JP4093191B2 - モータ制御装置およびプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、モータの動作を制御するモータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

現在、プリンタにおけるキャリッジをモータにより動作させるために、フィードバック制御によりモータを制御することが一般的である。このようなプリンタにおいては、キャリッジを一定の速度まで加速させ、記録用紙を走査する区間を一定の速度で移動させた後、所定の停止位置にて停止させるべく減速させる必要がある。

そのため、キャリッジが加速する区間および一定の速度で移動する区間（加速・定速区間）では、キャリッジの移動する速度に注目した制御方法、つまり速度制御を行い、キャリッジが減速する区間（減速区間）では、キャリッジの位置に注目した制御方法、つまり位置制御を行う、という様に速度制御と位置制御とを併用することが望ましい。

これは、加速区間においてキャリッジを目標速度まで加速し、定速区間においてキャリッジを一定の速度で正確に移動させるといったことができなければ、記録用紙への記録位置が定まらなくなり、また、減速区間において停止位置で正確にキャリッジを停止させることができなければ、以降にキャリッジが移動することに伴う記録用紙への記録位置がズレてしまうからであって、結果的に記録用紙への記録を行う際の品質（記録品質）に悪影響を及ぼしてしまうからである。

ただ、速度制御と位置制御とを単純に切り替えるだけでは、制御方法を切り替えるタイミングでモータへの制御出力が瞬間的に不安定になり、キャリッジの移動する速度を不規則に変化させてしまうことで、記録品質に悪影響を与えてしまう恐れがある。

そこで、近年では、このようなキャリッジの不規則な速度変化を防止するための技術が種々提案されている。例えば、速度制御（加速、定速状態）から位置制御（減速状態）へと切り替える時点において、モータへの制御出力を抑える（位置誤差を０にして制御を行う）ことにより、モータへの制御出力が急激に変化することを防止する、といった技術である（特許文献１参照）。
特開２００１−６３１６８号公報

しかし、上述した技術では、速度制御と位置制御とを併用することはできるが、速度制御から位置制御への切り替えを行い、この切り替え時にモータへの制御出力を抑える、といった複雑な処理が必要であった。

本発明は、この課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複雑な処理を行うことなく、速度制御と位置制御とを併用することのできる技術を提供することである。

上記課題を解決するための第１の構成は、制御対象を駆動するモータと、前記制御対象が変位する速度を検出する速度検出手段と、該速度検出手段により検出される検出速度と外部から指令される目標速度との偏差に基づく制御出力を決定する速度制御手段と、からなり、該速度制御手段により決定された制御出力により前記モータの動作を制御するモータ制御装置である。また、このモータ制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段により検出される検出位置と外部から指令される目標位置との偏差に基づく制御出力を決定する位置制御手段と、該位置制御手段により決定される制御出力に基づき、前記速度制御手段への指令を補正する指令補正手段と、を備えており、該指令補正手段は、前記位置制御手段により決定された制御出力が、前記目標速度以上の速度に相当する制御出力であれば、該目標速度を前記速度制御手段への指令とする一方、前記目標速度よりも低い速度に相当する制御出力であれば、該制御出力を前記速度制御手段への指令とする、ことを特徴とするモータ制御装置である。

このように構成されたモータ制御装置によれば、位置制御手段による位置制御の制御出力が目標速度よりも低い速度に相当する制御出力であるときに、この制御出力が速度制御手段への指令となるように目標速度が補正される。つまり、位置制御の制御出力が目標速度よりも低い速度に相当する制御出力となった以降、速度制御の制御出力に位置制御の制御出力が反映されるようになるため、速度制御から位置制御へ切り替える、この切り替え時に制御出力を抑える、といった複雑な処理を行うことなく、速度制御と位置制御とを併用することができる。

さらに、速度制御手段への指令が位置制御手段による制御出力に補正され始めた、つまり速度制御および位置制御が併用され始めた以降、速度制御手段への指令は、この指令で示される速度が目標速度から徐々に低下していくものとなるため、これに伴って、モータへの制御出力を徐々に低下させることができる。よって、速度制御から位置制御へと切り替える、この切り替え時に制御出力を抑える、といった構成とは異なり、モータへの制御出力が不規則に変化して制御対象の挙動が不安定になる恐れがない。

なお、上述した速度検出手段，位置検出手段は、制御対象が変位する速度，制御対象の位置を検出する手段であって、例えば、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダなどを利用し、制御対象またはモータの動作に伴って出力されるエンコーダ信号のカウント値に基づいて、速度，位置を検出するように構成されたものである。

また、上述した位置制御手段は、位置検出手段による検出位置と目標位置との偏差に基づく制御出力を決定する手段であって、このときの位置制御は、どのような制御方法により行うように構成してもよい。例えば、第２の構成のように、速度制御手段に与える制御出力を比例制御により決定する、ように構成してもよい。

このように構成すれば、比例制御において使用するパラメータ（ゲイン）は、他の制御系（例えば、ＰＩＤ制御など）において使用するパラメータと比べて、制御対象の変位する変位速度，制御対象の減速を開始する減速開始位置，制御対象を停止させるべき目標停止位置などから容易に決定できるため、モータ制御装置全体の設計を容易なものにできるようになる。

ところで、上述したモータ制御装置によって制御対象の変位を開始させる時点などにおいては、制御対象の変位する速度は充分に大きくなっていないため、この速度と目標速度との偏差が大きくなり、目標速度を上回る速度で変位するような制御出力がモータに与えられてしまう恐れがある。このような場合であっても、制御対象の変位する速度は、目標速度を上回った（オーバーシュートした）後で目標速度まで低下していくように制御されることにはなるが、このような制御は、制御対象の変位する速度が目標速度で安定するまでの時間を長くしてしまったり、制御対象の挙動を不安定にしてしまう要因となるため望ましいことではない。

そこで、目標速度を上回る速度で変位してしまうような制御出力がモータに与えられてしまうことを防止するための構成として、第３の構成が考えられる。この構成におけるモータ制御装置は、前記速度制御手段への指令を、前記目標速度よりも低い初期速度から該目標速度まで一定の時間を経て到達するように与える速度指令手段を備えている。

このように構成すれば、制御対象の変位を開始させる時点などにおいて、速度制御手段へ指令すべき目標速度が大きく変化するような場合であっても、この変化が速度制御手段への指令に反映されるのが遅れるため、制御対象の変位する速度と目標速度との偏差が極端に大きくなることはなく、目標速度を上回る速度で変位するような制御出力がモータに与えられてしまうことを防止できる。

この構成における速度指令手段の具体的な構成としては、例えば、第４の構成のように、前記目標速度よりも低い初期速度から該目標速度まで一定の時間を経て到達するようなプロファイルで前記速度制御手段への指令を与える、といった構成や、第５の構成のように、速度指令手段を、前記速度制御手段への指令で示される速度が前記目標速度に到達するまでの時間を遅らせる（つまり初期指令速度は「０」となる）ことのできる遅延フィルタにより構成する、といったことが考えられる。

特に、後者の構成（遅延フィルタ）であれば、目標速度を上回る速度で変位するような制御出力がモータに与えられないようにプロファイルを設定する必要は無いため、前者の構成よりも速度指令手段の構成を簡素化できる。

なお、この後者の構成のように、遅延フィルタを介して速度指令手段に指令を与える場合、速度制御手段への指令値（目標速度）の変化が遅れて与えられることになるが、例えば、制御対象を停止位置へ向けて減速させている減速区間など、制御対象の変位状態によっては、速度制御手段への指令値の変化を遅れなく与えた方がよい場合も考えられる。

そこで、例えば、第６の構成のように、速度指令手段を、前記検出速度または前記検出位置で定められる前記制御対象の変位状態に応じて、前記遅延フィルタによる遅延を行うか否かを切り替えるように構成する、とよい。

このように構成すれば、検出速度または検出位置で定められる制御対象の変位状態に応じて、速度制御手段への指令値の変化を遅れて反映させるようにしたり、遅れなく反映させるようにすることができる。

なお、この構成において、遅延を行うか否かの切り替えを行う際の変位状態としては、例えば、制御対象が減速区間に入った状態が考えられ、この場合、検出位置が減速を開始してもよい位置を通過したこと、指令速度が低下し始めた（位置制御器の出力値＜目標速度）ことなどの検出をもって遅延を行わないように切り替えることとすればよい。

また、上述したように、目標速度を上回る速度で変位してしまうような制御出力がモータに与えられてしまうことを防止するための別の構成として、第７の構成のように、前記速度制御手段は、少なくともロバスト制御系を含む複数の制御系に基づく制御出力を決定可能であって、前記制御対象が目標速度に達するまではロバスト制御系以外の制御系に基づいて制御出力を決定し、前記目標速度に達したのちはロバスト制御系に基づいて制御出力を決定する、といった構成が考えられる。

すなわち、古典制御といわれている一般的なＰＩＤ制御では、チューニングすることによりその個体で最適な制御を設計することが可能であり、例えば、外乱の影響により制御対象への制御出力が乱れても、直ちに目標値へ収束させるような設計が容易である。ところが、大量生産する場合、製品毎の個体差が生じることが避けられないため、ある個体では最適なチューニングであっても、他の個体にとっては必ずしも最適な制御が行われるとは限らないといった問題がある。しかしながら、本発明のように、ロバスト制御を用いると、上述したような個体差による影響を皆無にすることはできないまでも、極力小さくなるように抑制することが可能となる。特に、モータにより制御対象を正確に駆動することを要する製品（例えば、インクジェットプリンタなど）においては、個体差の影響を抑制することが重要である。ただ、個体差の影響を抑制することができるロバスト制御であっても、通常、その設計プロセスにおいて、時間応答の見地からの設計（調節）をすることは困難である。

以上より、ＰＩＤ制御等の設計においては、ある一定期間内に、制御対象の動作値（位置または速度）を目標値へ収束させるといったチューニングを容易に行うことができるのに対し、外乱抑制に特化したロバスト制御器では、指令位置と動作値（検出値）との偏差に敏感に応答するため、単体で使用したときには立ち上がり時に大きなオーバーシュートを生じてしまうことになる。

したがって、第７の構成であれば、制御対象が目標速度に達するまではロバスト制御系以外の制御系に基づいて制御出力を決定するような構成とすることができるため、時間応答に対する設計自由度の高い制御系（例えば、Ｉ−Ｐ，ＰＩ制御系など）により目標速度に対する応答性のよい制御出力を決定する構成とすることで、目標速度を上回る速度で変位してしまうような制御出力がモータに与えられてしまうことを容易に防止することができる。さらに、制御対象が目標速度に達した以降は、外部の擾乱に対して安定した制御が可能なロバスト制御系により制御出力を決定することができるため、制御対象を安定した速度（目標速度）で変位させることができる。

また、この構成において、速度制御手段は、第８の構成のように、ロバスト制御系に基づいて制御出力を決定する際、ロバスト制御系以外の制御系により前記制御対象が前記目標速度に達したときの制御出力を基準として、該制御出力に前記目標速度と前記検出速度との差分を入力としてロバスト制御系により計算された制御出力を上乗せした制御出力を決定する、ように構成するとよい。

このように構成すれば、目標速度に到達するのに伴って事実上制御が切り替えられているのにも拘わらず、切替えによる出力の乱れが発生しない。また、ロバスト制御系においては、過去の入力（指令速度と検出速度との偏差）により計算された制御器の内部状態量を用いて制御量を決定することが一般的であり、制御手段をある駆動状態からロバスト制御へ切り替える（引き継ぐ）際にはこの内部状態量を何らかの計算で偽装的に満たしておく構成も考えられるが、上述のように、他の制御系により利用されていた制御出力を引き継いで利用することにより、数式から算出するような構成と比べて制御出力を決定する処理の負荷を軽減することができる。

また、第９の構成は、モータにより駆動される制御対象が変位する速度と目標速度との偏差に基づく制御出力を決定し、該決定した制御出力により前記モータの動作を制御するモータ制御方法であって、前記制御対象の位置と目標位置との偏差に基づく制御出力を決定し、該決定した制御出力に基づいて前記目標速度を補正するようにし、該補正に際しては、前記制御対象の位置と目標位置との偏差に基づいて決定した制御出力が、前記目標速度以上の速度に相当する制御出力であれば、前記目標速度の補正を行わない一方、前記目標速度よりも低い速度に相当する制御出力であれば、前記目標速度を前記低い速度に補正する、ことを特徴とするモータ制御方法である。

このような方法によりモータを制御すれば、第１の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。
また、このモータ制御方法において、制御対象の位置と目標位置との偏差に基づく制御出力を決定する際には、検出位置と目標位置との偏差に基づき、比例制御により決定するようにしてもよい。この場合、第２の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

また、これらモータ制御方法においては、制御対象が変位する速度と目標速度との偏差に基づく制御出力を決定するにあたり、この目標速度を、目標速度よりも低い初期速度から目標速度まで一定の時間を経て到達するように与えるようにするとよい。この場合、第３の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

ここで、目標速度を初期速度から目標速度まで一定の時間を経て到達するように与えるようにするためには、例えば、目標速度よりも低い初期速度から該目標速度まで一定の時間を経て到達するようなプロファイルに基づいて行うとよい。この場合、第４の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

また、目標速度を初期速度から目標速度まで一定の時間を経て到達するように与えるようにするためには、目標速度を、速度制御手段への指令で示される速度が目標速度に到達するまでの時間を遅らせることのできる遅延フィルタに通過させるようにしてもよい。この場合、第５の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

また、このモータ制御方法のように、遅延フィルタを通過させる場合には、検出速度または前記検出位置で定められる制御対象の変位状態に応じて、遅延フィルタによる遅延を行うか否かを切り替えるようにするとよい。この場合、第６の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

また、第９の構成において、制御対象の位置と目標位置との偏差に基づく制御出力を決定する際には、制御対象が目標速度に達するまではロバスト制御系以外の制御系に基づいて制御出力を決定し、目標速度に達したのちはロバスト制御系に基づいて制御出力を決定するようにしてもよい。この場合、第７の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

また、このモータ制御方法においては、ロバスト制御系に基づいて制御出力を決定する際、ロバスト制御系以外の制御系により制御対象が目標速度に達したときの制御出力を基準として、この制御出力に目標速度と検出速度との差分を入力としてロバスト制御系により計算される制御出力を上乗せした制御出力を決定するようにしてもよい。この場合、第８の構成におけるモータ制御装置により得られるのと同様の効果を得ることができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
インクジェットプリンタ（以降、単に「プリンタ」とする）は、キャリッジ駆動機構によりキャリッジを駆動するように構成されたものである。

このキャリッジ駆動機構は、まず、押さえローラ３２等により搬送されてくる印刷用紙３３の幅方向に設置されたガイド軸３４に、ノズルから印刷用紙３３に向けてインクを吐出させて記録を行う記録ヘッド３０を搭載したキャリッジ３１が挿通されたものである。

このキャリッジ３１は、ガイド軸３４に沿って設けられた無端ベルト３７に連結され、その無端ベルト３７は、ガイド軸３４の一端に設置されたＣＲモータ３５のプーリ３６と、ガイド軸３４の他端に設置されたアイドルプーリ（図示せず）との間に掛け止められている。つまり、キャリッジ３１は、無端ベルト３７を介して伝達されるＣＲモータ３５の駆動力により、ガイド軸３４に沿って印刷用紙３３の幅方向に往復運動するように構成されている。

また、ガイド軸３４の下方には、一定間隔（本実施形態においては、１／１５０ｉｎｃｈ＝約０．１７ｍｍ）ごとに一定幅のスリットを形成したタイミングスリット３８が、ガイド軸３４に沿って設置されている。

また、キャリッジ３１の下部には、タイミングスリット３８を挟んで発光素子と受光素子とが対面するように配置されたフォトインタラプタからなる検出部（図示されない）が備えられており、上述のタイミングスリット３８と共に、後述のリニアエンコーダ３９（図４参照）を構成している。

このリニアエンコーダ３９を構成する検出部は、図２に示すように、互いに一定周期（本実施形態においては、１／４周期）ズレた２種類のエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２を出力する。そして、キャリッジ３１の移動方向がホームポジション（図１の左端位置）からアイドルプーリ側に向かう順方向である場合は、ＥＮＣ１がＥＮＣ２に対して位相が一定周期進み、アイドルプーリ側からホームポジションに向かう逆方向である場合は、ＥＮＣ１がＥＮＣ２に対して位相が一定周期遅れるようにされている。

このようなキャリッジ駆動機構において、キャリッジ３１は、図３に示すように、記録処理が行われていない時には、ガイド軸３４のプーリ３５側端付近に設定されたホームポジション、或いは前回の記録が終了した位置（以下、キャリッジの移動開始位置を示す位置を「原点」と称する）にて待機し、記録処理が開始されると、予め設定された記録開始位置までの間に目標速度に達するよう加速され、その後、予め設定された記録終了位置までの間は一定の目標速度で移動し、記録終了位置を越えると停止するまで減速される。以下、原点から記録開始位置までを加速区間、記録開始位置から記録終了位置までを定速区間、印字終了位置から停止するまでを減速区間とする。

また、プリンタには、図４に示すように、当該プリンタの制御を統括するＣＰＵ２、ＣＲモータ３５の回転速度や回転方向等を制御するＰＷＭ信号を生成するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３、Ｈブリッジ回路における４基のＦＥＴをＡＳＩＣ３に生成されたＰＷＭ信号に基づいて制御することでＣＲモータ３５を駆動するモータ駆動回路（ＣＲ駆動回路）４などからなるキャリッジ制御装置１が内蔵されている。

ＡＳＩＣ３には、ＣＲモータ３５の制御に用いる各種パラメータを格納するレジスタ群５、リニアエンコーダ３９から取り込んだエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２によりキャリッジ３１の位置や移動速度を算出するキャリッジ測位部６、レジスタ群５に格納された各種パラメータおよびキャリッジ測位部６からのデータに基づきＣＲモータ３５の回転速度を制御するためのモータ制御信号を生成するモータ制御部７、モータ制御部７が生成するモータ制御信号に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部８、エンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２より十分に周期が短いクロック信号をＡＳＩＣ３内部の各部に供給するクロック生成部９などが備えられている。

これらのうち、レジスタ群５は、ＣＲモータ３５を起動するための起動設定レジスタ５０、キャリッジ３１を停止させるべき目標停止位置を設定するための目標停止位置設定レジスタ５１、キャリッジ３１の減速を開始する減速開始位置（記録終了位置と同一）を設定するための減速開始位置設定レジスタ５２、キャリッジ３１が目標とすべき目標速度を設定するための目標速度設定レジスタ５３、ＣＲモータ３５の回転速度（トルク）を制御する際のフィードバック演算に用いる位置制御ゲインを設定するための位置制御ゲイン設定レジスタ５４、後述する目標値フィルタの係数を設定するための目標値フィルタ係数設定レジスタ５５、ＣＲモータ３５の回転速度（トルク）を制御する際のフィードバック演算に用いる速度制御ゲインを設定するための速度制御ゲイン設定レジスタ５６などにより構成されている。なお、上述した「減速開始位置」とは、単に減速を開始する位置という意味ではなく、少なくとも、この位置までは目標速度が維持されるべき位置であり、言い換えれば、これ以後であれば減速を行ってもよい位置を示すものである。

また、キャリッジ測位部６は、リニアエンコーダ３９からのエンコーダ信号ＥＮＣ１，ＥＮＣ２に基づいてエンコーダ信号ＥＮＣ１の各周期の開始／終了を表すエッジ検出信号（ここではＥＮＣ２がハイレベルの時におけるＥＮＣ１のエッジ）及びＣＲモータ３５の回転方向（エッジ検出信号がＥＮＣ１の立ち下がりエッジであれば順方向、立ち上がりエッジであれば逆方向）を検出するエッジ検出部６０、エッジ検出部６０が検出したＣＲモータ３５の回転方向（つまりキャリッジ３１の移動方向）に応じてエッジ検出信号をカウントアップ（順方向のとき）またはカウントダウン（逆方向のとき）することによりキャリッジ３１がホームポジションから何番目のスリットに位置しているのかを検出する位置カウンタ６１、エッジ検出部６０からのエッジ検出信号の発生間隔をクロック信号によりカウントする周期カウンタ６３、タイミングスリット３８のスリット間の距離（１／１５０ｉｎｃｈ）とエンコーダ信号ＥＮＣ１の前周期で周期カウンタ６３がカウントした値の保持値Ｃn-1 とから特定される時間ｔn-1 （＝Ｃn-1 ×クロック周期）とに基づいてキャリッジ３１の移動速度を算出する速度変換部６４、位置カウンタ６１によるカウント値が目標停止位置設定レジスタ５１にセットされている目標停止位置以上となった際に停止割込信号をＣＰＵ３０へ出力する割込処理部６５などにより構成されている。

また、モータ制御部７は、図５に示すように、目標停止位置設定レジスタ５１に設定された目標停止位置と位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置との偏差に基づいて比例制御（Ｐ制御）により制御出力を生成する位置制御部７２、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度を位置制御部７２からの制御出力に基づいて補正する速度指令補正部７４、速度指令補正部７４により補正された目標速度の急激な変化を緩和させるための目標値フィルタ部７６、目標値フィルタ部７６にて処理された目標速度と速度変換部６４により計算されたキャリッジ３１の移動速度との偏差に基づいてＰＩＤ制御により制御出力を生成する速度制御部７８などを備えている。

このモータ制御部７において、速度指令補正部７４は、位置制御部７２からの制御出力に相当する速度が、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度より小さい場合のみ、目標速度を位置制御部７２からの制御出力に相当する速度に補正する。つまり、速度指令補正部７４は、位置制御部７２からの制御出力を、目標速度設定レジスタ５３に設定されている目標速度に相当する制御出力で飽和させていることになる。

また、目標値フィルタ部７６は、速度指令補正部７４により補正された目標速度に相当する制御出力を、フィルタ７６ａを経て遅延させる経路とフィルタ７６ａを経ずに遅延させない経路とをスイッチ７６ｂにより切り替え可能に構成されている。このフィルタ７６ａは、速度指令補正部７４により補正された目標速度を、目標値フィルタ係数設定レジスタ５５に設定された目標値フィルタ係数に基づき、制御出力の変化を遅延させて出力する特性を有している（図６における「ｉｎｐｕｔ」，「ｏｕｔｐｕｔ」参照）。また、スイッチ７６ｂは、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置が、減速開始位置設定レジスタ５２に設定された減速開始位置より小さくなっているときにのみ、つまりキャリッジ３１が減速開始位置を通過するまでの間だけ、フィルタ７６ａを経る経路側へ切り替えた状態とするように構成されている。

以下に、ＣＰＵ２が実行するＣＲ走査処理の内容を、図７に基づいて説明する。
本処理が開始されると、ＣＰＵ２は、まず、ＡＳＩＣ３のレジスタ群５を構成する各レジスタに、目標停止位置，減速開始位置，目標速度，位置制御ゲイン，目標値フィルタ係数，速度制御ゲインを各レジスタに設定する（ｓ１１０）。これらのうち、位置制御ゲイン設定レジスタ５４に設定される位置制御ゲインは、比例制御におけるゲインとして、制御対象の変位する変位速度Ｖｔ，減速開始位置Ｘｄ，目標停止位置Ｘｔから求められるゲインＫｐ「Ｋｐ≧（Ｖｔ／（Ｘｔ−Ｘｄ））」が設定される。このゲインＫｐは、キャリッジ３１が減速開始位置Ｘｄよりも手前で減速を開始しないような値としてあらかじめ定められたパラメータである。

次に、起動設定レジスタ５０への書込を行うことにより、ＡＳＩＣ３の各部を起動させる（ｓ１２０）。こうして、ＡＳＩＣ３が起動した以後は、モータ制御部７が後述する手順に従って繰り返し制御信号を生成し、この制御信号がＰＷＭ生成部８を介してＣＲ駆動回路４に順次入力されることにより、ＣＲモータ３５によるキャリッジ３１の搬送が行われる。その後、キャリッジ３１が目標停止位置まで移動すると、割込処理部６５からの停止割込信号が出力されてくる。

そして、ＡＳＩＣ３（の割込処理部６５）から停止割込信号が入力されるまで待機し（ｓ１３０：ＮＯ）、停止割込信号が入力されたら（ｓ１３０：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

ここで、ＣＲ走査処理によりＣＰＵ２によりＡＳＩＣ３が起動された以降、ＡＳＩＣ３のモータ制御部７が制御信号を生成する手順を図８に基づいて説明する。なお、モータ制御部７は、いわゆるハードウェア回路として以下の制御動作を実行するように構成されたものであるが、ここでは理解を容易にするために、ハードウェア回路としての制御動作をフローチャートに置き換えて説明する。

まず、レジスタ群５に設定されている各パラメータが読み込まれる（ｓ２１０）。
次に、位置制御部７２によって、目標停止位置設定レジスタ５１に設定されていた目標停止位置ｘｔと、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置Ｘｎとの偏差を計算し（ｓ２２０）、この偏差に基づいて比例制御（Ｐ制御）による制御出力Ｕｐを生成する（ｓ２３０）。ここでは、加算器７２ａによって、目標停止位置ｘｔと現在位置Ｘｎとの偏差が計算された後、位置制御器７２ｂによって、位置制御ゲイン設定レジスタ５４に設定されていたゲイン（Ｋｐ）に基づいて偏差を「０」とするための制御出力Ｕｐが生成される。

次に、速度指令補正部７４によって、位置制御部７２により生成された制御出力（に相当する速度）Ｕｐが、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度Ｖｔより大きいか否か（Ｕｐ＞Ｖｔ）を判定し（ｓ２４０）、その結果に応じて目標速度Ｖｔを補正した新たな制御出力Ｕｆを生成する。具体的には、制御出力Ｕｐが目標速度Ｖｔ以下（Ｕｐ≦Ｖｔ）であれば（ｓ２４０：ＮＯ）、目標速度Ｖｔを制御出力Ｕｐに補正して新たな制御出力Ｕｆ（Ｕｆ←Ｕｐ）とする一方（ｓ２５０）、制御出力Ｕｐが目標速度Ｖｔより大きい場合（Ｕｐ＞Ｖｔ）であれば（ｓ２４０：ＹＥＳ）、目標速度Ｖｔに相当する制御出力をそのまま新たな制御出力Ｕｆ（Ｕｆ←Ｖｔ）とする（ｓ２６０）。

次に、目標値フィルタ部７６によって、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置が、減速開始位置設定レジスタ５２に設定された減速開始位置を超えているか否かに応じた速度指令Ｖｆを生成する。具体的には、キャリッジ３１が減速開始位置を超えていなければ（ｓ２７０：ＮＯ）、スイッチ７６ｂによる切り替えを行った状態とし、速度指令補正部７４により補正された制御出力Ｕｆをフィルタ７６ａで遅延させた制御出力を生成して、この制御出力に相当する速度を速度制御部７８への速度指令Ｖｆとする（ｓ２８０）。一方、キャリッジ３１が減速開始位置を超えていれば（ｓ２７０：ＹＥＳ）、スイッチ７６ｂによる切り替えを行わない状態とし、速度指令補正部７４により補正された制御出力Ｕｆに相当する速度をそのまま速度制御部７８への速度指令Ｖｆ（Ｖｆ←Ｕｆ）とする（ｓ２９０）。

そして、速度制御部７８によって、目標値フィルタ部７６からの速度指令Ｖｆと、速度変換部６４により算出されたキャリッジ３１の移動速度Ｖｎとの偏差（Ｖｆ−Ｖｎ）を計算し（ｓ３００）、この偏差に基づいてＰＩＤ制御による制御出力Ｕｏを生成する（ｓ３１０）。ここでは、加算器７８ａによって、速度指令Ｖｆと移動速度Ｖｎとの偏差が計算された後、速度制御器７８ｂによって、速度制御ゲイン設定レジスタ５６に設定されていたゲインに基づいて、偏差が「０」になるような制御出力Ｕｏが生成される。

この後、速度制御部７８による制御出力Ｕｏに応じたデューディー比のＰＷＭ信号がＰＷＭ生成部８により生成され、このＰＷＭ信号によりＣＲ駆動回路４を介してＣＲモータ３５が駆動される。

以上のような手順を繰り返し行うことにより、キャリッジ３１は、減速開始位置設定レジスタ５２に設定された減速開始位置に到達するまでの間、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度に追従するように移動するため、記録開始位置に到達するまでの加速区間では、その移動速度が目標速度に達するように加速され、その後の減速開始位置までの定速区間では一定の目標速度で移動することになる。そして、減速開始位置に到達した以降は、目標停止位置設定レジスタ５１に設定された目標停止位置と、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の現在位置と、の偏差により補正された目標速度に追従するように移動するため、減速開始位置を越えた減速区間では速やかに減速され目標停止位置において停止することとなる。

［第１実施形態の効果］
このように構成されたプリンタによれば、モータ制御部７において、位置制御部７２による位置制御の制御出力Ｕｐが目標速度よりも低い速度に相当する制御出力であるとき、この制御出力が速度制御部７８への指令となるように目標速度が補正される。つまり、制御出力Ｕｐが目標速度Ｖｔ以下となる減速区間では、速度制御の制御出力に位置制御の制御出力を反映させることができるため、速度制御から位置制御へ切り替える、この切り替え時に制御出力を抑える、といった複雑な処理を行うことなく、速度制御と位置制御とを併用することができる。

さらに、速度制御部７８への指令が位置制御部７２による制御出力に補正され始めた、つまり速度制御および位置制御が併用され始めた以降、速度制御部７８への指令は、この指令で示される速度が目標速度から徐々に低下していくものとなるため、これに伴って、ＣＲモータ３５への制御出力を徐々に低下させることができる。よって、速度制御から位置制御へと切り替える、この切り替え時に制御出力を抑える、といった構成とは異なり、ＣＲモータ３５への制御出力が不規則に変化して制御対象の挙動が不安定になる恐れがない。

また、位置制御部７２は、位置カウンタ６１によるカウント値と目標停止位置設定レジスタ５１にセットされている目標停止位置との偏差に基づく比例制御を行うように構成されている。比例制御において使用するゲイン（パラメータ）は、他の制御系（例えば、ＰＩＤ制御など）と比べて、制御対象の変位する変位速度，制御対象の減速を開始する減速開始位置，制御対象を停止させるべき目標停止位置などから容易に決定できるため、キャリッジ駆動機構全体の設計を容易なものにできるようになる。本実施形態においては、比例制御におけるゲインとして、制御対象の変位する変位速度Ｖｔ，減速開始位置Ｘｄ，目標停止位置Ｘｔから「Ｋｐ≧（Ｖｔ／（Ｘｔ−Ｘｄ））」といった簡単な数式により求められるゲインＫｐを使用することができる。

また、目標値フィルタ部７６は、キャリッジ３１が減速開始位置を超えていなければ、速度指令補正部７４により補正された制御出力Ｕｆをフィルタ７６ａで遅延させた制御出力を生成し、この制御出力に相当する速度を速度制御部７８への指令速度Ｖｆとする。そのため、キャリッジ３１が原点から移動を開始させる時点などにおいて、速度制御部７８へ指令すべき目標速度が大きく変化するような場合であっても、この変化が速度の指令に反映されるのが遅れるため、キャリッジ３１の移動する速度と目標速度との偏差が極端に大きくなることはなく、目標速度を上回る速度で変位するような制御出力がＣＲモータ３５に与えられてしまうことを防止できる。このような制御出力をＣＲモータ３５に与えることで、キャリッジ３１の移動する速度が、目標速度を上回った（オーバーシュートした）後で目標速度まで低下していくように制御されることを防止でき、キャリッジ３１の移動する速度が目標速度で安定するまでに時間を要したり、キャリッジ３１の挙動を不安定にしてしまう要因となることを防止できる。

また、目標値フィルタ部７６は、キャリッジ３１が減速開始位置を超えていれば、フィルタ７６ａによる遅延を行うことなく、速度指令補正部７４により補正された制御出力Ｕｆそのものに相当する速度を速度制御部７８への速度指令Ｖｆとすることができる。このように、キャリッジ３１が減速開始位置を超えているときにフィルタ７６ａによる遅延を行わないことは、キャリッジ３１が減速開始位置を超えて減速を開始すべき状態となった以降、速度制御部７８への指令値（目標速度）の低下を遅延なく反映させてキャリッジ３１を正確に減速させるために好適な構成といえる。このようにフィルタ７６ａによる遅延を行わないようにすれば、速度の指令値（目標速度）の変化が常に遅れて反映されることがなくなり、キャリッジ３１が減速開始位置を超えた以降において、キャリッジ３１を遅れなく正確に減速させることができるようになる。

［第２実施形態］
第２実施形態として、キャリッジ制御装置１を構成するＡＳＩＣ３のモータ制御部７が目標値フィルタ部７６が備えられていない点、速度制御部７８に複数の制御器が備えられている点で第１実施形態と相違する構成を例示する。

本実施形態において、速度制御部７８には、図９に示すように、第１制御器７８ｃにより制御出力を生成する経路と、第２制御器７８ｄにより制御出力を生成する経路とがスイッチ７８ｅにより切り替え可能に構成されており、また、第１制御器７８ｃにより生成された制御出力は、通過保持部７８ｆに入力されるように構成されている。

この第１制御器７８ｃは、Ｉ−Ｐ制御により制御出力を生成する制御器であり、第２制御器７８ｄは、ロバスト制御により制御出力を生成する制御器である。
また、スイッチ７８ｅは、速度変換部６４により計算されたキャリッジ３１の移動速度が、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度に到達していなければ、第１制御器７８ｃにより制御出力を生成する経路側へ切り替えた状態とする一方、移動速度が目標速度に到達していれば、第２制御器７８ｄにより制御出力を生成する経路側へ切り替えた状態とするように構成されている。

そして、通過保持部７８ｆは、第１制御器７８ｃから直前に生成された制御出力を保持（内蔵するレジスタに設定）すると共に、スイッチ７８ｅが第１制御器７８ｃの経路側に切り替えられた状態であれば、第１制御器７８ｃの制御出力をそのままＰＷＭ生成部８側へ通過させる一方、スイッチ７８ｅが第２制御器７８ｄの経路側に切り替えられた状態であれば、保持されている制御出力をＰＷＭ生成部８側へ通過させるように構成されている。

ここで、ＣＲ走査処理によりＣＰＵ２によりＡＳＩＣ３が起動された以降、ＡＳＩＣ３のモータ制御部７が制御信号を生成する手順を図１０に基づいて説明する。
まず、第１実施形態と同様に、ｓ２１０〜ｓ２６０の手順の後、速度制御部７８によって、速度指令補正部７４により補正された制御出力Ｕｆと、速度変換部６４により算出されたキャリッジ３１の移動速度Ｖｎとの偏差（Ｕｆ−Ｖｎ）を計算した後（ｓ４１０）、この偏差から目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度Ｖｔと速度変換部６４により算出されたキャリッジ３１の移動速度Ｖｎとに応じた制御出力Ｕｏを生成する。なお、ここでは、加算器７８ａによって制御出力Ｕｆ（本実施形態では制御出力Ｕｆがそのまま速度指令Ｖｆとなる）と移動速度Ｖｎとの偏差（Ｕｆ−Ｖｎ）が計算された後、第１制御器７８ｃまたは第２制御器７８ｄによって制御出力Ｕｏが生成される。

具体的には、速度変換部６４により算出されたキャリッジ３１の移動速度Ｖｎが、目標速度設定レジスタ５３に設定された目標速度Ｖｔに到達することにより、後述のｓ４４０の手順で「ＮＯ」と判定されていなければ（ｓ４２０：ＮＯ）、スイッチ７８ｅを第１制御器７８ｃの経路側に切り替えた状態とし、第１制御器７８ｃによって、制御出力Ｕｆと移動速度Ｖｎとの偏差に基づいてＩ−Ｐ制御による制御出力Ｕｏを生成する（ｓ４３０）。ここでは、第１制御器７８ｃによって、速度制御ゲイン設定レジスタ５６に設定されていたゲインに基づいて、偏差が「０」になるような制御出力Ｕｏが生成される。

そして、制御出力Ｕｆと移動速度Ｖｎとの偏差（Ｕｆ−Ｖｎ）が正の値であれば（ｓ４４０：ＹＥＳ）、通過保持部７８ｆによって、第１制御器７８ｃにより生成された制御出力ＵｏをそのままＰＷＭ生成部８へ出力すべき制御出力Ｕｏとして決定（制御出力ＵｏをＰＷＭ生成部８側へ通過）する（ｓ４５０）一方、偏差が正の値でなければ（ｓ４４０：ＮＯ）、通過保持部７８ｆによって、第１制御器７８ｃにより生成された制御出力Ｕｏを保持する（ｓ４６０）。なお、制御出力Ｕｏが保持された後は、前述のｓ４２０の手順で「ＹＥＳ」と判定される。

また、上述したｓ４２０の手順において、移動速度Ｖｎが目標速度Ｖｔに到達している場合（ｓ４２０：ＹＥＳ）、または、通過保持部７８ｆにより制御出力を保持した後（ｓ４６０）、スイッチ７８ｅを第２制御器７８ｄの経路側に切り替えた状態とし、第２制御器７８ｄによって、制御出力Ｕｆと移動速度Ｖｎとの偏差に基づいてロバスト制御による制御出力Ｕｏを生成する（ｓ４７０）。ここでは、第２制御器７８ｄによって、速度制御ゲイン設定レジスタ５６に第１制御器７８ｃ用のゲインとは別に設定されている第２制御器７８ｄ用の速度制御係数（ロバスト制御の場合にはゲインではなく係数が用いられる）に基づいて、偏差が「０」になるような制御出力Ｕｏが生成される。

そして、加算器７８ｇによって、通過保持部７８ｆにより保持されている制御出力Ｕｏと、第２制御器７８ｄにより生成された制御出力Ｕｏとを加算してなる制御出力を、ＰＷＭ生成部８へ出力すべき制御出力Ｕｏとして決定する（ｓ４８０）。

［第２実施形態の効果］
このように構成されたプリンタにおいては、第１実施形態におけるプリンタと同様の構成から得られる作用・効果の他に、以下に示すような効果を得ることができる。

このプリンタによれば、モータ制御部７において、キャリッジ３１が目標速度に達するまではＩ−Ｐ制御系に基づいて制御出力を決定するような構成とすることができるため、制御対象の時間応答に対する設計自由度の高いＩ−Ｐ制御系により目標速度に対する応答性のよい制御出力を生成する構成とすることで、目標速度を上回る速度で変位してしまうような制御出力がＣＲモータ３５に与えられてしまうことを容易に防止することができる。さらに、キャリッジ３１が目標速度に達した以降は、外部の擾乱に対して安定した制御が可能なロバスト制御系により制御出力を生成することができるため、キャリッジ３１を安定した速度（目標速度）で移動させることができる。

また、キャリッジ３１が目標速度に達した以降は、第１制御器７８ｃによるＩＰ制御でキャリッジ３１が目標速度に達したときの制御出力を基準として、この制御出力に、ロバスト制御系による制御出力を上乗せした制御出力を生成することができる。ロバスト制御系においては、過去の入力（指令速度と検出速度との偏差）により計算された制御器の内部状態量を用いて制御量を決定することが一般的であり、制御手段をある駆動状態からロバスト制御へ切り替える（引き継ぐ）際にはこの内部状態量を何らかの計算で偽装的に満たしておく構成も考えられるが、上述のように、ＩＰ制御系により利用されていた制御出力を引き継いで利用することにより、数式から算出するような構成と比べて制御出力を決定する処理の負荷を軽減することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することができる。

また、上記実施形態においては、キャリッジ３１の移動速度や位置の検出、ＰＷＭ信号の生成等の実現にＡＳＩＣ３を採用したものを例示したが、ＡＳＩＣ以外に、例えば、ＰＬＤ（Programmable Logic Device ）を採用してもよい。

また、上記第１実施形態においては、目標値フィルタ部７６によりキャリッジ３１の移動する速度がオーバーシュートすることを防止するように構成されたものを例示したが、この目標値フィルタ部７６の代わりに、モータ制御部７へ与える目標速度Ｖｔを、所定の初期速度（例えば、速度「０」）から目標速度Ｖｔまで所定の時間をもって到達するようなプロファイルにより与えるように構成してもよい。この場合、目標値フィルタ部７６を設けないようにすると共に、図７におけるｓ１１０の処理でＣＰＵ２が、上述のプロファイルを示すデータを目標速度設定レジスタ５３に設定するように構成すればよい。

また、上記実施形態においては、キャリッジ３１が減速区間に入ったことを、位置カウンタ６１のカウント値から定められるキャリッジ３１の位置が、減速開始位置設定レジスタ５２に設定されている減速開始位置に到達したか否かで判定するように構成されたものを例示した。しかし、キャリッジ３１が減速区間に入ったことは、他の方法により判定するように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、モータ制御部７の位置制御部７２を構成する位置制御器７２ｂが比例制御により制御出力を生成するように構成されたものを例示したが、この位置制御器７２ｂは、比例制御以外の制御系（例えば、Ｉ−Ｐ制御系，ＰＩ制御系など）により制御出力を生成するように構成してもよい。

また、上記第２実施形態においては、モータ制御部７の速度制御部７８を構成する第１制御器７８ｃがＩＰ制御系により制御出力を生成するように構成されたものを例示したが、この第１制御器７８ｃは、制御対象の時間応答に対する設計自由度の高い制御系であれば、他の制御系（例えば、ＰＩ制御系など）を採用してもよい。
［本発明との対応関係］
以上説明した実施形態において、キャリッジ３１は本発明における制御対象であり、リニアエンコーダ３９およびキャリッジ測位部６の速度変換部６４は本発明における速度検出手段であり、モータ制御部７の速度制御部７８は本発明における速度制御手段であり、リニアエンコーダ３９およびキャリッジ測位部６の位置カウンタ６１は本発明における位置検出手段であり、モータ制御部７の位置制御部７２は本発明における位置制御手段であり、モータ制御部７の速度指令補正部７４は本発明における指令補正手段であり、モータ制御部７の目標値フィルタ部７６は本発明における速度指令手段であり、この目標値フィルタ部７６のフィルタ７６ａが本発明における遅延フィルタである。

また、変形例として、図７におけるｓ１１０の処理でＣＰＵ２が上述のプロファイルを示すデータを目標速度設定レジスタ５３に設定するように構成した場合におけるＣＰＵ２は、本発明における速度指令手段である。

キャリッジ駆動機構の構造図 キャリッジの移動状態を示す図 エンコーダ信号の出力パターンを示す図 キャリッジ制御装置の構造を示すブロック図 第１実施形態におけるモータ制御部の構造を示すブロック図 目標値フィルタにおけるフィルタの特性を示す図 ＣＰＵが実行するＣＲ走査処理を示すフローチャート 第１実施形態におけるキャリッジ駆動シーケンスの手順を示すフローチャート 第２実施形態におけるモータ制御部の構造を示すブロック図 第２実施形態におけるキャリッジ駆動シーケンスの手順を示すフローチャート

符号の説明

１…キャリッジ制御装置、２…ＣＰＵ、３…ＡＳＩＣ、４…ＣＲ駆動回路、５…レジスタ群、６…キャリッジ測位部、７…モータ制御部、８…ＰＷＭ生成部、９…クロック生成部、３０…記録ヘッド、３１…キャリッジ、３３…印刷用紙、３４…ガイド軸、３５…ＣＲモータ、３６…プーリ、３７…無端ベルト、３８…タイミングスリット、３９…リニアエンコーダ、５０…起動設定レジスタ、５１…減速開始位置設定レジスタ、５２…目標停止位置設定レジスタ、５２…減速開始位置設定レジスタ、５３…目標速度設定レジスタ、５４…位置制御ゲイン設定レジスタ、５５…目標値フィルタ係数設定レジスタ、５６…速度制御ゲイン設定レジスタ、６０…エッジ検出部、６１…位置カウンタ、６３…周期カウンタ、６４…速度変換部、６５…割込処理部、７２…位置制御部、７２ａ…加算器、７２ｂ…位置制御器、７４…速度指令補正部、７６…目標値フィルタ部、７６ａ…フィルタ、７６ｂ…スイッチ、７８…速度制御部、７８ａ…加算器、７８ｂ…速度制御器、７８ｃ…第１制御器、７８ｄ…第２制御器、７８ｅ…スイッチ、７８ｆ…通過保持部、７８ｇ…加算器。

Claims (4)

1. 制御対象を駆動するモータと、前記制御対象が変位する速度を検出する速度検出手段と、該速度検出手段により検出される検出速度と外部から指令される目標速度との偏差に基づく制御出力を決定する速度制御手段と、からなり、該速度制御手段により決定された制御出力により前記モータの動作を制御するモータ制御装置であって、
   前記制御対象の位置を検出する位置検出手段と、
   該位置検出手段により検出される検出位置と外部から指令される目標位置との偏差に基づく制御出力を決定する位置制御手段と、
   該位置制御手段により決定される制御出力に基づき、前記速度制御手段への指令を補正する指令補正手段と、を備えており、
   該指令補正手段は、前記位置制御手段により決定された制御出力が、前記目標速度以上の速度に相当する制御出力であれば、該目標速度を前記速度制御手段への指令とする一方、前記目標速度よりも低い速度に相当する制御出力であれば、該制御出力を前記速度制御手段への指令として、
   さらに、前記位置検出手段により検出される検出位置が、あらかじめレジスタにセットされた減速開始位置を超えていない場合に、前記速度制御手段への指令を、前記目標速度よりも低い初期速度から該目標速度まで一定の時間を経て到達するように与える速度指令手段，を備えており、
   該速度指令手段は、前記速度制御手段への指令で示される速度が前記目標速度に到達するまでの時間を遅らせることのできる遅延フィルタにより構成されている ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記位置制御手段は、前記検出位置と前記目標位置との偏差に基づき、前記速度制御手段に与える制御出力を比例制御により決定して、
   前記速度制御手段は、少なくともロバスト制御系を含む複数の制御系に基づく制御出力を決定可能であって、前記制御対象が目標速度に達するまではロバスト制御系以外の制御系に基づいて制御出力を決定し、前記目標速度に達したのちはロバスト制御系に基づいて制御出力を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記速度制御手段は、ロバスト制御系に基づいて制御出力を決定する際、ロバスト制御系以外の制御系により前記制御対象が前記目標速度に達したときの制御出力を基準として、該制御出力に前記目標速度と前記検出速度との差分を入力としてロバスト制御系により計算された制御出力を上乗せした制御出力を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. キャリッジがガイド軸に沿って往復運動可能に構成されたキャリッジ駆動機構と、
   請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置と、からなり、
   該モータ制御装置は、前記キャリッジ駆動機構のキャリッジをガイド軸に沿って往復運動させるべく、該キャリッジを制御対象として駆動する、ように構成されている
   ことを特徴とするプリンタ。

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