JPS63265581A - シリアルプリンタのサ−ボモ−タ駆動制御方式 - 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】 （産業上の利用分計） 本発明はシリアルプリンタにおけるサーボモータの駆動
制御方法に関する。

（従来の技術） 第５図は従来のサーボモータ駆動制御回路を示すブロッ
ク図である。同図において、１はマイクｏｃＰＵ　　（
Ｊｕ下、μＣＰＵ　ト略ｔ）　、２　＋！ＲＯＭ　、　
３ハＲＡＭ。

４はカウンタ付出力ポート、５はモータドライバ、６は
カウンタ、７はエンコーダ付サーボモータ、８はエンコ
ーダ出力、９は分周回路である。また、第６図は第５図
のモータドライバ５を示す回路図である。同図において
、１０．１１はＰＮＰダーリントントランジスタ、１２
．１３はＮＰＮダーリントントランジスタ、１４〜１７
はダイオード、１８は電流検知回路、１９はサーボモー
タ、２０は電流フィードバック用抵抗である。ここで、
第６図を用いてモータドライバの動作について説明する
と、サーボモータ１９を正回転させたい場合は以下のよ
うに動作する。

サーボモータ１９が正回転するためには、図中に示す矢
−Ａの方向に電流が流れるように制御する。

よって、先ず、ＮＰＮダーリントントランジスタ１１及
びＰＮＰダーリントントランジスタ１２をオフ、ＰＮＰ
ダーリントントランジスタ１３をオンにし、さらにＮＰ
Ｎダーリントントランジスタ１０をスイッチングするこ
とにより所望の電流をサーボモータ１９に流す。また、
ダイオード１ＢはＮＰＮダーリントントランジスタ１０
のスイッチングがオフした時に次に示す閉回路に誘導電
流を流すためである。

さらに、ダイオード１４は誘導電流が次に示す閉回路に
流れて電流検知用の抵抗２ｏを通らないルートが発生し
ないようにしている。

サーボモータ１９を逆回転させたい場合は図中に示す矢
印Ｂの方向に電流が流れるように制御する。

よって、ＰＮＰダーリントントランジスタ１Ｇ及びＮＰ
Ｎダーリントントランジスタ１３をオフ、ＮＰＮダーリ
・　ントントランジスタ１２をオンにし、さらにＰＮＰ
ダーリントントランジスタ１１をスイッチングすること
により所望の電流をサーボモータ１９に流す。またダイ
オードＩｓ、　ｉｆはダイオード１４．１６と同様の目
的に設けられている。

そして、電流検知回路１８及び抵抗２０は、抵抗２０の
電圧を電流検知回路１８が検出することにより電流値が
ドライバ回路の保護のための電流値を越えたらＰＮＰダ
ーリントントランジスタ１０又はＰＮＰダーリントント
ランジスタ１１のスイッチング動作を強制的にオフにす
るためのものである。

ここで、第６図のサーボモータ１９の一例として２相エ
ンコーダ出力を第７図に示す。２相のうちの１相をφＡ
１残りの１相をφＢにおける出力波形が同図に示す。そ
して、第５図のエンコーダ出力８が第８図のような出力
波形となり、このエンコーダ出力８に基づいて第５図の
カウンタ６は周期凡の基本クロックでカウントし、この
内容をパルス周期毎に更新する。そして、第５図のμＣ
ＰＵ１はパスラインを介してこのカウント値を認識して
速度の逆数を認識することができる。ここで、この速度
の逆数は単位距離移動するのに要する時間に相当する。

次に、第５図のカウンタ付出力ポート４について説明す
る。

第９図はカウンタ付出力ポートの回路構成を示す回路図
である。同図において、２１はデータラッチ、２２．２
３はプリセット付２６カウンタ、２４はインバータ、２
５はアンドゲートである。ここで、データラッチ２１の
出力はインバートされる。プリセット付２６カウンタ２
２．２３において、Ａ〜Ｆはプリセット入力データ、Ｌ
ＯＡＤはプリセット端子、ＣＬはクロック入力、Ｏｕは
オーバーフローフラグ（但しプリセットされるまでクリ
アされない）である。このような回路構成を有するカウ
ンタ付出力ポート４は４個の出力ポートを持ち、そのう
ち２個はノーマル出力ポートで第６図のＮＰＮダーリン
トントランジスタ１２又は１３をオンにするためのもの
で、残りの２個は第６図のＰＮＰダーリントントランジ
スタ１０又は１１をスイッチングするためのものである
。このスイッチングするデユティはμＣＰＵより指令さ
れた値だけ基本クロックをカウントすることにより第１
０図に示すようなスイッチングパルスを出力する。第１
０図のスイッチングパルスは基本クロック１μｓでカウ
ンタは６ビツト　（２’＝６４）のときの例である。

次に上述したように第５図のμＣＰＵ　１が現状の速度
を認識したとき、とのμＣＰＵ１は第１１図に示す制御
カーブに従って速度制御を行なう。この制御カーブに従
った速度制御方法を以下説明する。

第１１図において、速度ｖ０が本来の希望のモータの速
度とする。ここで、第５図のμＣＰＵ　１からカウンタ
付出力ポート４への指令値と電流値の関係は第１２図の
ようになるので、速度ｖ０を出すための必要トルクはプ
リンタのメカニズムが決まればわかり、モータのトルク
定数等より必要電流量〇が求まる。この電流１０と第１
２図の関係から指令値に０が求まる。この結果、制御カ
ーブは（１／　ｖｏ、　Ｋｏ）の座標を通らなければな
らない。よって、現状の速度に応じて第１１図よしμＣ
ＰＵ　１からカウンタ付出力ポート４への指令値Ｋを下
記の式に従って求めて、この指定値にでドライブする。

第１１図において、指令値Ｏとの交点を１　／　ｖ、と
する。

Ｋ０＝　（１／　ｖｏ−１／　ｖ、）　　Ｇ１　／　ｖ
、　＝　１　／　ｖｏ−に０／　Ｇ　　　　　　−（１
まただし、Ｇは傾きである。

この式（１）のようにＶ、はＧが決まれば求まるので指
令値には次式のようになる。

Ｋ　＝　　（１／　ｖ、−１／　ｖｏ）　　Ｇ　　　　
　　−（２１ことで、Ｇは以下のようにして実験的に求
められる。

メカニズムの負荷等のばらつきによりモータの必要電流
がｉ（，１〜’ｏｓまでばらつくとすれば第１１図より
目標の指令値はＫ。ｌ〜ＫＩ）、までばらつくことにな
る。この結果、Ｇをできるだけ大きくした方がｖｏ、、
ｖｏ２の誤差は小さくなるが、Ｇを大きくするとサーボ
系が発振（モータの振動）する、つまりなめらかに動か
ないのでなめらかに動く範囲でできるだけ大きなゲイン
Ｇを選んで式（２）によって指定値Ｋを求めていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の方法では、正確にはサーボモ
ータの速度を認識しているのではなく、速度の逆数を認
識しているために、速度変動が少しでもあれば不適切と
なる。これは第１３図に示す制御カーブで制御している
のではなく、正確には第１１図又は第１４図の制御カー
ブで制御している。

この結果、モータの速度が少なく遅くなると急激に指令
値が太き（なり、モータが振動し易くなる。

このため、第１４図に示すＣ部分の指令値にリミッタを
付加したり、Ｇを小さくして振動を抑えてなければなら
なかった。また、このような第１４図に示すＣ部分でリ
ミッタ負荷はトルクマージンを減少させ、Ｇを小さくす
ることはメカニズムのばらつき又は温度等の環境の変化
による負荷のばらつきに対してサーボモータの速度の誤
差が大きくなる。これにより、モータの速度が速くなり
、ｐｃｐｕの処理能力をオーバーして誤動作の原因とな
っていた。

本発明はこれらの問題点を解決するためのもので、なめ
らかにサーボモータを駆動できると共に環境のいかなる
変化においてもサーボモータのトルクマージンがダウン
することのないサーボモータの駆動制御方式を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するためにシリアルプリンタ
のサーボモータに供給する駆動電流を制御してサーボモ
ータの回転速度を制御するシリアルプリンタのサーボモ
ータ駆動制御方式において、カウンタと制御部とを具備
しており詳細は以下のとおりである。

カウンタはサーボモータのスリット周期をカウントする
。制御部はサーボモータの回転速度を所望の回転速度に
するために下記の関係式に基づいて算出した指令値Ｋに
従って駆動電流を求めてサーボモータの回転速度を制御
する。

別の発明としてはカウンタと制御部とを具備しており詳
細は以下のとおりである。

カウンタはサーボモータのスリット周期をカウントする
。制御部はサーボモータの回転速度を所望の回転速度に
するために下記の関係式％式％ に基づいて算出した指令値Ｋに従って駆動電流を求めて
サーボモータの回転速度を制御する。

（作　用） 以上のような構成を有する各々の発明によれば、カウン
タによりカウントしたカウント値Ｎでサーボ系のゲイン
Ｇを割ることによりサーボモータの現在の回転速度とし
て制御部で上記の各々の式に基づいて、指令値Ｋを算出
する。そして、この指令値Ｋに従って駆ａ電流値を求め
てサーボモータの回転速度を制御する。

したがって、本発明は前記問題点を解決することができ
、なめらかにサーボモータを駆動できろと共に環境のい
かなる変化においてもサーボモータのトルクマージンが
ダウンすることのないシリアルプリンタのサーボモータ
駆動制御方式を提供できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の制御動作を示すフローチャ
ートである。

はじめに、本発明の原理について説明すると、第５図の
μＣＰＵ　１にカウンタ６よりリードしたカウント値Ｎ
でゲインＧを割ることによって現在の速度を求めるよう
に処理し、ゲインＧを１として演算することにより、正
確にスペーシングモータの速度を認識するという機能を
持っｔこものである。

以下に、上記方法を演算式に従って説明する。

ここで、Ｇをゲイン、ｖｏを目標速度、Ｖを現在の速度
、１　／　ｖ　＝　Ｎをカウンタ６よりリードしｔこ現
在のカウント値、１　／　ｖｏ＝　Ｎｏを目標速度時の
カウンタ６よりリニドしたカウント値、Ｋを指令値とす
ると、 Ｋ＝Ｇ（ｖ−ｖｏ） ＝Ｇ　　（１／Ｎ−１／Ｎ０） ＝　Ｇ　／　Ｎ　−Ｇ　／　Ｎｏ　　　　　　　　・・
・（３）という関係が成り立つ。また、ここで、ゲイン
Ｇ及び目標速度Ｖ。は従来技術での値とする。この結果
Ｎ０は１／ｖ０であり当然既知の値である。よって、現
在の速度Ｖを正確に認識する方法として、１／Ｎの値を
求めればよいのｔ！が一般にμＣＰＵにおいては小数点
を計算できないため式（３）を用いてＧ／Ｎの演算を行
ない、ゲインＧを加味した速度を求める。

以下に、具体的に説明する。

はじめに、既知データとしてキャリッジ速度を３０イン
チ／　ｓｅｅ　、エンコーダスリット分解能を１／３６
０インチ、３０インチ／　ｓｅｅ時のスリット周期を（
１／３６０÷３０４）９λ５９μＳｅｅ、基本クロック
を４μｓｅｅ。

３０インチ／　ｓｅｅ時のカウンタのカウント値を（！
１２．５９÷４社）２３、実験的に求めたゲインを４０
９６とする。

よって、目標速度ｖ０は（４０９Ｂ÷２３４）　１７８
と求められ、負荷条件が決まると必要電流五〇が決まる
。

これに伴って第１２図に従って指令値に０が決まる。

そして、ｖｏ、に０が決まれば第１３図よりＢ点が決ま
りゲインＧが実験的に求まっているので指令値０のとき
の速度ｖ、が決まる。つまり、上記具体例ではｖ、が２
２２である。

これにより、現在の速度をＶに対する指令値には第１３
図の特性から次式で表わされろ。

Ｋ　＝　ｖ、　−ｖ　−Ｇ　＝　ｖ、　−Ｇ　／　Ｎ　
　　　・・・（４）ここでのＶは既にゲインＧを加味し
た値である。

本実施例において、第５図のカウンタ６は１　ｂｙｔｅ
のカウンタとオーバーフローフラグとで構成されている
ので、第１図に示す演算フローに従ってＧ／Ｎを求める
（ステップ１０１　、１０２　）。本実施例において、
Ｎは１　ｂｙｔｅであり、Ｇは既知であるために予めＮ
＝０〜２５５までの計算結果のテーブルを持ち、このＮ
の値によって計算結果が既に格納されているテーブルを
リードしている。以上により式（４）はＫ　＝＝　ｖ、
　−ｖとなり　（ステップ１０３）正しい速度で制御す
ることになり、なめらかにスペーシングモータを制御で
きるようになる。また、カウント値Ｎのガード処理とし
てステップ１０４に示しているがこれは本発明には関係
ないが第１図に参考に示し、説明は省略する。

次に、著しく軽い負荷に対するガード処理として、第１
３図の制御特性に従って制御するのではなく第２図の制
御特性に従って１ｔＩ１１御していくわけであるが、こ
こでその制御方法を説明する前にプログラムの処理能力
に定義しておく。シリアルワイヤドツトプリンタにおい
ては、ドツトのマトリクスで印字キャラクタを作成する
ために所定の位置にプリントヘッドをドライブする必要
がある。そのために、第３図に示すようにスリット信号
をカウントして、プリントヘッドのドライブタイミング
を作成している。このタイミングの周期をＴとすると、
プリンタの制御部に相当するμＣＰＵにおいてはこの周
期Ｔの時間内にホストのパソコン等より受信したデータ
をドツトのマトリクスデータに展開して印字コラム毎の
ドツト情報に展開する。

このような周期Ｔの時間内に絶対行なわなければいけな
い全ての処理を処理するのに要する時間を−とすれば、
几がＴより小さいほど処理能力が高く、−がＴより大き
いときは処理能力オーバー又は処理能力が足りないとす
るがこのときはつまり装置は誤動作ということになる。

よって、−最的には−くＴとなるように設計されている
。ここで、周期Ｔはキャリッジの速度つまりサーボモー
タの速度が変化すると変動してしまうので、負荷のあら
ゆろ場合等を考慮してもＴ。ンＴとならないようにする
必要がある。

また、目標速度ｖ０の決定方法は第４図に示す制ａａＳ
作フローに従って行なわれ、μＣＰＵのプログラムのマ
ージンを含んだ処理能力の限界値の速度が目標速度ｖ０
となるというものである。すなわち１、速度がＶ。より
上記マージン分速くなるとファームの処理能力オーバー
となり　（ステップ２０１　）　、現実的には目標の速
度ｖ０の１０％〜２０％増しにセットしてプログラム又
はファームウェア設計者の処理能力の最低限の目標値と
なる。この結果、負荷の軽いメカニズム又は外力による
振動により、プログラムの処理能力をオーバーして誤動
作の原因となるところだが、プログラムの処理能力上の
最高速度Ｖ。を越える（ステッ°プ２０３）と第２図に
示すように指令値Ｋが０となり（ステップ２０４）電流
が流れなくなり、サーボモータの速度がダウンしスリッ
ト信号の周期が大きくなってヘッドのドライブタイミン
グ周期が延びるため、プログラムの処理能力を越えるこ
とはなくなる。また、ノーマル時っまりサーボモータの
速度が異常に速くない時又は目標の速度の＋１０％以下
においては処理方法を変更していないのでなめらかなサ
ーボモータの駆動ができる（ステップ２０５）。ここで
、第２図に示した特性を以下の式によって表わされろ。

ただし、Ｋは指令値、Ｖ、は仮の目標速度、Ｖはサーボ
モータの速度、Ｇはゲイン、ｖｏは本来の目標速度、ｖ
ｏはプログラム処理能力上の最高速度である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、なめらかにサー
ボモータを駆動できると共にサーボ系の振動を抑えるた
めに故意にサーボモータのゲインを小さくする必要もな
くなり、環境のいかなる変化（特に低温）においてもサ
ーボ系全体としてのトルクマージンがダウンすることは
ない。また、別の発明によれば、著しい負荷変動又は外
力による振動等の原因によりプログラムの処理が間に合
わなくな９誤動作するということがなくなるという効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御動作を示すフローチャ
ート、第２図は別の実施例の制御カーブを示す図、第３
図はスリット周期パルスとプリントヘッドのドライバタ
イミングの関係波形図、第４図は本発明の別の実施例の
制御動作を示すフローチャート、第５図は従来のサーボ
モータ駆動制御回路のブロック図、第６図は第５図のモ
ータドライバを示す回路図、第７図はサーボモータの２
相エンコーダ出力波形の一例を示す一図、第８図は第５
図のエンコーダ出力の波形図、第９図は第５図のカウン
タ付出力ポートの回路図、第１０図はμＣＰＵからのス
イッチングパルスの波形図、第１１図、第１３図及び第
１４図は制御カーブを示す図、第１２図は指令値と電流
値との関係を示す図である。 １・・・μｃｐυ、　　　　２・・・ＲＯＭ　。 ３・・・ＲＡＭ　、　　　　　　４・・・カウンタ付出
力ポート、５・・・モータドライバ、６・・・カウンタ
、７・・・エンフーダ付サーボモータ、 ８・・・エンコーダ出力、９・・・分局回路、１０、１
１・・・ＰＮＰダーリントントランジスタ、１２、１３
・・・ＮＰＮダーリントントランジスタ、１４〜１７・
・・ダイオード、１８・・・電流検知回路、１９・・・
サーボモータ、２０・・・抵抗、２１・・・データラッ
チ、 ２２、２３・・・プリセット付２６カウンタ、２４・・
・インバータ、２５・・・アンドゲート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリアルプリンタのサーボモータに供給する駆動
   電流を制御して前記サーボモータの回転速度を制御する
   シリアルプリンタのサーボモータ駆動制御方式において
   、 前記サーボモータのスリット周期をカウントするカウン
   タと、 前記サーボモータの回転速度を所望の回転速度にするた
   めに下記の関係式 Ｋ＝Ｇ／Ｎ−Ｇ／Ｎ＿Ｏ （Ｇ；サーボ系のゲイン Ｎ；前記カウンタの現在のカウント値 Ｎ＿Ｏ；所望の回転速度時の前記カウンタ のカウント値） に基づいて算出した指令値Ｋに従って前記駆動電流値を
   求めて前記サーボモータの回転速度を制御する制御部を
   具備することを特徴とするシリアルプリンタのサーボモ
   ータ駆動制御方式。
2. （２）シリアルプリンタのサーボモータに供給する駆動
   電流を制御して前記サーボモータの回転速度を制御する
   シリアルプリンタのサーボモータ駆動制御方式において
   、 前記サーボモータのスリット周期をカウントするカウン
   タと、 前記サーボモータの回転速度を所望の回転速度にするた
   めに下記の関係式 ｖ≦ｖ＿Ｃのとき、 Ｋ＝（ｖ＿１−ｖ）・Ｇ ｖ＿Ｃ≦ｖ≦ｖ＿１のとき、 Ｋ＝０ ｖ＿１≦ｖのとき、 Ｋ＝−（ｖ＿１−ｖ）・Ｇ （ｖ；前記サーボモータの現在の回転速度 ｖ＿１；仮の目標速度 ｖ＿Ｃ；前記制御部の処理能力からの前記サーボモータ
   の回転速度の限界値 Ｇ；サーボ系のゲイン） に基づいて算出した指令値Ｋに従って前記駆動電流値を
   求めて前記サーボモータの回転速度を制御する制御部を
   具備することを特徴とするシリアルプリンタのサーボモ
   ータ駆動制御方式。