JPH10323067A

JPH10323067A - モータの制御方法及び駆動装置

Info

Publication number: JPH10323067A
Application number: JP9123865A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ando; 俊幸安藤; Mikio Kamoshita; 幹雄鴨下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: JP3621227B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モータを制御し被制御体をある状態から移動さ
せて等速状態に駆動制御する場合において、最適な目標
値入力により、いわゆる機械系の高域共振を加振するこ
となく、高速な立ち上がり制御を行なうことを課題とす
る。【解決手段】本発明のモータの制御方法は、モータを制
御し被制御体１をある状態から移動させて等速状態に駆
動する駆動部２と、駆動部をデジタル演算結果に基づい
て制御する演算制御部３とを備え、最適な目標値入力を
得るための評価関数として、被制御体１の加速度の二階
微分値の二乗積分を選定し、この値が最小になる加速パ
ターンをもとに、目標値を時間に関する多項式で表わ
し、次に該多項式を用いて各サンプリング時刻ごとの目
標値を演算制御部３において算出し、被制御体１の各サ
ンプリング周期ごとの目標値として用いた多項式に対応
する値との差において駆動部２を制御して、被制御体１
の制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像読取装置の走
行体駆動装置や画像形成装置の感光体駆動装置、あるい
は工作機械や計測装置等の駆動装置に応用されるモータ
の制御方法に係り、特に、走行体や感光体等の被制御体
をある状態から移動させて等速状態に駆動制御するモー
タの制御方法及びそれを用いた駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの制御方法やその制御方法を用い
た装置に関する技術としては、例えば、特開平５−２２
９７５号公報記載の「モータの駆動制御方法および装
置」が知られている。この従来技術は、モータの回転速
度を変化させるための制御方法および装置であって、下
記の式で表わされる目標速度（指令速度）Ｖを算出し、
モータ速度が目標速度Ｖになるように制御するものであ
る。Ｖ＝√(２Ａθ) ただし、Ａ：加速度 θ：モータの回転位置

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】モータを制御し、被制
御体をある状態から移動させて等速状態に駆動制御する
制御方法としては、目標速度をステップ状に変化させて
速度制御を行う方法が一般的である。しかし、この方法
では、立ち上がり時のステップ状の入力変化に基づく、
急激な加速度変化により、いわゆる機械系の高域共振を
加振し、図１４に示すような振動が生じる。

【０００４】この振動を防ぐ方法として、特開平５−２
２９７５号公報記載の「モータの駆動制御方法および装
置」において、停止からのモータの回転角度をθ、減速
時の加速度をＡとおいた場合、加速時の目標速度ＶをＶ
＝√(２Ａθ)と表わすことにより、モータを加速制御さ
せる場合に一定加速度での加速を可能とする方法が提案
されている。この方法においては、一定の加速度で立ち
上げるため、前述の目標速度をステップ入力として与え
る方法よりは、いわゆる機械系の高域共振を加振しな
い。そのため、生じる振動は少なくなる。しかし、この
状態は、まだ最適な、いわゆる機械系の高域共振を加振
しない制御になっていないために、振動が発生する。ま
た、速度が目標速度に達した際には、目標加速度が０も
しくは、摩擦力相当にステップ状に減少するために、図
１５に示すような振動が発生してしまう。

【０００５】これらの振動は、高速な立ち上がりの実現
を妨げるばかりでなく、振動のために、装置に悪影響を
与え、最悪の場合は、装置の破損につながる恐れもあ
る。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、その目的（課題）は、モータを制御し、被制御体
をある状態から移動させて等速状態に駆動制御する場合
において、最適な目標値入力により、いわゆる機械系の
高域共振を加振することなく、高速な立ち上がり制御を
行なうことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、モータの制御方法であっ
て、モータを制御し、被制御体をある状態から移動させ
て、等速状態に駆動する駆動部と、該駆動部をデジタル
演算結果に基づいて制御する演算制御部とを備え、最適
な目標値入力を得るための評価関数として、被制御体の
加速度の二階微分値の二乗積分を選定し、この値が最小
になる加速パターンをもとに、目標値を時間に関する多
項式で表わし、次に該多項式を用いて各サンプリング時
刻ごとの目標値を前記演算制御部において算出し、前記
被制御体の前記各サンプリング周期ごとの目標値として
用いた多項式に対応する値との差において前記駆動部を
制御して、前記被制御体の制御を行なうことにより、い
わゆる機械系の高域共振を加振することなく、高速な立
ち上がり制御を行なうことが可能となる。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
モータの制御方法において、前記制御の目標値とする多
項式を目標速度とし、速度制御を行なうことにより、い
わゆる機械系の高域共振を加振することなく、高速な立
ち上がり制御を速度制御で行なうことが可能となる。

【０００９】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
モータの制御方法において、前記制御の目標値とする多
項式を目標速度の積分値とし、位置制御を行なうことに
より、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、
高速な立ち上がり制御を位置制御で行なうことが可能と
なる。

【００１０】請求項４記載の発明では、請求項２または
３記載のモータの制御方法において、前記被制御体の加
速度の二階微分値の二乗積分が最小となる加速パターン
を基に得られる目標加速度の時間に関する多項式に基づ
き、各サンプリング時刻ごとの目標加速度を前記演算制
御部において算出し、その値をフィードフォワード値と
して、前記駆動部に与えることにより、請求項２または
３よりも、安定してループゲインを上げ、より効果的
に、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高
速な立ち上がり制御を行なうことが可能となる。

【００１１】請求項５記載の発明では、請求項２記載の
モータの制御方法において、前記目標速度をＲｖとし、
等速状態の０でない速度をＶ1 、移動開始からＶ1 まで
の目標移動時間をＴとし、前記時間ｔに関する多項式
を、下記の式(1) として、前記演算制御部において各サ
ンプリング時刻ごとに目標速度Ｒｖを算出することによ
り、特に被制御体を停止状態から、等速状態に駆動する
際に、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、
高速な立ち上がり制御を速度制御で行なうことが可能と
なる。

【００１２】

【数４】

【００１３】請求項６記載の発明では、請求項３記載の
モータの制御方法において、前記目標速度の積分値をＲ
ｐとし、等速状態の０でない速度をＶ1 、移動開始から
Ｖ1までの目標移動時間をＴとし、前記時間ｔに関する
多項式を、下記の式(2) として、前記演算制御部におい
て各サンプリング時刻ごとに目標速度の積分値Ｒｐを算
出することにより、特に被制御体を停止状態から、等速
状態に駆動する際に、いわゆる機械系の高域共振を加振
することなく、高速な立ち上がり制御を位置制御で行な
うことが可能となる。

【００１４】

【数５】

【００１５】一般的に被制御体の駆動部においては、摩
擦力が働いており、特にその定常値は、バイアスとして
制御系に働き、良好な制御特性を妨げる。

【００１６】そこで、請求項７記載の発明では、請求項
２または３または５または６記載のモータの制御方法に
おいて、定常摩擦力相当の加速度を前記演算制御部にお
いて与え、その値をフィードフォワード値として、前記
駆動部に与えることにより、摩擦力による制御特性の劣
化を防止し、いわゆる機械系の高域共振を加振すること
なく、高速な立ち上がり制御を行なうことが可能とな
る。

【００１７】請求項８記載の発明では、請求項５または
６記載のモータの制御方法において、フィードフォワー
ドに用いる目標加速度をＲαとし、その時間ｔに関する
多項式を、下記の式(3) として、前記演算制御部におい
て各サンプリング時刻ごとに目標加速度Ｒαを算出する
ことにより、請求項５または６よりも、安定してループ
ゲインを上げ、より効果的に、いわゆる機械系の高域共
振を加振することなく、高速な立ち上がり制御を行なう
ことが可能となる。

【００１８】

【数６】

【００１９】請求項９記載の発明では、請求項８記載の
モータの制御方法において、前記フィードフォワード演
算部において前記各サンプリング時刻ごとの目標加速度
に、定常摩擦力相当の値を加えることにより、摩擦力に
よる制御特性の劣化を防止し、いわゆる機械系の高域共
振を加振することなく、高速な立ち上がり制御を行なう
ことが可能となる。

【００２０】画像読取装置の副走査走行体駆動装置は、
立ち上がり時間を含めた読み取り時間の短縮、等速
への立ち上がり直後の読み取り品質の確保、振動によ
る部品の破損防止、等により、高速でかつ振動の無い、
等速への立ち上げが要求されている。

【００２１】そこで請求項１０記載の発明は、画像読取
装置の走行体の駆動装置であって、請求項２乃至９の何
れかに記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を
走行体駆動部に適用することにより、いわゆる機械系の
高域共振を加振することなく、高速な立ち上がり制御が
可能な画像読取装置の走行体駆動装置を構築することが
可能となる。

【００２２】画像読取装置においては、変倍率に合わせ
て目標の等速度が異なる。変倍率を利用者が設定したな
らば、直ちに目標値の時間に関する多項式に用いる係数
を計算する方法で対応できるが、計算のためのアルゴリ
ズムを入れていくメモリが必要なことや、計算時間がか
かる等のデメリットがある。

【００２３】そこで請求項１１記載の発明は、画像読取
装置の走行体の駆動装置であって、請求項５乃至９の何
れかに記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を
走行体駆動部に適用し、あらかじめ、少なくとも一つ以
上の目標速度Ｖ1 を画像読取装置の倍率に対応させてお
き、前記目標速度に対する係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ₁₄を格納
したテーブルを設け、該テーブルを検索して得られた値
をもとに、目標速度もしくは目標速度の積分値もしくは
目標加速度を求めることにより、容易に目標値の時間に
関する多項式に用いる係数を得ることが可能となる。

【００２４】画像形成装置の感光体駆動装置は、立ち
上がり時間の短縮、等速への立ち上がり直後の書き込
み品質の確保、振動による部品の破損防止、等によ
り、高速でかつ振動の無い、等速への立ち上げが要求さ
れている。

【００２５】そこで請求項１２記載の発明は、画像形成
装置の感光体の駆動装置であって、請求項２乃至９の何
れかに記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を
感光体駆動部に適用することにより、いわゆる機械系の
高域共振を加振することなく、高速な立ち上がり制御が
可能な画像形成装置の感光体駆動装置を構築することが
可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のモータの制御方法
及び駆動装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明
する。

【００２７】まず、本発明の制御方法を図１により簡単
に説明する。図１は本発明に係るモータ制御系の一構成
例を示すブロック図であり、モータを制御して、画像読
取装置の走行体や画像形成装置の感光体等の被制御体１
を移動させて等速駆動を行なう駆動部２と、この駆動部
２をデジタル演算により制御する演算制御部３とを備
え、評価関数、すなわち、ここでは、被制御体１の加速
度の二階微分値の二乗積分値が最小となる加速パターン
をもとに、目標速度、目標速度の積分値、フィードフォ
ワードとしての目標加速度を、時間に関する多項式で表
わし、この多項式を用いて各サンプル時刻ごとの目標速
度、目標速度の積分値、フィードフォワードとしての目
標加速度を演算制御部３において算出し、被制御体１の
各サンプル時刻ごとの位置、速度との差に応じて駆動部
２を制御し、被制御体１の駆動を行なうものである。こ
れにより、いわゆる機械系の高域共振を加振することな
く、高速な立ち上がり制御を行なうことができる。

【００２８】ここで、等速、位置、速度等の用語は、直
線駆動系を対象にして記述したが、感光体駆動のように
回転運動の場合には、それぞれ対応する物理量（例え
ば、等角速度、角度、角速度）に置き換えればよい。

【００２９】被制御体１の加速度の二階微分値の二乗積
分値が最小となる加速パターンを設定する。被制御体１
の加速度の二階微分値を仮想的な入力ｕ' として導入
し、プラントの状態方程式を、下記の式(4) とする。

【００３０】

【数７】

【００３１】ここで、ｖ，α，α' はそれぞれ、被制御
体１の速度、加速度、加速度の一階微分値である。ま
た、この場合の評価関数Ｊは下記の式(5) である。

【００３２】

【数８】

【００３３】このようなＪを最小にする目標速度、フィ
ードフォワードとしての目標加速度は、それぞれ、時間
に関する５次、４次式となる。例えば、定数をＣ₀〜Ｃ₅
とすると、目標速度Ｒｖは、Ｒｖ＝Ｃ₅・ｔ⁵＋Ｃ₄・ｔ⁴＋Ｃ₃・ｔ³＋Ｃ₂・ｔ²＋Ｃ₁・ｔ＋
Ｃ₀ と表わされる。また、定数をＣ₁₀〜Ｃ₁₄とすると、フィ
ードフォワードとしての目標加速度Ｒαは、Ｒα＝Ｃ₁₄・ｔ⁴＋Ｃ₁₃・ｔ³＋Ｃ₁₂・ｔ²＋Ｃ₁₁・ｔ＋Ｃ₁₀ と表わされる。

【００３４】ここで、目標速度を積分して定数をＣ₂₀〜
Ｃ₂₆とし、目標速度を達成する目標位置の時間に関する
多項式Ｒｐを求めると、Ｒｐは時間に関する６次式とな
り、Ｒｐ＝Ｃ₂₆・ｔ⁶＋Ｃ₂₅・ｔ⁵＋Ｃ₂₄・ｔ⁴＋Ｃ₂₃・ｔ³＋Ｃ₂₂
・ｔ²＋Ｃ₂₁・ｔ＋Ｃ_２０と表わされる。

【００３５】目標加速度は、フィードフォワードとして
用いることにより、目標速度による速度制御や、目標速
度の積分値による位置制御と併用できる。

【００３６】次に、図２に本発明の制御方法を実現する
具体例として駆動装置のモータ制御系のブロック図を示
す。同図において、符号２０１はマイクロコンピュータ
であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２０２、リード
オンリーメモリ（ＲＯＭ）２０３、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）２０４がそれぞれバス２０５を介して接
続されている。このマイクロコンピュータ２０１内にお
いて、時間の関数の多項式で表わしている制御のための
目標値を計算する。２０６は被制御体であり、例えば画
像読取装置の走行体や画像形成装置の感光体である。１
１は被制御体２０６を駆動するためのモータであり、モ
ータ１１には、モータ軸と同軸に、モータ可動子の回転
角度を計数するためのエンコーダ１０が取り付けられて
いる。エンコーダ１０からの出力２０９は状態検出用の
インターフェイス装置２１０に接続されている。このイ
ンターフェイス装置２１０はエンコーダ１０の出力を処
理して、デジタル数値に変換する状態検出用インターフ
ェイス装置であり、出力パルスを計数するカウンタを備
えている。２０７は駆動用のインターフェイス装置であ
り、マイクロコンピュータ２０１の演算結果（目標値と
実測値の差、もしくは、それにフィードフォワード値を
加えた値）のデジタル値を駆動部を構成するパワー半導
体２０８（例えばトランジスタ）を動作させるパルス状
信号（制御信号）に変換する。駆動部を構成するパワー
半導体２０８はこのパルス状信号に基づき動作し、モー
タ１１に印加する電圧を制御する。この結果、モータ１
１すなわち被制御体２０６は所望の速度で駆動される。
この際、前述の目標値を用いているので、振動等の生じ
ない高速な立ち上がりが可能である。モータ１１すなわ
ち被制御体２０６の速度もしくは位置は、前述のエンコ
ーダ１０、インターフェイス装置２１０により検出さ
れ、マイクロコンピュータ２０１に取り込まれる。ここ
で、２０１〜２０５が図１における演算制御部３であ
り、２０６，１１，１０が被制御体１、２０７，２０８
が駆動部２に相当する。

【００３７】ここで、速度を検出する方法について示
す。図２のエンコーダ１０の出力を処理する、状態検出
用インターフェース２１０の処理方法について述べる。
状態検出用インターフェイス２１０は出力（図３のエン
コーダ出力）をマイクロプロセッサ２０２の割り込みに
接続してあり、また、基準クロック（図３のＣＬＫ）を
カウントするタイマーを備えている。図３において、エ
ンコーダ出力パルスのエッジ３０１が到達する直前の状
態から説明する。カウンタ（例えば、１６進カウンタ）
はエンコーダパルスの出力をＣＬＫ信号をもとに、与え
られたカウント値（例えば０ＦＦＦＦＨ）からデクリメ
ントカウントを実行する。エッジ３０１がマイクロプロ
セッサ２０２の割り込みへ到達すると、図４の割り込み
ルーチンが実行開始される。すると、カウンタのデクリ
メントカウント値は、状態検出用インターフェイス装置
２１０の内蔵レジスタにラッチされる（Ｐ１）。次に、
ラッチされたデクリメントカウント値を、図２のＲＡＭ
２０４へ格納する（Ｐ２）。そして、Ｔｎのパルス周期
をカウントするためのカウント初期値（０ＦＦＦＦＨ）
を与え、再度デクリメントカウントを開始し（Ｐ３）、
割り込みの処理を終了する。再度エッジ３０２が割り込
みへ到達したら、前述の図４のＰ１〜Ｐ３の処理が繰り
返される。

【００３８】このとき、パルスＴｎにおける速度ｖ
（ｉ）は次の式(6) のようにして求められる。Ｖ(i)＝ｋ／(Ｔclk × Ｎe × ｎ) ・・・(6) ここで、Ｔclk：ＣＬＫ周期．Ｎe：単位角度当りのエンコーダ分割数（４逓倍を使
用）．ｎ：ＣＬＫカウント数＝０ＦＦＦＦＨ−デクリメントカ
ウント数．ｋ：速度への単位換算定数．また、モータ１１すなわち被制御体２０６の位置の検出
は、インターフェイス装置２１０において、エンコーダ
パルス数を計数することで簡単に実行できる。

【００３９】今、前述の状態方程式を用いて、制御対象
の初期条件及び終端条件をそれぞれ下記のようにおく。

【００４０】

【数９】ここで、Ｖ1：目標速度．Ｔ：移動開始から速度Ｖ1迄の目標移動時間．とする。

【００４１】上記のようにおくと、目標速度Ｒｖは、Ｒｖ＝６・ａ₁₆・ｔ⁵＋５・ａ₁₅・ｔ⁴＋４・ａ₁₄・ｔ³ ・・・(1) と表わされる。また、フィードフォワードとしての目標
加速度Ｒαは、Ｒα＝３０・ａ₁₆・ｔ⁴＋２０・ａ₁₅・ｔ³＋１２・ａ₁₄・ｔ² ・・・(3) と表わされる。ここで、多項式の係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ₁₄
は下記の式より得られる。

【００４２】

【数１０】

【００４３】さらに、目標速度を積分して、目標速度を
達成する目標位置の時間に関する多項式Ｒｐを求める
と、Ｒｐ＝ａ₁₆・ｔ⁶＋ａ₁₅・ｔ⁵＋ａ₁₄・ｔ⁴ ・・・（２）と表わされる。

【００４４】以上で求めた式をもとに、マイクロコンピ
ュータ２０１内において、サンプリング時刻ごとに、目
標速度もしくは目標速度の積分値を求めて、モータ１１
がそれに追従するような駆動を行なうものである。この
際、求めた目標加速度Ｒαをフィードフォワード値とし
て、目標速度による速度制御や、目標速度の積分値によ
る位置制御と併用することにより、より効果的に、いわ
ゆる機械系の高域共振を加振することの無い、高速な立
ち上がり制御を実現できる。

【００４５】一般的に駆動装置のモータや被制御体にお
いては摩擦力が働いており、特にその定常値は、バイア
スとして制御系に働き、良好な制御特性を妨げる。従っ
て、この摩擦力に相当する値を前記マイクロコンピュー
タ２０１内に記憶させておき、その値をフィードフォワ
ードとして用いることにより、フィードフォワードを用
いない制御方法よりも良好な制御が行なえる。従って、
フィードフォワード値は、目標加速度Ｒαと摩擦力に相
当する値とを、サンプリング時刻毎に加えた値を用いて
もよい。この場合が最も良好な制御が可能となる。

【００４６】図５に請求項２乃至９の何れかに記載の制
御方法を適用する画像読取装置の一例を示す。図５にお
いて、符号１３０１は原稿、１３０２は原稿台、１３０
３は原稿照明系、１３０４は反射光の光軸、１３０５は
読み取り用の光電変換素子であり例えばＣＣＤ（Ｃｈａ
ｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）、１３０６は
結像レンズ、１３０７は反射ミラー、１３０８はこれら
ＣＣＤ１３０５、レンズ１３０６、ミラー１３０７等か
らなる光電変換ユニットである。１３０９，１３１０は
副走査駆動用のプーリ、１３１１はワイヤ、１３１２は
モータで、それと同軸に速度検出用のエンコーダ１３１
３が取り付けられている。１３１４は画像読取装置のハ
ウジングである。原稿１３０１を読み取るための光電変
換ユニット１３０８は、駆動用のモータ１３１２をハウ
ジング１３１４に固定して、ワイヤ１３１１とプーリ１
３０９，１３１０及び歯車やベルト等の動力伝達系１３
１５などのモータ１３１２の駆動力を伝達する手段を用
いて、原稿１３０１の副走査方向に駆動する。このと
き、蛍光灯などの読み取り用照明系１３０３で、原稿台
１３０２上の原稿１３０１を照明し、その反射光束（光
軸を１３０４に示す）を複数のミラー１３０７で折り返
し、結像レンズ１３０６を介して、光電変換素子である
ＣＣＤ１３０５などのイメージセンサーの受光部に原稿
１３０１の像を結像する。この時、モータ１３１２、速
度検出用のエンコーダ１３１３等による光電変換ユニッ
トの副走査と光電変換換素子１３０５自身の主走査と
で、原稿全体が読み取られる。

【００４７】これまで、このような画像読取装置の走行
体駆動部の速度立ち上げ制御においては、従来例で示し
たような制御を行なっていたので、その速度プロフィー
ルは、図１４，１５で示したものになり、立ち上がり時
において振動が生じてしまっていた。

【００４８】今、一例として、目標速度Ｖ1 を０.４３
ｍ／ｓ、移動開始から速度Ｖ1 までの目標移動時間Ｔを
０.０３５sec とした場合において、前記評価関数が最
小になるような目標入力を与える目標速度、及び目標加
速度、及び目標速度の積分値（目標位置）をそれぞれ図
６，７，８に示す。画像読取装置の走行体駆動部におけ
る目標値として、このような滑らかな入力を与えること
で、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高
速な走行体の速度立ち上がりが可能となる。

【００４９】一例として、目標速度及び、計算した目標
加速度に摩擦力相当の値を加えたフィードフォワード制
御を行なった場合の結果を図９に示す。図９は、図１
４，１５と比べて明らかに振動が少なく、本発明の有効
性が確認できる。

【００５０】ここでは、画像読取装置として、光学系が
一つの可動子に取り付けられている場合を示したが、こ
れに限るものではなく、二つの走行体を２対１の速度比
で駆動するタイプでもまったく同様である。

【００５１】ところで、画像読取装置においては、ユー
ザは、様々な読み取り倍率で画像を読み取る。この際
に、駆動系としては、ユーザの設定した読み取り倍率に
合わせた駆動速度の設定を行なっている。本発明を適用
する際には、目標値の時間に関する多項式（目標速度：
Ｒｖ、目標加速度：Ｒα、目標速度の積分値（目標位
置）：Ｒｐ）の係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ₁₄を求める必要があ
る。これは、目標速度Ｖ1と、目標速度Ｖ1 の立ち上が
り時間（目標移動時間）Ｔが決まれば、一意的に計算で
きるが、画像読取装置としては、余計な負荷となる。

【００５２】そこで、図１０に示すように、演算制御部
３内のメモリに、読み取り倍率もしくはそれを実現する
駆動速度に対応する前記係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ₁₄をデータ
テーブル４として記憶させておく。図１１はデータテー
ブルの一例を示す図である。そして、ユーザが読み取り
倍率を設定したならば、ただちにそのテーブルから、目
標値の時間に関する多項式の係数を決定する。これによ
り、ＣＰＵに余計な負荷をかけないで、容易に必要な係
数が決定でき、画像読取装置の変倍読み取りに対応でき
る。

【００５３】図１２に請求項２乃至９の何れかに記載の
制御方法を適用する画像形成装置の一例を示す。図１２
において画像形成装置は、主にレーザ書込み部１４０
１、カラー現像部１４０２、感光体ドラム部１４０３、
中間転写ベルト部１４０４、定着部１４０５、給紙部１
４０６により構成されている。今、形成すべきデータが
レーザ書込み部１４０１に送られると、半導体レーザ１
４０９で発生されたレーザビームが、回転駆動されてい
るポリゴンミラー１４１０により回転走査され、ｆθレ
ンズやミラー等の光学系１４１１を介して感光体ドラム
１４１２上に到達し潜像を形成する。該潜像はカラー現
像部１４０２のトナーにより現像され可視像を形成す
る。感光体ドラム１４１２に形成された像は、一度転写
ベルト上に中間転写された後、最終的には、給紙部１４
０６から給紙された用紙に像が転写され、定着部１４０
５でその像が用紙に定着され、排紙トレイに出力され
る。像が白黒のように単色の場合には、一回の転写ベル
トへの転写の後、用紙に転写されるが、カラーの場合に
は、感光体ドラム上へのＲ（レッド），Ｇ（グリー
ン），Ｂ（ブルー）（もしくはその補色であるＣ（シア
ン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー））とブラックの
各色の像形成と、転写ベルト上への四回の重ね合わせが
行なわれ、その後、転写ベルト上に形成されたカラーの
像が用紙に転写される。

【００５４】図１３に感光体ドラムの駆動部の詳細を示
す。図１３において、１５０１は駆動用のモータでそれ
と同軸には、モータ制御用のエンコーダ１５０２が取り
付けられている。モータ１５０１の回転は、減速装置１
５０３やタイミングベルト１５０４の伝達系を介して、
感光体ドラム１５０５の取り付けられているドラム軸１
５０６に伝達される。１５０７は回転の安定性を向上さ
せるためのフライホイールである。このような構成でモ
ータ１５０１を制御することにより、感光体ドラム１５
０５は等速で駆動される

【００５５】このような画像形成装置の感光体駆動装置
には、立ち上がり時間の短縮、等速への立ち上がり
直後の書込み品質の確保、振動による部品の破損防
止、等により、高速でかつ振動の無い、等速への立ち上
げが要求されている。しかし、これまで、このような画
像形成装置の速度立ち上げ制御においては、従来例で示
したような制御を行なっていたので、その速度プロフィ
ールは、図１４，１５で示したようなものになり、立上
り時において、振動が生じてしまっていた。

【００５６】そこで、画像形成装置の感光体駆動部に請
求項２から９の何れかに記載のモータ制御方法を適用し
た感光体駆動装置とすることにより、いわゆる機械系の
高域共振を加振することなく、高速な立ち上がり制御が
可能な画像形成装置の感光体駆動装置を構築することが
できる。

【００５７】尚、ここでは、画像形成装置として、カラ
ー現像部がドラムタイプのカラーのデジタル方式の画像
形成装置を例にして示したが、本発明はこれに限ること
なく、カラー現像部がドラムタイプでないものでも、ま
た、白黒でも、アナログ方式でも、感光体駆動装置を有
するものであれば、同様に適用することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、モータを制御し、被制御体をある状態から移動
させて、等速状態に駆動する駆動部と、該駆動部をデジ
タル演算結果に基づいて制御する演算制御部とを備え、
最適な目標値入力を得るための評価関数として、被制御
体の加速度の二階微分値の二乗積分を選定し、この値が
最小になる加速パターンをもとに、目標値を時間に関す
る多項式で表わし、次に該多項式を用いて各サンプリン
グ時刻ごとの目標値を前記演算制御部において算出し、
前記被制御体の前記各サンプリング周期ごとの目標値と
して用いた多項式に対応する値との差において前記駆動
部を制御して、前記被制御体の制御を行なっているの
で、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高
速な立ち上がり制御を行なうことができる。

【００５９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
モータの制御方法において、前記制御の目標値とする多
項式を目標速度とし、速度制御を行なっているので、い
わゆる機械系の高域共振を加振することなく、高速な立
ち上がり制御を速度制御で行なうことができる。

【００６０】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
モータの制御方法において、前記制御の目標値とする多
項式を目標速度の積分値とし、位置制御を行なっている
ので、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、
高速な立ち上がり制御を位置制御で行なうことができ
る。

【００６１】請求項４記載の発明では、請求項２または
３記載のモータの制御方法において、前記被制御体の加
速度の二階微分値の二乗積分が最小となる加速パターン
を基に得られる目標加速度の時間に関する多項式に基づ
き、各サンプリング時刻ごとの目標加速度を前記演算制
御部において算出し、その値をフィードフォワード値と
して、前記駆動部に与えているので、請求項２または３
よりも、安定してループゲインを上げ、より効果的に、
いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高速な
立ち上がり制御を行なうことができる。

【００６２】請求項５記載の発明では、請求項２記載の
モータの制御方法において、前記目標速度をＲｖとし、
等速状態の０でない速度をＶ1 、移動開始からＶ1 まで
の目標移動時間をＴとし、前記時間ｔに関する多項式を
下記の式(1) として、前記演算制御部において各サンプ
リング時刻ごとに目標速度Ｒｖを算出しているので、特
に被制御体を停止状態から、等速状態に駆動する際に、
いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高速な
立ち上がり制御を速度制御で行なうことができる。

【００６３】

【数１１】

【００６４】請求項６記載の発明では、請求項３記載の
モータの制御方法において、前記目標速度の積分値をＲ
ｐとし、等速状態の０でない速度をＶ1 、移動開始から
Ｖ1までの目標移動時間をＴとし、前記時間ｔに関する
多項式を、下記の式(2) として、前記演算制御部におい
て各サンプリング時刻ごとに目標速度の積分値Ｒｐを算
出しているので、特に被制御体を停止状態から、等速状
態に駆動する際に、いわゆる機械系の高域共振を加振す
ることなく、高速な立ち上がり制御を位置制御で行なう
ことができる。

【００６５】

【数１２】

【００６６】請求項７記載の発明では、請求項２または
３または５または６記載のモータの制御方法において、
定常摩擦力相当の加速度を前記演算制御部において与
え、その値をフィードフォワード値として、前記駆動部
に与えているので、摩擦力による制御特性の劣化を防止
し、いわゆる機械系の高域共振を加振することなく、高
速な立ち上がり制御を行なうことができる。

【００６７】請求項８記載の発明では、請求項５または
６記載のモータの制御方法において、フィードフォワー
ドに用いる目標加速度をＲαとし、その時間ｔに関する
多項式を、下記の式(3) として、前記演算制御部におい
て各サンプリング時刻ごとに目標加速度Ｒαを算出して
いるので、請求項５または６よりも、安定してループゲ
インを上げ、より効果的に、いわゆる機械系の高域共振
を加振することなく、高速な立ち上がり制御を行なうこ
とができる。

【００６８】

【数１３】

【００６９】請求項９記載の発明では、請求項８記載の
モータの制御方法において、前記フィードフォワード演
算部において前記各サンプリング時刻ごとの目標加速度
に、定常摩擦力相当の値を加えているので、摩擦力によ
る制御特性の劣化を防止し、いわゆる機械系の高域共振
を加振することなく、高速な立ち上がり制御を行なうこ
とができる。

【００７０】請求項１０記載の発明は、画像読取装置の
走行体の駆動装置であって、請求項２乃至９の何れかに
記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を走行体
駆動部に適用することにより、いわゆる機械系の高域共
振を加振することなく、高速な立ち上がり制御が可能な
画像読取装置の走行体駆動装置を構築することができ
る。

【００７１】請求項１１記載の発明は、画像読取装置の
走行体の駆動装置であって、請求項５乃至９の何れかに
記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を走行体
駆動部に適用し、あらかじめ、少なくとも一つ以上の目
標速度Ｖ1 を画像読取装置の倍率に対応させておき、前
記目標速度に対する係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ₁₄を格納したテ
ーブルを設け、該テーブルを検索して得られた値をもと
に、目標速度もしくは目標速度の積分値もしくは目標加
速度を求めているので、容易に目標値の時間に関する多
項式に用いる係数を得ることができる。

【００７２】請求項１２記載の発明は、画像形成装置の
感光体の駆動装置であって、請求項２乃至９の何れかに
記載のモータの制御方法を用い、その制御方法を感光体
駆動部に適用しているので、いわゆる機械系の高域共振
を加振することなく、高速な立ち上がり制御が可能な画
像形成装置の感光体駆動装置を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ制御系の一構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明のモータ制御方法を実現する具体例を示
す駆動装置のモータ制御系のブロック図である。

【図３】エンコーダ出力と基準クロック（ＣＬＫ）信号
を示す図である。

【図４】エンコーダ出力の処理を行なう割り込みルーチ
ンのフローチャートである。

【図５】請求項２乃至９の何れかに記載の制御方法を適
用する画像読取装置の一例を示す概略構成図である。

【図６】本発明の制御方法に係る目標速度と時間の関係
の一例を示すグラフである。

【図７】本発明の制御方法に係る目標加速度と時間の関
係の一例を示すグラフである。

【図８】本発明の制御方法に係る目標速度の積分値（目
標位置）と時間の関係の一例を示すグラフである。

【図９】本発明の制御方法を適用した場合の制御結果の
一例を示す図であって、被制御体の速度と時間の関係を
示すグラフである。

【図１０】本発明に係るモータ制御系の別の構成例を示
すブロック図である。

【図１１】図１０に示す演算制御部内のメモリに記憶さ
れるデータテーブルの一例を示す図である。

【図１２】請求項２乃至９の何れかに記載の制御方法を
適用する画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

【図１３】感光体ドラムの駆動部の一例を示す斜視図で
ある。

【図１４】従来の制御方法による制御結果の一例を示す
図であって、被制御体の速度と時間の関係を示すグラフ
である。

【図１５】従来の制御方法による制御結果の別の例を示
す図であって、被制御体の速度と時間の関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１：被制御体２：駆動部３：演算制御部４：データテーブル１０：エンコーダ１１：モータ２０１：マイクロコンピュータ２０２：マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２０３：リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２０４：ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０５：バス２０６：被制御体２０７：駆動用インターフェイス装置２０８：パワー半導体２０９：エンコーダ出力２１０：状態検出用インターフェイス装置１３０１：原稿１３０２：原稿台１３０３：原稿照明系１３０５：光電変換素子（ＣＣＤ等）１３０６：結像レンズ１３０７：反射ミラー１３０８：光電変換ユニット１３０９，１３１０：副走査駆動用のプーリ１３１１：ワイヤ１３１２：モータ１３１３：エンコーダ１４０１：レーザ書込み部１４０２：カラー現像部１４０３：感光体ドラム部１４０４：中間転写ベルト部１４０５：定着部１４０６：給紙部１４１２，１５０５：感光体ドラム１５０１：モータ１５０２：エンコーダ１５０３：減速装置１５０４：タイミングベルト１５０６：ドラム軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータを制御し、被制御体をある状態から
移動させて、等速状態に駆動する駆動部と、該駆動部を
デジタル演算結果に基づいて制御する演算制御部とを備
え、前記被制御体の加速度の二階微分値の二乗積分が最小と
なる加速パターンを基に、目標値を時間に関する多項式
で表わし、該多項式を用いて各サンプリング時刻ごとの
目標値を前記演算制御部において算出し、前記被制御体
の前記各サンプリング周期ごとの目標値として用いた多
項式に対応する値との差において前記駆動部を制御し
て、前記被制御体の制御を行なうことを特徴とするモー
タの制御方法。
【請求項２】請求項１記載のモータの制御方法におい
て、前記制御の目標値とする多項式は目標速度であり、
速度制御を行なうことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項３】請求項１記載のモータの制御方法におい
て、前記制御の目標値とする多項式は目標速度の積分値
であり、位置制御を行なうことを特徴とするモータの制
御方法。
【請求項４】請求項２または３記載のモータの制御方法
において、前記被制御体の加速度の二階微分値の二乗積
分が最小となる加速パターンを基に得られる目標加速度
の時間に関する多項式に基づき、各サンプリング時刻ご
との目標加速度を前記演算制御部において算出し、その
値をフィードフォワード値として、前記駆動部に与える
ことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項５】請求項２記載のモータの制御方法におい
て、前記目標速度をＲｖとし、等速状態の０でない速度
をＶ1 、移動開始からＶ1 までの目標移動時間をＴと
し、前記時間ｔに関する多項式を、下記の式(1) とし
て、前記演算制御部において各サンプリング時刻ごとに
目標速度Ｒｖを算出することを特徴とするモータの制御
方法。【数１】
【請求項６】請求項３記載のモータの制御方法におい
て、前記目標速度の積分値をＲｐとし、等速状態の０で
ない速度をＶ1 、移動開始からＶ1 までの目標移動時間
をＴとし、前記時間ｔに関する多項式を、下記の式(2)
として、前記演算制御部において各サンプリング時刻ご
とに目標速度の積分値Ｒｐを算出することを特徴とする
モータの制御方法。【数２】
【請求項７】請求項２または３または５または６記載の
モータの制御方法において、定常摩擦力相当の加速度を
前記演算制御部において与え、その値をフィードフォワ
ード値として、前記駆動部に与えることを特徴とするモ
ータの制御方法。
【請求項８】請求項５または６記載のモータの制御方法
において、フィードフォワードに用いる目標加速度をＲ
αとし、その時間ｔに関する多項式を、下記の式(3) と
して、前記演算制御部において各サンプリング時刻ごと
に目標加速度Ｒαを算出することを特徴とするモータの
制御方法。【数３】
【請求項９】請求項８記載のモータの制御方法におい
て、前記フィードフォワード演算部において前記各サン
プリング時刻ごとの目標加速度に、定常摩擦力相当の値
を加えることを特徴とするモータの制御方法。
【請求項１０】画像読取装置の走行体の駆動装置であっ
て、請求項２乃至９の何れかに記載のモータの制御方法
を用い、その制御対象が走行体駆動部であることを特徴
とする駆動装置。
【請求項１１】画像読取装置の走行体の駆動装置であっ
て、請求項５乃至９の何れかに記載のモータの制御方法
を用い、その制御対象が走行体駆動部であり、少なくと
も一つ以上の目標速度Ｖ1 を画像読取装置の倍率に対応
させておき、前記目標速度に対する係数ａ₁₆，ａ₁₅，ａ
₁₄を格納したテーブルを設け、該テーブルを検索して得
られた値をもとに、目標速度もしくは目標速度の積分値
もしくは目標加速度を求めることを特徴とする駆動装
置。
【請求項１２】画像形成装置の感光体の駆動装置であっ
て、請求項２乃至９の何れかに記載のモータの制御方法
を用い、その制御対象が感光体駆動部であることを特徴
とする駆動装置。