JP3807335B2 - モータ制御方法、及びモータ制御装置 - Google Patents
モータ制御方法、及びモータ制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータをＰＷＭ制御するモータ制御方法、及びモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリンタの用紙搬送機構において、印刷用紙の搬送を行う搬送ローラを駆動するモータは、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）されたパルス信号（ＰＷＭ信号）に従って駆動するようにされており、ＰＷＭ信号のデューティ比によってモータに供給される電流量が調整され、回転速度が制御されている。
【０００３】
ここで、プリンタの印刷速度を高速化するためには、印刷用紙の搬送速度を速くする必要がある。そのため、モータに印加する電圧値は、一般的に、大きく設定され、モータの駆動開始初期にＰＷＭ信号のデューティ比を大きく設定した際に、大きな電流がモータに流れ、モータが高速回転するようにされている。
【０００４】
そして、印刷用紙を精度良く搬送できるように、モータの駆動開始後、ＰＷＭ信号のデューティ比は、印刷用紙の搬送量が目標搬送量に近づくに従って次第に小さく設定されていき、モータの回転速度を次第に減速するようにされている。これは、印刷用紙の搬送量が目標搬送量の近傍に達したにも関わらずモータの回転速度が高速であると、印刷用紙の搬送量が目標搬送量に到達した時点でモータを制動しても、モータが即座に停止せず、停止位置にばらつきが生じてしまうためである。
【０００５】
尚、微小な目標搬送量に対しては、モータの駆動開始初期におけるＰＷＭ信号のデューティ比は小さく設定され、モータを低速回転させることにより、精度良く印刷用紙の搬送を行うようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、印刷用紙の目標搬送量が微小である場合、ＰＷＭ制御のデューティ比の設定範囲が狭くなるため、モータに流す電流のダイナミックレンジまでもが狭くなり、モータの回転速度を細やかに調整することが困難となる。
【０００７】
このため、従来のプリンタでは、印刷用紙の目標搬送量が微小である場合に、モータの回転速度のムラ（ばらつき）が大きくなり、停止位置にばらつきが生じ、印字位置がずれてしまうという問題点があった。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくはモータにより駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることが可能なモータ制御方法、及びモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載のモータ制御方法は、モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定し、前記目標変位量と、前記可動部もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量とを一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づいて、前記モータをＰＷＭ制御することを特徴とする。
【０００９】
このようなモータ制御方法によれば、モータに印加する電圧値が、目標変位量に応じて可変設定されるため、たとえ、目標変位量が微小であっても、それに応じた電圧値を設定することにより、微小な目標変位量に対しても、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定範囲を広くとることができるため、モータの可動部もしくはモータにより駆動される被駆動物を変位させる速度を細やかに制御できる。
【００１０】
従って、本発明により、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくは、モータにより駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることが可能となる。
尚、このモータ制御方法では、より具体的には、請求項２記載のように、１回の駆動処理の間、同一のゲインを用いる。
次に、請求項３記載のモータ制御装置は、モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量を設定する目標変位量設定手段と、前記可動部、もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量を検出する変位検出手段と、前記目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定する電圧値設定手段と、前記実変位量を前記目標変位量に一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づき、前記モータをＰＷＭ制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように構成されたモータ制御装置では、目標変位量設定手段が、前記可動部、もしくは前記被駆動物の目標変位量を設定し、電圧値設定手段が目標変位量に応じて、モータに印加する電圧値を可変設定する。
そして、変位検出手段が、前記可動部もしくは前記被駆動物の実変位量を検出し、制御手段が、実変位量を目標変位量に一致させるべく、目標変位量と実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づき、モータをＰＷＭ制御する。
【００１２】
即ち、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明を実現するための装置であり、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
尚、制御手段は、より具体的には、請求項４記載のように、１回の駆動処理の間、同一のゲインを用いる。
又、電圧値設定手段は、例えば、請求項５記載のように、前記目標変位量に対して設定すべき電圧値を対応づけた参照テーブルを記憶する参照テーブル記憶手段を備え、前記目標変位量に対応する電圧値を前記参照テーブルに従って設定しても良い。
【００１３】
この場合、モータ制御装置は、請求項６記載のように、前記変位量検出手段の検出値に基づいて、前記可動部もしくは前記被駆動物の変位量が前記目標変位量に至るまでに前記モータに流れた最大電流値を推定する電流ピーク推定手段と、該電流ピーク推定手段の推定値に基づいて、前記モータの電流値を前記最大電流値に一致させる電圧値を算出する電圧値算出手段と、前記目標変位量に対応して前記参照テーブルに記憶された電圧値を前記電圧値算出手段の算出値により更新する参照テーブル更新手段とを備えていることが望ましい。
【００１４】
このように構成されたモータ制御装置では、電流ピーク推定手段が、変位検出手段の検出値に基づいて、モータの可動部もしくは被駆動物の変位量が目標変位量に至るまでにモータに流れた最大電流値を推定する。そして、電圧値算出手段が、電流ピーク推定手段の推定値に基づいて、モータの電流値を最大電流値に一致させる電圧値を算出し、参照テーブル更新手段が、目標変位量に対応して参照テーブルに記憶された電圧値を更新する。
【００１５】
即ち、請求項６記載の発明では、モータの可動部もしくは被駆動物を各目標変位量まで変位させるのに必要なモータの最大電流値を発生させる電圧値を参照テーブルに記憶していくため、モータの可動部もしくは被駆動物を各目標変位量まで変位させるごとに電圧値が最適な値に更新され、精度を高めていくことができる。
【００１６】
又、各目標変位量ごとに必要なモータの最大電流値を発生させる電圧値をモータに印加する電圧値として設定するため、どの目標変位量に対してもＰＷＭ信号のデューティ比を０％から１００％まで幅広く変化させることができ、モータの可動部もしく被駆動物を変位させる速度をより細やかに制御できる。但し、上記した「前記最大電流値に一致させる電圧値」とは、モータの電流値を最大電流値を上回る近傍の電流値に一致させる電圧値であっても良い。
【００１７】
尚、電流ピーク推定手段は、請求項７記載のように、前記モータの動的な挙動を特徴づけるパラメータを状態変数とする状態方程式に基づいて推定された電流値のなかの最大の推定電流値をもって前記最大電流値を推定するように構成されていることが望ましい。
【００１８】
このように電流ピーク推定手段が構成されていれば、モータに流れた最大電流値を精度良く推定することができる。
尚、本発明に用いるモータとしては、例えば、請求項８記載のように、直流モータもしくはブラシレスＤＣモータを用いることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は、本発明が適用されたプリンタにおける用紙搬送機構の構造を示す説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明が適用されたプリンタの用紙搬送機構は、印刷用紙を搬送する搬送ローラ５０と、この搬送ローラ５０を駆動する直流モータ（以下、「ＬＦ（Line Feed）モータ」という。）５１とを備えている。そして、ＬＦモータ５１の回転軸に取り付けられたプーリ５２と搬送ローラ５０とが、無端ベルト５３によって繋がれており、ＬＦモータ５１の駆動力が、無端ベルト５３を介して搬送ローラ５０に伝達するようにされている。
【００２１】
ここで、搬送ローラ５０には、複数のスリットが外周縁に沿って形成された円盤状のスリット板５４が取り付けられており、搬送ローラ５０に連動してスリット板５４が回転するようにされている。そして、このスリット板５４付近には、スリット板５４を挟んで互いに対面する１つの発光素子と２つの受光素子とを備えたフォト・インタラプタ５５が設置されており、これら１つの発光素子と２つの受光素子との間をスリット板５４上のスリットが通過するごとに、２相（Ａ相、Ｂ相）のパルス列信号（エンコーダ信号）を出力するようにされている。但し、スリット板５４上のスリット同士の間隔は、搬送ローラ５０が印刷用紙を所定量（本実施形態では１／１５００ｉｎｃｈ＝約０．００１７ｃｍ）搬送するごとに、フォト・インタラプタ５５がＡ相信号及びＢ相信号を出力するような間隔に設定されている。
【００２２】
又、フォト・インタラプタ５５は、Ａ相信号とＢ相信号とが互いに約π／２の位相差を有するエンコーダ信号を出力するように構成されている。尚、近年、１つの発光素子と複数（例えば５つ）の受光素子とを備え、スリットに汚れがあっても精度良く２相のパルス信号を出力できるフォト・インタラプタがあり、これを使用することも可能である。
【００２３】
そして、上記スリット板５４とフォト・インタラプタ５５とによってロータリ式エンコーダ（以下、単に「エンコーダ」という。）５６が構成されている。
［第１実施形態］
図２は、本発明に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、モータ制御装置１は、上述のエンコーダ５６と、当該プリンタの制御を統括するＣＰＵ２と、ＣＰＵ２が行う処理のプログラムや各種データを記憶したＲＡＭ，ＲＯＭなどからなるメモリ１８と、ＣＰＵ２から入力される各種設定値とエンコーダ５６から入力される２相のパルス列信号とに基づいて、ＬＦモータ５１の回転速度や回転方向を制御するＰＷＭ信号などの生成を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３と、ＡＳＩＣ３にて生成されたＰＷＭ信号に基づいてＬＦモータ５１を駆動するモータドライバ４とを備えている。
【００２５】
更に、モータ制御装置１には、ＡＳＩＣ３から入力された電圧値に従って電圧を可変設定する可変電圧電源（以下、単に「可変電源」という。）９が具備されており、可変電源９の電力をモータドライバ４に供給し、この電力によりＬＦモータ５１を駆動するようにされている。
【００２６】
ここで、モータ制御装置１の構成要素について詳述する。
まず、図４に、モータドライバ４の回路構成、及び、モータドライバ４と可変電源９，ＡＳＩＣ３，ＬＦモータ５１との接続状態を示す。
図４に示すように、モータドライバ４は、４基のＮチャネル・エンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「ＦＥＴ」という。）を備え、直列接続したＦＥＴ１，ＦＥＴ４とＦＥＴ２，ＦＥＴ３とを可変電源９の正極側とグランドとの間にて並列接続して構成されている。そして、ＦＥＴ１とＦＥＴ４との接続点、及び、ＦＥＴ２とＦＥＴ３との接続点にＬＦモータ５１を接続することにより、所謂、Ｈブリッジ回路を形成するようにされている。
【００２７】
又、モータドライバ４のＦＥＴ１，２，３，４のゲートには、ＡＳＩＣ３にて各ＦＥＴごとに生成された４つのＰＷＭ信号がそれぞれ供給されており、これらＰＷＭ信号に従って、各ＦＥＴがＯＮ／ＯＦＦし、ＬＦモータ５１へ流す電流の量や電流の方向を制御するようにされている。尚、ここでは、ＦＥＴ１からＦＥＴ３へ至る電流の流れに対するＬＦモータ５１の回転方向を正転、ＦＥＴ２からＦＥＴ４へ至る電流の流れに対するＬＦモータ５１の回転方向を逆転とする。又、各ＦＥＴにはそれぞれ、図示しないダイオードが当該ダイオードのカソードをＨブリッジ回路の上流側に、アノードを下流側に向けた状態で並列接続されており、各ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦした際に発生するＬＦモータ５１の逆起電力を可変電源９へ回生することにより、各ＦＥＴを逆起電力から保護するようにされている。
【００２８】
次に、ＡＳＩＣ３は（図２参照）、ＬＦモータ５１の制御に用いる各種パラメータや可変電源９への電圧値を格納するレジスタ群５と、エンコーダ５６からＡ相信号，Ｂ相信号を取り込み、搬送ローラ５０の回転量を算出するローラ測位部６と、ローラ測位部６からのデータに基づいて、ＬＦモータ５１の回転軸の回転角度や回転方向などを制御するためのモータ制御信号を生成するフィードバック演算部７と、フィードバック演算部７が生成するモータ制御信号とレジスタ群５に設定された可変電源９の電圧値とに基づいて、上記４つのＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、モータドライバ４へ出力するＰＷＭ生成部８とを備えている。
【００２９】
尚、レジスタ群５は、ＬＦモータ５１を起動するための起動設定レジスタ１０と、可変電源９の電圧値を設定するための電圧値設定レジスタ１１と、印刷用紙の搬送量を設定するための搬送量設定レジスタ１２と、搬送ローラ５０の回転角度を制御する際のフィードバック演算に用いる状態フィードバック（状態ＦＢ）ゲインを設定するための状態ＦＢゲイン設定レジスタ１３と、搬送ローラ５０の回転角度の定常偏差の補正を行うフィードバック演算に用いる積分ゲインを設定するための積分ゲイン設定レジスタ１４とから構成されている。
【００３０】
そして、ローラ測位部６は、エンコーダ５６からのＡ相信号，Ｂ相信号に基づき、スリット板５４のスリットがフォト・インタラプタ５５の光電素子及び受光素子を通過したタイミングを表すタイミング信号（ここではＢ相信号がハイレベルの時におけるＡ相信号のエッジ）と、給紙ローラ５０の回転方向（通過タイミング信号がＡ相信号の立ち下がりエッジであれば正転、立ち上がりエッジであれば逆転）とを検出するエッジ検出部１５と、エッジ検出部１５が検出した搬送ローラ５０の回転方向が正転の時には、通過タイミング信号に基づいてカウントアップし、逆転の時には、通過タイミング信号に基づいてカウントダウンすることにより、搬送ローラ５０の回転量を検出する回転量カウンタ１６とを備えている。つまり、搬送量設定レジスタ１２に設定される印刷用紙の搬送量は、回転量カウンタ１６のカウント値によって表される。
【００３１】
又、ローラ測位部６には、回転量カウンタ１６のカウント値と搬送量設定レジスタ１２の設定値とを比較する停止判定部１７が備えられ、これらの値が一致した際に、ＣＰＵ２に対して停止割り込み信号を出力するようにされている。
ここで、図３は、フィードバック演算部７の内部構成を示すブロック線図である。
【００３２】
図３に示すように、フィードバック演算部７は、搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒと回転量カウンタ１６のカウント値ｙとを比較し、印刷用紙の搬送量と目標搬送量との偏差を算出する第１加算器７１と、第１加算器７１にて算出された偏差を離散積分する積分器７２と、積分器７２の算出値に積分ゲイン設定レジスタ１４に設定された積分ゲインを乗算する第１乗算器７３とを備え、上記偏差に応じてＬＦモータ５１を制御する第１制御信号ｕ１を生成している。
【００３３】
又、フィードバック演算部７は、モータ制御信号ｕと回転量カウンタ１６のカウント値ｙとに基づいて、駆動対象物（負荷）の状態（ここでは、用紙搬送系の状態）を示す状態量ｘを推定する状態推定器７５と、状態推定器７５にて推定された状態量ｘに状態ＦＢゲイン設定レジスタ１３に設定された状態ＦＢゲインを乗算する第２乗算器７６とを備え、当該用紙搬送機構の内部状態に応じてＬＦモータ５１を制御する第２制御信号ｕ２を生成している。
【００３４】
そして、フィードバック演算部７は、第１制御信号ｕ１と第２制御信号ｕ２とを加算する第２加算器７４を備え、これらを加算することによりモータ制御信号ｕを生成している。
尚、状態推定器７５は、ＬＦモータ５１によって印刷用紙が搬送される用紙搬送系を動的線形システムとしてモデル化し、ＬＦモータ５１への入力電圧を操作量として搬送量を制御する位置サーボ系として考えた場合に、その状態フィードバック制御を実現するための計算を行うものである。その際にどのような状態変数を選択するのかは状態フィードバック制御の解説書などにもあるように、一意ではないので、制御系に合わせて適宜選択する必要がある。本実施形態では搬送ローラ５０の回転軸の回転角度を検出可能なエンコーダ５６が存在することから、駆動対象（負荷）の動的な挙動が特徴づけられるパラメータであるＬＦモータ５１の電流値、搬送ローラ５０（負荷）の回転角度、角速度などを状態変数として選択して、モータ制御信号ｕを入力したときのＬＦモータ５１の電流値、搬送ローラ５０の回転角度、角速度を推定した状態量ｘを算出している。尚、状態量ｘを算出するにあたっては、負荷抵抗や慣性（イナーシャ）などの機械定数を表す各種パラメータを利用して状態方程式を導いている。従って、状態推定器７５は、その状態方程式を基に状態量ｘを算出することになる。
【００３５】
ここで、停止判定部１７は、回転量カウンタ１６のカウント値ｙが搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒとが一致した際に、ＰＷＭ生成部８に停止指令を出力する。そして、この停止指令によって、ＰＷＭ生成部８は、ＬＦモータ５１にダイナミックブレーキをかけるようにＰＷＭ信号を設定し、ＬＦモータ５１の停止を行う。
【００３６】
以上のように構成されたモータ制御装置１では（図２参照）、フィードバック演算部７が、回転量カウンタ１６のカウント値ｙと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒとの差と、状態ＦＢゲイン及び積分ゲインとに基づいて、モータ制御信号ｕを生成し、ＰＷＭ生成部８へ出力する。そして、ＰＷＭ生成部８が、モータ制御信号ｕと可変電源９に設定された電圧値とに基づいて、４つのＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、モータドライバ４の各ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＬＦモータ５１の回転速度を制御する。
【００３７】
このような制御を繰り返し行い、回転量カウンタ１６のカウント値ｒと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｙとが一致すると、停止判定部１７は、停止指令をＰＷＭ生成部８に出力する。そして、ＰＷＭ生成部８からのＰＷＭ信号に従って、モータドライバ４の各ＦＥＴがＬＦモータ５１にダイナミックブレーキをかけ、ＬＦモータ５１を停止させる。又、回転量カウンタ１６のカウント値ｒと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｙとの一致と同期して、停止判定部１７は、ＣＰＵ２に対して停止割り込み信号を出力する。
【００３８】
以下、ＣＰＵ２が行う搬送ローラ５０の駆動処理について詳述する。
まず、メモリ１８には、印刷用紙の搬送量と可変電源９に設定する電圧値とを対応づけた参照テーブル１９が設定されており（図５参照）、ＣＰＵ２は、印刷用紙の搬送量をＡＳＩＣ３の搬送量設定レジスタ１２に設定すると、設定した搬送量に対応する電圧値を参照テーブルから読み出し、ＡＳＩＣ３の電圧値設定レジスタ１１に設定するようにされている。
【００３９】
ここで、図６は、ＣＰＵ２が行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
図６に示すように、本処理が開始されると、ＣＰＵ２は、まず、搬送ローラ５０が現在停止している位置を原点として、ＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成する各レジスタに、状態ＦＢゲイン、積分ゲインを設定したのち（Ｓ１００）、印刷用紙の搬送量を搬送量設定レジスタ１２に設定する（Ｓ１１０）。そして、搬送量に対応した電圧値を参照テーブル１９から読み出して、電圧値設定レジスタ１１に設定し（Ｓ１２０）、起動設定レジスタ１０への書込を行うことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動する（Ｓ１３０）。そして、Ｓ１００〜Ｓ１２０にて各レジスタに設定された内容に従って搬送ローラ５０が駆動されたのち、印刷用紙の搬送量が搬送量設定レジスタ１２の設定値に到達し、停止判定部１７から停止割り込み信号の入力があると（Ｙｅｓ：Ｓ１４０）、本処理を終了する。
【００４０】
以上のように構成されたモータ制御装置１では、印刷用紙の搬送量に応じて、ＬＦモータ５１に印加する電圧値を可変設定するため、たとえ、目標変位量が微小であっても、それに応じた電圧値を可変電源９に設定することにより、微小な搬送量に対しても、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定範囲を広くとることができるため、ＬＦモータ５１の回転軸や搬送ローラ５０を回転させる速度を細やかに制御できる。
【００４１】
即ち、本実施形態のモータ制御装置１は、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくは、モータに駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることができる。
尚、本実施形態では、ＣＰＵ２が、目標変位設定手段と電圧値設定手段に相当し、エンコーダ５６とローラ測位部６とが変位量検出手段に相当する。又、フィードバック演算部７とＰＷＭ生成部８とが制御手段に相当し、メモリ１８が参照テーブル記憶手段に相当する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００４２】
本実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置１とは、ＡＳＩＣの内部構成、ＣＰＵが実行する処理の内容、そして、参照テーブルの内容が一部異なるだけであるため、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、これとは構成の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
まず、図７は、本実施形態のモータ制御装置２０の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施形態のモータ制御装置２０におけるＡＳＩＣ３ａのフィードバック演算部７ａは、モータ制御信号ｕを出力する他、上記第１実施形態の状態推定器７５と同様に構成された状態推定器によって推定される状態量ｘからＬＦモータ５１の最大電流値ｉを抽出し、出力するようにされている。
【００４４】
そして、ローラ測位部６ａには、フィードバック演算部７ａから出力される最大電流値ｉにＬＦモータ５１のインピーダンスを積算する電圧推定部２１が具備されており、ＬＦモータ５１の電流値を最大電流値ｉに一致させるのに必要な電圧値を算出するようにされている。
【００４５】
又、レジスタ群５ａには、電圧推定部２１にて算出された電圧値を格納する電圧推定値レジスタ２２が備えられている。
このように構成されたモータ制御装置２０では（図７参照）、上記第１実施形態のモータ制御装置１と同様にＬＦモータ５１の駆動を行い、フィードバック演算部７ａは、印刷用紙の搬送が開始されてから終了するまでのフィードバック制御において、ＬＦモータ５１に流れる電流値として推定した推定電流値のなかから最大の値を最大電流値ｉとして保存しておく。そして、印刷用紙の搬送が終了した時点で、電圧推定部２１が、ＬＦモータの電流値を最大電流値ｉに一致させるのに必要な電圧値を算出し、算出した電圧値を電圧推定レジスタ２２へ格納する。
【００４６】
以下、ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ５０の駆動処理について詳述する。
まず、メモリ１８ａには、印刷用紙の搬送量と可変電源９に設定する電圧値とを対応づけた参照テーブル１９ａが設定されている（図８参照）。但し、参照テーブル１９ａにおいて、各搬送量に対する電圧値の初期設定値は０Ｖに設定されている。
【００４７】
ここで、図９は、ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
図９に示すように、本処理が開始されると、ＣＰＵ２ａは、第１実施形態のＣＰＵ２と同様、搬送ローラ５０が現在停止している位置を原点として、ＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成する各レジスタに、状態ＦＢゲイン、積分ゲインを設定したのち（Ｓ２００）、印刷用紙の搬送量を搬送量設定レジスタ１２に設定する（Ｓ２１０）。そして、参照テーブル１９ａを参照し、搬送量に対応した電圧値が０Ｖに設定されているか否かを確認する（Ｓ２２０）。ここで、０Ｖに設定されていることを確認すると、ＣＰＵ２ａは、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量だけ印刷用紙を搬送するのは初めてであると判断し、可変電源９に設定可能な最大電圧値を電圧値設定レジスタ１１へ設定する（Ｓ２３０）。
【００４８】
そして、起動設定レジスタ１０への書込を行うことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動して（Ｓ２４０）、搬送ローラ５０の駆動を開始する。
印刷用紙の搬送量が設定値に到達して、停止判定部１７から停止割り込み信号の入力があると（Ｙｅｓ：Ｓ２５０）、ＣＰＵ２は、電圧推定値レジスタ２２に格納された電圧値を読み込み（Ｓ２６０）、この電圧値をＳ２１０にて設定した搬送量に対応する電圧値としてメモリ１８ａに記憶された参照テーブル１９ａに設定し（Ｓ２７０）、本処理を終了する。
【００４９】
尚、Ｓ２２０にて、参照テーブル１９ａに設定された電圧値が０Ｖでないことを確認すると、ＣＰＵ２は、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量だけ印刷用紙を搬送したことがあると判断し、参照テーブル１９ａに設定された電圧値を電圧値設定レジスタ１１に設定する（Ｓ３００）。そして、Ｓ２４０〜Ｓ２７０までの処理を実行したのち本処理を終了する。
【００５０】
以上のように構成されたモータ制御装置２０によれば、印刷用紙の搬送を終了するごとに参照テーブル１９ａが更新されるため、第１実施形態のモータ制御装置１と同様の効果が得られるだけでなく、搬送機構の負荷が経時変化しても常に最適な電圧値が選択され、印刷用紙を目標の搬送量まで搬送する精度を高めていくことができる。
【００５１】
又、各搬送量ごとに必要なＬＦモータ５１の最大電流値ｉを発生させる電圧値を可変電源９に設定するため、どの搬送量に対してもＰＷＭ信号のデューティ比を０％から１００％まで変化させることができる。即ち、ＬＦモータ５１や搬送ローラ５０の回転速度をより細やかに制御できる。
【００５２】
又、フィードバック演算部７ａの状態推定器は、ＬＦモータ５１の動的な挙動が特徴づけられるパラメータを状態変数とする状態方程式に基づいて推定された電流値のなかの最大の推定電流値をもって最大電流値ｉを推定しているため、ＬＦモータ５１に流れた最大電流値ｉを精度良く推定できる。そして、電圧推定部２１は、各搬送量ごとに必要なＬＦモータ５１の最大電流値ｉを発生させる電圧値を高い精度で算出することができるため、印刷用紙を高い精度で目標の搬送量まで搬送することができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、フィードバック演算部７ａの状態推定器が電流ピーク推定手段に相当し、電圧推定部２１が電圧値算出手段に相当する。又、ＣＰＵ２が参照テーブル更新手段に相当する。
ここで、本実施形態では、印刷用紙の搬送が終了するごとに参照テーブル１９ａの更新を行っていたが、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量に対する電圧値が０Ｖに設定されている場合だけ、参照テーブル１９ａを更新するようにしても良い。
【００５４】
又、本実施形態では、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量に対する電圧値を電圧推定レジスタ２２から読み込んで参照テーブル１９ａを更新しているが、過去に電圧推定部２１が算出した電圧値をメモリ１８ａに記憶しておき、電圧推定レジスタ２２から読み込んだ値とメモリ１８ａに記憶された過去の電圧値とに基づいて、参照テーブル１９ａにおける電圧値を更新するようにしても良い。
【００５５】
又、本実施形態では、参照テーブル１９ａに設定されている電圧値の初期設定値が全て０Ｖに設定されていたが、予め搬送量に応じた電圧値を初期設定値として設定し、これを更新するように参照テーブル１９ａを設定しても良い。
又、本実施形態において、ＬＦモータ５１の電流値をフィードバック演算部７ａの状態推定器にて推定された電流値のなかの最大電流値ｉと一致させる電圧値を算出するように電圧推定部２１を構成していたが、モータの電流値を最大電流値ｉを上回る近傍の電流値に一致させる電圧値を算出するように電圧推定部２１を構成しても良い。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、モータドライバ４は、ＬＦモータ５１とＦＥＴとがＨブリッジ回路を形成するように構成されていたが、直列接続した２基の可変電源９と直列接続した２基のＦＥＴとを並列に接続し、可変電源９同士の接続点とＦＥＴ同士の接続点との間にＬＦモータ５１を接続して、ハーフブリッジ回路を形成するように構成しても良い。
【００５７】
又、上記実施形態では、ＬＦモータ５１に直流モータを用いていたが、これに代えて、ブラシレスＤＣモータを用いても良い。この場合、ＰＷＭ生成部８は、ブラシレスＤＣモータの各コイルを順に通電していくようにＰＷＭ信号を生成すれば良い。
【００５８】
又、上記実施形態では、ＰＷＭ信号の生成などにＡＳＩＣを用いたが、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブル・ロジック・デバイスを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプリンタにおける用紙搬送機構の構造を示す説明図である。
【図２】第１実施形態におけるモータ制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図３】フィードバック演算部７の内部構成を示すブロック線図である。
【図４】モータドライバ４の回路構成、及び、モータドライバ４と可変電源９，ＡＳＩＣ３，ＬＦモータ５１との接続状態を示す説明図である。
【図５】メモリ１８に記憶された参照テーブル１９の概要を示す説明図である。
【図６】ＣＰＵ２が行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態におけるモータ制御装置２０の構成を示すブロック図である。
【図８】メモリ１８ａに記憶された参照テーブル１９ａの概要を示す説明図である。
【図９】ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、 ２，２ａ…ＣＰＵ、 ３，３ａ…ＡＳＩＣ、 ４…モータドライバ、 ５，５ａ…レジスタ群、 ６，６ａ…ローラ測位部、 ７，７ａ…フィードバック演算部、 ８…ＰＷＭ生成部、 ９…可変電源、 １０…起動設定レジスタ、 １１…電圧値設定レジスタ、 １２…搬送量設定レジスタ、
１３…状態ＦＢゲイン設定レジスタ、 １４…積分ゲイン設定レジスタ、 １５…エッジ検出部、 １６…回転量カウンタ、 １７…停止判定部、 １８，１８ａ…メモリ、 １９，１９ａ…参照テーブル、 ２０…モータ制御装置、 ２１…電圧推定部、 ２２…電圧推定値レジスタ、 ７１…第１加算器、 ７２…積分器、 ７３…第１乗算器、 ７４…第２加算器、 ７５…状態推定器、 ７６…第２乗算器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータをＰＷＭ制御するモータ制御方法、及びモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリンタの用紙搬送機構において、印刷用紙の搬送を行う搬送ローラを駆動するモータは、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）されたパルス信号（ＰＷＭ信号）に従って駆動するようにされており、ＰＷＭ信号のデューティ比によってモータに供給される電流量が調整され、回転速度が制御されている。
【０００３】
ここで、プリンタの印刷速度を高速化するためには、印刷用紙の搬送速度を速くする必要がある。そのため、モータに印加する電圧値は、一般的に、大きく設定され、モータの駆動開始初期にＰＷＭ信号のデューティ比を大きく設定した際に、大きな電流がモータに流れ、モータが高速回転するようにされている。
【０００４】
そして、印刷用紙を精度良く搬送できるように、モータの駆動開始後、ＰＷＭ信号のデューティ比は、印刷用紙の搬送量が目標搬送量に近づくに従って次第に小さく設定されていき、モータの回転速度を次第に減速するようにされている。これは、印刷用紙の搬送量が目標搬送量の近傍に達したにも関わらずモータの回転速度が高速であると、印刷用紙の搬送量が目標搬送量に到達した時点でモータを制動しても、モータが即座に停止せず、停止位置にばらつきが生じてしまうためである。
【０００５】
尚、微小な目標搬送量に対しては、モータの駆動開始初期におけるＰＷＭ信号のデューティ比は小さく設定され、モータを低速回転させることにより、精度良く印刷用紙の搬送を行うようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、印刷用紙の目標搬送量が微小である場合、ＰＷＭ制御のデューティ比の設定範囲が狭くなるため、モータに流す電流のダイナミックレンジまでもが狭くなり、モータの回転速度を細やかに調整することが困難となる。
【０００７】
このため、従来のプリンタでは、印刷用紙の目標搬送量が微小である場合に、モータの回転速度のムラ（ばらつき）が大きくなり、停止位置にばらつきが生じ、印字位置がずれてしまうという問題点があった。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくはモータにより駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることが可能なモータ制御方法、及びモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載のモータ制御方法は、モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定し、前記目標変位量と、前記可動部もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量とを一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づいて、前記モータをＰＷＭ制御することを特徴とする。
【０００９】
このようなモータ制御方法によれば、モータに印加する電圧値が、目標変位量に応じて可変設定されるため、たとえ、目標変位量が微小であっても、それに応じた電圧値を設定することにより、微小な目標変位量に対しても、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定範囲を広くとることができるため、モータの可動部もしくはモータにより駆動される被駆動物を変位させる速度を細やかに制御できる。
【００１０】
従って、本発明により、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくは、モータにより駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることが可能となる。
尚、このモータ制御方法では、より具体的には、請求項２記載のように、１回の駆動処理の間、同一のゲインを用いる。
次に、請求項３記載のモータ制御装置は、モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量を設定する目標変位量設定手段と、前記可動部、もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量を検出する変位検出手段と、前記目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定する電圧値設定手段と、前記実変位量を前記目標変位量に一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づき、前記モータをＰＷＭ制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように構成されたモータ制御装置では、目標変位量設定手段が、前記可動部、もしくは前記被駆動物の目標変位量を設定し、電圧値設定手段が目標変位量に応じて、モータに印加する電圧値を可変設定する。
そして、変位検出手段が、前記可動部もしくは前記被駆動物の実変位量を検出し、制御手段が、実変位量を目標変位量に一致させるべく、目標変位量と実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づき、モータをＰＷＭ制御する。
【００１２】
即ち、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明を実現するための装置であり、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
尚、制御手段は、より具体的には、請求項４記載のように、１回の駆動処理の間、同一のゲインを用いる。
又、電圧値設定手段は、例えば、請求項５記載のように、前記目標変位量に対して設定すべき電圧値を対応づけた参照テーブルを記憶する参照テーブル記憶手段を備え、前記目標変位量に対応する電圧値を前記参照テーブルに従って設定しても良い。
【００１３】
この場合、モータ制御装置は、請求項６記載のように、前記変位量検出手段の検出値に基づいて、前記可動部もしくは前記被駆動物の変位量が前記目標変位量に至るまでに前記モータに流れた最大電流値を推定する電流ピーク推定手段と、該電流ピーク推定手段の推定値に基づいて、前記モータの電流値を前記最大電流値に一致させる電圧値を算出する電圧値算出手段と、前記目標変位量に対応して前記参照テーブルに記憶された電圧値を前記電圧値算出手段の算出値により更新する参照テーブル更新手段とを備えていることが望ましい。
【００１４】
このように構成されたモータ制御装置では、電流ピーク推定手段が、変位検出手段の検出値に基づいて、モータの可動部もしくは被駆動物の変位量が目標変位量に至るまでにモータに流れた最大電流値を推定する。そして、電圧値算出手段が、電流ピーク推定手段の推定値に基づいて、モータの電流値を最大電流値に一致させる電圧値を算出し、参照テーブル更新手段が、目標変位量に対応して参照テーブルに記憶された電圧値を更新する。
【００１５】
即ち、請求項６記載の発明では、モータの可動部もしくは被駆動物を各目標変位量まで変位させるのに必要なモータの最大電流値を発生させる電圧値を参照テーブルに記憶していくため、モータの可動部もしくは被駆動物を各目標変位量まで変位させるごとに電圧値が最適な値に更新され、精度を高めていくことができる。
【００１６】
又、各目標変位量ごとに必要なモータの最大電流値を発生させる電圧値をモータに印加する電圧値として設定するため、どの目標変位量に対してもＰＷＭ信号のデューティ比を０％から１００％まで幅広く変化させることができ、モータの可動部もしく被駆動物を変位させる速度をより細やかに制御できる。但し、上記した「前記最大電流値に一致させる電圧値」とは、モータの電流値を最大電流値を上回る近傍の電流値に一致させる電圧値であっても良い。
【００１７】
尚、電流ピーク推定手段は、請求項７記載のように、前記モータの動的な挙動を特徴づけるパラメータを状態変数とする状態方程式に基づいて推定された電流値のなかの最大の推定電流値をもって前記最大電流値を推定するように構成されていることが望ましい。
【００１８】
このように電流ピーク推定手段が構成されていれば、モータに流れた最大電流値を精度良く推定することができる。
尚、本発明に用いるモータとしては、例えば、請求項８記載のように、直流モータもしくはブラシレスＤＣモータを用いることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は、本発明が適用されたプリンタにおける用紙搬送機構の構造を示す説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明が適用されたプリンタの用紙搬送機構は、印刷用紙を搬送する搬送ローラ５０と、この搬送ローラ５０を駆動する直流モータ（以下、「ＬＦ（Line Feed）モータ」という。）５１とを備えている。そして、ＬＦモータ５１の回転軸に取り付けられたプーリ５２と搬送ローラ５０とが、無端ベルト５３によって繋がれており、ＬＦモータ５１の駆動力が、無端ベルト５３を介して搬送ローラ５０に伝達するようにされている。
【００２１】
ここで、搬送ローラ５０には、複数のスリットが外周縁に沿って形成された円盤状のスリット板５４が取り付けられており、搬送ローラ５０に連動してスリット板５４が回転するようにされている。そして、このスリット板５４付近には、スリット板５４を挟んで互いに対面する１つの発光素子と２つの受光素子とを備えたフォト・インタラプタ５５が設置されており、これら１つの発光素子と２つの受光素子との間をスリット板５４上のスリットが通過するごとに、２相（Ａ相、Ｂ相）のパルス列信号（エンコーダ信号）を出力するようにされている。但し、スリット板５４上のスリット同士の間隔は、搬送ローラ５０が印刷用紙を所定量（本実施形態では１／１５００ｉｎｃｈ＝約０．００１７ｃｍ）搬送するごとに、フォト・インタラプタ５５がＡ相信号及びＢ相信号を出力するような間隔に設定されている。
【００２２】
又、フォト・インタラプタ５５は、Ａ相信号とＢ相信号とが互いに約π／２の位相差を有するエンコーダ信号を出力するように構成されている。尚、近年、１つの発光素子と複数（例えば５つ）の受光素子とを備え、スリットに汚れがあっても精度良く２相のパルス信号を出力できるフォト・インタラプタがあり、これを使用することも可能である。
【００２３】
そして、上記スリット板５４とフォト・インタラプタ５５とによってロータリ式エンコーダ（以下、単に「エンコーダ」という。）５６が構成されている。
［第１実施形態］
図２は、本発明に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、モータ制御装置１は、上述のエンコーダ５６と、当該プリンタの制御を統括するＣＰＵ２と、ＣＰＵ２が行う処理のプログラムや各種データを記憶したＲＡＭ，ＲＯＭなどからなるメモリ１８と、ＣＰＵ２から入力される各種設定値とエンコーダ５６から入力される２相のパルス列信号とに基づいて、ＬＦモータ５１の回転速度や回転方向を制御するＰＷＭ信号などの生成を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３と、ＡＳＩＣ３にて生成されたＰＷＭ信号に基づいてＬＦモータ５１を駆動するモータドライバ４とを備えている。
【００２５】
更に、モータ制御装置１には、ＡＳＩＣ３から入力された電圧値に従って電圧を可変設定する可変電圧電源（以下、単に「可変電源」という。）９が具備されており、可変電源９の電力をモータドライバ４に供給し、この電力によりＬＦモータ５１を駆動するようにされている。
【００２６】
ここで、モータ制御装置１の構成要素について詳述する。
まず、図４に、モータドライバ４の回路構成、及び、モータドライバ４と可変電源９，ＡＳＩＣ３，ＬＦモータ５１との接続状態を示す。
図４に示すように、モータドライバ４は、４基のＮチャネル・エンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「ＦＥＴ」という。）を備え、直列接続したＦＥＴ１，ＦＥＴ４とＦＥＴ２，ＦＥＴ３とを可変電源９の正極側とグランドとの間にて並列接続して構成されている。そして、ＦＥＴ１とＦＥＴ４との接続点、及び、ＦＥＴ２とＦＥＴ３との接続点にＬＦモータ５１を接続することにより、所謂、Ｈブリッジ回路を形成するようにされている。
【００２７】
又、モータドライバ４のＦＥＴ１，２，３，４のゲートには、ＡＳＩＣ３にて各ＦＥＴごとに生成された４つのＰＷＭ信号がそれぞれ供給されており、これらＰＷＭ信号に従って、各ＦＥＴがＯＮ／ＯＦＦし、ＬＦモータ５１へ流す電流の量や電流の方向を制御するようにされている。尚、ここでは、ＦＥＴ１からＦＥＴ３へ至る電流の流れに対するＬＦモータ５１の回転方向を正転、ＦＥＴ２からＦＥＴ４へ至る電流の流れに対するＬＦモータ５１の回転方向を逆転とする。又、各ＦＥＴにはそれぞれ、図示しないダイオードが当該ダイオードのカソードをＨブリッジ回路の上流側に、アノードを下流側に向けた状態で並列接続されており、各ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦした際に発生するＬＦモータ５１の逆起電力を可変電源９へ回生することにより、各ＦＥＴを逆起電力から保護するようにされている。
【００２８】
次に、ＡＳＩＣ３は（図２参照）、ＬＦモータ５１の制御に用いる各種パラメータや可変電源９への電圧値を格納するレジスタ群５と、エンコーダ５６からＡ相信号，Ｂ相信号を取り込み、搬送ローラ５０の回転量を算出するローラ測位部６と、ローラ測位部６からのデータに基づいて、ＬＦモータ５１の回転軸の回転角度や回転方向などを制御するためのモータ制御信号を生成するフィードバック演算部７と、フィードバック演算部７が生成するモータ制御信号とレジスタ群５に設定された可変電源９の電圧値とに基づいて、上記４つのＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、モータドライバ４へ出力するＰＷＭ生成部８とを備えている。
【００２９】
尚、レジスタ群５は、ＬＦモータ５１を起動するための起動設定レジスタ１０と、可変電源９の電圧値を設定するための電圧値設定レジスタ１１と、印刷用紙の搬送量を設定するための搬送量設定レジスタ１２と、搬送ローラ５０の回転角度を制御する際のフィードバック演算に用いる状態フィードバック（状態ＦＢ）ゲインを設定するための状態ＦＢゲイン設定レジスタ１３と、搬送ローラ５０の回転角度の定常偏差の補正を行うフィードバック演算に用いる積分ゲインを設定するための積分ゲイン設定レジスタ１４とから構成されている。
【００３０】
そして、ローラ測位部６は、エンコーダ５６からのＡ相信号，Ｂ相信号に基づき、スリット板５４のスリットがフォト・インタラプタ５５の光電素子及び受光素子を通過したタイミングを表すタイミング信号（ここではＢ相信号がハイレベルの時におけるＡ相信号のエッジ）と、給紙ローラ５０の回転方向（通過タイミング信号がＡ相信号の立ち下がりエッジであれば正転、立ち上がりエッジであれば逆転）とを検出するエッジ検出部１５と、エッジ検出部１５が検出した搬送ローラ５０の回転方向が正転の時には、通過タイミング信号に基づいてカウントアップし、逆転の時には、通過タイミング信号に基づいてカウントダウンすることにより、搬送ローラ５０の回転量を検出する回転量カウンタ１６とを備えている。つまり、搬送量設定レジスタ１２に設定される印刷用紙の搬送量は、回転量カウンタ１６のカウント値によって表される。
【００３１】
又、ローラ測位部６には、回転量カウンタ１６のカウント値と搬送量設定レジスタ１２の設定値とを比較する停止判定部１７が備えられ、これらの値が一致した際に、ＣＰＵ２に対して停止割り込み信号を出力するようにされている。
ここで、図３は、フィードバック演算部７の内部構成を示すブロック線図である。
【００３２】
図３に示すように、フィードバック演算部７は、搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒと回転量カウンタ１６のカウント値ｙとを比較し、印刷用紙の搬送量と目標搬送量との偏差を算出する第１加算器７１と、第１加算器７１にて算出された偏差を離散積分する積分器７２と、積分器７２の算出値に積分ゲイン設定レジスタ１４に設定された積分ゲインを乗算する第１乗算器７３とを備え、上記偏差に応じてＬＦモータ５１を制御する第１制御信号ｕ１を生成している。
【００３３】
又、フィードバック演算部７は、モータ制御信号ｕと回転量カウンタ１６のカウント値ｙとに基づいて、駆動対象物（負荷）の状態（ここでは、用紙搬送系の状態）を示す状態量ｘを推定する状態推定器７５と、状態推定器７５にて推定された状態量ｘに状態ＦＢゲイン設定レジスタ１３に設定された状態ＦＢゲインを乗算する第２乗算器７６とを備え、当該用紙搬送機構の内部状態に応じてＬＦモータ５１を制御する第２制御信号ｕ２を生成している。
【００３４】
そして、フィードバック演算部７は、第１制御信号ｕ１と第２制御信号ｕ２とを加算する第２加算器７４を備え、これらを加算することによりモータ制御信号ｕを生成している。
尚、状態推定器７５は、ＬＦモータ５１によって印刷用紙が搬送される用紙搬送系を動的線形システムとしてモデル化し、ＬＦモータ５１への入力電圧を操作量として搬送量を制御する位置サーボ系として考えた場合に、その状態フィードバック制御を実現するための計算を行うものである。その際にどのような状態変数を選択するのかは状態フィードバック制御の解説書などにもあるように、一意ではないので、制御系に合わせて適宜選択する必要がある。本実施形態では搬送ローラ５０の回転軸の回転角度を検出可能なエンコーダ５６が存在することから、駆動対象（負荷）の動的な挙動が特徴づけられるパラメータであるＬＦモータ５１の電流値、搬送ローラ５０（負荷）の回転角度、角速度などを状態変数として選択して、モータ制御信号ｕを入力したときのＬＦモータ５１の電流値、搬送ローラ５０の回転角度、角速度を推定した状態量ｘを算出している。尚、状態量ｘを算出するにあたっては、負荷抵抗や慣性（イナーシャ）などの機械定数を表す各種パラメータを利用して状態方程式を導いている。従って、状態推定器７５は、その状態方程式を基に状態量ｘを算出することになる。
【００３５】
ここで、停止判定部１７は、回転量カウンタ１６のカウント値ｙが搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒとが一致した際に、ＰＷＭ生成部８に停止指令を出力する。そして、この停止指令によって、ＰＷＭ生成部８は、ＬＦモータ５１にダイナミックブレーキをかけるようにＰＷＭ信号を設定し、ＬＦモータ５１の停止を行う。
【００３６】
以上のように構成されたモータ制御装置１では（図２参照）、フィードバック演算部７が、回転量カウンタ１６のカウント値ｙと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｒとの差と、状態ＦＢゲイン及び積分ゲインとに基づいて、モータ制御信号ｕを生成し、ＰＷＭ生成部８へ出力する。そして、ＰＷＭ生成部８が、モータ制御信号ｕと可変電源９に設定された電圧値とに基づいて、４つのＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、モータドライバ４の各ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＬＦモータ５１の回転速度を制御する。
【００３７】
このような制御を繰り返し行い、回転量カウンタ１６のカウント値ｒと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｙとが一致すると、停止判定部１７は、停止指令をＰＷＭ生成部８に出力する。そして、ＰＷＭ生成部８からのＰＷＭ信号に従って、モータドライバ４の各ＦＥＴがＬＦモータ５１にダイナミックブレーキをかけ、ＬＦモータ５１を停止させる。又、回転量カウンタ１６のカウント値ｒと搬送量設定レジスタ１２の設定値ｙとの一致と同期して、停止判定部１７は、ＣＰＵ２に対して停止割り込み信号を出力する。
【００３８】
以下、ＣＰＵ２が行う搬送ローラ５０の駆動処理について詳述する。
まず、メモリ１８には、印刷用紙の搬送量と可変電源９に設定する電圧値とを対応づけた参照テーブル１９が設定されており（図５参照）、ＣＰＵ２は、印刷用紙の搬送量をＡＳＩＣ３の搬送量設定レジスタ１２に設定すると、設定した搬送量に対応する電圧値を参照テーブルから読み出し、ＡＳＩＣ３の電圧値設定レジスタ１１に設定するようにされている。
【００３９】
ここで、図６は、ＣＰＵ２が行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
図６に示すように、本処理が開始されると、ＣＰＵ２は、まず、搬送ローラ５０が現在停止している位置を原点として、ＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成する各レジスタに、状態ＦＢゲイン、積分ゲインを設定したのち（Ｓ１００）、印刷用紙の搬送量を搬送量設定レジスタ１２に設定する（Ｓ１１０）。そして、搬送量に対応した電圧値を参照テーブル１９から読み出して、電圧値設定レジスタ１１に設定し（Ｓ１２０）、起動設定レジスタ１０への書込を行うことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動する（Ｓ１３０）。そして、Ｓ１００〜Ｓ１２０にて各レジスタに設定された内容に従って搬送ローラ５０が駆動されたのち、印刷用紙の搬送量が搬送量設定レジスタ１２の設定値に到達し、停止判定部１７から停止割り込み信号の入力があると（Ｙｅｓ：Ｓ１４０）、本処理を終了する。
【００４０】
以上のように構成されたモータ制御装置１では、印刷用紙の搬送量に応じて、ＬＦモータ５１に印加する電圧値を可変設定するため、たとえ、目標変位量が微小であっても、それに応じた電圧値を可変電源９に設定することにより、微小な搬送量に対しても、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定範囲を広くとることができるため、ＬＦモータ５１の回転軸や搬送ローラ５０を回転させる速度を細やかに制御できる。
【００４１】
即ち、本実施形態のモータ制御装置１は、目標変位量が微小であっても、モータの可動部、もしくは、モータに駆動される被駆動物を従来よりも高い精度で目標変位量まで変位させることができる。
尚、本実施形態では、ＣＰＵ２が、目標変位設定手段と電圧値設定手段に相当し、エンコーダ５６とローラ測位部６とが変位量検出手段に相当する。又、フィードバック演算部７とＰＷＭ生成部８とが制御手段に相当し、メモリ１８が参照テーブル記憶手段に相当する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００４２】
本実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置１とは、ＡＳＩＣの内部構成、ＣＰＵが実行する処理の内容、そして、参照テーブルの内容が一部異なるだけであるため、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、これとは構成の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
まず、図７は、本実施形態のモータ制御装置２０の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施形態のモータ制御装置２０におけるＡＳＩＣ３ａのフィードバック演算部７ａは、モータ制御信号ｕを出力する他、上記第１実施形態の状態推定器７５と同様に構成された状態推定器によって推定される状態量ｘからＬＦモータ５１の最大電流値ｉを抽出し、出力するようにされている。
【００４４】
そして、ローラ測位部６ａには、フィードバック演算部７ａから出力される最大電流値ｉにＬＦモータ５１のインピーダンスを積算する電圧推定部２１が具備されており、ＬＦモータ５１の電流値を最大電流値ｉに一致させるのに必要な電圧値を算出するようにされている。
【００４５】
又、レジスタ群５ａには、電圧推定部２１にて算出された電圧値を格納する電圧推定値レジスタ２２が備えられている。
このように構成されたモータ制御装置２０では（図７参照）、上記第１実施形態のモータ制御装置１と同様にＬＦモータ５１の駆動を行い、フィードバック演算部７ａは、印刷用紙の搬送が開始されてから終了するまでのフィードバック制御において、ＬＦモータ５１に流れる電流値として推定した推定電流値のなかから最大の値を最大電流値ｉとして保存しておく。そして、印刷用紙の搬送が終了した時点で、電圧推定部２１が、ＬＦモータの電流値を最大電流値ｉに一致させるのに必要な電圧値を算出し、算出した電圧値を電圧推定レジスタ２２へ格納する。
【００４６】
以下、ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ５０の駆動処理について詳述する。
まず、メモリ１８ａには、印刷用紙の搬送量と可変電源９に設定する電圧値とを対応づけた参照テーブル１９ａが設定されている（図８参照）。但し、参照テーブル１９ａにおいて、各搬送量に対する電圧値の初期設定値は０Ｖに設定されている。
【００４７】
ここで、図９は、ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
図９に示すように、本処理が開始されると、ＣＰＵ２ａは、第１実施形態のＣＰＵ２と同様、搬送ローラ５０が現在停止している位置を原点として、ＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成する各レジスタに、状態ＦＢゲイン、積分ゲインを設定したのち（Ｓ２００）、印刷用紙の搬送量を搬送量設定レジスタ１２に設定する（Ｓ２１０）。そして、参照テーブル１９ａを参照し、搬送量に対応した電圧値が０Ｖに設定されているか否かを確認する（Ｓ２２０）。ここで、０Ｖに設定されていることを確認すると、ＣＰＵ２ａは、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量だけ印刷用紙を搬送するのは初めてであると判断し、可変電源９に設定可能な最大電圧値を電圧値設定レジスタ１１へ設定する（Ｓ２３０）。
【００４８】
そして、起動設定レジスタ１０への書込を行うことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動して（Ｓ２４０）、搬送ローラ５０の駆動を開始する。
印刷用紙の搬送量が設定値に到達して、停止判定部１７から停止割り込み信号の入力があると（Ｙｅｓ：Ｓ２５０）、ＣＰＵ２は、電圧推定値レジスタ２２に格納された電圧値を読み込み（Ｓ２６０）、この電圧値をＳ２１０にて設定した搬送量に対応する電圧値としてメモリ１８ａに記憶された参照テーブル１９ａに設定し（Ｓ２７０）、本処理を終了する。
【００４９】
尚、Ｓ２２０にて、参照テーブル１９ａに設定された電圧値が０Ｖでないことを確認すると、ＣＰＵ２は、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量だけ印刷用紙を搬送したことがあると判断し、参照テーブル１９ａに設定された電圧値を電圧値設定レジスタ１１に設定する（Ｓ３００）。そして、Ｓ２４０〜Ｓ２７０までの処理を実行したのち本処理を終了する。
【００５０】
以上のように構成されたモータ制御装置２０によれば、印刷用紙の搬送を終了するごとに参照テーブル１９ａが更新されるため、第１実施形態のモータ制御装置１と同様の効果が得られるだけでなく、搬送機構の負荷が経時変化しても常に最適な電圧値が選択され、印刷用紙を目標の搬送量まで搬送する精度を高めていくことができる。
【００５１】
又、各搬送量ごとに必要なＬＦモータ５１の最大電流値ｉを発生させる電圧値を可変電源９に設定するため、どの搬送量に対してもＰＷＭ信号のデューティ比を０％から１００％まで変化させることができる。即ち、ＬＦモータ５１や搬送ローラ５０の回転速度をより細やかに制御できる。
【００５２】
又、フィードバック演算部７ａの状態推定器は、ＬＦモータ５１の動的な挙動が特徴づけられるパラメータを状態変数とする状態方程式に基づいて推定された電流値のなかの最大の推定電流値をもって最大電流値ｉを推定しているため、ＬＦモータ５１に流れた最大電流値ｉを精度良く推定できる。そして、電圧推定部２１は、各搬送量ごとに必要なＬＦモータ５１の最大電流値ｉを発生させる電圧値を高い精度で算出することができるため、印刷用紙を高い精度で目標の搬送量まで搬送することができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、フィードバック演算部７ａの状態推定器が電流ピーク推定手段に相当し、電圧推定部２１が電圧値算出手段に相当する。又、ＣＰＵ２が参照テーブル更新手段に相当する。
ここで、本実施形態では、印刷用紙の搬送が終了するごとに参照テーブル１９ａの更新を行っていたが、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量に対する電圧値が０Ｖに設定されている場合だけ、参照テーブル１９ａを更新するようにしても良い。
【００５４】
又、本実施形態では、搬送量設定レジスタ１２に設定した搬送量に対する電圧値を電圧推定レジスタ２２から読み込んで参照テーブル１９ａを更新しているが、過去に電圧推定部２１が算出した電圧値をメモリ１８ａに記憶しておき、電圧推定レジスタ２２から読み込んだ値とメモリ１８ａに記憶された過去の電圧値とに基づいて、参照テーブル１９ａにおける電圧値を更新するようにしても良い。
【００５５】
又、本実施形態では、参照テーブル１９ａに設定されている電圧値の初期設定値が全て０Ｖに設定されていたが、予め搬送量に応じた電圧値を初期設定値として設定し、これを更新するように参照テーブル１９ａを設定しても良い。
又、本実施形態において、ＬＦモータ５１の電流値をフィードバック演算部７ａの状態推定器にて推定された電流値のなかの最大電流値ｉと一致させる電圧値を算出するように電圧推定部２１を構成していたが、モータの電流値を最大電流値ｉを上回る近傍の電流値に一致させる電圧値を算出するように電圧推定部２１を構成しても良い。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、モータドライバ４は、ＬＦモータ５１とＦＥＴとがＨブリッジ回路を形成するように構成されていたが、直列接続した２基の可変電源９と直列接続した２基のＦＥＴとを並列に接続し、可変電源９同士の接続点とＦＥＴ同士の接続点との間にＬＦモータ５１を接続して、ハーフブリッジ回路を形成するように構成しても良い。
【００５７】
又、上記実施形態では、ＬＦモータ５１に直流モータを用いていたが、これに代えて、ブラシレスＤＣモータを用いても良い。この場合、ＰＷＭ生成部８は、ブラシレスＤＣモータの各コイルを順に通電していくようにＰＷＭ信号を生成すれば良い。
【００５８】
又、上記実施形態では、ＰＷＭ信号の生成などにＡＳＩＣを用いたが、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブル・ロジック・デバイスを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプリンタにおける用紙搬送機構の構造を示す説明図である。
【図２】第１実施形態におけるモータ制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図３】フィードバック演算部７の内部構成を示すブロック線図である。
【図４】モータドライバ４の回路構成、及び、モータドライバ４と可変電源９，ＡＳＩＣ３，ＬＦモータ５１との接続状態を示す説明図である。
【図５】メモリ１８に記憶された参照テーブル１９の概要を示す説明図である。
【図６】ＣＰＵ２が行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態におけるモータ制御装置２０の構成を示すブロック図である。
【図８】メモリ１８ａに記憶された参照テーブル１９ａの概要を示す説明図である。
【図９】ＣＰＵ２ａが行う搬送ローラ駆動処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、 ２，２ａ…ＣＰＵ、 ３，３ａ…ＡＳＩＣ、 ４…モータドライバ、 ５，５ａ…レジスタ群、 ６，６ａ…ローラ測位部、 ７，７ａ…フィードバック演算部、 ８…ＰＷＭ生成部、 ９…可変電源、 １０…起動設定レジスタ、 １１…電圧値設定レジスタ、 １２…搬送量設定レジスタ、
１３…状態ＦＢゲイン設定レジスタ、 １４…積分ゲイン設定レジスタ、 １５…エッジ検出部、 １６…回転量カウンタ、 １７…停止判定部、 １８，１８ａ…メモリ、 １９，１９ａ…参照テーブル、 ２０…モータ制御装置、 ２１…電圧推定部、 ２２…電圧推定値レジスタ、 ７１…第１加算器、 ７２…積分器、 ７３…第１乗算器、 ７４…第２加算器、 ７５…状態推定器、 ７６…第２乗算器。
Claims (8)
- モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定し、前記目標変位量と、前記可動部もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量とを一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づいて、前記モータをＰＷＭ制御することを特徴とするモータ制御方法。
- １回の駆動処理の間、同一の前記ゲインを用いることを特徴とする請求項１記載のモータ制御方法。
- モータの可動部、もしくは該モータにより駆動される被駆動物の目標変位量を設定する目標変位量設定手段と、
前記可動部、もしくは前記被駆動物が実際に変位した実変位量を検出する変位検出手段と、
前記目標変位量に応じて、前記モータに印加する電圧値を可変設定する電圧値設定手段と、
前記実変位量を前記目標変位量に一致させるべく、前記目標変位量と前記実変位量との偏差と、予め設定されたゲインとに基づき、前記モータをＰＷＭ制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記制御手段は、１回の駆動処理の間、同一の前記ゲインを用いることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
- 前記電圧値設定手段は、前記目標変位量に対して設定すべき電圧値を対応づけた参照テーブルを記憶する参照テーブル記憶手段を備え、前記目標変位量に対応する電圧値を前記参照テーブルに従って設定することを特徴とする請求項３または請求項４記載のモータ制御装置。
- 前記変位量検出手段の検出値に基づいて、前記可動部もしくは前記被駆動物の変位量が前記目標変位量に至るまでに前記モータに流れた最大電流値を推定する電流ピーク推定手段と、
該電流ピーク推定手段の推定値に基づいて、前記モータの電流値を前記最大電流値に一致させる電圧値を算出する電圧値算出手段と、
前記目標変位量に対応して前記参照テーブルに記憶された電圧値を前記電圧値算出手段の算出値により更新する参照テーブル更新手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。 - 前記電流ピーク推定手段は、前記モータの動的な挙動を特徴づけるパラメータを状態変数とする状態方程式に基づいて推定された電流値のなかの最大の推定電流値をもって前記最大電流値を推定することを特徴とする請求項６記載のモータ制御装置。
- 前記モータは、直流モータ、もしくは、ブラシレスＤＣモータからなることを特徴とする請求項３乃至請求項７いずれか記載のモータ制御装置。
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