JP2021066014A - 電子機器及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の駆動条件下でも最適なフィードバック制御を提供することである。【解決手段】対象物の移動を制御する電子機器において、対象物の移動を検出し、その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。一方、その検出信号に基づき、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第１状態量を推定し、その推定量から高周波成分を除去し、高周波成分が除去された第１状態量を時間微分して第２状態量を推定する。次に、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操作量を生成する。一方、推定された第１状態量と第２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、第１操作量と第２操作量から対象物への操作量を生成する。【選択図】 図１

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。

しかしながら構成部品のばらつきによりキャリッジの速度変動がプリンタ個体ごとに異なることがある。特に、キャリッジモータの構造上、コギングトルクと呼ばれるトルク変動などは、速度変動を悪化させる要因であった。コギングトルクはキャリッジモータ個体でそれぞれ大きさなどが異なり、さらにその他の部品ばらつきの影響を受けるため、各プリンタで安定した速度変動を実現することが困難であった。

特許文献１では、スライディングモード制御を適用し、外乱抑圧性を向上させ、指令に対して追従性の良い制御性能向上を確保する制御方法を提案している。

特開平５−１３４７５８号公報

しかしながら特許文献１が提案する制御方法では、第１状態量と第１状態量を時間に関して１回微分して得られる第２状態量に基づいて制御演算を行うが、第２状態量を第１状態量から推定することがある。この場合、ＡＳＩＣで第１状態量を取込み第２状態量を算出する際に、取込みサンプリングや算出分解能の影響で意図しない演算結果となり、その結果、制御性能が低下することがあった。一つの駆動条件であれば最適な取込みサンプリングや算出分解能を選択することで制御性能の低下を回避することもできるが、プリンタでは複数の駆動条件があり、各駆動条件下でサンプリングや算出分解能を変更することは困難である。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、複数の駆動条件下でも第２状態量を正確に推定し最適なフィードバック制御が可能な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、前記対象物の移動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、前記対象物の第１状態量を推定し、該第１状態量から高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された第１状態量を時間微分して得られる第２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第１状態量と前記第２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の生成手段と、前記第１操作量と前記第２操作量から前記対象物への操作量を生成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、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、前記対象物の移動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、前記対象物の第１状態量を推定し、該第１状態量から高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された第１状態量を時間微分して得られる第２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第１状態量と前記第２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操作量と前記第２操作量から前記対象物への操作量を生成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、種々の駆動条件下でも正確に第２状態量を推定し、さらに、制御対象物の振動抑制を行い、フィードバック制御を行う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。 制御対象としてキャリッジの速度プロファイルを示す図である。 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４に示す記録装置の制御部を示すブロック図である。 図４〜図５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。 キャリッジ走査速度が異なる場合の第１状態量と推定される第２状態量を示す図である。 図８に示した第１状態量と推定される第２状態量の時間変化を拡大した波形を示す図である。 キャリッジ走査速度の変化量（振動の大きさ）が異なる場合の第１状態量と推定される第２状態量を示す図である。 状態量推定部２５の詳細な構成を示すブロック図である。 図１１に示した状態量推定部２５を用いてキャリッジ走査速度の変化量（振動）の小さい駆動条件（駆動条件Ｄ）でキャリッジを駆動して得られる第２状態量の推定結果を示す図である。 図１１に示した状態量推定部２５を用いたフィードバック構成におけるキャリッジの微小振動の抑制効果を示す図である。

本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

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。

図３は制御対象としてキャリッジの速度プロファイルを示す図である。

図３において、横軸は時間（ｔ）、縦軸はキャリッジの速度（ｖ）である。図３はキャリッジがホームポジションからｔ＝ｔ₁で移動開始し、加速して速度ｖ_cに達して定速移動に移行し、その後、減速してｔ＝ｔ₂で停止する速度プロファイルを描かれている。しかしながら、現実のキャリッジ運動はそのような理想的なものではなく、定速移動中にも外乱などの影響でその速度は微小変動する。速度が微小変動するとは、非常に短い周期で＋の加速度と−の加速度が発生することを意味する。

図３には破線で理想的な速度プロファイルを示し、太い実線で定速移動中の微小な速度変動を示している。

この実施例におけるフィードバック制御では、第１制御部２２が破線で示す速度プロファイルの制御を担当し、制御対象のキャリッジ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。第１制御部２２は一般的に広く使われているＰＩＤ制御演算を実行し、制御上の余裕度を鑑みつつ諸々のパラメータ設定が行われ、制御帯域が決定され、その制御帯域内において振動を抑えつつ、所望の動きを実現する。

一方、第２制御部２４が太い実線で示す微小な速度変動を抑える制御を担当する。第２制御部２４は、第１制御部２２の制御帯域を超えた高周波帯域での微小な振動現象（速度変動）を抑制する。このような速度変動を抑制するためには、発生する＋の加速度に対しては−の加速度を操作量として与える一方、発生する−の加速度に対しては＋の加速度を操作量として与える動作を速度変動の周期に対応した短い周期で行うことが必要である。従って、その制御性能を実現するために十分に短い制御周期が要求されるので、第２制御部２４は少なくとも第１制御部２２の制御周期よりも短い制御周期で制御が実行される。

このように制御周期が十分に短いことで、第２制御部２４では高速なスイッチング動作が実現でき、第１制御部２２の制御帯域を超えた領域まで振動抑制（速度変動抑制）が可能になる。従って、制御対象としてのキャリッジの状態が変化して第１制御部２２によるフィードバック制御だけでは振動現象が発生するような場合でも、第２制御部２４で振動を抑制することが可能になり、追従性を損なうことなく、安定な制御系を構築することができる。

まとめると、加速、定速、減速からなる速度プロファイルをもつ制御対象としてのキャリッジを目標位置に収束させるのが従来のフィードバック制御を行う第１制御部２２の役割となる。第１制御部２２ではキャリッジの位置と速度の情報からなる制御量を用い、ＰＩＤ制御によるフィードバックループ（第１のフィードバックループ）を構成する。一方、第１制御部２２では対応できないキャリッジの微小な速度変動を抑制するのが第２制御部２４の役割となる。第２制御部２４では、位置と速度、又は、速度と加速度の組み合わせからなる状態量を用い、高速なスイッチング制御によるフィードバックループ（第２のフィードバックループ）を構成する。このため、第２のフィードバックループの制御は、第１のフィードバックループの制御よりも短い演算周期で実行される。

２．フィードバック制御の適用例の説明
ここでは、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４〜図５）＞
図４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５は図４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５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６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、キャリッジモータドライバ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を駆動させ、搬送モータドライバ６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータ２０を駆動させる。

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。

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
ここでは、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４〜図５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。

図６は図４〜図５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７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、
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では、操作量の合算結果に基づくＰＷＭ信号をモータドライバ６４０に出力する。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６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６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の機能を担当する。これに対して、図７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６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。

前述したように第２状態量は第１状態量を時間微分した関係であることから、状態量推定部２５は初めに第１状態量を推定し、推定された第１状態量に基づいて第２状態量を算出推定することができる。しかしながら、画像を印刷するために用いる画像データが写真か文字であるか否か、また記録媒体の種類によってキャリッジ３の駆動条件を変化させることがある。例えば、写真画像を印刷する場合、高解像度でカラー印刷をするためにキャリッジ移動速度を低速にしたり、文字画像を高速印刷する場合には、記録解像度を低くしてキャリッジ移動速度を高速にする。また、写真印刷用の記録用紙を用いて記録する場合と普通印刷用の記録用紙を用いて記録する場合とでもキャリッジ移動速度が異なる。そのような場合、抑制したいキャリッジ振動の周波数や振幅（大きさ）が変化する。そのため、振動の状態によっては、第２状態量を算出する際のエンコーダ信号の取込みタイミングや取込みの分解能の影響を受け、正しく第２状態量を算出できないことがある。

図８は定速移動中でキャリッジ走査速度が異なる場合の第１状態量と推定される第２状態量を示す概念図である。図８において、上段の縦軸が速度、下段の縦軸が加速度であり、また、上段下段ともに横軸は時間である。

図８によれば、（ａ）に示すキャリッジ走査速度が高周波数で変化する駆動条件（駆動条件Ａ）では第２状態量は比較的正しく推定されている。これに対して、（ｂ）に示すキャリッジ走査速度の低周波数で変化する駆動条件（駆動条件Ｂ）では第２状態量は正しく推定されていない。

図９は図８に示した第１状態量と推定される第２状態量の時間変化を拡大した波形を示す図である。

上述したように、第２状態量は第１状態量の時間微分であるため、第１状態量の変化周期に対し読込み周期が遅すぎると正しく微分演算ができず、正しく第２状態量が算出できない。

図１０はキャリッジ振動の変化量（振動）の大きさが異なる場合の第１状態量と推定される第２状態量を示す図である。

図１０によれば、（ａ）に示すキャリッジ振動の変化量（振動）の大きい駆動条件（駆動条件Ｃ）では第２状態量は正しく推定されている。これに対して、（ｂ）に示すキャリッジ振動の変化量（振動）の小さい駆動条件（駆動条件Ｄ）では第２状態量は正しく推定されていない。

このように駆動条件が異なると、第１状態量（速度）から第２状態量（加速度）を正しく算出できない場合がある。このような問題を解決するために、この実施例に従う状態量推定部２５は次のような構成を備える。

図１１は状態量推定部２５の詳細な構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、状態量推定部２５は、エンコーダセンサ１５から出力されるエンコーダ信号のパルス信号のパルス幅を計測することで速度を推定する第１状態量推定部４２と、第１状態量（速度）から第２状態量を推定する第２状態量推定部４３を備える。第２状態量推定部４３は、フィルタ回路４４と微分演算回路４５とから構成される。この構成により、第２状態量は第１状態量から推定算出される。

ここで、フィルタ回路４４には、移動平均フィルタやローパスフィルタなどの高周波成分を除去するフィルタが用いられ、外乱の周波数成分より高い周波数成分が除去される。その結果、微分演算回路４５には高周波成分が除去された第１状態量（速度）が入力される。

図１２は図１１に示した状態量推定部２５を用いてキャリッジ走査速度の変化量（振動）の小さい駆動条件（駆動条件Ｄ）でキャリッジを駆動して得られる第２状態量の推定結果を示す図である。図１２では比較のために、（ａ）には図１０（ｂ）で示した従来の手法を用いて推定した第２状態量を示し、（ｂ）に図１１に示した状態量推定部２５を用いて推定した第２状態量を示す。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）とを比較すると分かるように、この実施例では、キャリッジ振動の変化量（振動）の小さい駆動条件（駆動条件Ｄ）でも第２状態量はおおむね正しく推定されている。これは、フィルタによって高周波成分が除去され、信号が鈍った結果、データが補間されたことによる。

図１３は図１１に示した状態量推定部２５を用いたフィードバック構成におけるキャリッジの微小振動の抑制効果を示す図である。

図１３において、横軸は抑制したいキャリッジ振動の大きさ、縦軸は振動低減率であり、振動低減率が０に近いほどキャリッジ振動を抑制できていないことを示す。また、点線は従来のフィードバック制御における振動低減率を、実線はこの実施例の構成で得られた振動低減率を示している。これらを比較すると分かるように、従来の手法では振動が小さいほど振動低減の効果は小さいものであったが、この実施例では振動が小さい場合でも振動を抑制している。

従って以上説明した実施例に従えば、第１制御部と第２制御部からなるフィードバック制御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、従来は抑制できなかった速度振動を抑制することが可能になる。また、状態量推定部では高周波成分を除去した後の第１状態量（速度）から第２状態量（加速度）を推定するので、種々の駆動条件下でもほぼ正しい第２状態量が推定される。このように、この実施例によれば、制御対象物であるキャリッジ振動抑制を行いつつ、正確なフィードバック制御を行うことができるので、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。

なお、以上説明したフィードバック制御において、キャリッジ走査速度が速い場合やキャリッジ振動が大きい場合には加速度演算処理を行わず、キャリッジ走査速度が遅い場合やキャリッジ振動が小さい場合には加速度演算処理を行うような構成をとっても良い。

また、そのような演算処理を行うか否かは、速度情報の取込みタイミングや取込み分解能と、抑制したい外乱特性によって決定される。例えば、抑制したい外乱の周波数成分がキャリッジ速度情報の取込みタイミングの１／１００より低い場合や、抑制したい外乱の振幅が取込み分解能の２００倍より小さい場合に加速度演算処理を実行するように決定すればよい。

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６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。

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。

さらに本発明は図４〜図５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。

これにより、より高精度な搬送制御を実現することが可能になる。

１ 記録媒体、２ 記録ヘッド、３ キャリッジ、４ ガイド軸、
５ キャリッジモータ、６ アイドルプーリ、７ タイミングベルト、
８ サポート部材、９ 固定部、１０ 接続部材、１１ ＦＦＣ、１２ チューブ、
１３ サブフレーム、１４ａ、１４ｂ インク回収口、１５ エンコーダセンサ、
１６ リニアスケール、２１ 制御対象、２２ 第１制御部、２３ 制御量推定部、
２４ 第２制御部、２５ 状態量推定部、２６ 合成部、４２ 第１状態量推定部、
４３ 第２状態量推定部、４４ フィルタ回路、４５ 微分演算回路

Claims (11)

1. 対象物の移動を制御する電子機器であって、
   前記対象物の移動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、前記対象物の第１状態量を推定し、該第１状態量から高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された第１状態量を時間微分して得られる第２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第１状態量と前記第２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の生成手段と、
   前記第１操作量と前記第２操作量から前記対象物への操作量を生成する合成手段とを有することを特徴とする電子機器。
2. 前記第２の推定手段は、
   前記第１状態量に含まれる高周波成分を除去するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路により高周波成分が除去された第１状態量を時間微分する微分演算回路とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記第１状態量と前記第２状態量の組み合わせは、前記対象物の速度と加速度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 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操作量の符号が決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
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１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 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６に記載の電子機器。
8. 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６又は７に記載の電子機器。
9. 前記第１の生成手段は、プログラムをＣＰＵが実行することにより実現され、
   前記第１の推定手段と、前記第２の推定手段と、前記第２の生成手段と、前記合成手段とはＡＳＩＣにより実現されることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の電子機器。
10. 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、又は、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に該スキャナ装置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であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
11. 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、
    前記対象物の移動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、前記対象物の第１状態量を推定し、該第１状態量から高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された第１状態量を時間微分して得られる第２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第１状態量と前記第２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操作量と前記第２操作量から前記対象物への操作量を生成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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