JPH06122242A - キャリッジ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャリッジ１の走行速度を所定の速度に安定
的に保つこと。 【構成】 モータ３の回転速度を検出するロータリーエ
ンコーダ６と、キャリッジの走行速度を検出するフォト
インタラプタ５の２つの信号をフィードバックしモータ
駆動信号を生成する構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャリッジの移動速度
を安定化させる駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パルスモータを用いたキャリッジ
駆動装置においては、予め定められた加減速の速度テー
ブルに従ってパルスモータにパルス信号を送りモータを
制御するオープンループ制御により、キャリッジを駆動
している。一般にパルスモータの加減速の速度テーブル
には加減速時の脱調を防ぐために、直線的な加減速や指
数関数的な加減速を行っていた。また、特開昭６１−１
２４２９９号においては定速回転時の速度変動を抑える
ために対数関数的な加減制御を行うことが開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プリンタのキ
ャリッジ駆動の場合、キャリッジの加速後の振動がプリ
ンタの印字品質を低下させるので、定速移動時の移動速
度の安定が必要である。このため速度テーブルをキャリ
ッジの振動を抑えるように、実際にキャリッジを駆動し
て、キャリッジの挙動のよい速度テーブルを工夫して作
成している。この速度テーブルの作成には多くの時間と
経験を必要としていた。

【０００４】本発明の目的は、キャリッジの振動を抑制
することの出来る、特性の調節が容易なキャリッジ駆動
装置を提供すること。さらにこれと同等の性能のキャリ
ッジ駆動装置を簡易な構成で提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、この課題を
解決するために、キャリッジ駆動装置にモータの回転角
度検出手段と、モータの回転角速度検出手段と、モータ
の回転角加速度検出手段と、キャリッジの位置検出手段
と、キャリッジの速度検出手段と、キャリッジの加速度
検出手段のうちモータとキャリッジについて少なくとも
１つずつの検出手段と、前記検出手段から得られる情報
を入力とし、キャリッジとモータの速度偏差と位置偏差
の両方あるいは一方を収束させながらモータの加速、等
速移動、減速、停止動作を行うモータの操作量を出力と
する制御器と、該制御器からの出力よりモータへのパル
ス信号を発生するパルス発生装置とを具備することを第
１の特徴とする。さらに、モータの操作量を出力する制
御器にファジィ制御器を用いたことを第２の特徴とす
る。

【０００６】また、キャリッジの加速時、減速時のパル
スモータの駆動タイミングのデータを記憶させた記憶装
置と、記憶装置から駆動タイミングのデータを読み出
し、そのデータを元にモータへのパルス信号を発生する
パルス信号発生装置を具備し、前記駆動タイミングのデ
ータが、モータの回転角度検出手段と、モータの回転角
速度検出手段と、モータの回転角加速度検出手段と、キ
ャリッジの位置検出手段と、キャリッジの速度検出手段
と、キャリッジの加速度検出手段のうちモータとキャリ
ッジについて少なくとも１つずつの検出手段と、前記検
出手段から得られる情報を入力とし、キャリッジとモー
タの速度偏差と位置偏差の両方あるいは一方を収束させ
ながらモータの加速、等速移動、減速、停止動作を行う
モータの操作量を出力とする制御器と、該制御器からの
出力よりモータへのパルス信号を発生するパルス発生装
置とを具備したキャリッジ駆動装置のパルス発生装置か
ら、加速、減速時に出力されるデータであることを第３
の特徴とする。

【０００７】

【作用】パルスモータの制御にモータの挙動とキャリッ
ジの挙動を入力とするフィードバック制御を用いること
でキャリッジの振動を抑制することが出来る。また、フ
ィードバック制御の制御器にファジィ制御を用いること
で制御器の調整が容易になる。さらに、フィードバック
制御により得られた速度テーブルを用いてオープンルー
プ制御を行うことによりフィードバック制御と同等の性
能のキャリッジ駆動装置を簡易な構成で提供出来る。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明を図示した実施例に基づいて
詳しく説明する。図１に、本発明の請求項１に対する一
実施例の構成を示す。

【０００９】図１中の符号１はキャリッジでタイミング
ベルト２を介してパルスモータ３により駆動している。

【００１０】キャリッジ１の移動速度はキャリッジ１の
移動方向と平行に取り付けたリニアエンコーダ４と、キ
ャリッジ１上に取り付けたフォトインタラプタ５により
読みとった位置信号を微分あるいは差分処理することで
得る。

【００１１】モータ３の回転速度はモータ軸に取り付け
られたロータリーエンコーダ６より得られる回転角信号
を微分あるいは差分処理することで得る。

【００１２】図中符号１０はマイクロコンピュータを用
いた制御部である。制御部１０はＣＰＵ１１と制御を行
うプログラムの格納されたＲＯＭ１２と作業用メモリで
あるＲＡＭ１３とで構成され、インターフェース１４を
介してモータ駆動部７に出力し、リニアエンコーダ４と
ロータリーエンコーダ６の信号を入力する。

【００１３】図２は図１の制御部１０の動作を示すブロ
ック図である。制御器２１は目標速度Ｖtとモータの速
度Ｖmとキャリッジの速度Ｖcを入力することによりモー
タの速度Ｖmとキャリッジの速度Ｖcの偏差を収束させつ
つ加減速を行う操作量ｕを出力する。演算部２２は制御
器２１からの出力ｕからモータの加速度を算出し、次パ
ルスまでの時間を求めモータ駆動回路２３にタイミング
信号を送る。モータ駆動回路２３はタイミング信号に従
ってモータ３を１ステップ回転させる。この時のモータ
３の速度Ｖmを速度検出器６で、キャリッジ１の速度ＶC
を速度検出器５で検出し、制御器２１へフィードバック
している。

【００１４】なお、本実施例においては、モータ３の回
転速度をロータリーエンコーダ６で検出しているが、パ
ルスモータは入力パルスに同期した回転速度を得られる
ので、簡易的にパルスモータの入力パルスを回転速度信
号としてもよい。

【００１５】また、本実施例においては制御器２１はモ
ータ３とキャリッジ１の速度情報を入力としているが、
位置情報、加速度情報を入力としても同様の制御器が構
成できることは明かである。

【００１６】図３は請求項２に対する制御アルゴリズム
のフローチャートであり、図２の制御器２１の処理の内
容を示すものである。

【００１７】まず、現在のモータの速度Ｖmとキャリッ
ジの速度Ｖcを検出し（手順ア）、次に、モータの速度
Ｖmと目標速度Ｖtの偏差Ｅm、さらにキャリッジの速度
Ｖcとモータ速度Ｖmの偏差Ｅcを求める（手順イ、
ロ）。

【００１８】そして、求めたＥm及びＥcを入力として操
作量ｕの出力をファジィ推論により行う（手順エ）。

【００１９】手順エにより得られる操作量ｕはメンバー
シップ関数の形式で得られるので、手順オにより操作量
ｕから確定値ｕ0を得る。

【００２０】この操作量の確定値ｕ0からモータの次の
ステップを駆動するまでの時間を求める（手順カ）。

【００２１】手順カにおいて求めた時間が経過後モータ
を１ステップ駆動し、再び手順アからの手順を繰り返す
事で制御を行う。

【００２２】図４は図３の手順エのファジィ推論の推論
アルゴリズムを示すフローチャートである。

【００２３】定義されている制御規則の数ｎだけファジ
ィ推論を行い、それぞれの推論結果を重ね合わせること
により一つの推論結果を得る。

【００２４】各制御規則の推論は図５に示すような手順
で行う。例えば、ｉ番目の制御規則Ｒiについて説明す
ると、Ｒiは、 ｉｆ Ｅm＝Ａi ａｎｄ Ｅc＝Ｂi ｔｈｅｎ ｕi＝Ｃi のようなｉｆ−ｔｈｅｎ形式の制御規則として記述され
ている。

【００２５】このｉ番目の制御規則からｉ番目の操作量
ｕiを得るにはまず、入力変数Ｅmとメンバーシップ関数
Ａiの交点を適合度ωi1として得る。次に入力変数Ｅcと
メンバーシップ関数Ｂiの交点を適合度ωi2として得
る。そしてωi1とωi2のうち小さい方を制御規則Ｒiの
適合度ωiとする。最後にこの制御規則Ｒiの出力である
操作量ｕiは、メンバーシップ関数Ｃiの適合度ωiを越
える部分を切りとった形として得られる。このように、
すべての制御規則について推論を行い、この制御規則全
体の推論結果ｕを各制御規則から得られた推論結果の重
ね合わせとして得る。 本実施例においては、表１に示
すようにキャリッジを制御するための制御規則を２５個
の制御規則で構成している。

【００２６】表１中のＮＢ、ＮＳ、Ｚ、ＰＳ、ＰＢの記
号は各入出力変数の大きさを表すためのファジィ集合で
あり、それぞれ、 ＮＢ：ＮＥＧＡＴＩＶＥ ＢＩＧ （負で大） ＮＳ：ＮＥＧＡＴＩＶＥ ＳＭＡＬＬ（負で小） Ｚ ：ＺＥＲＯ （０） ＰＳ：ＰＯＳＩＴＩＶＥ ＳＭＡＬＬ（正で小） ＰＢ：ＰＯＳＩＴＩＶＥ ＢＩＧ （正で大） を表している。

【００２７】

【表１】

【００２８】図６は入力変数Ｅmに対する各メンバーシ
ップ関数のファジィ集合の定義を示したものである。図
６中ａ１、ａ２はファジィ集合を定義するためのパラメ
ータである。同様に図７は入力変数Ｅcに対する各メン
バーシップ関数のファジィ集合の定義を示したもので、
ｂ１、ｂ２はファジィ集合を定義するためのパラメータ
である。図８は操作量ｕに対する各メンバーシップ関数
のファジィ集合の定義を示したものである。上記のファ
ジィ集合を定義するためのパラメータａ１、ａ２、ｂ
１、ｂ２を調整する事でこの制御器の特性を調整する事
が出来る。

【００２９】表１の各制御規則は、モータの速度とモー
タの目標速度との偏差Ｅm及びモータの速度とキャリッ
ジの速度との偏差Ｅcが減少するような出力操作量ｕを
Ｅm、Ｅcの向きと大きさに応じて記述したものである。
例えば、 ｉｆ Ｅm＝ＮＢ ａｎｄ Ｅc＝Ｚ ｔｈｅｎ ｕ＝ＰＢ という制御規則は「もし、モータの速度が目標速度より
ずっと遅く、キャリッジの速度がモータの速度と同じ
時、モータの速度を大きく加速する。」という意味で、
このように入力変数の代表的な状態についての制御規則
を記述する事であらゆる状態における制御を行う。

【００３０】なお、本実施例において、表１の制御規則
は、速度偏差ＥmとＥcを入力変数としているが、位置偏
差や加速度偏差を入力としても制御規則を記述できるこ
とは明かである。

【００３１】図３の手順オの非ファジィ化の方法は図５
に示すように推論結果ｕの重心を推論結果の確定値ｕ0
とする。確定値ｕ0は−１〜１の範囲で得られるので、
あらかじめ設定されている最大加速度Ｍaとｕ0を掛け合
わせることで次のステップのモータの加速度を得る。こ
の最大加速度Ｍaもこのファジィ制御器の特性を調節す
るためのパラメータであり、使用するモータの能力に応
じて設定する。また、この最大加速度Ｍaを制限する事
でキャリッジに有害な大きな加減速を抑止する。

【００３２】この加速度から次ステップのモータの速度
を算出し次ステップまでの時間を求める。前のステップ
を駆動後から次ステップまでの時間が経過した後にパル
ス発生装置から出力されるパルス信号によりモータ駆動
回路を介してパルスモータを駆動する。

【００３３】図９は請求項３に対する構成図を示したも
のである。制御部３０はＣＰＵ３１と制御を行うプログ
ラムの格納されたＲＯＭ３２と作業用メモリであるＲＡ
Ｍ３３と加減速の速度パターンを記憶させた記憶装置３
４で構成されている。

【００３４】記憶装置３４には、請求項１や請求項２の
様なフィードバック制御による加減速の速度パターンの
データを記憶している。加減速の速度パターンのデータ
は、図１のような構成の制御系で請求項１や請求項２の
ようなフィードバック制御を行ってキャリッジを駆動
し、図１の制御部１０で出力される駆動周期を順次、Ｒ
ＡＭ１３に記録する事により作成する。

【００３５】パルスモータは入力する駆動パルスの周波
数に比例した回転速度が得られるので、この速度パター
ンを記憶させた記憶装置から順次駆動周期を読みだし、
その周期に従ってパルスモータを駆動することにより、
このようなオープンループ制御においてもフィードバッ
ク制御を行っている場合のキャリッジの挙動が再現され
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のキャリッ
ジ駆動装置はキャリッジの速度をフィードバックしなが
らキャリッジを駆動しているので、キャリッジの加減速
時の有害な振動を抑えることが出来る。また、フィード
バック制御器にファジィ制御を用いているので、キャリ
ッジの挙動の調整が容易である。さらにこの制御により
加減速テーブルを記録した記憶装置より順次加減速デー
タを読みだしてそのデータに従ってキャリッジをオープ
ンループ制御する事でフィードバック制御を行った場合
と同等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図。

【図２】制御部のブロック図。

【図３】制御のフローチャート。

【図４】図３のファジィ推論処理部の詳細なフローチャ
ート。

【図５】ファジィ推論を説明する図。

【図６】Ｅmに対するメンバーシップ関数の定義を示す
図。

【図７】Ｅcに対するメンバーシップ関数の定義を示す
図。

【図８】ｕに対するメンバーシップ関数の定義を示す
図。

【図９】本発明の別の実施例の構成図。

【符号の説明】

１ キャリッジ ２ タイミングベルト ３ パルスモータ ４ リニアエンコーダ ５ フォトインタラプタ ６ ロータリーエンコーダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスモータを用いたキャリッジ駆動装
   置において、モータの回転角度検出手段と、モータの回
   転角速度検出手段と、モータの回転角加速度検出手段
   と、キャリッジの位置検出手段と、キャリッジの速度検
   出手段と、キャリッジの加速度検出手段のうちモータと
   キャリッジについて少なくとも１つずつの検出手段と、
   前記検出手段から得られる情報を入力とし、キャリッジ
   とモータの速度偏差と位置偏差の両方あるいは一方を収
   束させながらモータの加速、等速移動、減速、停止動作
   を行うモータの操作量を出力とする制御器と、該制御器
   からの出力よりモータへのパルス信号を発生するパルス
   発生装置とを具備することを特徴とするキャリッジ駆動
   装置。
2. 【請求項２】 モータの操作量を出力する制御器にファ
   ジィ制御器を用いたことを特徴とする請求項１記載のキ
   ャリッジ駆動装置。
3. 【請求項３】 パルスモータを用いたキャリッジ駆動装
   置において、キャリッジの加速時、減速時のパルスモー
   タの駆動タイミングのデータを記憶させた記憶装置と、
   記憶装置から駆動タイミングのデータを読み出し、その
   データを元にモータへのパルス信号を発生するパルス信
   号発生装置を具備し、前記駆動タイミングのデータが、
   モータの回転角度検出手段と、モータの回転角速度検出
   手段と、モータの回転角加速度検出手段と、キャリッジ
   の位置検出手段と、キャリッジの速度検出手段と、キャ
   リッジの加速度検出手段のうちモータとキャリッジにつ
   いて少なくとも１つずつの検出手段と、前記検出手段か
   ら得られる情報を入力とし、キャリッジとモータの速度
   偏差と位置偏差の両方あるいは一方を収束させながらモ
   ータの加速、等速移動、減速、停止動作を行うモータの
   操作量を出力とする制御器と、該制御器からの出力より
   モータへのパルス信号を発生するパルス発生装置とを具
   備したキャリッジ駆動装置のパルス発生装置から、加
   速、減速時に出力されるデータであることを特徴とする
   キャリッジ駆動装置。