JPS5914982A - 双方向印刷キヤリツジ制御用デイジタル・サ−ボ装置 - 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】 本発明は、ディジタル・サーボ装置に係り、特に負荷駆
動モータの速度、動きの方向、加速及び減速を制御する
ディジタル・サーボ装置に関する。

本発明を概略的に説明すると次の通りである。

本発明によるディジタル・サーボ装置は、加速の間、マ
イクロコンピュータによって選択された所要速度（一定
速度）に達するまで基準パルス周波数が増大するような
独特のランプ制御周波数基準装置を使用する。停止が選
択さｎると、速度がＤになるまで周波数が規則正しく減
少される。このランプ制御基準周波数は、正確な速度基
準を与えるだけでなく加速及び減速の制御を可能にする
。

ディジタル・サーボ装置の出力は、出力のデユーティ・
サイクルがモータに印加される電力の量（パーセント）
を決定するようにパルス幅変調された出力である。

モータに取り付けられた光学エンコーダから測定される
パルスの数と基準パルスの数との差は、駆動デユーティ
・サイクルを制御するのに使用される。エンコーダから
のパルス及び基準パルスは、印加電力を即座に補正する
ために受は取られるとすぐに使用されるとともに、フィ
ードバックの安定及び駆動制御を行うために積分さ扛る
。制御マイクロコンピュータハ、モーターエンコータカ
ラ動きを示すパルスが受は取られる前により迅速なスタ
ート（モータ駆動）を可能にするために特別の“フィー
ド・フォワード駆動要素（初期オフセット駆動）を導入
できるようにする。

実施例においては、サーボ装置はディジタル要素によっ
てサーボ・モータを完全に制御する。内部制御基準は、
電圧ではなくパルス速度であり、アナログ装置のように
要素パラメータ又は温度変動の影響を受けず非常に正確
である。モータ加速速度及び最終定常状態速度はマイク
ロコンピュータによって特定され、別個の回路を付加す
る必要（６） 無く多くの速度を設定できろようにされる。速度調整及
び制御は位相比較ではなくパルス速度の比較によって行
われ、速度エラーはパルス計数値の差に変換さｎるパル
ス速度の差で示される。このエラー検出メカニズムは非
常に正確であり、すべての速度変動を０にすることがで
き、制御装置をより良いものにする。

独特の方向符号制御回路は、双方向駆動を可能にすると
ともに、駆動の増大が必要なのか低減が必要なのかを判
定する。マイクロコンピュータは、所要の変調制御計数
値信号を発生するために駆動増大要求及び駆動低減要求
に対してディジタル的にフィルタ作用をなす。マイクロ
コンピュータから出力される変調計数値は、ディジタル
・パルス幅変調駆動信号を形成するのに使用される。こ
れは、ディジタルのこぎり波計数回路の出力に対して変
調計数値を比較することによって行われる。

この装置は全体として伝統的アナログ・モータ制御機能
と同じ機能を果すものであるが、精度が高く、低コスト
で、テストが容易という利点がある。

（４） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図において、本発明によるサーボ装置は、この例で
はブラシ直流モータ１１を駆動する。モータ１１には光
学エンコーダ１２が取り付けられており、モータ１１は
ベルトを介して例えば印刷ヘッド・キャリッジ１３のよ
うな負荷を駆動する。

モータ１１は、印刷の間ヘッド・キャリッジ１３を２方
向に移動させるが、この際両方向において正確な速度を
維持する。光学エンコーダ１２によって２つの信号が発
生する。線１２ａ及び１２ｂのこれらのエンコーダ信号
（”　Ａ　”及び“Ｂ″）はそれぞれ対称であり、互い
に９０°位相がずれている。左へ動くときには、エンコ
ーダ信号“Ａ”がエンコーダ信号“Ｂ″よりも先に発生
する。各動き（印刷サイクル）の終了点において、速度
が０に減少し続いて定常状態の最終速度になるまで速度
が反対方向に増加するようにして方向が逆転する。最終
線形速度はプリンタ制御装置１４によって特定される。

従って、多数の最終速度が駆動装置によってサポートさ
れなければならない。このディジタル・サーボ装置は、
正確な速度制御が必要なあらゆる直流モータ（ブラシ又
はブラシレス）に適用可能である。

ヘッド・キャリッジ１３を動かす指令は、プリンタ制御
装置１４によってヘッド制御マイクロコンピュータ１６
の部分１６ａに与えられる。供給さｎる情報は、エラー
・リセット信号及びパワー・オン・リセット信号だけで
なく、速度及び方向データを含む。ヘッド制御マイクロ
コンピュータ１６は、移動及びエラー状況をプリンタ制
御装置１４ヘフイードバツクする。プリンタ制御装置１
４は、また、モータ駆動方向を指令し、基準パルス発生
器１７に送られるべき値を選択することによってモータ
加速及び最終速度を決定する。

基準パルス発生器１７は、定常状態の一定速度が得られ
るまでパルス間の時間が減少するパルス列を発生する。

このパルス列は、動いているモータから受けるエンコー
ダ・パルスに対して比較される線１７ａの指令パルス列
として使用される。

線１２ａ及び１２ｂのエンコーダ・パルスは、回路２１
中でバッファ作用を受け、回路２２中の装置で同期がと
らｎ１方向符号制御回路１３に送られる。方向符号制御
回路２３は、また、線１７ａの指令パルス列を受ける。

方向符号制御回路２３は、モータ駆動を増大すべきこと
を示すパルスを発生すべきか又はモータ駆動を低減すべ
きことを示すパルスを発生すべきかを決定する。駆動を
増大すべきか低減すべきかは、駆動の方向（基準パルス
発生器１７からの）、動きの実際の方向（エンコーダ・
バッファ部２１からの）、並びにモータ及び基準パルス
発生器から受けるパルスによって決定される。

マイクロコンピュータ１６の部分１６ｂ（又は外部ハー
ドウェア回路）は、駆動低減パルスに対する駆動増大パ
ルスの数の追跡を維持する。一定時間周期内のこｔら２
つのパルス計数値間の正味の差異が、パルス速度の差す
なわち°゛速度エラー”に変換さ扛る。この速度エラー
は、マイクロコンピュータ１６によって、”ディジタル
・フィルタ”（７） １６Ｃへの入力として使用さ扛る。マイクロコンピュー
タからのディジタル・フィルタ出力は、駆動デユーティ
・サイクルを決定する駆動レベル選択計数値である。

このパレベル選択計数値”は、回路２７中のクロック回
路によって発生されるディジタルのこぎり波値と、レベ
ル比較回路２６において比較される。のこぎり波値が゛
レベル選択計数値”より小さいときには出力は負であり
、のこぎり波値が″レベル選択値”より大きいか又はこ
扛に等しいときには出力は正である。この結果、パルス
幅が″レベル選択計数値゛の値に応じて変化し周波数が
一定の出力パルス列が駆動制御回路２８に与えられる。

このパルス幅変調出力は、電力駆動回路２９からモータ
への駆動のデユーティ・サイクルを決定するのに使用さ
れる。駆動制御回路２９は、所要の駆動方向を得るため
に“Ｈ”ブリッジ・ドライバの適当なトランジスタを選
択する。

ディジタル制御装置の全体が第２図に示されて（８） いる。指令がプリンタ制御装置１４からヘッド駆動マイ
クロコンピュータ１６によって受取られるとき動きが始
まる。指令は、“ランプ”（ゆっくり動け）又は所要方
向（左へ駆動のための一″左”又は右へ駆動のための＋
“右”）に選択された速度（“高速”、”速度２”、パ
速度３”）で”運転”のどちらかである。ヘッド・マイ
クロコンピュータは、入力指令線を解読し、基準パルス
発生器１７に接続さ扛た加速及び速度選択線１６ｄ、１
６ｅ（第４図）を付勢することによって動きを開始させ
る。

クロック発生部（第３図）は、装置全体で使用されるタ
イミング・パルスをマイクロコンピュータに関連した水
晶発振器から作り出す。なお、第３図において、ＴＯ＝
１／（３ＭＨｚ）、Ｔｌ−２ＴＯ１Ｔ２＝２ＴＩ　、　
Ｔ３＝２Ｔ２　・・・・Ｔ９＝２Ｔ８である。基準パル
ス発生器は指令パルス発生回路（第４図）を含む。この
部分は、線１７ａに指令パルス出力を、線１７ｂに方向
指令出力（′°左へ行け”）をそｎぞれ発生する。駆動
方向が特定され且つ速度選択入力がＯ以外の値に設定さ
れろと、最大値が得られるまでパルス出力は周波数を規
則正しく増大させる（クロック１９によって決定される
）。最大周波数は、速度選択値（ＷＳ）によって決定さ
れる。この周波数は、駆動方向（−”左駆動”）が変更
されるまでこの最大値を維持する。駆動方向が変更され
ると、周波数が正規の時間間隔で０に減少する。停止す
る必要があるときには、指令パルスの発生を禁止するた
めに速度選択計数値が０にセットさ扛る。反対方向にヘ
ッドを動かす必要があるときには、所要の新たな速度選
択計数値が印加され、指令パルスの数が所要周波数に増
加されろとともに方向出力（左進行）が前と反対になる
。

線１７ａの指令パルスの周波数は、７ビツト速度乗算器
１７ｆから導出される。出力周波数は、速度乗算器１７
ｆに供給されるクロック周波数の一部である。周波数は
次式によって決定される。

上記クロック周波数の一部は、現在の所要の周波数計数
値を含む８ビツトカウンタ１７Ｇの出力によって決定さ
れる。

カウンタ１７Ｇは、最上位ビットが符号ビットを決定す
るようなオフセット２進形式で使用される。この符号ビ
ットは、速度乗算器１７Ｆに印加される周波数決定計数
値が所要の速度計数値の絶対値であることを保証するた
めに排他的ＯＲゲートとともに使用される。最終定常状
態速度は、カウンタ出力をマイクロコンピュータからの
速度選択計数値と比較することによって選択される。こ
の速度選択計数値に到達すると、比較器出力はカウンタ
を停止し、さらに変化するのを禁止する。

計数されるパルスは別の速度乗算器１７ｅから導出され
、こｎらのパルスが計数値を増加させるか低減させるか
は、マイクロコンピュータからの制御線゛左駆動”によ
って決定される。計数されるこれらのパルスの周波数は
、出力計数値がいかに速く変化し装置の加速をいかに速
く制御するかを決定する。この加速は、速度乗算器のク
ロック周波数の何割が出力へ与えら扛ろべきかを決定す
る線１６ｄの加速計数値をマイクロプロセッサが選択す
ることてよって制御できる。

このような態様でカウンタと速度乗算器を使用して変化
する制御パルスを導出することは、制御において使用さ
れるべき制御指令情報を得る独特の方法である。このパ
ルスは、方向信号とともに、モータ速度を示す測定され
たエンコーダ・パルスと比較されるのに使用される双方
向指令パルスを発生するのに使用さ扛る。

モーターからの２つのエンコーダ信号はバッファ作用を
受け、線１２ｂのエンコーダ信号”　Ｂ”をクロックへ
与えるとともに線１２ａのエンコーダ信号をＤ型フリッ
プフロップの入力へ与えることによって動の方向を決定
するのに使用される（第５図）。フリップフロップの出
力はモータの検出された実際の動きの方向を反映したも
のとなる。

この信号は方向符号制御セグメント中で使用される。な
お、第５区間おいて、ＡＣはアナログ比較器を示す。

エンコーダ信号”Ｂ”は、入力モータ速度感知パルスを
発生するためにシステム・クロック時間（Ｔ２）と同期
がとらｎる。同期は・エンコーダ・パルス及び指令パル
スが同時に方向符号制御回路に到達しないことを保証す
るためにとら扛る。

本発明による独特の方向符号制御回路２６の具体的構成
例が第６Ａ図に示さ扛ている。この方向符号制御回路２
３は、基準パルス発生器１７からの指令パルス及び第５
図に示された同期化エンコーダ・パルスを、マイクロコ
ンピュータ・ディジタル・フィルタへ増大信号パルスを
与えるのに使用するのか低減信号パルスを与えるのに使
用するかを決定する。指令パルス列がマイクロコンピュ
ータ・ディジタル・フィルタ１６Ｃに増大パルス信号を
与えるか低減パルス信号を与えるかは、動きの方向（“
°左駆動”）、基準パルス列の符号（”′左進性”）及
び駆動方向指令（“′左駆動”）によって決定される。

″左駆動”線はモータの電流路を選択し、他の２つの制
御信号は、方向符号制御回路が計数されるパルスの極性
を決定するのに使用される。この方向符号制御回路は、
フィードバック制御ループの”符号”が正しいことを保
証する。何故なら、駆動増大又は駆動低減を決定するの
に使用される２つの入力信号が絶対値信号（パルス速度
）であり、それ自体方向情報を含んでいないからである
。

方向符号制御回路は、右から左へ又は左から右ヘモータ
を加速するときに基準パルスが駆動を増大（測定された
パルスが駆動を低減）するように設計される（第６Ｂ図
）。また、減速するときには、基準パルスが駆動を低減
し、測定されたパルスが駆動を増大させる。また、方向
符号制御回路は、基準パルスが実際の動きの極性と反対
のときに適正なフィードバックを与えなければならない
。

２つのマルチプレクサ２３ａ及び２３ｂは、所要のフィ
ードバック極性に応じて増大出力又は低減出力へ指令パ
ルス又は同期化エンコーダ・パルスを選択的に切換えろ
一般的論理要素（ゲートの組合せ）として作用する。

フィルタ１６ｃ中のディジタル・フイ１ル久リングは２
段又は１段構成で行われる。フィルタリングの第１段は
、別のフィルタ作用が生じると直ちに入力パルスが出力
に供給される点で独特である。

これにより、システム入力に対する連応性が高められろ
。フィルタの出力は装置のデユーティ・サイクルを決定
するためにレベル比較回路２６中で使用されるレベル選
択計数値である。

ディジタル・フィルタはマイクロコンピュータてよって
実現できる。マイクロコンピュータが操作を行った結果
（値）はマイクロコンピュータ・レジスタに保持されろ
。

フィルタ動作が第７図に示されている。第１段のフィル
タ動作は次の通りである。すなわち、駆動増大を要求す
るパルスが受取られる毎て、出力レジスタ”　Ｆ　Ａ”
５０（マイクロコンピュータ・レジスタ）の値が１つ増
加される。また、駆動低減を要求するパルスが受取られ
ると、出力レジスタ゛’ＦＡ″５０の値が１つ減少する
。

システム・クロック時間周期“Ｔ１°′の間の増大パル
スと低減パルスの正味の和がカウンタ３６ａに累積され
る。クロック制御レジスタ３７の出力は、”　ｃ　”レ
ジスタ３６ｂの現在の非更新出力から差し引かれ、その
結果が新たなりロック制御レジスタ出力となり、さら如
これはフィルタ゛’Ｆ’Ａ”の第１段の出力となる。そ
して、“′Ｃ”カウンタ３６ａの新たて累積さｎた値は
゛′Ｃ″レジスタ３６ｂに与えらｎ、次のＴ１時間周期
の間使用される。

フィルタの第２段はより古典的なフィルタである。各″
Ｔ２”マイクロ秒の間、第１段からの出力計数値がレジ
スタ５１に保持され、第１段出力がシフト・レジスタ３
９中で右へ２回シフトされ、値が１／４にされる。デジ
タル・シフトはアナログ装置のスケーリングと等価であ
ることに留意さｎたい。ディジタル・フィルタの現在の
出力計数値（レジスタ５１に保持されている）は、段３
９から段４１中ヘシフトされたフィルタ入力から差し引
か汎、その結果がシフト・レジスタ４２において右に３
回シフトさｎ値が１／８にさ扛る。このシフト値が段４
４中で記憶レジスタ４３の内容に加算され、新たな記憶
レジスタ値が与えら扛る。

このレジスタ値は保持された第１段人力５１と段４６中
で加算さ扛、レジスタ５２に保持さｎろ最終フィルタ出
力が与えられる。このフィルタ出力の上位４ビツトはレ
ベル選択計数値を与えるのに使用される。

レベル計数値は、第８図に示されているように、変調制
御を行うのに使用さ扛る。自走カウンタ（第３図のクロ
ック発生回路の部分）は、ディジタル比較器２６の４つ
の入力線２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄにディジタ
ルのこぎり波を発生し、４ビツト・カウンタがオーバフ
ローするときに自動的にそれ自身をリセットする。ディ
ジタル比較器２６は、入力線５２ａ、５２ｂ、２２ｃ及
び５２ｄにあられれる４ビツト・レベル選択計数値を線
２６ａ乃至２６ｄののこぎり波信号と比較する。

比較器２６の出力は、デジタルのこぎり波値がレベル選
択計数値より小さいときには正となり、のこぎり波値が
レベル選択計数値より大きいかこれに等しいときには負
となる。これにより、所要のパルス幅変調出力であるデ
ユーティ・サイクルが変化する一定周期波が発生する。

レベル選択計数値が増加すると、駆動デユーティ・サイ
クルが増大し、レベル選択計数値が減少すると、駆動デ
ユーティ・サイクルが低減する。

変調された駆動信号は、駆動制御段２８に与えられて増
幅さ扛た後、第９図に具体例が示されている電力駆動回
路２９に送られる。モータ駆動方向は、第８図に示さｎ
た制御線（−パ左駆動”）によって決定される。この制
御線は、出力ＳＷ１及びＳＷ４を付勢するか又は出力Ｓ
Ｗ２及びＳＷ３を付勢するかを決定するために使用さ扛
、モータを反対方向に動かす。第８図の駆動制御段２８
中のラッチ２８ａ及び２８は、電流スパイクを防止し且
つＳＷｌ及びＳＷＩ又はＳＷ２及びＳＷ４出力が同時に
付勢されるのを防止するために、方向が変化したときに
短時間の間すべてのトランジスタを確実て停止するため
のものである。エラーが生じｎば、例えばマイクロコン
ピュータが検出できるエラー又は過電流エラーが生じれ
ば、すべてのトランジスタの駆動がしゃ断さ扛る。

【図面の簡単な説明】

第１図は双方向印刷キャリッジの制御に適用されるサー
ボ要素及びマイクロコンピュータを含む装置全体を示す
ブロック図、第２図はプリンタ制御装置によって発生さ
れる指令を含む装置全体を示すブロック図、第６図はタ
イミング・パルスを発生するクロック発生部を示すブロ
ック図、第４図は指令パルスを発生する基準パルス発生
回路を示すブロック図、第５図は印刷キャリッジの動き
からの同期化エンコーダ・パルスの発生及び方向検出の
ための回路を示すブロック図、第６Ａ図は方向符号制御
信号を発生する回路を示すブロック図、第６Ｂ図は加速
及び減速のための基準パルス発生器の動作を示す説明図
、第７図は本発明に使用されるディジタル・フィルタの
一形態を示すブロック図、第８図は変調された駆動制御
信号を使用する回路を示すブロック図、第９図はモータ
電力駆動回路の一具体例を示す回路図である。 １１・・・・モータ、１２・・・・エンコーダ、１３・
・・・キャリッジ、１４・・・・プリンタ制御装置、１
６・・・・ヘッド制御マイクロコンピュータ、１７・・
・・基準パルス発生器、２１・・・・バッファ及び方向
検出器、２６・・・・方向符号制御回路、２６・・・・
レベル比較器、２７・・・・ディジタルのこぎり波発生
器、２８・・・・駆動制御回路、２９・・・・電力制御
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 異なった速度で動作可能な双方向印刷キャリッジを制御
   するディジタル・サーボ装置において、前記キャリッジ
   の所要速度を示す速度選択計数値を発生する手段と、 前記速度選択計数値によって決定される周波数を有し、
   前記キャリッジの所要速度を示す指令パルスを発生する
   基準パルス発生器と、 前記キャリッジの実際の速度の測定値と前記指令パルス
   とを比較し、この比較結果に応じて駆動増大パルス又は
   駆動低減パルスを発生する方向符号制御手段と、 所与の時間の間前記駆動増大パルスの数及び前記駆動低
   減パルスの数を計数し速度エラー信号を発生する計数手
   段と、 前記キャリッジを駆動する駆動手段と、前記速度エラー
   信号の関数として前記駆動手段に電力を供給する電力駆
   動制御手段と、を具備する双方向印刷キャリッジ制御用
   ディジタル・サーボ装置。