JP4298354B2 - 位置制御システムおよび位置制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源の駆動力を動力伝達機構を介して被駆動部材に伝達する駆動系に用いられる位置制御システムおよび位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
駆動源と被駆動部材との間には通常、動力伝達機構が設けられている。プリンター等の多色画像形成装置の現像器切替え器のように、比較的大きな慣性をもつ被駆動部材（負荷）を位置制御する場合には、駆動源であるモータの効率、配置等を考えて、モータと負荷の間をギア列等の動力伝達機構で結合する場合が多い。
【０００３】
また、駆動源が直流モータの場合には、高速駆動している場合に効率が良いのでこの傾向が強い。
【０００４】
ところで、動力伝達機構にはギア列のバックラッシやガタ等のいわゆる機械的不感帯（以下、遊びという）が必ず存在するが、ロータリエンコーダなどの位置検出器を負荷に直接結合すると、ギア列等の遊びにより制御系が不安定になりやすい。
【０００５】
また必要な解像度を得るのに高パルスのエンコーダが必要となりコストが高くなる。
【０００６】
そこで、位置検出器をモータ軸に結合する場合が多く、これはいわゆるセミクローズ制御系と称される。
【０００７】
また、高精度かつ静粛に位置制御するために、特許文献１に記載されたような速度テーブルによってモータを制御する方法がよく行われている。
【０００８】
また、制御法に関しては種々の手法が提案されているが、設計調整のしやすさ、特別なハードが不要なことから、特許文献２で提案されているような比例積分微分制御（以下、ＰＩＤ制御と略称する。また、比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）をＰと、積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）をＩと、微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）をＤと略称する）がよく用いられている。
【０００９】
モータが目標位置に達するまでの理想的なモータの速度値を速度テーブルとして記憶させ、実際のモータの速度値と速度テーブルから読み出した速度値のズレをＰＩＤ制御によって修正するものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５７−１３２７９７号公報
【特許文献２】
特開平９−１２８０３３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように動力伝達機構には遊びが存在するが、例えば、多色画像形成装置の現像器切替え器のような比較的大きな慣性をもつ被駆動部材を駆動する場合は、減速比を大きくとるので動力伝達機構の遊びも大きくなる。
【００１２】
この遊びによるズレを考慮すると、被駆動源の停止位置での精度を高めるためには、駆動源が停止する直前まで駆動源と被駆動部材との慣性負荷が分離しないことが望ましい。
【００１３】
このような駆動系をセミクローズ系でＰＩＤ制御により位置制御する場合、速度テーブルにより得られた目標位置と実際のモータの駆動位置とズレを早く解消しようとして積分ゲインを大きくすると、簡単に発振してしまうことがある。
【００１４】
積分ゲインが大きい場合は、モータの実際の駆動位置が速度テーブルを基に得られた位置よりも少しでも進み過ぎてしまうと、モータがその向きを反転させようとする。
【００１５】
これに対して、被駆動体は自身の慣性によりそれまでと同じ方向に進もうとする。
【００１６】
動力伝達部材に遊びがあるために、反転させようとするモータと慣性で進もうとする被駆動部材との間で衝突が起こる。
【００１７】
これは、モータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早いとは言えない場合に生じやすい。
【００１８】
通常、速度テーブルは、モータが徐々に駆動速度を上げていき、目標位置に近づくと徐々に駆動速度を下げるように設定されている。
【００１９】
したがって、積分ゲインが大きいと、駆動速度の遅い駆動開始付近と、駆動停止付近を除いた個所では、衝突離脱を繰り返してしまい大きな振動を発生してしまう恐れがある。
【００２０】
しかし、この振動を抑制しようとして積分ゲインを小さくすると、停止するための収束に時間がかかったり、残差が大きくなってしまったりする恐れがある。
【００２１】
そこで、本発明は、動力伝達機構に遊びが存在し、かつ駆動源に位置検出手段が結合されている場合でも、被駆動部材を正確に位置制御することができるようにした位置制御システムおよび位置制御方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願第１の発明にかかる制御方法は、動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記駆動源に速度指令値を出して速度制御を行う駆動装置に適用され、前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように制御を行う位置制御方法であって、前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量とを比較するステップと、前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を求めるステップと、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により前記駆動源を位置制御するステップと、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により前記駆動源を位置制御するステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
同様に上記の目的を達成するために、本願第２の発明にかかる制御システムは、駆動源と、前記駆動源の出力を被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段と、速度指令値を用いて前記駆動源の速度制御を行って前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように前記駆動源の位置制御を行う駆動制御手段とを備えた位置制御システムであって、前記駆動制御手段は、比例演算、積分演算および微分演算が可能な演算器を有し、前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を得て、前記目標位置までの残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により位置制御を行い、前記残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により位置制御を行うことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である位置制御システムのブロック図である。
【００２５】
図１では、各構成要素の電気的な接続を点線で、機械的な接続を実線で示す。
【００２６】
ロータリエンコーダ２（位置検出手段）は、駆動源である直流モータ４の軸に伝達機構を介さずに直接取り付けられている。
【００２７】
また、ロータリエンコーダ２は位置カウンタ１に接続され、回転方向の情報を含むパルス信号を位置カウンタ１に出力する。
【００２８】
このパルス信号を位置カウンタ１でアップダウンカウントすることによって、モータ４の駆動位置（回転量）情報を得ることができる。
【００２９】
ギア列（単数のギア列からなるものも含む）５（動力伝達機構）は、モータ４で発生した回転を減速するとともにトルクを増大させる。
【００３０】
また、ギア列５には機械的な不感帯としての遊びが存在し、その量はあらかじめ計測することによりほぼ正確に知ることができる。
【００３１】
記憶回路７には、負荷としての被駆動部材６を位置制御する際の速度テーブル（速度指令値）および制御の諸パラメータが記憶されている。
【００３２】
記憶回路７はマイコン３（駆動制御手段）に接続し、マイコン３の要求に応じて、上記速度テーブル等を出力する。
【００３３】
また、マイコン３は記憶回路７あるいは不図示の記憶媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって各実施形態における処理を行う。
【００３４】
マイコン３は記憶回路７から読み出した速度テーブルを積分して得られる指令位置と、位置カウンタ１から得られた現在の駆動位置とを比較して、位置偏差に対して比例、積分、微分演算等を行い、直流モータ４に与える駆動信号のパルス幅（デューティー比）を増減制御することによって直流モータ４を速度テーブルの速度指令値に追従させる。
【００３５】
図２は、位置制御システムにおけるマイコンを中心とした制御回路の詳細なブロック図である。
【００３６】
図２において、１、２は位置カウンタとロータリエンコーダ、３はマイコン、４は直流モータである。１１は速度テーブルを記憶する記録回路７内の速度テーブル記憶部、１２は積分回路、１３は微分回路、１４は積分回路、１５は比例ゲイン回路、１６は微分ゲイン回路、１７は積分ゲイン回路、１８はギア列５の機械的な遊び量のデータを記憶する記憶回路７内の遊び量記憶部、１９はマイコン内部のメモリの定数記憶部、２０はスイッチ、２１は目標位置のデータを記憶する記憶回路７内の目標位置記憶部、２２は比例ゲイン回路、微分ゲイン回路およびスイッチ２０の出力を加算する加算器、２３はＰＷＭドライバ、２４は目標位置記憶部２１から読み出した目標位置のデータから位置カウンタ１の出力を減算する減算器、２５は減算器２４の出力から遊び量記憶部１８から読み出した遊び量のデータを減算する減算器、２６は積分回路１２の出力から位置カウンタ１の出力を減算する減算器である。
【００３７】
また、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置（以下、現在位置という）のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄはあらかじめ遊び量記憶部８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【００３８】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。比例ゲイン回路１５によってＰ（比例）演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ（微分）演算器が構成され、積分回路１４および積分ゲイン回路１７によってＩ（積分）演算器が構成されている。
【００３９】
図３は、上記マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。なお、図中ではステップをＳと略している。
【００４０】
ステップ１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【００４１】
ステップ２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別する。目標位置Ｃに達していればステップ９へ進み、達していなければステップ３に進む。
【００４２】
ステップ３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【００４３】
ステップ４では、ステップ３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【００４４】
ステップ５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ６、小さければステップ７に進む。
【００４５】
ステップ６では、ステップ４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力と、定数記憶部１９に記憶された定数０を加算して速度指令信号を生成する。
【００４６】
ステップ７では、Ｐ演算器１５、Ｄ演算器１３、１６およびI演算器１４、１７の出力をすべて加算して速度指令信号を生成する。
【００４７】
ステップ８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【００４８】
ステップ６での定数記憶部１９に記憶された値と、ステップ７でのＩ演算器１４、１７の出力との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【００４９】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を定数記憶部１９側に切り換えて、加算器２２によりＰ演算の結果とＤ演算の結果のみを加算させる。一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０をＩ演算器１４、１７側に切り換えて、加算器２２によりＰ演算の結果、Ｄ演算の結果、および、Ｉ演算の結果のすべてを加算させる。
【００５０】
ステップ８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ１からステップ８までを繰り返し行う。
【００５１】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ２からステップ９へ進む。
【００５２】
ステップ９では、ＰＷＭドライバ２３への出力を０とし、モータ４を停止させる。
【００５３】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間は積分制御を行わずにＰＤ制御のみを行う。Ｉ制御を行わないので、モータ４が発振を行わないのでモータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【００５４】
その後、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、ＰＩＤ制御を行う。
【００５５】
これにより、停止時の収束を早くすることができる。残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さいときは、モータの目標位置Ｂまでの距離があとわずかであるため、速度テーブルによってモータの駆動速度は遅く設定されている。
【００５６】
つまり、モータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっている。
【００５７】
したがって、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大幅に進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振を起こさずにゲインを高めることができる。
【００５８】
なお、ディジタル回路で積分を実現する場合は、オーバーフローを防ぐために演算値の最大値に上限を設けるとよい。
【００５９】
図９は、ギア列５等の動力伝達機構の遊び量の検出シーケンスを表すフローチャートである。このフローチャートの動作は、位置制御システムの初期化時などに、所定の駆動開始位置でだけ行えばよい。
【００６０】
ステップ４１では、マイコン３はモータ４を微速で通常の進行方向と逆方向に駆動、すなわち後退させる。
【００６１】
ステップ４２では、モータが負荷側に突き当たることにより速度が０、あるいは、突き当たる衝撃でバウンドして速度が正（通常の進行方向）となる位置を検出する。
【００６２】
このとき、負荷側を駆動せずにモータ４のみを駆動可能なように、モータのトルクは小さく設定されている。
【００６３】
この位置の検出ができた場合はステップ４３及びステップ４４進み、位置の検出ができなければステップ４１を繰り返す。
【００６４】
ステップ４３では、ステップ２で検出した位置をＰ０として記憶回路７に記憶させる。このＰ０は動力伝達機構による遊びの一端の位置を示している。
【００６５】
ステップ４４では、モータ４と被駆動部材６を駆動するために必要なトルクを得るために十分なステップ状の駆動指令を与えて、モータ４を通常の進行方向に駆動する。このときのモータ４の速度変化を示したのが図１０である。
【００６６】
ステップ４５では、モータが負荷側に突き当たって動力伝達機構が弾性変形を開始するため、モータ４の加速度が正から負へと変化する位置を検出する。
【００６７】
この位置の検出ができた場合はステップ４６及びステップ４７に進み、位置の検出ができなければステップ４４を繰り返す。
【００６８】
ステップ４６では、ステップ４５で検出した位置をＰ１として記憶回路７に記憶させる。このＰ１は動力伝達機構による遊びが最大のときの遊びの他端の位置を示している。
【００６９】
ステップ４７では、Ｐ１−Ｐ０を計算して、動力伝達機構の最大遊び量Ｄを求める。
【００７０】
ステップ４８では、ステップ４７で求めた最大遊び量Ｄを遊び量記憶部１８に記憶させる。
【００７１】
なお、被駆動部材６をロック保持する固定機構がある場合には、あらかじめ被駆動部材６を固定しておくとよい。
【００７２】
なお、本実施形態では、駆動源として直流モータを用いる場合について説明したが、ギア列等の動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動し、駆動源の出力部の駆動位置を位置センサより取得した位置に基づいて駆動源のフィードバック制御を行う駆動系であれば、どのような駆動源を用いてもよい。
【００７３】
例えば、図４には、振動型モータを用いた、カメラ等のレンズ鏡筒の駆動ユニットを示している。
【００７４】
６０はペンシル型の振動型モータ、５０はギア、５２はギアであり５０とともに減速ギア列ユニット（動力伝達機構）を構成している。５４はパルス板、５３はこのパルス板５４とともに位置検出器を構成するフォトインタラプタ等からなるエンコーダである。
【００７５】
５１はギア５０と噛みあう被駆動部材（負荷）としてのレンズ鏡筒の構成部品であり、例えば、ズームレンズを光軸方向に駆動するカムリング等である。
【００７６】
なお、振動型モータ６０は、弾性体６１と、弾性体６１に固定された圧電素子６２と、弾性体６１の端面にバネ力により圧接されているロータ６３と、ロータ６３と一体に回転し、ギア５２と噛みあうギア６４とを有している。
【００７７】
圧電素子６２への交番信号を供給することによって弾性体６１の端面には進行波が発生し、この弾性体６１の端面に圧接しているロータ６３が回転駆動される。
【００７８】
そして、ロータ６３の回転は、ギア６４からギア列ユニット５２、５０を介してレンズ鏡筒の構成部材５１に伝達される。
【００７９】
この例では振動型モータを使っているが、ギア列によりトルクを伝達しているため本実施形態と同様の制御方法が有効である。
【００８０】
なお、振動型モータを駆動源とした場合は、圧電素子６２に供給する交番信号のパルス幅を調整することにより駆動速度を制御することができるが、交番信号の周波数を調整することによって駆動速度を制御するほうが、より広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００８１】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態である位置制御システムにおけるマイコン３を中心とした制御回路の詳細なブロック図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同じ符号を付している。
【００８２】
図５において、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄは第１実施形態と同様な方法であらかじめ遊び量記憶部１８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【００８３】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。比例ゲイン回路１５によってＰ演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ演算器が構成されている。
【００８４】
本実施形態では第１実施形態と異なり、積分回路１４、積分ゲイン回路１７、第２の積分ゲイン回路２７およびスイッチ２０によってI演算器が構成されている。
【００８５】
第２の積分ゲイン回路２７は、積分ゲイン回路１７よりもそのゲインが小さい。
【００８６】
図６は、マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。
【００８７】
ステップ１１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１の出力より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【００８８】
ステップ１２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別し、達していなければステップ１３に進む。
【００８９】
ステップ１３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【００９０】
ステップ１４では、ステップ１３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【００９１】
ステップ１５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ１６、小さければステップ１７に進む。
【００９２】
ステップ１６では、ステップ１４でメモリに記憶した値を入力値として、ゲインが小さいほうの第２の積分ゲイン回路２７を用いたＩ演算器１４、２７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【００９３】
ステップ１７では、ステップ１４でメモリに記憶した値を入力値として、ゲインが大きいほうの積分ゲイン回路１７を用いたＩ演算器１４、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【００９４】
ステップ１８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【００９５】
積分ゲイン回路１７と、第２の積分ゲイン回路２７との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【００９６】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を第２の積分ゲイン回路２７側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより小さいときよりも小さなゲインで積分制御を行う。
【００９７】
一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０を積分ゲイン回路１７側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいときよりも大きなゲインで積分制御を行う。
【００９８】
ステップ１８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ１１からステップ１８までを繰り返し行う。
【００９９】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ１２からステップ１９へ進む。
【０１００】
ステップ１９では、ＰＷＭドライバへの出力を０とし、モータ４を停止させる。
【０１０１】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間はＩ演算器のゲインを小さくし、制御余裕を大きくしてＰＩＤ制御を行う。
【０１０２】
これにより、モータ４が発振を小さくすることができ、モータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【０１０３】
さらに、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、Ｉ演算器のゲインを大きくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、第１実施形態と同様に停止時の収束を早くすることができる。このときのモータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっているため、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大きく進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振を起こさずにゲインを高めることができる。
【０１０４】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態である位置制御システムにおけるマイコン３を中心とした制御回路の詳細なブロック図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付している。
【０１０５】
図７において、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄは第１実施形態と同様な方法であらかじめ遊び量記憶部１８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【０１０６】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。
【０１０７】
比例ゲイン回路１５によってＰ演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ演算器が構成されている。
【０１０８】
本実施形態では第１、２実施形態と異なり、積分回路２８、第２積分回路２９、スイッチ２０、積分ゲイン回路１７によってＩ演算器が構成されている。第２の積分回路２９は積分回路２８よりもＩ演算器の上限値が小さい。
【０１０９】
図８は、マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。
【０１１０】
ステップ２１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【０１１１】
ステップ２２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別し、達していなければステップ２３に進む。
【０１１２】
ステップ２３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【０１１３】
ステップ２４では、ステップ２３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【０１１４】
ステップ２５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ２６、小さければステップ２７に進む。
【０１１５】
ステップ２６では、ステップ２４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｉ演算器の上限値が小さいほうの第２の積分回路２９を用いたＩ演算器２９、２０、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力を加算して速度指令信号を生成する。
【０１１６】
ステップ２７では、ステップ２４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｉ演算器の上限値が大きいほうの積分回路２８を用いたＩ演算器２８、１０、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【０１１７】
ステップ２８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【０１１８】
積分回路２８と、第２の積分回路２９との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【０１１９】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を第２の積分回路２９側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより小さいときよりもＩ演算の上限値を小さくして積分制御を行う。
【０１２０】
一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０を積分回路２８側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいときよりもＩ演算の上限値を大きくして積分制御を行う。
【０１２１】
ステップ２８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ２１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ２１〜ステップ２８を繰り返し行う。
【０１２２】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ２２からステップ２９へ進む。
【０１２３】
ステップ２９では、ＰＷＭドライバ２３への出力を０とし、モータ４を停止させる。
【０１２４】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間はＩ演算の上限値を小さくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、モータ４がオーバーシュートしにくく、つまり、発振を行いにくくすることができ、モータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【０１２５】
さらに、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、Ｉ演算の上限値を大きくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、第１実施形態と同様に停止時の収束を早くすることができる。
【０１２６】
このときのモータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっているため、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大きく進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振等を起こさずにゲインを高めることができる。
【０１２７】
（第４実施形態）
図１１は、上述した位置制御システムを備えた多色画像形成装置の構成を示す図である。
【０１２８】
３０は表面にレーザー光等を受けて感光し、潜像を形成する感光ドラム、３２は感光ドラム３０に形成された潜像に順に各色の感光剤を付加することによって可視像を現出させる回転型現像器、３１は回転型現像器３２によって現像された単色の可視画像を記録シートに転写し、各色の可視画像を重ね合わせることによってカラー画像を形成する中間転写ドラムである。
【０１２９】
被駆動部材の慣性が大きく、また動力伝達機構の遊びが大きい系に対して上述した位置制御システムは有効である。
【０１３０】
図１１でいえば、回転型現像器３２、感光ドラム３０および中間転写ドラム３１が被駆動部材にあたる。
【０１３１】
図１２は、図１１に示した回転型現像器の部分拡大図である。駆動源である直流モータ３５には、ロータリエンコーダ３６が直結されていて、直流モータ３５の位置を検出できるようになっている。
【０１３２】
モータ駆動力は、ギア列３３、３４（動力伝達機構）によって被駆動部材である回転型現像器３２に導かれている。
【０１３３】
回転型現像器３２は、各色の現像剤を含むカートリッジを保持するような機構となっていて、決められた色順となるよう現像位置に配置されている。
【０１３４】
図１３は、図１１に示した感光ドラム３０および中間転写ドラム３１の部分拡大図である。感光ドラム３０および中間転写ドラム３１には、それぞれギア列３７〜４３を介してモータ３５から駆動力が導かれる。
【０１３５】
ギア列４０は段ギア列となっていて、感光ドラム３０と中間転写体ドラム３１の２つの負荷に動力を分配している。
【０１３６】
回転型現像器３２が大きな慣性モーメントを持っていて、さらにギア列の段数が多く、その減速比も大きいため、エンコーダ３６から見た被駆動部材の遊び量は大きな値となる。
【０１３７】
したがって、頭出し等のためにこれらの駆動系を位置出しする場合、上述した位置制御方法は非常に有効な手段となる。
【０１３８】
なお、上記実施形態では、レンズ鏡筒や画像形成装置の駆動系に本発明の実施形態にかかる位置制御方法を適用した場合について説明したが、これらに限らず、駆動源の駆動力を動力伝達機構を介して被駆動部材に伝達する駆動系を有した各種機器に適用することができる。
【０１３９】
また、本実施形態を実行するためのプログラム、及び、このプログラムを格納した記憶媒体についても同様に適用することができるものである。
【０１４０】
さらに、以上説明した各実施形態は、上記各発明を実施した場合の一例でもあり、上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動源の駆動位置を検出して被駆動部材の位置制御を行う場合であっても、機械的不感帯が存在する動力伝達機構の初期条件にかかわらず、特別な機構や部品を用いることなく、安定して正確な被駆動部材の位置制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の位置制御システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図３】第１実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図４】第１実施形態の位置制御システムを適用するレンズ鏡筒の駆動ユニットの断面図。
【図５】本発明の第２実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図６】第２実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図７】本発明の第３実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図８】第３実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態の位置制御システムにおける遊び量の検出フローチャート。
【図１０】上記位置制御システムにおける遊び量の検出方法の説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態である、上記各実施形態の位置制御システムを適用する多色画像形成装置の断面図。
【図１２】図１１の多色画像形成装置の回転型現像器を示す図。
【図１３】図１１の多色画像形成装置の感光ドラムと中間転写ドラムを示す図。
【符号の説明】
１：位置カウンタ
２：エンコーダ
３：マイコン
４：直流モータ
５：ギア列
６：被駆動部材
７：記憶回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源の駆動力を動力伝達機構を介して被駆動部材に伝達する駆動系に用いられる位置制御システムおよび位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
駆動源と被駆動部材との間には通常、動力伝達機構が設けられている。プリンター等の多色画像形成装置の現像器切替え器のように、比較的大きな慣性をもつ被駆動部材（負荷）を位置制御する場合には、駆動源であるモータの効率、配置等を考えて、モータと負荷の間をギア列等の動力伝達機構で結合する場合が多い。
【０００３】
また、駆動源が直流モータの場合には、高速駆動している場合に効率が良いのでこの傾向が強い。
【０００４】
ところで、動力伝達機構にはギア列のバックラッシやガタ等のいわゆる機械的不感帯（以下、遊びという）が必ず存在するが、ロータリエンコーダなどの位置検出器を負荷に直接結合すると、ギア列等の遊びにより制御系が不安定になりやすい。
【０００５】
また必要な解像度を得るのに高パルスのエンコーダが必要となりコストが高くなる。
【０００６】
そこで、位置検出器をモータ軸に結合する場合が多く、これはいわゆるセミクローズ制御系と称される。
【０００７】
また、高精度かつ静粛に位置制御するために、特許文献１に記載されたような速度テーブルによってモータを制御する方法がよく行われている。
【０００８】
また、制御法に関しては種々の手法が提案されているが、設計調整のしやすさ、特別なハードが不要なことから、特許文献２で提案されているような比例積分微分制御（以下、ＰＩＤ制御と略称する。また、比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）をＰと、積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）をＩと、微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）をＤと略称する）がよく用いられている。
【０００９】
モータが目標位置に達するまでの理想的なモータの速度値を速度テーブルとして記憶させ、実際のモータの速度値と速度テーブルから読み出した速度値のズレをＰＩＤ制御によって修正するものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５７−１３２７９７号公報
【特許文献２】
特開平９−１２８０３３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように動力伝達機構には遊びが存在するが、例えば、多色画像形成装置の現像器切替え器のような比較的大きな慣性をもつ被駆動部材を駆動する場合は、減速比を大きくとるので動力伝達機構の遊びも大きくなる。
【００１２】
この遊びによるズレを考慮すると、被駆動源の停止位置での精度を高めるためには、駆動源が停止する直前まで駆動源と被駆動部材との慣性負荷が分離しないことが望ましい。
【００１３】
このような駆動系をセミクローズ系でＰＩＤ制御により位置制御する場合、速度テーブルにより得られた目標位置と実際のモータの駆動位置とズレを早く解消しようとして積分ゲインを大きくすると、簡単に発振してしまうことがある。
【００１４】
積分ゲインが大きい場合は、モータの実際の駆動位置が速度テーブルを基に得られた位置よりも少しでも進み過ぎてしまうと、モータがその向きを反転させようとする。
【００１５】
これに対して、被駆動体は自身の慣性によりそれまでと同じ方向に進もうとする。
【００１６】
動力伝達部材に遊びがあるために、反転させようとするモータと慣性で進もうとする被駆動部材との間で衝突が起こる。
【００１７】
これは、モータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早いとは言えない場合に生じやすい。
【００１８】
通常、速度テーブルは、モータが徐々に駆動速度を上げていき、目標位置に近づくと徐々に駆動速度を下げるように設定されている。
【００１９】
したがって、積分ゲインが大きいと、駆動速度の遅い駆動開始付近と、駆動停止付近を除いた個所では、衝突離脱を繰り返してしまい大きな振動を発生してしまう恐れがある。
【００２０】
しかし、この振動を抑制しようとして積分ゲインを小さくすると、停止するための収束に時間がかかったり、残差が大きくなってしまったりする恐れがある。
【００２１】
そこで、本発明は、動力伝達機構に遊びが存在し、かつ駆動源に位置検出手段が結合されている場合でも、被駆動部材を正確に位置制御することができるようにした位置制御システムおよび位置制御方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願第１の発明にかかる制御方法は、動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記駆動源に速度指令値を出して速度制御を行う駆動装置に適用され、前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように制御を行う位置制御方法であって、前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量とを比較するステップと、前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を求めるステップと、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により前記駆動源を位置制御するステップと、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により前記駆動源を位置制御するステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
同様に上記の目的を達成するために、本願第２の発明にかかる制御システムは、駆動源と、前記駆動源の出力を被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段と、速度指令値を用いて前記駆動源の速度制御を行って前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように前記駆動源の位置制御を行う駆動制御手段とを備えた位置制御システムであって、前記駆動制御手段は、比例演算、積分演算および微分演算が可能な演算器を有し、前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を得て、前記目標位置までの残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により位置制御を行い、前記残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により位置制御を行うことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である位置制御システムのブロック図である。
【００２５】
図１では、各構成要素の電気的な接続を点線で、機械的な接続を実線で示す。
【００２６】
ロータリエンコーダ２（位置検出手段）は、駆動源である直流モータ４の軸に伝達機構を介さずに直接取り付けられている。
【００２７】
また、ロータリエンコーダ２は位置カウンタ１に接続され、回転方向の情報を含むパルス信号を位置カウンタ１に出力する。
【００２８】
このパルス信号を位置カウンタ１でアップダウンカウントすることによって、モータ４の駆動位置（回転量）情報を得ることができる。
【００２９】
ギア列（単数のギア列からなるものも含む）５（動力伝達機構）は、モータ４で発生した回転を減速するとともにトルクを増大させる。
【００３０】
また、ギア列５には機械的な不感帯としての遊びが存在し、その量はあらかじめ計測することによりほぼ正確に知ることができる。
【００３１】
記憶回路７には、負荷としての被駆動部材６を位置制御する際の速度テーブル（速度指令値）および制御の諸パラメータが記憶されている。
【００３２】
記憶回路７はマイコン３（駆動制御手段）に接続し、マイコン３の要求に応じて、上記速度テーブル等を出力する。
【００３３】
また、マイコン３は記憶回路７あるいは不図示の記憶媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって各実施形態における処理を行う。
【００３４】
マイコン３は記憶回路７から読み出した速度テーブルを積分して得られる指令位置と、位置カウンタ１から得られた現在の駆動位置とを比較して、位置偏差に対して比例、積分、微分演算等を行い、直流モータ４に与える駆動信号のパルス幅（デューティー比）を増減制御することによって直流モータ４を速度テーブルの速度指令値に追従させる。
【００３５】
図２は、位置制御システムにおけるマイコンを中心とした制御回路の詳細なブロック図である。
【００３６】
図２において、１、２は位置カウンタとロータリエンコーダ、３はマイコン、４は直流モータである。１１は速度テーブルを記憶する記録回路７内の速度テーブル記憶部、１２は積分回路、１３は微分回路、１４は積分回路、１５は比例ゲイン回路、１６は微分ゲイン回路、１７は積分ゲイン回路、１８はギア列５の機械的な遊び量のデータを記憶する記憶回路７内の遊び量記憶部、１９はマイコン内部のメモリの定数記憶部、２０はスイッチ、２１は目標位置のデータを記憶する記憶回路７内の目標位置記憶部、２２は比例ゲイン回路、微分ゲイン回路およびスイッチ２０の出力を加算する加算器、２３はＰＷＭドライバ、２４は目標位置記憶部２１から読み出した目標位置のデータから位置カウンタ１の出力を減算する減算器、２５は減算器２４の出力から遊び量記憶部１８から読み出した遊び量のデータを減算する減算器、２６は積分回路１２の出力から位置カウンタ１の出力を減算する減算器である。
【００３７】
また、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置（以下、現在位置という）のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄはあらかじめ遊び量記憶部８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【００３８】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。比例ゲイン回路１５によってＰ（比例）演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ（微分）演算器が構成され、積分回路１４および積分ゲイン回路１７によってＩ（積分）演算器が構成されている。
【００３９】
図３は、上記マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。なお、図中ではステップをＳと略している。
【００４０】
ステップ１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【００４１】
ステップ２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別する。目標位置Ｃに達していればステップ９へ進み、達していなければステップ３に進む。
【００４２】
ステップ３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【００４３】
ステップ４では、ステップ３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【００４４】
ステップ５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ６、小さければステップ７に進む。
【００４５】
ステップ６では、ステップ４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力と、定数記憶部１９に記憶された定数０を加算して速度指令信号を生成する。
【００４６】
ステップ７では、Ｐ演算器１５、Ｄ演算器１３、１６およびI演算器１４、１７の出力をすべて加算して速度指令信号を生成する。
【００４７】
ステップ８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【００４８】
ステップ６での定数記憶部１９に記憶された値と、ステップ７でのＩ演算器１４、１７の出力との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【００４９】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を定数記憶部１９側に切り換えて、加算器２２によりＰ演算の結果とＤ演算の結果のみを加算させる。一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０をＩ演算器１４、１７側に切り換えて、加算器２２によりＰ演算の結果、Ｄ演算の結果、および、Ｉ演算の結果のすべてを加算させる。
【００５０】
ステップ８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ１からステップ８までを繰り返し行う。
【００５１】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ２からステップ９へ進む。
【００５２】
ステップ９では、ＰＷＭドライバ２３への出力を０とし、モータ４を停止させる。
【００５３】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間は積分制御を行わずにＰＤ制御のみを行う。Ｉ制御を行わないので、モータ４が発振を行わないのでモータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【００５４】
その後、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、ＰＩＤ制御を行う。
【００５５】
これにより、停止時の収束を早くすることができる。残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さいときは、モータの目標位置Ｂまでの距離があとわずかであるため、速度テーブルによってモータの駆動速度は遅く設定されている。
【００５６】
つまり、モータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっている。
【００５７】
したがって、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大幅に進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振を起こさずにゲインを高めることができる。
【００５８】
なお、ディジタル回路で積分を実現する場合は、オーバーフローを防ぐために演算値の最大値に上限を設けるとよい。
【００５９】
図９は、ギア列５等の動力伝達機構の遊び量の検出シーケンスを表すフローチャートである。このフローチャートの動作は、位置制御システムの初期化時などに、所定の駆動開始位置でだけ行えばよい。
【００６０】
ステップ４１では、マイコン３はモータ４を微速で通常の進行方向と逆方向に駆動、すなわち後退させる。
【００６１】
ステップ４２では、モータが負荷側に突き当たることにより速度が０、あるいは、突き当たる衝撃でバウンドして速度が正（通常の進行方向）となる位置を検出する。
【００６２】
このとき、負荷側を駆動せずにモータ４のみを駆動可能なように、モータのトルクは小さく設定されている。
【００６３】
この位置の検出ができた場合はステップ４３及びステップ４４進み、位置の検出ができなければステップ４１を繰り返す。
【００６４】
ステップ４３では、ステップ２で検出した位置をＰ０として記憶回路７に記憶させる。このＰ０は動力伝達機構による遊びの一端の位置を示している。
【００６５】
ステップ４４では、モータ４と被駆動部材６を駆動するために必要なトルクを得るために十分なステップ状の駆動指令を与えて、モータ４を通常の進行方向に駆動する。このときのモータ４の速度変化を示したのが図１０である。
【００６６】
ステップ４５では、モータが負荷側に突き当たって動力伝達機構が弾性変形を開始するため、モータ４の加速度が正から負へと変化する位置を検出する。
【００６７】
この位置の検出ができた場合はステップ４６及びステップ４７に進み、位置の検出ができなければステップ４４を繰り返す。
【００６８】
ステップ４６では、ステップ４５で検出した位置をＰ１として記憶回路７に記憶させる。このＰ１は動力伝達機構による遊びが最大のときの遊びの他端の位置を示している。
【００６９】
ステップ４７では、Ｐ１−Ｐ０を計算して、動力伝達機構の最大遊び量Ｄを求める。
【００７０】
ステップ４８では、ステップ４７で求めた最大遊び量Ｄを遊び量記憶部１８に記憶させる。
【００７１】
なお、被駆動部材６をロック保持する固定機構がある場合には、あらかじめ被駆動部材６を固定しておくとよい。
【００７２】
なお、本実施形態では、駆動源として直流モータを用いる場合について説明したが、ギア列等の動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動し、駆動源の出力部の駆動位置を位置センサより取得した位置に基づいて駆動源のフィードバック制御を行う駆動系であれば、どのような駆動源を用いてもよい。
【００７３】
例えば、図４には、振動型モータを用いた、カメラ等のレンズ鏡筒の駆動ユニットを示している。
【００７４】
６０はペンシル型の振動型モータ、５０はギア、５２はギアであり５０とともに減速ギア列ユニット（動力伝達機構）を構成している。５４はパルス板、５３はこのパルス板５４とともに位置検出器を構成するフォトインタラプタ等からなるエンコーダである。
【００７５】
５１はギア５０と噛みあう被駆動部材（負荷）としてのレンズ鏡筒の構成部品であり、例えば、ズームレンズを光軸方向に駆動するカムリング等である。
【００７６】
なお、振動型モータ６０は、弾性体６１と、弾性体６１に固定された圧電素子６２と、弾性体６１の端面にバネ力により圧接されているロータ６３と、ロータ６３と一体に回転し、ギア５２と噛みあうギア６４とを有している。
【００７７】
圧電素子６２への交番信号を供給することによって弾性体６１の端面には進行波が発生し、この弾性体６１の端面に圧接しているロータ６３が回転駆動される。
【００７８】
そして、ロータ６３の回転は、ギア６４からギア列ユニット５２、５０を介してレンズ鏡筒の構成部材５１に伝達される。
【００７９】
この例では振動型モータを使っているが、ギア列によりトルクを伝達しているため本実施形態と同様の制御方法が有効である。
【００８０】
なお、振動型モータを駆動源とした場合は、圧電素子６２に供給する交番信号のパルス幅を調整することにより駆動速度を制御することができるが、交番信号の周波数を調整することによって駆動速度を制御するほうが、より広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００８１】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態である位置制御システムにおけるマイコン３を中心とした制御回路の詳細なブロック図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同じ符号を付している。
【００８２】
図５において、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄは第１実施形態と同様な方法であらかじめ遊び量記憶部１８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【００８３】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。比例ゲイン回路１５によってＰ演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ演算器が構成されている。
【００８４】
本実施形態では第１実施形態と異なり、積分回路１４、積分ゲイン回路１７、第２の積分ゲイン回路２７およびスイッチ２０によってI演算器が構成されている。
【００８５】
第２の積分ゲイン回路２７は、積分ゲイン回路１７よりもそのゲインが小さい。
【００８６】
図６は、マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。
【００８７】
ステップ１１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１の出力より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【００８８】
ステップ１２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別し、達していなければステップ１３に進む。
【００８９】
ステップ１３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【００９０】
ステップ１４では、ステップ１３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【００９１】
ステップ１５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ１６、小さければステップ１７に進む。
【００９２】
ステップ１６では、ステップ１４でメモリに記憶した値を入力値として、ゲインが小さいほうの第２の積分ゲイン回路２７を用いたＩ演算器１４、２７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【００９３】
ステップ１７では、ステップ１４でメモリに記憶した値を入力値として、ゲインが大きいほうの積分ゲイン回路１７を用いたＩ演算器１４、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【００９４】
ステップ１８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【００９５】
積分ゲイン回路１７と、第２の積分ゲイン回路２７との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【００９６】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を第２の積分ゲイン回路２７側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより小さいときよりも小さなゲインで積分制御を行う。
【００９７】
一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０を積分ゲイン回路１７側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいときよりも大きなゲインで積分制御を行う。
【００９８】
ステップ１８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ１１からステップ１８までを繰り返し行う。
【００９９】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ１２からステップ１９へ進む。
【０１００】
ステップ１９では、ＰＷＭドライバへの出力を０とし、モータ４を停止させる。
【０１０１】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間はＩ演算器のゲインを小さくし、制御余裕を大きくしてＰＩＤ制御を行う。
【０１０２】
これにより、モータ４が発振を小さくすることができ、モータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【０１０３】
さらに、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、Ｉ演算器のゲインを大きくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、第１実施形態と同様に停止時の収束を早くすることができる。このときのモータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっているため、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大きく進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振を起こさずにゲインを高めることができる。
【０１０４】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態である位置制御システムにおけるマイコン３を中心とした制御回路の詳細なブロック図である。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付している。
【０１０５】
図７において、Ａは速度テーブル記憶部１１から読み出した速度テーブルを積分回路１２により積分して得られる指令位置のデータ、Ｂはエンコーダ２および位置カウンタ１の出力から求めた現在の直流モータ４の駆動位置のデータ、Ｃはあらかじめ目標位置記憶部２１に記憶された目標位置のデータ、Ｄは第１実施形態と同様な方法であらかじめ遊び量記憶部１８に記憶されたギア列５の機械的な遊び量のデータである。
【０１０６】
そして、指令位置Ａと現在位置Ｂの偏差に応じて制御出力を出すのがＰＩＤ演算器である。
【０１０７】
比例ゲイン回路１５によってＰ演算器が構成され、微分回路１３および微分ゲイン回路１６によってＤ演算器が構成されている。
【０１０８】
本実施形態では第１、２実施形態と異なり、積分回路２８、第２積分回路２９、スイッチ２０、積分ゲイン回路１７によってＩ演算器が構成されている。第２の積分回路２９は積分回路２８よりもＩ演算器の上限値が小さい。
【０１０９】
図８は、マイコン３が行う制御内容を表すフローチャートである。
【０１１０】
ステップ２１では、マイコン３がロータリエンコーダ２および位置カウント１より直流モータ４の現在位置Ｂを検出する。
【０１１１】
ステップ２２では、現在位置Ｂと目標位置Ｃとを比較して、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達したか否かを判別し、達していなければステップ２３に進む。
【０１１２】
ステップ２３では、速度テーブルから駆動時間に応じた速度値を読み出し、積分回路１２で積分して指令位置Ａとして設定（更新）する。
【０１１３】
ステップ２４では、ステップ２３で設定した指令位置Ａと現在位置Ｂとの偏差を減算器２６によって計算し、マイコン３内の不図示のメモリに記憶する。
【０１１４】
ステップ２５では、現在位置Ｂから目標位置Ｃまでの残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量記憶部１８に記憶された遊び量Ｄより大きいか否かを判別し、大きければステップ２６、小さければステップ２７に進む。
【０１１５】
ステップ２６では、ステップ２４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｉ演算器の上限値が小さいほうの第２の積分回路２９を用いたＩ演算器２９、２０、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力を加算して速度指令信号を生成する。
【０１１６】
ステップ２７では、ステップ２４でメモリに記憶した値を入力値として、Ｉ演算器の上限値が大きいほうの積分回路２８を用いたＩ演算器２８、１０、１７の出力と、Ｐ演算器１５およびＤ演算器１３、１６の出力とを加算して速度指令信号を生成する。
【０１１７】
ステップ２８では、速度指令信号をＰＷＭドライバ２３に出力し、直流モータ４の制御信号を更新する。
【０１１８】
積分回路２８と、第２の積分回路２９との選択は、スイッチ２０を切り換えることによって行う。
【０１１９】
すなわち、目標位置Ｃから現在位置Ｂを減算器２４で減算して残り駆動量Ｃ−Ｂを算出し、この残り駆動量Ｃ−Ｂから遊び量Ｄを減算器２５で減算してその減算結果が正のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいとき）はスイッチ２０を第２の積分回路２９側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより小さいときよりもＩ演算の上限値を小さくして積分制御を行う。
【０１２０】
一方、減算器２５の減算結果が負または０のとき（残り駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄと等しいか遊び量Ｄよりも小さいとき）はスイッチ２０を積分回路２８側に切り換えて、残りの駆動量Ｃ−Ｂが遊び量Ｄより大きいときよりもＩ演算の上限値を大きくして積分制御を行う。
【０１２１】
ステップ２８で直流モータ４の制御信号を更新した後はステップ２１に戻り、現在位置Ｂが目標位置Ｃに達するまでステップ２１〜ステップ２８を繰り返し行う。
【０１２２】
現在位置Ｂが目標位置Ｃに達すると、ステップ２２からステップ２９へ進む。
【０１２３】
ステップ２９では、ＰＷＭドライバ２３への出力を０とし、モータ４を停止させる。
【０１２４】
このように、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも大きい間はＩ演算の上限値を小さくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、モータ４がオーバーシュートしにくく、つまり、発振を行いにくくすることができ、モータ４とギア列５が遊びの中で衝突離脱を繰り返したり、その影響によって停止時に大きなハンチングを残したりすることを防止できる。
【０１２５】
さらに、残り駆動量Ｃ−Ｂがギア列５の遊び量Ｄよりも小さくなると、Ｉ演算の上限値を大きくしてＰＩＤ制御を行う。これにより、第１実施形態と同様に停止時の収束を早くすることができる。
【０１２６】
このときのモータの駆動速度と比較してモータの駆動位置を検出するためのサンプリング時間が十分に早い状態になっているため、モータの実際の駆動位置が速度テーブルから得られた指令位置よりも大きく進みすぎることはなく、積分制御を行っても発振等を起こさずにゲインを高めることができる。
【０１２７】
（第４実施形態）
図１１は、上述した位置制御システムを備えた多色画像形成装置の構成を示す図である。
【０１２８】
３０は表面にレーザー光等を受けて感光し、潜像を形成する感光ドラム、３２は感光ドラム３０に形成された潜像に順に各色の感光剤を付加することによって可視像を現出させる回転型現像器、３１は回転型現像器３２によって現像された単色の可視画像を記録シートに転写し、各色の可視画像を重ね合わせることによってカラー画像を形成する中間転写ドラムである。
【０１２９】
被駆動部材の慣性が大きく、また動力伝達機構の遊びが大きい系に対して上述した位置制御システムは有効である。
【０１３０】
図１１でいえば、回転型現像器３２、感光ドラム３０および中間転写ドラム３１が被駆動部材にあたる。
【０１３１】
図１２は、図１１に示した回転型現像器の部分拡大図である。駆動源である直流モータ３５には、ロータリエンコーダ３６が直結されていて、直流モータ３５の位置を検出できるようになっている。
【０１３２】
モータ駆動力は、ギア列３３、３４（動力伝達機構）によって被駆動部材である回転型現像器３２に導かれている。
【０１３３】
回転型現像器３２は、各色の現像剤を含むカートリッジを保持するような機構となっていて、決められた色順となるよう現像位置に配置されている。
【０１３４】
図１３は、図１１に示した感光ドラム３０および中間転写ドラム３１の部分拡大図である。感光ドラム３０および中間転写ドラム３１には、それぞれギア列３７〜４３を介してモータ３５から駆動力が導かれる。
【０１３５】
ギア列４０は段ギア列となっていて、感光ドラム３０と中間転写体ドラム３１の２つの負荷に動力を分配している。
【０１３６】
回転型現像器３２が大きな慣性モーメントを持っていて、さらにギア列の段数が多く、その減速比も大きいため、エンコーダ３６から見た被駆動部材の遊び量は大きな値となる。
【０１３７】
したがって、頭出し等のためにこれらの駆動系を位置出しする場合、上述した位置制御方法は非常に有効な手段となる。
【０１３８】
なお、上記実施形態では、レンズ鏡筒や画像形成装置の駆動系に本発明の実施形態にかかる位置制御方法を適用した場合について説明したが、これらに限らず、駆動源の駆動力を動力伝達機構を介して被駆動部材に伝達する駆動系を有した各種機器に適用することができる。
【０１３９】
また、本実施形態を実行するためのプログラム、及び、このプログラムを格納した記憶媒体についても同様に適用することができるものである。
【０１４０】
さらに、以上説明した各実施形態は、上記各発明を実施した場合の一例でもあり、上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動源の駆動位置を検出して被駆動部材の位置制御を行う場合であっても、機械的不感帯が存在する動力伝達機構の初期条件にかかわらず、特別な機構や部品を用いることなく、安定して正確な被駆動部材の位置制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の位置制御システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図３】第１実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図４】第１実施形態の位置制御システムを適用するレンズ鏡筒の駆動ユニットの断面図。
【図５】本発明の第２実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図６】第２実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図７】本発明の第３実施形態である位置制御システムのマイコンを中心とした詳細構成を示すブロック図。
【図８】第３実施形態の位置制御システムによる制御内容を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態の位置制御システムにおける遊び量の検出フローチャート。
【図１０】上記位置制御システムにおける遊び量の検出方法の説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態である、上記各実施形態の位置制御システムを適用する多色画像形成装置の断面図。
【図１２】図１１の多色画像形成装置の回転型現像器を示す図。
【図１３】図１１の多色画像形成装置の感光ドラムと中間転写ドラムを示す図。
【符号の説明】
１：位置カウンタ
２：エンコーダ
３：マイコン
４：直流モータ
５：ギア列
６：被駆動部材
７：記憶回路
Claims (10)
- 動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記駆動源に速度指令値を出して速度制御を行う駆動装置に適用され、前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように制御を行う位置制御方法であって、
前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量とを比較するステップと、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を求めるステップと、
前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により前記駆動源を位置制御するステップと、
前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により前記駆動源を位置制御するステップと、を含むことを特徴とする位置制御方法。 - 動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記駆動源に速度指令値を出して速度制御を行う駆動装置に適用され、前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように制御を行う位置制御方法であって、
前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量とを比較するステップと、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を求めるステップと、
前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により前記駆動源を位置制御するステップと、を含み、
前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より小さくなったときの積分演算値のゲインを、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より大きいときの積分演算値のゲインよりも大きくすることを特徴とする位置制御方法。 - 動力伝達機構を介して被駆動部材を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記駆動源に速度指令値を出して速度制御を行う駆動装置に適用され、前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように制御を行う位置制御方法であって、
前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量とを比較するステップと、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を求めるステップと、
前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差を比例積分微分演算し、かつ、積分演算値に上限を設けることにより前記駆動源を位置制御するステップと、を含み、
前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より小さくなったときの積分演算値の上限を、前記残り駆動量が前記機械的不感帯量より大きいときの積分演算値の上限よりも大きくすることを特徴とする位置制御方法。 - あらかじめ前記機械的不感帯量が最大となるよう前記駆動源を駆動し、このときの前記位置検出手段による検出位置と、前記機械的不感帯がなくなるように前記駆動源を駆動したときの前記位置検出手段による検出位置との差に基づいて前記機械的不感帯量を求めて記憶し、前記駆動源の前記目標位置までの残り駆動量と記憶した前記機械的不感帯量とを比較することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の位置制御方法。
- 駆動源と、前記駆動源の出力を被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段と、速度指令値を用いて前記駆動源の速度制御を行って前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように前記駆動源の位置制御を行う駆動制御手段とを備えた位置制御システムであって、
前記駆動制御手段は、比例演算、積分演算および微分演算が可能な演算器を有し、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を得て、
前記目標位置までの残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より大きい間は、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例微分演算により位置制御を行い、前記残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より小さくなったときには、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により位置制御を行うことを特徴とする位置制御システム。 - 駆動源と、前記駆動源の出力を被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段と、速度指令値を用いて前記駆動源の速度制御を行って前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように前記駆動源の位置制御を行う駆動制御手段とを備えた位置制御システムであって、
前記駆動制御手段は、比例演算、積分演算および微分演算が可能な演算器を有し、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を得て、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により位置制御を行い、
前記目標位置までの残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より小さくなったときの積分演算値のゲインを、前記残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より大きいときの積分演算値のゲインよりも大きくすることを特徴とする位置制御システム。 - 駆動源と、前記駆動源の出力を被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記駆動源の駆動位置を検出する位置検出手段と、速度指令値を用いて前記駆動源の速度制御を行って前記位置検出手段による検出位置が目標位置に到達するように前記駆動源の位置制御を行う駆動制御手段と、を備えた位置制御システムであって、
前記駆動制御手段は、比例演算、積分演算および微分演算が可能な演算器を有し、
前記駆動源の駆動開始後は徐々に駆動速度を上げ、前記位置検出手段による検出位置が前記目標位置に近付くにつれて徐々に駆動速度を下げるよう設定された前記速度指令値を積分して指令位置を得て、前記指令位置に対する前記位置検出手段による検出位置の偏差の比例積分微分演算により位置制御を行い、
かつ積分演算値に対して上限を設け、前記目標位置までの残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より小さくなったときの積分演算値の上限を、前記残り駆動量が前記動力伝達機構の遊びによる機械的不感帯量より大きいときの積分演算値の上限よりも大きくすることを特徴とする位置制御システム。 - 前記駆動制御手段は、あらかじめ前記機械的不感帯量が最大となるよう前記駆動源を駆動し、このときの前記位置検出手段による検出位置と、前記機械的不感帯がなくなるように前記駆動源を駆動したときの前記位置検出手段による検出位置との差に基づいて前記機械的不感帯量を求め、前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の位置制御システム。
- 請求項５から８のいずれか１つに記載の位置制御システムを備え、前記駆動源の駆動力により画像形成に関わる被駆動部材を駆動することを特徴とする画像形成装置。
- コンピュータに請求項１から３のいずれか１つに記載の位置制御方法を実行させるためのコンピュータプログラム。
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