JP2012060830A - サーボ制御装置および画像形成装置、並びにサーボ制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動体の速度を測定する速度測定部と、前記駆動体を駆動する目標速度を記憶する目標速度保持部303と、電圧制御またはPWM制御を実行する際に、速度測定部により測定された速度と、目標速度保持部に記憶された目標速度との差に応じてDCモータを駆動制御する駆動制御部と、駆動制御部によりDCモータを駆動させた場合に、前記駆動体と異物との干渉によりモータトルクが異常値になったことを検出するモータトルク異常検出部301と、を備え、モータトルク異常検出部301は、DCモータの回転数と電圧またはPWM制御Duty比から算出した値によってモータトルクが異常値であることを検出する。
【選択図】図3
Description
本発明は、DCサーボ制御装置におけるジャム検出および加速制御の処理に際して、以下の特徴を有する。すなわち、サーボ機構のジャム判定において、モータの回転速度とPWM信号からモータトルクを求め、このトルクを基準としてジャム判定を行うことで、制御対象を駆動する駆動力の異常を検出するジャム判定ができるようになることが特徴になっている。また、現在の速度で等速駆動する際に発生する摺動負荷トルクと、慣性モーメントIの制御対象を所定の角加速度αで加速させるために必要なトルクTa=I×αを、加算したトルクを求め、このトルクとモータの回転速度から求めたPWM信号をモータ出力値とすることで、所望の加速度で加速動作を行うことが特徴になっている。本発明の特徴について、以下の図面を用いて詳細に説明する。
V=−Pc×(vel_now−vel_tar)−Ic×Σ(vel_now−vel_tar)・・・(1)
Pc:比例定数
Ic:積分定数
vel_now:現在の速度
vel_tar:目標速度
サーボ制御装置において、制御対象が移動中に他の物体との干渉(ジャム)が発生した場合、移動を継続するためにモータ出力を増加させることで、制御対象や干渉した物体を破損してしまう恐れがある。これを防ぐため、ジャムを検知した場合にサーボ制御を停止する処理が行われる。
Im=(V−Ke×ω)/R・・・(2)
Im:モータ電流
V:モータ印加電圧
ω:モータ回転数
Ke:逆起電力定数
R:モータ内部抵抗
T=Im×Kt
=−(KeKt/R)ω+(Kt/R)V・・・(3)
Kt:トルク定数
図14は、サーボ制御で速度目標値を等加速度になるように設定して加算する場合の挙動を示す説明図である。DCサーボ機構で等加速度での加速、減速を行う場合、図5の説明で記載したように、サーボ制御の目標速度値を等加速度になるように設定し、この目標速度値に追従するようにPI制御などによってサーボ制御を行う。しかし、サーボ機構のメカ剛性が不十分である場合などに、目標速度値に追従しきれず、加速、減速挙動が振動的になってしまうことがある。加速、減速挙動が振動的になると、騒音の発生や、インクジェットプリンタであればインク滴の吐出位置ずれによる画像障害が発生することもある。
Ta=I×α・・・(4)
I:モータ軸に対する機構全体(キャリッジ100やプーリなど)の合計慣性モーメント
α:角加速度
よってキャリッジ100が等加速度運動を行うために必要なトルクTは、式(5)で求められる。
T=Tf(ω)+I×α・・・(5)
Tf(ω):回転速度ωに対する摺動負荷
また、式(3)を変形して、回転速度ωとトルクTから、式(6)によって、電圧Vを求めることができる。
V=(R/Kt)T+Ke×ω・・・(6)
図17は、回転速度一定で電圧を増加させたときのトルク増加分の関係を示す説明図である。インクジェット記録装置でサーボ制御を行うようなCPU201は、一般に性能がそれほど高くないものが用いられる。式(5)によって求めたモータトルクを、式(6)によって電圧に換算した値をモータ出力値とすることで、挙動が振動的になることなく加速、減速を行う方法について、式(5)や式(6)のような計算をCPU201で行うことは、計算負荷が大きい。
T0=−(KeKt/R)ω0+(Kt/R)V0
T0+ΔT=−(KeKt/R)ω0+(Kt/R)×(V0+ΔV)
辺々差をとって、
ΔT=(Kt/R)×ΔV
⇔ΔV=(R/Kt)×ΔT・・・(7)
Va=(R/Kt)×Ta
=(R/Kt)×I×α・・・(8)
V=Vf(ω)+Va・・・(9)
図18は、目標加速度と実際の加速度にずれがある例を示す説明図である。式(9)の方法で加速を行う場合、DCモータの内部抵抗R、トルク定数Kt、慣性モーメントIのバラツキにより、所望の加速度αとは異なる加速度になる可能性がある。たとえば式(8)によって加速度α0として算出したVaを使用して、式(9)により加速を行ったとき、実際には加速度α0×0.8の加速度でしか駆動しなかったとすると、想定した定数(R/Kt×I)が、実際のモータ、メカの定数の0.8倍の値でしかなかったため、Vaが実際に必要な電圧の0.8倍になってしまった、と考えられる。よって次回の加速を実施する前に、式(8)のα=α0/0.8としてVaを算出しなおすことで、実際の加速度をα0に近づけることができる。
α=α0/(αn−1/α0)・・・(10)
α0:目標加速度
αn−1:前回加速時の加速度測定値
T:DCモータの出力トルク(または駆動力)
V:DCモータ印加電圧(またはPWM制御の印加電圧V0×Duty比)
ω:DCモータの回転数
Ke:DCモータの逆起電力定数
Kt:DCモータのトルク定数
R:DCモータの直流内部抵抗
T:現在のモータ出力トルク(または駆動力)
I:駆動対象の慣性モーメント(または質量)
α:駆動対象の角加速度(または加速度)
Tf:現在の速度で等速駆動する際に発生する摺動負荷トルク(または力)
式(A)⇔
V={T+(KeKt/R)ω}/(Kt/R)・・・(C)
V=Vf+Va・・・(D)
V:DCモータ印加電圧(またはPWM制御の印加電圧V0×Duty比)
Vf:各速度で等速駆動しているときの電圧(摺動負荷相当の電圧)
Va:固定の電圧
T0=−(KeKt/R)ω0+(Kt/R)V0
T0+ΔT=−(KeKt/R)ω0+(Kt/R)(V0+ΔV)
辺々差をとって、
ΔT=(Kt/R)ΔV
⇔ΔV=(R/Kt)ΔT
ここでΔVは式(D)のVaに、ΔTは式(B)のI×αに相当する。
Va=(R/Kt)(I×α)・・・(E)
101 搬送ベルト
105 主走査モータ
111 副走査モータ
200 メイン制御部
201 CPU
211 主走査モータ駆動部
213 副走査モータ駆動部
217 リニアエンコーダ
218 ホイールエンコーダ
300 主走査モータ制御部
301 モータトルク異常検出部
302 加速度測定部
303 目標速度保持部
304 駆動機構負荷保持部
305 駆動機構負荷電圧保持部
306 加速必要トルク算出部
307 加速必要電圧算出部
308 加速度差分算出部
309 加速必要電圧補正部
310 摺動負荷保持部
311 モータ出力算出部
320 副走査モータ制御部
Claims (9)
- 駆動モータにより駆動体を駆動制御するサーボ制御装置であって、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を駆動する目標速度を記憶する目標速度記憶手段と、
電圧制御またはPWM制御を実行する際に、前記速度測定手段により測定された速度と、前記目標速度記憶手段に記憶された目標速度との差に応じて前記駆動モータを駆動制御する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段により前記駆動モータを駆動させた場合に、前記駆動体と異物との干渉によりモータトルクが異常値になったことを検出するモータトルク異常検出手段と、
を備え、
前記モータトルク異常検出手段は、前記駆動モータの回転数と電圧またはPWM制御Duty比から算出した値によってモータトルクが異常値であることを検出することを特徴とするサーボ制御装置。 - 駆動モータにより駆動体を駆動制御するサーボ制御装置であって、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を含む駆動機構の負荷を記憶する駆動機構負荷記憶手段と、
前記駆動体を加速または減速させる際、駆動機構負荷記憶手段に記憶された現在の速度で等速駆動するために必要な負荷に抗するトルク値と、駆動機構の慣性モーメントIを加速度αで加速するために必要なトルクTa=I×αとを加算したトルクを算出する加速必要トルク算出手段と、
加速または減速時には、前記加速必要トルク算出手段により求まる必要トルクと現在の回転速度から求まる電圧またはPWM制御Duty比を、前記駆動モータの出力値とするモータ出力算出手段と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。 - 駆動モータにより駆動体を駆動制御するサーボ制御装置であって、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を含む駆動機構の負荷を電圧の単位で記憶する駆動機構負荷電圧記憶手段と、
所望の加速度で加速するために必要なトルクを発生させるために必要な電圧値を求める加速必要電圧算出手段と、
加速または減速時には、前記駆動機構負荷電圧記憶手段に記憶された負荷電圧と、前記加速必要電圧算出手段により求まる加速必要電圧とを加算することでモータ出力値とするモータ出力算出手段と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。 - さらに、
加速または減速実施後、実際の加速度を測定する加速度測定手段と、
目標加速度と、加速度測定手段により求まる実際の加速度との差分を求める加速度差分算出手段と、
前記加速度差分算出手段により求まる加速度差分によって、前記加速必要電圧算出手段により求まる加速必要電圧を補正する加速必要電圧補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載のサーボ制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載のサーボ制御装置と、
印刷対象の画像情報を記録紙に印刷する印刷手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 記憶手段を有し、駆動モータにより駆動体を駆動制御するコンピュータを、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を駆動する目標速度を前記記憶手段に記憶する目標速度記憶手段と、
電圧制御またはPWM制御を実行する際に、前記速度測定手段により測定された速度と、前記目標速度記憶手段に記憶された目標速度との差に応じて前記駆動モータを駆動制御する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段により前記駆動モータを駆動させた場合に、前記駆動体と異物との干渉によりモータトルクが異常値になったことを検出するモータトルク異常検出手段と、
として機能させ、
前記モータトルク異常検出手段が、前記駆動モータの回転数と電圧またはPWM制御Duty比から算出した値によってモータトルクが異常値であることを検出することを特徴とするサーボ制御プログラム。 - 記憶手段を有し、駆動モータにより駆動体を駆動制御するコンピュータを、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を含む駆動機構の負荷を前記記憶手段に記憶する駆動機構負荷記憶手段と、
前記駆動体を加速または減速させる際、駆動機構負荷保持手段により求まる現在の速度で等速駆動するために必要な負荷に抗するトルク値と、駆動機構の慣性モーメントIを加速度αで加速するために必要なトルクTa=I×αとを加算したトルクを算出する加速必要トルク算出手段と、
加速または減速時には、前記加速必要トルク算出手段により求まる必要トルクと現在の回転速度から求まる電圧またはPWM制御Duty比を、前記駆動モータの出力値とするモータ出力算出手段と、
して機能させるためのサーボ制御プログラム。 - 記憶手段を有し、駆動モータにより駆動体を駆動制御するコンピュータを、
前記駆動体の速度を測定する速度測定手段と、
前記駆動体を含む駆動機構の負荷を電圧の単位で記憶する駆動機構負荷電圧記憶手段と、
所望の加速度で加速するために必要なトルクを発生させるために必要な電圧値を求める加速必要電圧算出手段と、
加速または減速時には、前記駆動機構負荷電圧記憶手段に記憶された負荷電圧と、前記加速必要電圧算出手段により求まる加速必要電圧とを加算することでモータ出力値とするモータ出力算出手段と、
して機能させるためのサーボ制御プログラム。 - さらに、前記コンピュータを、
加速または減速実施後、実際の加速度を測定する加速度測定手段と、
目標加速度と、加速度測定手段により測定される実際の加速度との差分を求める加速度差分算出手段と、
前記加速度差分算出手段により求まる加速度差分によって、前記加速必要電圧算出手段により求まる加速必要電圧を補正する加速必要電圧補正手段と、
して機能させる請求項8に記載のサーボ制御プログラム。
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