JP2011200017A - モータ制御装置、それを用いた画像形成装置、モータ制御装置の制御方法、及びモータ制御装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】位置偏差を早く解消して必要な精度を維持することができ、かつ、より簡単な制御で位置制御を行えるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置の制御回路は、ブラシレスモータを制御し駆動させる。制御回路は、モータの起動時からモータが所定の速度ポイントに到達するまでの間の区間Ａに、略一定の加速指令に基づいてモータを加速させ、その後、モータが目標回転速度をオーバーシュートし加速度が略ゼロになるまでの区間Ｂに、モータを速度制御する。制御回路は、モータが加速度ゼロポイントに達してから位置偏差が解消される地点に到達するまでの区間Ｃに、モータの位置制御を開始する。制御回路は、モータが目標速度に到達するまでに発生した負の位置偏差量に応じて、その後、モータの回転速度を積極的にオーバーシュートさせることで、その位置偏差量を解消する。したがって、モータの起動時に発生する位置偏差がより早く解消される。
【選択図】図３

Description

この発明は、モータ制御装置、それを用いた画像形成装置、モータ制御装置の制御方法、及びモータ制御装置の制御プログラムに関し、特に、ブラシレスモータの位置制御を行えるモータ制御装置、それを用いた画像形成装置、モータ制御装置の制御方法、及びモータ制御装置の制御プログラムに関する。

例えば画像形成装置（スキャナ機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンタとしての機能、データ通信機能、及びサーバ機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ファクシミリ装置、複写機、プリンタなど）などの機器においては、ブラシレスモータ及びそれを制御するモータ制御装置が用いられることがある。

従来、ブラシレスモータを高精度に位置制御する方法としては、例えばベクトル制御方式のものが採用されていた。ベクトル制御方式での制御を行うことにより、モータの起動時から理想速度カーブと位置偏差とが略ゼロとなるような、高精度な位置制御を行うことができる。

下記特許文献１には、起動時間に発振を起こさないような制御パラメータを自動的に調整すると共に、発振を起こす限界の加速度を自動的に調べて発振を防止できる自動調整サーボ制御装置が開示されている。この装置では、サーボ動作に基づいてオーバーシュート量と整定時間とを計算し、制御パラメータのオートチューニングを行う。

下記特許文献２には、試験駆動により計測フィードバック制御を行い、サーボモータの駆動時に用いられるサーボゲインパラメータを自動的にチューニングするサーボゲインパラメータチューニング装置が開示されている。この装置は、速度波形のオーバーシュートを抑制しながら、整定時間や速度リップルが最適になるように、自動的にチューニングを行う。

下記特許文献３には、リニアモータの可動子の走行に伴って発生する位置検出信号に応じて駆動電力を変化させ、オーバーシュートが発生せず、起動時間がより短くなるように制御を行うモータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置では、可動子の移動に伴い位置検出信号を発生させ、モータの起動時に検出される位置検出信号に応じてモータ部の速度を変化させる。

特開平６−２４２８０３号公報 特開平７−１０７７６６号公報 特開平１１−１１３２７７号公報

ところで、ベクトル制御方式による制御は高度で複雑であるので、それを行うためには、高価なＣＰＵや部品が必要となることがある。

このような問題に関し、上述の特許文献１に記載の装置では、比較的簡素な構成を採用しているものの、サーボ動作に基づいてオーバーシュート量と整定時間との計算を行い制御を行うため、位置偏差を速やかに解消することができないという問題がある。このような問題に対する解決策などは、特許文献２や特許文献３には開示されていない。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、位置偏差を速やかに解消して必要な精度を維持することができ、かつ、簡単な制御で位置制御を行えるモータ制御装置、それを用いた画像形成装置、モータ制御装置の制御方法、及びモータ制御装置の制御プログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置は、ブラシレスモータを起動させるとき、起動時からブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御部と、第１の期間の終了後、ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御部と、第２の期間の終了後、ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御部とを備える。

好ましくはモータ制御装置は、第１の期間及び第２の期間におけるブラシレスモータの実際の動作速度カーブに対応する累積位置情報を保持する保持部と、保持部により保持された累積位置情報と第１期間制御部及び第２期間制御部による制御に用いられる指令加速カーブに基づく累積位置情報とに応じて、ブラシレスモータの位置偏差に関する情報を算出する算出部とをさらに備え、第３期間制御部は、算出部により算出されたブラシレスモータの位置偏差に関する情報に基づいて、ブラシレスモータの位置制御を行う。

好ましくは第３期間制御部は、ブラシレスモータが起動開始してからその回転速度が目標速度に到達するまでの期間において生じた位置偏差量が、ブラシレスモータの回転速度が目標速度に到達してから生じるオーバーシュート偏差量で相殺されるように、ブラシレスモータの位置制御を行う。

好ましくは第１期間制御部は、ブラシレスモータの負荷条件に応じて、ブラシレスモータのオーバーシュート量が規定の上限値を超えず位置偏差の解消までの時間が短くなるように、一定の加速指令に基づく制御を行う。

好ましくは第３期間制御部は、ブラシレスモータの位置制御を開始するとき、位置制御に関する位置フィードバックゲインを速度制御に関する速度フィードバックゲインよりも高く設定する。

好ましくは所定の速度ポイントは、ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのブラシレスモータの加速度の大きさに応じて設定される。

好ましくはモータ制御装置は、ブラシレスモータの加速度が取り得る値の複数のレンジ毎に所定の速度ポイントに関するパラメータが予め定められた速度ポイント設定データをさらに備え、第１期間制御部は、ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのブラシレスモータの加速度に応じて、速度ポイント設定データからパラメータを取得し、そのパラメータに基づいて所定の速度ポイントの決定を行う。

好ましくはモータ制御装置は、ブラシレスモータの特定の加速度α_ｎ（ｎは整数）とそれに対応する所定の速度ポイントに関するパラメータとの組み合わせが予め複数組設定された速度ポイント設定データをさらに備え、第１期間制御部は、ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのブラシレスモータの加速度αが、α_ｎ＞α≧α_ｎ＋１（α_ｎ＞α_ｎ＋１、ｎは整数）を満たす場合において、ブラシレスモータの加速度αを加速度α_ｎとみなして速度ポイント設定データを参照し、パラメータのうちその加速度α_ｎに対応するものに基づいて所定の速度ポイントの決定を行う。

この発明の他の局面に従うと、画像形成装置は、画像形成装置が実行する動作に用いられるブラシレスモータと、上述のいずれかに記載のモータ制御装置とを備え、モータ制御装置がブラシレスモータを駆動する。

この発明のさらに他の局面に従うと、位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置の制御方法は、ブラシレスモータを起動させるとき、起動時からブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御ステップと、第１の期間の終了後、ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御ステップと、第２の期間の終了後、ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御ステップとを備える。

この発明のさらに他の局面に従うと、位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置の制御プログラムは、ブラシレスモータを起動させるとき、起動時からブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御ステップと、第１の期間の終了後、ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御ステップと、第２の期間の終了後、ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御ステップとをコンピュータに実行させる。

これらの発明に従うと、ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートした後にブラシレスモータの位置制御が行われ、ブラシレスモータの位置偏差が解消される。したがって、ブラシレスモータの位置偏差を速やかに解消して必要な精度を維持することができ、かつ、簡単な制御で位置制御を行えるモータ制御装置、それを用いた画像形成装置、モータ制御装置の制御方法、及びモータ制御装置の制御プログラムを提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおける画像形成装置のハードウェア構成を示す側面図である。 制御回路の構成を示すブロック図である。 モータの起動時におけるモータの回転速度と時間との関係及びそれに対応するフィードバックゲインと時間との関係を示すグラフである。 モータの起動時におけるモータの回転速度と時間との関係及びそれに対応する位置偏差と時間との関係を示すグラフである。 モータの起動時におけるモータの回転速度と時間との関係を示すグラフである。 パラメータ表の一例を示す図である。 モータの制御時のＣＰＵの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態の１つにおける画像形成装置について説明する。

画像形成装置は、用紙などをローラにより搬送しその用紙などに電子写真方式により印刷（プリント）を行うプリント機能や、文書データなどをＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などに保存するサーバ機能などを有している。画像形成装置は、ブラシレスモータとそれを制御し駆動させる制御回路（モータ制御装置の一例）とを有しており、ブラシレスモータを駆動させることにより、種々の機能を実行する。

本実施の形態において、制御回路は、ブラシレスモータの位置制御機能を有している。制御回路は、位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、例えばサーボ制御対象物の現在位置をサンプリングする周期毎に設定速度に基づく位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させる。ブラシレスモータの位置制御には、ベクトル制御方式などの高度であって高精度な制御は採用されておらず、画像形成装置の動作に支障がない一定程度の精度を確保可能な、簡易型の位置制御方式による制御が採用されている。すなわち、制御回路は、ブラシレスモータの起動時にオーバーシュートを発生させ、起動中の位置偏差とオーバーシュートを相殺させる制御を行い、短時間で起動時のブラシレスモータの位置偏差を解消させる。制御回路として製造コストが低い簡素なものを採用しながら、起動時に、十分な精度を確保しながら速やかにブラシレスモータの位置制御を行うことができる。

［実施の形態］

まず、本実施の形態に係る画像形成装置の全体の構成について説明する。

［画像形成装置の全体の構成］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける画像形成装置のハードウェア構成を示す側面図である。

図を参照して画像形成装置１は、給紙カセット３と、排紙トレイ５と、プリント部３０とを備える。

給紙カセット３は、画像形成装置１の下部に、画像形成装置１の筐体に抜き差し可能に配置されている。各給紙カセット３に装てんされた用紙は、印字時に、１枚ずつ給紙カセット３から給紙され、プリント部３０に送られる。給紙カセット３の数は１つに限られず、それより多くてもよい。

排紙トレイ５は、画像形成装置１の筐体の上方に配置されている。排紙トレイ５には、プリント部３０により画像が形成された用紙が筐体の内部から排紙される。

プリント部３０は、画像形成装置１の筐体の内部に配置されている。プリント部３０は、おおまかに、用紙搬送部２００と、トナー像形成部３００と、定着装置４００と、モータ（駆動部；図２に示す。）５００とを有している。プリント部３０は、いわゆるタンデム方式でＣＭＹＫの４色の画像を合成し、用紙にカラー画像を形成可能である。

用紙搬送部２００は、給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０、排紙ローラ２３０などで構成されている。給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０、及び排紙ローラ２３０は、それぞれ、例えば対向する２つのローラで用紙を挟みながらそのローラを回転させて用紙を搬送する。給紙ローラ２１０は、給紙カセット３から用紙を１枚ずつ給紙する。給紙ローラ２１０により、用紙が画像形成装置１の筐体の内部に給紙される。搬送ローラ２２０は、給紙ローラ２１０により給紙された用紙をトナー像形成部３００に搬送する。また、搬送ローラ２２０は、定着装置４００を経由した用紙を排紙ローラ２３０に搬送する。排紙ローラ２３０は、搬送ローラ２２０により搬送された用紙を画像形成装置１の筐体の外部に排出する。用紙搬送部２００は、これら以外にも用紙を搬送するためなどに用いられるローラを有していてもよい。

トナー像形成部３００は、４色のトナーボトル３０１Ｙ，３０１Ｍ，３０１Ｃ，３０１Ｋ（以下、これらをまとめてトナーボトル３０１と呼ぶことがある）と、中間転写ベルト３０５と、転写ローラ３０７と、４組の現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃ，３１０Ｋ（以下、これらをまとめて現像ユニット３１０と呼ぶことがある）と、レーザスキャンユニット３２０などで構成されている。

イエロートナーボトル３０１Ｙ、マゼンタトナーボトル３０１Ｍ、シアントナーボトル３０１Ｃ、ブラックトナーボトル３０１Ｋは、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）のＣＭＹＫ各色のトナーを貯蔵する。

中間転写ベルト３０５は、環状であり、２つのローラ間に架けわたされている。中間転写ベルト３０５は、用紙搬送部２００と連動して回転する。転写ローラ３０７は、中間転写ベルト３０５のうち一方のローラに接触している部分に対向するように配置されている。用紙は、中間転写ベルト３０５と転写ローラ３０７との間で挟持されながら搬送される。

現像ユニット３１０は、感光体３１１（現像ユニット毎に感光体３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃ，３１１Ｋが設けられる。）、現像装置、クリーナ、及び帯電器などを含む。イエロー現像ユニット３１０Ｙ，マゼンタ現像ユニット３１０Ｍ，シアン現像ユニット３１０Ｃ，ブラック現像ユニット３１０Ｋは、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像を形成するために配置されている。現像ユニット３１０は、中間転写ベルト３０５の直下に並置されている。レーザスキャンユニット３２０は、各感光体３１１上にレーザ光を走査可能に配置されている。

トナー像形成部３００において、レーザスキャンユニット３２０は、ＹＭＣＫの各色別の画像データに基づいて、帯電器により一様に帯電した感光体３１１上に潜像を形成する。現像装置は、各感光体３１１に各色別のトナー像を形成する。各感光体３１１は、トナー像を中間転写ベルト３０５に転写し、その中間転写ベルト３０５上に、用紙に形成するトナー像の鏡像を形成する（１次転写）。その後、高電圧が印加された転写ローラ３０７により、中間転写ベルト３０５に形成されたトナー像が用紙に転写され、用紙上にトナー像が形成される（２次転写）。

画像形成により現像ユニット３１０内のトナーが少なくなると、各色のトナーボトル３０１内に保管されたトナーが現像ユニットに供給される。

定着装置４００は、加熱ローラ４０１及び加圧ローラ４０３を有している。定着装置４００は、加熱ローラ４０１と加圧ローラ４０３とでトナー像が形成された用紙を挟持しながら搬送し、その用紙に加熱及び加圧を行う。これにより、定着装置４００は、用紙に付着したトナーを溶融させて用紙に定着させ、用紙に画像を形成する。定着装置４００を経由した用紙は、排紙ローラ２３０により、画像形成装置１の筐体から排紙トレイ５に排出される。

画像形成装置１は、モータ５００として、例えば、メインモータ５０１、定着モータ５０２、黒現像モータ５０３、カラー現像モータ５０４、及びカラー感光体モータ５０５を有している（これらをまとめてモータ５００と呼ぶことがある。）。これらのモータ５００は、例えば、ブラシレスモータである。モータ５００は、後述する制御回路（モータ制御装置の一例）２０（図２に示す。）の制御の下で駆動される。

メインモータ５０１は、給紙工程から転写工程までの用紙搬送と、中間転写ベルト３０５及び黒感光体３１１Ｋの駆動とを行う。定着モータ５０２は、定着装置４００の駆動を行う。黒現像モータ５０３は、ブラック現像ユニット３１０Ｋの駆動を行う。カラー現像モータ５０４は、イエロー・マゼンタ・シアンの現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃの駆動を行う。カラー感光体モータ５０５は、イエロー・マゼンタ・シアンの感光体３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃの駆動を行う。制御回路２０は、モータ５００のサーボ制御を行う。すなわち、制御回路２０は、このような各モータ５００のサーボ制御対象物の位置を、各時刻における目標位置に一致させることで、画像形成装置１の画像形成機能などを実行させる。

画像形成装置１に印字が指示されると、給紙カセット３に格納された用紙は、給紙ローラ２１０により１枚ずつ取り出される。用紙は、給紙ローラ２１０、搬送ローラ２２０により搬送される。給紙と並行して、帯電された各色の感光体３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃ，３１１Ｋが、レーザスキャンユニット３２０により画像データに基づき露光される。感光体３１１上には、各色の現像ユニット３１０Ｙ，３１０Ｍ，３１０Ｃ，３１０Ｋ内のトナーで現像されることで、トナー画像が形成される。各色の感光体３１１上に形成されたトナー画像は中間転写ベルト３０５上に転写され、中間転写ベルト３０５上に４色分のトナー画像が形成される。次に、転写ローラ３０７に電圧が印加されることで、中間転写ベルト３０５上に形成されたトナー画像が搬送された用紙に転写される。用紙上に形成されたトナー画像は、用紙が定着装置４００を通過し熱と圧力が加えられることで、用紙に定着される。トナー画像が定着された用紙は、排紙ローラ２３０により排紙トレイ３に排出される。

図２は、制御回路２０の構成を示すブロック図である。

図を参照して、制御回路２０は、ＣＰＵ（制御部）２１と、データ記憶部２３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２５とを有している。

ＣＰＵ２１は、モータ（ブラシレスモータ）５００の動作を制御する。また、ＣＰＵ２１は、エンコーダ５５０に接続されている。エンコーダ５５０は、モータ５００の動作に伴い、パルス信号をＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、エンコーダ５５０から送信されたパルス信号に基づいて、モータ５００の動作を制御する。

データ記憶部２３は、例えばフラッシュＲＯＭ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。データ記憶部２３には、印刷ジョブのデータや、各種の設定データなど、画像形成装置１が動作するために用いられるデータが記憶されている。

データ記憶部２３には、制御プログラム２３ａ及び運転マップ２３ｂが記憶されている。制御プログラム２３ａは、画像形成装置１の種々の動作を行うために実行されるプログラムである。ＣＰＵ２１は、制御プログラム２３ａなどを実行することにより、モータ５００を含む画像形成装置１の種々の動作を制御する。ＣＰＵ２１は、ユーザの操作に基づく操作信号が送られたり、クライアントＰＣなどから操作コマンドが送信されたりすると、それらに応じた制御プログラム２３ａを実行する。これにより、ユーザによる操作などに応じて、画像形成装置１の動作が行われる。

運転マップ２３ｂは、後述するようにＣＰＵ２１がモータ５００を動作させる際に読み込まれ利用されるデータである。運転マップ２３ｂとしては、例えば、ＣＰＵ２１の制御対象となるモータ５００に関する種々の情報が記憶されている。すなわち、後述のパラメータ表など加速度αに対応する第１の期間の速度ポイントに関する情報や、理想速度カーブ（指令加速カーブの一例）に関する情報などが、運転マップ２３ｂとして記憶されている。

ＲＡＭ２５は、ＣＰＵ２１のメインメモリである。ＲＡＭ２５は、ＣＰＵ２１が制御プログラム２３ａを実行するときに必要なデータを記憶するのに用いられる。

［制御回路２０によるブラシレスモータの制御の説明］

以下、制御回路２０によるモータ５００の制御について説明する。

ＣＰＵ２１は、モータ５００を負荷のバラツキに関係なく狙いの速度（位置）で駆動するために、モータ５００に対して加速指令電圧やブレーキ信号などの速度指令（位置指令）を出力し、モータ５００を駆動させ、モータ５００の回転速度とローター回転量とを制御する。このとき、モータ５００から回転状態信号が、エンコーダ５５０からパルス信号が、それぞれＣＰＵ２１に対して送られる。ＣＰＵ２１は、送られた信号に基づいてモータ５００をフィードバック制御などにより制御する。ＣＰＵ２１は、モータ５００を制御するための位置制御ループ２１ａ及び速度制御ループ２１ｂを備えている。ＣＰＵ２１は、位置制御ループ２１ａについての位置フィードバックゲイン及び速度制御ループ２１ｂについての速度フィードバックゲインを調整して、モータ５００の制御を行う

ＣＰＵ２１は、データ記憶部２３から、運転マップ２３ｂを読み込んで、モータ５００の制御を行う。例えば、ＣＰＵ２１は、制御対象のモータ５００の第１の期間の速度ポイント情報や、理想速度カーブ情報などを読み込む。また、ＣＰＵ２１は、モータ５００の起動時において、モータ５００の起動時からの理想速度カーブと、モータ５００の実際の動作速度カーブ（加速カーブと呼ぶことがある。）とを参照し、モータ５００の位置偏差をデータ記憶部２３に記録する。

［ブラシレスモータの起動時の制御］

本実施の形態において、ＣＰＵ２１は、大きく分けて３種類の方式による制御を切り替えて、モータ５００の起動を行う。すなわち、モータ５００の起動時には、ＣＰＵ２１は、時間の経過順に、第１期間制御、第２期間制御、及び第３期間制御を行う。以下、この制御について説明する。

モータ５００の起動時にＣＰＵ２１により行われる制御は、モータ５００が起動開始してから位置偏差が略解消された状態での駆動を開始するまでの期間を３段階（３区間）に分けて行われる。すなわち、第１の期間（区間Ａと呼ぶことがある。）は、起動時からモータ５００の回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの間である。第２の期間（区間Ｂと呼ぶことがある。）は、モータ５００の回転速度が所定の速度ポイントに達してから、モータ５００の回転速度が目標回転速度をオーバーシュートし、その後加速度が略ゼロになる加速度ゼロポイントに到達するまでの間である。第３の期間（区間Ｃと呼ぶことがある。）は、モータ５００の加速度がゼロになってから、モータ５００の位置偏差が解消されるまでの間である。

ＣＰＵ２１は、第１の期間においては、第１期間制御を行う。第１期間制御では、ＣＰＵ２１は、略一定の加速指令に基づく制御を行い、モータ５００を加速させる。

ＣＰＵ２１は、第１期間制御による制御後、第２の期間においては、第２期間制御を行う。第２期間制御では、ＣＰＵ２１は、モータ５００の速度制御を開始する。

ＣＰＵ２１は、第２期間制御による制御後、第３の期間においては、第３期間制御を行う。第３期間制御では、ＣＰＵ２１は、モータ５００の位置偏差に関する情報に基づいて、モータ５００の位置偏差が解消するように、モータ５００の位置制御を開始する。

図３は、モータ５００の起動時におけるモータ５００の回転速度と時間との関係及びそれに対応するフィードバックゲインと時間との関係を示すグラフである。

図を参照して、モータ５００の起動時にＣＰＵ２１が行う制御の内容を詳細に説明する。図において、比較的太い実線がモータ５００の実際の速度動作カーブすなわち現実の速度動作カーブを示す。また、比較的細い実線は、ＣＰＵ２１によるモータ５００の制御下でのモータ５００の理想速度カーブすなわち指令速度カーブを示す。

まず、第１の期間（区間Ａ）において、ＣＰＵ２１は、略一定の加速指令により、モータ５００の速度が所定の速度ポイントに達するまで、モータ５００を駆動させる。このとき、速度フィードバックゲイン及び位置フィードバックゲインは、共に略ゼロである。モータ５００は、起動した後、モータ５００の回転速度が所定の速度ポイントに達するまで、略一定の加速度αでモータ５００を加速する。

本実施の形態において、目標速度（例えば、定常駆動時の速度として予め設定されている回転速度）の所定の割合Ｘ［％］の回転速度が所定の速度ポイントとして設定されている。したがって、ＣＰＵ２１は、モータ５００の回転速度が速度ポイントに到達するまでは、一定の加速指令に従いモータ５００を加速させる。これにより、図に示すように、経過時間に略正比例してモータ５００の回転速度が上昇する。

次に、モータ５００の回転速度が速度ポイントに達すると、第１の期間が終了し、第２の期間（区間Ｂ）に入る。ＣＰＵ２１は、第１期間制御から第２期間制御に制御方法を切替え、モータ５００の速度制御を開始する。

すなわち、第２期間制御では、速度フィードバックゲインがある程度の大きさの値とされることにより、ＣＰＵ２１が速度制御を行う。モータ５００の回転速度は、所定の速度ポイントを超えた後に上昇し続け、目標速度をオーバーシュートする。目標速度をオーバーシュートすると、モータ５００はその加速度αが減少するように速度制御される。

モータ５００の回転速度が目標速度をオーバーシュートした後、その加速度αが減少して加速度αがゼロになると、第２の期間が終了し、第３の期間（区間Ｃ）に入る。ＣＰＵ２１は、第２期間制御から第３期間制御に制御方法を切替え、モータ５００の位置制御を開始する。

すなわち、第３期間制御では、位置フィードバックゲインがある程度の大きさの値とされる。このとき、速度フィードバックゲインは、第２期間制御における値と略同程度の値のまま維持される。これにより、ＣＰＵ２１は、速度制御を継続しながら、位置制御を開始する。ＣＰＵ２１は、モータ５００の位置偏差が小さくなるように、モータ５００を制御する。位置フィードバックゲインは、位置偏差が解消されるまでは、速度フィードバックゲインよりも大きい値になるように設定される。位置フィードバックゲインは、位置偏差が解消されると、速度フィードバックゲインよりも小さい値になるように設定される。

ここで、モータ５００の位置偏差に関する情報は、以下のようにして得られる。すなわち、ＣＰＵ２１は、第１の期間及び第２の期間におけるモータ５００の実際の動作速度カーブに対応する累積位置情報を、例えばデータ記憶部２３などに書き込むことなどにより、保持する。また、ＣＰＵ２１は、位置偏差を算出する際、そのようにして保持された累積位置情報すなわち実際的な累積位置情報を読み出すと共に、第１期間制御及び第２期間制御に用いられた指令に基づく理想速度カーブから算出される累積位置情報すなわち理想的な累積位置情報を読み出す。ＣＰＵ２１は、読み出した２つの累積位置情報を比較して、モータ５００の位置偏差に関する情報を算出する。すなわち、ＣＰＵ２１は、起動開始時から、理想速度カーブと実際の動作速度カーブとに基づいてモータ５００の位置偏差に関する情報を累積して保持する。

図４は、モータ５００の起動時におけるモータ５００の回転速度と時間との関係及びそれに対応する位置偏差と時間との関係を示すグラフである。

図において、比較的太い実線が、負荷が最小であるときの、モータ５００の実際の速度動作カーブを示す。また、比較的細い実線は、ＣＰＵ２１によるモータ５００の制御下でのモータ５００の理想速度カーブを示す。

図を参照して、モータ５００の回転速度が目標速度に達するまでの期間において、モータ５００の回転速度が理想速度よりも小さいことにより、次第に位置偏差の絶対値は大きくなる（負の偏差）。このとき、理想速度カーブと動作速度カーブとで囲まれた部分の面積が、位置偏差の増加量を示す位置偏差量Ｓ１になる。

他方、モータ５００の回転速度が目標速度をオーバーシュートした後、モータ５００の回転速度が目標速度に戻るまでの期間においては、モータ５００の回転速度が理想速度すなわち目標速度よりも大きいことにより、累積の位置偏差量が次第に小さくなる。このとき、理想速度カーブと動作速度カーブとで囲まれた部分Ｓ２の面積が、位置偏差の減少量を示す位置偏差量（オーバーシュート偏差量）Ｓ２となる。なお、このような最低負荷条件下におけるオーバーシュート量は実験値として求めることができる。

ＣＰＵ２１は、位置偏差が解消されるように、位置偏差量Ｓ１がオーバーシュート偏差量Ｓ２で相殺されるように位置制御を行う。第３期間制御では、このように速度制御に加えて位置制御が行われるので、位置偏差を解消してモータ５０を目標速度で駆動することができる。第１の期間及び第２の期間においてモータ５００が目標速度に到達するまでの実際の動作速度カーブと理想速度カーブとの負の位置偏差量が、第２の期間においてモータ５００が目標速度に到達してからオーバーシュート偏差量が解消される地点までに生じるプラスの累積位置偏差量Δσ＋で解消されるように、理想速度カーブが設定されモータ５００が制御されてもよい。

次に、モータ５００の負荷バラツキを考慮し、負荷が小さい条件下における制御方法及び負荷が大きい条件下における制御方法について説明する。

図５は、モータ５００の起動時におけるモータ５００の回転速度と時間との関係を示すグラフである。

図において、比較的太い実線が、負荷が比較的小さいときの、モータ５００の実際の速度動作カーブを示す。また、破線は、負荷が比較的大きい時の、モータ５００の実際の速度動作カーブを示す。比較的細い実線は、ＣＰＵ２１によるモータ５００の制御下でのモータ５００の理想速度カーブを示す。

図を参照して、負荷が比較的小さい場合と大きい場合とで、モータ５００が起動してからその回転速度が上昇する程度が異なる。すなわち、負荷が異なると、モータ５００の加速度が異なる。モータ５００の加速度が異なる場合、モータ５００の回転速度が目標速度を超えるまでに生じる位置偏差の量が異なる。そのため、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、モータ５００の加速度に応じてオーバーシュート量を変更させることで、位置偏差の解消を速やかに行う。

このようなＣＰＵ２１の制御は、例えば、予め設定されたパラメータ表（速度ポイント設定データの一例）に基づいて行われる。すなわち、ＣＰＵ２１は、第１の期間のモータ５００が起動開始してから所定の時間経過後の時刻ｔ１におけるモータ５００の加速度αの大きさに基づいて、所定の速度ポイントを設定する。これにより、オーバーシュート量が変更される。すなわち、オーバーシュート量は、モータ５００の負荷条件に応じて変更される。

図６は、パラメータ表の一例を示す図である。

図を参照して、パラメータ表は、時刻ｔ１におけるモータ５００の加速度α［ｒｐｓ／ｓ］と、それに対応する、速度ポイントの位置を規定するパラメータＸ［％］、そのときのオーバーシュート量（偏差量）［ｒａｄ］、及び目標速度に達するまでに生じる位置偏差量［ｒａｄ］とを含む。

本実施の形態において、パラメータ表には、加速度αのレンジ毎に互いに異なるパラメータの組み合わせが２組設定されている。すなわち、加速度αの値が１８０より大きく２００以下である条件１と、加速度αの値が１８０以下である条件２とが設定されている。

条件１において、速度ポイントは、目標速度に所定の割合Ｘ１（所定の速度ポイントに関するパラメータの一例）すなわち８０％を掛けて得られた値である。このとき、目標速度に達するまでの位置偏差量の値は３０以上となり、オーバーシュート量の値が３０以下とされる。すなわち、オーバーシュート量は、規定の上限値である３０以下となるように制御が行われる。他方、条件２において、速度ポイントは、目標速度に所定の割合Ｘ２（所定の速度ポイントに関するパラメータの他例）すなわち９０％を掛けて得られた値である。このとき、目標速度に達するまでの位置偏差量の値は５０以上となり、オーバーシュート量の値が５０以下とされる。すなわち、オーバーシュート量は、規定の上限値である５０以下となるように制御が行われる。

ＣＰＵ２１は、モータ５００の起動時に、時刻ｔ１におけるモータ５００の加速度αに応じて、パラメータ表から条件１又は条件２のいずれかのパラメータを取得し、そのパラメータに基づいて所定の速度ポイントの決定を行い、モータ５００を制御する。例えば、時刻ｔ１で加速度αが条件１の範囲内であれば、ＣＰＵ２１は、速度制御を開始する期間を比較的早めのポイントすなわちモータ５００の回転速度が目標速度のＸ１の割合（８０％）に到達するポイントとして、オーバーシュートを抑える。他方、時刻ｔ１で加速度αが条件２の範囲内であれば、位置偏差量が大きくなる。したがって、ＣＰＵ２１は、速度制御を開始する期間を比較的遅めのポイントすなわちモータ５００の回転速度が目標速度のＸ２の割合（９０％）に到達するポイントとして、第１の期間を長くすることでオーバーシュートを大きくする。換言すると、ＣＰＵ２１は、一定加速する速度領域を大きくすることにより、オーバーシュートを大きくする。

図７は、モータ５００の制御時のＣＰＵ２１の動作を示すフローチャートである。

図を参照して、ステップＳ１０１において、ＣＰＵ２１は、モータ５００の制御を開始する際に、例えば、オーバーシュート量の情報、カーブ１とカーブ２の２つのカーブの位置偏差の遅れ量の情報、動作速度カーブの情報、及び理想速度カーブの情報などをパラメータとする。ＣＰＵ２１は、これらのパラメータの値などを、必要に応じてデータ記憶部２３などから読み出しておく。

ステップＳ１０３からステップＳ１１３まで、第１期間制御が行われる。ステップＳ１０３において、ＣＰＵ２１は、モータ５００の起動を開始する。ＣＰＵ２１は、一定の加速度でＣＰＵ２１を駆動させる。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵ２１は、時刻ｔ１が到来したか否かを確認する。

ステップＳ１０５で時刻ｔ１が到来した場合、ステップＳ１０７において、ＣＰＵ２１は、モータ５００の加速度αの値が、１８０より大きいか否かを判断する。

ステップＳ１０７において加速度αが大きければ、ステップＳ１０９において、ＣＰＵ２１は、第１の期間の終期となる所定の速度ポイントを、目標速度のＸ１［％］の回転速度Ｘとする。

他方、ステップＳ１０７において加速度αが小さければ、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ２１は、所定の速度ポイントを、目標速度のＸ２［％］の回転速度Ｘとする。

ステップＳ１１３において、ＣＰＵ２１は、モータ５００の回転速度が、所定の速度ポイントとして設定した回転速度Ｘよりも大きいか否かを判断する。ＣＰＵ２１は、モータ５００の回転速度が所定の速度ポイントを超えるまで、モータ５００を一定の加速度で加速させながら待機する。

ステップＳ１１３においてモータ５００の回転速度が所定の速度ポイントを超えると、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１１５からステップＳ１１７まで、第２期間制御を行う。

第２期間制御では、ステップＳ１１５において、ＣＰＵ２１は、速度フィードバックゲインを増加させ、速度制御を開始する。

ステップＳ１１７において、ＣＰＵ２１は、モータ５００の加速度αがゼロであるか否かを判断する。ＣＰＵ２１は、加速度αがゼロになるまで、モータ５００の速度制御を行いながら待機する。

ステップＳ１１７において加速度αがゼロになると、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１１９において、第３期間制御を行う。

ステップＳ１１９において、ＣＰＵ２１は、位置フィードバックゲインを増加させ、位置制御を開始する。位置制御が行われると、モータ５００は略目標速度で駆動され、ＣＰＵ２１の起動時の動作は終了する。

［実施の形態における効果］

以上のように構成された画像形成装置では、モータが起動する期間を３つに分けて、それぞれの期間で段階的な制御が行われる。制御回路は、モータが目標速度に到達するまでに発生した負の位置偏差量に応じて、その後、モータの回転速度を積極的にオーバーシュートさせることで、その位置偏差量を解消する。したがって、モータの起動時に発生する位置偏差がより早く解消され、画像形成装置が、モータが起動していない状態から速やかに動作可能になる。

制御回路は、複雑で実行するためには高価な部品が必要となるベクトル制御に変えて、簡素な制御により十分な精度を満たす簡易的な位置制御を行うことができる。制御回路は簡素で安価な部品を用いて構成可能であるので、画像形成装置の製造コストを低減することができる。

［その他］

モータのうち、例えば給紙・給搬送系のモータやトナー補給系のモータなど、一部のモータのみがブラシレスモータであってもよい。また、メインモータ、定着モータ、黒現像モータ、カラー現像モータ、及びカラー感光体モータの他に、ブラシレスモータが画像形成装置に設けられており、そのモータが上記のように制御されてもよい。また、複数設けられているブラシレスモータのうち、一部のブラシレスモータのみが上記のように制御されてもよい。

ブラシレスモータの特定の加速度α_ｎ（ｎは整数）とそれに対応する前記所定の速度ポイントの設定情報との組み合わせが予め複数組設定された速度ポイント設定データが、例えばパラメータ表として設定されていてもよい。このとき、ＣＰＵは、第１期間制御として、以下のように制御を行ってもよい。すなわち、ＣＰＵは、モータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのモータの加速度αが、α_ｎ＞α≧α_ｎ＋１（α_ｎ＞α_ｎ＋１、ｎは整数）である場合において、モータの加速度αを加速度α_ｎとみなす。そして、ＣＰＵは、速度ポイント設定データのうちその加速度α_ｎに対応する所定の速度ポイントの設定情報を参照することで、所定の速度ポイントの決定を行う。これにより、上述と同様に、モータの負荷等に応じてモータの加速度が異なっても、確実にかつ速やかに位置偏差を解消することができる。

画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などいずれであってもよい。また、画像形成装置は、スキャナ機能、複写機能、プリンタとしての機能、ファクシミリ機能、データ通信機能、及びサーバ機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）であってもよい。スキャナ機能では、セットされた原稿の画像を読み取ってそれをＨＤＤ等に蓄積する。複写機能では、さらにそれを用紙等に印刷（プリント）する。プリンタとしての機能では、ＰＣ等の外部端末から印刷指示を受けるとその指示に基づいて用紙に印刷を行う。ファクシミリ機能では、外部のファクシミリ装置等からファクシミリデータを受信してそれをＨＤＤ等に蓄積する。データ通信機能では、接続された外部機器との間でデータを送受信する。サーバ機能では、複数のユーザでＨＤＤ等に記憶したデータなどを共有可能にする。

画像形成装置は、電子写真方式により画像を形成するものに限られず、例えばいわゆるインクジェット方式により画像を形成するものであってもよい。

本発明は、画像形成装置に限られず、種々の機器に搭載されてブラシレスモータの制御を行うモータ制御装置に広く適用可能である。

上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。

上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。上記のフローチャートで文章で説明された処理は、そのプログラムに従ってＣＰＵなどにより実行される。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置
２０ 制御回路（モータ制御装置の一例）
２１ ＣＰＵ
２１ａ 位置制御ループ
２１ｂ 速度制御ループ
２３ データ記憶部
２３ａ 制御プログラム
５００ モータ（ブラシレスモータ）
５０１ メインモータ（ブラシレスモータの一例）
５０２ 定着モータ（ブラシレスモータの一例）
５０３ 黒現像モータ（ブラシレスモータの一例）
５０４ カラー現像モータ（ブラシレスモータの一例）
５０５ カラー感光体モータ（ブラシレスモータの一例）

Claims (11)

1. 位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置であって、
   前記ブラシレスモータを起動させるとき、起動時から前記ブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、前記ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御部と、
   前記第１の期間の終了後、前記ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後前記ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、前記ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御部と、
   前記第２の期間の終了後、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、前記ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御部とを備える、モータ制御装置。
2. 前記第１の期間及び前記第２の期間における前記ブラシレスモータの実際の動作速度カーブに対応する累積位置情報を保持する保持部と、
   前記保持部により保持された累積位置情報と前記第１期間制御部及び前記第２期間制御部による制御に用いられる指令加速カーブに基づく累積位置情報とに応じて、前記ブラシレスモータの位置偏差に関する情報を算出する算出部とをさらに備え、
   前記第３期間制御部は、前記算出部により算出された前記ブラシレスモータの位置偏差に関する情報に基づいて、前記ブラシレスモータの位置制御を行う、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記第３期間制御部は、前記ブラシレスモータが起動開始してからその回転速度が目標速度に到達するまでの期間において生じた位置偏差量が、前記ブラシレスモータの回転速度が目標速度に到達してから生じるオーバーシュート偏差量で相殺されるように、前記ブラシレスモータの位置制御を行う、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１期間制御部は、前記ブラシレスモータの負荷条件に応じて、前記ブラシレスモータのオーバーシュート量が規定の上限値を超えず位置偏差の解消までの時間が短くなるように、前記一定の加速指令に基づく制御を行う、請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記第３期間制御部は、前記ブラシレスモータの位置制御を開始するとき、位置制御に関する位置フィードバックゲインを速度制御に関する速度フィードバックゲインよりも高く設定する、請求項１から４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記所定の速度ポイントは、前記ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点での前記ブラシレスモータの加速度の大きさに応じて設定される、請求項１から５のいずれかに記載のモータ制御装置。
7. 前記ブラシレスモータの加速度が取り得る値の複数のレンジ毎に前記所定の速度ポイントに関するパラメータが予め定められた速度ポイント設定データをさらに備え、
   前記第１期間制御部は、前記ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのブラシレスモータの加速度に応じて、前記速度ポイント設定データから前記パラメータを取得し、そのパラメータに基づいて前記所定の速度ポイントの決定を行う、請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 前記ブラシレスモータの特定の加速度α_ｎ（ｎは整数）とそれに対応する前記所定の速度ポイントに関するパラメータとの組み合わせが予め複数組設定された速度ポイント設定データをさらに備え、
   前記第１期間制御部は、前記ブラシレスモータが起動開始してから所定の時間が経過した時点でのブラシレスモータの加速度αが、α_ｎ＞α≧α_ｎ＋１（α_ｎ＞α_ｎ＋１、ｎは整数）を満たす場合において、前記ブラシレスモータの加速度αを加速度α_ｎとみなして前記速度ポイント設定データを参照し、前記パラメータのうちその加速度α_ｎに対応するものに基づいて前記所定の速度ポイントの決定を行う、請求項６に記載のモータ制御装置。
9. 画像形成装置が実行する動作に用いられるブラシレスモータと、
   請求項１から８のいずれかに記載のモータ制御装置とを備え、
   前記モータ制御装置が前記ブラシレスモータを駆動する、画像形成装置。
10. 位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置の制御方法であって、
    前記ブラシレスモータを起動させるとき、起動時から前記ブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、前記ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御ステップと、
    前記第１の期間の終了後、前記ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後前記ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、前記ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御ステップと、
    前記第２の期間の終了後、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、前記ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御ステップとを備える、モータ制御装置の制御方法。
11. 位置制御ループ及び速度制御ループを用いて、位置指令値を出力してブラシレスモータのサーボ制御を行い、サーボ制御対象物の位置を各時刻における目標位置に一致させるモータ制御装置の制御プログラムであって、
    前記ブラシレスモータを起動させるとき、起動時から前記ブラシレスモータの回転速度が所定の速度ポイントに到達するまでの第１の期間において、前記ブラシレスモータを略一定の加速指令に基づいて制御し加速させる第１期間制御ステップと、
    前記第１の期間の終了後、前記ブラシレスモータの回転速度が目標速度をオーバーシュートし、その後前記ブラシレスモータの加速度が略ゼロになるまでの第２の期間において、前記ブラシレスモータの速度制御を行う第２期間制御ステップと、
    前記第２の期間の終了後、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消されるまでの第３の期間において、前記ブラシレスモータの位置偏差が解消するように、前記ブラシレスモータの位置制御及び速度制御を行う第３期間制御ステップとをコンピュータに実行させる、モータ制御装置の制御プログラム。

Images