JP2007148648A - Positioning control method, positioning control device and image forming device - Google Patents
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Abstract
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.
・J1:駆動側慣性モーメント
・R1:駆動側プーリー半径
・J2:従動側慣性モーメント
・R2:従動側プーリー半径
・K :捩りバネ定数
・D :捩り粘性抵抗
・τ1:駆動軸トルク(操作量)
・ω1:駆動軸角速度
・θ1:駆動軸角度
・τ2:従動軸トルク(負荷)
・ω2:従動軸角速度
・θ2:従動軸角度(観測出力)
なお、このときの共振周波数ωO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.
ωO=√(K(1/J1+1/J2))
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
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(=τ1)と観測出力Y(=θ2)のほかに負荷トルクT(=τ2)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
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。
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
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
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J1、R1、J2、R2、K、D、τ1、ω1、θ1、τ2、ω2、及びθ2は前述の通りであり、操作量U(=τ1)と観測出力Y(=θ2)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
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
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θ2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
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TE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
状態フィードバック制御部170では、推定した内部状態XE(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XR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
外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θ2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TE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
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
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XE(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XR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UE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UE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
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TE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
さらに述べると、状態推定部160では、推定負荷トルクτ2、操作量U、それに回転角Y(=θ2)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XE(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θ2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θ2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XEと、設計者が希望する目標状態XR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(=τ1)を算出する。外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θ2から、従動側慣性体に印加される負荷トルクτ2を推定する。また、その負荷トルク推定値τ2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
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
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
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
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
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
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
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
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TE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XE(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UE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UE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
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XE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XEとが入力される。
At that time, in the rough operation section (at rotation start / constant speed), the
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(=θ2)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θ2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θ2に合わせて推定回転角θ2Eを修正する動作を行う。
More specifically, the
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XE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(=τ1)を算出する。外乱推定部150では、操作量Uと従動側回転角θ2から、従動側慣性体に印加される負荷トルクτ2を推定する。また、その負荷トルク推定値τ2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
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
<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
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
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
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
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.
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
500 Driven inertial body (photosensitive drum)
Claims (15)
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005340520A JP2007148648A (en) | 2005-11-25 | 2005-11-25 | Positioning control method, positioning control device and image forming device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012217230A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Brother Ind Ltd | Motor control device and image forming apparatus |
JP2015049613A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | ブラザー工業株式会社 | Conveyance system |
-
2005
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