JPS58103893A - 往復運動機構の駆動制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電流源ブリッジ型サーボアンプ回路を用い
て往復運動機構を駆動する直流モータを制御する往復運
動機構の駆動制御回路に関し、特にその等速制御ループ
内に補償要素としてのＩＪ−ドラグフィルタを有するも
のに関する。

例えば、複写機における光学系のような往復運動機構の
駆動制御回路として、電流源ブリッジ型サーボアンプ回
路を用いて往復運動機構を駆動する直流モータを制御す
るものが多用されている。

この電流源ブリッジ型サーボアンプ回路のスイッチング
原理は、第１図に示すように、直流電圧源の正極側ライ
ンＶ＋とアースラインＧＮ、Ｄとの間にブリッジ接続し
た４個のスイッチング回路ＳＷ、　。

ＳＷ２．ＳＷｓ、８Ｗ＜の平衡点ａ、ｂ間に直流モータ
（以下単に「モータ」という）１を接続し、制御入力信
号に応じてこの４個のスイッチング回路の制御信号８１
〜Ｓ、　　ｋ制御し、スイッチング回路８ＷｔとＳＷ４
又はＳＷ２とＳＷａを選択的に導通化（電流が流れる状
態にすること）すると共に、その導通時間又は導通度を
制御して、モータ１に流れる電流の向き及び大きさを制
御するようにした回路である。

このようなサーボアンプ回路における最終段のスイッチ
ング回路ＳＷ１〜ｓｗ４　としては、トランジスタ等の
半導体素子が用いられるが、そのスイッチング時間の遅
れによって、第１図におけるスイッチング回路ｓｗ、−
ｓｗ、が全て導通状態（以下の説明では便宜上、導通状
態を「オ刈、非導通状態を１オフ」という）となるショ
ートモードが発生することがある。

すなわち、第１図の回路において、制御信号ｓ１゜Ｓ４
　　として第２図（ａ）に示すような波形の信号を、制
御信号Ｓ２．Ｓ３として同図（ｂ）に示すような信号金
与えた時、スイッチング回路ＳＷ、８Ｗ４のオン・オフ
動作は同図（ＣＪに示すように遅れ、スイッチング回路
ＳＷ２．８Ｗａのオン・オフ動作も同図（ｄ）に示すよ
うに遅れる。

そのため、第２図に斜線を施して示す時間帯でショート
モードが発生する恐れがある。

そこで、このような電流源ブリッジ型サーボアンプ回路
を構成する場合、スイッチング回路ｓｗｌ〜ＳＷ４　の
切換え時、すなわちモータ１に流す電流の向きを変える
時には、スイッチング回路８Ｗｔ〜ＳＷ４を一旦全てオ
フにしてショートモードの発生を避けるようにする回路
を備えている。

しかしながら、このショートモードを避けるための回路
が動作すると、その間は速度制御できなくなるので、追
従性が悪くなることになる。

一方、このような電流源ブリッジ型サーボアンプ回路を
用いて、等速制御を行なう場合、フィードバック制御部
のループゲインを大きくとり、なおかつ立上り時にオー
バシュートしない安定な制御系を得るため、等速制御ル
ープ内に補償要素としてのリードラグフィルタを挿入す
ることが行なわれる。

そうすると、サーボアンプ制御人力が階段状に変化する
リターン制御時には、サーボアンプ制御入力が変化する
たびに、リードラグフィルタの微分出力によって極性の
反転が起り、ショートモードを避けるための回路が動作
してしまうため、追従性が悪くなる恐れがある。

そのため、従来は、リードラグフィルタを挿入する場合
には、サーボアンプ回路内のスイッチング素子として高
速スイッチング素子を使用して、できるだけショートモ
ードを避けるための時間を短か（していた。

しかしながら、高速スイッチング素子は非常に高価であ
るため、リードラグフィルタを挿入しないで閉ル〜ブ系
を構成することも多かった。

そうすると、ループゲインを大きくできないので、外乱
に対して非常に弱い制御系になり、なおかつ定常誤差も
大きくなり、高精度の等゛速制御ができな（なるという
問題があった。

この発明は、このような問題を解決しようとするもので
あり、複写機の光学系のように、往動時に高精度を要求
され、復動時にはラフな制御でよい往復運動機構のモー
タを、電流源ブリッジ型サーボアンプを用いて駆動制御
する場合に、安価で安定な制御系を構成できるようにす
ることを目的とする。

そのため、この発明による往復運動機構の駆動制御回路
は、等速制御ループ内に補償要素として挿入するリード
ラグフィルタを、単なるアンプとして動作するように切
換え可能にして、往復運動機構の等速運動する往動時に
はリードラグフィルタを本来のリードラグフィルタとし
て動作させ、クイックリターンする復動時には単なるア
ンプとして動作させるようにして、上記の目的を達成す
るものである。

以下、添付図面を参照してこの発明の詳細な説明するが
、先ず、第６図によってこの発明の対象とする往復運動
機構の駆動制御回路を説明する。

第１図において、制御回路部２は装置全体の動作指令を
行なうためのものであり、速度指令データＤｓ　を出力
してレジスタ乙に記憶させる。その記憶データをＤ／Ａ
変換器４によってアナログ信号すなわち電圧信号に変換
して、制御回路部２からの回転方向指定信号ａによる非
反転と反転の切換可能なアンプ５によって、回転方向に
応じた極性にして増幅される。

一方、モータ１に連結されたパルスエンコー、ダ９から
その回転速度に応じた周波数のパルス信号を発生し、そ
れをｆ−Ｖ変換回路１０によってその周波数に応じた電
圧信号に変換し、非反転と反転の切換可能なアンプ１１
の出力信号Ｖｆをアンプ５からの速度指令電圧信号■ｓ
と比較する。

このアンプ１１は、パルスエンコーダ９からの位相のず
れたパルス信号によってモータ１の回転方向を検出する
正逆判定回路１２の回転方向判定信号すによって非反転
と反転の切換えが行なわれる。

そして、アンプ５かもの出力信号Ｖｓとアンプ１１から
の出力信号Ｖｆとを比較回路６によって減算して、その
絶対値の差をとってリードラグフィルタ７全通して制御
入力信号Ｓｃとして電流源ブリッジ型サーボアンプ回路
（以下単に「サーボアンプ回路」という）８に入力し、
このサーボアンプ回路８によって往復運動機構を駆動す
るモータ１の回転方向及び回転速度を制御するようにな
っている。

なお、１６は初期位置センサである。

サーボアンプ回路８は、例えば第４図に示すように構成
されている。

このサーボアンプ回路において、Ｉ’Ｌ、；　Ｒ２はモ
ータ１に流れる矢示Ａ方向及び矢示Ｂ方向の電流に応じ
た電圧をそれぞれ発生する電流横比用抵抗である。８０
は電流検出回路であり、オペアンプＯＰ　ｔ　と入力抵
抗Ｒ３，Ｒ１４，接地抵抗Ｒ５，及び帰還抵抗Ｒ６から
なり、抵抗Ｒ１に発生した電圧を入力した時にはそれに
応じた正電圧を出力し、抵抗Ｒ２に発生した電圧を入力
した時にはそれに応じた負電圧を発生する。

８１は比較回路であり、制御入力信号Ｓｃ　（電圧信号
）と電流検出回路８０の出力電圧Ｓｆとを比較して、そ
の大小関係及び差に応じた極性及び大きさの電圧信号ｖ
ｏを出力する。

すなわち、電圧信号であるＳｃとＳｆ　を抵抗Ｒ７゜Ｒ
ｓ’に介して加算し、オペアンプＯＰ２　と抵抗Ｒ９゜
コンデンサＣからなる積分型の反転増幅器（ローパスフ
ィルタの作用をなす）に入力して反転増幅する。

この比較回路８１の出力信号Ｖｏｅ反転と非反転のモー
ド切換え可能な増幅器８２で増幅してＰＷＭ回路８６へ
入力させる。増幅器８２はオペアンプｏｐ３と入力抵抗
Ｒ，ｏ、Ｒ＋１１．帰還抵抗Ｒ１２゜スイッチング回路
ＳＷ５　からなり、スイッチング回路ＳＷ５　がオンと
なると反転増幅器として働き、オフになると非反転増幅
器として働（。

このスイッチング回路ＳＷ５は、制御入力信号Ｓｏの正
負を判別する判別回路であるコンパレータ８４の判別出
力によって制御される。すなわち、制御入力信号Ｓｃが
正の時にはコンパレータ８４の出力が１１１になり、Ｏ
Ｒゲー）Ｇｌ　を介してスイッチング回路ＳＷｓ’！ｉ
−オンにする。制御入力信号Ｓｃが負の時にはコンパレ
ータ８４の出力が１０″になり、ＯＲゲー）Ｇｌを介し
てスイッチング回路５Ｗ５ｉオフにする。コンパレータ
８４はヒステリシス特性を持つものが望ましい。

なお、抵抗Ｒ１３とダイオードＤ５は、増幅器８２の出
力が負の時に、ＰＷＭ回路８６の入力をダイオ−ドＩ）
５の順方向電圧降下分だけにクランプするために介挿し
である。

一方、ＯＲゲートＧ１を通ったコンパレータ８４の出力
は、ショートモードを避ける回路８５．サーボアンプ動
作制御用のＡＮＤゲー）　Ｇ２．０３．Ｇ４゜Ｇｓ’に
介して最終段のスイッチング回路ＳＷ、〜ＳＷ、の導通
化選択信号として印加さＪする。

ショートモードを避ける回路８５は遅延回路８６と、そ
の入力信号１）Ｌｉ　　と出力信号１）Ｌｏのアンドを
とる肯定入力のＡＮＤゲートＧ６及び否定入力のＡＮＤ
ゲート（）７とによって構成されている。

遅延回路８６としては、例えば第５図に示すような回路
を用いる。

そして、遅延回路８６の入力信号ＤＬｉ　すなわちコン
パレータ８４の出力信号が第６図（ａ）に示すように変
化したとすると、遅延回路８６はそれを予め設定された
遅延時間Ｔｄだけ遅らせて出力するので、その出力信号
は同図（ｂ）に示すようになる。

ＡＮＤゲ−）Ｇ６の出力Ａ１は同図（Ｃ）に示すように
、信号ＤＬｉ　とＤＬｏが共に′″１″の時にのみ１９
になり、ＡＮＤゲートＧ７の出力Ａ２は同図（ｄｌに示
すように、信号ＤＬｉ　　とＤＬ、が共に′０″の時に
のみ１１″になる。

したがって、遅延回路８６による遅延時間Ｔｄに相当す
る間はＡＮＤゲートＧ６．　Ｇ７の出力がいずれも１０
″になり、ＡＮＤゲートＧ２．　Ｇ３の出力も′０″に
するので、最終段のスイッチング回路渦〜ＳＷ４が全て
オフになって、スイッチング回路切換時のショートモー
ドの発生が回避される。

ＯＲゲートＧｌ　のもう一方の入力端子には、第向指定
信号を１″にすると、コンパレータ８４の出力にかかわ
らずモータ１を正方向に回転させることができる。

ＡＮＤゲートＧ２．Ｇ３はイネーブル信号ｓｌ　によっ
て開閉され、このイネーブル信号８Ｉ７５に’ｌ’の時
はブーボア／ブイネーブルになり、′０″の時はサーボ
アンプディスニープルとなる。

このように構成したサーボアンプ回路において、制御入
力信号Ｓｃとして正の電圧を印加すると、コンパレータ
８４の出力は１″になり、増幅器８２はスイッチング回
路ＳＷ５が閉じて反転モードになる。

比較回路８１の出力Ｖｏは負電圧になるので、増幅器８
２の出力は正電圧になり、その大きさに応じたパルス幅
のパルス信号がＰＷＭ回路８６から出力される。

一方、遅延回路８６による遅延時間後にＡＮＩ）ゲー）
Ｇ６の出力ＡＬが１１″になるので、イネーブル信号が
１１１になっていればＡＮＤゲートＧ２の出力が′″１
″になり、ネイツチング回路ＳＷ４がオンになると共に
、ＰＷＭ回路８３からのパルス信号がＡＮＤゲ〜ト０４
に通ってスイッチング回路ＳＷｔ　に制御信号として印
加され、その導通時間が制御される。

それによって、モータ１には第４図の矢示Ａ方向に電流
が流れ、モータ１が正回転する。このモータ１に流れる
電流が電流検出回路８０によって検出されて、負の検出
電圧Ｓｆが比較回路８１にフィードバックされる。

そして、たとえこの検出電圧Ｓｆの絶対値の方が制御入
力信号Ｓｃの絶対値より大きくなって、比較回路８１の
出力電圧Ｖｏが負から正に変化しても、モータ１に流す
電流の方向を決定するスイッチング回路ＳＷＩ〜ＳＷ４
は切換わらず、増幅器８０の出力が負になるので、ＰＷ
Ｍ回路８３にはダイオードＤ５によってクラ／プされた
一定の小さな電圧が入力し、一般的には、用カパルスの
パルス幅を一定の小さな幅にするため、モータ１には矢
示Ａ方向に小さな電流を流し続ける。

スイッチング回路５ｗ１−５ｗ４が切換わるのは、制御
入力信号が正から負又は負から正に変化した時だけであ
り、その時にはショートモードを回避する回路８５が働
いて、ショートモードの発生全回避してスイッチング回
路５ＷＩ−８Ｗ４″ｆ：切り換え、モータ１に流す電流
の向きを逆転させる。

このように、制御入力信号Ｓｃが正又は負の一方の側で
変化している場合のスイッチング回路の不必要な切換え
及びショートモードを避ける回路の作動をなくし、制御
入力信号に対して追従性の良いサーボアンプ回路にする
ことができる。

ところで、第６図に示した回路によって、往復運動機構
として例えば複写機の光学系を駆動制御する場合、第７
図に可動部の速度線図を示すように、往路は等速制御を
行ない、復路は速やかにリターンして停止させる。

この往路において、フィードバック制御部のループゲイ
ンを大きくとり、かつ立上り時にオーバシュートしない
安定な制御系を得るためにリードラグフィルタ７を挿入
している。

また、往動時には方向指定信号５ｎｋＪ″にして、第４
図のサーボアンプ回路８内のコノバレーり８４の出力に
かかわらず、往方向駆動用のスイッチング回路ＳＷ１．
ＳＷ４　Ｌか動作しないようにする。

復動時には方向指定信号ＳＤ　Ｉ’ｏ″にするので、サ
ーボアンプ回路８内のスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ４
の選択は、コンパレータ８４の出力によってなされる。

したがって、コンパレータ８４の出力が反転するたびに
ショートモードを回避する回路８５が動作して全てのス
イッチング回路ＳＷｌ〜ＳＷ４がオフになるモートが発
生する。

また、復動時には制御回路部２からの回転方向指定信号
ａによってアンプ５を反転アンプとなるように切換え、
また、制御回路部２は、初−期位置（最終停止位置）か
らのアドレスに応じてＤ／Ａ変換器４の出力を第８図に
示すようにステップ状に変化させる。

ところで、従来のり一ドーラグフィルタは、第９図に示
すように非反転入力端子を接地したオペアンプ７１と、
その反転入力端子に接続した入力抵抗７２、それに並列
に接続したコンデンサ７６と抵抗７４との直列回路、及
び帰還抵抗７５によって構成されていた。

そして、抵抗７２と７５の抵抗値を等しいとし、それｋ
Ｒａ、抵抗７４の抵抗値ＩＲ，ｂ、コンデンサ７６の容
量ｆｃａとすると、第１０図に示すようなステップ状の
電圧ｖ１が入力すると、Ｒａ　　　−□ ｙ　２−（ｅ　　Ｃａ　Ｒｂ　＋１　）１（ｂ の出力微分波形が発生する。

つまり、復動時にＤ／Ａ変換器４の出力が第８図に示し
たように変化するたびにこの微分波形が発生することに
なる。

復動時の停止時は基準電圧Ｖｓよりフィードバック信号
Ｖｆの方が概して太き（なる傾向となるため、ブレーキ
方向にトルクを発生させ、第４図のサーボアンプ回路に
おいてＳｃ〉０になっているが、このとき、Ｄ／Ａ変換
器４の出力が変化するたびにリードラグフイ〃り７の微
分出力によってコンパレータ８４（第４図）の出力が反
転し、ショートモードを回避する回路８５が動作するこ
とになり、動作が不安定になる。

そこで、この発明においては、このリードラグフィルタ
７を第１１図に示すように、抵抗７４を抵抗７４Ｃと抵
抗７４ｄとに分割しくその抵抗値Ｒｃ＋Ｒｄ　　はＲｂ
　Ｋ等しい）、その接続点ｅを切換回路７６を介して接
地して構成する。

したがって、このリードラグフィルタ７は、切換回路７
６を図示のようにオフにしている時はリードラグフィル
タとして動作し、切換回路７６′ｆｒ：オンにすると単
なるアンプとして動作する。

そこで、復動時には回転方向切換信号ａ又はそれと対応
する信号によって切換回路７６をオンにしておけば、リ
ードラグフィルタ７が単なるアンプとして動作するため
、Ｄ／Ａ変換器４の出力からないので動作が安定する。

以上説明したよ５Ｋ、この発明によれば、複写機の光学
系のような往復運動機構を往動時には高ｎ４度の等速制
御を行ない、復動時にはクイックリターン動作を安定に
行なうことができる往復運動機構の駆動制御回路を安価
に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電流源ブリッジ型サーボアンプ回路のスイッ
チング原理を説明するための回路図、第２図（ａｌ〜（
ｄ）は、同じくそのショートモードの発生を説明するた
めの波形図、 第６図は、この発明の対象とする往復運動機構の駆動制
御回路を示すブロック回路図、 第４図は、同じくその電流源ブリッジ型サーボアンプ回
路の具体例を示す回路図、 第５図は、第４図の回路中遅延回路８６の一例を示す回
路図、 第６図（ａ）〜（ｄ）は、第４図のショートモードを回
避する回路８５の動作説明のための波形図、第７図は、
往復運動機構の駆動制御例を示す可動部の速度線図、 第８図は、往復運動機構の復動時におけるＤ／Ａ変換器
の出力信号例を示す線図、 第９図は、従来の駆動制御回路におけるリードラグフィ
ルタを示す回路図、 第１０図は、同じくその入力信号と出力信号の関係を示
す線図、 第１１図は、この発明による駆動制御回路におけるリー
ドラグフィルタを示す回路図である。 １・・・直流モータ　　　２・・・制御回路部３・・・
レジスタ　　　　４・・・Ｄ／Ａ変換回路５．１１・・
・非反転と反転切換可能なアンプ７・・・リードラグフ
ィルタ ８・・・電流源ブリッジ型サーボアンプ回路７６・・・
切換回路 第２図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電流源ブリッジ型サーボアンプ回路を用いて往復運
   動機構を駆動する直流モータを制御する等速制御ループ
   内に補償要素としてのリードラグフィルタを有する往復
   運動機構の駆動制御回路において、 前記リードラグフィルタを単なるアンプとして動作する
   ように切換える切換回路を設け、往復運動機構の等速運
   動する往動時にはこのリードラグフィルタをリードラグ
   フィルタとして動作させ、クイックリターンする復動時
   には単なるアンプとして動作させるようにしたことを特
   徴とする往復運動機構の駆動制御回路。