory sequence storage unit 130. A feedback control unit 140 includes a disturbance estimation unit 150, a state estimation unit 160, a state feedback control unit 170, and an operation. It is comprised from the quantity conversion part 180. FIG. Note that the reference trajectory generator 110 obtains a trajectory sequence in advance using a control target model by an optimization method (such as mathematical programming) and stores the obtained trajectory sequence in real time during control. Can generate a reference trajectory.

制御装置100への入力としては従動側角度検出器によって得られる回転角θと、設計者が希望する目標位置とが入力される。また、制御装置100の出力U(=操作量)にはモータ駆動用PWMアンプ300が接続され、アンプの出力はモータ400に接続されている。 The input to the controller 100 and the rotation angle theta 2 obtained by the driven-side angle detector, and a target position where the designer desires is input. A motor driving PWM amplifier 300 is connected to the output U (= operation amount) of the control device 100, and the output of the amplifier is connected to the motor 400.

状態推定部160では、操作量Uと観測出力Y、及び推定した外乱トルクTが入力され、制御対象200の内部状態全てを推定する。状態推定部160内部のフィードバックゲインはカルマンフィルタの設計法によって決定されるが、適切な重み係数(ノイズ共分散データ)を与えることにより、Riccati方程式を解くことで求まる。設計法として、公知のカルマンフィルタを用いることにより、設計者が極配置等を考慮せずに容易に設計を行うことができる。このカルマンフィルタを用いた手法自体は公知なので、ここでは説明しない。 In the state estimation unit 160, the operation amount U, the observation output Y, and the estimated disturbance torque TE are input, and all the internal states of the control target 200 are estimated. The feedback gain in the state estimation unit 160 is determined by the Kalman filter design method, and is obtained by solving the Riccati equation by giving an appropriate weighting coefficient (noise covariance data). By using a known Kalman filter as a design method, the designer can easily design without considering the pole arrangement or the like. Since the method using the Kalman filter itself is known, it will not be described here.

状態フィードバック制御部170では、推定した内部状態X(駆動軸角速度ω1E,従動軸角速度ω2E,駆動軸角度θ1E,従動軸角度θ2E)と状態軌道系列記憶部130から入力される目標状態Xとの偏差から操作量Uを算出する。状態フィードバックゲインは公知の最適レギュレータ設計法によって決定されるが、制御仕様を満たすように適切に評価関数を与え、Riccati方程式を解くことにより求まる。設計法として最適レギュレータを用いることにより、設計者が極配置等を考慮せずに容易に設計を行うことができる。最適レギュレータを用いる方法は公知であるため、説明は省略する。 In the state feedback control unit 170, the estimated internal state X E (drive shaft angular velocity ω 1E , driven shaft angular velocity ω 2E , drive shaft angle θ 1E , driven shaft angle θ 2E ) and the target input from the state trajectory sequence storage unit 130. calculating a manipulated variable U from the deviation between the state X R. The state feedback gain is determined by a known optimum regulator design method, and is obtained by giving an evaluation function appropriately so as to satisfy the control specifications and solving the Riccati equation. By using the optimum regulator as a design method, the designer can easily design without considering the pole arrangement or the like. Since the method using an optimal regulator is well-known, description is abbreviate | omitted.

外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θから従動側慣性体に印加される負荷トルクを算出する。算出方法としては制御対象伝達関数Pの逆関数1/Pにより求めることができるが、この1/Pは微分器となってしまうため、通常ローパスフィルタで高周波を除去した値を推定値として用いる。推定された外乱トルクTは状態推定部160及び操作量変換部180にそれぞれ入力される。 The disturbance estimating section 150 calculates a load torque applied from the operation amount U and the driven-side rotation angle theta 2 to the driven side inertial member. As a calculation method, it can be obtained by the inverse function 1 / P of the transfer function P to be controlled. However, since 1 / P becomes a differentiator, a value obtained by removing a high frequency with a normal low-pass filter is used as an estimated value. The estimated disturbance torque TE is input to the state estimation unit 160 and the operation amount conversion unit 180, respectively.

操作量変換部180で変換された操作量は前段の目標操作量と加算され、操作量Uとして制御対象2に入力される。   The operation amount converted by the operation amount conversion unit 180 is added to the target operation amount in the previous stage and is input to the control target 2 as the operation amount U.

このように構成された制御装置100は制御対象200を次のようにして制御する。すなわち、制御対象200である2慣性系の従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Yと操作量Uは外乱推定部150と状態推定部160に入力され、状態推定部160にはさらに外乱推定部150からの負荷推定値が入力される。これにより、状態推定部160では制御対象のモデルを使用して内部状態X(駆動軸角速度ω1E,従動軸角速度ω2E,駆動軸角度θ1E,従動軸角度θ2E)を推定し、予め求めておいた状態軌道系列Xと比較することにより状態偏差が算出される。そしてこの状態偏差に基づいて状態フィードバック制御部170で位置誤差に応じた修正操作量Uが求まり、予め用意しておいた操作量軌道系列記憶部120から出力される操作量に、この修正操作量Uを印加することにより実時間で位置の誤差修正が行われる。 The control device 100 configured as described above controls the control target 200 as follows. That is, the rotation angle information Y and the operation amount U obtained from the angle detector attached to the driven inertial body of the two-inertia system that is the control target 200 are input to the disturbance estimation unit 150 and the state estimation unit 160, and the state estimation unit Further, an estimated load value from the disturbance estimation unit 150 is input to 160. Thus, the state estimation unit 160 estimates the internal state X E (drive shaft angular velocity ω 1E , driven shaft angular velocity ω 2E , drive shaft angle θ 1E , driven shaft angle θ 2E ) using the model to be controlled, and state deviation is calculated by comparing the state track sequence X R that has been determined. Based on this state deviation, the state feedback control unit 170 obtains a correction operation amount U E corresponding to the position error, and the correction operation amount output from the operation amount trajectory sequence storage unit 120 prepared in advance is added to the correction operation amount. By applying the quantity U E , position error correction is performed in real time.

また、この誤差修正動作と平行して、外乱推定部150から得られる負荷推定値Tから、操作量変換部180を通して実負荷を相殺する操作量を得ることができるため、上記の操作量にさらに負荷相当の操作量を印加することにより操作量Uを求め、この操作量Uを制御対象2に入力することにより、負荷変動の影響を受けにくい制御系とすることができる。 In parallel with this error correction operation, the load estimated value T E obtained from the disturbance estimating section 150, it is possible to obtain a manipulated variable to cancel out the actual load through operation amount conversion unit 180, the operation amount of the Furthermore, by obtaining an operation amount U by applying an operation amount corresponding to a load, and inputting this operation amount U to the control object 2, a control system that is less susceptible to load fluctuations can be obtained.

さらに述べると、状態推定部160では、推定負荷トルクτ、操作量U、それに回転角Y(=θ)から制御対象2のモデルを使って、制御対象2の内部状態X(駆動軸角速度ω1E,従動軸角速度ω2E,駆動軸角度θ1E,従動軸角度θ2E)を推定する。このとき、常に推定回転角θ2Eと実回転角θとを比較し、誤差を生じたときにはフィードバックゲインの効果によって実回転角θに合わせて推定回転角θ2Eを修正する動作を行う。状態フィードバック制御部170では、制御対象の推定した内部状態Xと、設計者が希望する目標状態Xとの偏差に対し、状態フィードバックを行うことにより操作量U(=τ)を算出する。外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θから、従動側慣性体に印加される負荷トルクτを推定する。また、その負荷トルク推定値τを操作量Uに置き換えて駆動側慣性体に印加することによって負荷を相殺することができる。 More specifically, the state estimation unit 160 uses the model of the control target 2 based on the estimated load torque τ 2 , the operation amount U, and the rotation angle Y (= θ 2 ) to control the internal state X E (drive shaft) of the control target 2. Angular velocity ω 1E , driven shaft angular velocity ω 2E , driving shaft angle θ 1E , driven shaft angle θ 2E ). At this time, the estimated rotation angle θ 2E is always compared with the actual rotation angle θ 2, and when an error occurs, an operation of correcting the estimated rotation angle θ 2E according to the actual rotation angle θ 2 by the effect of the feedback gain is performed. The state feedback control unit 170 calculates the manipulated variable U (= τ 1 ) by performing state feedback on the deviation between the internal state X E estimated as the control target and the target state X R desired by the designer. . The disturbance estimation unit 150 estimates the load torque τ 2 applied to the driven inertial body from the operation amount U and the driven rotation angle θ 2 . Further, the load can be canceled by replacing the estimated load torque value τ 2 with the manipulated variable U and applying it to the driving inertial body.

以上のような制御装置1を実際に構成する場合、デジタルシステムの利点を得るためにデジタルシグナルプロセッサ(DSP)を用いて実現するのが一般的であるが、この場合には本願の図に示すような連続時間系を離散時間系に置き換える必要がある。この離散化に伴い、制御処理による演算遅れによって、制御系が不安定化する問題が生じる。そこで、操作量の演算遅れ分も状態と考え、これを状態フィードバックに追加することにより、この演算遅れを補償し、制御系の安定性を保持することができる。   When the control device 1 as described above is actually configured, it is generally realized by using a digital signal processor (DSP) in order to obtain the advantages of the digital system. It is necessary to replace such a continuous time system with a discrete time system. Along with this discretization, there arises a problem that the control system becomes unstable due to a calculation delay by the control processing. Therefore, the calculation delay of the manipulated variable is also considered as a state, and by adding this to the state feedback, the calculation delay can be compensated and the stability of the control system can be maintained.

また、位置決め制御においては製品仕様上から高精度な位置決めが要求されることが多い。この場合、定常偏差のない応答が望まれることから、状態フィードバック制御で扱う状態量として、新たに目標値と制御出力の偏差に関する積分値を状態量として追加することにより定常偏差のない応答を得ることができる。   In positioning control, high-precision positioning is often required in view of product specifications. In this case, since a response without a steady deviation is desired, a response without a steady deviation is obtained by newly adding an integral value related to the deviation between the target value and the control output as a state quantity to be handled in the state feedback control. be able to.

以上のように本実施形態によれば、以下に述べるような効果を奏する。   As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

1)参照軌道発生部110が操作量軌道系列記憶部110と状態軌道系列記憶部130とを備え、予め初期位置から目標位置への状態軌道(位置や速度等)を状態軌道系列記憶部130に、操作量軌道のデータ系列を操作量軌道系列記憶部110にそれぞれ記憶しておき、この状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めを実現することによって、機構の動特性に適する位置決め動作が可能となるので、騒音を抑えた無理のない制御を行うことができる。 1) The reference trajectory generation unit 110 includes an operation amount trajectory sequence storage unit 110 and a state trajectory sequence storage unit 130, and a state trajectory (position, speed, etc.) from an initial position to a target position is stored in the state trajectory sequence storage unit 130 in advance. The operation amount trajectory data series is stored in the operation amount trajectory sequence storage unit 110, and the positioning is performed by performing the state feedback control along the state trajectory so that the positioning operation suitable for the dynamic characteristics of the mechanism is achieved. Therefore, it is possible to perform a reasonable control with reduced noise.

2)外乱推定部150を備え、実時間で摩擦負荷に応じた負荷推定値を得ることが可能となり、この推定値から負荷を相殺する操作量を算出し、モータ400へ印加することにより、負荷変動の影響を受け難い制御系とすることができる。 2) A disturbance estimation unit 150 is provided, and an estimated load value corresponding to the friction load can be obtained in real time. An operation amount that cancels the load is calculated from the estimated value and applied to the motor 400, whereby the load is calculated. A control system that is less susceptible to fluctuations can be obtained.

3)状態フィーバック制御に用いる状態量として制御装置100の処理に要する時間(=むだ時間)を状態量に追加することで、むだ時間を考慮した制御系を実現ことができるので、制御系の安定性が向上する。 3) By adding the time required for processing of the control device 100 (= dead time) to the state quantity as the state quantity used for the state feedback control, a control system that takes the dead time into consideration can be realized. Stability is improved.

4)状態フィーバック制御に用いる状態量として、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を状態量に追加することにより定常偏差が生じない制御系を実現できるので、制御出力の制御精度が向上する。 4) By adding an integral value related to the deviation between the target value and the control output to the state quantity as the state quantity used for the state feedback control, it is possible to realize a control system in which no steady deviation occurs, so that the control accuracy of the control output is improved. .

5)カルマンフィルタを使用することにより設計者が極零点を考慮する必要がなくなり、重み係数を与えるのみでよいことから設計が容易になる。 5) By using the Kalman filter, it is not necessary for the designer to consider the pole and zero point, and the design is facilitated because it is only necessary to give a weighting coefficient.

6)最適レギュレータを採用することにより設計者が極零点を考慮する必要がなくなり、重み係数を与えるのみでよいことから設計が容易になる。 6) By adopting the optimum regulator, it is not necessary for the designer to consider the pole and zero point, and it is only necessary to give a weighting factor, so that the design is facilitated.

フォームの終わり
<第2の実施形態>
本実施形態は、前述の第1の実施形態における制御装置100の構成が異なるだけなので、同等な各部には同一の参照符号を付して異なる点について主に説明し、重複する説明はできる限り省略する。
End of Form <Second Embodiment>
Since the present embodiment is different only in the configuration of the control device 100 in the first embodiment described above, the same reference numerals are given to the same components, and different points will be mainly described, and overlapping descriptions will be given as much as possible. Omitted.

図4において、制御装置100は目標位置に応じた参照軌道発生部110と、誤差修正のためのフィードバック制御部140とから構成される。参照軌道発生部110は、操作量軌道系列記憶部120、状態軌道系列記憶部130とから構成され、フィードバック制御部140としては外乱推定部150、状態推定部160、状態フィードバック制御部170及び操作量変換部180とから構成される。   In FIG. 4, the control device 100 includes a reference trajectory generation unit 110 corresponding to a target position and a feedback control unit 140 for error correction. The reference trajectory generation unit 110 includes an operation amount trajectory sequence storage unit 120 and a state trajectory sequence storage unit 130. The feedback control unit 140 includes a disturbance estimation unit 150, a state estimation unit 160, a state feedback control unit 170, and an operation amount. And a conversion unit 180.

さらに、参照軌道発生部100では、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部111、状態起動系列記憶部121と、回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部121、状態起動系列記憶部122とに分かれている。これは種々の目標値に対して全ての軌道を用意することは困難であるため、位置決め動作の中で、粗動作区間では速度制御型の状態フィードバック制御を行い、目標位置近傍に近づいたならば減速開始時に位置制御型の状態フィードバック制御に切り換えるものである。そのため、第1の実施形態における操作量軌道系列記憶部110が、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部111と回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部121から構成され、状態軌道系列記憶部120が回転起動・定速時用の状態軌道系列記憶部121と回転減速・停止用の状態軌道系列記憶部122から構成され、状態フィードバック制御部170が速度型状態フィードバック制御部171と位置型状態フィートバック制御部172から構成されている。   Further, in the reference trajectory generation unit 100, an operation amount activation sequence storage unit 111 for rotation activation / constant speed, a state activation sequence storage unit 121, an operation amount activation sequence storage unit 121 for rotation deceleration / stop, a state activation It is divided into a series storage unit 122. Since it is difficult to prepare all the trajectories for various target values, speed control type state feedback control is performed in the coarse operation section in the positioning operation. It switches to position control type state feedback control at the start of deceleration. Therefore, the operation amount trajectory sequence storage unit 110 in the first embodiment includes an operation amount start sequence storage unit 111 for rotation start / constant speed and an operation amount start sequence storage unit 121 for rotation deceleration / stop. The state trajectory sequence storage unit 120 is composed of a state trajectory sequence storage unit 121 for rotation start / constant speed and a state trajectory sequence storage unit 122 for rotation deceleration / stop, and the state feedback control unit 170 is a speed type state feedback control. Part 171 and a position type state footback control part 172.

また、操作量軌道系列記憶部110が、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部111と回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部121から構成され、状態軌道系列記憶部120が回転起動・定速時用の状態軌道系列記憶部121と回転減速・停止用の状態軌道系列記憶部122から構成されていることから、回転軌道・定速時の場合と、回転減速・停止時とで使用するデータを切り換える切り換えスイッチ190を備えている。これにより、使用する記憶部のデータ及びフィードバック制御部のデータを選択して操作量Uを計算し、制御対象2に出力する。なお、参照軌道発生部110については、最適化手法(数理計画法等)により制御対象モデルを用いて予め軌道系列を求めておき記憶しておくことによって制御時に実時間で参照軌道を発生させることができる。   Further, the operation amount trajectory sequence storage unit 110 includes an operation amount start sequence storage unit 111 for rotation start / constant speed and an operation amount start sequence storage unit 121 for rotation deceleration / stop, and a state trajectory sequence storage unit 120 is composed of a state trajectory sequence storage unit 121 for rotational start / constant speed and a state trajectory sequence storage unit 122 for rotational deceleration / stopping. A changeover switch 190 is provided for switching data to be used when the vehicle is stopped. As a result, the data of the storage unit to be used and the data of the feedback control unit are selected to calculate the operation amount U and output to the control target 2. The reference trajectory generator 110 generates a reference trajectory in real time during control by obtaining and storing a trajectory sequence in advance using a control target model by an optimization method (such as mathematical programming). Can do.

制御装置100の構成は大略以上の通りであり、制御対象である2慣性系の従動側慣性体に取り付けられた角度検出器から得られる回転角情報Yと操作量Uは外乱推定部150と状態推定部160に入力され、状態推定部160にはさらに外乱推定部150からの負荷推定値Tが入力される。これにより、状態推定部では制御対象のモデルを使用して内部状態X(ω1E,ω2E,θ1E,θ2E)を推定し、予め求めておいた状態軌道系列と比較することにより状態偏差が算出される。そしてこの状態偏差に基づいて状態フィードバック制御部で位置誤差に応じた修正操作量Uが求まり、予め用意しておいた操作量軌道系列の記憶部120から出力される操作量に、この修正操作量Uを印加することにより実時間で位置の誤差修正が行われる。また、この誤差修正動作と並行して、外乱推定部150から得られる負荷推定値から、操作量変換部180を通して実負荷を相殺する操作量を得ることができるため、前記操作量にさらに負荷相当の操作量を印加することによって負荷変動の影響を受けにくい制御系とすることができる。 The configuration of the control device 100 is roughly as described above. The rotation angle information Y and the operation amount U obtained from the angle detector attached to the driven inertial body of the two-inertia system to be controlled are the state of the disturbance estimation unit 150 and the state. is input to the estimating unit 160, the load estimated value T E from further disturbance estimating unit 150 to the state estimation unit 160 is input. Thus, the state estimation unit estimates the internal state X E1E , ω 2E , θ 1E , θ 2E ) using the model to be controlled, and compares the state with a state trajectory sequence obtained in advance. Deviation is calculated. Based on the state deviation, the state feedback control unit obtains a correction operation amount U E corresponding to the position error, and the operation amount output from the storage unit 120 of the operation amount trajectory sequence prepared in advance is added to the correction operation amount. By applying the quantity U E , position error correction is performed in real time. In parallel with this error correction operation, an operation amount that cancels the actual load can be obtained through the operation amount conversion unit 180 from the estimated load value obtained from the disturbance estimation unit 150. By applying the manipulated variable, it is possible to make the control system less susceptible to load fluctuations.

その際、前記切り換えスイッチ190によって粗動作区間(回転起動・定速時)では、回転起動・定速時用の操作量起動系列記憶部121と速度型状態フィードバック制御部171からのデータを演算した結果が選択され、停止動作区間(回転減速・定速時)では、回転減速・停止時用の操作量起動系列記憶部122と位置型状態フィードバック制御部172からのデータを演算した結果が選択される。なお、速度型状態フィードバック制御部171には、回転起動・定速時用の状態起動系列記憶部131に格納された設計者が希望する目標状態XR1と状態推定部160からの制御対象の推定した内部状態Xとが入力され、位置型状態フィードバック制御部172には、回転減速・停止用の状態起動系列記憶部132に格納された設計者が希望する目標状態XR2と状態推定部160からの制御対象の推定した内部状態Xとが入力される。 At that time, in the rough operation section (at rotation start / constant speed), the changeover switch 190 calculates data from the operation amount start sequence storage unit 121 and the speed type state feedback control unit 171 for rotation start / constant speed. The result is selected, and in the stop operation section (rotational deceleration / constant speed), the result of calculating the data from the manipulated variable starting sequence storage unit 122 and the position type state feedback control unit 172 for rotational deceleration / stop is selected. The The speed type state feedback control unit 171 estimates the target state X R1 desired by the designer stored in the state activation sequence storage unit 131 for rotation activation and constant speed and the control target from the state estimation unit 160. the internal state X E and are input to the position-type state feedback controller 172, a target state X R2 in which stored designers state activation sequence storage unit 132 for rotation deceleration and stopping is desired and a state estimation unit 160 and internal state X E estimated for the control target from is input.

さらに述べると、状態推定部160では、推定負荷トルクτ、操作量U、及び回転角Y(=θ)から制御対象のモデルを使って、制御対象の内部状態X(ω1E,ω2E,θ1E,θ2E)を推定する。このとき、常に推定回転角θ2Eと実回転角θとを比較し、誤差を生じたときにはフィードバックゲインの効果によって実回転角θに合わせて推定回転角θ2Eを修正する動作を行う。 More specifically, the state estimation unit 160 uses the model of the control target from the estimated load torque τ, the operation amount U, and the rotation angle Y (= θ 2 ) to control the internal state X (ω 1E , ω 2E , θ 1E , θ 2E ) is estimated. At this time, the estimated rotation angle θ 2E is always compared with the actual rotation angle θ 2, and when an error occurs, an operation of correcting the estimated rotation angle θ 2E according to the actual rotation angle θ 2 by the effect of the feedback gain is performed.

速度型状態フィードバック制御部171及び位置型状態フィードバック制御部172では、制御対象の推定した内部状態Xと、設計者が希望する目標状態XR1,XR2との偏差に対し、それぞれ状態フィードバックを行うことによって、操作量U(=τ)を算出する。外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θから、従動側慣性体に印加される負荷トルクτを推定する。また、その負荷トルク推定値τを操作量Uに置き換えて駆動側慣性体(制御対象2)に印加することによって負荷を相殺することができる。 In the speed-type state feedback controller 171 and the position-type state feedback controller 172, and the internal state X E estimated for the control target, to the deviation between the target state X R1, X R2 designer desires, each state feedback By performing this, an operation amount U (= τ 1 ) is calculated. The disturbance estimation unit 150 estimates the load torque τ 2 applied to the driven inertial body from the operation amount U and the driven rotation angle θ 2 . Further, the load can be canceled by replacing the estimated load torque value τ 2 with the manipulated variable U and applying it to the drive side inertial body (control object 2).

その他、特に説明しない各部は前述の第1の実施形態及び従来例と同等に構成され、同等に機能する。   Other parts not specifically described are configured in the same manner as the first embodiment and the conventional example, and function in the same manner.

以上のように本実施形態によれば、前記第1の実施形態の効果に加え、操作量軌道系列記憶部120と状態軌道系列記憶部130をそれぞれ回転起動・定速時と回転減速・停止時との系列を記憶する記憶部121,122,131,132に分け、回転起動・定速時と回転減速・停止時の2つの制御モードに分けて制御し、数多くの目標値が存在する場合でも起動と減速の2つのデータ系列で対応可能であることから、少量のメモリサイズで参照軌道のデータ生成を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the manipulated variable trajectory sequence storage unit 120 and the state trajectory sequence storage unit 130 are rotated at startup / constant speed and at rotational deceleration / stop, respectively. Are divided into storage units 121, 122, 131, and 132 that store a series of control and divided into two control modes of rotation start / constant speed and rotation deceleration / stop, and even when there are many target values. Since it is possible to cope with two data series of activation and deceleration, it is possible to realize reference trajectory data generation with a small memory size.

<画像形成装置への適用した実施形態>
第1及び第2の実施形態で説明した位置決め制御装置は例えばベルトを機構要素(転写ベルト)として使用する画像形成装置(プリンタ)に適用することができる。図5、図6及び図7は本実施形態に係るいわゆるインクジェット方式のプリンタの印字機構の概略構成を示している。
<Embodiment Applied to Image Forming Apparatus>
The positioning control device described in the first and second embodiments can be applied to, for example, an image forming apparatus (printer) that uses a belt as a mechanism element (transfer belt). 5, 6, and 7 show a schematic configuration of a printing mechanism of a so-called inkjet printer according to the present embodiment.

これらの図において、自動給紙装置20に積載されているシート状の記録紙21は、自動給紙装置20により1枚ずつ分離されて印字部の方向に送り出される。自動給紙装置20から送り出された記録紙22は、インクジェット記録ヘッドユニット23の印字ヘッド24とプラテンローラ25の間に送り込まれ、プラテンローラ25により排出方向に搬送されるとともに、印字ヘッド24により画像が記録される。画像記録された記録紙22は、プラテンローラ25および排出ローラ26により、搬送されて、排紙される。   In these drawings, the sheet-like recording papers 21 stacked on the automatic paper feeder 20 are separated one by one by the automatic paper feeder 20 and sent out in the direction of the printing unit. The recording paper 22 delivered from the automatic paper feeder 20 is fed between the print head 24 and the platen roller 25 of the ink jet recording head unit 23, conveyed in the discharge direction by the platen roller 25, and imaged by the print head 24. Is recorded. The recording paper 22 on which the image has been recorded is conveyed and discharged by a platen roller 25 and a discharge roller 26.

印字部23は、キャリッジ28に着脱自在に取り付けられており、キャリッジ24は、ガイド棒29によりその移動方向が規定されており、プーリ31,32の間に巻回されているベルト33に連結している。このベルト33は、キャリッジモータ35の駆動により2方向に移動されるものであり、キャリッジモータ35が順方向に駆動されると、キャリッジ28は主走査方向に移動し、キャリッジモータ35が復帰方向に駆動されると、キャリッジ29は復帰方向に移動する。   The printing unit 23 is detachably attached to a carriage 28, and the carriage 24 has a moving direction defined by a guide bar 29, and is connected to a belt 33 wound between pulleys 31 and 32. ing. The belt 33 is moved in two directions by the drive of the carriage motor 35. When the carriage motor 35 is driven in the forward direction, the carriage 28 moves in the main scanning direction, and the carriage motor 35 moves in the return direction. When driven, the carriage 29 moves in the return direction.

また、搬送ローラ25および排出ローラ26には、搬送モータ36の駆動力が伝達機構37を介して伝達されており、搬送モータ36が順方向に駆動されると、搬送ローラ25および排出ローラ26は、記録紙22を搬送方向に搬送し、搬送モータ36が反対方向に駆動されると、搬送ローラ25および排出ローラ26は、記録紙22を反搬送方向に搬送する。   Further, the driving force of the transport motor 36 is transmitted to the transport roller 25 and the discharge roller 26 via the transmission mechanism 37. When the transport motor 36 is driven in the forward direction, the transport roller 25 and the discharge roller 26 are When the recording paper 22 is transported in the transport direction and the transport motor 36 is driven in the opposite direction, the transport roller 25 and the discharge roller 26 transport the recording paper 22 in the reverse transport direction.

記録紙22を検出するための記録紙センサ38は、インクジェット記録ヘッドユニット23の手前で記録紙22を検出可能な位置に配設され、また、記録紙22に記録されたインクエンドマーク(後述)を検出するためのインクエンドマークセンサ39は、印字ヘッド24よりも記録紙22の搬送方向上流側でキャリッジ28に設けられている。一対の発光素子と受光素子からなるイニシャライズセンサ40は、インクジェット記録ヘッドユニット23が所定の初期位置に移動していることを検出するためのものであり、インクジェット記録ヘッドユニット23の側端部には、このイニシャライズセンサ40の検知部を遮光する切片状の突起41が設けられている。したがって、インクジェット記録ヘッドユニット23が初期位置に移動しているときには、イニシャライズセンサ40はオフ状態となり、それ以外の場合には、イニシャライズセンサ40はオン状態となる。   A recording paper sensor 38 for detecting the recording paper 22 is disposed at a position where the recording paper 22 can be detected before the ink jet recording head unit 23, and an ink end mark (described later) recorded on the recording paper 22 is provided. The ink end mark sensor 39 for detecting the ink is provided on the carriage 28 on the upstream side of the print head 24 in the transport direction of the recording paper 22. An initialization sensor 40 including a pair of light emitting elements and light receiving elements is for detecting that the ink jet recording head unit 23 has moved to a predetermined initial position. A section-like projection 41 that shields the detection part of the initialization sensor 40 is provided. Therefore, the initialization sensor 40 is turned off when the ink jet recording head unit 23 is moved to the initial position, and the initialization sensor 40 is turned on in other cases.

これらのセンサのオンオフに応じてキャリッジモータ35と搬送モータ36のオンオフが制御される。このようなモータの回転開始と開始に伴う増速、停止及び停止に伴う減速が繰り返されるようなモータの制御に前記位置決め制御装置を適用すると、負荷変動の影響を受け難い制御系を使用することになり、騒音の発生が少ないインクジェット記録装置を提供することができる。   The carriage motor 35 and the conveyance motor 36 are controlled to be turned on / off according to the on / off state of these sensors. When the positioning control device is applied to the motor control such that acceleration, stop, and deceleration accompanying the start and start of the motor are repeated, use a control system that is not easily affected by load fluctuations. Therefore, it is possible to provide an ink jet recording apparatus that generates less noise.

なお、この実施形態では、インクジェットヘッドのキャリッジの駆動制御を例に取っているが、この他に、種々の画像形成装置の給紙装置、例えばレジストローラを使用して用紙の搬送タイミングを制御するような給紙装置においても騒音を抑えることが可能となる。   In this embodiment, the drive control of the carriage of the ink jet head is taken as an example. However, in addition to this, a sheet feeding device of various image forming apparatuses, for example, a registration roller is used to control the sheet conveyance timing. Noise can be suppressed even in such a sheet feeding device.

モータ制御系の制御系全体を示すモデル図である。It is a model figure which shows the whole control system of a motor control system. 第1の実施形態における目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。It is a model figure which shows the state feedback control system which has the reference track corresponding to the target position in 1st Embodiment. 図1の制御系の従来からの制御方法(PIDや位相補償等)を示す図である。It is a figure which shows the conventional control methods (PID, phase compensation, etc.) of the control system of FIG. 第2の実施形態における目標位置に対応する参照軌道をもつ状態フィードバック制御系を示すモデル図である。It is a model figure which shows the state feedback control system which has a reference track corresponding to the target position in 2nd Embodiment. 第1及び第2の実施形態が適用されるインクジェット記録装置の平面図である。1 is a plan view of an ink jet recording apparatus to which first and second embodiments are applied. 図5の正面図である。FIG. 6 is a front view of FIG. 5. 図5の側面図である。FIG. 6 is a side view of FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

100 制御装置
110 参照軌道発生部
111 操作量軌道系記憶部
112 状態軌道系記憶部
120 操作量軌道系列記憶部
131 操作量軌道系記憶部
122 状態軌道系記憶部
130 状態軌道系列記憶部
140 フィードバック制御部
150 外乱推定部
160 状態推定部
170 状態フィードバック制御部
171 速度型状態フィードバック制御部
172 位置型状態フィードバック制御部
180 操作量変換部
190 切り換えスイッチ
200 制御対象
300 PWMアンプ
400 駆動側慣性体(モータ)
500 従動側慣性体(感光体ドラム)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Control apparatus 110 Reference trajectory generation part 111 Operation amount trajectory system memory | storage part 112 State trajectory system memory | storage part 120 Operation amount trajectory series memory | storage part 131 Operation amount trajectory system memory | storage part 122 State trajectory system memory | storage part 130 State trajectory series memory | storage part 140 Feedback control Unit 150 disturbance estimation unit 160 state estimation unit 170 state feedback control unit 171 speed type state feedback control unit 172 position type state feedback control unit 180 operation amount conversion unit 190 changeover switch 200 control target 300 PWM amplifier 400 drive side inertial body (motor)
500 Driven inertial body (photosensitive drum)

Claims (15)

駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、
予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道として記憶しておき、前記状態軌道に沿うように状態フィードバック制御を行って位置決めすることを特徴とする位置決め制御方法。
In a positioning control method of a mechanism that forms a torsional vibration system including a driving side inertial body connected to a driving shaft and a driven side inertial body connected to a driven shaft,
Positioning control characterized in that a data sequence of a state trajectory and an operation amount trajectory from an initial position to a target position is stored in advance as a control reference trajectory, and positioning is performed by performing state feedback control along the state trajectory. Method.
駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御方法において、
制御の参照軌道として、回転起動時から定速時までの第1の区間と回転減速から停止時までの第2の区間との2つに分け、
前記第1の区間における第1の状態軌道及び第1の操作量軌道のデータ系列、並びに前記第2の区間における第2の状態軌道及び第2の操作量軌道のデータ系列を予め記憶し、
前記第1の区間では、前記第1の状態軌道に沿うように前記第1の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、速度について状態フィードバック制御を行い、
目標位置近傍に近づいたら制御モードを第1の区間から第2の区間へと切り換え、
前記第2の区間では、前記第2の状態軌道に沿うように前記第2の操作量軌道のデータ系列を発生させ、かつ、位置について状態フィードバック制御を行い、位置決めを行うことを特徴とする位置決め制御方法。
In a positioning control method of a mechanism that forms a torsional vibration system including a driving side inertial body connected to a driving shaft and a driven side inertial body connected to a driven shaft,
As a reference trajectory for control, it is divided into two sections, a first section from rotation start to constant speed and a second section from rotation deceleration to stop.
Preliminarily storing a data sequence of the first state trajectory and the first manipulated variable trajectory in the first interval, and a data sequence of the second state trajectory and the second manipulated variable trajectory in the second interval;
In the first section, a data sequence of the first manipulated variable trajectory is generated along the first state trajectory, and state feedback control is performed on the speed,
When approaching the vicinity of the target position, the control mode is switched from the first section to the second section,
In the second section, positioning is performed by generating a data sequence of the second manipulated variable trajectory along the second state trajectory and performing state feedback control on the position. Control method.
駆動軸に連結された駆動側慣性体と、従動軸に連結された従動側慣性体とを含む捩り振動系を成す機構の位置決め制御装置において、
予め初期位置から目標位置への状態軌道及び操作量軌道のデータ系列を制御の参照軌道としてそれぞれ記憶する第1及び第2の記憶部を備えた参照軌道発生手段と、
前記第1の記憶部に記憶された前記状態軌道に沿うように前記第2の記憶部に記憶された操作量軌道に対して状態フィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
を備え、前記機構の位置決めを行うことを特徴とする位置決め制御装置。
In a positioning control device for a mechanism that forms a torsional vibration system including a driving side inertial body connected to a driving shaft and a driven side inertial body connected to a driven shaft,
Reference trajectory generating means comprising first and second storage units for storing a data sequence of a state trajectory and an operation amount trajectory from an initial position to a target position in advance as control reference trajectories,
Feedback control means for performing state feedback control on the operation amount trajectory stored in the second storage unit so as to follow the state trajectory stored in the first storage unit;
And a positioning control device for positioning the mechanism.
前記第1及び第2の記憶部が回転起動から定速時までの状態軌道及び操作量軌道の第1のデータ列と、回転減速から停止時までの状態軌道と操作量起動の第2のデータ列をそれぞれ記憶することを特徴とする請求項3記載の位置決め制御装置。   The first and second storage units store a first data string of a state trajectory and an operation amount trajectory from the start of rotation to a constant speed, and a second data of a state trajectory and an operation amount start from the rotation deceleration to the stop. 4. The positioning control apparatus according to claim 3, wherein each column is stored. 前記フィードバック制御手段が、回転起動から定速時までの制御を行う第1のフィードバック制御部と、回転減速から停止時までの制御を行う第2のフィードバック制御部とを備えていることを特徴とする請求項3又は4記載の位置決め制御装置。   The feedback control means includes a first feedback control unit that performs control from rotation start to constant speed and a second feedback control unit that performs control from rotation deceleration to stop. The positioning control device according to claim 3 or 4. 前記第1のフィードバック制御部は、前記第1及び第2の記憶部から前記第1のデータ列を使用して速度型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項5記載の位置決め制御装置。   6. The positioning control apparatus according to claim 5, wherein the first feedback control unit performs speed-type state feedback control using the first data string from the first and second storage units. 前記第2のフィードバック制御部は、前記第1及び第2の記憶部から前記第2のデータ列を使用して位置型状態フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項5記載の位置決め制御装置。   The positioning control device according to claim 5, wherein the second feedback control unit performs position-type state feedback control using the second data string from the first and second storage units. 前記フィードバック制御手段で使用する前記第1又は第2のデータ列を切り換える切り換え手段を備えていることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1項に記載の位置決め制御装置。   8. The positioning control apparatus according to claim 5, further comprising switching means for switching the first or second data string used in the feedback control means. 前記フィードバック制御手段は外乱推定部を備え、当該外乱推定部によって推定された推定値を用いて外乱を相殺するように操作量に印加することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の位置決め制御装置。   The said feedback control means is provided with a disturbance estimation part, It applies to the operation quantity so that a disturbance may be canceled using the estimated value estimated by the said disturbance estimation part. The positioning control device described in 1. 前記フィードバック制御手段は状態推定部を備え、前記外乱推定部によって推定された前記推定値を状態フィードバック制御のための状態推定に用いることを特徴とする請求項9記載の位置決め制御装置。   The positioning control device according to claim 9, wherein the feedback control unit includes a state estimation unit, and uses the estimated value estimated by the disturbance estimation unit for state estimation for state feedback control. 状態フィーバック制御に用いる状態量が、前記フィードバック制御手段の処理に要する時間を含んでいることを特徴とする請求項10記載の位置決め制御装置。   11. The positioning control apparatus according to claim 10, wherein the state quantity used for the state feedback control includes a time required for processing of the feedback control means. 状態フィーバック制御に用いる状態量が、目標値と制御出力の偏差に関する積分値を含んでいることを特徴とする請求項10記載の位置決め制御装置。   11. The positioning control device according to claim 10, wherein the state quantity used for the state feedback control includes an integral value relating to a deviation between the target value and the control output. 前記状態推定部がカルマンフィルタを備えていることを特徴とする請求項10記載の位置決め制御装置。   The positioning control apparatus according to claim 10, wherein the state estimation unit includes a Kalman filter. 前記状態推定部が最適レギュレータを備えていることを特徴とする10記載の位置決め制御装置。   11. The positioning control apparatus according to 10, wherein the state estimation unit includes an optimum regulator. 請求項3ないし14のいずれか1項に記載の位置決め制御装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the positioning control device according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015049613A (en) * 2013-08-30 2015-03-16 ブラザー工業株式会社 Conveyance system

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