JP2004166458A - Motor controlling method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize the control in an accelerating range from the start of driving of a motor up to a target speed or a target distance. <P>SOLUTION: When the motor is driven in an apparatus in which a mechanism is driven by the motor used as a power source, an ideal profile is made for the drive according to a target position and prescribed parameters in performing each drive. The target parameters are not changed until the mechanism moves from the starting position of the drive up to the prescribed distance (S7006). The target parameters are changed according to the profile after the mechanism moved by the prescribed distance (S7008). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの制御方法に関し、特に、モータを動力源として使用して機構を駆動する際の駆動開始時の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な装置の動力源としてモータが使用されており、特にＤＣモータは、構造が簡単でメンテナンスが不要、回転ムラや振動が少ない、高速化や高精度な制御が可能であるなどの理由で、ＯＡ機器や家庭用電化製品などに数多く使用されている。
【０００３】
近年、プリンタにおいては、一般民生用プリンタは家庭で使用される割合が高いため、記録画質の向上と共に、稼動音の低下が望まれている。稼働時に発生される騒音（ノイズ）としては、記録時に発生するものと機構部分の駆動時に発生するものとがあるが、記録時の騒音発生源の少ないインクジェット記録装置においては、機構部分の駆動時に発生する騒音を低下することとなる。
【０００４】
低騒音化の観点からは、ＤＣモータを採用することにより効果が期待できるが、記録走査の高精度化の観点からは、機械的精度に加え、より高度な位置制御が必要となる。
【０００５】
ＤＣモータを用いてキャリッジを駆動する際には、第１に、キャリッジの駆動開始時から目標とする速度に到達するまでの距離及び所要時間を安定させること（駆動開始時の安定性）、及び、第２に、キャリッジの定速駆動時における速度を安定させること（低速駆動時の安定性）が必要である。特に、定速駆動時の速度安定性ついては、記録画質に直接影響するため、既に様々な形で速度安定性を向上するための工夫がなされている。しかしながら、厳密には駆動開始時の安定性は、定速駆動時の安定性に少なからず影響を与えており、制御開始直後すなわち駆動開始の時点から、安定した制御を実現することがキャリッジの速度安定性にも望ましい結果を与えることになる。
【０００６】
更に、装置の小型化や構成の制約などから、キャリッジの可動範囲に制限がある場合や、装置や回路の特性上から利用可能なＤＣモータが限られている場合には、上記２つの安定性を確保することが一層困難となってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
キャリッジの速度を安定させ効率的に駆動する為には、設計上必要とされる負荷の大きさが存在する。このような負荷を持つ物体を駆動するためには、まず静止摩擦力に打ち勝って動き出すための力を加えてやらなければならない。
【０００８】
一方、モータの制御に使用されるフィードバック制御の手法としては、一般的にＰＩＤ制御が知られているが、この手法においては積分処理が行われており、これにより算出される過渡変数（以下、積分補償量と呼ぶ）の大きさは、最終的な計算結果となる出力電流の大きさと密接に関連している。積分補償量は、時間の経過と共に変化していく値であり、この初期値を０とした場合には、上記静止摩擦力に打ち勝つための出力電流に該当する積分補償量に達するまで時間を要してしまうことになる。すなわち、該初期値を０とした場合、動き出しの時間が遅くなると共に動き出しの時間がばらつくという弊害が発生し、制御全体の安定性を損なうことになる。このため、この積分補償量としては予め適切な初期値を持たせることが望ましい。
【０００９】
しかしながら、同一の装置に対して単一の初期値を使用すると、装置毎のモータや機構部分の個体差、環境の変化等の要因により、実際にモータが立ち上がるまでの時間及び移動距離にばらつきが発生する。
【００１０】
更に、トルクの小さなモータで、駆動命令が発行された後に実際の駆動を開始するまでに時間的遅れが発生すると、積分補償量の初期値に加えＰＩＤ制御による積分補償量も加算され、モータが急激な加速を行い制御が困難になることもある。
【００１１】
これらの理由により、駆動開始直後は理想速度プロファイルに実際の速度プロファイルを適合させることが困難であり、特に小型のプリンタ等のキャリッジの加速領域が短い装置においては、駆動開始時の安定性が、加速時の安定性だけでなく、定速領域における安定性にも大きな影響を与えてしまう。
【００１２】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、駆動開始時から目標とする速度に到達するまでの距離及び所要時間を安定させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の一態様としてのモータの制御方法は、モータを動力源として使用して機構を駆動する機器におけるモータの制御方法であって、
各駆動を行う際に、目標位置及び予め設定されたパラメータに従って該駆動の理想的なプロファイルを作成し、
前記機構が前記駆動の開始位置から所定距離だけ移動するまでの間は、目標とするパラメータを変更せず、
前記機構が前記所定距離だけ移動した後には、前記プロファイルに従って目標とするパラメータを変更する。
【００１４】
すなわち、本発明では、モータを動力源として使用して機構を駆動する機器においてモータを制御する際に、各駆動を行う際に、目標位置及び予め設定されたパラメータに従って該駆動の理想的なプロファイルを作成し、機構が駆動の開始位置から所定距離だけ移動するまでの間は、目標とするパラメータを変更せず、機構が前記所定距離だけ移動した後には、プロファイルに従って目標とするパラメータを変更する。
【００１５】
このようにすると、モータ特性等の原因により、機構が移動を開始しない期間においては、目標とするパラメータは固定される。このため、駆動開始からの時間の経過と共に理想的なプロファイルとの差が大きくなって目標とするパラメータが大きくなり、モータが急激な加速を行うような事態を回避することができ、オーバーシュートを防止して理想的な駆動制御を行うことが可能となる。
【００１６】
従って、モータの駆動開始時から目標とする速度や距離に達するまでの加速領域における制御を安定させることが可能となり、定速駆動時の安定性も向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで説明する実施形態は、シリアル式インクジェットプリンタにおいて、キャリッジモータの制御及び記録媒体搬送用のラインフィードモータの制御に、本発明のモータの制御方法を適用したものである。
【００１８】
上記のように本発明は、モータを動力源として使用して機構を駆動する機器におけるモータの制御方法であって、各駆動を行う際に、目標位置及び予め設定されたパラメータに従って該駆動の理想的なプロファイルを作成し、機構が駆動の開始位置から所定距離だけ移動するまでの間は、目標とするパラメータを変更せず、機構が所定距離だけ移動した後には、プロファイルに従って目標とするパラメータを変更する、モータの制御方法であるが、以下の実施形態は次のような特徴も有している。
【００１９】
すなわち、所定距離は、機構が駆動されたと確認できる最小単位の複数倍である。
【００２０】
プロファイルとして、時間と位置との関係を示す理想位置プロファイルと、時間と速度との関係を示す理想速度プロファイルとを作成し、駆動を加速領域、定速領域、及び減速領域の３つの領域に分けて制御し、加速領域及び定速領域においては理想速度プロファイルに従ってモータを制御し、減速領域においては理想速度プロファイル及び理想位置プロファイルに従ってモータを制御する。
【００２１】
制御方法はＰＩＤ制御を用いた制御方法であり、目標とするパラメータが予め設定された積分補償量の初期値であり、停止直前の速度指令値と同一である。
【００２２】
モータがＤＣモータであり、このモータによって、シリアル型記録装置の記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動を制御する。
【００２３】
図１は、本実施形態のシリアル式インクジェットプリンタの全体図である。同図において、１０１はインクタンクを有する記録ヘッド、１０２は記録ヘッド１０１を搭載するキャリッジである。キャリッジ１０２の軸受け部には主走査方向に摺動可能な状態でガイドシャフト１０３が挿入され、そのシャフトの両端はシャーシ１１４に固定されている。このキャリッジ１０２に係合したキャリッジ駆動伝達手段であるベルト１０４を介して、キャリッジ駆動手段としてのＤＣモータである駆動モータ１０５の駆動力が伝達され、キャリッジ１０２が主走査方向に移動可能である。キャリッジ用のリニアエンコーダは図示されていないが通常ガイドシャフトと平行に取り付けられその長さはキャリッジの駆動範囲と同程度のものである。
【００２４】
また記録待機中において記録媒体（用紙）１１５は、給紙ベース１０６にスタックされており、記録開始時には給紙ローラ（不図示）により記録媒体が給紙される。給紙された記録媒体を搬送するため、ＤＣモータである用紙搬送用モータ１０７の駆動力により伝達手段であるギア列（モータギア１０８、搬送ローラギア１０９）を介して搬送ローラを回転させ、ピンチローラばね（不図示）により搬送ローラ１１０に押圧され従動回転するピンチローラ１１１とこの搬送ローラ１１０とにより記録媒体１１５は適切な送り量だけ搬送される。ここで、搬送量は搬送ローラ１０９に圧入されたコードホイール（ロータリーエンコーダフィルム１１６）のスリットをエンコーダセンサ１１７で検知、カウントすることで管理され、高精度送りを可能としている。
【００２５】
図２は、図１に示したプリンタの制御構成を説明するブロック図である。
【００２６】
図２において、４０１はプリンタ装置のプリンタ制御用のＣＰＵで、ＲＯＭ４０２に記憶されたプリンタ制御プログラムやプリンタエミュレーション、記録フォントを利用して記録処理を制御する。
【００２７】
４０３はＲＡＭで、記録のための展開データ、ホストからの受信データを蓄える。４０４はプリンタヘッド、４０５はモータを駆動するモータドライバ、４０６はプリンタコントローラで、ＲＡＭ４０３のアクセス制御やホスト装置とのデータのやりとりやモータドライバへの制御信号送出を行う。４０７はサーミスタ等で構成される温度センサで、プリンタ装置の温度を検知する。
【００２８】
ＣＰＵ４０１はＲＯＭ４０２内の制御プログラムにより本体のメカ的／電気的制御を行いつつ、ホスト装置からプリンタ装置へ送られてくるエミュレーションコマンド等の情報をプリンタコントローラ４０６内のＩ／Ｏデータレジスタから読み出し、コマンドに対応した制御をプリンタコントローラ４０６内のＩ／Ｏレジスタ、Ｉ／Ｏポートに書き込み、読み出しを行う。
【００２９】
図３は、図２に示したプリンタコントローラ４０６の詳細構成を説明するブロック図であり、図２と同一のものには同一の符号を付してある。
【００３０】
図において、５０１はＩ／Ｏレジスタで、ホストとのコマンドレベルでのデータのやり取りを行う。５０２は受信バッファコントローラで、レジスタから受信データをＲＡＭ４０３に直接書き込む。
【００３１】
５０３は記録バッファコントローラで、記録時にはＲＡＭの記録データバッファから記録データを読み出し、記録ヘッド１０１に対してデータの送出を行う。５０４はメモリコントローラで、ＲＡＭ４０３に対して３方向のメモリアクセスを制御する。５０５はプリントシーケンスコントローラで、プリントシーケンスをコントロールする。２３１はホストインターフェースで、ホストとの通信を司る。
【００３２】
図４は、一般的なＤＣモータの速度サーボによる制御手順を説明するブロック図である。本実施形態において速度サーボは、加速制御領域、定速制御領域で使用されており、減速制御領域においては位置サーボと併用して使用される。なお、ここでは減速領域での挙動については特に触れないため位置サーボについての詳細な説明は省略する。ＤＣモータは、ＰＩＤコントロールあるいは古典制御と呼ばれる手法で制御されており、以下その手順を説明する。
【００３３】
まず、制御対象に与えたい目標速度は、理想速度プロファイル４００１という形で与える。本実施形態においては、これは該当する時刻においてキャリッジモータによってキャリッジが到達しているべき絶対速度に該当する。時刻の経過とともに、この速度情報は変化していく。この理想速度プロファイルに対して追値制御を行うことで、速度サーボによる駆動が実行される。
【００３４】
被駆動体であるキャリッジにはリニアエンコーダセンサ４００４が具備されており、キャリッジの移動方向に沿って設けられたエンコーダフィルムのスリットを検知する。エンコーダ速度情報変換手段４００５は、エンコーダセンサ４００４が検知したスリット間でカウントされたＣＰＵのクロック数に基づいて、スリット間の絶対速度情報を得る手段である。
【００３５】
速度サーボにおいては、比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄに対する演算を行うＰＩＤ演算により行う手段が一般的である。本実施形態においては、速度指令値の非線形な変化が発生した場合の追従性を改善し、なおかつ追値制御時の微分演算の弊害を防ぐために、一般に微分先行形と呼ばれる手法を示しており、４００５で得られたエンコーダ速度情報は、理想速度プロファイル４００１で得られた速度指令値との差を取る前に、微分演算手段４００６を通される。この手法自体は本発明の主題となるものではなく、制御対象の系の特性によっては、４００２において該微分演算を行えば充分なものもある。
【００３６】
理想速度プロファイル４００１と、速度情報変換手段４００５により得られた実際のキャリッジ速度を比較減算した数値を、目標速度に対して足りない速度誤差として、４００２以降の速度サーボのフィードバック処理に対して出力する。
【００３７】
速度サーボにおいては速度誤差を、ＰＩ演算回路４００２に受け渡し、その時点でＤＣモータに与えるべきエネルギーを、ＰＩ演算と呼ばれる手法で算出する。それを受けたモータドライバ回路は、例えばモータ印加電圧は一定として、印加電圧のパルス幅を変化させる手段（以下、「ＰＷＭ（Ｐｕｌｅｓ ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御」と呼ぶ）を用い、印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節することにより、ＤＣモータ４００３に与えるエネルギーを調節し、速度制御を行う。
【００３８】
印加された電流に応じて回転するＤＣモータ４００３は、外乱４００７による影響を受けながら物理的な回転を行い、その出力がエンコーダセンサ４００４により検知される。
【００３９】
図５は、本実施形態のキャリッジ制御における、理想速度プロファイルと実際の制御との関係を詳細に説明するための図であり、横軸は時間、縦軸は速度をそれぞれ表している。
【００４０】
キャリッジの駆動制御を速度の観点から分けると、加速制御領域２０１１、定速制御領域２０１２、及び減速制御領域２０１３の３つの制御領域に分けられる。図５において２００１は目標とする速度の変化を示す理想速度プロファイルであり、２００２は実際にキャリッジを駆動したときの速度の変化を示す現実速度プロファイルである。
【００４１】
本発明は、このような現実速度プロファイルの加速制御領域における理想速度プロファイルに対する追従性を改善するものである。以下、本実施形態における加速制御領域での制御について図６を参照して説明する。
【００４２】
図６（ａ）は、図５の速度プロファイルを加速制御領域を中心に拡大した図であり、図５と同じ部分は同じ符号で示している。また、Ｖｓｔａｒｔは初速度であり、例えば、通常駆動時の停止直前の速度と同一に設定してもよい。Ｖｍａｘは定速制御領域２０１２の速度を示している。また、前述したように、加速制御領域及び定速制御領域においては速度サーボによって制御を行っているため、以降の説明では位置制御については言及しない。
【００４３】
理想速度プロファイル２００１に対して現実速度プロファイル２００２は、駆動開始時から時間的に遅延しているが、次第に理想速度に近づいて時間ｔで目標速度Ｖｍａｘに達し、定速駆動へと移行する。この目標速度に到達するまでの移動距離は、（ｂ）に示すように速度と時間の関係式から、理想速度プロファイルを時間ｔまで積分した面積となる。
【００４４】
ここで、小型のプリンタにおいては、目標速度Ｖｍａｘに到達するまでに要する距離を小さくすることが非常に重要である。これは、通常サイズのプリンタに比べて走査方向における長さが短いと、目標速度に到達させるまでの距離が非常に短くなり、そのため理想速度プロファイルの立上り角度が急峻となるからである。
【００４５】
このように、短い距離で目標速度まで立ち上げる場合の理想速度プロファイル（５００１）と現実速度プロファイル（５００２）の例を図８に示す。図示されたように立ち上がりを急峻とすると、理想速度プロファイル５００１に対する現実速度プロファイル５００２の時間的遅延が大きくなるという問題が生じる。
【００４６】
この問題に対しては、前述した静止摩擦力に打ち勝って動きうる積分補償量を予め算出し、初期積分値として代入することによって、現実速度プロファイルを理想速度プロファイルに対して近づけることが出来る。
【００４７】
しかしながら、小型のプリンタで使用されるモータは、一般的なサイズのプリンタと比較して、サイズ等の制限から起動トルクが小さくなるため、上記のような積分補償量を初期積分値に代入しても、モータが実際に回転を始めるまでに時間的遅延が発生してしまう。そのため、目標速度に到達するまでの移動距離が長くなってしまう場合が生じる。キャリッジの駆動において、目標速度に到達するまでの移動距離が長くなると、記録開始位置に達しても駆動速度が目標速度に到達しておらず、記録開始位置付近での記録画質が劣化してしまう。
【００４８】
また、この場合、加速制御領域でのキャリッジの速度制御は、単に短時間で目標速度に到達させるだけではなく、加速終了後に速度のオーバシュートが発生しないようにする必要があるため、現実速度プロファイルをできるだけ理想速度プロファイルに近づけることが重要となってくる。
【００４９】
加速制御領域でこのような制御を行う本実施形態のモータ制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
最初に、駆動制御を開始すると、制御周期を規定する周期タイマを起動し、同時に駆動開始時の位置情報も併せて取得するとともに、キャリッジが移動を介したか否かを示す移動開始フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ７００１）。以降の処理は全て周期タイマによる割込みルーチン内での処理となる。また、エンコーダから得られる情報はエンコーダフィルムのスリットの検知情報であるため、本実施形態でも位置情報の単位はスリットとする。
【００５１】
ステップＳ７００２で周期タイマの割り込みが有るまで待ち、タイマの割り込みが有ると、エンコーダから現在の位置情報を取得する（ステップＳ７００３）。次に、ステップＳ７００１で設定された移動開始フラグがＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ７００４）。後述するように、移動開始フラグはキャリッジが所定距離だけ移動したと判定された場合にはＯＮに設定されるので、この判定はキャリッジが所定距離移動したか否かを判定するのと同じ意味を持つ。
【００５２】
移動開始フラグがＯＦＦである場合には、現在位置が駆動開始位置＋２（スリット）以上であるか否かを判定する（ステップＳ７００５）。このように、本実施形態では、キャリッジが２スリット分だけ移動したかどうかにより、移動を開始したかどうかを判定している。
【００５３】
なお、ここでは判定の対象とする距離を２スリットとしているが、この距離は、機構が駆動されたと確認できる最小単位、すなわちエンコーダの分解能の複数倍であるのが好ましく、エンコーダの検出分解能や負荷に応じて設定するのがよい。
【００５４】
ステップＳ７００５で、現在位置が移動開始位置＋２スリット未満であると判定されたら、理想速度プロファイルによる目標速度の設定を適用せず、目標速度として理想速度プロファイルの初速度を適用する（ステップＳ７００６）。一方、現在位置が駆動開始位置＋２スリット以上であると判定されたら、キャリッジが移動を開始したと判定して移動開始フラグをＯＮにし（ステップＳ７００７）、理想速度プロファイルから目標速度を求める（ステップＳ７００８）。
【００５５】
また、ステップＳ７００４で、既に移動開始フラグがＯＮとなっていると判定された場合には、現在位置と移動開始位置との比較を行わずに、ステップＳ７００８へ進み、理想速度プロファイルから目標速度を求める。
【００５６】
そして、設定された目標速度に従ってＰＩＤ制御を実行（ステップＳ７００９）した後、ステップＳ７００２へ戻り、周期タイマによる割り込みを待つ。
【００５７】
なお、上記のフローチャートには示していないが、キャリッジの速度が定速駆動領域の目標速度（図６（ａ）におけるＶｍａｘ）に到達したと判定されたら、定速駆動へと移行する。
【００５８】
このように本実施形態では、モータ特性等の原因により、キャリッジが移動を開始しない期間（モータに電流を流してもモータの駆動が開始されない期間）においては、目標速度は理想速度プロファイルの初期値に固定される。このため、駆動開始からの時間の経過と共に理想速度プロファイルと現実速度プロファイルとの差が大きくなって目標速度が高く設定され、モータが急激な加速を行うような事態を回避することができ、オーバーシュートを防止して理想的なＰＩＤ制御を行うことが可能となる。
【００５９】
以上説明したように本実施形態によれば、キャリッジモータの駆動開始時から目標とする速度に到達するまでの距離及び所要時間を安定させることが可能となり、定速駆動時の安定性も向上する。
【００６０】
また、以上の実施形態ではキャリッジの駆動用モータの制御に本発明を適用する場合を例に説明したが、本発明はもちろんラインフィードモータにも適用することができ、同様な効果を得ることができる。
【００６１】
［他の実施形態］
以上の実施形態は、シリアル式インクジェットプリンタの駆動用モータの制御に本発明を適用したものであるが、本発明は、インクジェットプリンタに限らず、モータを使用する様々な機器に適用可能である。
【００６２】
また、上記の実施形態はいずれもＤＣモータの制御に本発明を適用したものであるが、ＤＣモータ以外でも上記の追値制御等のフィードバック制御が可能なモータであれば、本発明を適用できる。
【００６３】
本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００６４】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６５】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【００６６】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００６７】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００６８】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した（図７に示す）フローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータ特性等の原因により、機構が移動を開始しない期間においては、目標とするパラメータは固定される。このため、駆動開始からの時間の経過と共に理想的なプロファイルとの差が大きくなって目標とするパラメータが大きくなり、モータが急激な加速を行うような事態を回避することができ、オーバーシュートを防止して理想的な駆動制御を行うことが可能となる。
【００７０】
従って、モータの駆動開始時から目標とする速度や距離に達するまでの加速領域における制御を安定させることが可能となり、定速駆動時の安定性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシリアル式インクジェットプリンタの全体図である。
【図２】図１のプリンタの制御構成を説明するブロック図である。
【図３】図２に示したプリンタコントローラの詳細構成を説明するブロック図である。
【図４】一般的なＤＣモータの速度サーボ制御を説明するブロック図である。
【図５】理想速度プロファイルと現実速度プロファイルとの関係を示す図である。
【図６】図５における加速領域の拡大図と駆動距離の算出方法を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による加速領域におけるモータ制御を示すフローチャートである。
【図８】加速距離が短い系における理想速度プロファイルと現実速度プロファイルの例を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method for a motor, and more particularly, to control at the start of driving when a mechanism is driven using a motor as a power source.
[0002]
[Prior art]
At present, motors are used as power sources for various devices. Especially, DC motors have a simple structure, no maintenance is required, there is little rotation unevenness and vibration, and high speed and high precision control are possible. It is widely used in OA equipment and household appliances.
[0003]
2. Description of the Related Art In recent years, as for printers, general-use printers are frequently used at home. Therefore, it is desired to improve the recording image quality and lower the operation sound. Noise generated during operation includes noise generated at the time of printing and noise generated at the time of driving the mechanism. In an ink jet printing apparatus having a small noise source during printing, noise is generated at the time of driving the mechanism. The generated noise will be reduced.
[0004]
From the viewpoint of noise reduction, an effect can be expected by adopting a DC motor. However, from the viewpoint of improving the precision of printing scan, more sophisticated position control is required in addition to mechanical precision.
[0005]
When the carriage is driven by using the DC motor, first, the distance and required time from the start of driving the carriage to the target speed are stabilized (stability at the start of driving), and Second, it is necessary to stabilize the speed of the carriage at the time of constant speed driving (stability at the time of low speed driving). In particular, since the speed stability at the time of constant speed driving has a direct effect on the recording image quality, various measures have been taken to improve the speed stability. However, strictly speaking, the stability at the start of driving has a considerable influence on the stability at the time of constant-speed driving, and it is necessary to realize stable control immediately after the start of control, that is, from the time of starting the drive. Stability will also give desirable results.
[0006]
Further, when the movable range of the carriage is limited due to the miniaturization of the apparatus or the restriction of the configuration, or when the available DC motor is limited due to the characteristics of the apparatus and the circuit, the above two stability conditions are not satisfied. Is more difficult to secure.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to drive the carriage at a stable speed and drive it efficiently, there is a large load required in design. In order to drive an object having such a load, it is necessary to first apply a force to overcome the static friction force and start moving.
[0008]
On the other hand, as a feedback control technique used for motor control, PID control is generally known. In this technique, an integration process is performed, and a transient variable (hereinafter, referred to as “transient variable”) calculated by the integration process is used. The magnitude of the integral compensation amount) is closely related to the magnitude of the output current that is the final calculation result. The integral compensation amount is a value that changes with the passage of time. If the initial value is set to 0, it takes time until the integral compensation amount corresponding to the output current for overcoming the static friction force is reached. Will be done. That is, when the initial value is set to 0, a problem that the time for starting the movement is delayed and the time for starting the movement is varied occurs, and the stability of the entire control is impaired. Therefore, it is desirable that the integral compensation amount has an appropriate initial value in advance.
[0009]
However, if a single initial value is used for the same device, the time required for the motor to actually start up and the movement distance will vary due to factors such as individual differences in the motors and mechanical parts of each device and environmental changes. appear.
[0010]
Further, if a time delay occurs between the issuance of the drive command and the start of the actual drive after the drive command is issued, the integral compensation amount by the PID control is added to the initial value of the integral compensation amount. Control may be difficult due to rapid acceleration.
[0011]
For these reasons, it is difficult to match the actual speed profile to the ideal speed profile immediately after the start of driving, and particularly in a device in which the acceleration area of the carriage is short, such as a small printer, the stability at the time of starting the driving, This greatly affects not only stability during acceleration but also stability in a constant speed region.
[0012]
The present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to stabilize a distance and a required time from a drive start to a target speed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for controlling a motor according to one embodiment of the present invention is a method for controlling a motor in a device that drives a mechanism using a motor as a power source,
When performing each drive, create an ideal profile of the drive according to the target position and preset parameters,
Until the mechanism moves a predetermined distance from the drive start position, do not change the target parameters,
After the mechanism has moved the predetermined distance, the target parameter is changed according to the profile.
[0014]
That is, in the present invention, when controlling a motor in a device that drives a mechanism using the motor as a power source, when performing each drive, an ideal profile of the drive according to a target position and a preset parameter. The target parameter is not changed until the mechanism moves a predetermined distance from the driving start position, and the target parameter is changed according to the profile after the mechanism moves the predetermined distance. .
[0015]
In this way, the target parameter is fixed during a period in which the mechanism does not start moving due to motor characteristics or the like. For this reason, as the time elapses from the start of driving, the difference from the ideal profile becomes larger, the target parameter becomes larger, and it is possible to avoid a situation in which the motor accelerates sharply, and overshoot is prevented. Thus, ideal drive control can be performed.
[0016]
Therefore, it is possible to stabilize the control in the acceleration region from the start of driving of the motor until reaching the target speed or distance, and the stability at the time of constant speed driving is also improved.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment described here, a motor control method of the present invention is applied to control of a carriage motor and control of a line feed motor for conveying a recording medium in a serial ink jet printer.
[0018]
As described above, the present invention relates to a method for controlling a motor in a device that drives a mechanism using a motor as a power source. When each drive is performed, an ideal driving method according to a target position and a preset parameter is used. The target parameter is not changed until the mechanism moves a predetermined distance from the driving start position, and after the mechanism moves a predetermined distance, the target parameter is set according to the profile. Although the motor control method is changed, the following embodiments also have the following features.
[0019]
That is, the predetermined distance is a multiple of the minimum unit that can be confirmed that the mechanism has been driven.
[0020]
As profiles, an ideal position profile indicating the relationship between time and position and an ideal speed profile indicating the relationship between time and speed are created, and the drive is divided into three regions: an acceleration region, a constant speed region, and a deceleration region. In the acceleration region and the constant speed region, the motor is controlled according to the ideal speed profile, and in the deceleration region, the motor is controlled according to the ideal speed profile and the ideal position profile.
[0021]
The control method is a control method using PID control, and a target parameter is an initial value of a preset integral compensation amount, which is the same as a speed command value immediately before stopping.
[0022]
The motor is a DC motor, and the motor controls the driving of the carriage on which the recording head of the serial recording apparatus is mounted.
[0023]
FIG. 1 is an overall view of a serial type ink jet printer of the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a printhead having an ink tank, and 102 denotes a carriage on which the printhead 101 is mounted. A guide shaft 103 is inserted into a bearing portion of the carriage 102 in a slidable manner in the main scanning direction, and both ends of the shaft are fixed to a chassis 114. The driving force of a driving motor 105 which is a DC motor as a carriage driving means is transmitted via a belt 104 which is a carriage driving transmitting means engaged with the carriage 102, and the carriage 102 can move in the main scanning direction. Although not shown, the linear encoder for the carriage is usually mounted parallel to the guide shaft, and its length is substantially the same as the drive range of the carriage.
[0024]
The recording medium (paper) 115 is stacked on the paper supply base 106 during recording standby, and the recording medium is supplied by a paper supply roller (not shown) at the start of recording. In order to convey the fed recording medium, the conveyance roller is rotated by a driving force of a paper conveyance motor 107 which is a DC motor via a gear train (motor gear 108, conveyance roller gear 109) which is a transmission means, and a pinch roller spring is rotated. The recording medium 115 is conveyed by an appropriate feed amount by the pinch roller 111 which is pressed by the conveying roller 110 and is driven to rotate by the conveying roller 110 (not shown). Here, the transport amount is managed by detecting and counting the slit of the code wheel (rotary encoder film 116) pressed into the transport roller 109 by the encoder sensor 117, thereby enabling high-precision feeding.
[0025]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control configuration of the printer shown in FIG.
[0026]
In FIG. 2, reference numeral 401 denotes a printer control CPU of the printer, which controls a printing process using a printer control program, printer emulation, and a printing font stored in a ROM 402.
[0027]
A RAM 403 stores expanded data for recording and data received from the host. 404, a printer head; 405, a motor driver for driving a motor; 406, a printer controller for controlling access to the RAM 403, exchanging data with the host device, and transmitting control signals to the motor driver. A temperature sensor 407 including a thermistor detects the temperature of the printer.
[0028]
The CPU 401 reads out information such as an emulation command sent from the host device to the printer device from the I / O data register in the printer controller 406 while performing mechanical / electrical control of the main body according to a control program in the ROM 402. Is written to and read from an I / O register and an I / O port in the printer controller 406.
[0029]
FIG. 3 is a block diagram illustrating the detailed configuration of the printer controller 406 shown in FIG. 2, and the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
[0030]
In the figure, an I / O register 501 exchanges data with a host at a command level. A reception buffer controller 502 directly writes reception data from a register to the RAM 403.
[0031]
A print buffer controller 503 reads out print data from a print data buffer of a RAM at the time of printing, and sends the data to the print head 101. A memory controller 504 controls memory access to the RAM 403 in three directions. A print sequence controller 505 controls a print sequence. A host interface 231 controls communication with the host.
[0032]
FIG. 4 is a block diagram for explaining a control procedure using a speed servo of a general DC motor. In this embodiment, the speed servo is used in the acceleration control area and the constant speed control area, and is used in combination with the position servo in the deceleration control area. Here, the behavior in the deceleration region is not particularly mentioned, so that the detailed description of the position servo is omitted. The DC motor is controlled by a method called PID control or classic control, and the procedure will be described below.
[0033]
First, a target speed to be given to the control target is given in the form of an ideal speed profile 4001. In the present embodiment, this corresponds to the absolute speed that the carriage should have reached by the carriage motor at the corresponding time. This speed information changes with the passage of time. By performing additional value control on this ideal speed profile, driving by speed servo is executed.
[0034]
The carriage, which is a driven body, is provided with a linear encoder sensor 4004, and detects a slit of an encoder film provided along the moving direction of the carriage. The encoder speed information conversion unit 4005 is a unit that obtains absolute speed information between slits based on the number of CPU clocks counted between slits detected by the encoder sensor 4004.
[0035]
In a speed servo, a means for performing a PID operation for performing an operation on a proportional term P, an integral term I, and a differential term D is generally used. In the present embodiment, in order to improve the followability when a non-linear change in the speed command value occurs, and to prevent the adverse effect of the differential operation at the time of the additional value control, a method generally called a differential leading type is shown. The encoder speed information obtained in 4005 is passed through a differential operation means 4006 before taking the difference from the speed command value obtained in the ideal speed profile 4001. This method itself is not the subject of the present invention, and depending on the characteristics of the system to be controlled, it is sufficient to perform the differential operation in 4002.
[0036]
A value obtained by comparing and subtracting the ideal speed profile 4001 and the actual carriage speed obtained by the speed information conversion means 4005 is output as a speed error short of the target speed for the feedback processing of the speed servo 4002 and thereafter. .
[0037]
In the speed servo, the speed error is transferred to a PI calculation circuit 4002, and the energy to be given to the DC motor at that time is calculated by a method called PI calculation. The motor driver circuit having received the voltage changes the duty of the applied voltage by, for example, changing the pulse width of the applied voltage (hereinafter referred to as “PWM (Pulse Width Modulation) control”) while keeping the motor applied voltage constant. By adjusting the current value, the energy given to the DC motor 4003 is adjusted to control the speed.
[0038]
The DC motor 4003 that rotates according to the applied current performs physical rotation under the influence of the disturbance 4007, and its output is detected by the encoder sensor 4004.
[0039]
FIG. 5 is a diagram for explaining in detail the relationship between the ideal speed profile and the actual control in the carriage control according to the present embodiment. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents speed.
[0040]
When the drive control of the carriage is divided from the viewpoint of speed, it is divided into three control areas: an acceleration control area 2011, a constant speed control area 2012, and a deceleration control area 2013. In FIG. 5, reference numeral 2001 denotes an ideal speed profile indicating a change in target speed, and 2002 denotes an actual speed profile indicating a change in speed when the carriage is actually driven.
[0041]
The present invention is to improve the followability of such a real speed profile to an ideal speed profile in an acceleration control region. Hereinafter, control in the acceleration control region in the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0042]
FIG. 6A is an enlarged view of the speed profile of FIG. 5 centering on the acceleration control region, and the same parts as those of FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Vstart is the initial speed, and may be set to be the same as, for example, the speed immediately before stopping during normal driving. Vmax indicates the speed of the constant speed control area 2012. Further, as described above, in the acceleration control region and the constant speed control region, the control is performed by the speed servo. Therefore, the following description does not refer to the position control.
[0043]
The actual speed profile 2002 is temporally delayed from the start of driving with respect to the ideal speed profile 2001, but gradually approaches the ideal speed, reaches the target speed Vmax at time t, and shifts to constant speed driving. The moving distance until reaching the target speed is an area obtained by integrating the ideal speed profile up to time t from the relational expression between speed and time as shown in FIG.
[0044]
Here, in a small printer, it is very important to reduce the distance required to reach the target speed Vmax. This is because if the length in the scanning direction is shorter than that of a printer of a normal size, the distance to reach the target speed becomes very short, and therefore, the rising angle of the ideal speed profile becomes steep.
[0045]
FIG. 8 shows an example of the ideal speed profile (5001) and the actual speed profile (5002) when starting up to the target speed at a short distance. As shown in the figure, if the rise is steep, there is a problem that the time delay of the actual speed profile 5002 with respect to the ideal speed profile 5001 increases.
[0046]
To solve this problem, the actual speed profile can be made closer to the ideal speed profile by calculating in advance an integral compensation amount that can move by overcoming the above-mentioned static friction force and substituting it as an initial integral value.
[0047]
However, since the starting torque of a motor used in a small printer is smaller than that of a printer of a general size due to limitations in size and the like, the above-described integral compensation amount is substituted into the initial integral value. Also, a time delay occurs before the motor actually starts rotating. For this reason, there is a case where the moving distance until reaching the target speed becomes long. In the drive of the carriage, if the moving distance until reaching the target speed becomes long, the drive speed does not reach the target speed even when the print start position is reached, and the print quality near the print start position deteriorates. .
[0048]
In this case, the speed control of the carriage in the acceleration control area is not limited to simply reaching the target speed in a short time, but it is necessary to prevent the speed from overshooting after the end of acceleration. It is important to make the speed as close as possible to the ideal speed profile.
[0049]
The motor control of the present embodiment that performs such control in the acceleration control region will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0050]
First, when drive control is started, a cycle timer that defines a control cycle is started, and at the same time, position information at the time of drive start is also acquired, and a movement start flag indicating whether or not the carriage has moved is turned off. It is set (step S7001). Subsequent processing is all processing in the interrupt routine by the periodic timer. Further, since the information obtained from the encoder is the detection information of the slit of the encoder film, the unit of the position information is also the slit in the present embodiment.
[0051]
In step S7002, the process waits until there is a periodic timer interrupt. If there is a timer interrupt, the current position information is obtained from the encoder (step S7003). Next, it is determined whether the movement start flag set in step S7001 is OFF (step S7004). As described later, the movement start flag is set to ON when it is determined that the carriage has moved a predetermined distance, so this determination has the same meaning as determining whether the carriage has moved a predetermined distance. Have.
[0052]
If the movement start flag is OFF, it is determined whether the current position is equal to or more than the drive start position + 2 (slit) (step S7005). As described above, in the present embodiment, it is determined whether or not the movement has started based on whether or not the carriage has moved by two slits.
[0053]
Here, the distance to be determined is two slits, but this distance is preferably a minimum unit that can confirm that the mechanism has been driven, that is, a plurality of times the resolution of the encoder. It is good to set according to.
[0054]
If it is determined in step S7005 that the current position is less than the movement start position + 2 slits, the initial speed of the ideal speed profile is applied as the target speed without applying the setting of the target speed based on the ideal speed profile (step S7006). On the other hand, if it is determined that the current position is equal to or more than the driving start position + 2 slits, it is determined that the carriage has started moving, the movement start flag is turned on (step S7007), and the target speed is obtained from the ideal speed profile (step S7008). ).
[0055]
If it is determined in step S7004 that the movement start flag is already ON, the process proceeds to step S7008 without comparing the current position with the movement start position, and the target speed is calculated from the ideal speed profile. Ask.
[0056]
After executing the PID control in accordance with the set target speed (step S7009), the process returns to step S7002, and waits for an interrupt by the periodic timer.
[0057]
Although not shown in the above flowchart, when it is determined that the speed of the carriage has reached the target speed (Vmax in FIG. 6A) in the constant speed drive region, the operation shifts to constant speed drive.
[0058]
As described above, in the present embodiment, the target speed is set to the initial value of the ideal speed profile during the period in which the carriage does not start moving (the period in which the motor does not start driving even when a current is supplied to the motor) due to motor characteristics or the like. Fixed to. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the difference between the ideal speed profile and the actual speed profile increases with elapse of time from the start of driving, the target speed is set high, and the motor accelerates rapidly. It is possible to perform ideal PID control while preventing shoots.
[0059]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to stabilize the distance and the required time from the start of driving of the carriage motor to the arrival of the target speed, and the stability at the time of constant speed driving is also improved. .
[0060]
Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the control of the carriage driving motor has been described as an example. However, the present invention can of course be applied to a line feed motor, and similar effects can be obtained. it can.
[0061]
[Other embodiments]
In the above embodiments, the present invention is applied to the control of the drive motor of the serial type ink jet printer. However, the present invention is not limited to the ink jet printer, but is applicable to various devices using a motor.
[0062]
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the control of a DC motor. However, the present invention can be applied to any motor other than the DC motor as long as it can perform feedback control such as the above-described additional value control. .
[0063]
An object of the present invention is to supply a storage medium storing a program code of software for realizing the functions of the above-described embodiments to a system or an apparatus, and to store the computer (or CPU or MPU) of the system or the apparatus in the storage medium. Needless to say, this can also be achieved by reading and executing the program code thus read.
[0064]
In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the function of the above-described embodiment, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.
[0065]
As a storage medium for supplying the program code, for example, a floppy disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, and the like can be used.
[0066]
When the computer executes the readout program code, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (Operating System) running on the computer based on the instruction of the program code. It goes without saying that a part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
[0067]
Further, after the program code read from the storage medium is written into a memory provided on a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. It goes without saying that a CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the processing realizes the functions of the above-described embodiments.
[0068]
When the present invention is applied to the storage medium, the storage medium stores program codes corresponding to the above-described flowchart (shown in FIG. 7).
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a target parameter is fixed during a period when the mechanism does not start moving due to a motor characteristic or the like. For this reason, as the time elapses from the start of driving, the difference from the ideal profile increases and the target parameter increases, so that a situation in which the motor accelerates rapidly can be avoided, and overshoot can be prevented. Thus, ideal drive control can be performed.
[0070]
Therefore, it is possible to stabilize the control in the acceleration region from the start of driving of the motor until reaching the target speed or distance, and the stability at the time of constant speed driving is also improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a serial type inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control configuration of the printer of FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a printer controller illustrated in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram illustrating speed servo control of a general DC motor.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an ideal speed profile and a real speed profile.
6 is an enlarged view of an acceleration region in FIG. 5 and a diagram illustrating a method of calculating a driving distance.
FIG. 7 is a flowchart illustrating motor control in an acceleration region according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of an ideal speed profile and an actual speed profile in a system with a short acceleration distance.

Claims (1)

モータを動力源として使用して機構を駆動する機器におけるモータの制御方法であって、
各駆動を行う際に、目標位置及び予め設定されたパラメータに従って該駆動の理想的なプロファイルを作成し、
前記機構が前記駆動の開始位置から所定距離だけ移動するまでの間は、目標とするパラメータを変更せず、
前記機構が前記所定距離だけ移動した後には、前記プロファイルに従って目標とするパラメータを変更する、ことを特徴とするモータの制御方法。A method for controlling a motor in a device that drives a mechanism using a motor as a power source,
When performing each drive, create an ideal profile of the drive according to the target position and preset parameters,
Until the mechanism moves a predetermined distance from the drive start position, do not change the target parameters,
A method for controlling a motor, comprising: changing a target parameter according to the profile after the mechanism has moved by the predetermined distance.

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