JP7383924B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。

従来、複数モータを用い、ベルト部材を介して単一の被駆動軸の駆動を制御する制御装置が知られている。

また、モータ軸及びベルト部材に設けられた位置検出部の検出信号に基づき、ベルト部材等の回転体の駆動制御を高精度に行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の技術では、被駆動軸を適切に制御できない場合があった。

開示の技術は、被駆動軸を適切に制御することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る制御装置は、ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側の直近にあるモータに設けられた角度検出部による検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する駆動制御部を備える。

開示の技術によれば、被駆動軸を適切に制御できる。

第１実施形態に係る複数のモータと被駆動軸の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 第１実施形態に係る制御装置による処理例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る複数のモータと被駆動軸の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
まず、第１モータ１と第２モータ２の２つのモータを用い、コグドベルト３を介して１つの被駆動軸４を回転駆動させるための構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る第１モータ１、第２モータ２、コグドベルト（歯付ベルト）３及び被駆動軸４の構成の一例を示す図である。

被駆動軸４は回転体の回転軸に連結され、被駆動軸４の軸回りの回転により回転体を回転させる機械要素である。回転体には、画像形成装置で用いられる給紙ローラ、搬送ローラ、２次転写ローラ、定着ローラ等の各種ローラが挙げられる。

コグドベルト３は、第１モータ１のモータ軸１１に取り付けられたプーリ１２、第２モータ２のモータ軸２１に取り付けられたプーリ２２、及び被駆動軸４に取り付けられたプーリ４１のそれぞれに巻き回されている。ベルト部材の一例としてのコグドベルト３は、第１モータ１及び第２モータ２の回転に伴って走行し、プーリ４１を介して被駆動軸４にトルクを伝達する。

第１モータ１のモータ軸１１に設けられた第１エンコーダ１３は、第１モータ１の回転に応答したパルス信号である第１エンコード信号ｅｎｃ１を出力する。また、第２モータ２のモータ軸２１に設けられた第２エンコーダ２３は、第２モータ２の回転に応答したパルス信号である第２エンコード信号ｅｎｃ２を出力する。ここで、第１エンコーダ１３及び第２エンコーダ２３のそれぞれは、「角度検出部」の一例である。

後述する制御装置１１０は、第１エンコード信号ｅｎｃ１に基づいて第１モータ１を制御し、第２エンコード信号ｅｎｃ２に基づいて第２モータ２を制御することで、被駆動軸４の回転方向、回転位置及び回転速度等を制御できる。ここで、第１モータ１と第２モータ２は、ＣＷ（clockwise）方向又はＣＣＷ（counterclockwise）方向の何れか一方に回転し、第１モータ１と第２モータ２は同一方向に回転する。図１の例では、第１モータ１と第２モータ２は、ＣＣＷ方向に回転し、コグドベルト３を介して被駆動軸４をＣＣＷ方向に回転駆動させている。

第１モータ１及び第２モータ２には、ＤＣ（Direct Current）ブラシレスモータやステッピングモータ等を用いることができる。

第１モータ１と第２モータ２の間に設けられた従動プーリ５は、コグドベルト３の弛みを抑制するためのものであり、コグドベルト３の走行に伴って回転しながら、コグドベルト３に張力を与える。

図１の例では、第１モータ１は一点鎖線の矢印１０の方向に回転し、第２モータ２は二点鎖線の矢印２０の方向に回転し、コグドベルト３は実線の矢印３０の方向に走行している。コグドベルト３の走行に伴うトルクにより、被駆動軸４は、破線の矢印４０の方向に回転している。矢印１０、２０、３０及び４０のそれぞれの方向は、ＣＣＷ方向に該当する。

ここで、図１の回転状態では、駆動システム１００に掛かる負荷や被駆動軸４のイナーシャ等に起因して、コグドベルト３における第１モータ１と被駆動軸４との間に巻き回された部分は張力が減少し、コグドベルト３が弛んだ状態になる場合がある。一方、コグドベルト３における第２モータ２と被駆動軸４との間に巻き回された部分は張力が増加し、コグドベルト３が張った状態になる場合がある。

コグドベルト３の弛みにより、第１モータ１のプーリ１２とコグドベルト３との間に遊びが生じることで、第１エンコーダ１３による検出信号に基づく回転角度と、被駆動軸４の実際の回転角度との間にずれが生じる場合がある。このようなずれにより、第１エンコーダ１３による検出信号を用いた被駆動軸４のフィードバック制御における追従遅れや、コグドベルト３の走行における共振や半共振等の現象を発生させ、被駆動軸４を適切に制御できなくなる場合がある。

そのため、本実施形態では、コグドベルト３を介して被駆動軸４を駆動させる第１モータ１及び第２モータ２のうち、コグドベルト３の走行方向における被駆動軸４の下流側にあるモータに設けられたエンコーダによる検出信号に基づき、第１モータ１及び第２モータ２の各駆動を制御する。

図１の例では、コグドベルト３が走行するＣＣＷ方向における被駆動軸４の下流側にある第２モータ２に設けられた第２エンコーダ２３による検出信号に基づき、第１モータ１及び第２モータ２の各駆動の制御が行われる。

このようにすることで、コグドベルト３が弛んだ側のモータに設けられたエンコーダによる検出信号を用いずに制御できるため、被駆動軸４のフィードバック制御における追従遅れや、コグドベルト３の走行における共振や半共振等の現象を防ぐことができる。

以下では、制御装置１１０を備える駆動システム１００を例にして、本実施形態を説明する。

＜制御装置１１０の機能構成＞
まず、制御装置１１０の機能構成について説明する。図２は、制御装置１１０の機能構成の一例を説明するブロック図である。図２に示すように、制御装置１１０は、ベルト走行方向検知部１１１と、エンコーダ選択部１１２と、駆動制御部１１３と、ＰＷＭ生成部１１４及び１１５とを備える。

これらの機能は何れも電子回路で実現される。但し、これに限定されるものではなく、上記に示した機能の一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のソフトウェアを実行することで実現されてもよい。また、複数の回路又は複数のソフトウェアの組合せによって実現されてもよい。

ベルト走行方向検知部１１１は、検知部の一例であり、駆動システム１００の上位コントローラから入力した位置目標値ｘｔｇｔ及び速度目標値ｖｔｇｔに基づき、コグドベルト３の走行方向を検知する。

例えば、位置目標値ｘｔｇｔ又は速度目標値ｖｔｇｔの符号が正であれば、コグドベルト３の走行方向がＣＣＷ方向であることを検知し、上記の符号が負であれば、コグドベルト３の走行方向がＣＷ方向であることを検知する。そして、検知結果をエンコーダ選択部１１２に出力する。

但し、上述した検知方法は一例であり、第１モータ１及び第２モータ２の配置に応じて、位置目標値ｘｔｇｔ又は速度目標値ｖｔｇｔの符号が負であれば、コグドベルト３の走行方向がＣＷ方向であることを検知し、上記の符号が正であれば、コグドベルト３の走行方向がＣＷ方向であることを検知してもよい。

また、ベルト走行方向検知部１１１は、コグドベルト３の走行方向を示す情報を駆動システム１００の上位コントローラから入力することで、コグドベルト３の走行方向を検知してもよい。さらに、ベルト走行方向検知部１１１は、第１エンコーダ１３又は第２エンコーダ２３の何れかによる検出信号に基づきコグドベルト３の走行方向を検知してもよい。また、第１エンコーダ１３及び第２エンコーダ２３以外に、走行方向におけるコグドベルト３の位置又は速度を検出するセンサを設け、ベルト走行方向検知部１１１は、当該センサによる検出信号に基づき、コグドベルト３の走行方向を検知してもよい。

エンコーダ選択部１１２は、選択部の一例であり、第１エンコーダ１３から第１エンコード信号ｅｎｃ１を入力し、第２エンコーダ２３から第２エンコード信号ｅｎｃ２を入力する。そして、ベルト走行方向検知部１１１によるコグドベルト３の走行方向の検知結果に応答して、コグドベルト３の走行方向における被駆動軸４の下流側にあるモータを選択し、選択したモータに設けられたエンコーダによるエンコード信号を駆動制御部１１３に出力する。

例えば、図１の例では、コグドベルト３はＣＣＷ方向に走行するため、エンコーダ選択部１１２は、ＣＣＷ方向における被駆動軸４の下流側にある第２エンコーダ２３の第２エンコード信号ｅｎｃ２を駆動制御部１１３に出力する。

一方、コグドベルト３がＣＷ方向に走行する場合は、エンコーダ選択部１１２は、ＣＷ方向における被駆動軸４の下流側にある第１エンコーダ１３の第１エンコード信号ｅｎｃ１を駆動制御部１１３に出力する。

駆動制御部１１３は、駆動制御部の一例であり、駆動システム１００の上位コントローラから位置目標値ｘｔｇｔ及び速度目標値ｖｔｇｔを入力する。また、駆動制御部１１３は、第１エンコード信号ｅｎｃ１又は第２エンコード信号ｅｎｃ２の何れか一方を、エンコーダ選択部１１２から入力する。そして、入力したエンコード信号に基づき、被駆動軸４の位置現在値ｘｄｅｔ及び速度現在値ｖｄｅｔを取得する。

その後、駆動制御部１１３は、位置目標値ｘｔｇｔ及び速度目標値ｖｔｇｔと、位置現在値ｘｄｅｔ及び速度現在値ｖｄｅｔに基づいて、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を行う。そして、被駆動軸４の位置を位置目標値ｘｔｇｔに一致させ、また被駆動軸４の速度を速度目標値ｖｔｇｔに一致させるために生成した第１モータ１の第１駆動指令値をＰＷＭ生成部１１４に出力する。駆動制御部１１３は、同様に生成した第２モータ２の第２駆動指令値をＰＷＭ生成部１１５に出力する。

ＰＷＭ生成部１１４は、駆動制御部１１３から入力した第１駆動指令値に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、これをドライバ１０３に供給する。

ＰＷＭ生成部１１５は、駆動制御部１１３から入力した第２駆動指令値に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、これをドライバ１０４に供給する。

ドライバ１０３は、ＰＷＭ生成部１１４から供給されたＰＷＭ信号に従って動作することで、第１モータ１におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相へ駆動電圧を印加する。これにより、第１モータ１が回転する。ドライバ１０３は、第１モータ１の内部に設けられてもよく、第１モータ１の外部に設けられてもよい。

ドライバ１０４は、ＰＷＭ生成部１１５から供給されたＰＷＭ信号に従って動作することで、第２モータ２におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相へ駆動電圧を印加する。これにより、第２モータ２が回転する。ドライバ１０４は、第２モータ２の内部に設けられてもよく、第２モータ２の外部に設けられてもよい。

＜制御装置１１０による制御動作＞
次に、制御装置１１０による制御動作について、図３を参照して説明する。図３は、制御装置１１０による制御動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔを用いて制御を行う場合を例に説明する。

まず、ステップＳ３１において、ベルト走行方向検知部１１１は、駆動システム１００の上位コントローラから入力した位置目標値ｘｔｇｔに基づき、コグドベルト３の走行方向を検知し、検知結果をエンコーダ選択部１１２に出力する。

続いて、ステップＳ３２において、エンコーダ選択部１１２は、第１エンコーダ１３から第１エンコード信号ｅｎｃ１を入力し、また、第２エンコーダ２３から第２エンコード信号ｅｎｃ２を入力する。そして、ベルト走行方向検知部１１１によるコグドベルト３の走行方向の検知結果に応答して、コグドベルト３の回転方向がＣＣＷ方向であるか否かを判定する。

ステップＳ３２で、ＣＣＷ方向であると判定された場合は（ステップＳ３２、Ｙｅｓ）、ステップＳ３３において、エンコーダ選択部１１２は、第２エンコード信号ｅｎｃ２を駆動制御部１１３に出力する。

一方、ステップＳ３２で、ＣＣＷ方向でないと判定された場合は（ステップＳ３２、Ｎｏ）、ステップＳ３４において、エンコーダ選択部１１２は、第１エンコード信号ｅｎｃ１を駆動制御部１１３に出力する。

続いて、ステップＳ３５において、駆動制御部１１３は、エンコーダ選択部１１２から入力した第１エンコード信号ｅｎｃ１又は第２エンコード信号ｅｎｃ２の何れか一方に基づき、被駆動軸４の位置現在値ｘｄｅｔを取得する。

その後、駆動制御部１１３は、駆動システム１００の上位コントローラから入力した位置目標値ｘｔｇｔと、位置現在値ｘｄｅｔとに基づいてＰＩＤ制御を行い、第１モータ１の第１駆動指令値を生成し、ＰＷＭ生成部１１４に出力する。同様に、駆動制御部１１３は、第２モータ２の第２駆動指令値を生成し、ＰＷＭ生成部１１５に出力する。

続いて、ステップＳ３６において、ＰＷＭ生成部１１４は、第１駆動指令値に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。また、ＰＷＭ生成部１１５は、第２駆動指令値に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。

続いて、ステップＳ３７において、ＰＷＭ生成部１１４は、生成したＰＷＭ信号をドライバ１０３に供給する。また、ＰＷＭ生成部１１５は、生成したＰＷＭ信号をドライバ１０４に供給する。

続いて、ステップＳ３８において、駆動制御部１１３は、制御を終了するか否かを判定する。

ステップＳ３８で、制御を終了すると判定された場合は（ステップＳ３８、Ｙｅｓ）、制御動作は終了する。一方、制御を終了しないと判定された場合は（ステップＳ３８、Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻り、ステップＳ３１～Ｓ３８の制御動作が再度繰り返される。

このようにして、制御装置１１０は、第１モータ１及び第２モータ２を用い、コグドベルト３を介して被駆動軸４の回転駆動を制御できる。

＜制御装置１１０の作用効果＞
従来、複数モータを用い、ベルト部材を介して単一の被駆動軸の駆動を制御する制御装置が知られている。また、モータ軸及びベルト部材に設けられた位置検出部の検出信号に基づき、ベルト部材等の回転体の駆動制御を高精度に行う技術が開示されている。

しかしながら、複数のモータのうちの所定のモータと被駆動軸との間に巻き回されたベルト部材の部分で、張力が減少し、ベルト部材が弛んだ状態になる場合がある。ベルト部材の弛みにより、上記の所定のモータのプーリとベルト部材との間に遊びが生じることで、上記の所定のモータに設けられたエンコーダによる検出信号に基づく回転角度と、被駆動軸の実際の回転角度との間にずれが生じる場合がある。

そして、このようなずれにより、エンコーダによる検出信号を用いた被駆動軸のフィードバック制御における追従遅れや、ベルト部材の走行における共振や半共振等が発生し、従来の技術では、被駆動軸を適切に制御できなくなる場合があった。

本実施形態では、コグドベルト３を介して被駆動軸４を駆動させる第１モータ１及び第２モータ２のうち、コグドベルト３の走行方向における被駆動軸４の下流側にあるモータに設けられたエンコーダによる検出信号に基づき、第１モータ１及び第２モータ２の各駆動を制御する。

より具体的には、図１の例では、コグドベルト３がＣＣＷ方向に走行する場合には、第２エンコード信号ｅｎｃ２を用いて、第１モータ１及び第２モータ２の各駆動を制御する。一方、コグドベルト３がＣＷ方向に走行する場合には、第１エンコード信号ｅｎｃ１を用いて、第１モータ１及び第２モータ２の各駆動を制御する。

このようにすることで、コグドベルト３が弛んだ側のモータに設けられたエンコーダによる検出信号を用いずに被駆動軸４を制御できるため、被駆動軸４のフィードバック制御における追従遅れや、コグドベルト３の走行における共振や半共振等の現象を防ぎ、被駆動軸４を適切に制御できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。

本実施形態では、第１モータ１、第２モータ２、及び第３モータ６の３つのモータを用い、コグドベルト３を介して被駆動軸４を回転駆動する駆動システム１００ａを、制御装置１１０ａが制御する例を説明する。

図４は、本実施形態に係る複数のモータと被駆動軸の構成の一例を説明する図である。図４に示すように、駆動システム１００ａは第３モータ６を備える。第３モータ６は、コグドベルト３が巻き回された第１モータ１と第２モータ２の間に設けられている。駆動システム１００ａでは、第１モータ１、第２モータ２、及び第３モータ６を用い、コグドベルト３を介して被駆動軸４が回転駆動される。

駆動システム１００ａでは、コグドベルト３がＣＣＷ方向に走行する場合には、制御装置１１０ａは、コグドベルト３の走行方向における被駆動軸４の下流側で、被駆動軸４に最も近い位置にある第２モータ２に設けられた第２エンコーダ２３による検出信号に基づき、第１モータ１、第２モータ２及び第３モータ６の各駆動を制御する。一方、コグドベルト３がＣＷ方向に走行する場合には、制御装置１１０ａは、コグドベルト３の走行方向における被駆動軸４の下流側で、被駆動軸４に最も近い位置にある第１モータ１に設けられた第１エンコーダ１３による検出信号に基づき、第１モータ１、第２モータ２及び第３モータ６の各駆動を制御する。

このようにすることで、コグドベルト３が弛んだ側のモータに設けられたエンコーダによる検出信号を用いずに被駆動軸４を制御できるため、被駆動軸４のフィードバック制御における追従遅れや、コグドベルト３の走行における共振や半共振等の現象を防ぎ、被駆動軸４を適切に制御できる。

なお、上述した実施形態では、第３モータ６にはエンコーダが設けられても設けられなくてもよい。第３モータ６にエンコーダを設けない場合は、駆動システム１００ａのコストを低減できる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上述した例では、制御装置１１０を画像形成装置や搬送装置に適用するものを説明したが、実施形態は、複数のモータを用い、ベルト部材を介して同一の駆動軸を駆動する構成を採用しているものであれば、如何なる装置にも適用することが可能である。

一例として、実施形態は、シート状のプリプレグや、紙幣等を搬送する搬送装置において、搬送ローラを駆動する構成に適用することができる。その他、実施形態は、例えば自動車やロボットやアミューズメント機器等において、複数のモータを用い、ベルト部材を介して駆動される駆動軸の回転運動により、動力を得ることを目的とする構成に適用できる。

また、上述した実施形態では、２個及び３個のモータを備える駆動システムの例を示したが、これに限定されるものではなく、４個以上のモータを用い、ベルト部材を介して被駆動軸４の回転駆動を制御する場合にも、実施形態を適用可能である。

また、上述した実施形態では、ベルト部材の一例としてコグドベルト３を示したが、これに限定されるものではなく、平ベルトや丸ベルト、Ｖベルト等の様々な種類のベルトを備える駆動システム１００に対しても、本実施形態を適用できる。

また、実施形態は、制御方法も含む。例えば、制御方法は、ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側にあるモータに設けられた角度検出部の検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する工程を含む。このような制御方法により、上述した制御装置と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態は、プログラムも含む。例えば、プログラムは、ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側にあるモータに設けられた角度検出部の検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する処理をコンピュータに実行させる。このようなプログラムにより、上述した制御装置と同様の効果を得ることができる。

また、上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

１ 第１モータ
１１ モータ軸
１２ プーリ
１３ 第１エンコーダ（角度検出部の一例）
２ 第２モータ
２１ モータ軸
２２ プーリ
２３ 第２エンコーダ（角度検出部の一例）
３ コグドベルト（ベルト部材の一例）
４ 被駆動軸
５ 従動プーリ
６ 第３モータ
１００ 駆動システム
１０３、１０４ ドライバ
１１０ 制御装置
１１１ ベルト走行方向検知部（検知部の一例）
１１２ エンコーダ選択部（選択部の一例）
１１３ 駆動制御部（駆動制御部の一例）
１１４、１１５ ＰＷＭ生成部
ｅｎｃ１ 第１エンコード信号（検出信号の一例）
ｅｎｃ２ 第２エンコード信号（検出信号の一例）

特開２００５－０９２７６３号公報

Claims (4)

1. ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側の直近にあるモータに設けられた角度検出部による検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する駆動制御部を備える
   制御装置。
2. 前記走行方向を検知する検知部と、
   前記検知部による検知結果に基づき、前記ベルト部材を介して前記被駆動軸を駆動させる前記複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側の直近にあるモータを選択する選択部と、を備え、
   前記駆動制御部は、
   前記選択部が選択した該モータに設けられた角度検出部の検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する
   請求項１に記載の制御装置。
3. ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側の直近にあるモータに設けられた角度検出部の検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する工程を含む
   制御方法。
4. ベルト部材を介して被駆動軸を駆動させる複数のモータのうち、前記ベルト部材の走行方向における前記被駆動軸の下流側の直近にあるモータに設けられた角度検出部の検出信号に基づき、前記複数のモータの各駆動を制御する
   処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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