JP2016193776A - 制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】当接対象を適切に被当接対象に押し当て可能な制御システムを提供する。
【解決手段】コントローラ（４０）は、位置制御処理と、反力推定処理と、コンプライアンス制御処理とを実行する。コントローラは、位置制御処理において、計測装置（３５，３７）による計測位置（Ｘｍ）と目標位置軌跡に従う目標位置（Ｘｒ）との偏差に基づき、駆動装置（３３）に入力する操作量（Ｕ）を算出する。コントローラは、反力推定処理において、当接対象に作用する反力であって、摩擦成分を除いた反力を推定する。コントローラは、コンプライアンス制御処理において、反力推定処理により推定された反力の推定値（Ｆｒ）に基づくコンプライアンス制御により、操作量（Ｕ）を補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、当接対象を被当接対象に押し当てるための制御システムに関する。

シートを搬送ローラのニップ部に押し当てて、シート先端を搬送ローラのニップ部に揃えることにより、シートの斜行を補正するシステムが従来知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４−０１７７４１号公報

シートを搬送ローラのニップ部で斜行補正する場合には、シートがニップ部と当接してからシートを更に送り出すことで、シート先端を搬送ローラのニップ部に押し当てる。但し、シートを必要以上に送り出すと、シートに過度の力が加わり、シート先端が折れ曲がったり、ジャムが発生したりする。一方、シートの送り出し量が少ないと、シートの斜行補正が十分に行われなくなる。このように、シートの斜行補正を適切に行うためには、過不足なくシートを送り出す必要がある。

しかしながら、上記のシステムは、シートを送り出すローラの回転量をシートの送り出し量に対応する一定の回転量に定めて、シートの搬送制御を行うために、シートを送り出すローラがシートに対してスリップしたときには、送り出し量に不足が生じる可能性があった。更には、シートの厚みや材質等によって適切な送り出し量が異なるため、シートを適切に被当接対象に押し当てて斜行補正するのが難しかった。

また、シートに限らず、当接対象を被当接対象に押し当てる場合には、衝撃を抑えるために、緩やかに当接対象を被当接対象に押し当てるのが好ましい。強い衝撃は、当接対象の一部に破損をもたらす可能性がある。例えば、シートをニップ部に当接させる場合には、シートが折れ曲がる可能性がある。

従って、本発明の一側面によれば、当接対象を適切に被当接対象に押し当て可能な制御システムを提供できることが望ましい。

本発明の一側面に係る制御システムは、当接対象を被当接対象に押し当てるための制御システムであって、機械的装置と、駆動装置と、計測装置と、コントローラとを備える。
機械的装置は、モータを備える。この機械的装置は、モータからの力を当接対象に作用させて、当接対象を被当接対象に向けて変位させる。駆動装置は、入力される操作量に応じてモータを駆動する。計測装置は、当接対象の変位に関する物理量を計測する。

コントローラは、位置制御処理と、反力推定処理と、コンプライアンス制御処理と、を実行する。コントローラは、位置制御処理において、計測装置により計測された物理量から特定される当接対象の位置である計測位置と目標位置軌跡に従う目標位置との偏差に基づき、駆動装置に入力する操作量を算出する。

コントローラは、反力推定処理において、当接対象に作用する反力を推定する。コントローラは、操作量と計測装置によって計測された物理量との関係から、モータから当接対象への動力伝達系で生じる摩擦成分を除いた反力を推定することができる。

コントローラは、コンプライアンス制御処理において、反力推定処理により推定された反力の推定値に基づくコンプライアンス制御により、位置制御処理から駆動装置に入力される操作量を補正する。

当接対象が被当接対象に接触し始めると、当接対象に作用する反力が上昇する。このとき、コントローラは、コンプライアンス制御により、反力に倣うように操作量を補正するため、反力によって当接対象に強い衝撃が発生するのを抑えることができる。しかも、この制御システムによれば、操作量と計測装置によって計測された物理量との関係から反力を推定し、この推定値を用いてコンプライアンス制御に基づく操作量の補正を行うため、追加的なハードウェアとしての力センサが不要である。従って、本発明の一側面によれば、当接対象を被当接対象に押し当てるための制御システムとして、有意義なシステムを提供することができる。

ところで、コントローラは、当接対象が被当接対象に接触し始めたことに対応して上記推定値が所定条件を満足すると、そのときの計測位置又は目標位置に基づき、目標反力に対応する目標停止位置を設定して、目標停止位置までの目標位置軌跡を新たに設定する位置設定処理を実行するように構成され得る。上記位置設定処理の実行によれば、機械的装置は、当接対象を目標反力に対応する力で適切に被当接対象に押し当てることができる。

コントローラは、上記推定値が目標反力に対応した値に到達したことを条件に、駆動装置にモータの駆動を停止させる停止制御処理を実行するように構成されてもよい。コントローラは、停止制御処理として、推定値が目標反力の所定割合に到達してから所定時間が経過したことを条件に、駆動装置にモータの駆動を停止させる処理を実行するように構成され得る。上記停止制御処理の実行によれば、目標反力を達成することのできない環境で、目標反力を達成しようとする制御が不要に長時間継続されるのを抑えることができる。

この他、当接対象が被当接対象に到達するまでの過程では、コンプライアンス制御処理を通常行う必要がない。従って、コントローラは、当接対象の変位が所定の段階に到達したことを条件に、コンプライアンス制御処理を開始する構成にされてもよい。

当接対象の変位の開始地点と被当接対象が存在する地点との間に配置されて、当接対象が通過したことに応じて検出信号を出力するセンサが、上記コンプライアンス制御処理の開始のために用いられてもよい。例えば、コントローラは、上記所定の段階として、計測装置により計測された物理量に基づく変位量であって上記検出信号が出力された時からの当接対象の変位量が、センサから被当接対象が存在する地点までの距離に対応する値に到達した時点で、コンプライアンス制御処理を開始するように構成され得る。こうした構成によれば、当接対象が被当接対象に当接するタイミングに合わせて、適切にコンプライアンス制御処理を開始することができる。

コントローラは、上記反力の推定値が所定条件を満足すると、コンプライアンス制御処理を開始する構成にされてもよい。所定条件は、推定値が目標反力より小さい所定の閾値を超えたことを条件に満足する条件であり得る。こうした閾値を用いたコンプライアンス制御処理の開始により、適切なタイミングでコンプライアンス制御に基づく操作量の補正を行うことができる。

コントローラは、上記推定値が所定条件を満足することとして、推定値が閾値を超え、
且つ、当該推定値が閾値を超える事象の発生時点から所定期間内に推定値が閾値を超えた値を再度示すと、コンプライアンス制御処理を開始するように構成され得る。この構成によれば、反力の推定誤差等に起因する一時的な推定値の上昇で、コンプライアンス制御処理が開始されるのを抑えることができる。

付言すると、上述のようにコンプライアンス制御処理を開始する場合、コントローラは、位置設定処理において、上記推定値が閾値を超える事象の発生時点での計測位置又は目標位置に基づき、目標停止位置を設定する構成にされ得る。こうした設定によれば、目標停止位置を、目標反力に対応した位置に適切に設定することができる。

この他、コントローラは、反力推定処理により推定された反力に基づき、上記閾値を設定する閾値設定処理を実行するように構成されてもよい。具体的に、コントローラは、当接対象と被当接対象との接触に起因する反力成分が含まれない期間の推定値に基づき、閾値を設定する閾値設定処理を実行するように構成され得る。このように閾値を設定すれば、例えば反力の推定誤差に応じた適切な閾値を設定して、コンプライアンス制御処理を開始することができる。

コントローラは、上記閾値設定処理において、当接対象の加速区間を除く期間の推定値に基づき、閾値を設定する構成にされ得る。このように加速区間外の推定値を用いて閾値を設定すれば、当接対象の変位が安定した時期の推定値を用いて適切に閾値を設定することができる。

コントローラは、当接対象と被当接対象との接触に起因する反力成分が含まれない期間の上記反力の推定値に基づき、目標反力を設定する目標反力設定処理を実行するように構成されてもよい。具体的に、コントローラは、目標反力設定処理において、当接対象の加速区間を除く期間の推定値に基づき、目標反力を設定するように構成され得る。上述した閾値設定処理と同様、この目標反力設定処理によれば、適切な目標反力を設定して、コンプライアンス制御処理を実行することができる。

この他、上記当接対象は、シートであり得る。この場合、機械的装置は、モータからの力をシートに作用させて、シートを被当接対象に向けて搬送する装置であり得る。被当接対象は、当接されたシートを挟持した状態で回転して、シートを更に搬送方向下流に搬送するローラであり得る。こうした搬送システムに、本発明の一側面に係る制御システムを適用すれば、例えば、シートの斜行補正を適切に実行可能なシステムを構成し得る。

制御システムは、ローラによって搬送方向下流に搬送されるシートに対して所定の処理を実行する処理装置を更に備えてもよい。こうした処理システムに、本発明の一側面に係る制御システムを適用すれば、例えば、シートを斜行補正し、そのシートに対して適切な処理を実行可能なシステムを構成し得る。

上述したコンプライアンス制御は、周知の原理に従って行い得る。即ち、コントローラは、コンプライアンス制御処理において、当接対象と被当接対象との間の仮想的なバネ特性及びダンパ特性と、機械的装置及び当接対象のイナーシャ特性と、により規定されるモデルであって、推定値と操作量に対する補正量との対応関係を表すモデルに基づき、位置制御処理から駆動装置に入力される操作量を、推定値を用いて補正する構成にされ得る。

例えば、コントローラは、コンプライアンス制御処理において、当接対象と被当接対象との間の仮想的なバネ特性を表す値Ｋｃと、当接対象と被当接対象との間の仮想的なダンパ特性を表す値Ｄｃと、機械的装置及び当接対象のイナーシャ特性を表す値Ｊｃと、補正係数Ｋｆとを含む伝達関数に従って、位置制御処理から駆動装置に入力される操作量を、
上記反力の推定値Ｆｒに対応する位置補正量Ｘｃだけ目標位置軌跡をずらす方向に補正する構成にされ得る。

伝達関数としては、例えば次の関数を採用することができる。ここで、ｓは、ラプラス演算子である。

この場合、コントローラは、位置設定処理において、上記推定値が所定条件を満足すると、上記推定値が所定条件を満足したときの計測位置又は目標位置である位置Ｘａ、及び、目標反力Ｆｔａｒに基づき、目標反力に対応する目標停止位置として、位置（Ｘａ＋（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒ）を設定する構成にされ得る。仮に当接対象が停止している場合には、ラプラス演算子ｓをゼロに置き換えることができる。このときの式（１）に示す関係に従って、上述したように目標停止位置を設定し得る。

給紙装置及び用紙搬送装置の機械的構成を表す図である。 画像形成システムの全体構成を表すブロック図である。 メインコントローラが実行する印刷制御処理を表すフローチャートである。 ＡＳＦコントローラの詳細構成を表すブロック図である。 図５Ａは、制御開始初期の目標位置軌跡を表すグラフであり、図５Ｂは、上段に変更後の目標位置軌跡を表し、下段に同一時間軸での反力推定値Ｆｒの変化を表すグラフ群である。 制御器の詳細構成を表すブロック図である。 反力オブザーバの詳細構成を表すブロック図である。 ＡＳＦコントローラが実行する制御ルーチン（前半）を表すフローチャートである。 制御ルーチン（後半）を表すフローチャートである。 反力推定値Ｆｒの時間変化と区間との対応関係を表すグラフである。 反力閾値テーブルを表す図である。 変形例の制御ルーチンを表すフローチャートである。

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１に示す本実施例の画像形成システム１は、例えばインクジェットプリンタとして構成される。この画像形成システム１は、給紙トレイ２１に収容された矩形状の用紙Ｑを、１枚ずつ分離して搬送する。画像形成システム１は、インクジェットヘッド７７の下方を通過する用紙Ｑに画像を形成する。

この画像形成システム１は、用紙Ｑを搬送するための機械的装置として給紙装置２０及び用紙搬送装置６０を備える。給紙装置２０は、給紙トレイ２１と、アーム２３と、給紙ローラ２５とを備える。給紙装置２０は、給紙ローラ２５の回転により給紙トレイ２１内の用紙Ｑを１枚分離して下流に搬送する。アーム２３は、給紙ローラ２５を回転可能な状態で保持し、自重又はバネによる付勢力により給紙ローラ２５を給紙トレイ２１における最上層の用紙Ｑに押圧する。給紙ローラ２５の回転により、給紙トレイ２１から下流に搬送される用紙Ｑは、Ｕターンパス２７により規制されて、搬送ローラ６１とピンチローラ６２との間のニップ部ＮＰに供給される。

ニップ部ＮＰより用紙搬送路上流の地点には、レジストセンサＳＮが配置される。レジストセンサＳＮは、ニップ部ＮＰに進入しようとする用紙Ｑが、ニップ部ＮＰより所定距離Ｌだけ手前の検出地点に位置しているか否かに応じて検出信号を出力する。用紙Ｑが給紙トレイ２１からニップ部ＮＰに進入してきた用紙Ｑの先端はニップ部ＮＰによってニップ部ＮＰより用紙搬送路下流に到達するのを阻止される。用紙Ｑの先端がニップ部ＮＰに押し当てられることにより、用紙Ｑの斜行は補正されて、用紙Ｑのレジスト動作（位置合わせ動作）が完了する。

用紙搬送装置６０は、ニップ部ＮＰに供給された用紙Ｑを上記レジスト動作の完了後、インクジェットヘッド７７の下方に搬送するように動作する。この用紙搬送装置６０は、搬送ローラ６１と、ピンチローラ６２と、排紙ローラ６４と、拍車ローラ６５とを備える。ピンチローラ６２は、搬送ローラ６１に対向配置され、拍車ローラ６５は、排紙ローラ６４に対向配置される。排紙ローラ６４は、搬送ローラ６１よりも用紙搬送路下流に配置される。搬送ローラ６１と排紙ローラ６４との間には、プラテン６７が配置される。プラテン６７は、搬送ローラ６１から排紙ローラ６４側に移動する用紙Ｑを下方から支持する。

給紙装置２０からニップ部ＮＰに供給された用紙Ｑは、搬送ローラ６１とピンチローラ６２との間に挟持され、搬送ローラ６１の回転により下流に搬送される。具体的には、プラテン６７に支持されて、排紙ローラ６４側に搬送される。搬送ローラ６１の回転に伴ってピンチローラ６２は従動回転する。排紙ローラ６４に到達した用紙Ｑは、排紙ローラ６４と拍車ローラ６５との間に配置されて、排紙ローラ６４の回転により下流に搬送される。排紙ローラ６４より下流に搬送された用紙Ｑは、図示しない排紙トレイに排出される。

インクジェットヘッド７７は、キャリッジ７１に搭載された状態で、プラテン６７上に対向配置される。インクジェットヘッド７７は、キャリッジ７１と共に、用紙搬送方向とは直交する主走査方向（図１紙面法線方向）に往復動される。インクジェットヘッド７７は、この往復動の過程において、インク液滴を下方に吐出することによって、プラテン６７上を通過する用紙Ｑに画像を形成する。

詳述すると、本実施例の画像形成システム１は、図２に示すように、給紙機構１０と、記録機構５０と、メインコントローラ９０と、通信インタフェース９９とを備える。給紙機構１０は、上記給紙装置２０及びレジストセンサＳＮに加えて、ＡＳＦモータ３１と、ＡＳＦ駆動回路３３と、ロータリエンコーダ３５と、信号処理回路３７と、ＡＳＦコントローラ４０とを備える。

ＡＳＦモータ３１は、給紙ローラ２５を回転駆動する直流モータであり、ＡＳＦ駆動回路３３によって駆動される。ＡＳＦ駆動回路３３は、ＡＳＦコントローラ４０から入力される操作量（電流指令値）Ｕに応じた駆動電流をＡＳＦモータ３１に印加するように、ＡＳＦモータ３１をＰＷＭ駆動する。

ロータリエンコーダ３５は、給紙ローラ２５の回転軸又はＡＳＦモータ３１の回転軸の周辺に配置されて、給紙ローラ２５の回転に応じたパルス信号を出力する。信号処理回路３７は、ロータリエンコーダ３５からの出力信号に基づき、給紙ローラ２５の回転位置Ｘ及び回転速度Ｖを計測する。以下では、信号処理回路３７による位置Ｘの計測値を計測位置Ｘｍと表現し、速度Ｖの計測値を計測速度Ｖｍと表現する。計測位置Ｘｍは、給紙開始時点からの給紙ローラ２５の回転量を表す。この計測位置Ｘｍは、用紙Ｑの変位量を間接的に表す物理量である。即ち、計測位置Ｘｍは、誤差を含むが間接的には用紙Ｑの給紙トレイ２１からの搬送量を表す。

ＡＳＦコントローラ４０は、メインコントローラ９０からの指令に従って、ＡＳＦモータ３１に対する操作量Ｕを演算し、これをＡＳＦ駆動回路３３に入力する。この操作量Ｕの演算及び入力によって、ＡＳＦコントローラ４０は、給紙ローラ２５の回転を制御する。詳細は後述するが、ＡＳＦコントローラ４０は、レジストセンサＳＮからの入力信号に基づき、制御方式を切り替えるように動作する。

この他、記録機構５０は、上記用紙搬送装置６０、キャリッジ７１及びインクジェットヘッド７７に加えて、ＰＦモータ６９と、ＣＲ搬送装置７０と、ＣＲモータ７５と、ヘッド駆動回路７９と、記録コントローラ８０とを備える。記録機構５０は、図示しないモータ駆動回路、エンコーダ及び信号処理回路を更に備えるが、これらの説明については省略する。

ＰＦモータ６９は、用紙搬送装置６０が備える搬送ローラ６１を回転駆動する直流モータであり、図示しない駆動回路を介して記録コントローラ８０により制御される。搬送ローラ６１及び排紙ローラ６４は、互いに図示しないベルト機構を介して接続されており、排紙ローラ６４は、搬送ローラ６１に対して同期回転する。

ＣＲ搬送装置７０は、ＣＲモータ７５からの動力を受けて、インクジェットヘッド７７を搭載するキャリッジ７１を主走査方向に往復動させる。ＣＲモータ７５は、ＣＲ搬送装置７０に動力を付与する直流モータであり、図示しない駆動回路を介して記録コントローラ８０により制御される。

ヘッド駆動回路７９は、インクジェットヘッド７７を駆動し、インクジェットヘッド７７にインク液滴を吐出させる。インクジェットヘッド７７からのインク液滴の吐出は、ヘッド駆動回路７９を介して記録コントローラ８０により制御される。記録コントローラ８０は、メインコントローラ９０からの指令に従って、ＰＦモータ６９、ＣＲモータ７５、及びヘッド駆動回路７９を制御することにより、インクジェットヘッド７７下への用紙Ｑの搬送動作、及び用紙Ｑへの画像形成動作を制御する。

メインコントローラ９０は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９３及びＲＡＭ９５を備え、画像形成システム１を統括制御する。ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９３に格納された各種プログラムに従う処理を実行する。ＲＡＭ９５は、ＣＰＵ９１による処理実行時に作業用メモリとして使用される。

メインコントローラ９０のＣＰＵ９１は、通信インタフェース９９を介して外部装置から印刷対象データを受信すると、この印刷対象データに基づく画像が用紙Ｑに形成されるように、給紙機構１０及び記録機構５０に対して指令入力する。通信インタフェース９９は、例えば、ＵＳＢインタフェースやＬＡＮインタフェースを備え、パーソナルコンピュータ等の外部装置と通信可能な構成にされる。以下では、メインコントローラ９０のＣＰＵ９１が実行する処理を、メインコントローラ９０が実行する処理として説明する。

具体的に、メインコントローラ９０は、印刷対象データを受信すると、図３に示す印刷制御処理を実行する。印刷制御処理を開始すると、メインコントローラ９０は、給紙処理（Ｓ１１０）を実行する。給紙処理（Ｓ１１０）において、メインコントローラ９０は、給紙機構１０に指令入力することにより、給紙トレイ２１から用紙Ｑを１枚分離及び搬送して、搬送ローラ６１とピンチローラ６２との間のニップ部ＮＰに押し当てる動作を、給紙機構１０に実行させる。このとき、搬送ローラ６１及びピンチローラ６２は、停止状態又は逆転状態にされる。ここで言う逆転状態とは、搬送ローラ６１及びピンチローラ６２がニップ部ＮＰにある用紙Ｑを用紙搬送路下流に搬送する回転状態とは反対方向に回転す
る状態である。

その後、メインコントローラ９０は、頭出し処理（Ｓ１２０）を実行する。頭出し処理において、メインコントローラ９０は、記録機構５０に指令入力することにより、上記ニップ部ＮＰに供給された用紙Ｑを下流に搬送する動作を、記録機構５０に実行させる。この指令入力により、記録機構５０は、用紙Ｑの画像形成対象領域先頭がインクジェットヘッド７７による記録位置（インク液滴吐出位置）に到達するまで、搬送ローラ６１を回転させる。

頭出し処理が終了すると、メインコントローラ９０は、画像形成処理（Ｓ１３０）を実行する。画像形成処理では、インクジェットヘッド７７の主走査方向の移動により形成可能な所定量の画像を用紙Ｑに形成しては用紙Ｑを所定量送り出す動作を、記録機構５０に繰返し実行させる。具体的には、上記動作を、用紙Ｑの画像形成対象領域末端までの画像形成が完了するまで、記録機構５０に繰返し実行させる。その後、メインコントローラ９０は、排紙処理（Ｓ１４０）を実行する。排紙処理において、メインコントローラ９０は、画像形成の完了した用紙Ｑを排紙トレイまで排出する動作を、記録機構５０に実行させる。

メインコントローラ９０は、上述した給紙処理（Ｓ１１０）、頭出し処理（Ｓ１２０）、画像形成処理（Ｓ１３０）、及び排紙処理（Ｓ１４０）の実行により、外部装置から受信した印刷対象データに基づく画像を用紙Ｑに形成して出力する。

続いて、ＡＳＦコントローラ４０の構成を、図４を用いて説明する。ＡＳＦコントローラ４０は、給紙処理（Ｓ１１０）の実行時にメインコントローラ９０から入力される指令に従って、ＡＳＦモータ３１を制御し、これにより用紙Ｑの搬送制御、具体的には給紙制御を実現する。このために、ＡＳＦコントローラ４０は、目標入力モジュール１１０と、制御器１２０と、外乱オブザーバ１５０と、反力オブザーバ１７０と、反力値入力モジュール１９０と、ＡＳＦメインモジュール２００とを備える。

目標入力モジュール１１０は、ＡＳＦメインモジュール２００から設定された目標位置軌跡に従って、制御開始時刻ｔ＝０から制御終了時刻までの各時刻ｔにおいて、時刻ｔに対応する目標位置Ｘｒを制御器１２０に入力する。目標位置Ｘｒは、給紙ローラ２５の回転位置Ｘに対する目標値であり、用紙Ｑの目標搬送量に対応する。目標位置軌跡は、制御開始時刻ｔ＝０からの各時刻ｔにおける目標位置Ｘｒを表す。

ＡＳＦメインモジュール２００から給紙制御開始前に設定される目標位置軌跡は、図５Ａに例示されるように、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Ｔｅまでは目標位置Ｘｒ＝０から目標位置Ｘｒ＝Ｘｅまで線形に変化し、時刻＝Ｔｅより後には、一定の目標位置Ｘｒ＝Ｘｅを示す目標位置軌跡であり得る。

目標位置Ｘｒ＝Ｘｅは、仮の目標停止位置に対応し、用紙Ｑが給紙トレイ２１からニップ部ＮＰまで移動するのに必要な給紙ローラ２５の回転量よりも十分に大きな値に設定される。詳細は後述するが、この目標位置軌跡は、給紙制御途中において実環境に適合した、図５Ｂ上段に例示されるような目標位置軌跡に変更される。

制御器１２０は、目標入力モジュール１１０から入力される目標位置Ｘｒに対応する操作量Ｕを演算して、演算した操作量ＵをＡＳＦ駆動回路３３に入力する。操作量Ｕは、電流指令値に対応する。ＡＳＦ駆動回路３３は、制御器１２０から入力される操作量Ｕに対応する駆動電流をＡＳＦモータ３１に印加する。ＡＳＦモータ３１の駆動電流と、ＡＳＦモータ３１が生じる力（トルク）との間には比例関係がある。

詳述すると、制御器１２０は、位置制御器１３０と、コンプライアンス制御器１４０とを備える。位置制御器１３０は、目標位置Ｘｒと信号処理回路３７から入力される計測位置Ｘｍとの偏差に基づいた操作量Ｕｘを算出する。そして、この操作量Ｕｘを、外乱オブザーバ１５０から入力される外乱推定値Ｆｄに基づいて補正して、補正後の操作量Ｕを、ＡＳＦ駆動回路３３に入力する。コンプライアンス制御器１４０は、反力値入力モジュール１９０から入力される反力推定値Ｆｒに基づくコンプライアンス制御によって、位置制御器１３０からＡＳＦ駆動回路３３に入力される操作量Ｕを補正する。

反力値入力モジュール１９０は、反力オブザーバ１７０によって算出された反力推定値Ｆｒをコンプライアンス制御器１４０に入力する。但し、反力値入力モジュール１９０は、ＡＳＦメインモジュール２００により制御されて、制御初期（図５Ｂに示す時刻ｔ＝Ｔａより前の期間）では、反力オブザーバ１７０によって算出された反力推定値Ｆｒではなく、反力推定値Ｆｒのダミー値として値ゼロ（Ｆｒ＝０）をコンプライアンス制御器１４０に入力する。

ここで、制御器１２０の詳細構成を、図６のブロック線図を用いて説明する。図６に示すように、制御器１２０は、位置制御器１３０の構成要素として、加減算要素１３１，１３５，１３９と、ゲイン要素１３３，１３７とを備える。加減算要素１３１は、目標位置Ｘｒと計測位置Ｘｍとの偏差（Ｘｒ−Ｘｍ）を、コンプライアンス制御器１４０から入力される補正値Ｃｘで補正してゲイン要素１３３に入力する。

ゲイン要素１３３は、加減算要素１３１からの入力値（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）にゲインＫｐを作用させた値Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）を、加減算要素１３５に入力する。加減算要素１３５は、ゲイン要素１３３からの入力値Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）と計測位置Ｘｍの微分値に対応する計測速度Ｖｍとの偏差Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）−Ｖｍを、コンプライアンス制御器１４０から入力される補正値Ｃｖで補正した値Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）−Ｖｍ−Ｃｖを、ゲイン要素１３７に入力する。ゲイン要素１３７は、加減算要素１３５からの入力値Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）−Ｖｍ−ＣｖにゲインＫｖを作用させた値Ｋｖ＊｛Ｋｐ＊（Ｘｒ−Ｘｍ−Ｃｘ）−Ｖｍ−Ｃｖ｝を、上記操作量Ｕｘとして加減算要素１３９に入力する。

加減算要素１３９は、ゲイン要素１３７からの操作量Ｕｘに外乱推定値Ｆｄを加算し、更に、この操作量（Ｕｘ＋Ｆｄ）を、コンプライアンス制御器１４０から入力される補正値Ｃｆで補正した値（Ｕｘ＋Ｆｄ−Ｃｆ）を、操作量ＵとしてＡＳＦ駆動回路３３に入力する。

また、制御器１２０は、コンプライアンス制御器１４０の構成要素として、ゲイン要素１４１，１４３，１４５，１４７と、加減算要素１４２，１４８と、積分要素１４４，１４６とを備える。

ゲイン要素１４１は、反力値入力モジュール１９０からの入力値ＦｒにゲインＫｆを作用させた値Ｋｆ＊Ｆｒを加減算要素１４２に入力する。加減算要素１４２は、ゲイン要素１４１からの入力値Ｋｆ＊Ｆｒと、加減算要素１４８からの入力値Ｆｐとの偏差Ｋｆ＊Ｆｒ−Ｆｐを、ゲイン要素１４３に入力する。

ゲイン要素１４３は、加減算要素１４２からの入力値Ｋｆ＊Ｆｒ−Ｆｐにゲイン１／Ｊｃを作用させた値Ｃｆ＝（Ｋｆ＊Ｆｒ−Ｆｐ）／Ｊｃを、積分要素１４４及び加減算要素１３９に入力する。

積分要素１４４は、加減算要素１４２からの入力値Ｃｆに対応する積分値Ｃｖ＝Ｃｆ／ｓを、ゲイン要素１４５及び積分要素１４６、並びに、位置制御器１３０の加減算要素１３５に入力する。なお、ｓはラプラス演算子を表している。

ゲイン要素１４５は、積分要素１４４からの入力値Ｃｖ＝Ｃｆ／ｓにゲインＤｃを作用させた値Ｄｃ＊Ｃｆ／ｓを加減算要素１４８に入力する。積分要素１４６は、積分要素１４４からの入力値Ｃｖ＝Ｃｆ／ｓに対応する積分値Ｃｘ＝Ｃｆ／ｓ²を、ゲイン要素１４７及び位置制御器１３０の加減算要素１３１に入力する。

ゲイン要素１４７は、積分要素１４６からの入力値Ｃｘ＝Ｃｆ／ｓ²にゲインＫｃを作用させた値Ｋｃ＊Ｃｆ／ｓ²を加減算要素１４８に入力する。加減算要素１４８は、ゲイン要素１４７からの入力値Ｋｃ＊Ｃｆ／ｓ²と、ゲイン要素１４５からの入力値Ｄｃ＊Ｃｆ／ｓとの加算値Ｋｃ＊Ｃｆ／ｓ²＋Ｄｃ＊Ｃｆ／ｓを、新たな値Ｆｐとして加減算要素１４２に入力する。

このコンプライアンス制御器１４０が、補正値Ｃｘ，Ｃｖ，Ｃｆを位置制御器１３０に入力することは、式（１）の関数Ｇ（ｓ）に従って、位置制御器１３０からＡＳＦ駆動回路３３に入力される操作量Ｕを、反力推定値Ｆｒに対応する位置補正量Ｘｃだけ目標位置軌跡（目標位置Ｘｒ）をずらす方向に補正することに対応する。

付言すると、上述したゲインＫｃは、用紙Ｑとニップ部ＮＰとの間の仮想的なバネ特性を表し、ゲインＤｃは、用紙Ｑとニップ部ＮＰとの間の仮想的なダンパ特性を表す。また、ゲイン（１／Ｊｃ）に対応する値Ｊｃは、給紙装置２０及び用紙Ｑのイナーシャ特性を表し、ゲインＫｆは、反力推定値Ｆｒに基づく操作量Ｕの補正係数を表す。式（１）の関数Ｇ（ｓ）は、用紙Ｑがニップ部ＮＰから受ける反力に倣うように目標位置Ｘｒを補正するための、反力推定値Ｆｒと操作量Ｕの補正量との対応関係を表す。

上記補正値Ｃｘは、位置補正量Ｘｃに対応し、補正値Ｃｖは、位置補正量Ｘｃの時間微分に対応し、補正値Ｃｆは、位置補正量Ｘｃの二階時間微分に対応する。反力値入力モジュール１９０からコンプライアンス制御器１４０に入力される反力推定値Ｆｒがゼロの間は、補正値Ｃｆ，Ｃｖ，Ｃｘがゼロであるため、コンプライアンス制御器１４０は、位置制御器１３０の操作量Ｕを補正するものとしては、実質的に機能しない。

また、外乱オブザーバ１５０は、制御器１２０がＡＳＦ駆動回路３３に入力する操作量Ｕと、信号処理回路３７から入力される計測速度Ｖｍとに基づき、ＡＳＦモータ３１に作用する反力に対応する推定値Ｆｄを外乱推定値Ｆｄとして算出し、この外乱推定値Ｆｄを位置制御器１３０の加減算要素１３９に入力する。

この他、反力オブザーバ１７０は、制御器１２０がＡＳＦ駆動回路３３に入力する操作量Ｕと、信号処理回路３７から入力される計測速度Ｖｍとに基づき、ＡＳＦモータ３１に作用する反力の内、摩擦成分を除く反力の推定値Ｆｒを反力推定値Ｆｒとして算出し、この反力推定値Ｆｒを反力値入力モジュール１９０に入力する。この摩擦成分を除く反力が、用紙Ｑの搬送方向とは反対に、当該用紙Ｑに働く力であり、反力推定値Ｆｒは、当該力のベクトルに対応する値である。

ここで、反力オブザーバ１７０の構成を、図７を用いて説明する。反力オブザーバ１７０は、逆モデル演算モジュール１７１と、加減算要素１７３と、ローパスフィルタ１７５と、摩擦推定モジュール１７７と、加減算要素１７９とを備える。

逆モデル演算モジュール１７１は、信号処理回路３７から入力される計測速度Ｖｍを、
制御対象の伝達モデルに対応する逆モデルの伝達関数Ｈ^-1を用いて、対応する操作量Ｕ^*に変換する。ここ言う制御対象は、ＡＳＦ駆動回路３３への操作量Ｕの入力から信号処理回路３７による制御出力（位置Ｘ及び速度Ｖ）の計測までの伝達系に対応する。

伝達関数Ｈ^−１は、例えば、入出力特性モデルＨを、剛体モデルにより表現して定めることができる。具体的に、伝達関数Ｈ^-1は、定数Ｋ及びラプラス演算子ｓを用いて、入出力特性モデルをＨ＝Ｋ／ｓで表現したときの逆数Ｈ^−１＝（１／Ｋ）・ｓであり得る。

加減算要素１７３は、制御器１２０からの操作量Ｕと、逆モデル演算モジュール１７１にて算出された操作量Ｕ^*との偏差（Ｕ−Ｕ^*）を算出する。ローパスフィルタ１７５は、この偏差（Ｕ−Ｕ^*）から高周波成分を除去する。高周波成分除去後の偏差（Ｕ−Ｕ^*）は、外乱推定値Ｆｄとして加減算要素１７９に入力される。偏差（Ｕ−Ｕ^*）は、操作量Ｕが電流指令値である関係上、単位をアンペアとするものである。但し、直流モータが駆動源である場合、アンペアとトルク（反力）との間には比例関係が成立する。従って、偏差（Ｕ−Ｕ^*）は、外乱として制御対象に作用する反力を間接的に表す。

加減算要素１７９は、この外乱推定値Ｆｄ＝（Ｕ−Ｕ^*）から、摩擦推定モジュール１７７から入力される摩擦推定値（Ｄ＊Ｖｍ＋μ＊Ｎ）を減算して、減算後の値Ｆｄ−（Ｄ＊Ｖｍ＋μ＊Ｎ）を、反力推定値Ｆｒとして反力値入力モジュール１９０に入力する。この反力推定値Ｆｒは、ＡＳＦメインモジュール２００にも入力される。

摩擦推定モジュール１７７は、計測速度Ｖｍに基づいて、ＡＳＦモータ３１から用紙Ｑへの動力伝達系に含まれる回転軸で生じる潤滑剤に起因する粘性摩擦成分の推定値（Ｄ・Ｖｍ）を算出することができる。係数Ｄは、粘性摩擦係数に対応する。そして、摩擦推定モジュール１７７は、粘性摩擦成分の推定値に動摩擦成分の推定値μＮを加えて、上記摩擦成分の推定値（Ｄ＊Ｖｍ＋μ＊Ｎ）を算出することができる。この摩擦成分の推定値（Ｄ＊Ｖｍ＋μ＊Ｎ）は、ＡＳＦモータ３１から用紙Ｑへの動力伝達系（特に回転軸）で生じる摩擦成分に対応する。

外乱オブザーバ１５０は、反力オブザーバ１７０と同様に、逆モデル演算モジュール１７１と、加減算要素１７３と、ローパスフィルタ１７５と、を備え、ローパスフィルタ１７５による高周波成分除去後の偏差（Ｕ−Ｕ^*）を、外乱推定値Ｆｄとして、位置制御器１３０に入力するように構成される。反力オブザーバ１７０は、外乱オブザーバ１５０としての機能を有するため、この外乱オブザーバ１５０は、設けられなくてもよい。即ち、反力オブザーバ１７０が、外乱オブザーバ１５０に代わって、外乱推定値Ｆｄを、位置制御器１３０に入力するように、ＡＳＦコントローラ４０は構成されてもよい。

続いて、ＡＳＦメインモジュール２００の詳細を説明する。ＡＳＦメインモジュール２００は、給紙処理（Ｓ１１０）の実行時にメインコントローラ９０から入力される指令に従って、図８及び図９に示す制御ルーチンを定期的に繰返し実行する。これにより、給紙制御を実現する。ＡＳＦメインモジュール２００は、給紙制御開始時に、上記指令に基づき、図５Ａに示す目標位置軌跡を目標入力モジュール１１０に設定し、ＡＳＦコントローラ４０内の各部を起動する。

ＡＳＦメインモジュール２００は、制御ルーチンを開始すると、制御開始時刻ｔ＝０からの経過時間に基づき、加速区間が終了したか否かを判断する（Ｓ２１０）。給紙ローラ２５は、給紙制御の開始後、目標位置軌跡に追従して定速回転するまでは、加速状態にある。ここで言う加速区間は、制御開始時刻ｔ＝０から給紙ローラ２５が定速状態に移行するまでの期間に対応する。

ＡＳＦメインモジュール２００は、加速区間が終了していないと判断すると（Ｓ２１０でＮｏ）、状態値ＦＬを値１に設定する（Ｓ２１５）。状態値ＦＬの初期値は、ゼロである。状態値ＦＬは、給紙制御の進行に応じて更新される。

Ｓ２１５の処理実行後、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２６０に移行し、反力値入力モジュール１９０からコンプライアンス制御器１４０への入力値をゼロに設定する。これにより、コンプライアンス制御器１４０の機能を無効にする。

その後、ＡＳＦメインモジュール２００は、制御器１２０に、現在の目標位置Ｘｒ、計測位置Ｘｍ、計測速度Ｖｍ、及び、外乱推定値Ｆｄに基づく操作量Ｕを演算及び出力させる（Ｓ２７０）。この際、外乱オブザーバ１５０は、外乱推定値Ｆｄを算出する。反力オブザーバ１７０は、反力推定値Ｆｒを算出する。操作量Ｕの初期値は、ゼロである。制御器１２０により算出された操作量Ｕは、ＡＳＦ駆動回路３３に入力される。これにより、ＡＳＦモータ３１は、操作量Ｕに対応した駆動電流で駆動される。加速区間の終了前には、上記内容の制御ルーチンが繰返し実行される。

加速区間の終了後の制御ルーチンにおいて、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２１０で肯定判断し、レジストセンサＳＮからＡＳＦコントローラ４０への入力信号がオン信号であるか否かを判断する（Ｓ２２０）。レジストセンサＳＮは、当該レジストセンサＳＮの検出地点に用紙Ｑが位置しているときオン信号を入力し、上記の検出地点に用紙Ｑが位置していないときオフ信号を入力する。

ＡＳＦメインモジュール２００は、レジストセンサＳＮからの入力信号がオフ信号であると判断すると（Ｓ２２０でＮｏ）、反力オブザーバ１７０から入力される反力推定値Ｆｒを、目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈの設定時に用いる反力推定値Ｆｒとして一時記憶する（Ｓ２２５）。この反力推定値Ｆｒは、レジストセンサＳＮからの入力信号がオン信号になり、後述する目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈが設定されるまで記憶保持される。ＡＳＦメインモジュール２００は、この反力推定値Ｆｒを記憶保持するためのメモリ２０１を備える。

Ｓ２２５での処理を終えると、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２６０及びＳ２７０を実行し、制御器１２０に、新しい操作量Ｕを演算及び出力させる。加速区間の終了後、レジストセンサＳＮからの入力信号がオン信号に切り替わるまでは、上記内容の制御ルーチンが繰返し実行されて、操作量Ｕの演算及び出力動作と、反力推定値Ｆｒのメモリ２０１への記憶動作と、が繰返し実行される。

レジストセンサＳＮからの入力信号がオン信号に切り替わった後の制御ルーチンにおいて、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２２０で肯定判断し、Ｓ２３０以降の処理を実行する。

Ｓ２３０において、ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬが値１であるか否かを判断する。ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬが値１ではなく値２以上であると判断すると（Ｓ２３０でＮｏ）、Ｓ２４０に移行する。

一方、ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬが値１であると判断すると（Ｓ２３０でＹｅｓ）、加速区間終了時刻ｔ＝ＴｃからレジストセンサＳＮがオン信号に切り替わる時刻ｔ＝Ｔｐまでの期間においてメモリ２０１に記憶された反力推定値Ｆｒの一群に基づき、目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈを設定する（Ｓ２３１，Ｓ２３３）。以下では、時刻ｔ＝Ｔｃからｔ＝Ｔｐまでの期間を抽出区間と表現する。図１０に示す抽出区間は、目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈの設定に際して参照する反力推定値Ｆｒの区間に対応する
。

目標反力Ｆｔａｒは、用紙Ｑをニップ部ＮＰに押し当てて斜行補正するときに実現されるべき反力（押し当て力）を表す。閾値Ｔｈは、反力オブザーバ１７０により算出される反力推定値Ｆｒと比較されて、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたことを検出するために用いられる。

反力推定値Ｆｒは、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接する前において理想的には値ゼロである。しかしながら、反力推定値Ｆｒは、制御対象のモデルに基づき算出されるため、モデル化等に起因する誤差を含み、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接していない場合にも、基本的にはゼロにはならない。抽出区間の反力推定値Ｆｒは、この反力推定値Ｆｒに含まれる誤差成分、換言すれば定常成分を特定するために用いられる。ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２３１において、抽出区間の反力推定値Ｆｒの平均値Ａｆを算出することにより、この平均値Ａｆを上記定常成分として特定する。

ＡＳＦメインモジュール２００は、算出した平均値Ａｆに基づき、目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈを、メモリ２０１が記憶する反力閾値テーブルを参照して設定する（Ｓ２３３）。反力閾値テーブルは、メインコントローラ９０のＲＯＭ９３に記憶され、メインコントローラ９０から提供される。

反力閾値テーブルは、図１１に示すように、平均値Ａｆが値Ａ１未満であるときに設定すべき目標反力Ｆｔ１及び閾値Ｔｈ１と、平均値Ａｆが値Ａ１以上値Ａ２未満であるときに設定すべき目標反力Ｆｔ２及び閾値Ｔｈ２と、平均値Ａｆが値Ａ２以上であるときに設定すべき目標反力Ｆｔ３及び閾値Ｔｈ３とを表す。値Ｆｔ１，Ｆｔ２，Ｆｔ３は、関係式Ｆｔ１＜Ｆｔ２＜Ｆｔ３を満足し、値Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３は、関係式Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３を満足する。閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３は、夫々、対応する目標反力Ｆｔ１，Ｆｔ２，Ｆｔ３より小さい値を示す。つまり、閾値と目標反力は、関係式Ｔｈ１＜Ｆ１、Ｔｈ２＜Ｆ２、Ｔｈ３＜Ｆ３を満足する。閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３は、値Ａｆの変動範囲よりも大きな値に定められる。

ＡＳＦメインモジュール２００は、この反力閾値テーブルに基づき、平均値Ａｆのレベルに応じた目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈとして、平均値Ａｆが大きい程、大きい目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈを設定する（Ｓ２３３）。反力閾値テーブルは、試験により、平均値Ａｆと目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈとの適切な関係を求めることにより作成することができる。Ｓ２３３での処理を終えると、ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬを値２に更新し（Ｓ２３５）、Ｓ２４０に移行する。

Ｓ２４０において、ＡＳＦメインモジュール２００は、現在の反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈより大きいか否かを判断する。ＡＳＦメインモジュール２００は、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈ以下であると判断すると（Ｓ２４０でＮｏ）、Ｓ２６０及びＳ２７０を実行し、制御器１２０に、新しい操作量Ｕを演算及び出力させる。

Ｓ２４０において、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈより大きいと判断すると（Ｓ２４０でＹｅｓ）、ＡＳＦメインモジュール２００は、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超えた前回時刻からの経過時間ＴＥが予め定められた時間ＴＥ０未満であるか否かを判断する（Ｓ２５０）。ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２５０において、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを制御開始後初めて超えた場合、及び、経過時間ＴＥが時間ＴＥ０以上である場合、否定判断する。

Ｓ２５０において否定判断すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、経過時間ＴＥの
計測を開始する（Ｓ２５５）。更に、現在時刻の目標位置Ｘｒを記憶する（Ｓ２５５）。その後、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２６０及びＳ２７０を実行し、制御器１２０に、新しい操作量Ｕを演算及び出力させる。

一方、経過時間ＴＥが時間ＴＥ０未満であると判断すると（Ｓ２５０でＹｅｓ）、ＡＳＦメインモジュール２００は、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたとみなして、Ｓ３００に移行する。即ち、ＡＳＦメインモジュール２００は、時間ＴＥ０より短い間隔で二度、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超える値を示したことを条件に、Ｓ３００に移行する。Ｓ３００以降において、ＡＳＦメインモジュール２００は、用紙Ｑがニップ部ＮＰに到達しているとみなした処理を実行する。

ここで、反力推定値Ｆｒが一度閾値Ｔｈを超えただけでは、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたとみなさないのは、用紙Ｑがニップ部ＮＰに到達していないのにも拘わらず、一時的に反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超える事象が生じ得るためである。時間ＴＥ０は、この一時的な事象と用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたこととを判別可能な範囲で短い時間に定められ得る。

Ｓ３００に移行すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬが値２であるか否かを判断する。ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬが値２であると判断すると（Ｓ３００でＹｅｓ）、Ｓ３１０に移行し、状態値が値２ではなく値３であると判断すると（Ｓ３００でＮｏ）、Ｓ３４０に移行する。

Ｓ３１０に移行すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２５５で記憶した目標位置Ｘｒを基準位置Ｘａに設定する。ここで、基準位置Ｘａに設定される目標位置Ｘｒは、上記時間ＴＥ０より短い時間間隔で２度生じた反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超える事象の内の最初の事象の発生時点（時刻ｔ＝Ｔａ）での目標位置Ｘｒである。すなわち基準位置Ｘａは、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めた位置に対応する。別例として、基準位置Ｘａは、上記最初の事象の発生時の計測位置Ｘｍに設定されてもよい。この場合には、Ｓ２５５で計測位置Ｘｍが記憶される。

上記基準位置Ｘａの設定後、ＡＳＦメインモジュール２００は、目標反力Ｆｔａｒを実現可能な目標停止位置Ｘｔａｒを、式Ｘｔａｒ＝Ｘａ＋（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒに従って算出する（Ｓ３２０）。ここで、式中の値Ｆｔａｒは、Ｓ２３３で設定された目標反力Ｆｔａｒであり、式中の値Ｋｆ，Ｋｃは、夫々、コンプライアンス制御器１４０におけるゲインＫｆ，Ｋｃである。式中のＸａは、上記基準位置Ｘａである。

上述した式（１）を参照すると、用紙Ｑのニップ部ＮＰへの押し当て完了時には、微分項をゼロとみなすことができるために、Ｘｃ＝（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｒを満足することが理解できる。従って、押し当て完了時に目標反力Ｆｔａｒを満足する位置補正量Ｘｃは、（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒである。それゆえ、用紙Ｑのニップ部ＮＰへの当接が始まる基準位置Ｘａから（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒだけ進んだ位置Ｘａ＋（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒに目標停止位置Ｘｔａｒを設定すれば、目標停止位置Ｘｔａｒにおいて目標反力Ｆｔａｒを実現できることが理解できる。

Ｓ３２０において、このように目標停止位置Ｘｔａｒを設定すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、目標入力モジュール１１０に対し、時刻ｔ＝Ｔａ以降の目標位置軌跡として、目標停止位置Ｘｔａｒに対応する目標位置軌跡を設定する。これにより、時刻ｔ＝Ｔａ以降の目標位置軌跡を変更する。即ち、図５Ｂ上段に示すように、変更前の目標位置軌跡において、目標位置Ｘｒ＝Ｘｔａｒとなる時刻ｔ＝Ｔｂ以降の目標位置Ｘｒを目標停止位置Ｘｔａｒに変更した新たな目標位置軌跡を、目標入力モジュール１１０に設定する
。その後、ＡＳＦメインモジュール２００は、状態値ＦＬを値３に変更し（Ｓ３３０）、Ｓ３７０に移行する。

Ｓ３７０に移行すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、反力値入力モジュール１９０からコンプライアンス制御器１４０への入力値を、反力オブザーバ１７０による反力推定値Ｆｒに設定する。これにより、コンプライアンス制御器１４０の機能を有効にする。

その後、ＡＳＦメインモジュール２００は、制御器１２０に、現在の目標位置Ｘｒ、計測位置Ｘｍ、計測速度Ｖｍ、及び、外乱推定値Ｆｄに基づく操作量Ｕを演算及び出力させる（Ｓ３８０）。この際、位置制御器１３０により算出される操作量Ｕは、コンプライアンス制御器１４０により反力推定値Ｆｒに対応する量補正された値として、ＡＳＦ駆動回路３３に入力される。

このようにして、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めた後には、コンプライアンス制御器１４０により反力推定値Ｆｒに倣うように補正された操作量ＵがＡＳＦ駆動回路３３に入力される。従って、用紙Ｑは、ニップ部ＮＰに対し緩やかに押し当てられる。

状態値ＦＬが値３に変更された後の制御ルーチンにおいて、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ３００で否定判断し、Ｓ３４０に移行する。Ｓ３４０において、ＡＳＦメインモジュール２００は、反力オブザーバ１７０による反力推定値Ｆｒが目標反力Ｆｔａｒの所定割合に対応する値α＊Ｆｔａｒ以上であるか否かを判断する。定数αは、例えば、α＝０．９に設定される。

Ｓ３４０において、反力推定値Ｆｒが値α＊Ｆｔａｒ未満であると判断すると（Ｓ３４０でＮｏ）、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ３７０及びＳ３８０を実行する。これに対し、反力推定値Ｆｒが値α＊Ｆｔａｒ以上であると判断すると（Ｓ３４０でＹｅｓ）、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ３５０に移行し、反力推定値Ｆｒが値α＊Ｆｔａｒ以上となった時刻ｔ＝Ｔ１からの経過時間ＴＳを算出する。図５Ｂの下段には、経過時間ＴＳを示す。

経過時間ＴＳが予め定められた時間ＴＳ０を経過するまでの制御ルーチンにおいて、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ３６０で否定判断し、Ｓ３７０及びＳ３８０を実行する。一方、上記経過時間ＴＳが時間ＴＳ０を経過すると、ＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ３６０で肯定判断し、制御器１２０に操作量Ｕの演算を終了させ、制御器１２０からＡＳＦ駆動回路３３へ入力する操作量Ｕをゼロに変更する（Ｓ３９０）。

このようにして、ＡＳＦメインモジュール２００は、上記経過時間ＴＳが予め定められた時間ＴＳ０を越えた時点（時刻ｔ＝Ｔ２）で、ＡＳＦ駆動回路３３によるＡＳＦモータ３１の駆動を停止させて、給紙装置２０による用紙Ｑの搬送動作を停止させる。この過程を経て、ＡＳＦコントローラ４０による給紙制御は終了し、用紙Ｑのレジスト動作は完了する。従って、本実施例では、用紙Ｑが目標反力Ｆｔａｒに対応した力でニップ部ＮＰに押し当てられ、用紙Ｑの斜行は適切に補正される。

上記レジスト動作の完了後、メインコントローラ９０は、頭出し処理（Ｓ１２０）を実行する。これにより、記録機構５０は、メインコントローラ９０からの指令を受けて搬送ローラ６１を回転させ、上記ニップ部ＮＰに供給された用紙Ｑを更に下流に搬送する。

以上、本実施例の画像形成システム１について説明した。本実施例の画像形成システム１では、用紙Ｑがニップ部ＮＰに押し当てられる際、反力推定値Ｆｒに基づくコンプライアンス制御により、目標位置Ｘｒと計測位置Ｘｍとの偏差に基づく操作量Ｕが適切に補正
される。

用紙Ｑがニップ部ＮＰに接触し始めると、用紙Ｑに作用する反力は上昇するが、本実施例によれば、コンプライアンス制御により、反力に倣うように操作量Ｕが補正され、用紙Ｑに作用する衝撃が抑えられる。しかも、本実施例によれば、物理的な力センサなしに、反力オブザーバ１７０を用いて、コンプライアンス制御が実現される。

特に本実施例のＡＳＦコントローラ４０は、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたことを、反力推定値Ｆｒに基づき判断する。ＡＳＦコントローラ４０は、当接開始前には、コンプライアンス制御器１４０への入力値をゼロ値に設定して（Ｓ２６０）、コンプライアンス制御を無効に設定する。そして、当接開始時から、コンプライアンス制御器１４０への入力値を反力オブザーバ１７０による反力推定値Ｆｒに切り替えることにより、コンプライアンス制御による操作量Ｕの補正を開始する（Ｓ３７０）。

更に、ＡＳＦコントローラ４０は、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたときの目標位置Ｘｒ又は計測位置Ｘｍを基準位置Ｘａに設定し（Ｓ３１０）、この基準位置Ｘａから目標反力Ｆｔａｒに対応する距離Ｋｆ／Ｋｃ＊Ｆｔａｒ進んだ地点を目標停止位置Ｘｔａｒに設定する（Ｓ３２０）。従って、本実施例の画像形成システム１によれば、用紙Ｑを目標反力Ｆｔａｒに対応する適切な押圧力でニップ部ＮＰに押し当てることができ、適切に用紙Ｑのレジスト動作を完了することができる。

この他、本実施例によれば、反力推定値Ｆｒが目標反力Ｆｔａｒに定常的に到達しない可能性を考慮して、反力推定値Ｆｒが目標反力Ｆｔａｒの所定割合に対応する値（α＊Ｆｔａｒ）に到達してから所定時間ＴＳ０が経過したことを条件に、ＡＳＦコントローラ４０がＡＳＦモータ３１の駆動を停止する（Ｓ３９０）。従って、本実施例によれば、目標反力Ｆｔａｒを達成しようとする制御が不要に長時間継続されるのを抑えることができる。

また、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始める前には、コンプライアンス制御に基づく操作量Ｕの補正が行われないので、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接される前の給紙制御にコンプライアンス制御が悪影響を及ぼすのを抑えることができ、優れた用紙Ｑの給紙制御を実現することができる。

更に、本実施例によれば、加速区間終了後からレジストセンサＳＮの出力信号がオン信号に切り替わる前までの用紙Ｑとニップ部ＮＰとの接触に起因する反力成分の含まれない反力推定値Ｆｒに基づき、目標反力Ｆｔａｒ及び閾値Ｔｈが適切に設定される。これにより本実地例では、反力推定値Ｆｒに含まれる定常成分の影響を抑えて、用紙Ｑを適切にニップ部ＮＰに押し当てることができる。

また、本実施例によれば、反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超える事象の発生時点（ｔ＝Ｔａ）から所定期間ＴＥ０内に反力推定値Ｆｒが閾値Ｔｈを超える値を再度示したことを条件に、コンプライアンス制御が開始される。従って、用紙Ｑのニップ部ＮＰへの当接に依らない一時的な反力推定値Ｆｒの上昇で、コンプライアンス制御が開始されるのを抑えることができる。

また、本実施例によれば、インクジェットヘッド７７によるインク液滴吐出位置に、用紙Ｑを適切に斜行補正して搬送することができるので、用紙Ｑに対して高品質な画像を形成することができ、高品質な印刷物をユーザに対して提供することができる。

ところで、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることが
できる。例えば、図８に示す制御ルーチンは、図１２に示す制御ルーチンに変更されてもよい。

図１２に示す制御ルーチンは、図８に示す制御ルーチンにおけるＳ２４０，２５０，Ｓ２５５に代えて、Ｓ４００の判断ステップが設けられたものである。図１２に示す制御ルーチンを実行する変形例のＡＳＦメインモジュール２００は、Ｓ２３０で状態値ＦＬが値１ではないと判断するか（Ｓ２３０でＮｏ）、Ｓ２３５において状態値ＦＬを値２に更新すると、Ｓ４００に移行する。

Ｓ４００において、ＡＳＦメインモジュール２００は、レジストセンサＳＮからの入力信号がオン信号に切り替わってからの給紙ローラ２５の回転量が所定量Ｚに到達したか否かを、レジストセンサＳＮからの入力信号がオン信号に切り替わったときの計測位置Ｘｍと最新の計測位置Ｘｍとに基づいて判断する。所定量Ｚは、用紙ＱがレジストセンサＳＮにより検出されてからニップ部ＮＰに当接するのに必要な給紙ローラ２５の回転量に対応する。即ち、所定量Ｚは、レジストセンサＳＮによる用紙Ｑの検出地点とニップ部ＮＰとの間の距離Ｌに対応した値に定められる。

ＡＳＦメインモジュール２００は、給紙ローラ２５の回転量が所定量Ｚに到達したと判断すると（Ｓ４００でＹｅｓ）、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたとみなして、Ｓ３００に移行する。一方、給紙ローラ２５が所定量Ｚ回転するまでは、Ｓ４００で否定判断して、Ｓ２６０及びＳ２７０を実行する。この変形例の制御ルーチンによっても、用紙Ｑがニップ部ＮＰに当接し始めたことを適切に検出して、コンプライアンス制御を開始することができる。

また、本発明は、キャリッジ７１の搬送制御に用いられてもよい。画像形成システムとしては、インクジェットヘッド７７を搭載するキャリッジ７１を、キャリッジ搬送路の端に配置された基準壁に押し当てるように搬送するシステムが知られている。例えば、キャリッジ７１を基準壁に押し当てた状態でエンコーダから得られるキャリッジ７１の位置を原点に設定することで、キャリッジ７１の絶対位置を検出するシステムが知られている。このシステムでは、キャリッジ７１を基準壁に押し当てると、キャリッジ７１やインクジェットヘッド７７に衝撃が及ぶ可能性がある。

このシステムに対して、本発明を適用すれば、キャリッジ７１及びインクジェットヘッド７７に作用する衝撃を抑えて、キャリッジ７１を基準壁に適切に押し当てることができ、優れた画像形成システムを構成することができる。

この他、本発明は、当接対象を被当接対象に押し当てる様々なシステムに適用することができる。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

最後に、用語間の対応関係について説明する。用紙Ｑは、当接対象の一例に対応し、搬送ローラ６１及びピンチローラ６２は、被当接対象の一例に対応する。ＡＳＦ駆動回路３３は、モータ(ＡＳＦモータ３１)を駆動する駆動装置の一例に対応し、ロータリエンコーダ３５及び信号処理回路３７は、計測装置の一例に対応する。ＡＳＦコントローラ４０は、コントローラの一例に対応する。

１…画像形成システム、１０…給紙機構、２０…給紙装置、２１…給紙トレイ、２３…アーム、２５…給紙ローラ、２７…Ｕターンパス、３１…ＡＳＦモータ、３３…ＡＳＦ駆動回路、３５…ロータリエンコーダ、３７…信号処理回路、４０…ＡＳＦコントローラ、５
０…記録機構、６０…用紙搬送装置、６１…搬送ローラ、６２…ピンチローラ、６４…排紙ローラ、６５…拍車ローラ、６７…プラテン、６９…ＰＦモータ、７０…ＣＲ搬送装置、７１…キャリッジ、７５…ＣＲモータ、７７…インクジェットヘッド、７９…ヘッド駆動回路、８０…記録コントローラ、９０…メインコントローラ、９１…ＣＰＵ、９３…ＲＯＭ、９５…ＲＡＭ、９９…通信インタフェース、１１０…目標入力モジュール、１２０…制御器、１３０…位置制御器、１３１…加減算要素、１３３…ゲイン要素、１３５…加減算要素、１３７…ゲイン要素、１３９…加減算要素、１４０…コンプライアンス制御器、１４１…ゲイン要素、１４２…加減算要素、１４３…ゲイン要素、１４４…積分要素、１４５…ゲイン要素、１４６…積分要素、１４７…ゲイン要素、１４８…加減算要素、１５０…外乱オブザーバ、１７０…反力オブザーバ、１７１…逆モデル演算モジュール、１７３…加減算要素、１７５…ローパスフィルタ、１７７…摩擦推定モジュール、１７９…加減算要素、１９０…反力値入力モジュール、２００…ＡＳＦメインモジュール、２０１…メモリ、ＮＰ…ニップ部、Ｑ…用紙、ＳＮ…レジストセンサ。

Claims (19)

1. 当接対象を被当接対象に押し当てるための制御システムであって、
   モータを含み、前記モータからの力を前記当接対象に作用させて、前記当接対象を前記被当接対象に向けて変位させる機械的装置と、
   入力される操作量に応じて前記モータを駆動する駆動装置と、
   前記当接対象の変位に関する物理量を計測する計測装置と、
   コントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記計測装置により計測された前記物理量から特定される前記当接対象の位置である計測位置と目標位置軌跡に従う目標位置との偏差に基づき、前記駆動装置に入力する前記操作量を算出する位置制御処理と、
   前記当接対象に作用する反力であって、前記操作量と前記計測装置によって計測された前記物理量との関係から、前記モータから前記当接対象への動力伝達系で生じる摩擦成分を除いた前記反力を推定する反力推定処理と、
   前記反力推定処理により推定された前記反力の推定値に基づくコンプライアンス制御によって、前記位置制御処理から前記駆動装置に入力される前記操作量を補正するコンプライアンス制御処理と、
   を実行することを特徴とする制御システム。
2. 前記コントローラは、更に、
   前記当接対象が前記被当接対象に接触し始めたことに対応して前記推定値が所定条件を満足すると、そのときの前記計測位置又は前記目標位置に基づき、目標反力に対応する目標停止位置を設定して、前記目標停止位置までの目標位置軌跡を新たに設定する位置設定処理
   を実行することを特徴とする請求項１記載の制御システム。
3. 前記コントローラは、更に、
   前記推定値が目標反力に対応した値に到達したことを条件に、前記駆動装置に前記モータの駆動を停止させる停止制御処理
   を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の制御システム。
4. 前記コントローラは、更に、
   前記推定値が目標反力の所定割合に到達してから所定時間が経過したことを条件に、前記駆動装置に前記モータの駆動を停止させる停止制御処理
   を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の制御システム。
5. 前記コントローラは、前記当接対象の変位が所定の段階に到達したことを条件に、前記コンプライアンス制御処理を開始すること
   を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の制御システム。
6. 前記当接対象の変位の開始地点と前記被当接対象が存在する地点との間に配置されて、前記当接対象が通過したことに応じて検出信号を出力するセンサを備え、
   前記コントローラは、前記所定の段階として、前記計測装置により計測された前記物理量に基づく、前記検出信号が出力された時からの前記当接対象の変位量が、前記センサから前記被当接対象が存在する地点までの距離に対応する値に到達した時点で、前記コンプライアンス制御処理を開始することを特徴とする請求項５記載の制御システム。
7. 前記コントローラは、前記推定値が前記所定条件を満足すると、前記コンプライアンス
   制御処理を開始する
   をことを特徴とする請求項２記載の制御システム。
8. 前記所定条件は、前記推定値が前記目標反力より小さい所定の閾値を超えたことを条件に満足されること
   を特徴とする請求項７記載の制御システム。
9. 前記コントローラは、前記推定値が前記所定条件を満足することとして、前記推定値が前記閾値を超え、且つ、前記推定値が前記閾値を超える事象の発生時点から所定期間内に前記推定値が前記閾値を超えた値を再度示すと、前記コンプライアンス制御処理を開始することを特徴とする請求項８記載の制御システム。
10. 前記コントローラは、前記位置設定処理において、前記事象の発生時点での前記計測位置又は前記目標位置に基づき、前記目標停止位置を設定すること
    を特徴とする請求項９記載の制御システム。
11. 前記コントローラは、更に、
    前記当接対象と前記被当接対象との接触に起因する反力成分が含まれない期間の前記推定値を抽出し、抽出された前記推定値に基づき、前記閾値を設定する閾値設定処理
    を実行すること
    を特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか一項記載の制御システム。
12. 前記コントローラは、前記閾値設定処理において、前記期間の内、前記当接対象の加速区間を除く期間の前記推定値を抽出すること
    を特徴とする請求項１１記載の制御システム。
13. 前記コントローラは、更に、
    前記当接対象と前記被当接対象との接触に起因する反力成分が含まれない期間の前記推定値を抽出し、抽出された前記推定値に基づき、前記目標反力を設定する目標反力設定処理
    を実行すること
    を特徴とする請求項２〜請求項４、及び、請求項７〜請求項１２のいずれか一項記載の制御システム。
14. 前記コントローラは、前記目標反力設定処理において、前記期間の内、前記当接対象の加速区間を除く期間の前記推定値を抽出すること
    を特徴とする請求項１３記載の制御システム。
15. 前記当接対象は、シートであり、
    前記機械的装置は、前記モータからの力を前記シートに作用させて、前記シートを前記被当接対象に向けて搬送する構成にされていること
    を特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項記載の制御システム。
16. 前記被当接対象は、当接された前記シートを挟持した状態で回転して、前記シートを更に搬送方向下流に搬送するローラであり、
    前記制御システムは、前記ローラによって搬送方向下流に搬送される前記シートに対して所定の処理を実行する処理装置を更に備えること
    を特徴とする請求項１５記載の制御システム。
17. 前記コントローラは、前記コンプライアンス制御処理において、前記当接対象と前記被
    当接対象との間の仮想的なバネ特性及びダンパ特性と、前記機械的装置及び前記当接対象のイナーシャ特性と、により規定されるモデルであって、前記推定値と前記操作量に対する補正量との対応関係を表すモデルに基づき、前記位置制御処理から前記駆動装置に入力される前記操作量を、前記推定値を用いて補正すること
    を特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項記載の制御システム。
18. 前記コントローラは、前記コンプライアンス制御処理において、前記当接対象と前記被当接対象との間の仮想的なバネ特性を表す値Ｋｃと、前記当接対象と前記被当接対象との間の仮想的なダンパ特性を表す値Ｄｃと、前記機械的装置及び前記当接対象のイナーシャ特性を表す値Ｊｃと、補正係数Ｋｆとを含む次の伝達関数（ｓはラプラス演算子である）
    

    

    に従って、前記位置制御処理から前記駆動装置に入力される前記操作量を、前記推定値としての値Ｆｒに対応する位置補正量Ｘｃだけ前記目標位置軌跡をずらす方向に補正すること
    を特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項記載の制御システム。
19. 前記コントローラは、前記位置設定処理において、前記推定値が所定条件を満足すると、所定条件を満足したときの前記計測位置又は前記目標位置である位置Ｘａ、及び、目標反力Ｆｔａｒに基づき、前記目標反力に対応する前記目標停止位置として、位置（Ｘａ＋（Ｋｆ／Ｋｃ）＊Ｆｔａｒ）を設定すること
    を特徴とする請求項１８記載の制御システム。

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