JP2925610B2 - 複写機光学系の速度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は光学系移動式複写機における光学系の速度制
御方法に関する。

〔従来技術〕

第５図以下に基づき従来例による複写機光学系の速度
制御方法について述べる。

第５図は複写機光学系の速度制御ブロック図であつ
て、図において１はマイクロコンピユータであり、マイ
クロプロセツサ２、リードオンリメモリ（ROM）３、ラ
ンダムアクセスメモリ（RAM）４がそれぞれBUSを介して
接続されている。５は電動機８の状態を指令する状態指
令信号を出力する指令発生回路であり、速度指令信号等
を発生する。この指令発生回路５の出力もBUSへ接続さ
れている。10はインクリメンタルエンコーダ９の出力を
処理して、デイジタル数値に変換する検出用インターフ
エイス回路であり、インクリメンタルエンコーダ９の出
力パルスを計数するカウンタを備えている。６は駆動用
インターフエイス回路であり、マイクロコンピユータ１
の演算結果のデイジタル値を駆動回路７を構成するパワ
ー半導体、例えばトランジスタを動作させるパルス状信
号（制御信号）に変換する。駆動回路７はパルス状信号
に基づき動作し、電動機８に印加する電圧を制御する。

この結果、電動機８は所望の速度で回転する。電動機
８の回転速度なインクリメンタルエンコーダ９とインタ
ーフエイス回路10とにより検出され、マイクロコンピユ
ータ１に取り込まれる。11は電動機８に取り付けられた
複写機の光学系である。また、インターフエイス回路10
は電動機８の回転方向の判別、及び後述のホームポジシ
ヨンセンサHPSの判別を行う。

以上の回路はデイスクリートタイプのマイクロコンピ
ユータの説明であるが、指令発生回路５、駆動用インタ
ーフエイス回路６、インターフエイス回路10が１チツプ
化されたマイクロコンピユータを用いても同様の機能を
果たすことは勿論である。

第７図は上記複写機の光学系11の要部斜視図である。
光学系11の内、原稿を走査する光学系走査部31は、光源
31a及び２個のミラー31b,31cを一体化したミラーベース
MB1と原稿からの反射光をミラー31bに反射するミラー31
dを支持するミラーベースMB2とで構成されている。これ
らのミラーベースMB1,MB2は２本のレール32,33で水平方
向に摺動自在に支持されている。ミラーベースMB1の一
方の側部34はワイヤ35に固定され、ワイヤ35のＡまたは
Ｂ方向の移動に応じてミラーベースMB1,MB2が共に、Ａ
方向（フイード方向）、Ｂ方向（リターン方向）に移動
する。ワイヤ35はプーリ36,37及び電動機８の回転軸に
巻回され、電動機８の正転，逆転に従つてミラーベース
MB1,MB2が往復動するようになつている。

前記ミラーベースMB1のワイヤ固定用の側部34は垂直
片34aを有し、ミラーベースMB1の停止領域には垂直片34
aを検出するホームポジシヨンセンサHPSが配置されてい
る。ミラーベースMB1の停止領域は前記垂直片34aの後端
部ＣがホームポジシヨンセンサHPSの光路を切つたとき
から、10数ミリ程度Ｂ方向（リターン方向）に移動する
までの範囲である。垂直片34aの後端部Ｃがホームポジ
シヨンセンサHPSの設定位置を過ぎて10数ミリ程度移動
した位置がミラーベースMB1、即ち光学系の停止位置と
なる。

第７図では片側ワイヤ駆動式の光学系の説明をした
が、両側ワイヤ駆動式でも勿論同様な速度制御が行なえ
る。

次にマイクロコンピユータ１で演算される目標値に対
して出力の偏差がない最適レギユレータ演算方法を説明
する。

直流電動機のインダクタンスＬが小さく無視できる場
合の状態方程式は、式（１）になる。

ω；電動機の速度 ；ωの微分値 K_T;電動機のトルク定数 J;電動機及び負荷のイナーシヤ u;電動機の入力電圧 R_a;電機子抵抗 出力方程式は ｙ＝ｃ・ω ……（２） c;定数 又、その離散系の状態方程式は ω（ｋ＋１）＝ｐω（ｋ）＋qu（ｋ） ……（３） 出力方程式は ｙ（ｋ）＝ｃ・ω（ｋ） ……（４） （３）式のp,qのサンプリング時間によつて決まり定
数である。

第６図は目標速度に対して偏差のない最適レギユレー
タ制御のブロツク図である。

Ｒ（ｋ）は電動機８を目標速度で回転させるための速
度指令であり、第１図の指令発生回路５より与えられた
値により決定される。ｙ（ｋ）は第１図のインターフエ
イス回路10により検出された電動機８のデイジタル値に
変換された速度である。速度の検出方法は後に述べる。
K0,K1はリカチ方程式を解いて決定される最適ゲインベ
クトルである。次に最適ゲインベクトルを求める方法を
述べる。

（３）式，（４）式より次の状態方程式を作る。

ここで ｓ（ｋ）＝ω（ｋ）−ω（ｋ−１） ……（６） ｄ（ｋ）＝ｕ（ｋ）−ｕ（ｋ−１） ……（７） （５）式において とおく。

重み行列Wxは となる。

前記電動機８を制御する際の評価として の評価関数を用い、Ｊは極小にする制御入力ｄ（ｋ）を
求める。Ｗは負でない重み計数である。

行列リカチ式は Ｈ（ｋ＋１）＝P1′・Ｈ（ｋ）・P1−P1′・Ｈ（ｋ） ・Q1（Ｗ＋Q1′・Ｈ（ｋ）・Q1′）^-1Q1′・Ｈ（ｋ） ・P1＋Wx ……（12） Ｈ（０）＝Wx,k＝0,1,2…… 式中のＨ（ｋ）は２×２の対称行列であり、反復計算
の進行につれて安定解へ収束する。その定常解をＨとす
ると、最適ゲインベクトルＧ＝（K0,K1）は Ｇ＝（Ｗ＋Q1′・Ｈ・Q1）^-1Q1′・Ｈ・P1 ……（13） （12）式，（13）式で P1′,Q1′はそれぞれP1,Q1の転置行列（ ）^-1は（ ）
の逆行列 以上で最適ゲインベクトルK0,K1が求まる。

次に速度を検出する方法を述べる。第５図のインクリ
メンタルエンコーダ９の出力を処理して、検出インター
フエース回路10の処理方法を述べる。検出用インターフ
エイス回路10はインクリメンタルエンコーダ９の出力を
マイクロプロセツサ２の割込みに接続してあり、また基
準クロツク（CLK）をカウントするカウンターを備えて
いる。

今、第８図のエツジ（109）が到達する直前の状態か
ら説明する。0Bはインクリメンタルエンコーダ９の出力
パルス、CLKは検出用インターフエイス回路の基準クロ
ツクである。カウンターはTn−１のパルス周期をCLK信
号を基準に与えられたカウント数、例えば0FFFFHからデ
クリメントカウントを実行している。エツジ109がマイ
クロプロセツサ２の割込みへ到達すると、第９図の割込
みルーチンが実行開始される。すると、（P1）によりカ
ウンターのデクリメントカウント値は検出用インターフ
エイス回路10内蔵のストレージレジスタにラツチされ
る。次にP2により、ラツチされたデクリメントカウント
値を、第５図のRAM4へ格納する。そしてTnのパルス周期
をカウントする為のカウント数0FFFFHをカウンターへ与
え、再度、初期値（0FFFFH）からのデクリメントカウン
トを、カウンターは開始し、割込みの処理を終了する。
再度エツジ（110）が到達したら、前述の処理が繰り返
される。

また、速度ω（ｋ）の変換は（14）式になる。

T_CLK;CLK周期 N_E;インクリメンタルエンコーダ分割数 n;CLKカウント数＝0FFFFH−デクリメントカウント数 k;回転速度への単位換算定数 K;定数 以上が割込みを使つた速度検出方法である。

第10図は光学速度制御方法の概要を示す説明図であ
る。

同図はミラーベースMB1が停止位置からフイード、リ
ターンして再び停止位置に戻るまでのミラーベーススピ
ード及び電動機８の回転速度を示している。

ミラーベースMB1はイニシヤル時、停止位置Ｐ点に位
置している。この状態で電動機８が駆動されるとフイー
ド方向に加速され、ホームポジシヨンセンサHPS位置Ｑ
点までの停止領域Ｅを越えて画像領域に入つていく。加
速の程度は設定倍率に比例して大きく設定される。画像
領域の先端位置Ｒ点に達した段階でミラーベーススピー
ドは安定し、その速度は画像領域の終端Ｓ点までに達す
るまで一定となるように制御される。

画像領域でのミラーベーススピードの安定化は前述の
最適レギユレータ制御アルゴリズムにより行われる。
尚、図においてR10〜R12は設定倍率に対応した電動機回
転速度を示し、画像領域でのミラーベーススピードが設
定倍率に対応して異なつていることを表している。ミラ
ーベースMB1がフイード方向に移動して画像領域の終端
Ｓ端を越えたことをインクリメンタルエンコーダ９の出
力パルス数を計数するインタフエイス回路10によつて検
出すると、マイクロコンピユータ１により逆転制御す
る。インターフエイス回路10によつて回転方向が正転か
ら逆転に変化するＶ点を検出すると、リターン速度はフ
イード速度R10〜R12よりも相当に速い速度である最高速
度R1となるよう最適レギユレータ制御を行う。最高速度
R1でＶ点から一定の距離Ｌ（制動開始位置Ａ）に来た
時、目標速度R2になるように最適レギユレータ制御を行
いミラーベーススピードが目標速度R2以下になつた時、
前記所定の目標速度R2の定常時の状態量X0を新たな初期
値として最適レギユレータ制御を行う。尚、状態量X0は
第２図のブロツク図のX0であるが、定常時のX0はシミユ
レーシヨン結果、第７図から求めることが出来る。第７
図において目標速度R2,K_T,R,Jを与えると最適レギユレ
ータ制御のシミユレーシヨンができ、ミラーベーススピ
ードが安定化している時、即ち定常時はX0の値は一定と
なる。その値を前述の初期値として与えればよい。又、
フイード時の目標速度がR2の場合は、定常時のX0をRAM4
にストアしておき、呼び出してもよい。

速度R2はミラーベースMB1をセンサHPS位置で電動機制
動状態に移行したとき、停止位置Ｐ点に正確に停止でき
る速度である。この速度R2の大きさは停止領域Ｅ、最高
速度R1、その他慣性に影響を与える各種の要因を考慮し
て適当な大きさに設定される。

速度R2でセンサHPS位置Ｑ点に達すると、直ちに電動
機８を逆転制動する。所定の時間T_R逆転制動した後、電
動機８をオフし停止位置Ｐ点で停止させる。逆転制動か
ら電動機オフに切り換えるＸ点までの時間T_Rは、逆転制
動から電動機オフに切り換えた場合、停止位置Ｐ点で正
確に停止する程度の大きさである。所定の時間T_Rは、電
動機８がフイード方向に回転しない程度の時間である。
このときのミラーベースMB1のスピードをNLとする。こ
のようにＱ点で逆転制動を行い、Ｘ点で逆転制動から電
動機オフに切り換えることにより、ごく僅かな慣性によ
つてＰ点で完全に停止する。

第11図は前述のシミユレーシヨン結果である。X0の値
は定常時一定であることがわかる。

第12図は、速度制御方法を説明する図である。記号P,
Q,S,U,A,X,HPは第６図の記号に対応する。

時間がＯからＳ点まではフイード制御を最適レギユレ
ータにて行う。Ｓ点からＡ点まではリターンの高速制御
を最適レギユレータにて行う。Ａ点からＱ点までは速度
R2にて最適レギユレータ制御を行うが、急速で減速する
ため、Ｍ点までは制御入力Ｕ（ｋ）を＋側にしている。
Ｍ点は回転速度がR2以下になつた時であり、状態量X0を
新たな初期値として最適レギユレータ制御を行つている
のでハンチングが起こらず、速やかに目標値R2に収束し
ていることがわかる。Ｑ点までR2の速度で最適レギユレ
ータ制御を行い、Ｑ点からT_R時間逆転制動を行い、次に
電動機をOFFし停止させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

複写機の変倍率が50〜200％の場合は上記第10図に示
す制御方法でも差し支えなかつたが、デジタル複写機の
ように変倍率が例えば25〜800％にもなると、原稿走査
時、第10図のＱ点近傍に画像領域の先端Ｒが来るため、
オーバシユートが許されなくなり、上記従来技術による
速度制御方法では対処し得なかつた。

本発明の目的は、プリスキヤンを行うことにより、実
機のばらつきを考慮して精密な速度制御を行うことがで
きる複写機光学系の速度制御方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、複写機光学系と前記複写機光学系を駆動
する電動機と、前記電動機を駆動する手段と、前記電動
機の動作状態を指令する状態指令信号を出力する状態指
令手段と、前記電動機の速度を検出する手段と、マイク
ロプロセツサ、ランダムアクセスメモリ、及び前記マイ
クロプロセツサの処理手順が記憶されているリードオン
リーメモリを有し、前記状態指令信号と前記電動機の速
度を検出する信号を入力して、前記駆動手段に与える制
御信号を演算する、マイクロコンピユータとからなる電
動機のデイジタル制御装置を利用する複写機光学系の速
度制御方法において、複写機光学系の電源オン時、少な
くとも１回プリスキヤンを行い、フイード時の定常速
度，状態量，制御電圧、リターン時の定常速度，状態
量，制御電圧を前記ランダムアクセスメモリに記憶さ
せ、目標速度に対して電動機の実速度が偏差のない最適
レギユレータ制御を行うことにより達成される。

〔作用〕 プリスキヤン時の電動機の各種データがランダムアク
セスメモリに取り込まれ、これら各種データに基づいて
マイクロコンピユータによる最適レギユレータ制御が行
われる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による複写機光学系の速度制御方法の
実施例の内容を示すフローチヤート、第２図はプリスキ
ヤン時の速度制御方法の概要を示す説明図、第３図はプ
リスキヤン後の速度制御方法の概要を示す説明図であつ
て、まず第１図および第２図に基づきプリスキヤン時の
制御について述べる。なお、第10図と同様の部分につい
ては説明を省略する。

プリスキヤンモードの場合（１−１でYES）、フイー
ド時の定常速度RFに立ち上げる最適レギユレータ制御が
なされ（１−２）、フイード時の定常速度RFに光学系
（ミラーベースMB1）の速度がなつた位置PF0点でのマイ
クロコンピユータ１（第５図以下同様）で演算されたX0
F＝X0（Ｋ）,U_F＝Ｕ（Ｋ）をランダムアクセスメモリ４
に記憶させる（１−３でYES,1−４）。その後RF維持の
ための最適レギユレータ制御を行い（１−５）、光学系
がリターン位置に来た場合（１−６でYES）、リターン
時の定常速度RRに到達させるための最適レギユレータ制
御を行い（１−７）、リターン時の定常速度RRに光学系
の速度がなつた位置PR0点でのマイクロコンピユータ１
で演算されたX0R＝X0（Ｋ）,U_R＝Ｕ（Ｋ）をランダムア
クセスメモリ４に記憶させる（１−８でYES,1−９）。P
F0点,PR0点はそれぞれ１個所でなくてもよい。X0
（Ｋ）,U（Ｋ）は第６図のブロツク図で、Ｒ（Ｋ）＝R
F,R（Ｋ）＝RRとして与えることにより、マイクロコン
ピユータ１で計算される。

その後RRを維持する最適レギユレータ制御がなされ
（１−10）、Ｑ点に来たとき（１−11でYES）、停止制
御が行われ（１−12）、目標速度Ｒに応じた状態量X0の
計算が行われる（１−13）。

次に目標速度Ｒに応じた状態量X0の計算方法について
述べる。

電動機８の電圧方程式は Ｕ＝ｉ・R_a＋K_E・ω ……（15） i;電動機電流、K_E;誘起電圧定数である。

前述のU_F,U_Rより（15）式に代入する。

U_F＝ｉ・R_a＋K_E・RF ……（16） U_R＝ｉ・R_a＋K_E・RR ……（17） より、 従つて、（18），（19）式よりK_E,i・R_aが求まるの
で、目標速度Ｒのとき Ｕ＝ｉ・R_a＋K_E・Ｒ ……（20） よりＵが求まる。

前述の最適ゲインベクトルＧ＝（K0,K1）より Ｕ＝K0・X0−K1・Ｒ ……（21） X0＝（Ｕ−K1・Ｒ）/K0 ……（22） より目標速度Ｒに対応した定常時のX0が求まる。

目標速度がRF,RRの場合は実測のX0を用いることがで
きるので、計算する必要がないことは明らかである。

次に第１図，第３図に基づきプリスキヤン終了後の制
御内容について説明する。

プリスキヤンモードが終了し（１−１でNO）、原稿ス
キヤンが始まつたとき（１−14でYES）、光学系が所定
の速度に達するための最適レギユレータ制御を行い（１
−15）、PF0点に達した時、即ち原稿スキヤン時、光学
系が所望の速度を越えたとき（１−16でYES）、目標速
度R10,R11,R12のそれぞれの状態量X0を新たな初期値と
して最適レギユレータ制御を行う（１−17,1−18）。

一方、リターン時（１−19でYES）は、リターン時の
速度R1に到達するための最適レギユレータ制御を行い
（１−20）、Ａ点に達したとき（１−21でYES）、さら
に速度R2（R2＜R1）に到達するための最適レギユレータ
制御を行う（１−22）。そしてPRF点に達した後は（１
−23でYES）目標速度R2の状態量X0を新たな初期値とし
て最適レギユレータ制御を行う（１−24,1−25）。その
後Ｑ点に達したとき（１−26でYES）、停止制御を行う
（１−27）。

このようにプリスキヤンを行い実機に対応した状態量
X0を用いて制御を行うことにより、立ち上がり時のオー
バーシユートを無くすことができる。またリターン時の
減速もハンチングなくスムーズに移行できる。

第４図は他の速度制御のフローチヤートであつて、電
源が投入されると最初に指令発生器５の目標速度をステ
ツプ４−１で取り込み、次に目標速度Ｒ（Ｋ）の計算を
行う。そしてステツプ４−２の処理に移る。この処理は
位置のアドレスデータをランダムアクセスメモリ４の別
のアドレスへ初期位置としてストアしておく。ステツプ
４−３の処理は初期位置と現在位置を比較して現在位置
が所望の位置に来たか判断するものである。所望の位置
に来ていないときはステツプ４−４の処理に移る。所望
の位置以上の場合はステツプ４−６の処理に移る。

ステツプ４−４の処理は第６図のＹ（Ｋ）を０にす
る。次にステツプ４−５の処理に移る。このステツプで
は第６図の最適レギユレータの演算を行う。

ｅ（Ｋ）＝Ｒ（Ｋ）−Ｙ（Ｋ） ……（23） X0（Ｋ）＝X0（Ｋ−１）＋ｅ（Ｋ） ……（24） Ｕ（Ｋ）＝K0・X0（Ｋ）−K1・ω（Ｋ） ……（25） 但しω（Ｋ）＝Ｙ（Ｋ）/C ……（26） 式（23），（24）のＹ（Ｋ），ω（Ｋ）は０として演
算を行うことになる。

次にステツプ４−６の説明を行う。既に電動機８が起
動していので、デクリメントカウントデータは正しい値
になつている。従つて公知の方式で速度Ｙ（Ｋ），ω
（Ｋ）を計算し、第６図の最適レギユレータ演算を行
う。

式（23），（24）のＹ（Ｋ），ω（Ｋ）は当然実測値
を使う。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、プリスキヤン時の電動機の各種
データがランダムアクセスメモリに取り込まれ、これら
各種データに基づいてマイクロコンピユータによる最適
レギユレータ制御が行われるので、スキヤナの原稿走査
時の立ち上がりをオーバーシユートなしに早く立ち上げ
ることができ、従つて助走距離を短くできる。また、光
学系の摩擦力、電動機の定数がばらついていても実測値
に基づいたデータを使用するので外乱や電動機定数のば
らつきを許容できる速度制御が行える。さらに、リター
ン速度を高速にできると共に停止位置を正確に制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複写機光学系の速度制御方法の実
施例の内容を示すフローチヤート、第２図はプリスキヤ
ン時の速度制御方法の概要を示す説明図、第３図はプリ
スキヤン後の速度制御方法の概要を示す説明図、第４図
は他の速度制御方法を示すフローチヤート、第５図は従
来例に係る複写機光学系の速度制御ブロツク図、第６図
は同、最適レギユレータ制御のブロツク図、第７図は複
写機の光学系の要部斜視図、第８図はインクリメンタル
エンコーダの出力パルスと基準クロツクのタイミングチ
ヤート、第９図はその割込みルーチンのフローチヤー
ト、第10図は従来例に係る光学速度制御方法の概要を示
す説明図、第11図は速度制御シミユレーシヨン結果を示
す説明図、第12図は速度制御方法を説明するための説明
図である。 １……マイクロコンピユータ、５……状態指令手段、７
……駆動回路、８……電動機、９……速度検出手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複写機光学系と前記複写機光学系を駆動す
   る電動機と、前記電動機を駆動する手段と、前記電動機
   の動作状態を指令する状態指令信号を出力する状態指令
   手段と、前記電動機の速度を検出する手段と、マイクロ
   プロセツサ、ランダムアクセスメモリ、及び前記マイク
   ロプロセツサの処理手順が記憶されているリードオンリ
   ーメモリを有し、前記状態指令信号と前記電動機の速度
   を検出する信号を入力して、前記駆動手段に与える制御
   信号を演算する、マイクロコンピユータとからなる電動
   機のデイジタル制御装置を利用する複写機光学系の速度
   制御方法において、複写機光学系の電源オン時、少なく
   とも１回プリスキヤンを行い、フイード時の定常速度，
   状態量，制御電圧、リターン時の定常速度，状態量，制
   御電圧を前記ランダムアクセスメモリに記憶させ、目標
   速度に対して電動機の実速度が偏差のない最適レギユレ
   ータ制御を行うことを特徴とする複写機光学系の速度制
   御方法。