JP2021066013A - 電子機器及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリッジのフィードバック制御の追従性とキャリッジ速度の振動抑制を両立できる制御を提供する。【解決手段】駆動手段の駆動により移動される対象物を検出し、その検出により出力される検出信号に基づいて、第１の周期で対象物に対する第１のフィードバック制御を行うための制御量を推定する。これとともに、その検出信号に基づいて、第１の周期より短い第２の周期で対象物に対する第２のフィードバック制御を行うために、対象物の状態量を推定する。さらに、推定された制御量に基づいて、第１のフィードバック制御のための第１操作量を生成し、推定された状態量とに基づいて、第２のフィードバック制御のための第２操作量を生成する。そして、生成された第１操作量と第２操作量に関する情報を切替えて転送し、その転送された第１操作量と第２操作量から対象物への第３操作量を生成し、第３操作量により駆動手段を駆動する。【選択図】図７

Description

本発明は電子機器及びその制御方法に関し、特に、例えば、シリアル型の記録装置のキャリッジ等の移動物体の駆動制御の技術に関する。

シリアル型プリンタにおいてモータにより往復移動するキャリッジの駆動はエンコーダを用いたＰＩＤ制御などのフィードバック制御が一般的である。シリアル型のインクジェットプリンタにおいて、インクを吐出する記録ヘッドを搭載するキャリッジの走査を行う駆動部では、インク着弾位置の安定化のためにキャリッジ走査時の速度変動が重視されている。このため、キャリッジの速度変動を安定化させる制御を実現することが求められている。

特許文献１に記載の印刷装置およびゲイン補正方法では、特定の制御対象を動作させた所定期間における速度変動量に基づいた補正比率に応じて、ＰＩＤ制御のための定数（ゲイン）を補正する。特許文献１によれば、速度変動量が大きいほどＰＩＤ制御のための補正比率を小さくすることができ、その結果、過剰な変動が抑制され、制御対象の速度変動の収束を実現させることができる。

特開２０１１−１０２０１２号公報

特許文献１の印刷装置およびゲイン補正方法では、制御対象の速度変動を収束させるために、制御対象の制御ゲインを結果的に下げることになる。このため、制御対象物の過剰な振動を抑制することは可能かもしれないが、制御対象物の応答性を損なうことになる。制御対象物の状態変化の中における振動抑制と追従性の両立が課題となる。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、フィードバック制御の追従性と制御対象物の振動抑制を両立できる電子機器とその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の電子機器は、以下の構成を備える。

即ち、対象物の移動を制御する電子機器であって、前記対象物を移動させる駆動手段と、前記駆動手段の駆動により移動される前記対象物を検出する検出手段と、前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、第１の周期で前記対象物に対する第１のフィードバック制御を行うための制御量を推定する第１の推定手段と、前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記対象物に対する第２のフィードバック制御を行うために、前記対象物の状態量を推定する第２の推定手段と、前記第１の推定手段により推定された制御量に基づいて、前記第１のフィードバック制御のための第１操作量を生成する第１の生成手段と、前記第２の推定手段により推定された前記状態量に基づいて、前記第２のフィードバック制御のための第２操作量を生成する第２の生成手段と、前記第１の生成手段により生成された前記第１操作量と前記第２操作量に関する情報を切替えて転送する転送手段と、前記転送手段により転送された前記第１操作量と前記情報に基づいた前記第２操作量から前記対象物への第３操作量を生成し、該第３操作量により前記駆動手段を駆動する合成手段とを有することを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、駆動手段を駆動することで移動される対象物の移動を制御する電子機器における制御方法であって、前記駆動手段の駆動により移動される前記対象物を検出する検出工程と、前記検出工程において出力される検出信号に基づいて、第１の周期で前記対象物に対する第１のフィードバック制御を行うための制御量を推定する第１の推定工程と、前記検出工程において出力される検出信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記対象物に対する第２のフィードバック制御を行うために、前記対象物の状態量を推定する第２の推定工程と、前記第１の推定工程において推定された制御量に基づいて、前記第１のフィードバック制御のための第１操作量を生成する第１の生成工程と、前記第２の推定工程において推定された前記状態量とに基づいて、前記第２のフィードバック制御のための第２操作量を生成する第２の生成工程と、前記第１の生成工程において生成された前記第１操作量と前記第２操作量に関する情報を切替えて転送する転送工程と、前記転送工程において転送された前記第１操作量と前記情報に基づいた前記第２操作量から前記対象物への第３操作量を生成し、該第３操作量により前記駆動手段を駆動する合成工程とを有することを特徴とする制御方法を備える。

本発明によれば、フィードバック制御の追従性と制御対象物の振動抑制を両立することができるという効果がある。

記録装置のキャリッジモータの駆動制御部におけるフィードバック制御構成を示すブロック図である。 第１状態量と第２状態量との関係を示す２次元座標空間の図である。 本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の主要機構部分を示す斜視図である。 図３に示す記録装置の制御部を示すブロック図である。 図３〜図４で示した記録装置におけるキャリッジ駆動制御の詳細を説明するブロック図である。 Ａ相Ｂ相のエンコーダ信号を示す図である。 合成部２６の詳細な構成を示すブロック図である。 セレクタとその周辺部の構成を示すブロック図である。 セレクタへの入出力信号を示すタイミングチャートである。 モータドライバの動作を示すフローチャートである。 加算／減算信号ラッチ回路の動作を示すフローチャートである。 複数のモータの駆動制御を行う合成部と状態推定部とスライディングモード制御演算部の構成を示すブロック図である。 ４つのモータを駆動する場合のセレクタとその周辺部の構成を示すブロック図である。 ４つのモータを駆動する場合のセレクタへの入出力信号を示すタイミングチャートである。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には、複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられても良い。さらに添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

以下の説明においては、電子機器の代表的な例としてシリアル型記録装置のキャリッジを移動させるモータの駆動制御を例に挙げる。しかし、記録装置のキャリッジに限らず、モータの駆動により物体を移動させるものであれば、本発明のモータ制御を適用することが可能である。例えば、その記録装置において、記録用紙などの記録媒体を搬送するために用いる搬送モータの駆動制御に適用することもできる。さらには、ＣＣＤラインスキャナやＣＩＳなどをモータを駆動して移動させながら原稿の画像を光学的に読取るスキャナ装置なども本発明に含まれる。

１．フィードバック制御の説明
図１は記録装置のキャリッジモータの駆動制御部におけるフィードバック制御構成を示すブロック図である。図１において、（ａ）は一般的な制御構成を示す図であり、（ｂ）はこの実施例において用いられる制御構成を示す図である。

まず、図１（ａ）を参照して一般的なフィードバック制御構成について説明する。

図１（ａ）に示すように、制御対象（例えば、キャリッジ）２１の状態を検出した検出信号（キャリッジの位置、速度）が制御量推定部（例えば、ＣＰＵ）２３に出力され、位置・速度情報等の制御量を推定する。その制御量が第１制御部（例えば、キャリッジドライバ）２２に出力され、制御対象２１を入力される目標値に収束させるための操作量が演算される。操作量が制御対象２１に出力されることでフィードバック制御ループが構成される。

さて、制御対象を安定して動かすためには、制御対象の特性を鑑みつつ制御上の余裕度を確保して、諸々のパラメータ設定を行う必要がある。余裕度が足りないと振動が発生し、発振現象から制御不能に至る場合もある。一方、この余裕度を取りすぎると制御対象の追従性能が低下するが、振動抑制のために追従性能に制限をかけることは避けられない。

次に、図１（ｂ）を参照してこの実施例で用いられるフィードバック制御構成について説明する。

図１（ｂ）に示されているように、このフィードバック制御では、図１（ａ）で示したフィードバック制御ループに加えて、制御対象２１からの検出信号を用いた別のフィードバック制御ループを形成する。即ち、制御対象２１の状態を検出した検出信号が制御量推定部２３に出力され、キャリッジの位置・速度情報等の制御量を推定する。その制御量が第１制御部２２に出力され、第１制御部２２で制御対象２１を目標値に収束させるための第１操作量が演算される。次に、第１制御部２１から第１操作量が出力され、合成部２６を経て制御対象２１に至ることで、第１のフィードバックループが形成される。

一方、制御対象２１の状態を検出した検出信号は状態量推定部２５にも出力され、状態量推定部２５で第１状態量と第２状態量を推定する。第２状態量は第１状態量を時間微分した関係がある。具体的には、第１状態量と第２状態量は位置と速度の組み合わせ、もしくは速度と加速度の組み合わせからなる値となり、これらが第２制御部２４に出力されるものとなる。そして、第２の制御部２４で第２操作量が演算される。次に、第２制御部２４から第２操作量が出力され、合成部２６で第１操作量と第２操作量とが合成されて制御対象２１に至る。このように、制御対象２１→状態量推定部２５→第２制御部２４→合成部２６→制御対象２１という第２のフィードバックループが形成される。

さて、第１状態量と第２状態量は、例えば、キャリッジの位置（ｘ）と速度（ｖ）、又は、キャリッジの速度（ｖ）と加速度（ａ）の関係になるので、これら２つの状態量（２変数）の関係を２次元空間で表現できる。

図２は第１状態量と第２状態量との関係を示す２次元座標空間の図である。図２では、横軸に第１状態量を、縦軸に第２状態量を定義している。

図２に示されるように、その平面において、予め２分割の領域が定義され、その平面が切り替え線と呼ばれる関数により２つの領域に分割されている状態を示している。この領域分割を領域１、領域２と呼ぶ。この切り替え線を表す関数は、第１状態量をＳ１、第２状態量をＳ２とすれば、Ｓ２＝ｋ×Ｓ１という関係で表現される一次関数である。ここで、ｋは切り替え係数である。

図２に示されるように、切り替え線の上部領域（白色）が領域１、下部領域（斜線）が領域２となっている。そして、第１状態量と第２状態量の関係が領域１にある場合には＋符号の操作量を出力し、第１状態量と第２状態量の関係が領域２にある場合には−符号の操作量を出力する。なお。動作条件によっては、領域１が−符号、領域２が＋符号の場合もありえる。この２つの領域をまたぐ毎に符号が切り替わることで操作量はスイッチング動作に相当する動きを実現するものとなる。この様な操作量が第２操作量として第２制御部２４の出力となり、合成部２６を経て制御対象２１に至る。

第１操作量と第２操作量は非同期に更新されるものであり、これらのタイミングを調整しつつ合算するのが合成部２６であり、合算値となる第３操作量を制御対象２１に出力する。

ここで、図１（ｂ）に示したフィードバック制御を、シリアル型記録装置において記録ヘッドを搭載して往復運動するキャリッジの速度制御に適用した例について説明する。

２．フィードバック制御の適用例の説明
まず、図１（ｂ）を参照して説明したような２つのフィードバックループを形成する制御を適用するシリアル型の記録装置について説明する。

＜記録装置の説明（図３〜図４）＞
図３は本発明の代表的な実施例であるインクジェット方式に従ってインク液滴を吐出するインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載した記録装置の構成を示す外観斜視図である。

記録ヘッド２を搭載するキャリッジ（移動物体）３はガイド軸４により摺動自在に支持されて、記録媒体（シート）１の上で往復移動する。キャリッジ３の移動範囲の一端にはプーリ付きのキャリッジモータ（ＤＣモータ）５が配置され、他端にアイドルプーリ６が配置され、これらにタイミングベルト７が掛けまわされ、キャリッジ３とタイミングベルト７が連結されている。

また、ガイド軸４を中心としてキャリッジ３が回転するのを防ぐために、ガイド軸４と平行に延びて設置されたサポート部材８が設置され、キャリッジ３はサポート部材８によっても摺動自在に支持されている。また、記録ヘッド２には多数の記録素子が設けられており、記録装置の本体部から記録ヘッド２に記録素子の駆動信号を供給するためのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１１が配されている。ＦＦＣ１１は細長くかつ薄いフィルム形状をなしており、その内部または表面に駆動信号を伝達するための導体パターンが形成されており、キャリッジ３の移動に伴って屈曲しかつ曲げの中心位置が移動するように可撓性を有している。

さらに、キャリッジ３の外にインクタンク（不図示）が配置され、インクタンク内に貯留されたインクを記録ヘッド２に供給するチューブ１２が配されている。チューブ１２はキャリッジ３の移動に伴って屈曲しかつ曲げの中心位置が移動するように可撓性を有している。これらＦＦＣ１１とチューブ１２からなる接続部材１０はキャリッジ３と記録装置本体の固定部９との間に接続されている。

また、キャリッジ３の位置情報を取得するために用いられるリニアスケール１６は、キャリッジ移動方向（主走査方向）に沿って平行に配置され、キャリッジ３に取り付けられたエンコーダセンサ１５で読取る構成となっている。さらに、記録媒体１の幅方向の両外側には記録ヘッド２の予備吐出したインクを回収する為のインク回収口１４ａ、１４ｂが設けられている。この予備吐出とは、記録開始直前もしくは記録実行中にノズル先端部に付着したインクを記録とは無関係な位置で排出する為の動作である。

このような構成により、キャリッジ３は矢印Ａ方向（主走査方向）に往復移動する。また、記録媒体１は、搬送モータ（不図示）によってキャリッジ３と垂直に交差する矢印Ｂの方向（副走査方向）に搬送される。

図４は図３に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図４に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。

ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータ５の制御、搬送モータ２０の制御、及び、記録ヘッド２の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

また、図４において、ホスト装置６１０は画像データの供給源となる。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス等を、例えば、ＵＳＢ規格に基づくプロトコルを用いて送受信する。

さらに、スイッチ群６２０は、電源スイッチ６２１、印刷の開始指示などを行うプリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。

装置状態を検出するためのセンサ群６３０は、エンコーダセンサ１５、温度センサ６３２等から構成される。

さらに、モータドライバ６４０はキャリッジ３を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータ５を駆動するとともに、記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータ２０を駆動する。なお、モータドライバ６４０はキャリッジモータ５と搬送モータ２０に加えて、記録媒体Ｐを積載したＡＤＦ（不図示）から記録装置にフィードするためのフィードモータなど他のモータを駆動することもできる。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッドによる記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出用のヒータ）を駆動するためのデータを転送する。加えて、この記録装置には、ユーザインタフェースとしてＬＣＤやＬＥＤで構成される操作パネル１８が備えられている。また、装置実装上は、スイッチ群６２０が操作パネル１８に含まれていても良い。

ＡＳＩＣ６０３は画像処理やアクチュエータ制御を行うため演算処理部として動作し、ＭＰＵ６０１から命令を受けて演算処理を実行する。詳細は後述するが、ループバック制御演算の一部はＡＳＩＣ６０３で実行される。ＭＰＵ６０１はキャリッジのフィードバック制御のための演算の一部を担当し、印刷シーケンスに従って、キャリッジモータ５の駆動演算を実行する。インタフェース６１１を経由してホスト装置６１０からプリント命令が発行された際、記録動作のためにキャリッジ３が往復動作する。

記録装置のモータドライバ６４０は複数のモータを制御可能であるが、ここでは説明を簡単にするため図１（ｂ）を参照して説明したフィードバック制御構成を、図３〜図４を参照して説明した記録装置のキャリッジ駆動制御への適用について詳細に説明する。

３．記録装置のキャリッジ制御のためのフィードバック制御構成の詳細
図５は図３〜図４で示した記録装置におけるキャリッジ駆動制御の詳細を説明するブロック図である。

記録装置のキャリッジ制御には、記録ヘッド２による印刷品位を担保するために正確な位置にインクを着弾させるための精度が求められる。記録ヘッド２からのインク液滴の吐出タイミングはキャリッジ３の移動速度（ｖ）から算出されるものであり、その速度変動を最小化することが重要になる。その為、この実施例に従うフィードバック制御における抑制すべき振動対象は、キャリッジ速度になる。従って、図１（ｂ）を参照して説明したフィードバック制御における第１状態量と第２状態量は、キャリッジの速度と加速度の組み合わせとなり、これらの状態量が第２制御部２４に入力される。

また、フィードバック制御における制御対象はキャリッジ３となり、エンコーダセンサ１５からエンコーダ信号が制御量推定部２３と制御量推定部２５に出力される。一般的にエンコーダ信号は、Ａ相Ｂ相と呼ばれる位相が９０度異なる２本のパルス信号が用いられる。この実施例においてもＡ相Ｂ相の２本のパルス信号をエンコーダ信号として用いる。

図６はＡ相Ｂ相のエンコーダ信号を示す図である。

制御量推定部２３はこのパルス信号をカウントすることで位置情報を推定し、パルス信号のパルス幅を計測することで速度情報を推定する。この位置・速度情報等が制御量として、第１制御部２２に相当するＰＩＤ制御演算部３６に出力される。

目標値演算部３５は、キャリッジ３を所望の加速度条件や速度条件に従って目標位置まで移動させるための目標プロファイルを生成し、これを目標値として出力する。ＰＩＤ制御演算部３５は、目標値演算部３５からの目標値と制御量推定部２３からの制御量とを用いてＰＩＤ制御演算を行い、第１操作量として出力する。

エンコーダセンサ１５からのエンコーダ信号は状態量推定部２５にも出力される。状態量推定部２５は、前処理演算部３８からの出力となるレジスタ設定値も入力される。レジスタ設定値は、目標値演算部３５からの目標値を、前処理演算部３８により状態量推定部内で使用する単位系に置換した値である。状態量推定部２５は、エンコーダ信号から速度情報と加速度情報とを推定し、動作目標となるレジスタ設定値との誤差量を計算する。そして、その誤差量となる速度誤差量、加速度誤差量の２つが速度次元と加速度次元の状態量の組み合わせとして、第２制御部２４に相当するスライディングモード制御演算部３９に出力される。

スライディングモード制御演算部３９では、速度誤差量、加速度誤差量の２変数からなる２次元平面空間が形成される。図２を参照して説明した２次元平面の領域判別は、
位相切り替え線（Ｓ） ＝ 切り替え係数 × 加速度誤差量 ＋ 速度誤差量
から求められる。ここで、Ｓ＞０であれば、現在の状態量は切り替え線の上部となる領域１に位置する。これに対して、Ｓ＜０であれば、現在の状態量は切り替え線の下部となる領域２に位置する。また、Ｓ＝０の場合は、Ｓ＞０かＳ＜０のどちらか一方と定義して扱うものとなる。そして、その領域判別結果に基づき操作量の符号が決定され、第２操作量として出力される。なお、切り替え係数も、前処理演算部３８からの出力となるレジスタ設定値により更新される。ただし、特別な場合として位相切り替え線は、加速度誤差量また速度誤差量の両方を使用せずに何れか１方のみであっても良い。

ここで、第１操作量と第２操作量の更新タイミングについて説明する。

第１操作量はＰＩＤ制御演算部３６が実行される毎に更新される。図１（ｂ）に示したフィードバック制御が適用される記録装置のキャリッジモータ駆動制御部（キャリッジモータドライバ）には、１ＫＨｚ程度の周期で制御演算が実行されることが多い。これに対して、第２操作量はスライディングモード制御演算部３９が実行される毎に更新される。ここでは、エンコーダ信号のパルス変化を想定しており、およそ数ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ程度の周期で制御演算が実行される。このような非同期な関係な入力に対し、合成部２６ではタイミングを調整しつつ合算する。

合成部２６は、モータドライバ６４０を含み、モータドライバ６４０において２つの操作量の合算結果に基づくＰＷＭ信号を生成する。そして、モータドライバ６４０によりキャリッジモータ５が回転し、タイミングベルト７を経由してキャリッジ３が移動する。

スライディングモード制御演算部３９をエンコーダ信号のパルス変化に起因した高速演算を実現するため、ここではＡＳＩＣ等のハードウェアで実行することを想定している。

図５において、２点鎖線で囲まれた範囲がＡＳＩＣ６０３において実現される。図５から分かるように、ＡＳＩＣ６０３は、スライディングモード制御演算部３９、状態量推定部２３、状態量推定部２５、合成部２６の一部の機能を担当する。また、モータドライバ６４０では詳細は後述するが、合成部２６の残りの機能を担当する。

これに対して、図５において、太い点線で囲まれた範囲はＭＰＵ６０１においてプログラムを実行することにより実現される。図５から分かるように、ＭＰＵ６０１は、ＰＩＤ制御演算部３６、目標値演算部３５、前処理演算部３８の機能を担当する。

このように、ＭＰＵ６０１とＡＳＩＣ６０３とでフィードバック制御を分担するのは、ＡＳＩＣ６０３で実現される部分で扱われる情報の更新周期が、ＭＰＵ６０１で実現される部分で扱われる情報の更新周期よりも短いためである。

目標値演算部３５により目標値が更新される毎に前処理演算部３８も実行され、ＡＳＩＣ６０３のレジスタ領域に、最新のレジスタ設定値が設定される。前処理部演算部３８では、スライディングモード制御演算３９で実行する位相切り替え線の演算や状態量推定部２５の推定演算で時々刻々と変化する変数値の一部を、ＰＩＤ制御演算部３６の演算周期の間のみパラメータ値として管理するための計算を行う。フィードバック制御全てをＡＳＩＣで実行することは集積回路の肥大化を招き、処理の柔軟性や融通性を欠くものとなるので、この実施例では、演算精度と回路規模で折り合いをつけ、計算の一部をＭＰＵの前処理演算部３８が更新タイミングで実行する。

また、スライディングモード制御演算部３９で用いる制御パラメータを、キャリッジ３の動作状態により変更しても良い。その場合、目標値演算部３５による目標値から、キャリッジ３が加速状態や定速状態や減速状態のうち、いずれの状態の区間にあるかの判別を行う。そして、その区間ごとに、位相切り替え線の算出に用いる切り替え係数を変更することで、キャリッジ動作条件に応じた適切な切り替え線を選択し、速やかな収束を実現できるようにしても良い。

図７は合成部２６の詳細な構成を示すブロック図である。

図７に示されるように、制御量推定部２５は演算タイミング生成部３３と速度・加速度情報生成部３４とから構成され、エンコーダセンサ１５からのエンコーダ信号に基づいて演算タイミング生成部３３は後述する演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）を生成する。生成される演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）は速度・加速度情報生成部３４と後述するデューティ（Ｄｕｔｙ）ラッチ回路３７に出力される。

一方、第１のフィードバックループの一部を構成する制御量推定部２３ではエンコーダセンサ１５から出力されるエンコーダ信号に基づいて制御量としてキャリッジ３の速度情報と位置情報とを生成し、ＭＰＵ６０１に出力する。ＭＰＵ６０１では、第１のフィードバックループの一部を構成するＰＩＤ制御演算部３６を動作させて、制御量に基づいて第１操作量を生成する。

さて、合成部２６は、レジスタ４６、シリアルデータ生成出力回路４７、セレクタ４８、加算／減算信号ラッチ回路５５、加算／減算信号生成部５６、Ｄｕｔｙラッチ回路３７を含む。そして、セレクタ４８からシリアル信号をキャリッジモータドライバ６４０に出力する。

具体的には、ＭＰＵ６０１は、その制御量からＰＷＭ波形のデューティ値（ＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ値）を計算し、これをレジスタ４６に書込む。書込まれたＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ値はシリアルデータ生成出力回路４７に出力される。ここで、シリアル通信でデューティ値を送信する方法は、記録ヘッドと記録装置との間で端子数を削減できるというメリットがある一方、パラレル送信でデューティ値を送信する場合に比べて、駆動周波数が高く放射ノイズのレベルが高くなるという問題がある。セレクタ４８は、加算／減算信号ラッチ回路５５からの入力とシリアルデータ生成出力回路４７からの入力のいずれかを選択して、モータドライバ６４０に出力する。

図８はセレクタとその周辺部の構成を示すブロック図であり、図９はセレクタへの入出力信号を示すタイミングチャートである。

シリアルデータ生成出力回路４７は、モータドライバ６４０がキャリッジモータ５を駆動するためのデューティ値を示す信号をクロック（ＣＬＫ）・データ（ＤＡＴＡ）・ストローブ（ＳＴＢ）からなる３本のシリアル信号で出力する。

また、シリアルデータ生成出力回路４７は、図９に示すように、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）をそのシリアル信号が出力中だけＨｉｇｈ（Ｈ）レベルになるように出力する。つまり、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）がＨレベルのときは、キャリッジモータ５を駆動するためのデューティ値を示す信号（Ｄｕｔｙ信号）をクロック（ＣＬＫ）・データ（ＤＡＴＡ）・ストローブ（ＳＴＢ）のシリアル信号で出力する。一方、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）がＬｏｗ（Ｌ）レベルになると、セレクタ４８は加算／減算信号ラッチ回路５５が出力するキャリッジモータ５の加算・減算切替信号（ＡＳＭ４）を出力する。

図９に示されているように、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）がＬレベルになると、クロック（ＣＬＫ）・データ（ＤＡＴＡ）・ストローブ（ＳＴＢ）のシリアル信号を送信している信号線を用いてキャリッジモータ５の加算・減算切替信号（ＡＳＭ４）を出力する。

なお、上述のように、モータドライバ６４０は複数のモータを制御可能であるので、これに対応して、スライディングモード制御演算部３９、状態量推定部２３、状態量推定部２５、合成部２６も複数のエンコーダセンサ信号を処理可能である。このため、図８〜図９では４つのモータ（４つのエンコーダセンサ信号）を処理可能な構成として描写しているが、ここではキャリッジモータ５のみを制御する構成を例として説明している。従って、加算／減算信号ラッチ回路５５からは４つの加算・減算切替信号のうち、１つの加算／減算切替信号（ＡＳＭ４）を出力し、その他の３つの加算・減算切替信号（ＡＳＭ１〜３）は出力せず、使用しないものとしている。

加算・減算切替信号については、後述するが、加算・減算切替信号をパラレル出力することで、信号線のトグル周波数を低くすることが可能となる。

さて、図７に戻って、モータドライバ６４０内の動作について説明する。モータドライバ６４０は、キャリッジモータ５を駆動するときのＰＷＭ周期を格納するレジスタ６４０ａとテーブル６４０ｂとＤｕｔｙ値判定部６４０ｃとを備える。テーブル６４０ｂは、モータドライバ６４０がキャリッジモータ５の加算・減算切替信号を受信した時、その信号値がＨレベルであれば、テーブル内の加算値をデューティ値に加算し、信号値がＬレベルであれば、テーブル内の減算値をデューティ値から減算する。Ｄｕｔｙ値判定部６４０ｃは、テーブル３０を使用してデューティ値に対して加算した時、その値がレジスタ６４０ａのＰＷＭ周期の値よりも大きくなった場合、加算又は減算する前のデューティ値を使用してキャリッジモータ５の駆動を行うよう判定する。

図１０はモータドライバ６４０の動作を示すフローチャートである。

図１０によれば、ステップＳ４０１では、モータドライバ６４０に加算・減算切替信号（ＡＳＭ４）が入力されると、シリアル通信で送られてきたデューティ値に加算・減算切替信号（ＡＳＭ４）とテーブル６４０ｂの内容に従って、加算又は減算を行なう。次に、ステップＳ４０２では、加算又は減算されたデューティ値とレジスタ６４０ａの値を比較する。ここで、レジスタ６４０ａの値が大きければ、処理はステップＳ４０３に進み、加算又は減算されたデューティ値を使用してキャリッジモータ５を駆動する。これに対して、レジスタ６４０の値の方が小さければ、処理はステップＳ４０４に進み、加算又は減算を行う前のレジスタ４６の値を使用してキャリッジモータ５を駆動する。

なお、図１０に示した処理はモータドライバ６４０内のハードウェアで実行されるが、ＣＰＵ内蔵モータドライバであればソフトウェアで実行しても良い。

再び図７に戻り、ＡＳＩＣ６０３についての動作説明を続ける。

キャリッジモータ５の動作に応じてキャリッジ３が移動し、その移動に伴ってエンコーダ１５からは図６に示すようなエンコーダ信号が、演算タイミング生成部３３と制御量推定部（速度・位置情報生成部）２３に入力される。そのエンコーダ信号に基づいて、制御量推定部（速度・位置情報生成部）２３は、位置情報と速度情報を生成する。ＭＰＵ６０１は、制御量推定部（速度・位置情報生成部）２３から位置情報と速度情報を受け取り、制御対象２１を目標値に収束させるための操作量を演算する。また、制御対象２１、第１制御部２２、制御量推定部２３によって、一般的なモータ駆動制御部を構成していることは、図１を参照して述べた通りである。

演算タイミング生成部３３は、エンコーダセンサ１５からのエンコーダ信号入力を受けて、Ｄｕｔｙラッチ回路３７、速度・加速度情報生成部３４に対して演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）を出力する。演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）は図６を参照して説明したエンコーダ信号のＡ相・Ｂ相それぞれの立ち上がり、立下りエッジのタイミングで生成可能であるが、どのエッジを使用してタイミング信号を生成するかはＭＰＵ６０１により選択できる。

速度・加速度情報生成部３４は、演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）に基づいて、キャリッジ３の速度情報と加速度情報を推定し、動作目標との誤差量を計算する。その誤差量となる速度誤差量、加速度誤差量の２つがスライディングモード制御演算部３９に出力される。そして、スライディングモード制御演算部３５は、速度誤差量と加速度誤差量を２変数として、図２で示した領域の判別を行い、その領域判別結果に基づき符号を決定し、第２操作量が加算／減算信号生成部５６に出力される。

図２を参照して説明した２次元平面の領域判別は、もう少し一般化して、
Ｓ ＝ 切り替え係数 × 加速度誤差量 ＋ 速度誤差量
から求められる。ここで、Ｓ＞０であれば、現状態量は切り替え線の上部となる領域１に位置する。これに対して、Ｓ＜０であれば、現状態量は切り替え線の下部となる領域２に位置する。また、Ｓ＝０の場合は、Ｓ＞０かＳ＜０のいずれか一方と定義して扱うものとする。そして、その領域判別結果に基づき符号が決定される。その符号は加算／減算信号生成部５６によって生成され、モータドライバ６４０において、テーブル３０の値を使用して加算を行うべきか減算を行うべきかを示す符号となる。

なお、切り替え係数はレジスタ設定値として保持され、ＭＰＵ６０１により更新可能である。符号の決定をした加算／減算信号生成部５６は、加算／減算信号ラッチ回路５５に対して符号決定トリガを出力する。Ｄｕｔｙラッチ回路３７は、演算タイミング生成部３３からの演算タイミング信号（ＣＴＭＧ）の入力を受けて、レジスタ４６に保持されたファームライト用Ｄｕｔｙの値をラッチし、ラッチ後の値を加算／減算信号ラッチ回路５５に出力する。ここで、加算／減算信号ラッチ回路５５は、セレクタ４８にキャリッジモータ５の加算・減算切替信号（ＡＳＭ４）を出力する機能を持つが、スライディングモード制御演算部３９の演算とは非同期にＭＰＵ６０１によるレジスタ４６の更新は行われる。従って、符号決定トリガを出力するタイミングでレジスタ４６の設定値が書き換わっていると、ＭＰＵ６０１のサーボ制御によるデューティ値と演算後の符号値に不整合が生じるという問題がある。

そこで、加算／減算信号ラッチ回路５５は、加算／減算信号生成部５６から符号決定トリガを受けて、ラッチ後ＤｕｔｙとファームライトＤｕｔｙの比較を行う。その比較結果に基づいた動作については次のフローチャートを参照して説明する。

図１１は加算／減算信号ラッチ回路５５の動作を示すフローチャートである。

図１１によれば、ステップＳ５０１で加算／減算信号生成部５６から符号決定トリガが入力されると、処理はステップＳ５０２において、レジスタ４６から出力されるデューティ値とＤｕｔｙラッチ回路３７が出力しているラッチ後デューティの値を比較する。ここで、比較した値が同じであれば、処理はステップＳ５０３に進み、符号決定トリガを受けて加算／減算信号をラッチする。これに対して、比較した値が同じではなかった場合は、処理はステップＳ５０４に進み、加算／減算信号のラッチを行わない。

従って以上説明した実施例に従えば、第１制御部とスライディングモード制御演算部からなる構成を記録装置のキャリッジ駆動制御に適用することで、従来では抑制できなかったキャリッジ速度振動を抑制することが可能になる。第１制御部のパラメータ設定では、制御対象の変動要因への対処領域を少なくできるので、フィードバック追従性の低下を最小限に抑えることができる。このように、この実施例によれば、フィードバック制御の制御対象物であるキャリッジ振動抑制と追従性を両立できるので、キャリッジ駆動制御をより精確に行うことが可能になり、高品位な画像記録を実現することができる。

また、スライディングモード制御演算部で演算を実行し、加減算処理をモータドライバで実行し、ＡＳＩＣからモータドライバへ転送する情報を加算／減算信号のみにすることで、スライディングモード制御による転送信号のトグル周波数を抑えることができる。これにより、放射ノイズを削減できる効果がある。

なお、以上説明した実施例は記録装置の記録ヘッドを搭載するキャリッジの往復動作を制御する例を説明したが、本発明はこれによって限定されるものではない。サーボ制御を行うＤＣモータを持つ構成に対して、本発明は適用可能であり、同様の効果を得ることができる。次に別の適用例について説明する。

４．フィードバック制御の別の適用例の説明
本発明は上述のように、モータの駆動により物体を移動させるものであれば適用することが可能なので、例えば、多機能プリンタ（ＭＦＰ）のスキャナユニットや単機能のスキャナ装置のＣＩＳやＣＣＤセンサを移動させるスキャナモータの制御に適用できる。

スキャナユニットは、画像読取性能を担保するためにＣＩＳやＣＣＤセンサの光源点灯タイミングとスキャナユニットの移動量を一致させて画像信号を取得する必要がある。通常、光源点灯タイミングは、スキャナユニットの移動速度が一定であることを前提としているので、スキャナユニットの速度変動を抑制することが重要である。このため、抑制すべき振動対象がスキャナユニットの移動速度になるので、速度と加速度の状態量の組み合わせを上述の第２制御部を適用する。そして、基本的には、図５を参照して説明したキャリッジ制御構成と同じ構成で制御すれば良い。

そのようなスキャナユニットが原稿の両面に記録された画像を自動的に読取るために、表面の画像を読取るための構成と裏面の画像を読取るための構成の両方を備えるので、２つのスキャナモータを制御することが必要となる。

さらに本発明は図３〜図４で説明したような記録装置の搬送ローラ駆動制御にも適用できる。記録装置ではキャリッジ走査ごとに搬送ローラを回転させて、記録媒体を間欠搬送するが、このときの搬送量変動を抑制するために本発明のフィードバック制御を適用することができる。この場合、制御対象物は記録媒体の搬送量（位置変動）となるので、搬送ローラの回転量を第１状態量とし、搬送ローラの回転速度を第２状態量として上述の第２制御部に入力すればよい。

以上のことを考慮すると、例えば、原稿の両面画像を読取る構成を備えたＭＦＰでは、キャリッジモータ、２つのスキャナモータ、搬送モータの４つのモータの駆動制御を行う構成が必要となる。

上述のように、モータドライバ６４０は複数のモータを駆動することができるので、それに対応してフィードバック構成を実現する状態推定部２５やスライディングモード制御演算部３９も合成部２６も複数のモータの駆動制御を行うことができる。

図１２は複数のモータの駆動制御を行う合成部と状態推定部とスライディングモード制御演算部の構成を示すブロック図である。なお、図１２において、既に図７を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

この構成では、モータドライバ６４０は４つのモータを同時に駆動制御できるものとする。図１２に示す例では、キャリッジモータ５に加えて、３つのモータ５ａ、５ｂ、５ｃを駆動制御し、各モータの駆動に従って、エンコーダセンサ１５に加えて、３つのエンコーダセンサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃそれぞれからエンコーダ信号が出力される。これら４つのエンコーダセンサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの出力信号は、演算タイミング生成部３３と制御量推定部（速度・位置情報生成部）２３に入力される。

そして、制御量推定部２３は４つのモータそれぞれの速度情報と位置情報を生成し、これをＭＰＵ６０１に出力する。ＭＰＵ６０１はこれらの情報を入力し、各モータに対して制御量を推定する。また、その制御量からＰＷＭ波形のデューティ値を計算し、レジスタ４６に４つのモータそれぞれに対応した値を書込む。その書込まれたデューティ値はシリアルデータ生成出力部４７に入力される。モータドライバ６４０内のレジスタ６４０ａには、モータドライバ６４０が４つのモータを駆動するときのＰＷＭの周期が格納されている。また、テーブル６４０ｂは、モータドライバ６４０が４つのモータの加算・減算切替信号を受信した時、その信号値がＨレベルであれば、テーブル内の加算値をデューティ値に加算し、信号値がＬレベルであれば、テーブル内の減算値をデューティ値から減算する。

図１３は４つのモータを駆動する場合のセレクタとその周辺部の構成を示すブロック図であり、図１４は４つのモータを駆動する場合のセレクタへの入出力信号を示すタイミングチャートである。

図１３によれば、４つのモータを駆動する場合、加算／減算信号ラッチ回路５５からは４つの加算・減算切替信号（ＡＳＭ１〜４）を出力する。

また、シリアルデータ生成出力回路４７は、図９を参照して説明したように、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）をそのシリアル信号が出力中だけＨｉｇｈ（Ｈ）レベルになるように出力する。即ち、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）がＨレベルの時、４つのモータ５、５ａ、５ｂ、５ｃそれぞれを駆動するためのデューティ値を示す信号（Ｄｕｔｙ信号）をクロック（ＣＬＫ）・データ（ＤＡＴＡ）・ストローブ（ＳＴＢ）のシリアル信号で時分割に出力する。一方、セレクタ切替信号（ＳＥＬ）がＬｏｗ（Ｌ）レベルになると、セレクタ４８は加算／減算信号ラッチ回路５５が出力する４つのモータ５、５ａ、５ｂ、５ｃの加算・減算切替信号（ＡＳＭ１〜４）を同時にパラレル出力する。

これにより、従来の制御のみでは抑えきれなかったスキャナユニットの高周波数での微小な振動を抑制するとともに、フィードバック制御追従性を改善することができる。その結果、高品位な画像読取が達成できる。さらに、より高精度な搬送制御を実現することが可能になる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１ 記録媒体、２ 記録ヘッド、３ キャリッジ、５ キャリッジモータ、
５ａ、５ｂ、５ｃ モータ、１１ ＦＦＣ、１２ チューブ、１３ サブフレーム、１４ａ、１４ｂ インク回収口、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ エンコーダセンサ、
１６ リニアスケール、２１ 制御対象、２３ 制御量推定部、２５ 状態量推定部、
３３ 演算タイミング生成部、３７ Ｄｕｔｙラッチ回路、
３９ スライディングモード制御演算部、４６ レジスタ、
４７ シリアルデータ生成出力回路、４８ セレクタ、
５５ 加算／減算信号ラッチ回路、５６ 加算／減算信号生成部、
６４０ モータドライバ

Claims (15)

1. 対象物の移動を制御する電子機器であって、
   前記対象物を移動させる駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動により移動される前記対象物を検出する検出手段と、
   前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、第１の周期で前記対象物に対する第１のフィードバック制御を行うための制御量を推定する第１の推定手段と、
   前記検出手段から出力される検出信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記対象物に対する第２のフィードバック制御を行うために、前記対象物の状態量を推定する第２の推定手段と、
   前記第１の推定手段により推定された制御量に基づいて、前記第１のフィードバック制御のための第１操作量を生成する第１の生成手段と、
   前記第２の推定手段により推定された前記状態量に基づいて、前記第２のフィードバック制御のための第２操作量を生成する第２の生成手段と、
   前記第１の生成手段により生成された前記第１操作量と前記第２操作量に関する情報を切替えて転送する転送手段と、
   前記転送手段により転送された前記第１操作量と前記情報に基づいた前記第２操作量から前記対象物への第３操作量を生成し、該第３操作量により前記駆動手段を駆動する合成手段とを有することを特徴とする電子機器。
2. 前記情報は、前記第２操作量の符号であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記状態量は、前記対象物の第１状態量である速度と第２状態量である加速度であり、
   前記第２の生成手段は、前記速度と前記加速度との関係から前記第２操作量の符号を決定することを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記第２の生成手段はさらに、前記第１状態量と前記第２状態量の２つの変数で定義される２次元空間を２つの空間に分割し、前記第１状態量と前記第２状態量が該分割された２つの空間のいずれに位置するのかに従って、前記第２操作量の符号を決定することを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記２つの空間への分割は、前記第１状態量と前記第２状態量との関係を一次関数で定義した関数を用いてなされることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
6. 前記駆動手段は、前記対象物を移動させるモータを含むことを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
7. 前記第１操作量、前記第２操作量、前記第３操作量は、前記モータを駆動するためのＰＷＭ信号のデューティ値であることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 前記合成手段は、
   前記モータを駆動するためのＰＷＭ周期を格納するレジスタと、
   前記第２操作量の符号に従って、前記第１操作量に対応するデューティ値に対する加算又は減算を行う値を格納するテーブルとを含み、
   前記レジスタに格納されたＰＷＭ周期と、前記第１操作量に対応するデューティ値に対して前記テーブルに格納された値が加算又は減算されたデューティ値とを比較し、該比較の結果に従って、前記第３操作量を生成することを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
9. 前記第２の生成手段は、前記第２操作量の符号が決定されるタイミングの前と後での、前記第１の生成手段によって生成された前記第１操作量を比較し、該比較の結果に従って、前記第２操作量を生成することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の電子機器。
10. 前記対象物は、複数であり、
    複数の前記対象物を移動させるために、複数の前記モータが備えられ、
    前記転送手段は、複数の前記モータそれぞれを駆動制御するための前記第１操作量を時分割でシリアルに転送する一方、前記第２操作量は同時に転送することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電子機器。
11. 前記電子機器は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを往復移動させて前記記録ヘッドにより記録媒体に記録を行う記録装置であり、
    前記対象物は前記キャリッジであることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の電子機器。
12. 前記第１状態量は、前記キャリッジの速度であり、
    前記第２状態量は、前記キャリッジの加速度であることを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。
13. 前記検出手段は、前記キャリッジの位置を検出するエンコーダセンサを備え、
    前記エンコーダセンサから出力されるエンコーダ信号のパルス信号をカウントすることで前記キャリッジの位置を推定し、前記パルス信号のパルス幅を計測することで前記キャリッジの速度を推定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電子機器。
14. 前記電子機器は、ＣＩＳ又はＣＣＤセンサを搭載したスキャナユニットを移動させて前記スキャナユニットにより原稿の画像を読取るスキャナ装置と、記録ヘッドを搭載したキャリッジを往復移動させて前記記録ヘッドにより記録媒体に記録を行う記録装置とを備えた多機能プリンタであり、
    前記対象物は、前記スキャナユニットと前記キャリッジと前記記録媒体を搬送する搬送ローラであることを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
15. 駆動手段を駆動することで移動される対象物の移動を制御する電子機器における制御方法であって、
    前記駆動手段の駆動により移動される前記対象物を検出する検出工程と、
    前記検出工程において出力される検出信号に基づいて、第１の周期で前記対象物に対する第１のフィードバック制御を行うための制御量を推定する第１の推定工程と、
    前記検出工程において出力される検出信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記対象物に対する第２のフィードバック制御を行うために、前記対象物の状態量を推定する第２の推定工程と、
    前記第１の推定工程において推定された制御量に基づいて、前記第１のフィードバック制御のための第１操作量を生成する第１の生成工程と、
    前記第２の推定工程において推定された前記状態量とに基づいて、前記第２のフィードバック制御のための第２操作量を生成する第２の生成工程と、
    前記第１の生成工程において生成された前記第１操作量と前記第２操作量に関する情報を切替えて転送する転送工程と、
    前記転送工程において転送された前記第１操作量と前記情報に基づいた前記第２操作量から前記対象物への第３操作量を生成し、該第３操作量により前記駆動手段を駆動する合成工程とを有することを特徴とする制御方法。

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