JP2013162694A - モータ制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの速度制御と位置制御を高精度に同時に実施する。
【解決手段】本モータ制御装置は、モータの目標位置情報を与える手段と、モータの目標速度情報を与える手段と、モータの検出位置情報を与える手段と、目標位置情報、目標速度情報及び検出位置情報に基づいて、位置フィードバック＋位置フィードフォワード＋速度フィードバック＋速度フィードフォワードを演算して、モータ制御情報を出力する手段と、モータ制御情報に応じてモータ駆動のための制御電圧を生成する手段と、制御電圧に基づいてモータの回転を制御する手段とを有して、モータの速度／位置制御を同時に実施する。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ制御装置、及び、該モータ制御装置を搭載した画像形成装置に関する。

画像形成装置などに使用されるモータには、速度制御及び位置制御を高精度に行うことが要求される。そのため、使用個所、加速時、減速時、停止時などに、制御方法（速度／位置制御方法）やゲイン設定値などを切り替えることが、従来から行われている。

例えば、特許文献１には、像担持用の複数の回転体を駆動する複数のモータを有する画像形成装置において、該モータに対して速度制御及び位置制御を行うモータ制御手段が、モータを起動、停止する際に、該モータを所定の加速カーブ、減速カーブに従って加速、減速すると共に、画像形成中とそれ以外とで、モータの速度制御または位置制御の制御ループのゲノンを切り替える技術が開示されている。

モータの速度制御及び位置制御において、特許文献１のように、その時々に応じてモータの速度制御または位置制御の制御ループのゲインを切り替える方式では、複雑な切り替えが必要であり、モータ制御装置の構成も複雑になるなどの問題がある。

本発明は、制御方法やゲインを切り替えることなく、高精度な速度制御及び位置制御を実現するモータ制御装置、及び、該モータ制御装置を搭載した画像形成装置を提供することにある。

本発明は、モータの速度制御と位置制御を同時に実施するモータ制御装置であって、前記モータの目標位置情報を与える手段と、前記モータの目標速度情報を与える手段と、前記モータの検出位置情報を与える手段と、前記目標位置情報、前記目標速度情報及び前記検出位置情報に基づいて、位置フィードバック＋位置フィードフォワード＋速度フィードバック＋速度フィードフォワードを演算して、モータ制御情報を出力する手段と、前記モータ制御情報に応じてモータ駆動のための制御電圧を生成する手段と、前記制御電圧に基づいて前記モータの回転を制御する手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、モータの速度制御と位置制御を同時に実施するモータ制御装置であって、前記モータの目標位置情報を与える手段と、前記モータの検出位置情報を与える手段と、前記目標位置情報及び前記検出位置情報に基づいて、位置フィードバック＋位置フィードフォワード＋速度フィードバックを演算して、モータ制御情報を出力する手段と、前記モータ制御情報に応じてモータ駆動のための制御電圧を生成する手段と、前記制御電圧に基づいて前記モータの回転を制御する手段とを有することを特徴とする。

本発明のモータ制御装置によれば、位置フィードバックと速度フィードバックに加えて位置フィードフォワードを追加し、更には速度フィードフォワードを追加することで、高精度な速度／位置制御を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の主要部の構成を説明する機能ブロック図である。 位置ＦＢ＋速度ＦＢのみを実施した時の位置／速度制御の実験結果を示した図である。 位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢを実施した時の位置／速度制御の実験結果を示した図である。 位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦを実施した時の位置／速度制御の実験結果を示した図である。 本モータ制御装置が搭載される画像形成装置の全体構成例を示す図である。 画像形成装置のハードウェア構成例を示す図である。 モータ制御装置のハードウェア構成例を示す図である。 実施例１に係るモータ制御装置とその周辺の全体構成例を示す図である。 図８の構成におけるモータ制御フローを示した図である。 実施例２に係るモータ制御装置とその周辺の全体構成例を示す図である。 図１０の構成におけるモータ制御フローを示した図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下ではモータをＤＣモータとするが、本発明はＤＣモータに限らない。

図１は、本実施形態に係るモータ制御装置の主要部の構成を説明する機能ブロック図である。図１の特に破線で囲った部分が本発明の特徴とする部分であり、位置フィードバック（位置ＦＢ）の演算結果を目標速度成分を構成する要素として、速度フィードバック（速度ＦＢ）制御を実施し、ＤＣモータを駆動する制御電圧（ＰＷＭ信号）を生成する制御系を形成している。後述するように、この破線で囲った部分は、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されるが（ソフト制御）、ハードロジックで実現することでもよい。

図１において、モータの目標速度はテーブルで与えられる。モータの目標位置もテーブルで与えられるが、制御対象としてステッピングモータを想定した場合、目標位置はパルス信号（パルスレート信号）で与えられる。モータの実際の検出位置は、例えば、モータと同期して回転するエンコーダの信号（パルス信号）の立上がりエッジをカウントすることで得られる。

比較器１は、モータの目標位置と検出位置の差分を取って位置偏差を得る。乗算器２は、この位置偏差に一定のゲインを掛けて（Ｐ制御）、位置フィードバック情報（位置ＦＢ）を出力する。この位置ＦＢ情報が、目標速度情報を構成する１つとなる。一方、微分回路３は、モータの目標位置を微分して、位置フィードフォワード情報（位置ＦＦ）を出力する。この位置ＦＦ情報が目標速度情報を構成するもう１つとなる。この位置ＦＦを追加することで、位置追従性の向上が実現できる。

微分回路４は、モータの検出位置を微分して検出速度情報を出力する。なお、検出速度情報は、エンコーダ信号のエッジ間隔時間から算出することでもよい。

比較器５は、位置ＦＢ情報と位置ＦＦ情報を加算して目標速度情報とし、該目標速度情報と検出速度情報の差分を取って速度偏差を得る。ＰＩＤ演算回路６は、この速度偏差に対してＰＩＤ演算（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）を施して、速度フィードバック情報（速度ＦＢ）を出力する。この速度ＦＢ情報がモータ制御情報を構成する１つとなる。一方、微分回路７は、目標速度を微分して速度フィードフォワード情報（速度ＦＦ）を出力する。この速度ＦＦ情報がモータ制御情報を構成するもう１つとなる。この速度ＦＦを追加することで、速度追従性の向上が実現できる。

加算器８は、速度ＦＢ情報と速度ＦＦ情報を加算し、その加算結果をモータ制御情報（制御誤差情報）としてモータ制御電圧生成回路９に送る。モータ制御電圧生成回路９は、このモータ制御情報に応じてＤＣモータを駆動する制御電圧（ＰＷＭ信号）を生成し、図示しないモータ駆動回路を制御する。

図１の構成により、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦをモード切り替えなしに常時行うことが可能である。すなわち、本構成により、高精度な位置制御と速度制御の常時実施が実現できる。従来技術では、一般に検出位置や検出速度にある閾値を持たせてゲイン切り替えや位置制御のオン・オフ切り替えを行っていたが、そのような複雑な切り替え制御は不要となる。

なお、先に述べたように、ステッピングモータを想定した場合、目標位置はパルス信号（パルスレート信号）で与えられる。この場合、目標速度はテーブルでは与えられないので、速度ＦＦ制御は実施されない。すなわち、ＰＩＤ演算回路６の速度ＦＦ情報（位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＦ）がそのままモータ制御情報としてモータ制御電圧生成回路９に与えられる。

図２乃至図４はモータ位置／速度制御の実験結果を示した図である。図２は位置ＦＢ＋速度ＦＢだけの場合、図３は位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢを実施した場合、図４は位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦを実施した場合を示している。図３より、位置ＦＦを追加することにより、加速／減速時の追従性が改善されることがわかる。同時に位置追従性も改善されることがわかる。また、図４より、位置ＦＦに加えて速度ＦＦを追加することにより、加速／減速時の追従性、位置追従性が更に改善されることがわかる。

本モータ制御装置は、モータが使用される種々の機器や装置に適用可能であるが、以下では画像形成装置を例にして説明する。画像形成装置には、給紙モータ、スキャナモータ、ＡＤＦモータ等、種々のモータが使用されている。

図５は、画像形成装置の全体構成図の一例を示す。図５において、画像形成装置１００は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１４０と、画像読み取り部１３０、書き込みユニット１１０、画像形成部１２０、及び、給紙ユニット１５０を有する。

ＡＤＦ１４０は、原稿給紙台上に積載された原稿を、ＡＤＦモータで１枚ずつ画像読み取り部のコンタクトガラス上に搬送し、原稿の画像データを読み取った後にＡＤＦモータが原稿を排紙トレイ上に排出する。なお、１つのＡＤＦには複数のＡＤＦモータが搭載されている。

原稿読み取り部１３０は、原稿を載置するためのコンタクトガラス１１と、光学走査系を有し、光学走査系は、露光ランプ４１、第１ミラー４２、第２ミラー４３、第３ミラー４４、レンズ４５及びフルカラーＣＣＤ４６を備える。露光ランプ４１及び第１ミラー４２は、第１キャリッジに装備され、第１キャリッジは、原稿を読み取る際に、スキャナモータによって一定速度で副走査方向に移動する。第２ミラー４３及び第３ミラー４４は、第２キャリッジに装備され、第２キャリッジは、原稿を読み取る際に、スキャナモータによって第１キャリッジのほぼ１／２の速度で移動する。そして、第１キャリッジ及び第２キャリッジが移動することによって、原稿の画像面が光学的に走査され、読み取られたデータがレンズによってフルカラーＣＣＤ４６の受光面に結像され、光電変換される。

次に、フルカラーＣＣＤ（又はフルカラーラインＣＣＤ）４６によって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色に光電変換された画像データは、不図示の画像処理回路でＡ／Ｄ変換された後に画像処理回路によって各種の画像処理（γ補正、色変換、画像分離、階調補正等）が施される。

ユーザが複写する操作を指示した場合や、画像形成装置１００をプリンタとして利用する場合、書き込みユニット１１０が各色毎に感光体ドラムに潜像を形成する。図では、４つの感光体ユニット１３（イエロー用の１３ｙ、マゼンダ用の１３ｍ、シアン用の１３ｃ，ブラック用の１３ｋ）が、中間転写ベルト１４の搬送方向に沿って並設されている。各感光体ユニット１３ｙ，１３ｍ，１３ｃ，１３ｋには、像担持体であるドラム状の感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋと、感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋを帯電させる帯電装置４８ｙ，４８ｍ，４８ｃ，４８ｋ、露光装置４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋ、現像装置１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｋ及びクリーニング装置４９ｙ，４９ｍ，４９ｃ，４９ｋが設けられている。

露光装置４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋは、例えば、図示の例では感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋの軸方向（主走査方向）に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイとレンズアレイからなるＬＥＤ書込み方式にて露光する。露光装置４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋは、各色毎に光電変換された画像データに応じてＬＥＤを発光して感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋ上に静電潜像を形成する。現像装置１６ｙ，１６ｍ，１６ｃ，１６ｋは、現像剤を担持して回転する現像ローラが、感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋ上に形成された静電潜像をトナーで可視化することで各色毎にトナー像を形成する。

感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋに形成されたトナー像は、感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋと中間転写ベルト１４とが接する位置（以下、一次転写位置という）で、中間転写ベルト１４上に転写される。感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋには、中間転写ベルト１４を介して中間転写ローラ２６ｙ，２６ｍ，２６ｃ，２６ｋが感光体ユニット１３ｙ，１３ｍ，１３ｃ，１３ｋと対にそれぞれ対向配置されている。各中間転写ローラ２６ｙ，２６ｍ，２６ｃ，２６ｋは、それぞれ中間転写ベルト１４の内周面に当接され中間転写ベルト１４を各感光体の表面に接触させる。中間転写ローラ２６ｙ，２６ｍ，２６ｃ，２６ｋにそれぞれに電圧が印可されることで、感光体ドラム２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋのトナー像が中間転写ベルト１４に転写されるための中間転写電界が発生する。中間転写電界の作用により、中間転写ベルト１４上にトナー画像が形成される。各色のトナー画像は重畳して転写され、フルカラーのトナー画像が中間転写ベルト１４に形成される。

全ての色の作像と転写が終了した時点で、中間転写ベルト１４とタイミングを合わせて給紙トレイ２２から、給紙ロータが記録紙５３を給紙し、二次転写部５０で中間転写ベルト１４から４色同時に記録紙５３へトナー像が二次転写される。

記録紙５３は、第１トレイ２２ａ、第２トレイ２２ｂ、第３トレイ２２ｃ、第４トレイ２２ｄ、又は、両面ユニット（ＳＴＭである両面モータで記録紙を反転させる）のいずれかから選択される。各給紙トレイ２２ａ〜２２ｄは、内部に収容された記録紙５３を一番上のものから順次送り出す給紙ローラ２８、給紙ローラ２８によって重送されてしまった複数の記録紙５３を個々に分離してから搬送路２３に送り出す分離ローラ３１を有している。これにより、記録紙５３は、搬送路２３に向けて搬送開始される。この一連の給紙ローラ２８は給紙モータにより駆動されている。

給紙ユニット１５０は、搬送路２３の途中に適宜設けられた複数の搬送ローラ対２９等を備えている。給紙モータ（ＳＴＭ）により駆動される搬送ローラ対２９は、給紙トレイ２２から搬送された記録紙５３を後段の搬送ローラ対２９、書き込みユニット１１０の給紙路３２に向けて送り出す。給紙路３２に送り込まれた記録紙５３は、その先端がレジストセンサ５１によって検出された後、所定時間が経過すると、レジストローラ３３に突き当てられて一端停止する。このレジストローラ３３は、レジストモータにより駆動され、挟み込んだ記録紙５３を所定のタイミング（副走査有効期間信号（ＦＧＡＴＥ）に同期して）で二次転写ローラ１８の位置まで送り込む。所定のタイミングは、中間転写ベルト１４の回転によりフルカラーの重ね合わせトナー画像が二次転写ローラ１８の位置まで搬送されたタイミングである。

二次転写ローラ１８は、斥力ローラ１７と対向配置される。画像形成装置１００は、印刷時に二次転写ローラ１８を中間転写ベルト１４に当接させる。二次転写ローラ１８は二次転写モータにより二次転写モータの外周の速度が中間転写ベルト１４の表面速度と同じになるよう制御されている。

記録紙５３は、中間転写ベルト１４から分離器（不図示）により分離された後に、搬送ベルト２４によって定着装置１９まで搬送され、定着装置１９は記録紙５３にトナー像を定着させる。片面印刷の場合、定着後の記録紙５３は、排紙モータにより駆動される排紙ローラにより排紙トレイ２１上に排出される。

図５では、電子写真方式で画像を記録紙５３に形成する画像形成装置を例示したが、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式、昇華型熱転写方式、ドットインパクト方式の画像形成装置でも、種々のモータが使用される。

図６は、画像形成装置１００のハードウェア構成図の一例を示す。画像形成装置１００は、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写機、スキャナ、又は、これらのうち複数の機能を備えたＭＦＰ（Multifunction Peripheral）である。

画像形成装置１００は、コントローラ８０、スキャナエンジン７３，プリントエンジン７４、ＰＳＵ（Power Supply Unit）７５、及び、操作パネル７１を有する。コントローラ８０は、バスで相互に接続された、モータ制御装置２００、主ＣＰＵ６１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６２、スキャナ処理部６３、プリント処理部６４、タイマ６５、ＨＤＤ６６、メモリ６７、ネットワークＩ／Ｆ６８及びＦＡＸ Ｉ／Ｆ６９を有する。

操作パネル７１は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）をタッチパネルと一体に有する。また、操作パネル７１に隣接してテンキー、スタートボタン、リセットボタン、アプリ切り替えボタン等を有することが多い。

スキャナエンジン７３は、原稿を光学的に読み取る読み取り部であり、図５の画像読み取り部１３０に対応する。プリントエンジン７４は、用紙に画像を印刷する印刷部であり、図５の書き込みユニット１１０、画像形成部１２０及び給紙部１３０に対応する。

主ＣＰＵ６１は、画像形成装置１００の全体を統括的に制御する。ＡＳＩＣ６２は、スキャナ処理やプリント処理において必要な各種の画像処理を提供する画像処理用途向けのＬＳＩである。ＤＣモータ（ＤＣＭ）は、給紙モータ、レジストモータ、スキャナモータ、両面モータ、周辺機器のモータ（ＡＤＦモータ、フィニッシャ等）の総称であり、モータ制御装置２００で制御される。

ＡＳＩＣ６２には、ＤＣモータに置き換えられる前にステッピングモータ（ＳＴＭ）を制御していたステッピングコントローラ（ＳＴＭＣ）７６が変更を加えられることなく搭載されていてもよい。ＳＴＭＣ７６はＡＳＩＣ６２と一体に構成されているので、ＳＴＭをＤＣＭに置き換えてもＳＴＭＣ７６をＤＣＭＣに置き換えることは容易でないが、コントローラ８０にモータ制御装置２００を搭載することで、ＳＴＭＣ７６がＤＣＭを制御することが可能になる。これについては後述する。

メモリ６７は、ＣＰＵ６１が実行する各種アプリケーションや当該アプリケーションの実行の際に用いられる種々のデータを記憶する。また、ＨＤＤ６６は、画像データ、各種のプログラム、フォントデータ、各種のファイル等を記憶するための不揮発メモリである。ＨＤＤ６６の一部又は全てにＳＳＤ（Solid State Drive）を実装してもよい。

なお、ネットワークＩ／Ｆ６８はＬＡＮに接続されている。ネットワークＩ／Ｆ６８は例えばＮＩＣ（Network Interface Card）であり、所定のプロトコルにより、画像形成装置１００とサーバ等との通信を実現する。また、ＦＡＸ Ｉ／Ｆ６９は電話回線に接続されている。ＦＡＸ Ｉ／Ｆ６９は電話回線からのファクシミリデータを復調して画像データを生成し、ＦＡＸアプリ４４が起動している際はスキャナエンジン７３で読み取った画像データをファクシミリ用に処理して変調して電話回線に出力する。また、ＰＳＵ７５は、コントローラ８０、操作パネル７１、スキャナエンジン７３及びプリントエンジン７４への電力の供給を制御する。

図７はモータ制御装置２００のハードウェア構成の一例を示す図である。モータ制御装置２００はマイコン又はＩＣを実体とし、バスで互いに接続されたＣＰＵ２０１、入出力インターフェイス２０２、主記憶装置２０３、補助記憶装置２０４及びその他回路２０５を有する。

モータ制御装置２００が行う処理は、一部がハード的なその他回路２０５により受け持たれ、一部がソフト的に処理により受け持たれる。ソフト的な処理は、ＣＰＵが補助記憶装置２０４に記憶されたプログラムを実行することで提供される。このプログラムは、組み込み式として画像形成装置の出荷時に補助記憶装置２０４に記憶されているが、記憶媒体７２に記憶された状態で配布され、記憶媒体Ｉ／Ｆ７０が読み出したプログラムをＡＳＩＣ６２からモータ制御装置２００の補助記憶装置２０４に転送してもよい。なお、プログラムは、記録媒体７２により配布される他に、不図示のサーバからダウンロードにより配布されてもよい。

主記憶装置２０３は、ＲＡＭなどからなるワークメモリである。補助記憶装置２０４は、例えばフラッシュメモリで構成されるＲＯＭであり、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムを格納すると共に、必要なテーブルやデータ等を格納する。入出力インターフェイス２０２は、ＳＴＭＣ７６からパルスレート信号（又はプロファイルデータ）の入力やエンコーダパルスを受け付け、また、モータ駆動回路にＰＷＭ信号やその他の信号（回転方向等）を出力するＩＯポートである。

以下、本実施形態のモータ制御装置２００について二つの実施例を挙げて動作を説明する。

実施例１として、目標位置が目標速度と共にテーブルで提供される場合について説明する。なお、目標位置／目標速度デーブルは、プログラムと共に補助記憶装置２０４に格納されているとする。

図８は、本実施例に係るモータ制御装置２００とその周辺の全体構成図を示している。図８において、モータ制御装置２００がソフト的又はハード的に提供する機能は、カウンタ２３０、制御部２４０、モータ制御電圧生成回路２５０を有している。例えば、カウンタ２３０とモータ制御電圧生成回路２５０がハード的に実現され、制御部２４０がソフト的に実現される。なお、カウンタ２３０とモータ制御電圧生成回路２５０もソフト的に実現されてもよい。

モータ（ＤＣモータ）４００にはエンコーダ５００が取り付けられている。該エンコーダ５００がモータ４００と同期して回転することで、エンコーダ信号（パルス信号）を出力する。一般にエンコーダ信号は２相からなり、モータ４００の回転方向も検出するが、ここでは回転方向については触れないことにする。なお、エンコーダ５００は、モータ４００の制御対象物である被回転体に取り付けられることでもよい。

カウンタ２３０は、エンコーダ５００が出力するエンコーダ信号を入力して、該エンコーダ信号の立上がりエッジをカウントする。該カウンタ２３０のカウント値がモータ４００の検出位置情報（回転角情報）を表わす。モータ４００の目標位置情報及び目標速度情報はテーブルで与えられる。

制御部２４０は、図１の破線で囲った部分に該当し、モータ４００の検出位置情報と、目標位置情報及び目標速度情報を入力して、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦを演算し、モータ制御情報を出力する。詳しくは、まず、目標位置情報と検出位置情報の差分を演算し、これに一定のゲインを掛けて位置ＦＢ情報とする。また、目標位置情報を微分して位置ＦＦ情報とする。次に、検出位置情報を微分してモータ４００の検出速度情報を得る。そして、位置ＦＢ情報と位置ＦＦ情報を加算した結果を目標速度情報として、該目標速度情報と検出速度情報の差分を演算し、これにＰＩＤ演算を行って速度ＦＢ情報とする。最後に、テーブルで与えられたモータ４００の目標速度情報を微分して速度ＦＦ情報とし、速度ＦＢ情報と速度ＦＦ情報の加算結果をモータ制御情報として出力する。

制御部２４０の上記演算は、ＣＰＵ２０１がプログラムを実行することで実現される（ソフト制御）。勿論、制御部２４０の上記演算はハードロジックで実現することでもよい。

モータ制御電圧生成回路２５０は、制御部２４０から出力されるモータ制御情報を入力して、該モータ制御情報に応じてモータ４００を駆動する制御電圧を生成する。具体的には、該モータ制御電圧生成回路２５０は、モータ制御情報に応じてデューティ比を変化させたＰＷＭ信号を生成する。例えば、モータ制御情報がプラスに大きければ実位置が遅れているので、ＰＷＭ信号のデューティ比を大きくし、逆にマイナスに大きければ、実位置が進んでいるので、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくする。速度成分についても同様である。

モータ駆動回路３００は、例えばＨブリッジ回路であり、モータ制御電圧生成回路２５０からＰＷＭ信号を受け取ってＨブリッジ回路の所定のトランジスタをオン・オフしてモータ４００の回転を制御する。

モータ制御電圧生成回路２５０やモータ駆動回路３００自体は既知であるので、詳しい説明は省略する。

図９は、図８の構成におけるモータ制御フローを示した図である。モータ４００を回転させる時、モータ４００の目標位置情報及び目標位置情報をテーブルから読み込む（ステップ１００１）。また、エンコーダ５００からエンコーダ信号を入力する（ステップ１００２）。カウンタ２３０は、エンコーダ信号をカウントしてモータ４００の検出位置情報を出力する（ステップ１００３）。該検出位置情報は、初期値は０である。

制御部２４０は、テーブルから読み込んだ目標位置情報及び目標速度情報、カウンタ２３０からの検出位置情報を入力して、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦを演算し、モータ制御情報を出力する（ステップ１００４）。モータ制御電圧生成回路２５０は、モータ制御情報に応じてモータ４００を駆動する制御電圧としてＰＷＭ信号を生成する（ステップ１００５）。モータ駆動回路３００は、モータ制御電圧生成回路２５０からＰＷＭ信号を受け取ってモータ４００の回転を制御する（ステップ１００６）。

以下、ステップ１００２〜１００６の動作をモータ制御が終了するまで繰り返す（ステップ１００７）。この間、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢ＋速度ＦＦの演算は（ステップ１００４）、モータ４００を停止させるまで、例えば２０KHgで演算し続けることになる。

実施例２として、目標位置がパルスレート信号で提供される場合について説明する。

一般に画像形成装置ではステッピングモータが使用されていたが、昨今、ステッピングモータをＤＣモータで置き換える傾向にある。しかし、ステッピングモータとＤＣモータでは駆動方式が異なるため、モータ部分だけを交換してもＤＣモータの回転を適切に制御することはできない。このため、モータ部分だけでなく、ドライバや制御用ＩＣを含めて交換する必要があるが、モータ部分だけでなくドライバや制御回路も交換することはコスト増となってしまう。また、ステッピングモータの制御用ＩＣが別の制御回路と一体にＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等に組み込まれている場合（図６のＳＴＭＣ７６が、これに相当する）、ステッピングモータの制御用ＩＣのためだけに高価なＡＳＩＣを設計し直すことが現実的でない場合もある。

そこで、ステッピングモータの制御用ＩＣを使用して、ステッピングモータの制御信号をＤＣモータの制御信号に変換してＤＣモータを駆動するモータ制御装置が考えられている（特許文献２）。本実施例は、このようなモータ制御装置を前提としている。

図１０は、本実施例に係るモータ制御装置２００とその周辺の全体構成図を示している。図１０において、モータ制御装置２００がソフトウエア的又はハード的に提供する機能は、ＰＬＬ回路２１０、カウンタ２２０、カウンタ２３０、制御部２４０、モータ制御電圧生成回路２５０を有している。例えば、制御部２４０がソフト的に実現され、それ以外の部分がハード的に実現されるが、全てがソフト的に実現されてもよい。

モータ（ＤＣモータ）４００にはエンコーダ５００が取り付けられている。該エンコーダ５００がモータ４００と同期して回転することで、エンコーダ信号（パルス信号）を出力する。先に述べたように、一般にエンコーダ信号は二相で構成され、モータ４００の回転方向も検出可能であるが、ここでは回転方向については触れないことにする。なお、エンコーダ５００は、モータ４００の制御対象物である被回転体に取り付けられることでもよい。

ステッピングモータコントローラ（ＳＴＭＣ）７６は、ハード／ソフトともに設計済みであり変更されないとする。ＳＴＭＣ７６はパルスレート信号を出力する。パルスレート信号は、モータ４００がステッピングモータ（ＳＴＭ）で有るとした場合のＳＴＭ駆動パルスであり、該パルスレート信号の周波数はＳＴＭの回転速度、パルス数はＳＴＭの位置情報に相当する。

モータ制御装置２００のＰＬＬ回路２１０は、ＳＴＭＣ７６から出力されるパルスレート信号と、減速機情報（ギヤ比情報）Ｎ、エンコーダ分解能情報Ｍ、及び、ＳＴＭ励磁方式情報Ｆを入力して、入力パルスレート信号の周波数を、減速機情報Ｎ、エンコーダ分解能情報Ｍ及びＳＴＭ励磁方式情報Ｆに応じて乗算倍したパルスレート信号を出力する。すなわち、ＰＬＬ回路２１０から出力されるパルスレート信号の周波数はモータ（ＤＣモータ）４００の目標速度、パルス数が目標位置（回転角）を表すことになる。なお、減速機情報（ギヤ比情報）Ｎ、エンコーダ分解能情報Ｍ、ＳＴＭ励磁方式情報Ｆや、ＰＬＬ回路３１０の動作については、特許文献２で詳しく説明されているので、ここでは説明を省略する。

モータ制御装置２００は、ＡＳＩＣ６２から励磁方式情報Ｆ、エンコーダ分解能情報Ｍ及びギヤ比情報Ｎを取得する。励磁方式が固定であるため、励磁方式情報Ｆ、エンコーダ分解能情報Ｍ及びギヤ比情報Ｎも固定である場合、モータ制御装置２００は、励磁方式情報Ｆ、エンコーダ分解能情報Ｍ及びギヤ比情報Ｎをモータ制御装置２００の補助記憶装置２０４から読み出してもよい。また、励磁方式情報Ｆとエンコーダ分解能情報ＭだけをＡＳＩＣ６２から取得し、ギヤ比情報Ｎをモータ制御装置２００の補助記憶装置２０４から読み出してもよい。

カウンタ２２０は、ＰＬＬ回路２１０が出力するパルスレート信号を入力して、該パルスレート信号の立上がりエッジをカウントする。該カウンタ２２０のカウント値がモータ４００を駆動する目標位置情報を表す。カウンタ２３０は、エンコーダ５００が出力するエンコーダ信号を入力して、該エンコーダ信号の立上がりエッジをカウントする。該カウンタ２３０のカウント値が、モータ４００の検出位置情報（回転角情報）を表わす。

制御部２４０は、図１の破線で囲った部分に該当するが、本実施例では、カウンタ２２０からモータ４００の目標位置情報、カウンタ２３０からモータ４００の検出位置情報を入力して、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＲＢを演算し、モータ制御情報を出力する。詳しくは、まず、目標位置情報と検出位置情報の差分を演算し、これに一定のゲインを掛けて位置ＦＢ情報とする。また、目標位置情報を微分して位置ＦＦ情報とする。次に、検出位置情報を微分してモータ４００の検出速度情報を得る。そして、位置ＦＢ情報と位置ＦＦ情報を加算した結果を目標速度情報として、該目標速度情報と検出速度情報の差分を演算し、これにＰＩＤ演算を行って速度ＦＢ情報を得る。

制御部２４０は、この速度ＦＢ情報をモータ制御情報として出力する。すなわち、本実施例の場合、速度ＦＦは実施されない。

モータ制御電圧生成回路２５０は、制御部２４０から出力されるモータ制御情報を入力して、該モータ制御情報に応じてデューティ比を変化させたＰＷＭ信号（モータ駆動制御電圧）を生成する。

モータ駆動回路３００は、例えばＨブリッジ回路であり、モータ制御電圧生成回路２５０からＰＷＭ信号を受け取ってＨブリッジ回路の所定のトランジスタをオン・オフしてモータ４００の回転を制御する。

図１１は、図１０の構成におけるモータ制御フローを示した図である。モータ（ＤＣモータ）４００を回転させる時、ステッピングモータコントローラ（ＳＴＭＣ）７６からステッピングモータ（ＳＴＭ）用のパルスレート信号を入力する（ステップ２００１）。また、補助記憶装置２０４などから減速機情報（ギヤ比情報）Ｎ、エンコーダ分解能情報Ｍ、ＳＴＭ励磁方式情報Ｆを入力する（ステップ２００２）。ＰＬＬ回路２１０は、ＳＴＭ用のパルスレート信号の周波数をＮ／Ｍ／Ｆに応じて乗算倍して変換し、ＤＣモータ（ＤＣＭ）用のパルスレート信号を出力する（ステップ２００３）。カウンタ２２０は、ＰＬＬ回路２１０から出力されるパルスレート信号をカウントしてモータ４００の目標位置情報を出力する（ステップ２００４）。

一方、エンコーダ５００からエンコーダ信号を入力する（ステップ２００５）。カウンタ２３０は、エンコーダ信号をカウントしてモータ４００の検出位置情報を出力する（ステップ２００６）。該検出位置情報は、初期値は０である。

制御部２４０は、カウンタ２２０からの目標値位置情報、カウンタ２３０からの検出位置情報を入力して、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢを演算し、モータ制御情報を出力する（ステップ２００７）。モータ制御電圧生成回路２５０は、モータ制御情報に応じてモータ４００を駆動する制御電圧としてＰＷＭ信号を生成する（ステップ２００８）。モータ駆動回路３００は、モータ制御電圧生成回路２５０からＰＷＭ信号を受け取ってモータ４００の回転を制御する（ステップ２００９）。

以下、ステップ２００５〜２００９の動作をモータ制御が終了するまで繰り返す（ステップ２０１０）。ここでも、位置ＦＢ＋位置ＦＦ＋速度ＦＢの演算は（ステップ２００７）、モータ４００を停止させるまで、例えば２０KHgで演算し続けることになる。

なお、実施例１及び実施例２では、モータの検出位置情報を得る手段として、エンコーダを用いるとしたが、勿論、エンコーダである必要はない。例えば、ＤＣブラシレスモータでは、モータの位置検出手段としてロータの磁極を検知する複数のホール素子を備えている。このホール素子の検出信号を入力しカウントすることで、モータの検出位置情報を得ることができる。また、ロータの外周上に磁気パターンを設け、これを磁気センサで検出した信号（ＦＧ信号）を入力しカウントすることで、モータの検出位置情報を得ることができる。また、モータの回転速度を検出し、これを積分してモータの検出位置情報を得るようにしてもよい。

１，５ 比較器
２ 乗算器
３，４，７ 微分器
６ ＰＩＤ演算器
９ モータ制御電圧生成回路
７６ ステッピングモータコントローラ（ＳＴＭＣ）
１００ 画像形成装置
２００ モータ制御装置
２１０ ＰＬＬ回路
２２０，２３０ カウンタ
２４０ 制御部
２５０ モータ制御電圧生成回路
３００ モータ駆動回路
４００ モータ
５００ エンコーダ

特開２００５−３３８３６４号公報 特開２０１１−１１４９５１号公報

Claims (8)

1. モータの速度制御と位置制御を同時に実施するモータ制御装置であって、
   前記モータの目標位置情報を与える手段と、
   前記モータの目標速度情報を与える手段と、
   前記モータの検出位置情報を与える手段と、
   前記目標位置情報、前記目標速度情報及び前記検出位置情報に基づいて、位置フィードバック＋位置フィードフォワード＋速度フィードバック＋速度フィードフォワードを演算して、モータ制御情報を出力する手段と、
   前記モータ制御情報に応じてモータ駆動のための制御電圧を生成する手段と、
   前記制御電圧に基づいて前記モータの回転を制御する手段と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御情報を出力する手段は、前記目標位置情報と前記検出位置情報の差分を演算し、その演算結果に一定のゲインを掛けて位置フィードバック情報とし、前記目標位置情報を微分して、位置フィードフォワード情報とし、前記検出位置情報を微分して検出速度情報とし、前記位置フィードバック情報と前記位置フィードフォワード情報を加算した結果を目標速度情報として、前記目標速度情報と前記検出速度情報の差分を演算し、その演算結果にＰＩＤ演算を行って速度フィードバック情報とし、前記目標速度情報を微分して速度フィードフォワード情報とし、前記速度フィードバック情報と前記速度フィードフォワード情報の加算結果をモータ制御情報として出力することを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１もしくは２記載のモータ制御装置において、
   前記モータの目標位置情報および前記モータの目標速度情報はテーブルで与えられることを特徴とするモータ制御装置。
4. モータの速度制御と位置制御を同時に実施するモータ制御装置であって、
   前記モータの目標位置情報を与える手段と、
   前記モータの検出位置情報を与える手段と、
   前記目標位置情報及び前記検出位置情報に基づいて、位置フィードバック＋位置フィードフォワード＋速度フィードバックを演算して、モータ制御情報を出力する手段と、
   前記モータ制御情報に応じてモータ駆動のための制御電圧を生成する手段と、
   前記制御電圧に基づいて前記モータの回転を制御する手段と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項４記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御情報を出力する手段は、前記目標位置情報と前記検出位置情報の差分を演算し、その演算結果に一定のゲインを掛けて位置フィードバック情報とし、前記目標位置情報を微分して、位置フィードフォワード情報とし、前記検出位置情報を微分して検出速度情報とし、前記位置フィードバック情報と前記位置フィードフォワード情報を加算した結果を目標速度情報として、前記目標速度情報と前記検出速度情報の差分を演算し、その演算結果にＰＩＤ演算を行って速度フィードバック情報とし、前記速度フィードフォワード情報をモータ制御情報として出力することを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項４もしくは５記載のモータ制御装置において、
   前記モータの目標位置情報を与える手段は、制御対象モータをステッピングモータと見做して、ステッピングモータを回転制御するためのパルスレート信号を出力する手段と、前記ステッピングモータ用のパルスレート信号の周波数を乗算倍して当該モータ用のパルスレート信号を出力する手段と、前記出力されたパルスレート信号をカウントする手段とを有し、カウント値を目標位置情報とすることを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記モータの検出位置情報を与える手段は、前記モータの回転に応じてパルス信号を出力する手段と、前記パルス信号をカウントする手段とを有し、カウント値を検出位置情報とすることを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ制御装置が搭載されていることを特徴とする画像形成装置。

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