JP4136212B2 - Servo control device, scanner having the servo control device, and image processing apparatus including the scanner - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DCサーボモータにより速度制御、位置制御等を行うサーボ制御技術に関し、より詳細には、フィードバック制御系における、AD変換器やDA変換器のリファレンス電圧の定常偏差等の要因により生じる誤動作を防止する手段を備え、原稿の画像処理装置(例えば、画像読み取り装置、ファクス、或いは複写機等の画像形成装置)に装備されるスキャナの移動制御に適したサーボ制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機などの画像形成装置では、コンタクトガラス上におかれた原稿に対し、光源及び伝達光学系を有するスキャナを走査させながら、光源光によって照射される原稿画像面からの反射光を伝達光学系を介して画像データとして取り込み、感光体上に結像させて露光処理が行われる。
かかるスキャナの走査は、DCサーボモータを使用してスキャナを駆動することによって行われる。DCサーボモータのドライバは、4個のMOS・FETで構成するHブリッジ回路を持ち、パルス変調(PWM)信号及び回転方向の+/−信号により4個のMOS・FETを選択動作させて、正逆回転の動作をさせる。DCサーボモータの駆動をサーボ コントロールするフィードバック系には、モータ軸に取り付けられたエンコーダと、エンコーダの検出信号によりモータの回転速度検出、速度演算及び速度制御信号を処理するマイコンと、モータに流れる電流値及びその電流方向を検出する電流検出部と、モータ速度を決めるパルス変調信号及び回転方向を決める信号(即ち、電流検出部からの検出電流値とマイコンから指示される目標速度に応じた制御目標電流値の比較値に基づいて発生されるPWM信号及び+/−信号)によりモータドライバのHブリッジ回路の4個のMOS・FETを選択動作させる選択回路と、を備えている。
【0003】
このフィードバック系においては、モータ軸に取り付けられたエンコーダからの回転同期パルス信号によりマイコン内で回転速度を検出し、検出された回転速度と予め設定した目標回転速度との偏差によりPI制御動作に従う目標指示電流値を設定し、変化するこの目標電流値にモータの動作電流を追従させ、モータの回転速度が目標速度になるように、サーボ制御動作を行っている。この制御方式は、一般的にソフトウェアサーボと呼ばれている。制御は、エンコーダ信号による割り込み処理、または数msec程度のタイムインターバル割り込み処理で高速処理されている。
また、モータの駆動電流を目標指示電流値に追従させ、サーボ動作を行うために、実際にモータを流れる電流値と電流方向を検出する電流検出部としてホール電流検出器が用いられ、検出値が目標指示電流値と比較される。ホール電流検出器は、電流に比例して発生する磁束を磁気鉄心とホール素子の組み合わせにより非接触で検出し、上記電流値を電圧に変換するものであり、バイポーラ出力とユニポーラ出力のタイプがある。ユニポーラ出力タイプの場合、モータに電流が流れていない時、即ち、モータ停止状態では+2.5Vの電圧を出力し、プラスの電流(仮にモータ正転方向とする)の時は+2.5V以上の電圧を,マイナスの電流(仮にモータ逆転方向)の時は+2.5V以下の電圧を発生し、電流値がマイナス側から0を挟んでプラス側にわたり電流対出力電圧がリニアな関係となる検出特性を持つ。また、バイポーラ出力タイプは、電流対出力電圧がリニアな関係となる検出特性は同じで、電流値と出力電圧値の関係が同一極性で、マイナス側から0を挟んでプラス側にわたるものである。
【0004】
以下、ユニポーラ出力タイプを例にとり説明すると、停止時の目標指示電流値は、電流検出部(ホール電流検出器)の電流値0の時の出力電圧と同じにするような電圧値で設定され、正転方向に駆動させるには電流検出器の電流値0の時の出力電圧以上の電圧、逆転方向に駆動させるには電流検出器の電流値0の時の出力電圧以下の電圧を設定するようになされる。
マイコンから指示される目標指示電流値と電流検出部からのモータ電流値との差分を演算し、その差分の+/−の結果によってモータに流す電流の向きを決定し、更に、上記差分から制御量として絶対値回路で絶対値に変換して、三角波と比較をとりPWM信号を生成して、Hブリッジ回路を介してモータをドライブする。
実際に速度制御を行う際には、予め決められたモータの回転速度のタイムチャートに従って、その時の目標指示電流値を参照値として設定することにより、その値を追従する制御動作がなされる。ただし、モータの駆動の開始時には、或る一定時間、予定した回転方向(正転、逆転)に見合った一定の目標指示電流を出力し、実際にモータが動き始めてからそれ以降は、上記タイムチャートによって、PI制御により適切な目標指示電流値が決定される。
【0005】
ところで、モータの電流検出器の出力値にはオフセットが生じる。電流検出器の出力値にオフセットが生じる場合、モータ電流値と目標指示電流値にもオフセットが影響してしまい、例えば停止時からモータが動き始める時に、最悪の場合、正転方向の目標指示電流を設定し出力した(オフセットのない状態で設定される目標値による)にも関わらず、モータは逆回転してしまうという現象が起きてしまう。この不具合を改善するために、オフセットの補正を行うサーボ制御装置が提案されている。
オフセットの補正の手段としては、モータ電流0時の電流検出器の検出値からオフセット量を検出し、検出したオフセット量により一律に目標指示電流値を補正し、補正後の値に基づいて制御動作を行うようにしている。その方法として、1つは検出オフセット値をマイコンが認識して、目標指示電流値をマイコンでデジタル補正処理した後にアナログ変換して出力する方式で、もう1つは、検出オフセット量をアナログ動作のピークホールド回路に保持し、マイコンから出力される目標指示電流値をアナログ変換した後にピークホールド回路に保持した検出オフセット値でアナログ補正処理を行う方式である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、目標指示電圧(モータの目標指示電流値に対応する電流検出器出力電圧)の誤差要因としては、電流検出器に生じるオフセットの他に、AD変換器,DA変換器において用いるリファレンス電圧の定常偏差による影響が大きい。AD、並びにDA変換器に用いるリファレンス電圧を専用のICを使わずに、他のロジック回路等を駆動する電源と共通使用する場合などは、電源電圧の許容スペックで誤差が生じ、更に機械毎に電源がばらつくなど、影響を受ける。
【0007】
本発明は、DCサーボモータにより速度制御を行うサーボ制御装置における上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、マイコンにより設定される目標指示電圧に生じる誤差の原因となるAD変換及びDA変換において参照するリファレンス電圧の定常偏差による誤差を補償して、正しい制御動作が可能な目標指示電流を設定し得るようにしたサーボ制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項の発明は、モータの回転方向を含む回転速度を検出する回転速度検出手段、該検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段、及び、前記モータを流れる電流値を検出する電流検出器を備え、該電流検出器により検出したモータの駆動電流を前記目標指示電流値に追従させてサーボ動作を行うサーボ制御装置において、前記目標指示電流値をそれに見合った電圧に変換するDA変換器の電流対出力電圧特性を、該DA変換器と共通のリファレンス電圧で動作するAD変換器を通して得られる前記電流検出器の電流対出力電圧特性に合わせることにより、DCサーボモータが前記ファレンス電圧の影響で誤動作しないようにしたことを特徴とするサーボ制御装置である。
【0010】
請求項の発明は、請求項に記載されたサーボ制御装置において、検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段はマイコンであって、前記AD変換器及びDA変換器はいずれも前記マイコンに内蔵された機能によるものであることを特徴とするサーボ制御装置である。
【0011】
請求項の発明は、請求項1または2に記載されたサーボ制御装置において、前記電流検出器は、前記モータに電流が流れていないとき、固定電圧を出力し、前記モータに正転方向又は逆転方向の電流が流れているときは、この電流の向きに応じて、前記固定電圧を中心としてリニアな電圧を出力することにより、前記モータに流れる電流値及び向きを検出するモータ電流検出器であることを特徴とするサーボ制御装置である。
【0012】
請求項の発明は、請求項またはに記載されたサーボ制御装置において、前記マイコンは、DCサーボモータ停止時の前記電流検出器の出力値をAD変換して得た値が所定の値を越えたときに、装置の動作を停止させることを特徴とするサーボ制御装置である。
【0013】
請求項の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載のサーボ制御装置によりDCサーボモータを正逆回転させ、その回転力により原稿の読み取り走査手段の移動制御を行うことを特徴とするスキャナーである。
【0014】
請求項の発明は、請求項に記載されたスキャナーを備えた画像処理装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明によるサーボ制御装置及びサーボ制御装置を装備したスキャナを添付する図面とともに示す以下の実施例に基づき説明する。
先ず、サーボ制御装置が装備されるスキャナについて、構成とその動作の概略を説明する。
図1は、複写機等の画像形成装置のスキャナの概略図を示す。
図1において、スキャナは、原稿2を載置するコンタクトガラス1の下方において、光源3と第1ミラー4とを一体に取り付けた第1スキャナと、第2ミラー5と第3ミラー6とを一体に取り付けた第2スキャナからなる。また、第3ミラー6により折り返される反射光路上には、結像レンズ7、固定の第4ミラー8、第5ミラー9、第6ミラー10がこの順に設けられ、第6ミラー10により折り返される反射光路上には、保護ガラス11、感光体ドラム12がこの順に設けられる。
【0016】
第1スキャナは、一定速度Vでコンタクトガラス1上の原稿2に沿い、図示の方向に移動しながら光源3が原稿2をスリット状に照明し、原稿2からの反射光を第1ミラー4が水平方向に反射する。第2スキャナは、一定速度V/2で第1スキャナと平行に、図示の方向に移動しながら、第1ミラー4からの反射光を第2ミラー5、第3ミラー6が水平方向に折り返す。その後、反射光は、結像レンズ7を通り、固定の第4ミラー8、第5ミラー9、第6ミラー10で折り返された後、感光体12上に収束し原稿2の像が感光体ドラム12上に結ばれる。
第1スキャナは、一定速度Vで原稿2に沿い移動し、これに同期して、第2スキャナは、一定速度V/2で第1スキャナと平行に移動し、原稿2の面から感光体ドラム12の面までの光路長が常に一定に保たれる。第1スキャナ、第2スキャナの移動に同期させて、感光体ドラム12を回転させることにより、原稿面から画像を読み取って感光体ドラム12上に原稿画像と同じ画像を形成する。
このように、第1スキャナ及び第2スキャナは読み取り走査時に動作され、1回の読み取り走査が終了すると元のホームポジションに戻される。
【0017】
ホームポジションから移動を開始し、画像の読み取り走査を行い、ホームポジションへ復帰するまでのスキャナの移動は、正逆方向の回転とその速度制御が可能なDCサーボモータの駆動によってなされる。
図2は、かかる走査を行うスキャナの駆動に必要なDCサーボモータの回転速度の時間的な変化(タイムチャート)の1例を示す線図である。
図2を参照して、読み取り時のモータの一連の動作を説明する。先ず、読み取りのために、モータを正転させて、スキャナの移動をスタートさせると、直ちに原稿読み取り速度まで立ち上がり、一定速度で移動しながら原稿を読み取っていく。原稿読み取りが終了するとモータは、逆転方向に駆動されスキャナをホームポジションに戻す。この戻り動作では、スキャナを出来るだけ速やかに戻すために、原稿読み取り終了後、直ちに逆転方向に原稿読み取り時の速度の数倍まで加速され、加速後、高速を維持したまま等速で戻され、ホームポジション近くの所定の位置からモータに正転方向の電流が流されて減速され、ホームポジションでモータへの通電を停止してスキャナを停止させるようにする。
【0018】
次に、スキャナの駆動のために、図2に例示されるような回転方向と速度の制御が必要なDCサーボモータの制御装置について説明する。
図3は、本発明に係わるサーボ制御装置の1実施例の回路構成を示す図である。
図3を参照して、この実施例の装置全体の構成と装置の動作の概容を、以下に説明する。
このサーボ制御装置は、図3に示されるように、DCサーボモータM31の駆動を制御する装置で、DCサーボモータM31のドライバは、4個のMOS・FETQ31〜34で構成するHブリッジ回路を持ち、パルス幅変調(PWM)信号及び回転方向を決めるH/L信号により4個のMOS・FETQ31〜34を選択動作させて、モータM31へ供給する駆動電流を変化させて正逆回転の駆動を行う。
DCサーボモータM31をサーボ コントロールするフィードバック系には、モータ軸に取り付けられたエンコーダEC31と、エンコーダEC31の検出信号によりモータM31の回転速度検出速度演算及び速度制御信号を処理するマイコン30と、モータM31に流れる電流値及びその電流方向を検出する電流検出器40と、モータ速度を決めるPWM信号及び回転方向を決める信号(即ち、電流検出器40からの検出電流値とマイコン30から指示される目標速度に応じた制御目標電流値の比較値に基づいて発生されるPWM信号及びH/L信号)によりHブリッジ回路の4個のMOS・FET Q31〜34を選択動作させる選択回路34、35と、を備えている。
【0019】
フィードバック系の動作をより詳細に説明すると、ここでは、モータM31の回転軸に取り付けられたエンコーダEC31からの回転同期パルス信号と、さらに複数相の回転同期パルス信号の位相ずれの向きによって反転するフリップフロップ32によって検出される回転方向信号とによりマイコン30内でモータM31の回転方向を含む回転速度を検出し、検出された回転速度と予め設定した目標回転速度(例えば、モータM31が停止した状態から始動し動作を終了するまでの回転速度の変化を与えるタイムチャートに従って目標値が設定される)との偏差によりPI制御を行う。
マイコン30は、上記で得た回転速度の偏差値からPI制御による目標値として、モータM31に供給すべきモータ(駆動)電流に応じた値を演算により求める。また、求めた目標値はデジタル値であるから、これをさらにリファレンス電圧Vref(+5V)とするアナログ値へとDA変換し、0〜Vref(+5V)のアナログの制御目標指示電流値Irefを差動増幅器IC33のプラス端子に入力する。
一方、差動増幅器IC33のマイナス端子にはモータM31のモータ駆動電流Imot(実際には、電流検出器40により検出された電圧値)を入力するので、目標値Irefとの差値(Iref−Imot)が差動増幅器IC33から出力される。
【0020】
差値(Iref−Imot)は、差動増幅器IC35でモータ停止時のモータ電流(0V)との差がとられ、この差出力は、モータ速度を決めるパルス幅変調(PWM)信号及び回転方向を決める信号の生成に用いられる。
モータ速度を決めるPWM信号は、差動増幅器IC35の出力を絶対値回路38を通して得られる絶対値信号が三角波発生回路33から出力される三角波と比較器IC34で比較され、その出力として得られる。なお、絶対値回路38はオペアンプ36、37を有する全波整流回路により構成される。
モータの回転方向を決める信号は、差動増幅器IC35の出力を比較器IC36に入力し、信号の正、負が判断され、その2値化信号出力として得られる。
【0021】
Hブリッジ回路の4個のMOS・FET Q31〜34を選択動作させる選択回路としてNAND回路34、35を備え、その一方のNAND回路35の入力側には、比較器IC34出力のPWM信号と比較器IC36出力の回転方向信号を、もう一方のNAND回路34出力の入力側には、比較器IC34出力のPWM信号と比較器IC36出力をインバータIC37によって反転した回転方向信号を入力し、Hブリッジ回路の4個のMOS・FETQ31〜34を選択し、モータM31の正逆の回転方向と回転速度を決めて動作させる。この動作時のモータM31のモータ電流は、電流検出器40で検出され、差動増幅器IC35の入力側にフィードバックされるので差値(Iref−Imot)を0に、即ち、Iref=Imotとするようにモータ電流が制御される。
【0022】
上記で図2に関し説明したように、モータM31の回転速度のサーボ制御動作は、時間に対する速度変化を示すタイムチャートに基づいて与えられる目標指示電流値Irefの変化にモータM31の駆動電流Imotを追従させ、モータの回転速度が目標速度になるように、その動作が実行される。
その制御動作をこの実施例の回路におけるように、マイコン30によってモータM31の回転速度の目標速度に対する偏差値を求め、さらに制御目標値としてモータM31に供給すべき駆動電流に応じた値を演算により求め、アナログの制御目標指示電流値Irefとして出力させる方式をソフトウェアサーボと呼んでいる。この制御方式によると、エンコーダ信号による割り込み処理、または数msec程度のタイムインターバル割り込み処理で高速処理がなされる。
また、この実施例では、コストダウンと回路の簡略化からAD変換器及びDA変換器はマイコン30に内蔵されている機能を使用し、リファレンス電圧Vrefは、他の回路で使用している電源電圧VCC(+5V)を用いることにしている。
【0023】
モータM31の駆動電流を目標指示電流値に追従させ、サーボ動作を行うために、実際にモータを流れる電流値と電流方向を検出する電流検出器40としてホール電流検出器が用いられ、検出値が目標指示電流値と比較される。ホール電流検出器は、電流に比例して発生する磁束を磁気鉄心とホール素子の組み合わせにより非接触で検出し、上記電流値を電圧に変換する物であり、バイポーラ出力とユニポーラ出力のタイプがある。
この実施例では、ユニポーラタイプのホール電流検出器40が採用される。なお、バイポーラ出力をするタイプの検出器を用いることもできる。
図4は、本実施例に用いるユニポーラタイプのホール電流検出器の電流対出力電圧の検出特性を示す図である。同図に示すように、ユニポーラ出力タイプの場合、検出部分に電流が流れていない0アンペア時、即ち、モータ停止状態では+2.5Vの電圧を出力し、プラスの電流(仮にモータ正転方向とする)の時は+2.5V以上の電圧を、マイナスの電流(仮にモータ逆転方向)の時は+2.5V以下の電圧を発生し、電流値がマイナス側から0を挟んでプラス側にわたり電流対出力電圧がリニアな関係となる検出特性を持つ。
【0024】
上記ユニポーラタイプのホール電流検出器40を用いる場合に、停止時の目標指示電流値は、ホール電流検出器40の電流値0アンペア時の出力電圧と同じにするような電圧値で設定され、正転方向に駆動させるには電流検出器40の電流値0アンペア時の出力電圧+2.5V以上の電圧に、逆転方向に駆動させるには電流検出器40の電流値0アンペア時の出力電圧+2.5V以下の電圧を設定すればよい。
マイコン30が持っているデジタル値は、DA、AD変換器のリファレンス電圧が+5Vで8ビット分解能であれば、127digitがモータ停止時の+2.5Vの値で、正転方向に駆動させるには127digit以上の値、逆転方向に駆動させるには127digit以下の値を、DA変換器に設定すればよいことになる。
【0025】
モータを駆動する際には、時間に対するモータM31の回転速度の変化を示す予め決められたタイムチャート(図2の例示、参照)に従って、その時の目標指示電流値Irefが参照値として与えられ、PI制御により、その値を追従する制御動作がなされる。
しかしながら、モータM31の駆動の開始時には、すぐにPI制御動作には入らず、或る一定時間、正転方向、逆転方向に見合った一定の目標指示電流を設定し、その値により制御動作を行い、実際にモータが動き始めてからそれ以降は、タイムチャートに沿って、PI制御により適切な目標指示電流値Irefが決定される。
ところで、モータM31の電流検出器40の出力値にはオフセットが生じる。電流検出器40の出力値にオフセットが生じる場合、制御動作によりモータに投入される電流値にオフセットが影響してしまい、例えば、上記したように、停止しているモータM31に、一定の目標指示電流を設定して始動させる時、最悪の場合(目標値に比べてオフセット値が大きい場合)、正転方向の目標指示電流を出力したにも関わらず、モータM31は逆回転してしまうという現象が起きてしまう。
【0026】
この不具合を改善するため、駆動開始の一定の目標指示電流値Irefとして、電流検出器40において予測されるオフセット値を見込むことにより、回転方向の反転が起きない値、即ち、オフセット量がカバーできる大きめの値に設定することにより、こうした誤動作を起こさないようにする。
これを、ユニポーラタイプのホール電流検出器40を用い、正転方向の目標指示電流値Irefを設定する場合について具体的に説明すると、先に示した図4に、ユニポーラタイプのホール電流検出器40にオフセットがない時の特性が示されており、それによると、モータ停止時(電流値0アンペア時)の出力電圧は+2.5Vであるが、それが+,−のどちらかにオフセットされている場合に、オフセットが+,−のどちらであっても、オフセット値以上の値(即ち、オフセット値:Δfとすると、+方向の電流の時は(2.5+|Δf|)V以上で、−方向の電流の時は(2.5−|Δf|)V以下の電圧でいずれも+2.5Vを中心に生じるオフセットの範囲を越える値)を目標指示電流値Irefとして設定する。つまり、モータ停止時に検出されるImotがオフセットによって変動するが、+,−のどちらの方向のオフセットであっても、設定した目標指示電流値Irefがオフセット値以上の値であれば、(Iref−Imot)の+,−が反転することなく、指示した回転方向の設定条件に変更が生じない。
こうすれば、設定方向とは逆方向にモータM31が回転するという誤動作を起こし、制御精度に悪影響を及ぼすということがなくなり、適正な制御動作が確保される。
【0027】
停止状態のモータM31に一定の目標指示電流を設定して動作を開始させる場合に、上記説明では電流検出器40のオフセットが原因で誤動作(正転方向の目標指示電流を出力したにも関わらず、モータM31は逆回転してしまうという動作)が起きるとしたが、同じように誤動作の原因となる要素としては、マイコン30におけるDA変換及びAD変換において参照するリファレンス電圧の定常偏差による誤差がある。
この誤差は、電流検出器40のオフセットによる誤差値よりもかなり大きな値となるものであるところから、リファレンス電圧の誤差による誤動作を上記方法で防止しようとすると、モータ駆動開始時の一定目標指示電流値を大きく設定することになってしまうため、駆動開始時のパワーが大きくなり、動きだしの振動やオーバーシュートにより、画像の読み取りに不具合を来すことがあり、この方法で誤動作を防止することは得策ではない。
次に示す実施例は、上記方法を採らずに、リファレンス電圧Vrefの定常偏差による誤差を補正することにより、モータ駆動開始時の一定電流値を小さく設定でき、小電流でモータを駆動させ、誤動作を回避することを可能とするものである。
【0028】
ここで補正しようとするリファレンス電圧Vrefによる誤差は、マイコン30に内蔵されているDA、AD変換器機能に使用するリファレンス電圧Vrefが、他の回路で使用している電源電圧VCC(+5V)を用いることにしたために生じ、電源電圧のばらつきや変動によるものである。リファレンス電圧として使用しているVCC(5V)は一般的に±5%の誤差(定常偏差)が許されており、図4の例を参照すると、リファレンス電圧が5Vの時は、モータ電流0アンペア時の電流検出器の出力は2.5Vのため、AD変換後は、127digitであるが、+5%の誤差時は121digit、−5%の誤差時は134digitになり約±6digitの誤差が生じる。この値を電流値に変換すると、約1.18Aに相当する。また、リファレンス電圧を共通にするDA変換においても同様の誤差を生じる。
【0029】
リファレンス電圧Vrefの誤差は、マイコン30により設定される目標指示電流値Irefに影響する。即ち、マイコン30では、エンコーダEC31からの回転同期パルス信号から検出された回転速度と予め設定した目標回転速度との偏差によりPI制御を行うが、そのための設定値として目標指示電流値Irefがデジタル演算で求められ、その後、デジタル演算で得た目標指示電流値に見合った電圧をリファレンス電圧Vrefに基づきDA変換し、出力(0〜Vref)するようにしているからである。なお、ここでは、目標指示電流値Irefとして求めたデジタル値は、DA変換器のリファレンス電圧Vrefに誤差が無く、また、電流検出器40にも誤差がない状態の電流対出力電圧特性に合わせた値をとるようになされているので、リファレンス電圧Vrefとして用いるVCCが5Vから変動すると、変換した値に誤差が含まれることになる。
【0030】
DA変換時に生じる誤差は、基本的には、目標指示電流値Irefを出力させるDA変換器の電流対出力電圧特性を、このDA変換器と共通のリファレンス電圧で動作するAD変換器を通して得られる電流検出器40の電流対出力電圧特性に合わせ、つまり、電流検出器40の出力値をAD変換して得た値に基づき換算された電流検出器の出力特性によって補正出力を得ることができる。これは、電流検出器40の出力電圧をAD変換する時、AD変換器の出力電圧が受けると同様に、DA変換器においても、リファレンス電圧の変動による影響を受けるからである。
図5にAD変換器におけるリファレンス電圧の変動による電流対出力電圧特性への影響の様子が示されている。
図5において、直線▲1▼は、リファレンス電圧VCCが5V(255Digit)で誤差がなく、電流検出器40にも誤差がないときの状態を示し、0(A)時の読み値は電流検出器40の出力が2.5Vであるので、127Digitになる。同図において、同じ電流対出力電圧特性についてリファレンス電圧VCCが±α変動したときのAD変換後の電流対出力電圧特性が、直線▲1▼を中心にして、直線▲2▼及び直線▲3▼として示されており、直線▲2▼は、VCCが(5+α)Vと高くなるため、電流検出器40の読み値を小さな値として出力してしまう。また、直線▲3▼は、VCCが(5−α)Vと低くなるため、電流検出器40の読み値を大きな値として出力してしまう。
【0031】
次に、リファレンス電圧VCCの変動に従い上記のような変化を示す電流検出器40のAD変換後(読み値)の電流対出力電圧特性に合わせて、目標指示電流値Irefの補正を行うための方法を以下に説明する。
図6は、この補正方法を説明するための線図で横軸は目標指示電流値(モータ電流)、縦軸は目標指示電流値を設定するための出力電圧(制御値)に対応するデジタル値である。
図6において、直線▲1▼(実線)は、モータ電流検出器40にオフセット等の誤差が無く、リファレンス電圧VCCが+5Vの理想的な状態にあるという仮定の下に設定される制御値を示し、8ビット分解能による場合に、+5Vと255digitを対応させ、電流値が0の時、+2.5V(127digit)で、図示のように電流検出器40の理想の電流対出力電圧特性に従う傾きを持つ。
また、図示の直線▲2▼(破線)で示される直線は、リファレンス電圧VCCが(5+α)Vと+5Vより高くなった状態における電流検出器40のAD変換後の電流対出力電圧特性(読み値)を示す(図5の直線▲2▼に対応する)もので、直線▲2▼に目標指示電流値Irefを出力させるDA変換器の電流対出力電圧特性を合わせることにより、リファレンス電圧VCCの誤差が補正された出力電圧を制御値として得ることができる。
【0032】
本発明では、電流検出器40の電流対出力電圧特性値(読み値)をモータ駆動電流が0の時に実際に検出される電圧値に基づいて求める。
ここでは、直線▲2▼にて示される電流検出器40の電流対出力電圧特性値(読み値)の求め方について、1例を挙げ、その説明をする。
手順としては、先ず、電流検出器40が0(A)の時の検出出力電圧値をマイコン30のAD変換器により変換し、そのデジタル値を読み取り、その値を0(A)時の目標指示電流値とする。また、直線▲1▼の0(A)時の値(127digit)から、先に検出した0(A)時の目標指示電流値を示すデジタル値を引いてその差分βを求める。
さらに、この例では、図6に示すように、40Aの変化に対して、βの差分が発生しているので、予め直線▲1▼にて与えられた目標指示電流値Irefを出力させるDA変換器の電流対出力電圧特性に対してβ/40の補正を行う必要がある。例えば、+20A時の値は、マイコン30の演算により予め用意されている直線▲1▼の+20A時の値に対してβを減算して(図6中、直線▲3▼上の値)、さらに20×β/40を減算することによる。一般的には、直線▲2▼のデジタル値=(直線▲1▼のデジタル値)−β−(目標指示電流値Iref×β/40)として計算され、電流検出器40の電流対出力電圧特性値(読み値)、即ち、マイコン30の演算で求められた目標指示電流値Iref(この例では、−40A〜+40Aで指示される)に対応する出力電圧を表すデジタル値が求まる。
【0033】
実際には、マイコン30は、図6の直線▲2▼にて示される電流対出力電圧特性直線をテーブル等にて用意し、モータM31の現時点の回転速度と目標速度との速度偏差によって目標指示電流値が決められると、その電流値に対応するデジタル値を前記テーブルを参照して求め、さらに求めたデジタル値をDA変換し、目標指示電流値を示す電圧値として出力する。出力される電圧値は、リファレンス電圧VCCの誤差が補正された値であるので、モータ電流検出器40の検出値との差をとることにより、正常な制御動作を可能とする。
このように、リファレンス電圧VCCの変動により変化するAD変換後の電流検出器40の電流対出力電圧特性に目標指示電流値Irefを出力させるDA変換器の電流対出力電圧特性を合わせることにより、デジタル演算で得た目標指示電流値に見合った電圧をDA変換して出力する変換処理の過程でリファレンス電圧Vrefの誤差を補正し、正しい値を出力することができ、リファレンス電圧Vrefによる誤差を補正することにより、モータ駆動開始時に目標値として設定される一定電流値を小さく設定でき、小電流でモータを駆動させることができるので、動きだしの振動やオーバーシュート等を起こすことがない。
【0034】
上記実施例によると、モータ駆動開始時の一定電流値を小さく設定できるが、誤動作の原因となるモータ電流検出器40のオフセットの変動が異常に大きくなった場合には、モータ駆動開始時の一定電流値を小さく設定しただけに、上記した誤動作が起きやすい。
その対応策として、本実施例では、モータ停止時のモータ電流検出器40の出力値をAD変換した値が、予め規定した差分βを越えたとき、電流検出器の異常、もしくは電源電圧の異常と判断し、システムの異常停止を実行させる。この判断基準は、電源電圧のバラツキ、電流検知器の出力バラツキを考慮して決定する。
この異常検出を行うタイミングは、リファレンス電圧VCCの誤差の補正が、システムの電源ON時のスキャナが稼動する前と、システムのジョブ間でスキャナが停止している時に実施することが適当であると考えられるので、このタイミングに合わせて異常検出を行う。
【0035】
【発明の効果】
Cサーボモータの制御において、目標指示電流値を出力させるDA変換器の電流対出力電圧特性を電流検出器の出力特性値に合わせることにより、目標指示電流値を設定するマイコンのDA変換において生じるリファレンス電圧(AD変換とDA変換に共通)の基準値からの変動による誤差分の補正がなされるので、モータ駆動開始時に目標値として設定されるの一定電流値を最低限に抑えて設定でき、小電流でモータを駆動させることができるので、動きだしの振動やオーバーシュート等を起こすことがなく、適正な制御動作がなされる。また、スキャナに適用したときには、モータ駆動開始時の電流を抑えることにより、モータ駆動開始時に過大な目標指示電流値を設定する必要が無く、大きな設定を行う場合に生じる衝撃をスキャナユニットに与えることを回避し、そのスキャナを画像処理装置に備えることにより、画像先端部のジター等の改善が図られる。
さらに、リファレンス電圧の基準値からの変動による誤差分の補正をした場合に、電流検出器のオフセットによる誤動作(設定回転方向の反転)が起きる可能性が大きくなるので、電流検出器の出力値をAD変換した値を監視し、予め規定した値を越えたとき、電流検出器の異常、もしくは電源電圧の異常と判断し、システムの異常停止を実行させるようにしたので、回路誤動作による暴走を事前に防ぎ、機械の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される複写機等の画像形成装置のスキャナの概略図を示す。
【図2】スキャナの駆動に必要なDCサーボモータの回転速度の時間的な変化を示す。
【図3】本発明に係わるサーボ制御装置の1実施例の回路構成を示す図である。
【図4】ユニポーラタイプのホール電流検出器の電流対出力電圧の検出特性を示す。
【図5】AD変換器におけるリファレンス電圧の変動による電流対出力電圧特性への影響を示す。
【図6】電流検出器の電流対出力電圧特性に合わせて、目標指示電流値に補正を施す方法を説明する線図である。
【符号の説明】
30…マイコン、 M31…DCサーボモータ、
EC31…エンコーダ、 40…電流検出器、
IC33,IC35…差動増幅器、 IC34,IC36…比較器、
38…絶対値回路、 33…三角波発生回路、
Q31〜34…H型ブリッジ回路を構成するMOS・FET
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo control technique for performing speed control, position control, etc. by a DC servo motor, and more specifically, in a feedback control system. , A Means for preventing malfunction caused by factors such as steady deviation of the reference voltage of the D converter or DA converter is provided in an image processing apparatus for an original (for example, an image forming apparatus such as an image reading apparatus, a fax machine, or a copying machine). The present invention relates to a servo control technique suitable for movement control of an equipped scanner.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as a copying machine, a transmission optical system transmits reflected light from a document image surface irradiated by light source light while scanning a scanner having a light source and transmission optical system on a document placed on a contact glass. Then, the image data is taken in via the image and imaged on the photoconductor to perform exposure processing.
Such scanning of the scanner is performed by driving the scanner using a DC servo motor. The driver of the DC servo motor has an H-bridge circuit composed of four MOS • FETs, and selectively operates the four MOS • FETs by pulse modulation (PWM) signals and +/− signals in the rotation direction. The reverse rotation is performed. The feedback system for servo-controlling the drive of the DC servo motor includes an encoder attached to the motor shaft, a microcomputer for processing the motor rotation speed detection, speed calculation and speed control signal based on the encoder detection signal, and the current flowing through the motor. A current detection unit for detecting the value and its current direction, a pulse modulation signal for determining the motor speed and a signal for determining the rotation direction (that is, a control target corresponding to the detected current value from the current detection unit and the target speed instructed by the microcomputer) And a selection circuit that selectively operates the four MOS • FETs of the H bridge circuit of the motor driver by a PWM signal and a +/− signal generated based on the comparison value of the current value.
[0003]
In this feedback system, the rotational speed is detected in the microcomputer based on the rotational synchronization pulse signal from the encoder attached to the motor shaft, and the target according to the PI control operation is determined based on the deviation between the detected rotational speed and a preset target rotational speed. An instruction current value is set, and the servo control operation is performed so that the motor operating current follows the changing target current value so that the rotational speed of the motor becomes the target speed. This control method is generally called software servo. Control is performed at high speed by interrupt processing by an encoder signal or time interval interrupt processing of about several milliseconds.
In addition, in order to make the motor drive current follow the target command current value and perform servo operation, a Hall current detector is used as a current detection unit that detects the current value and current direction that actually flows through the motor, and the detected value is It is compared with the target command current value. The Hall current detector detects magnetic flux generated in proportion to the current in a non-contact manner by a combination of a magnetic iron core and a Hall element, and converts the current value into a voltage. There are bipolar output and unipolar output types. . In the case of the unipolar output type, when no current flows through the motor, that is, when the motor is stopped, a voltage of +2.5 V is output, and when the current is positive (assuming that the motor is in the forward rotation direction), it is +2.5 V or more When the voltage is a negative current (in the reverse direction of the motor), a voltage of +2.5 V or less is generated, and the current value is in a linear relationship between the current and the output voltage from the negative side to the positive side with the 0 in between. have. In addition, the bipolar output type has the same detection characteristic in which the current vs. output voltage has a linear relationship, the relationship between the current value and the output voltage value is the same polarity, and extends from the minus side to the plus side with 0 interposed therebetween.
[0004]
Hereinafter, the unipolar output type will be described as an example. The target instruction current value at the time of stop is set to a voltage value that is the same as the output voltage at the current value 0 of the current detector (Hall current detector), To drive in the forward direction, set a voltage equal to or higher than the output voltage when the current value of the current detector is 0. To drive in the reverse direction, set a voltage equal to or lower than the output voltage when the current value of the current detector is 0. To be made.
The difference between the target command current value instructed by the microcomputer and the motor current value from the current detection unit is calculated, the direction of the current flowing to the motor is determined based on the result of the difference +/-, and control is performed from the above difference. The absolute value circuit converts it into an absolute value as a quantity, compares it with a triangular wave, generates a PWM signal, and drives the motor via the H bridge circuit.
When speed control is actually performed, according to a predetermined time chart of the rotation speed of the motor, the target instruction current value at that time is set as a reference value, and a control operation for following the value is performed. However, at the start of driving of the motor, a constant target instruction current corresponding to a predetermined rotation direction (forward rotation, reverse rotation) is output for a certain period of time, and after the motor actually starts to operate, the above time chart Thus, an appropriate target command current value is determined by PI control.
[0005]
By the way, an offset occurs in the output value of the motor current detector. When an offset occurs in the output value of the current detector, the offset also affects the motor current value and the target command current value.For example, when the motor starts to move from the stop, the target command current in the forward rotation direction is worst. However, a phenomenon occurs in which the motor rotates in the reverse direction even though is set and output (depending on the target value set with no offset). In order to improve this problem, a servo control device that corrects an offset has been proposed.
As an offset correction means, the offset amount is detected from the detected value of the current detector when the motor current is zero, the target instruction current value is uniformly corrected based on the detected offset amount, and the control operation is performed based on the corrected value. Like to do. One is a method in which the microcomputer recognizes the detected offset value, the target instruction current value is digitally corrected by the microcomputer and then analog-converted and output, and the other is the method in which the detected offset amount is converted into an analog operation. This is a method of performing analog correction processing with the detected offset value held in the peak hold circuit after analog conversion of the target command current value output from the microcomputer held in the peak hold circuit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, The eyes As an error factor of the target instruction voltage (current detector output voltage corresponding to the target instruction current value of the motor), in addition to the offset generated in the current detector, it depends on the steady deviation of the reference voltage used in the AD converter and DA converter. A large impact. When the reference voltage used for AD and DA converters is used in common with the power supply that drives other logic circuits, etc., without using a dedicated IC, an error occurs in the allowable specification of the power supply voltage, and further, for each machine It is affected by power supply variations.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art in a servo control device that performs speed control by a DC servo motor. The Compensating for errors due to steady deviation of reference voltage referenced in AD conversion and DA conversion that cause errors in target instruction voltage set by the icon, it is possible to set a target instruction current capable of correct control operation An object of the present invention is to provide a servo controller.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1 The invention includes a rotation speed detection means for detecting a rotation speed including a rotation direction of the motor, a means for calculating a target instruction current value from a deviation value between the rotation speed detected by the detection means and a preset rotation target speed, and A servo control device comprising a current detector for detecting a current value flowing through the motor, and performing a servo operation by causing the motor drive current detected by the current detector to follow the target command current value; A current-to-output voltage characteristic of a DA converter that converts a value into a voltage corresponding to the value is matched with a current-to-output voltage characteristic of the current detector obtained through an AD converter that operates with a common reference voltage with the DA converter. Therefore, the DC servo motor Re The servo control device is characterized in that it does not malfunction due to the influence of the reference voltage.
[0010]
Claim 2 The invention of claim 1 In the servo control device described in the above, the means for calculating the target instruction current value from the deviation value between the rotation speed detected by the detection means and the preset rotation target speed is a microcomputer, and the AD converter and the DA converter Are servo controls characterized by the functions built into the microcomputer.
[0011]
Claim 3 The invention of claim 1 Or 2 In the servo control device described above, the current detector outputs a fixed voltage when no current flows through the motor, and this current when a current in the forward or reverse direction flows through the motor. The servo control device is a motor current detector that detects a current value and a direction flowing through the motor by outputting a linear voltage centered on the fixed voltage according to the direction of the motor.
[0012]
Claim 4 The invention of claim 2 Or 3 The microcomputer stops the operation of the apparatus when the value obtained by AD conversion of the output value of the current detector when the DC servo motor is stopped exceeds a predetermined value. This is a servo control device.
[0013]
Claim 5 The invention of claim 1 to claim 1 4 In this scanner, the DC servo motor is rotated forward and backward by the servo control device according to any one of the above, and the movement of the document reading / scanning means is controlled by the rotational force.
[0014]
Claim 6 The invention of claim 5 The image processing apparatus provided with the scanner described in 1 above.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A servo control device according to the present invention and a scanner equipped with the servo control device will be described based on the following embodiments shown in the accompanying drawings.
First, the configuration and operation outline of a scanner equipped with a servo control device will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram of a scanner of an image forming apparatus such as a copying machine.
In FIG. 1, the scanner has a first scanner in which a light source 3 and a first mirror 4 are integrally attached, a second mirror 5 and a third mirror 6 under a contact glass 1 on which a document 2 is placed. The second scanner is attached to. An imaging lens 7, a fixed fourth mirror 8, a fifth mirror 9, and a sixth mirror 10 are provided in this order on the reflected light path that is turned back by the third mirror 6, and the reflection that is turned back by the sixth mirror 10. A protective glass 11 and a photosensitive drum 12 are provided in this order on the optical path.
[0016]
In the first scanner, the light source 3 illuminates the document 2 in a slit shape while moving in the direction shown in the figure along the document 2 on the contact glass 1 at a constant speed V, and the first mirror 4 reflects the reflected light from the document 2. Reflects horizontally. While the second scanner moves in the direction shown in the drawing in parallel with the first scanner at a constant speed V / 2, the second mirror 5 and the third mirror 6 fold the reflected light from the first mirror 4 in the horizontal direction. Thereafter, the reflected light passes through the imaging lens 7 and is folded by the fixed fourth mirror 8, fifth mirror 9, and sixth mirror 10, and then converges on the photosensitive member 12, so that the image of the document 2 becomes a photosensitive drum. 12 tied on top.
The first scanner moves along the document 2 at a constant speed V, and in synchronization therewith, the second scanner moves parallel to the first scanner at a constant speed V / 2, and the photosensitive drum starts from the surface of the document 2. The optical path length up to 12 planes is always kept constant. By rotating the photosensitive drum 12 in synchronization with the movement of the first scanner and the second scanner, the image is read from the original surface and the same image as the original image is formed on the photosensitive drum 12.
As described above, the first scanner and the second scanner are operated at the time of scanning and are returned to the original home position when one scanning is completed.
[0017]
The scanner starts moving from the home position, scans and scans the image, and returns to the home position by driving a DC servo motor capable of rotating in the forward and reverse directions and controlling its speed.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a temporal change (time chart) of the rotational speed of the DC servo motor necessary for driving the scanner that performs such scanning.
A series of operations of the motor at the time of reading will be described with reference to FIG. First, for reading, when the motor is rotated forward and the movement of the scanner is started, it immediately rises to the original reading speed, and the original is read while moving at a constant speed. When the document reading is completed, the motor is driven in the reverse direction to return the scanner to the home position. In this return operation, in order to return the scanner as quickly as possible, the document is immediately accelerated in the reverse direction up to several times the speed at the time of document reading after the completion of document reading, and after acceleration, it is returned at a constant speed while maintaining high speed. The motor is decelerated by passing a current in the forward direction from a predetermined position near the home position, and the scanner is stopped by stopping energization of the motor at the home position.
[0018]
Next, a control apparatus for a DC servo motor that requires control of the rotation direction and speed as illustrated in FIG. 2 for driving the scanner will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of an embodiment of the servo control apparatus according to the present invention.
With reference to FIG. 3, the outline of the overall configuration and operation of the apparatus of this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 3, this servo control device controls the drive of the DC servo motor M31, and the driver of the DC servo motor M31 has an H bridge circuit composed of four MOS-FETs Q31-34. The four MOS • FETs Q31 to 34 are selectively operated by the pulse width modulation (PWM) signal and the H / L signal for determining the rotation direction, and the drive current supplied to the motor M31 is changed to drive forward and reverse rotation. .
The feedback system for servo-controlling the DC servo motor M31 includes an encoder EC31 attached to the motor shaft, a microcomputer 30 for processing the rotational speed detection speed calculation and speed control signal of the motor M31 based on the detection signal of the encoder EC31, and the motor M31. A current detector 40 for detecting the current value flowing in the current and its current direction, a PWM signal for determining the motor speed and a signal for determining the rotation direction (that is, the detected current value from the current detector 40 and the target speed indicated by the microcomputer 30) Selection circuits 34 and 35 for selectively operating the four MOS • FETs Q31 to 34 of the H bridge circuit by a PWM signal and an H / L signal generated based on a comparison value of control target current values according to I have.
[0019]
The operation of the feedback system will be described in more detail. Here, a flip-flop that is inverted depending on the direction of the phase shift of the rotation synchronization pulse signal from the encoder EC31 attached to the rotation shaft of the motor M31 and the rotation synchronization pulse signal of a plurality of phases. The rotational speed including the rotational direction of the motor M31 is detected in the microcomputer 30 based on the rotational direction signal detected by the computer 32, and the detected rotational speed and a preset target rotational speed (for example, from the state where the motor M31 is stopped). PI control is performed based on a deviation from a target value that is set according to a time chart that gives a change in rotational speed from the start to the end of the operation.
The microcomputer 30 obtains a value corresponding to the motor (drive) current to be supplied to the motor M31 by calculation as a target value by PI control from the deviation value of the rotation speed obtained above. Further, since the obtained target value is a digital value, this is further DA-converted to an analog value for a reference voltage Vref (+5 V), and an analog control target command current value Iref of 0 to Vref (+5 V) is differentially converted. Input to the plus terminal of the amplifier IC33.
On the other hand, since the motor driving current Imot (actually, the voltage value detected by the current detector 40) of the motor M31 is input to the minus terminal of the differential amplifier IC33, the difference value (Iref−Imot) from the target value Iref. ) Is output from the differential amplifier IC33.
[0020]
The difference value (Iref−Imot) is taken by the differential amplifier IC35 to take a difference from the motor current (0V) when the motor is stopped. This difference output is obtained by a pulse width modulation (PWM) signal that determines the motor speed and the rotation direction. Used to generate a signal to be determined.
The PWM signal that determines the motor speed is obtained by comparing the output of the differential amplifier IC35 through the absolute value circuit 38 with the triangular wave output from the triangular wave generating circuit 33 by the comparator IC34. The absolute value circuit 38 is constituted by a full-wave rectifier circuit having operational amplifiers 36 and 37.
A signal for determining the rotation direction of the motor is obtained as a binary signal output by inputting the output of the differential amplifier IC35 to the comparator IC36 and determining whether the signal is positive or negative.
[0021]
NAND circuits 34 and 35 are provided as selection circuits for selectively operating the four MOS-FETs Q31 to 34 of the H-bridge circuit. On the input side of one NAND circuit 35, a PWM signal output from the comparator IC34 and a comparator are provided. The rotation direction signal of the IC 36 output is input to the input side of the other NAND circuit 34 output, and the PWM signal of the comparator IC 34 output and the rotation direction signal obtained by inverting the output of the comparator IC 36 by the inverter IC 37 are input. Four MOS • FETs Q31 to 34 are selected, and the motor M31 is operated by determining the forward and reverse rotational directions and rotational speed. The motor current of the motor M31 during this operation is detected by the current detector 40 and fed back to the input side of the differential amplifier IC35, so that the difference value (Iref−Imot) is set to 0, that is, Iref = Imot. The motor current is controlled.
[0022]
As described above with reference to FIG. 2, the servo control operation of the rotational speed of the motor M31 follows the drive current Imot of the motor M31 to the change of the target command current value Iref given based on the time chart showing the speed change with respect to time. The operation is executed so that the rotation speed of the motor becomes the target speed.
As in the circuit of this embodiment, the control operation is performed by calculating the deviation value of the rotational speed of the motor M31 with respect to the target speed by the microcomputer 30, and further calculating the value corresponding to the drive current to be supplied to the motor M31 as the control target value. The method for obtaining and outputting the analog control target command current value Iref is called software servo. According to this control method, high-speed processing is performed by interrupt processing using an encoder signal or time interval interrupt processing of about several milliseconds.
In this embodiment, for cost reduction and circuit simplification, the AD converter and the DA converter use functions built in the microcomputer 30, and the reference voltage Vref is the power supply voltage used in other circuits. VCC (+ 5V) is used.
[0023]
In order to cause the drive current of the motor M31 to follow the target command current value and perform the servo operation, a Hall current detector is used as the current detector 40 that detects the current value and current direction that actually flows through the motor, and the detected value is It is compared with the target command current value. Hall current detectors detect magnetic flux generated in proportion to current in a non-contact manner by a combination of a magnetic core and a Hall element, and convert the current value into voltage. There are bipolar output and unipolar output types. .
In this embodiment, a unipolar Hall current detector 40 is employed. Note that a detector of a bipolar output type can also be used.
FIG. 4 is a diagram showing a detection characteristic of current versus output voltage of the unipolar Hall current detector used in this embodiment. As shown in the figure, in the case of the unipolar output type, a voltage of +2.5 V is output at 0 ampere when no current flows in the detection portion, that is, when the motor is stopped. ), A voltage of + 2.5V or higher is generated, and when a negative current (motor reverse direction) is generated, a voltage of + 2.5V or lower is generated. It has a detection characteristic in which the output voltage has a linear relationship.
[0024]
When the unipolar type hall current detector 40 is used, the target indication current value at the time of stop is set to a voltage value that is the same as the output voltage at the time of 0 ampere current value of the hall current detector 40. In order to drive in the reverse direction, the output voltage of the current detector 40 when the current value is 0 ampere + 2.5V or more, and to drive in the reverse direction, the output voltage of the current detector 40 when the current value is 0 ampere +2. What is necessary is just to set the voltage below 5V.
If the reference voltage of the DA / AD converter is + 5V and 8-bit resolution, 127 digits is the value of + 2.5V when the motor is stopped, and 127 digits to drive in the forward direction. In order to drive the above values in the reverse direction, a value of 127 digits or less may be set in the DA converter.
[0025]
When driving the motor, the target instruction current value Iref at that time is given as a reference value according to a predetermined time chart (see the illustration and reference in FIG. 2) showing a change in the rotational speed of the motor M31 with respect to time, and PI By the control, a control operation that follows the value is performed.
However, at the start of driving of the motor M31, the PI control operation is not immediately started, and a constant target instruction current corresponding to the forward rotation direction and the reverse rotation direction is set for a certain period of time, and the control operation is performed according to the set value. After the motor actually starts to operate, an appropriate target command current value Iref is determined by PI control along the time chart.
By the way, an offset occurs in the output value of the current detector 40 of the motor M31. When an offset occurs in the output value of the current detector 40, the offset affects the current value input to the motor by the control operation. For example, as described above, a constant target instruction is given to the stopped motor M31. In the worst case (when the offset value is larger than the target value) when starting with the current set, the phenomenon that the motor M31 rotates in the reverse direction even though the target command current in the forward rotation direction is output. Will happen.
[0026]
To improve this bug The As a fixed target command current value Iref at the start of driving, by setting an offset value predicted by the current detector 40, a value that does not cause reversal of the rotation direction, that is, a large value that can cover the offset amount is set. Therefore, this malfunction is not caused.
This will be specifically described with reference to the case where the unipolar type hall current detector 40 is used to set the target instruction current value Iref in the forward rotation direction. FIG. 4 shows the unipolar type hall current detector 40. Shows the characteristics when there is no offset. According to this, the output voltage when the motor is stopped (current value 0 ampere) is + 2.5V, but it is offset to either + or-. If the offset is + or-, a value equal to or greater than the offset value (ie, if the offset value is Δf, the current in the + direction is (2.5+ | Δf |) V or more, When the current is in the negative direction, the target instruction current value Iref is set to a value of (2.5− | Δf |) V or less and a value exceeding the range of the offset generated around + 2.5V. That is, although Imot detected when the motor is stopped varies depending on the offset, if the set target command current value Iref is a value equal to or larger than the offset value regardless of the offset in either the + or − direction, (Iref− Imot) + and-are not reversed, and there is no change in the setting condition of the designated rotation direction.
In this way, the malfunction that the motor M31 rotates in the direction opposite to the set direction is prevented from adversely affecting the control accuracy, and an appropriate control operation is ensured.
[0027]
When a fixed target instruction current is set to the stopped motor M31 and the operation is started, the above Explanation Then, it is assumed that a malfunction occurs due to the offset of the current detector 40 (an operation in which the motor M31 rotates in the reverse direction even though the target instruction current in the forward rotation direction is output). As an element, there is an error due to a steady deviation of a reference voltage referred to in DA conversion and AD conversion in the microcomputer 30.
This error is considerably larger than the error value due to the offset of the current detector 40. Notation If you try to prevent this, the constant target command current value at the start of motor drive will be set to a large value, so the power at the start of drive will increase, causing problems with image reading due to vibration and overshoot. It is not a good idea to prevent malfunctions with this method.
The following examples are Notation By correcting the error due to the steady deviation of the reference voltage Vref without adopting the method, the constant current value at the start of motor driving can be set small, and the motor can be driven with a small current to avoid malfunction. Is.
[0028]
For the error caused by the reference voltage Vref to be corrected here, the reference voltage Vref used for the DA and AD converter functions built in the microcomputer 30 uses the power supply voltage VCC (+5 V) used in other circuits. This is due to variations and fluctuations in the power supply voltage. VCC (5V) used as a reference voltage generally allows an error (steady deviation) of ± 5%. Referring to the example of FIG. 4, when the reference voltage is 5V, the motor current is 0 ampere. Since the output of the current detector at that time is 2.5 V, it is 127 digits after AD conversion. However, when the error is + 5%, it is 121 digits, and when it is -5%, it is 134 digits, resulting in an error of about ± 6 digits. When this value is converted into a current value, it corresponds to about 1.18 A. The same error occurs also in DA conversion using a common reference voltage.
[0029]
The error of the reference voltage Vref affects the target command current value Iref set by the microcomputer 30. In other words, the microcomputer 30 performs PI control based on the deviation between the rotation speed detected from the rotation synchronization pulse signal from the encoder EC31 and a preset target rotation speed, and the target instruction current value Iref is digitally calculated as a setting value for this purpose. This is because the voltage corresponding to the target indicated current value obtained by the digital calculation is DA-converted based on the reference voltage Vref and output (0 to Vref). Here, the digital value obtained as the target instruction current value Iref is adjusted to the current-to-output voltage characteristic in which there is no error in the reference voltage Vref of the DA converter and there is no error in the current detector 40. Since the value is taken, if VCC used as the reference voltage Vref varies from 5V, an error is included in the converted value.
[0030]
The error that occurs at the time of DA conversion is basically the current obtained through the AD converter operating at the same reference voltage as that of the DA converter. A corrected output can be obtained by the output characteristic of the current detector converted according to the value obtained by AD conversion of the output value of the current detector 40 according to the current vs. output voltage characteristic of the detector 40. This is because, when the output voltage of the current detector 40 is AD-converted, the DA converter is also affected by fluctuations in the reference voltage, as is the case with the output voltage of the AD converter.
FIG. 5 shows the influence of the change in the reference voltage on the AD converter on the current vs. output voltage characteristics.
In FIG. 5, a straight line (1) shows a state in which the reference voltage VCC is 5V (255 Digit) and there is no error and the current detector 40 has no error. The reading at 0 (A) is the current detector. Since the output of 40 is 2.5V, it becomes 127 Digit. In the same figure, the current-to-output voltage characteristics after AD conversion when the reference voltage VCC fluctuates by ± α with respect to the same current-to-output voltage characteristics are represented by a straight line (2) and a straight line (3) with the straight line (1) as the center. The straight line {circle over (2)} outputs the reading value of the current detector 40 as a small value because Vcc becomes as high as (5 + α) V. Further, since the line (3) has a low VCC (5-α) V, the reading value of the current detector 40 is output as a large value.
[0031]
Next, a method for correcting the target command current value Iref in accordance with the current-to-output voltage characteristic after AD conversion (reading value) of the current detector 40 showing the above-described change according to the change of the reference voltage VCC. Is described below.
FIG. 6 is a diagram for explaining this correction method, where the horizontal axis is the target command current value (motor current), and the vertical axis is the digital value corresponding to the output voltage (control value) for setting the target command current value. It is.
In FIG. 6, a straight line (1) (solid line) indicates a control value set under the assumption that the motor current detector 40 has no error such as an offset and the reference voltage VCC is in an ideal state of + 5V. In the case of 8-bit resolution, + 5V corresponds to 255 digits, and when the current value is 0, it is + 2.5V (127 digits) and has a slope according to the ideal current-to-output voltage characteristics of the current detector 40 as shown in the figure. .
The straight line indicated by the straight line (2) (broken line) in the figure shows the current-to-output voltage characteristic (reading value) after the AD conversion of the current detector 40 in a state where the reference voltage VCC is higher than (5 + α) V and + 5V. (Corresponding to the straight line (2) in FIG. 5), and by matching the current vs. output voltage characteristics of the DA converter that outputs the target command current value Iref to the straight line (2), the error of the reference voltage VCC Can be obtained as a control value.
[0032]
In the present invention, the current-to-output voltage characteristic value (read value) of the current detector 40 is obtained based on the voltage value actually detected when the motor drive current is zero.
Here, an example is given and demonstrated about how to obtain | require the electric current versus output voltage characteristic value (reading value) of the current detector 40 shown by the straight line (2).
As a procedure, first, the detected output voltage value when the current detector 40 is 0 (A) is converted by the AD converter of the microcomputer 30, the digital value is read, and the value is indicated as a target instruction at 0 (A). The current value. Further, the difference β is obtained by subtracting the digital value indicating the target instruction current value at 0 (A) detected earlier from the value (127 digits) at 0 (A) of the straight line (1).
Furthermore, in this example, as shown in FIG. 6, since a difference of β occurs with respect to the change of 40A, DA conversion for outputting the target command current value Iref given in advance by the straight line (1) It is necessary to correct β / 40 for the current vs. output voltage characteristics of the device. For example, the value at +20 A is obtained by subtracting β from the value at +20 A of the straight line {circle around (1)} prepared in advance by the calculation of the microcomputer 30 (value on the straight line {circle around (3)} in FIG. 6). By subtracting 20 × β / 40. In general, the digital value of the straight line (2) = (digital value of the straight line (1)) − β− (target indicated current value Iref × β / 40). A digital value representing the output voltage corresponding to the value (reading value), that is, the target instruction current value Iref (indicated in this example by −40 A to +40 A) obtained by the calculation of the microcomputer 30 is obtained.
[0033]
Actually, the microcomputer 30 prepares a current vs. output voltage characteristic straight line indicated by a straight line (2) in FIG. 6 in a table or the like, and indicates a target instruction by a speed deviation between the current rotational speed of the motor M31 and the target speed. When the current value is determined, a digital value corresponding to the current value is obtained by referring to the table, and the obtained digital value is DA-converted and output as a voltage value indicating the target instruction current value. Since the output voltage value is a value in which the error of the reference voltage VCC is corrected, a normal control operation can be performed by taking a difference from the detected value of the motor current detector 40.
Thus, by matching the current-to-output voltage characteristic of the DA converter that outputs the target indicated current value Iref to the current-to-output voltage characteristic of the current detector 40 after AD conversion that changes due to the fluctuation of the reference voltage VCC, the digital An error of the reference voltage Vref can be corrected in the course of the conversion process in which the voltage corresponding to the target indicated current value obtained by the calculation is DA-converted and output, and a correct value can be output, and the error due to the reference voltage Vref is corrected. As a result, the constant current value set as the target value at the start of motor driving can be set small, and the motor can be driven with a small current, so there is no occurrence of vibration or overshoot.
[0034]
According to the above embodiment, the constant current value at the start of motor driving can be set small. However, when the fluctuation of the offset of the motor current detector 40 that causes the malfunction becomes abnormally large, the constant current value at the start of motor driving is set. The above-mentioned malfunction is likely to occur only by setting the current value small.
As a countermeasure, in this embodiment, when the value obtained by AD conversion of the output value of the motor current detector 40 when the motor is stopped exceeds a predetermined difference β, the current detector is abnormal or the power supply voltage is abnormal. It is determined that the system is stopped abnormally. This criterion is determined in consideration of variations in power supply voltage and output variations of the current detector.
The timing for detecting the abnormality is appropriate to correct the error of the reference voltage VCC before the scanner is activated when the system power is turned on and when the scanner is stopped between system jobs. Since it can be considered, abnormality detection is performed at this timing.
[0035]
【The invention's effect】
D In the control of the C servo motor, a reference generated in the DA conversion of the microcomputer that sets the target indicated current value by matching the current-to-output voltage characteristic of the DA converter that outputs the target indicated current value with the output characteristic value of the current detector. Since the error due to fluctuations from the reference value of voltage (common to AD conversion and DA conversion) is corrected, it is set as the target value at the start of motor drive so Since the constant current value can be set to a minimum and the motor can be driven with a small current, an appropriate control operation can be performed without causing vibration or overshoot. In addition, when applied to a scanner, by suppressing the current at the start of motor drive, it is not necessary to set an excessive target instruction current value at the start of motor drive, and an impact generated when a large setting is made is given to the scanner unit. By avoiding this problem and providing the scanner in the image processing apparatus, it is possible to improve the jitter at the leading edge of the image.
Furthermore, when the error due to fluctuations from the reference value of the reference voltage is corrected, the possibility of malfunction due to the offset of the current detector (reversal of the set rotation direction) increases, so the output value of the current detector The AD converted value is monitored, and when it exceeds a pre-defined value, it is judged that the current detector is abnormal or the power supply voltage is abnormal, and the system is stopped abnormally. Can prevent damage to the machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a scanner of an image forming apparatus such as a copying machine to which the present invention is applied.
FIG. 2 shows a temporal change in the rotational speed of a DC servo motor necessary for driving the scanner.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of an embodiment of a servo control device according to the present invention.
FIG. 4 shows current vs. output voltage detection characteristics of a unipolar Hall current detector.
FIG. 5 shows an influence on current vs. output voltage characteristics due to a change in reference voltage in an AD converter.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for correcting a target command current value in accordance with a current-to-output voltage characteristic of a current detector.
[Explanation of symbols]
30 ... Microcomputer, M31 ... DC servo motor,
EC31 ... encoder, 40 ... current detector,
IC33, IC35 ... differential amplifier, IC34, IC36 ... comparator,
38 ... Absolute value circuit, 33 ... Triangular wave generation circuit,
Q31-34 ... MOS-FETs constituting an H-type bridge circuit

Claims (6)

モータの回転方向を含む回転速度を検出する回転速度検出手段、該検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段、及び、前記モータを流れる電流値を検出する電流検出器を備え、該電流検出器により検出したモータの駆動電流を前記目標指示電流値に追従させてサーボ動作を行うサーボ制御装置において、
前記目標指示電流値をそれに見合った電圧に変換するDA変換器の電流対出力電圧特性を、該DA変換器と共通のリファレンス電圧で動作するAD変換器を通して得られる前記電流検出器の電流対出力電圧特性に合わせることにより、DCサーボモータが前記リファレンス電圧の影響で誤動作しないようにしたことを特徴とするサーボ制御装置。
A rotation speed detection means for detecting a rotation speed including a rotation direction of the motor, a means for calculating a target instruction current value from a deviation value between the rotation speed detected by the detection means and a preset rotation target speed, and the motor In a servo control device comprising a current detector for detecting a flowing current value, and performing a servo operation by following the target instruction current value with the motor drive current detected by the current detector,
A current-to-output voltage characteristic of a DA converter that converts the target indicated current value into a voltage corresponding to the target indicated current value is obtained through an AD converter that operates with a common reference voltage with the DA converter. A servo control device characterized in that a DC servo motor is prevented from malfunctioning due to the influence of the reference voltage by adjusting to voltage characteristics .
請求項1に記載されたサーボ制御装置において、検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段はマイコンであって、前記AD変換器及びDA変換器はいずれも前記マイコンに内蔵された機能によるものであることを特徴とするサーボ制御装置。 2. The servo control device according to claim 1, wherein the means for calculating a target instruction current value from a deviation value between the rotation speed detected by the detection means and a preset rotation target speed is a microcomputer, the AD converter and The D / A converter is a function of a built-in function of the microcomputer . 請求項1または2に記載されたサーボ制御装置において、前記電流検出器は、前記モータに電流が流れていないとき、固定電圧を出力し、前記モータに正転方向又は逆転方向の電流が流れているときは、この電流の向きに応じて、前記固定電圧を中心としてリニアな電圧を出力することにより、前記モータに流れる電流値及び向きを検出するモータ電流検出器であることを特徴とするサーボ制御装置。3. The servo control device according to claim 1 , wherein the current detector outputs a fixed voltage when no current flows through the motor, and a current in the forward or reverse direction flows through the motor. A servo current detector that detects a value and a direction of a current flowing in the motor by outputting a linear voltage centered on the fixed voltage according to the direction of the current. Control device. 請求項2または3に記載されたサーボ制御装置において、前記マイコンは、DCサーボモータ停止時の前記電流検出器の出力値をAD変換して得た値が所定の値を越えたときに、装置の動作を停止させることを特徴とするサーボ制御装置。4. The servo control device according to claim 2 , wherein when the value obtained by AD converting the output value of the current detector when the DC servo motor is stopped exceeds a predetermined value, the microcomputer servo controller according to claim Rukoto the operation is stopped. 請求項1乃至4のいずれかに記載サーボ制御装置によりDCサーボモータを正逆回転させ、その回転力により原稿の読み取り走査手段の移動制御を行うことを特徴とするスキャナー To rotate forward and backward more DC servo motor to the servo control device according to any one of claims 1 to 4, scanner and performs movement control of the reading scanning means of the document by the rotational force. 請求項5に記載されたスキャナーを備えた画像処理装置 An image processing apparatus comprising the scanner according to claim 5 .
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