JP2012253542A - モータ速度制御装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のモータ速度制御装置120は、tgt_frqに基づくrefclkを出力する基準クロック発生器101と、モータ107の所定回転角度ごとに所定数のfgを出力するエンコーダ108と、refpulseを出力する分周器102と、整数位相差ph_intとして出力する整数位相差検出器103と、refpulseのエッジとfgpulseとの時間差を検出してrefclk単位で計測してph_frcとして出力する小数位相差検出器104と、ph_intとph_frcを混合器105で所定の比率で加算してpherrとし、pherrに基づいてモータ107を駆動制御する制御部106と、を備えて構成されている。
【選択図】図1
Description
一方、所定の駆動電圧を印加することにより、当該電圧に比例した回転数で回転するモータ(DCモータ)もよく知られている。また、DCモータの回転軸に回転エンコーダを備えて、エンコーダパルス(FGパルス)を作ることもよく行われる。このようにすると、モータ駆動電圧からFGパルスまでをVCOに見立てることが可能である。即ち、PLLの手法によりモータの速度(回転数)をFGパルスにより検出して、所定の基準クロックにFGパルスが位相同期するようにモータ駆動電圧を制御してPLL制御を実現することができる。
何れのPLLでも、一般的な位相差検出器(位相比較器)は、位相差が1パルス周期(360度、あるいは2πラジアン)の範囲ではリニアな値を出力するが、その範囲を超えると折り返してしまい、位相同期状態から外れてしまう。
このような同期外れを避けるため、位相差検出器として基準パルス数とFGパルス数の差を用いる場合がある。こうすると位相差としてはパルス数単位になるので1パルス位相を超えても大局的な位相差は検出でき、位置ずれは生じない。しかしながら、分解能が1パルス単位と粗く、1パルス以内の精度では計測できないため精密な制御には向かないといった問題がある。
また、特許文献2には、エンコーダ(FG)パルス数をカウントする位相カウンタで整数部を表現し、エンコーダ周期をクロックで計測することで速度を計測し、これを積分することで小数部を含んだ位相成分を求める可変速駆動装置について開示されている。
また、特許文献2に開示されている従来技術は、一般的なPLL制御に必要な基準周波数を持った基準パルスと、FGパルスとの間の位相差を小数部まで検出する位相差検出手段については開示されていない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、安価な構成で、基準パルスと検出パルスの位相差を広範囲、且つ精密に検出でき、外乱に対しても同期はずれの生じる危険性を少なくして、精密なPLL制御が可能な速度制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、及びこれらの複合機に適用可能である。
アップダウンカウンタを用いた整数位相差検出器103は、up入力パルスでアップ、dn入力パルスでダウンする。up入力には基準パルスrefpulseが接続される。dn入力には後述のモータ107のFGパルスfgpulseが接続される。整数位相差検出器103の出力ph_intはrepulseとfgpulseのそれぞれのパルス数の差、すなわち整数位相差を示す。ph_intが「1」の場合は1サイクルの位相差を示す。
ph_intは、fgpulseが到来してカウンタがダウンしたときの値が保持されて出力される。また整数位相差検出器103は、リミット設定値phlimより大きな値にはアップせず、−phlim(負の値)より小さな値にはダウンしないように構成されている。
整数位相差検出器103でアップダウンカウンタにすることで、1個のカウンタで実現できコストが安くなる。また、アップダウン条件の論理により簡単に位相差リミットが実現できる。
アップダウンカウント手段でアップダウン条件の論理でカウントリミットさせることにより、モータ起動時などrefpulseが多数到来してfgpulseがほとんど来ない状態でも位相差が過大にならないようにリミットできる。これにより起動後に位相差が収束する時間を短くできる。
なお小数位相差検出器104は、分周器102の基準位相ref_phをfgpulseでラッチする手段に限らず、refpulseエッジからfgpulseエッジまでの時間間隔を計測できればよい。たとえば、十分高速なクロックをカウントするカウンタを設け、このカウンタをrefpulseエッジでスタートさせてfgpulseエッジでストップさせ、その値を保持するようにしてもよい。
この実施形態のように、分周器102の基準位相ref_phをfgpulseでラッチすることにより、位相差測定用カウンタを別途設けなくても、基準クロック発生器101の分周カウンタを流用するので回路規模を小さくでき、安価になる。
位相差pherrは、混合器105の加算比率を、分周期102の分周比Nを用いて、整数位相差ph_intを小数位相差ph_frcのN倍の比率で加算する。このことにより、整数と小数が物理的に正しい比で加算され、pherrとして連続的な位相差データが得られるという効果がある。
pherr=N*ph_int+ph_frc ・・・(式1)
となる。
これは位相差1cycleをNとする量であるが、位相差1cycleを1とするには
pherr=ph_int+ph_frc/N ・・・(式2)
とすればよい(「*」は乗算、「/」は除算)。
いずれもph_intのほうがph_frcに対してN倍の比率になっている。
制御部106は、位相差pherrが0に近づくようにモータ駆動量driveを出力する。この処理は公知の制御理論等を用いることができる。通常、位相差だけを用いたモータ107の速度制御の場合は、位相差pherrに比例したゲイン処理と、位相差を微分した微分処理を加算して駆動量を算出することがよく行なわれる。いずれにせよ位相差pherrに応じてモータを駆動する手段である。
エンコーダ108は、モータ107の所定回転角ごとにパルスfgを出力する。通常、1周で50パルスから数1000パルスなど、応用分野により分解能は異なる。
エッジ検出器109は、fgパルスの立ち上がり、あるいは立ち下がり、あるいはその両方を検出してfgpulse信号を出力する。fgpulseは前述のように、整数位相差検出器103および小数位相差検出器104に接続されている。
このような構成で制御すると、結局基準パルスrefpulseとモータのFGパルスfgpulseの位相差が0に近づくように制御される。位相差が0でなくても一定値に制御されると、refpulseの周波数とfgpulseの周波数は等しくなり、したがってモータの回転速度は一定に制御される。
この例では全体として、最初はrefpulseのほうが速いので位相差は増大し、その後fgpulseのほうが速くなると位相差は減少する。位相差は「1」を越えても折り返されず、小数を含んで真の位相差が得られる。
カウンタ211は、位相差リミット設定値phlimにより正負リミットされる。すなわち、−phlimから+phlimの範囲で動作し、この範囲を越えてカウントしない。
s1:if(refpulse && fgpulse) phcnt=phcnt;
s2:else if ((refpulse)&&(phcnt<phlim)) phcnt=phcnt+1;
s3:else if ((fgpulse)&&(phcnt>−phlim) phcnt=phcnt−1;
s4:else phcnt=phcnt;
s1はrefpulseとfgpulseが同時の場合で、この場合はカウントせず保持。
s2はrefpulse到来時、正リミットphlimに達していなければカウントアップ。
s3はfgpulse到来時、負リミット−phlimに達していなければカウントダウン。
s4はそれ以外(両パルスとも来ない、あるいはリミットに達している)の場合で、カウントは保持。
太い点線はphlimが十分大きい場合で、phcntはリミットされない。リミットしない場合はどちらかのパルスが来ないとphcntは大きくなり、再度0に近づくまで時間がかかる。これはモータ起動時に、位相差が非常に大きな状態になることを意味する。回転が立ち上がって位相差を0にもどすためには、repulseよりも短い周期でfgpulseが多数到来しなければならない。つまり、目標回転数より高い状態が長時間続き、回転数の収束(整定)に時間がかかる。太い実線がphlim=2の場合で、カウント値phcntは−2から+2に制限される。これにより、phcntが再度0に近づくのが速くなり、モータ起動後の回転数の収束(整定)時間を短くできる。
横軸はrefpulseとfgpulseの間の真の位相差、縦軸は検出された位相差である。いずれも1cycle(1周期分)を1としている。細い点線が小数位相差データph_frcをNで割ったもので、位相差が1だけ変化するごとに0−−1の間で循環し、ノコギリ上の関係になる。太い破線が整数位相差ph_intで、位相差が1だけ変化するごとに1だけ変化する。pherrは両者を加算したもので、Nが十分大きければほぼ連続的に変化するので、1cycleを越える広範囲で連続的に精密な位相差データが得られる。
本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、及びこれらの複合機に適用可能である。
速度差検出器111は、frqから基準パルス分周比Nを減算して周波数差ferrを出力する。ferrはrefpulseとfgpulseの周波数差を反映した量になる。
混合器112は、位相差pherrと周波数差ferrを適当な割合で加算してmixerrを出力する。
制御部113は、mixerrに応じてモータ駆動量driveを出力する。最も簡単には制御部113は比例ゲインである。すなわち、「pherr+K*rferr」(Kは所定値)に比例してdriveを出力すればよい。
このように構成すると、速度差を加算することで制御ループが安定化され、制御器の機能が単純な比例ゲインでも構成可能になり、コストが安く精密な速度制御が可能になる。
また、Nは基準パルスrefpulseの分周比と同じであり、位相差検出系と共通化できるので、これも低コスト化の効果がある。
第1トレイ8、第2トレイ9、第3トレイ10に積載された転写紙は、各々第1給紙ユニット11、第2給紙ユニット12、第3給紙ユニット13によって給紙され、縦搬送ユニット14によって感光体15に当接する位置まで搬送される。読み取りユニット50にて読み込まれた画像データは、書き込みユニット57からのレーザによって感光体15に書き込まれ、現像ユニット27を通過することによってトナー像が形成される。そして、転写紙は感光体15の回転と等速で搬送ベルト16によって搬送されながら、感光体15上のトナー像が転写される。その後、定着ユニット17にて画像を定着させ、排紙ユニット18に搬送される。排紙ユニット18に搬送された転写紙は、ステープルモードを行わない場合は、排紙トレイ19に排紙される。
Claims (7)
- 位相基準パルス数とモータの所定回転角度ごとに発生するFGパルス数との差を検出した整数位相差と、前記位相基準パルスのエッジと前記FGパルスのエッジとの時間差を検出して基準クロック単位で計測した小数位相差と、を所定の比率で加算して位相差とし、該位相差に応じて前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ速度制御装置。
- 基準周波数に基づく基準クロックを出力する基準クロック発生手段と、
前記モータの所定回転角度ごとに所定数のFGパルスを出力するエンコーダ手段と、
前記基準クロックをN分周して位相基準パルスを出力する位相基準パルス生成手段と、
前記位相基準パルス数と前記FGパルス数の差を検出して前記整数位相差として出力する整数位相差検出手段と、
前記位相基準パルスのエッジと前記FGパルスのエッジとの時間差を検出して前記基準クロック単位で計測して前記小数位相差として出力する小数位相差検出手段と、
前記整数位相差と前記小数位相差とを所定の比率で加算して位相差とし、該位相差に基づいて前記モータを駆動制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のモータ速度制御装置。 - 前記整数位相差検出手段は、前記位相基準パルスのエッジでアップ、又はダウンし、前記FGパルスのエッジでダウン、又はアップするアップダウンカウント手段のカウント出力を前記整数位相差とすることを特徴とする請求項2に記載のモータ速度制御装置。
- 前記アップダウンカウント手段は、所定の正負リミット値を超えてカウントしないように制御するリミット手段を備えていることを特徴とする請求項3に記載のモータ速度制御装置。
- 前記位相差は、分周比Nを用いて前記整数位相差を前記少数位相差のN倍の比率で加算した結果を用いることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のモータ速度制御装置。
- 前記FGパルスのエッジ周期を前記基準クロック単位で計測する周期計測手段を備え、
前記制御部は、前記エッジ周期と前記分周比Nの差を速度差とし、該速度差と前記位相差を所定の比率で加算した結果に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のモータ速度制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の速度制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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