JP2015220803A - モーター制御装置、記録装置およびモーター制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モーターが発熱等した場合にも、精度良く推定されたモーター電流に基づいて、モーターを適切に制御することができるモーター制御装置を提供する。
【解決手段】送りモーター53に対するPMW制御のデューティ値を設定するPWM出力部152と、送りモーター53の回転速度を取得する回転速度演算部142と、送りモーター53の温度変化量を取得する温度推定部162と、取得された温度変化量に基づいて、第1係数および第2係数を補正する係数補正部163と、設定されたデューティ値に、補正された第1係数を乗算した値と、取得された回転速度に、補正された第2係数を乗算した値と、に基づいて、送りモーター53に流れる電流であるモーター電流を推定する電流推定部161と、電流推定部161により推定されたモーター電流に基づいて、送りモーター53を駆動する送りモータードライバー106cとを備えた。
【選択図】図5
【解決手段】送りモーター53に対するPMW制御のデューティ値を設定するPWM出力部152と、送りモーター53の回転速度を取得する回転速度演算部142と、送りモーター53の温度変化量を取得する温度推定部162と、取得された温度変化量に基づいて、第1係数および第2係数を補正する係数補正部163と、設定されたデューティ値に、補正された第1係数を乗算した値と、取得された回転速度に、補正された第2係数を乗算した値と、に基づいて、送りモーター53に流れる電流であるモーター電流を推定する電流推定部161と、電流推定部161により推定されたモーター電流に基づいて、送りモーター53を駆動する送りモータードライバー106cとを備えた。
【選択図】図5
Description
本発明は、PWM制御されるモーターを制御するモーター制御装置、記録装置およびモーター制御方法に関するものである。
従来、モーターをPWM(Pulse Width Modulation)制御で駆動するPWM電圧制御部と、PWM電圧制御部で求められたPWM制御のデューティ値に基づいて、モーターに流れる電流であるモーター電流を推定する電流推定部と、推定されたモーター電流に基づいてモーターの推定温度を求める温度推定部と、推定されたモーター電流に基づいて、モーターの異常を推定する異常推定部とを備えたプリンターが知られている(特許文献1参照)。電流推定部は、モーター電流を、次式により求めている。
i=(V×Duty/R)−(Ke×s/R)
V:電源電圧
Duty:モーターに出力されたPWM制御値
Ke:モーターの逆起電力定数
s:モーターの回転速度
R:モーターの抵抗
i=(V×Duty/R)−(Ke×s/R)
V:電源電圧
Duty:モーターに出力されたPWM制御値
Ke:モーターの逆起電力定数
s:モーターの回転速度
R:モーターの抵抗
従来のプリンターでは、上記の電流推定式において、V/RおよびKe/Rを定数として扱っている。しかしながら、モーターの発熱等によりコイル温度およびマグネット温度が変化すると、コイル抵抗およびマグネットの磁力に影響を及ぼすため、モーターの抵抗Rおよび逆起電力定数Keが変化する。このため、モーターが発熱等した場合に温度推定部により推定されたモーター電流は、モーターに実際に流れた電流に対して誤差を有することになる。したがって、誤差を有するモーター電流に基づいてモーターを制御することとなり、モーターを適切に制御することができなかった。
本発明は、モーターが発熱等した場合にも、精度良く推定されたモーター電流に基づいて、モーターを適切に制御することができるモーター制御装置、記録装置およびモーター制御方法を提供することを課題としている。
本発明のモーター制御装置は、モーターに対するPMW制御のデューティ値を設定するデューティ値設定部と、モーターの回転速度を取得する回転速度取得部と、第1係数および第2係数を記憶した記憶部と、モーターの温度変化量であるモーター温度変化量を取得する温度取得部と、取得されたモーター温度変化量に基づいて、第1係数および第2係数を補正する係数補正部と、設定されたデューティ値に、補正された第1係数を乗算した値と、取得された回転速度に、補正された第2係数を乗算した値と、に基づいて、モーターに流れる電流であるモーター電流を推定する電流推定部と、電流推定部により推定されたモーター電流に基づいて、モーターを駆動するモーター駆動部と、を備えたことを特徴とする。
本発明のモーター制御方法は、モーターに対するPMW制御のデューティ値を設定し、モーターの回転速度を取得し、モーターの温度変化量であるモーター温度変化量を取得し、取得したモーター温度変化量に基づいて、所定の第1係数および所定の第2係数を補正し、設定したデューティ値に、補正した第1係数を乗算した値と、取得した回転速度に、補正した第2係数を乗算した値と、に基づいて、モーターに流れる電流であるモーター電流を推定し、推定したモーター電流に基づいて、モーターを駆動することを特徴とする。
この構成によれば、モーター温度変化量を取得し、取得したモーター温度変化量に基づいて第1係数および第2係数を補正することにより、モーター電流を精度良く推定することができる。このため、モーターが発熱等した場合にも、精度良く推定されたモーター電流に基づいて、モーターを適切に制御することができる。
上記のモーター制御装置において、記憶部は、第1係数として、モーターの端子間電圧を、モーターの抵抗で除算した値を記憶し、係数補正部は、モーター温度変化量から換算した、モーターのコイルの温度変化量に基づいて、第1係数を補正することが好ましい。
この構成によれば、コイル温度の変化により第1係数が変化する場合に、第1係数を、モーター温度変化量から換算したコイルの温度変化量に基づいて、補正することができる。
この場合、記憶部は、第2係数として、モーターの逆起電力定数を、モーターの抵抗で除算した値を記憶し、係数補正部は、モーター温度変化量から換算した、モーターのマグネットの温度変化量に基づいて、第2係数を補正することが好ましい。
この構成によれば、マグネット温度の変化により第2係数が変化する場合に、第2係数を、モーター温度変化量から換算したマグネットの温度変化量に基づいて、補正することができる。
この場合、温度取得部は、推定されたモーター電流に基づいて、モーター温度変化量としてモーターの発熱温度を取得することが好ましい。
この構成によれば、精度良く推定されたモーター電流に基づいて、モーター温度変化量としてのモーターの発熱温度を取得することができる。このため、温度センサーなど、モーター温度変化量を取得するための手段を別に設ける必要がない。
本発明の記録装置は、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のモーター制御装置と、モーター制御部により制御されるモーターと、媒体に対して画像を記録する記録部と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、モーターを適切に制御することができるモーター制御装置を備えたことで、モーターが適切に制御された状態で、媒体に対して画像を記録することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る媒体送り制御方法および記録装置について説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態の記録装置10は、ロール体RPから媒体Pを引き出して送りながら、媒体Pに対してインクジェット方式により画像を印刷するものである。また、記録装置10にセットされるロール体RPは、円筒状のコア(図示省略)に、帯状の媒体Pをロール状に巻き付けたものである。なお、媒体Pは、材質は特に限定されず、例えば、記録用紙、フィルム、布などである。媒体Pの幅は、例えば64インチである。記録装置10にセット可能なロール体RPの最大重量は、例えば80kgである。
また、記録装置10は、外部装置であるコンピューターCOMと通信可能に接続されている。記録装置10は、例えば、画像を記録するための画像データをコンピューターCOMから受信する。なお、記録装置10は、画像データをコンピューターCOMから受信する形態に限らず、例えば、USB(Universal Serial Bus)メモリーなどの記憶媒体から画像データを受信してもよく、記録装置10自身が画像データを作成するようにしてもよい。
記録装置10は、ロール駆動機構30と、キャリッジ駆動機構40と、媒体送り機構50と、プラテン55と、コントローラー100とを備えている。
ロール駆動機構30は、媒体Pが巻かれたロール体RPを回転させる。ロール駆動機構30は、一対の回転ホルダー31と、ロール輪列32と、ロールモーター33と、ロール回転検出部34とを備えている。
一対の回転ホルダー31は、ロール体RPのコアの両端にそれぞれ挿入され、ロール体RPを両側から保持する。一対の回転ホルダー31は、図示しないホルダー支持部に回転可能にそれぞれ支持されている。一方の回転ホルダー31には、ロール輪列32のロール出力ギア(図示省略)と噛み合うロール入力ギア32bが設けられている。
ロールモーター33は、一方の回転ホルダー31に対して駆動力を与える。ロールモーター33は、例えば、DC(Direct Current)モーターである。ロールモーター33からの駆動力がロール輪列32を介して伝達されることにより、回転ホルダー31およびこれに保持されたロール体RPが回転する。より具体的には、ロールモーター33は、ロール体RPから引き出された媒体Pが、ロール体RPに巻き戻されるように、ロール体RPを巻戻し方向D1に回転させることが可能である。また、ロールモーター33は、ロール体RPから媒体Pが送られるように、ロール体RPを送り回転方向D2に回転させることが可能である。ロールモーター33は、例えば、媒体Pの先端の頭出しを行う際に、ロール体RPを巻戻し方向D1に回転させる。一方、ロールモーター33は、後述する送り動作の際に、ロール体RPを送り回転方向D2に回転させる。
ロール回転検出部34は、ロール体RPの回転位置および回転方向を検出する。ロール回転検出部34は、ロールモーター33の出力軸に設けられた円盤状スケールと、フォトインターラプターとを備えたロータリーエンコーダーである。
キャリッジ駆動機構40は、ロール体RPから引き出された媒体Pに対して画像を記録する。キャリッジ駆動機構40は、キャリッジ41と、キャリッジ軸42と、記録ヘッド44と、キャリッジモーター45と、キャリッジ位置検出部46とを備えている。
キャリッジ41は、キャリッジモーター45がベルト機構(図示省略)を駆動することにより、キャリッジ軸42に沿って移動方向D3に移動する。キャリッジ41には、各色のインクを貯留するインクタンク43が設けられている。インクタンク43には、図示しないインクカートリッジからチューブを介してインクが供給される。また、キャリッジ41の下面には、インクジェットヘッドである記録ヘッド44が設けられている。記録ヘッド44は、インクタンク43から供給されたインクを、ノズルから吐出する。
なお、記録ヘッド44は、「記録部」の一例である。
なお、記録ヘッド44は、「記録部」の一例である。
キャリッジ位置検出部46は、キャリッジ41の移動方向D3における位置を検出する。キャリッジ位置検出部46は、移動方向D3に沿って設けられたリニアスケールと、フォトインターラプターとを備えたリニアエンコーダーである。
媒体送り機構50は、ロール体RPから引き出された媒体Pを、移動方向D3と略直交する送り方向D4に送る。媒体送り機構50は、駆動ローラー51aと、従動ローラー51bと、送り輪列52と、送りモーター53と、送り回転検出部54とを備えている。
駆動ローラー51aおよび従動ローラー51bは、相互間に挟持した媒体Pを回転送りする。駆動ローラー51aには、送り輪列52の送り出力ギア(図示書略)と噛み合う送り入力ギア52bが設けられている。
送りモーター53は、駆動ローラー51aに対して駆動力を与える。送りモーター53は、例えば、DCモーターである。送りモーター53からの駆動力が、送り輪列52を介して駆動ローラー51aに伝達されることより、駆動ローラー51aが回転し、それに伴って、従動ローラー51bが回転する。
送り回転検出部54は、駆動ローラー51aの回転位置および回転方向を検出する。送り回転検出部54は、送りモーター53の出力軸に設けられた円盤状スケールと、フォトインターラプターとを備えたロータリーエンコーダーである。
プラテン55は、記録ヘッド44と対向するように設けられている。プラテン55には、上下に貫通する吸引孔55aが複数形成されている。また、プラテン55の下方には、吸引ファン56が設けられている。吸引ファン56が作動することによって、吸引孔55a内が負圧となり、プラテン55上の媒体Pが吸引保持される。プラテン55上に吸引保持された媒体Pに対して、記録ヘッド44からインクが吐出される。
コントローラー100は、記録装置10の各部を統括制御する。コントローラー100は、CPU(Central Processing Unit)101と、ROM(Read Only Memory)102と、RAM(Random Access Memory)103と、PROM(Programmable ROM)104と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)105と、モータードライバー106と、バス107とを備えている。また、コントローラー100には、ロール回転検出部34、キャリッジ位置検出部46、送り回転検出部54からの各パルス信号が入力する。なお、コントローラー100の機能構成については、後述する。
以上のように構成された記録装置10は、媒体Pに画像を記録する記録ジョブを実行する際に、ドット形成動作と送り動作とを繰り返し行う。換言すれば、記録装置10は、1回の記録ジョブにおいて、複数回の送り動作を間欠的に繰り返し行う。ここで、ドット形成動作とは、キャリッジ41を移動方向D3に移動させながら記録ヘッド44からインクを吐出させて媒体P上にドットを形成する動作であり、主走査ともいう。送り動作とは、媒体Pを送り方向D4に送る動作であり、副走査ともいう。
図3を参照して、コントローラー100の機能構成例について説明する。コントローラー100は、主制御部110と、ロールモーター制御部130と、キャリッジモーター制御部140と、送りモーター制御部150とを備えている。これらの各機能部は、コントローラー100を構成するハードウェアと、ROM102などの記憶部に記憶されているソフトウェアとの協働によって実現される。
主制御部110は、ロールモーター制御部130、キャリッジモーター制御部140および送りモーター制御部150の各種制御を統括的に司る。ロールモーター制御部130は、主制御部110の指令に従い、ロールモータードライバー106aを介して、ロールモーター33を駆動制御する。同様に、キャリッジモーター制御部140は、主制御部110の指令に従い、キャリッジモータードライバー106bを介して、キャリッジモーター45を駆動制御する。送りモーター制御部150は、主制御部110の指令に従い、送りモータードライバー106cを介して、送りモーター53を駆動制御する。
図4は、PID制御を実現するときの送りモーター制御部150のブロック図である。送りモーター制御部150は、位置演算部141と、回転速度演算部142と、第1減算部143と、目標速度発生部144と、第2減算部145と、比例要素146と、積分要素147と、微分要素148と、PID加算部149と、PWM(Pulse Width Modulation)出力部152と、タイマー153とを備えている。
位置演算部141は、送り回転検出部54からのパルス信号をカウントすることにより、駆動ローラー51aの刻々の回転位置を算出する。回転速度演算部142は、送り回転検出部54からのパルス信号と、タイマー153で計測される時間とに基づいて、送りモーター53の回転速度ωおよび駆動ローラー51aの回転速度をそれぞれ算出する。
第1減算部143は、位置演算部141から出力された駆動ローラー51aの回転位置と、主制御部110から指令された目標位置との位置誤差を算出する。目標速度発生部144は、第1減算部143から出力された位置誤差に基づいて、所定の速度テーブルに応じた目標速度を算出する。第2減算部145は、回転速度演算部142から出力された駆動ローラー51aの回転速度と、目標速度発生部144から出力された目標速度との速度誤差ΔVを算出する。
比例要素146、積分要素147および微分要素148には、第2減算部145から出力された速度誤差ΔVが入力する。各要素は、速度誤差ΔVに基づいて、下記の(1)式〜(3)式により、以下の制御値Qを算出する。
QP(j)=ΔV(j)×Kp (1)
QI(j)=Q(j−1)+ΔV(j)×Ki (2)
QD(j)={ΔV(j)−ΔV(j−1)}×Kd (3)
ここで、jは時間であり、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲイン、Kdは微分ゲインである。
QP(j)=ΔV(j)×Kp (1)
QI(j)=Q(j−1)+ΔV(j)×Ki (2)
QD(j)={ΔV(j)−ΔV(j−1)}×Kd (3)
ここで、jは時間であり、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲイン、Kdは微分ゲインである。
PID加算部149は、比例要素146、積分要素147および微分要素148から出力される各制御値を加算し、合計された制御値QpidをPWM出力部152に出力する。PWM出力部152は、制御値Qpidに応じたデューティ値を設定し、設定したデューティ値のPWM信号を送りモータードライバー106cに出力する。なお、PWM出力部152は、設定したデューティ値を後述する電流推定部161(図5参照)に出力する。送りモータードライバー106cは、PWM出力部152から出力されたPWM信号に基づいて、送りモーター53をPWM制御にて駆動する。
本実施形態では、送りモーター制御部150が、送りモーター53をPID制御する構成であるが、これに限定されるものではなく、例えば、送りモーター53をPI制御する構成であってもよい。
ところで、送りモーター53の駆動を続けると、送りモーター53の発熱により送りモーター53の温度が上昇する。送りモーター53が高温になると、送りモーター53に焼損等の異常が生じるおそれがある。そこで、送りモーター制御部150は、送りモーター53の温度を推定し、推定温度が所定値を超えたとき、発熱制限制御を行いながら、送りモーター53を駆動するようにしている。
発熱制限制御とは、送りモーター53の間欠的な駆動の間に休止時間Twを挿入し、送りモーター53の間欠的な駆動の間隔を広げる制御である。この発熱制限制御を行うことにより、送りモーター53が高温になるのを防止することができる。
送りモーター53の温度の推定精度が低い場合には、安全上、推定温度が実際の温度よりも高めになるように設計することが多い。この場合、送りモーター53の温度が、実際にはそれほど高くない場合にも、発熱制限制御が行われることになる。これにより、送りモーター53の駆動間隔が広がるため、記録速度が遅くなり、送り方向D4における単位長さ当たりの記録時間が長くなってしまう。このように、実際には必要ないにもかかわらず発熱制限制御が行われることにより、記録動作全体のスループットが低下することを防止すべく、高い精度で推定温度を推定することが要求される。
図5は、発熱制限制御を実現するときの送りモーター制御部150のブロック図である。送りモーター制御部150は、PWM出力部152と、回転速度演算部142と、電流推定部161と、温度推定部162と、係数補正部163と、休止時間設定部164とを備えている。
なお、PWM出力部152は、「デューティ値設定部」の一例である。回転速度演算部142は、「回転速度取得部」の一例である。温度推定部162は、「温度取得部」の一例である。
なお、PWM出力部152は、「デューティ値設定部」の一例である。回転速度演算部142は、「回転速度取得部」の一例である。温度推定部162は、「温度取得部」の一例である。
PWM出力部152は、上述したように、制御値Qpidに応じたデューティ値を設定し、設定したデューティ値を電流推定部161に出力する。また、回転速度演算部142は、送り回転検出部54からのパルス信号と、タイマー153で計測される時間とに基づいて、送りモーター53の回転速度ωを算出する。回転速度演算部142は、算出した送りモーター53の回転速度ωを、電流推定部161に出力する。
電流推定部161は、送りモーター53に流れるモーター電流Iを推定する。電流推定部161は、例えば1msecごとに、モーター電流Iを求めている。モーター電流Iは、(4)式のように表すことができる。
I=(E×Duty−Ke×ω)/R (4)
E:送りモーター53の端子間電圧[V]
Duty:デューティ値
Ke:送りモーター53の逆起電力定数[V/rpm]
ω:送りモーター53の回転速度[rpm]
R:送りモーター53の抵抗[Ω]
I=(E×Duty−Ke×ω)/R (4)
E:送りモーター53の端子間電圧[V]
Duty:デューティ値
Ke:送りモーター53の逆起電力定数[V/rpm]
ω:送りモーター53の回転速度[rpm]
R:送りモーター53の抵抗[Ω]
(4)式において、
E/R=Ka (5)
Ke/R=Kb (6)
とすると、
I=Ka×Duty−Kb×ω (7)
となる。なお、以下では、Kaを第1係数といい、Kbを第2係数という。
E/R=Ka (5)
Ke/R=Kb (6)
とすると、
I=Ka×Duty−Kb×ω (7)
となる。なお、以下では、Kaを第1係数といい、Kbを第2係数という。
ここで、送りモーター53の製品個体差により、抵抗Rなどの各特性は製品ごとにばらつきがあるため、第1係数Kaおよび第2係数Kbも製品ごとにばらつきがある。このため、第1係数Kaおよび第2係数Kbを製品一律に設定したのでは、モーター電流Iを正確に推定することができなくなる。そこで、記録装置10の製造工程において、個々の製品について正確な第1係数Kaおよび第2係数Kbを求めている。
より具体的には、製造工程において、基準温度T0(例えば、20℃)の条件下、送りモーター53を高いデューティ値で駆動する場合と、送りモーター53を低いデューティ値で駆動する場合とで、モーター電流Iおよび回転速度ωをそれぞれ測定する。なお、モーター電流Iとしては、電流推定部161により推定した値ではなく、例えばオシロスコープにより実測した値を用いる。この測定結果を上記の(7)式に代入することにより、第1係数Ka_0および第2係数Kb_0に関する連立方程式を得ることができる。そして、得られた連立方程式を解くことによって、第1係数Ka_0および第2係数Kb_0を高い精度で求めることができる。製造工程で求められた第1係数Ka_0および第2係数Kb_0は、ROM102等の記憶部に格納される。
なお、第1係数Ka_0の「_0」は、基準温度T0における値であることを意味している。以下、他の数値についても同様である。
なお、第1係数Ka_0の「_0」は、基準温度T0における値であることを意味している。以下、他の数値についても同様である。
電流推定部161は、PWM出力部152で設定されたデューティ値と、回転速度演算部142で算出された回転速度ωと、係数補正部163から出力された第1係数Kaおよび第2係数Kbとを用いて、(7)式に従ってモーター電流Iを推定する。ここで、詳細は後述するが、係数補正部163から出力された第1係数Kaおよび第2係数Kbは、温度推定部162から出力された発熱温度dT_sumに基づいて、第1係数Ka_0および第2係数Kb_0が補正された値である。
温度推定部162は、電流推定部161が推定したモーター電流Iに基づいて、以下のようにして、送りモーター53の発熱温度dT_sumを求めている。
送りモーター53のコイル中を流れる電流iによって発生する発熱量Qは、ジュールの法則により、(8)式により表される。
Q=i2×R×t (8)
Q=i2×R×t (8)
このため、温度推定部162は、電流推定部161が1msecごとに求めたモーター電流Iに基づいて、1msecごとの発熱量Qを求めることができる。さらに、温度推定部162は、1msecごとの発熱量Qを積分することにより、単位時間ごと、例えば1分間ごと、の発熱量Q_sigmaを求めている。
なお、発熱量Q_sigmaの初期値は「0」であり、単位時間を経過するごとにリセットされる。そのため、送りモーター53が単位時間中に一度も駆動されなかったときは、発熱量Q_sigmaは「0」となる。
なお、発熱量Q_sigmaの初期値は「0」であり、単位時間を経過するごとにリセットされる。そのため、送りモーター53が単位時間中に一度も駆動されなかったときは、発熱量Q_sigmaは「0」となる。
次に、温度推定部162は、1分間ごとの発熱量Q_sigmaを、(9)式により発熱温度dT_newに換算する。
dT_new=Kc×Q_sigma (9)
ここで、Kcは、発熱量Q_sigmaから発熱温度dT_newへの換算係数である。
dT_new=Kc×Q_sigma (9)
ここで、Kcは、発熱量Q_sigmaから発熱温度dT_newへの換算係数である。
また、発熱温度dT_sumが放熱曲線に沿って下降し、1分後に達する発熱温度dT_oldは、放熱係数K1を用いて、(10)式により表される。
dT_old=K1×dT_sum (10)
よって、送りモーター53の最新の発熱温度dT_sumは、前回の発熱温度dT_sumに放熱係数K1を掛けた値に、最新(直近1分間)の発熱温度dT_newを加えることにより、(11)式で与えられる。
dT_sum=K1×dT_sum+dT_new (11)
温度推定部162は、(11)式に従って算出した発熱温度dT_sumを、係数補正部163および休止時間設定部164に出力する。なお、この総発熱温度dTn_sumは、送りモーター53の蓄熱による温度変化量になる。
dT_old=K1×dT_sum (10)
よって、送りモーター53の最新の発熱温度dT_sumは、前回の発熱温度dT_sumに放熱係数K1を掛けた値に、最新(直近1分間)の発熱温度dT_newを加えることにより、(11)式で与えられる。
dT_sum=K1×dT_sum+dT_new (11)
温度推定部162は、(11)式に従って算出した発熱温度dT_sumを、係数補正部163および休止時間設定部164に出力する。なお、この総発熱温度dTn_sumは、送りモーター53の蓄熱による温度変化量になる。
ところで、送りモーター53の発熱により送りモーター53のコイル温度およびマグネット温度が変化すると、コイル抵抗およびマグネットの磁力F(残留磁束密度)に影響を及ぼす。コイルの抵抗温度係数をPc[%/K]とすると、例えばコイルが銅線の場合、抵抗温度係数Pc=0.39である。また、マグネットの磁力温度係数をPm[%/deg]とすると、例えばフェライトマグネットの場合、磁力温度係数Pm=−0.19である。このため、送りモーター53のコイル温度およびマグネット温度が変化すると、抵抗Rおよび逆起電力定数Keが変化し、第1係数Kaおよび第2係数Kbも変化する。このため、送りモーター53のコイル温度およびマグネット温度が、基準温度T0とは異なるにもかかわらず、電流推定部161が、基準温度T0の条件下で得られた第1係数Ka_0および第2係数Kb_0を用いてモーター電流Iを推定すると、推定されたモーター電流Iは、実際に送りモーター53に流れた電流に対して誤差を有することになってしまう。そこで、係数補正部163は、温度推定部162により推定された発熱温度dT_sumに基づいて、第1係数Kaおよび第2係数Kbを補正するようにしている。
まず、第1係数Kaの補正について説明する。
(5)式に示したように、E/R=Kaであるから、第1係数Kaは、抵抗Rの変化の影響を受ける。そこで、送りモーター53の発熱前後における抵抗Rの変化について考えると、(12)式により表すことができる。
R_n=R_0×(1+Pc×dT_sum×Qc) (12)
ここで、Qcは、コイル定数、すなわち、発熱温度dT_sumをコイルの温度変化量に換算するための定数であり、製造工程における予備実験により求められ、ROM102等に格納されている。
なお、抵抗R_nの「_n」は、発熱温度dT_sumの発熱後における値であることを意味している。以下、他の数値についても同様である。
(5)式に示したように、E/R=Kaであるから、第1係数Kaは、抵抗Rの変化の影響を受ける。そこで、送りモーター53の発熱前後における抵抗Rの変化について考えると、(12)式により表すことができる。
R_n=R_0×(1+Pc×dT_sum×Qc) (12)
ここで、Qcは、コイル定数、すなわち、発熱温度dT_sumをコイルの温度変化量に換算するための定数であり、製造工程における予備実験により求められ、ROM102等に格納されている。
なお、抵抗R_nの「_n」は、発熱温度dT_sumの発熱後における値であることを意味している。以下、他の数値についても同様である。
そして、(5)式および(12)式より、第1係数Ka_nは、(13)式により表すことができる。
Ka_n=Ka_0/(1+Pc×dT_sum×Qc) (13)
係数補正部163は、ROM102等から読み出した第1係数Ka_0、抵抗温度係数Pcおよびコイル定数Qc、並びに温度推定部162から出力された発熱温度dT_sumを用いて、(13)式に従って第1係数Ka_nを算出する。係数補正部163は、このようにして第1係数Ka_0を補正したKa_nを、第1係数Kaとして電流推定部161に出力する。
Ka_n=Ka_0/(1+Pc×dT_sum×Qc) (13)
係数補正部163は、ROM102等から読み出した第1係数Ka_0、抵抗温度係数Pcおよびコイル定数Qc、並びに温度推定部162から出力された発熱温度dT_sumを用いて、(13)式に従って第1係数Ka_nを算出する。係数補正部163は、このようにして第1係数Ka_0を補正したKa_nを、第1係数Kaとして電流推定部161に出力する。
続いて、第2係数Kbの補正について説明する。
(6)式に示したように、Ke/R=Kbであり、逆起電力定数Keは、トルク定数Kt(=E/N0)に等しいことから、第2係数Kbは、(14)式で与えられる。
となる。なお、N0は、送りモーター53の無負荷回転速度である。
(6)式に示したように、Ke/R=Kbであり、逆起電力定数Keは、トルク定数Kt(=E/N0)に等しいことから、第2係数Kbは、(14)式で与えられる。
まず、マグネット温度の変化が無負荷回転速度N0に与える影響について考える。送りモーター53の発熱前後におけるマグネット温度の変化に伴う磁力Fの変化については、(15)式により表すことができる。
F_n=F_0×(1+Pm×dT_sum×Qm) (15)
ここで、Qmは、マグネット定数、すなわち、発熱温度dT_sumをマグネットの温度変化量に換算するための定数であり、製造工程における予備実験により求められ、ROM102等に格納されている。
F_n=F_0×(1+Pm×dT_sum×Qm) (15)
ここで、Qmは、マグネット定数、すなわち、発熱温度dT_sumをマグネットの温度変化量に換算するための定数であり、製造工程における予備実験により求められ、ROM102等に格納されている。
そして、送りモーター53の無負荷回転速度N0は、マグネットの磁力Fに逆比例することから、(15)式より、(16)式が得られる。
N0_n=N0_0/(1+Pm×dT_sum×Qm) (16)
N0_n=N0_0/(1+Pm×dT_sum×Qm) (16)
続いて、コイル温度の変化が端子間電圧Eに与える影響について考える。
上述したように、コイルの温度が上昇してコイル抵抗が増加すると、それに応じて電圧降下することから、発熱後の端子間電圧E_nは、(17)式により表すことができる。
E_n=E_0−I0×R_0×Pc×dT_sum×Qc (17)
ここで、I0は無負荷電流である。なお、無負荷電流I0は、温度変化はないものとしている。
上述したように、コイルの温度が上昇してコイル抵抗が増加すると、それに応じて電圧降下することから、発熱後の端子間電圧E_nは、(17)式により表すことができる。
E_n=E_0−I0×R_0×Pc×dT_sum×Qc (17)
ここで、I0は無負荷電流である。なお、無負荷電流I0は、温度変化はないものとしている。
また、コイル温度の変化が抵抗Rに与える影響については、上記の(12)式により与えられる。したがって、(12)式、(14)式、(16)式および(17)式より、(18)式が得られる。
係数補正部163は、ROM102等から読み出した第2係数Kb_0、磁力温度係数Pm、マグネット定数Qm、抵抗温度係数Pc、コイル定数Qc、発熱前の端子間電圧E、無負荷電流I0および抵抗R、並びに温度推定部162から出力された発熱温度dT_sumを用いて、(18)式に従って第2係数Kb_nを算出する。係数補正部163は、このようにして第2係数Kb_0を補正したKb_nを、第2係数Kbとして電流推定部161に出力する。
なお、発熱前の端子間電圧E_0、無負荷電流I0および抵抗R_0は、実際には製品ごとにばらつきを持つが、全体から見て影響が小さいため、どの送りモーター53も同じ値を定数として与えている。
なお、発熱前の端子間電圧E_0、無負荷電流I0および抵抗R_0は、実際には製品ごとにばらつきを持つが、全体から見て影響が小さいため、どの送りモーター53も同じ値を定数として与えている。
以上のようにして、係数補正部163により補正された第1係数Kaおよび第2係数Kbを用いて、電流推定部161が、(7)式に従ってモーター電流Iを推定する。
休止時間設定部164は、温度推定部162により推定された発熱温度dT_sumに基づいて、休止時間Twを設定する。休止時間設定部164は、例えば、発熱温度dT_sumが、閾値dT_maxを超えた場合に、その差分に比例した休止時間Twを設定する。
送りモーター制御部150は、休止時間設定部164により設定された休止時間Twを読み込み、送りモーター53の駆動前に休止時間Twを設定する。これにより、送りモータードライバー106cは、休止時間Twを待った後に送りモーター53を駆動開始するようになっている。この休止時間Twの待ちが入ることにより、送りモーター53の発熱が制限される。
なお、送りモータードライバー106cは、「モーター駆動部」の一例である。
なお、送りモータードライバー106cは、「モーター駆動部」の一例である。
以上のように、本実施形態の記録装置10によれば、発熱温度dT_sumを取得し、発熱温度dT_sumに基づいて、第1係数Kaおよび第2係数Kbを補正することにより、モーター電流Iを精度良く推定することができる。このため、送りモーター53が発熱した場合にも、精度良く推定されたモーター電流Iに基づいて、送りモーター53を適切に制御することができる。
また、本実施形態の記録装置10によれば、コイル温度の変化により第1係数Kaおよび第2係数Kbが変化する場合に、第1係数Kaおよび第2係数Kbを、発熱温度dT_sumから換算したコイルの温度変化量に基づいて、補正することができる。また、マグネット温度の変化により第2係数Kbが変化する場合に、第2係数Kbを、発熱温度dT_sumマグネットの温度変化量に基づいて、補正することができる。このため、モーター電流Iを精度良く推定することができる。
また、本実施形態の記録装置10によれば、精度良く推定されたモーター電流Iに基づいて、送りモーター53の発熱温度dT_sumを取得することができる。このため、温度センサーなど、送りモーター53の温度変化量を取得するための手段を別に設ける必要がない。
なお、本実施形態は、以下のような形態に変更することができる。
送りモーター53の温度変化量であるモーター温度変化量としては、送りモーター53の発熱温度dT_sum以外にも、例えば、送りモーター53の使用環境の温度変化量を、モーター温度変化量として用いてもよい。
送りモーター53の温度変化量であるモーター温度変化量としては、送りモーター53の発熱温度dT_sum以外にも、例えば、送りモーター53の使用環境の温度変化量を、モーター温度変化量として用いてもよい。
送りモーター53の発熱温度dT_sumを取得する手段としては、モーター電流Iに基づいて算出する以外にも、温度センサー等により、発熱温度dT_sum等の温度変化量を検出するようにしてもよい。
本発明のモーター制御装置およびモーター制御方法の適用例としては、送りモーター53以外にも、例えば、本実施形態に挙げたロールモーター33やキャリッジモーター45等、記録装置10に備えられた各種モーターに本発明を適用可能であり、さらには、いかなる装置に備えられたモーターにも本発明を適用可能である。モーターの種類としては、DCモーターおよびステッピングモーターが好ましく、なかでもDCモーターが好ましい。
推定したモーター電流Iに基づく送りモーター53の制御としては、発熱制限制御のほか、例えば、送りモーター53の緊急停止制御を実行するようにしてもよい。すなわち、推定したモーター電流Iを、所定のリミット電流I_limitと比較し、モーター電流Iがリミット電流I_limitを超えた場合には、送りモーター制御部150が、送りモーター53を緊急停止するようにしてもよい。さらに、本発明をロールモーター33に適用した場合には、ロールモーター33のテンション制御を実行するようにしてもよい。すなわち、ロールモーター33に流れる電流を推定し、推定した電流に基づいて、ロール体RPと駆動ローラー51aとの間の媒体Pに掛かるテンションが一定となるように、ロールモーター33を駆動制御するようにしてもよい。
記録装置10としては、インクジェット方式の記録装置に限定されるものではなく、例えば、ドットインパクト式の記録装置、電子写真式の記録装置であってもよい。
10:記録装置
53:送りモーター
100:コントローラー
106c:送りモータードライバー
142:回転速度演算部
152:PWM出力部
161:電流推定部
162:温度推定部
163:係数補正部
53:送りモーター
100:コントローラー
106c:送りモータードライバー
142:回転速度演算部
152:PWM出力部
161:電流推定部
162:温度推定部
163:係数補正部
Claims (6)
- モーターに対するPMW制御のデューティ値を設定するデューティ値設定部と、
前記モーターの回転速度を取得する回転速度取得部と、
第1係数および第2係数を記憶した記憶部と、
前記モーターの温度変化量であるモーター温度変化量を取得する温度取得部と、
取得された前記モーター温度変化量に基づいて、前記第1係数および前記第2係数を補正する係数補正部と、
設定された前記デューティ値に、補正された前記第1係数を乗算した値と、取得された前記回転速度に、補正された前記第2係数を乗算した値と、に基づいて、前記モーターに流れる電流であるモーター電流を推定する電流推定部と、
前記電流推定部により推定された前記モーター電流に基づいて、前記モーターを駆動するモーター駆動部と、
を備えたことを特徴とするモーター制御装置。 - 前記記憶部は、前記第1係数として、前記モーターの端子間電圧を、前記モーターの抵抗で除算した値を記憶し、
前記係数補正部は、前記モーター温度変化量から換算した、前記モーターのコイルの温度変化量に基づいて、前記第1係数を補正することを特徴とする請求項1に記載のモーター制御装置。 - 前記記憶部は、前記第2係数として、前記モーターの逆起電力定数を、前記モーターの抵抗で除算した値を記憶し、
前記係数補正部は、前記モーター温度変化量から換算した、前記モーターのマグネットの温度変化量に基づいて、前記第2係数を補正することを特徴とする請求項1または2に記載のモーター制御装置。 - 前記温度取得部は、推定された前記モーター電流に基づいて、前記モーター温度変化量として前記モーターの発熱温度を取得することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のモーター制御装置。
- 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のモーター制御装置と、
前記モーター駆動部により駆動される前記モーターと、
媒体に対して画像を記録する記録部と、
を備えたことを特徴とする記録装置。 - モーターに対するPMW制御のデューティ値を設定し、
前記モーターの回転速度を取得し、
前記モーターの温度変化量であるモーター温度変化量を取得し、
取得した前記モーター温度変化量に基づいて、所定の第1係数および所定の第2係数を補正し、
設定した前記デューティ値に、補正した前記第1係数を乗算した値と、取得した前記回転速度に、補正した前記第2係数を乗算した値と、に基づいて、前記モーターに流れる電流であるモーター電流を推定し、
推定した前記モーター電流に基づいて、前記モーターを駆動することを特徴とするモーター制御方法。
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---|---|---|---|
JP2014101186A JP2015220803A (ja) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | モーター制御装置、記録装置およびモーター制御方法 |
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JP2014101186A Pending JP2015220803A (ja) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | モーター制御装置、記録装置およびモーター制御方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017171437A (ja) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | 媒体送り装置 |
JP2020156225A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | ローム株式会社 | ステッピングモータの駆動回路およびその制御方法、それを用いた電子機器 |
CN113573960A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-10-29 | 日立安斯泰莫法国公司 | 车辆制动执行器的电动马达的温度的估算以及马达的控制 |
-
2014
- 2014-05-15 JP JP2014101186A patent/JP2015220803A/ja active Pending
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