JP2018182789A - モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 - Google Patents
モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018182789A JP2018182789A JP2017073917A JP2017073917A JP2018182789A JP 2018182789 A JP2018182789 A JP 2018182789A JP 2017073917 A JP2017073917 A JP 2017073917A JP 2017073917 A JP2017073917 A JP 2017073917A JP 2018182789 A JP2018182789 A JP 2018182789A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- motor
- phase
- amplification degree
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Or Security For Electrophotography (AREA)
Abstract
【課題】相電流の大きさにかかわらず、高分解能な電流検出を行うモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置157は、ステッピングモータ509の各相に駆動電流を供給するPWMインバータ506と、ステッピングモータ509の電流の検出値を所定の増幅度で増幅する電流検出部507と、増幅された検出値をデジタル変換してステッピングモータ509の電流を表す電流値を生成するAD変換器510と、電流値と電流指令値iq_refとの差に応じて、ステッピングモータ509の電流が電流指令値iq_refになるように制御する位相制御部502と、を備える。電流検出部507は、複数の増幅度が設定可能である。電流増幅度調整部517は、電流指令値iq_refに応じて電流検出部507の増幅度を設定する。
【選択図】図4
【解決手段】モータ制御装置157は、ステッピングモータ509の各相に駆動電流を供給するPWMインバータ506と、ステッピングモータ509の電流の検出値を所定の増幅度で増幅する電流検出部507と、増幅された検出値をデジタル変換してステッピングモータ509の電流を表す電流値を生成するAD変換器510と、電流値と電流指令値iq_refとの差に応じて、ステッピングモータ509の電流が電流指令値iq_refになるように制御する位相制御部502と、を備える。電流検出部507は、複数の増幅度が設定可能である。電流増幅度調整部517は、電流指令値iq_refに応じて電流検出部507の増幅度を設定する。
【選択図】図4
Description
本発明は、モータを制御するモータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置に関する。
画像形成装置において記録材等のシートを搬送する搬送ローラの駆動源として、ステッピングモータが用いられることが多い。ステッピングモータの制御においては、回転子の回転速度や回転位相を検出するためのセンサ等の検出装置を用いることなく、回転子の回転速度や回転位相を制御することができる。具体的には、モータ制御装置から入力されるパルス信号の周期が制御されることによって、回転子の回転速度が制御される。また、モータ制御装置から入力されるパルス信号のパルス数が制御されることによって、回転子の回転位相が制御される。
ステッピングモータは、回転子にかかる負荷トルクが出力可能なトルクを超えた場合、モータ制御装置から入力されるパルス信号に同期しない制御不能な状態(脱調状態)になる。脱調を回避するためには、回転子が回転するために必要となる負荷トルクが巻線に供給された駆動電流に対応する出力トルクを超えないように、ステッピングモータの巻線に供給する駆動電流に余裕を持たせる必要がある。即ち、回転子が回転するために必要となる負荷トルクに所定のマージンを加えたトルクに対応する駆動電流が巻線に供給される必要がある。しかしながら、ステッピングモータの巻線に供給する駆動電流に余裕を持たせることで、消費電力が増大したり、余剰トルクに起因してモータの振動や騒音が起こったりする。
これらの問題を解決する方法として、ベクトル制御と称されるモータの制御方法が知られている。ベクトル制御では、回転子の磁束方向をd軸、これに直交する方向をq軸と定義した回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるq軸成分(トルク電流成分)と巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸成分(励磁電流成分)とが用いられる。ベクトル制御を用いると、トルク電流成分と励磁電流成分とを独立に制御することができるため、回転子にかかる負荷トルクに応じてトルク電流成分を制御することによって、回転子が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。
ベクトル制御においては、回転子の回転位相を検出する構成が必要となる。特許文献1では、モータの巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した駆動電流に基づいて、回転子の回転によってモータの巻線に誘起される誘起電圧を推定し、当該誘起電圧に基づいて回転子の回転位相を推定する構成が述べられている。
検出された駆動電流(相電流)の信号は、増幅器によって増幅された後、AD変換器によってアナログ値からデジタル値に変換され、当該デジタル値がモータの制御に用いられる。このように、検出された信号を増幅してAD変換器に入力することで、AD変換器の分解能(デジタル値/単位電流)を最大限に高めることが可能となる。なお、増幅器の増幅度は、モータ駆動中に想定される最大の相電流が、AD変換器の入力電圧範囲に収まるように設定される。
前述したように、ベクトル制御においては、回転子にかかる負荷トルクの大きさに応じて巻線に流れる相電流が変化する。したがって、モータ駆動中に想定される最大の相電流に合わせて増幅器の増幅度が設定されると、相電流が小さい場合に、AD変換器に入力される信号が小さくなる可能性がある。この結果、電流検出のための分解能が悪化し、回転位相の推定精度が悪化してしまう可能性がある。その結果、モータの制御が不安定になってしまう可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、相電流の大きさにかかわらず、高分解能な電流検出を行うモータ制御装置を提供することを目的とする。
本発明のモータ制御装置は、モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、を備え、前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする。
本発明によれば、検出手段の増幅度をトルク電流成分の目標値に基づいて設定するため、駆動電流の大きさに拘わらず高分解能な電流検出を行うことができる。この結果、モータの制御が不安定になってしまうことを抑制することができる。
以下、実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
[画像形成装置]
図1は、原稿や記録材等のシートを搬送するシート搬送装置を有する画像形成装置の構成を説明する断面図である。画像形成装置は、原稿給送装置としての原稿自動搬送装置201、画像読取装置202、及び画像印刷装置301を備える。モータ制御装置は、例えば、画像印刷装置301内に備えられる。原稿自動搬送装置201は、原稿を画像読取装置202の読取位置へ搬送する。画像読取装置202は、原稿画像を読み取って該原稿画像を表す画像データを生成する。画像読取装置202は、生成した画像データを画像印刷装置301へ送信する。画像印刷装置301は、画像読取装置202から取得した画像データに応じた画像をシートに形成する。なお、原稿自動搬送装置201及び画像読取装置202は、原稿読取装置として機能する。
図1は、原稿や記録材等のシートを搬送するシート搬送装置を有する画像形成装置の構成を説明する断面図である。画像形成装置は、原稿給送装置としての原稿自動搬送装置201、画像読取装置202、及び画像印刷装置301を備える。モータ制御装置は、例えば、画像印刷装置301内に備えられる。原稿自動搬送装置201は、原稿を画像読取装置202の読取位置へ搬送する。画像読取装置202は、原稿画像を読み取って該原稿画像を表す画像データを生成する。画像読取装置202は、生成した画像データを画像印刷装置301へ送信する。画像印刷装置301は、画像読取装置202から取得した画像データに応じた画像をシートに形成する。なお、原稿自動搬送装置201及び画像読取装置202は、原稿読取装置として機能する。
原稿自動搬送装置201は、原稿が積載される原稿積載部である原稿トレイ203、給紙ローラ204、搬送パス206、搬送ベルト208、及び排紙ローラ205を備える。給紙ローラ204は、原稿トレイ203に積載された原稿を1枚ずつ搬送パス206に給紙する。給紙された原稿は、搬送パス206に沿って画像読取装置202の読取位置に搬送される。画像が読み取られた原稿は、搬送ベルト208によって読取位置から一定速度で搬送され、排紙ローラ205により原稿自動搬送装置201の外部へ排出される。
画像読取装置202は、照明系209、反射ミラー210、211、212からなる光学系、画像読取部101、画像処理部112、及び原稿ガラス台214を備える。照明系209は、読取位置に搬送されてきた原稿に光を照射する。読取位置は、例えば原稿ガラス台214である。原稿から反射した反射光は、光学系により画像読取部101に導かれる。
画像読取部101は、レンズ、CCD(Charge Coupled Device)等の光電変換素子、及び光源変換素子の駆動部を備える。画像読取部101は、レンズにより反射光を光電変換素子の受光面に結像させる。光電変換素子は、受光した反射光を光電変換してアナログの画像信号を生成する。画像信号は画像処理部112に入力される。画像処理部112は、取得した画像信号に対してアナログ画像処理及びAD変換を行い、デジタルの画像データを生成する。画像処理部112は、生成した画像データを画像印刷装置301に入力する。この画像データは、原稿画像を表すデータである。
画像読取装置202は、原稿を、第1読取モード及び第2読取モードの2つの読取モードで読み取ることができる。第1読取モードは、照明系209及び光学系の位置を固定した状態で行われる。このモードでは、原稿自動搬送装置201は、原稿を一定速度で搬送する。画像読取装置202は、一定速度で搬送される原稿から原稿画像を読み取る。第2読取モードでは、原稿が画像読取装置202の原稿ガラス台214上に載置される。照明系209及び光学系は、一定速度で移動しながら、原稿ガラス台214上に載置された原稿を照射する。これにより原稿画像が読み取られる。通常、シート状の原稿は第1読取モードで読み取られ、綴じられた原稿は第2読取モードで読み取られる。
画像印刷装置301は、画像読取装置202から取得する画像データに応じてシートに画像形成を行う。画像印刷装置301は、画像データに応じたトナー像を形成するために、光走査部311、ミラー312、313、感光ドラム309、帯電器310、及び現像器314を備える。画像印刷装置301は、シートの給紙及び搬送を行うために、給紙カセット302、304、給紙ローラ303、305、搬送ローラ306、307、レジストレーションローラ308、及び搬送パス316を備える。画像印刷装置301は、シートへのトナー像の転写及び定着を行うために、転写分離器315、搬送ベルト317、及び定着器318を備える。画像印刷装置301は、画像定着後のシートの排出及び表裏面の反転のために、定着排紙ローラ319、排紙ローラ324、搬送ローラ320、322、323、反転ローラ321、反転パス325、及び両面パス326を備える。
光走査部311は、半導体レーザを有し、画像処理部112から出力された画像データに応じたレーザ光を半導体レーザから出射する。半導体レーザから出射されたレーザ光は、ポリゴンミラー及びミラー312、313を経由して感光ドラム309の外周面に照射される。
感光ドラム309は、ドラム形状の感光体であり、ドラム軸を中心に所定の速度で回転する。感光ドラム309は、帯電器310により表面が一様に帯電された後に、レーザ光が照射され、画像データに応じた静電潜像が感光ドラム309の外周面に形成される。静電潜像は、現像器314内のトナーにより現像され、感光ドラム309の外周面にトナー像が形成される。
給紙カセット302、304は、シートを収納する。給紙カセット302、304のそれぞれに収納されるシートは、同じ種類であってもよく、また異なる種類であってもよい。本実施形態では、例えば、給紙カセット302に標準のシートが収納され、給紙カセット304にタブ紙が収納される。給紙カセット302に収納されるシートは、給紙ローラ303により1枚ずつ給紙され、搬送ローラ306によりレジストレーションローラ308まで搬送される。給紙カセット304に収納されるシートは、給紙ローラ305により1枚ずつ給紙され、搬送ローラ307、306によりレジストレーションローラ308まで搬送される。
レジストレーションローラ308は、シートが搬送されてくるまで停止しており、搬送されてきたシートの斜行補正等を行う。レジストレーションローラ308は、シートにトナー像が形成されるタイミングに合わせて、シートを搬送する。転写分離器315は、レジストレーションローラ308により搬送されてきたシートに、感光ドラム309上のトナー像を転写する。トナー像が転写されたシートは、搬送ベルト317により定着器318へ搬送される。定着器318は、トナー像が転写されたシートを加熱及び加圧することで、シート上にトナー像を定着させる。これによりシートへの画像形成が終了する。
片面印刷モードで画像形成が行われる場合、シートは、定着器318から定着排紙ローラ319及び排紙ローラ324によって画像印刷装置301の外部に排出される。
両面印刷モードで画像形成が行われる場合、第1面への画像形成が終了したシートは、定着器318から搬送ローラ320及び反転ローラ321により、反転パス325へ搬送される。シートの後端が両面パス326との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ321の回転が反転することで、シートは、表裏が反転して両面パス326へ搬送される。両面パス326に搬送されたシートは、搬送ローラ322、323により搬送パス316へ搬送される。搬送パス316へ搬送されたシートは、再度、搬送ローラ306を経由してレジストレーションローラ308へ搬送され、上記と同様の処理で第2面への画像形成が行われる。両面の画像形成が終了したシートは、片面印刷モード時と同様に、定着排紙ローラ319及び排紙ローラ324によって画像印刷装置301の外部に排出される。
なお、シートがフェースダウンで画像印刷装置301の外部に排出される場合、シートは、定着器318から、一旦、搬送ローラ320へ搬送される。シートの後端が搬送ローラ320を通過する直前に搬送ローラ320の回転が反転することで、シートは表裏反転し、排紙ローラ324によって画像印刷装置301の外部に排出される。
両面印刷モードで画像形成が行われる場合、第1面への画像形成が終了したシートは、定着器318から搬送ローラ320及び反転ローラ321により、反転パス325へ搬送される。シートの後端が両面パス326との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ321の回転が反転することで、シートは、表裏が反転して両面パス326へ搬送される。両面パス326に搬送されたシートは、搬送ローラ322、323により搬送パス316へ搬送される。搬送パス316へ搬送されたシートは、再度、搬送ローラ306を経由してレジストレーションローラ308へ搬送され、上記と同様の処理で第2面への画像形成が行われる。両面の画像形成が終了したシートは、片面印刷モード時と同様に、定着排紙ローラ319及び排紙ローラ324によって画像印刷装置301の外部に排出される。
なお、シートがフェースダウンで画像印刷装置301の外部に排出される場合、シートは、定着器318から、一旦、搬送ローラ320へ搬送される。シートの後端が搬送ローラ320を通過する直前に搬送ローラ320の回転が反転することで、シートは表裏反転し、排紙ローラ324によって画像印刷装置301の外部に排出される。
図2は、画像印刷装置301のシステム構成図である。画像印刷装置301は、内蔵するシステムコントローラ151により全体の動作が制御される。システムコントローラ151は、CPU(Central Processing Unit)1511、ROM(Read Only Memory)1512、RAM(Random Access Memory)1513、及びメモリ1514を備える。CPU1511は、ROM1512に格納されるコンピュータプログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。また、CPU1511は、RAM1513を作業領域として用いることで、画像印刷装置301の動作を制御する。メモリ1514には、例えば帯電器310、現像器314、定着器318等で用いられる高電圧の設定値、及び画像形成に必要な各種データ等が保存される。システムコントローラ151は、画像処理部102、操作部152、AD変換器153、高圧制御部155、モータ制御装置157、DC負荷制御部158、センサ類159、及びACドライバ160と接続され、これらの動作を制御する。
画像処理部102は、画像読取装置202の画像処理部112から画像データを取得して、この画像データに対して、画像形成処理において必要な画像処理、例えば濃度補正や階調補正等の処理を行う。システムコントローラ151は、このような画像処理に必要な設定値等のデータをメモリ1514の保存内容に応じて設定する。
操作部152は、テンキー等の入力キー、タッチパネル、ディスプレイ等を備えるユーザインタフェースである。システムコントローラ151は、操作部152のディスプレイに、操作案内や各種の設定画面等を表示する。また、システムコントローラ151は、例えば、ディスプレイに、画像形成枚数や画像形成中か否かの情報、ジャミングの発生やその箇所等の画像印刷装置301の状態を表示する。
ユーザは、入力キーやタッチパネルにより画像印刷装置301に対する指示や設定値の入力を行うことができる。例えば、ユーザが操作部152を用いて画像形成の開始を指示すると、指示内容が操作部152からシステムコントローラ151に入力される。システムコントローラ151は、この指示に応じて画像形成のための各種の動作制御を行う。ユーザが操作部152により複写倍率や濃度設定値等を設定した場合、システムコントローラ151は、これらの設定値を取得して、該設定値に応じた条件で画像形成を行う。
AD変換器153は、画像印刷装置301内に設けられるサーミスタ154から検出結果を取得し、この検出結果をデジタル値に変換してシステムコントローラ151に入力する。サーミスタ154は、例えば定着器318の温度を検出しており、その検出結果が定着器318の温度制御に用いられる。高圧制御部155は、メモリ1514の保存内容に応じて、帯電器310、現像器314等で用いられる高電圧を発生する高圧ユニット156の制御を行う。
モータ制御装置157は、CPU1511からの指令に応じて、搬送ローラ306、307、定着排紙ローラ319、反転ローラ321、搬送ローラ322、323、及び排紙ローラ324等を駆動するモータ509の制御を行う。
DC負荷制御部158は、画像印刷装置301内に設けられるクラッチやソレノイド等の動作を制御する。センサ類159は、例えば搬送パス316、反転パス325、両面パス326に設けられ、搬送されるシートを検出する。システムコントローラ151は、センサ類159の検出結果によりシートの位置を把握することで、例えば、画像印刷装置301の各部の動作タイミングの調整を行う。ACドライバ160は、定着器318内に設けられる定着ヒータ161の温度制御を行う。ACドライバ160によりシートにトナー像を定着させるときの温度が制御される。
[ベクトル制御]
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を用いてモータを制御する。
まず、図3及び図4を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないが、ロータリエンコーダなどのセンサが設けられていてもよい。
次に、本実施形態におけるモータ制御装置について説明する。本実施形態におけるモータ制御装置は、ベクトル制御を用いてモータを制御する。
まず、図3及び図4を用いて、本実施形態におけるモータ制御装置157がベクトル制御を行う方法について説明する。なお、以下の説明におけるモータには、モータの回転子の回転位相を検出するためのロータリエンコーダなどのセンサは設けられていないが、ロータリエンコーダなどのセンサが設けられていてもよい。
図3は、A相(第1相)とB相(第2相)との2相から成るステッピングモータ(以下、「モータ」と称する)509と、d軸及びq軸によって表される回転座標系との関係を示す図である。図3では、静止座標系において、A相の巻線に対応した軸であるα軸と、B相の巻線に対応した軸であるβ軸とが定義されている。また、図3では、回転子4015に用いられている永久磁石の磁極によって作られる磁束の方向に沿ってd軸が定義され、d軸から反時計回りに90度進んだ方向(d軸に直交する方向)に沿ってq軸が定義されている。α軸とd軸との成す角度はθと定義され、回転子4015の回転位相は角度θによって表される。ベクトル制御では、回転子4015の回転位相θを基準とした回転座標系が用いられる。具体的には、ベクトル制御では、巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルの、回転座標系における電流成分であって、回転子にトルクを発生させるq軸成分(トルク電流成分)と巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸成分(励磁電流成分)とが用いられる。
ベクトル制御とは、回転子の目標位相を表す指令位相と実際の回転位相との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する位相フィードバック制御を行うことによってモータを制御する制御方法である。また、回転子の目標速度を表す指令速度と実際の回転速度との偏差が小さくなるようにトルク電流成分の値と励磁電流成分の値とを制御する速度フィードバック制御を行うことによってモータを制御する方法もある。
図4は、モータ509を制御するモータ制御装置157の構成の例を示すブロック図である。なお、モータ制御装置157は、少なくとも1つのASICで構成されており、以下に説明する各機能を実行する。
図4に示すように、モータ制御装置157は、ベクトル制御を行う回路として、位相制御部502、電流制御部503、504、第1座標変換部505、第2座標変換部511、モータの巻線に駆動電流を供給するPWMインバータ506等を有する。第2座標変換部511は、モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流に対応する電流ベクトルを、α軸及びβ軸で表される静止座標系からq軸及びd軸で表される回転座標系に座標変換する。この結果、巻線に流れる駆動電流は、回転座標系における電流値であるq軸成分の電流値(q軸電流)とd軸成分の電流値(d軸電流)とによって表される。なお、q軸電流は、モータ509の回転子4015にトルクを発生させるトルク電流に相当する。また、d軸電流は、モータ509の巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流に相当し、回転子4015のトルクの発生には寄与しない。モータ制御装置157は、q軸電流及びd軸電流をそれぞれ独立に制御することができる。この結果、モータ制御装置157は、回転子4015にかかる負荷トルクに応じてq軸電流を制御することによって、回転子4015が回転するために必要なトルクを効率的に発生させることができる。
モータ制御装置157は、モータ509の回転子の回転位相θを後述する方法により決定し、その決定結果に基づいてベクトル制御を行う。CPU1511は、モータ509の回転子4015の目標位相を表す指令位相θ_refを生成し、所定の時間周期で指令位相θ_refをモータ制御装置157へ出力する。
位相制御部502は、位相決定部513から出力される回転位相θとCPU1511から出力される指令位相θ_refとの偏差が小さくなるように、電流指令値iq_ref、id_refを設定して、出力する。位相制御部502は、比例制御(P)、積分制御(I)、微分制御(D)に基づいて、回転位相θと指令位相θ_refとの偏差が小さくなるように、電流指令値iq_ref、id_refを設定する。電流指令値iq_refはトルク電流成分の目標値となる。具体的には、位相制御部502は、P制御、I制御、D制御に基づいて前記偏差が0になるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する。なお、P制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、I制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間積分に比例する値に基づいて制御する制御方法である。また、D制御とは、制御する対象の値を指令値と推定値との偏差の時間変化に比例する値に基づいて制御する制御方法である。本実施形態における位相制御部502は、PID制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、位相制御部502は、PI制御に基づいてq軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成しても良い。なお、回転子4015に永久磁石を用いる場合、通常は巻線を貫く磁束の強度に影響するd軸電流指令値id_refは0に設定されるが、これに限定されるものではない。
モータ509のA相及びB相の巻線に流れる駆動電流は、電流検出部507、508によって後述する方法により検出され、その後、AD変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換される。
AD変換器510によってアナログ値からデジタル値へと変換された駆動電流の電流値は、静止座標系における電流値iα及びiβとして、駆動電流の電流ベクトルの位相θeを用いて次式によって表される。なお、電流ベクトルの位相θeは、α軸と電流ベクトルとの成す角度と定義される。また、Iは電流ベクトルの大きさを示す。
iα=I*cosθe (1)
iβ=I*sinθe (2)
iα=I*cosθe (1)
iβ=I*sinθe (2)
これらの電流値iα及びiβは、第2座標変換部511と誘起電圧決定部512に入力される。第2座標変換部511は、次式によって、静止座標系における電流値iα及びiβを回転座標系におけるq軸電流の電流値iq及びd軸電流の電流値idに変換する。
id=cosθ*iα+sinθ*iβ (3)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (4)
id=cosθ*iα+sinθ*iβ (3)
iq=−sinθ*iα+cosθ*iβ (4)
電流制御部503は、PID制御に基づいて、位相制御部502から出力されたq軸電流指令値iq_refと第2座標変換部511から出力された電流値iqとの偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Vqを生成する。具体的には、電流制御部503は、前記偏差がそれぞれ0になるように駆動電圧Vqを生成して第1座標変換部505に出力する。
また、電流制御部504は、PID制御に基づいて、位相制御部502から出力されたd軸電流指令値id_refと第2座標変換部511から出力された電流値idとの偏差がそれぞれ小さくなるように駆動電圧Vdを生成する。具体的には、電流制御部503は、前記偏差がそれぞれ0になるように駆動電圧Vdを生成して第1座標変換部505に出力する。
なお、本実施形態における電流制御部503、504は、PID制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、電流制御部503、504は、PI制御に基づいて駆動電圧Vq及びVdを生成しても良い。
第1座標変換部505は、電流制御部503、504から出力された回転座標系における駆動電圧Vq及びVdを、次式によって、静止座標系における駆動電圧Vα及びVβに逆変換する。
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (5)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (6)
Vα=cosθ*Vd−sinθ*Vq (5)
Vβ=sinθ*Vd+cosθ*Vq (6)
第1座標変換部505は、逆変換されたVα及びVβを誘起電圧決定部512及びPWMインバータ506に出力する。PWMインバータ506はフルブリッジ回路を有する。フルブリッジ回路は第1座標変換部505から入力された駆動電圧Vα、Vβに基づくPWM信号によって駆動される。その結果、PWMインバータ506は、駆動電圧Vα及びVβに応じた駆動電流iα及びiβを生成し、駆動電流iα及びiβをモータ509の各相の巻線に供給することによって、モータ509を駆動させる。
次に、回転位相θの決定方法について説明する。回転子の回転位相θの決定には、回転子の回転によってモータ509のA相及びB相の巻線に誘起される誘起電圧Eα及びEβの値が用いられる。図4に示すように、誘起電圧決定部512は、AD変換器510によってデジタル値に変換された電流値iα、iβと、第1座標変換部505から出力された駆動電圧Vα、Vβとを取得する。誘起電圧決定部512は、取得したこれらの電流値及び電圧値と以下の電圧方程式とに基づいて、誘起電圧値Eα、Eβを算出する。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (7)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (8)
R:巻線レジスタンス、L:巻線インダクタンス
R、Lの値は、予めROM1512又はメモリ1514に記憶された定数である。
Eα=Vα−R*iα−L*diα/dt (7)
Eβ=Vβ−R*iβ−L*diβ/dt (8)
R:巻線レジスタンス、L:巻線インダクタンス
R、Lの値は、予めROM1512又はメモリ1514に記憶された定数である。
算出(決定)された誘起電圧値Eα、Eβは、位相決定部513に入力される。位相決定部513は、以下の式によりモータ509の回転位相θを算出(決定)する。算出された回転位相θは、位相制御部502にフィードバックされる。また、算出された回転位相θは第1、第2座標変換部505、511にも入力される。
θ=ATAN(Eβ/Eα) (9)
ATANは逆正接関数である。
θ=ATAN(Eβ/Eα) (9)
ATANは逆正接関数である。
なお、本実施形態においては、位相決定部513は、式(9)に基づく演算を行うことによって回転位相θを決定したが、この限りではない。例えば、位相決定部513は、ROM1512等に記憶されている、誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβと誘起電圧Eα及び誘起電圧Eβとに対応する回転位相θとの関係を示すテーブルを参照することによって回転位相θを決定してもよい。
モータ制御装置157は、上述の制御を繰り返し行う。
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置157は、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差が小さくなるように回転座標系における電流値を制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うことによって、モータが脱調状態となることや、余剰トルクに起因してモータ音が増大すること及び消費電力が増大することを抑制することができる。
上述のように、モータの駆動制御においては、巻線に流れる駆動電流の電流値を検出し、検出した電流値に基づいて巻線に流れる駆動電流を制御する。即ち、モータの駆動制御においては、巻線に流れる駆動電流の電流値を検出する構成、及び、駆動電流を巻線に供給する構成が必要となる。
[電流を供給する構成]
以下に、巻線に駆動電流を供給する構成について説明する。図5は、PWMインバータ506及び電流検出部507の説明図である。ここでは、PWMインバータ506はA相を駆動する構成のみ図示する。PWMインバータ506のB相を駆動する構成は、A相を駆動する構成と同一であるので、図示及び説明を省略する。
以下に、巻線に駆動電流を供給する構成について説明する。図5は、PWMインバータ506及び電流検出部507の説明図である。ここでは、PWMインバータ506はA相を駆動する構成のみ図示する。PWMインバータ506のB相を駆動する構成は、A相を駆動する構成と同一であるので、図示及び説明を省略する。
PWMインバータのA相を駆動する構成(以下、「PWMインバータフルブリッジ5060」と記す。)は、第1〜第4FET(Field effect transistor)5061〜5064を備える。PWMインバータフルブリッジ5060は、PWM(Pulse Width Modulation)方式によりモータ509の巻線に供給する駆動電流iaを制御する。これは、第1〜第4FET5061〜5064をONにする時間幅を調整することで駆動電流iaを目標電流に制御する方法であり、ステッピングモータ509のみならず、ブラシレスDCモータ等の駆動制御でも一般的に用いられる方法である。
図6は、PWM方式の駆動電流制御の動作原理の説明図である。図6(a)に示されるように、第1FET5061及び第4FET5064をONにすることで、巻線601への電流経路が形成され、電源Vsから電流が実線の向き(正の向き)に流れる。巻線601は、図4のA相の巻線4011、4013である。その後、第1FET5061及び第4FET5064をOFFにし、第2FET5062及び第3FET5063をONにすると、すぐには逆向きの電流が流れず、巻線601に発生した逆起電圧が電源Vsの電圧を下回るまで、点線のルートで電流が流れる。なお、本実施形態では、図6(a)に示す巻線601の左側から右側に電流が流れる場合を、正の電流が流れることと定義する。
図6(b)は、第1〜第4FET5061〜5064のON、OFFを制御する制御信号と、A相電流との関係を表す。
逆向き(負の向き)に電流を流す場合、第1FET5061及び第4FET5064がOFFになり、第2FET5062及び第3FET5063がONになる。その後、上述した逆起電圧が電源Vsの電圧を下回るまで経過すると、逆向きに電流が流れ始める。巻線に供給される駆動電流iaは、第1〜第4FET5061〜5064のON期間が調整されることによって制御される。以上が、巻線に駆動電流を供給する構成についての説明である。
[電流を検出する構成]
<差動増幅器>
<差動増幅器>
次に、本実施形態における、電流を検出する構成について説明する。本実施形態においては、以下の構成を適用することによって、相電流の大きさに拘わらず、高分解能な電流検出を行う。
電流検出部507は、図5に示すように、ステッピングモータ509の巻線に流れる電流を検出するために、巻線に対して直列に検出抵抗5071を備える。検出抵抗5071の抵抗値は「Rsns」である。検出抵抗5071の両端には、相電流であるA相の電流値iαと、検出抵抗5071の抵抗値Rsnsと、で決まる電圧(電流検出値)が発生する。電流検出値は検出抵抗5071の定格消費電力に応じた値であり、AD変換器510でデジタル変換するには小さい値である。そのために電流検出部507は、電流検出値が適切な電圧値になるように電流検出値の増幅を行う増幅器として差動増幅器を有する。
差動増幅器は、オペアンプ5072と、抵抗5073、5074、5075、5076、5077と、アナログスイッチ5078と、により構成される。抵抗5073の抵抗値は「R1」である。抵抗5074の抵抗値は「R2」である。抵抗5075の抵抗値は「R3」である。抵抗5076の抵抗値は「R1#」である。抵抗5077の抵抗値は「R2#」である。抵抗5073と抵抗5076、抵抗5074と抵抗5077は、それぞれ抵抗値が等しい。アナログスイッチ5078は、抵抗5075をON、OFFするように設けられる。
抵抗5074、5075及びアナログスイッチ5078は、オペアンプ5072の出力側から入力側への帰還抵抗となる。アナログスイッチ5078のON、OFFの設定により、抵抗5074と抵抗5075との合成抵抗が変化し、帰還量が変化する。アナログスイッチ5078の開閉状態により、帰還抵抗による帰還量が設定可能である。すなわち、アナログスイッチ5078がOFFのときに、抵抗5074と抵抗5075との合成抵抗値は、抵抗5074の抵抗値R2となる。この場合、差動増幅器の出力電圧Vsnsは、以下の式で表される。
Vsns=R2/R1*(V2−V1) (10)
Vsns=R2/R1*(V2−V1) (10)
アナログスイッチ5078をONにした場合、抵抗5074と抵抗5075との合成抵抗値R#は、以下の式で表される。
R#=R2*R3/(R2+R3) (11)
R#=R2*R3/(R2+R3) (11)
これにより、差動増幅器の出力電圧Vsnsは、以下の式で表される。
Vsns=R2*R3/(R1*(R2+R3))*(V2−V1) (12)
Vsns=R2*R3/(R1*(R2+R3))*(V2−V1) (12)
上記の式(10)、式(12)において、V1はオペアンプ5072の負入力側に入力される電圧、V2はオペアンプ5072の正入力側に入力される電圧であり、電圧V1と電圧V2との差は検出抵抗5071の両端の電圧である。つまり電圧V1及び電圧V2は、電流値iαに応じた値である。なお、本実施形態においては、アナログスイッチ5078がONである場合の増幅度(第1増幅度)が、アナログスイッチ5078がOFFである場合の増幅度(第2増幅度)よりも小さくなるような抵抗値である抵抗5074、5075が用いられるものとする。しかしこれに限らず、例えば、第1増幅度が第2増幅度よりも大きい構成であってもよい。
このように電流検出部507は、アナログスイッチ5078をON、OFFさせることで増幅度を可変させる仕組みを備える。電流検出部507は、以下の理由で増幅度を可変させる仕組みを有する。
<増幅度を可変させる理由>
前述したように、ベクトル制御においては、モータの回転子にかかる負荷トルクの変化に応じて、巻線に供給される駆動電流が制御される。そのため、回転子にかかる負荷トルクが小さい場合、巻線に供給される駆動電流も小さくなる。画像印刷装置301に設けられた搬送ローラにおいては、シートが搬送ローラのニップ部に突入する際や、ローラ間の引っ張り合いが起こる場合に負荷トルクが増大する。また、回転子にかかる負荷トルクの大きさはシートの種類等によって異なる。このように、搬送ローラを駆動する際には負荷トルクを変動させる様々な要因がある。負荷トルクが大幅に変化する系において、想定される最大の負荷トルクに対応する駆動電流の大きさを考慮して差動増幅器の増幅度が設定されると、負荷トルクが小さい場合にAD変換器510に入力される電流検出値が小さくなる。この結果、AD変換器510の分解能が低下してしまう。分解能は、単位デジタル量あたりの電圧値(=電流値と等価)を示している。
前述したように、ベクトル制御においては、モータの回転子にかかる負荷トルクの変化に応じて、巻線に供給される駆動電流が制御される。そのため、回転子にかかる負荷トルクが小さい場合、巻線に供給される駆動電流も小さくなる。画像印刷装置301に設けられた搬送ローラにおいては、シートが搬送ローラのニップ部に突入する際や、ローラ間の引っ張り合いが起こる場合に負荷トルクが増大する。また、回転子にかかる負荷トルクの大きさはシートの種類等によって異なる。このように、搬送ローラを駆動する際には負荷トルクを変動させる様々な要因がある。負荷トルクが大幅に変化する系において、想定される最大の負荷トルクに対応する駆動電流の大きさを考慮して差動増幅器の増幅度が設定されると、負荷トルクが小さい場合にAD変換器510に入力される電流検出値が小さくなる。この結果、AD変換器510の分解能が低下してしまう。分解能は、単位デジタル量あたりの電圧値(=電流値と等価)を示している。
図7は、AD変換器510の分解能の検出精度への影響の説明図である。図7では、横軸が電気角、縦軸がAD変換後のデジタル値(検出値)を示す。図7に示すように、電流値が高い場合は正弦波状の電流波形が精度よく再現されるが、電流値が小さい場合は正弦波状の波形が精度よく再現されなくなる。したがって、電流値が小さい場合は位置推定誤差が大きくなり、ベクトル制御の精度が低下する。
このような分解能の低下により回転子の回転位相の推定精度が悪化することを防止するために、本実施形態における電流検出部507、508は、差動増幅器の増幅度を可変させる構成を有している。
このような分解能の低下により回転子の回転位相の推定精度が悪化することを防止するために、本実施形態における電流検出部507、508は、差動増幅器の増幅度を可変させる構成を有している。
<増幅度を変更する構成>
次に、差動増幅器の増幅度を変更する構成について説明する。図8は、アナログスイッチ5078をON、OFFするタイミングの説明図である。本実施形態では、電流増幅度調整部517(図4参照)は、巻線に流すべき駆動電流の大きさに対応するq軸電流指令値iq_refに基づいて、アナログスイッチ5078を制御するための制御信号(ONOFF信号)を出力する。なお、q軸電流指令値iq_refが大きいほど巻線に流すべき駆動電流の大きさは大きくなる。即ち、q軸電流指令値iq_refが大きいほどAD変換器510に入力される電流検出値は大きくなる。
次に、差動増幅器の増幅度を変更する構成について説明する。図8は、アナログスイッチ5078をON、OFFするタイミングの説明図である。本実施形態では、電流増幅度調整部517(図4参照)は、巻線に流すべき駆動電流の大きさに対応するq軸電流指令値iq_refに基づいて、アナログスイッチ5078を制御するための制御信号(ONOFF信号)を出力する。なお、q軸電流指令値iq_refが大きいほど巻線に流すべき駆動電流の大きさは大きくなる。即ち、q軸電流指令値iq_refが大きいほどAD変換器510に入力される電流検出値は大きくなる。
電流増幅度調整部517は、位相制御部502から入力される電流指令値iq_refが所定値(閾値iq_th)よりも小さい場合はアナログスイッチ5078をOFF状態になるように制御する。この結果、アナログスイッチ5078をOFF状態となり、差動増幅器の増幅度は第1増幅度となる。
また、電流増幅度調整部517は、位相制御部502から入力される電流指令値iq_refが所定値(閾値iq_th)以上の場合はアナログスイッチ5078をON状態になるように制御する。この結果、アナログスイッチ5078をON状態となり、差動増幅器の増幅度は第2増幅度となる。
また、電流増幅度調整部517は、位相制御部502から入力される電流指令値iq_refが所定値(閾値iq_th)以上の場合はアナログスイッチ5078をON状態になるように制御する。この結果、アナログスイッチ5078をON状態となり、差動増幅器の増幅度は第2増幅度となる。
このように、q軸の電流指令値iq_refに応じてアナログスイッチ5078を制御することで、検出抵抗5071による電流検出値を適切に増幅することができる。この結果、AD変換器510の分解能低下を防ぐことができる。q軸の電流指令値iq_refは、トルク電流成分の目標値となる。
なお、第1増幅度及び第2増幅度は、当該増幅度で増幅された出力電圧VsnsがAD変換器510の入力電圧範囲(入力可能範囲)の最大値を超えないような増幅度である。例えば、最大増幅度で増幅された出力電圧VsnsがAD変換器510の入力電圧範囲(入力可能範囲)の最大値を超えないように、第1増幅度及び第2増幅度は設定される。また、閾値iq_thは、閾値iq_thに対応する駆動電流がモータ509の巻線に流れた場合に、差動増幅器の増幅度が第1増幅度である状態で増幅された電流検出値(出力電圧Vsns)がAD変換器510の入力電圧範囲の最大値になるように設定される。
このようにアナログスイッチ5078を制御することで、電流検出値を表す出力電圧VsnsがAD変換器510の入力電圧範囲に対して最適な値となるため、AD変換器510の分解能が向上する。なお、本実施形態では、q軸の電流指令値iq_refと閾値iq_thとを比較することでアナログスイッチ5078のON、OFFの判断を行っているが、これに限らない。例えば、第2座標変換部511から出力されたq軸電流値iqを用いて判断しても同様の効果が得られる。また、指令位相θ_refと回転位相θとの偏差と閾値θ_thとを比較する構成であっても同様の効果が得られる。また、本実施形態では、電流増幅度をアナログスイッチ5078の開閉状態により可変とし、2パターンの増幅度を設定できるが、2パターンに限定せず、複数パターンの増幅度を設定できる構成であってもよい。
(ステッピングモータの制御処理)
図9は、モータ制御装置157によるモータ509の制御処理を表すフローチャートである。ここでは、シートとして普通紙を用いた画像形成処理時の制御処理を説明する。以下に、図9を用いて、本実施形態におけるモータ509の制御について説明する。このフローチャートの処理は、CPU1511からの指示を受けたモータ制御装置157によって実行される。
図9は、モータ制御装置157によるモータ509の制御処理を表すフローチャートである。ここでは、シートとして普通紙を用いた画像形成処理時の制御処理を説明する。以下に、図9を用いて、本実施形態におけるモータ509の制御について説明する。このフローチャートの処理は、CPU1511からの指示を受けたモータ制御装置157によって実行される。
まず、S101において、CPU1511からモータを駆動する指令が出力されると、モータ制御装置157はモータ509の制御を開始する。
S102において、電流増幅度調整部517は、アナログスイッチ5078がOFF状態になるようにアナログスイッチ5078を制御する。この結果、アナログスイッチ5078はOFF状態となり、差動増幅器の増幅度は第1増幅度となる。
そして、S103において、モータ制御装置157によるベクトル制御が行われる。
次に、S104において、モータの駆動を終了する場合は、モータ制御装置157はモータ509の制御を終了する。
また、S104において、モータの駆動を終了しない場合は、S105において、電流検出部507(差動増幅器)は、S101において設定された増幅度で電流検出値(出力電圧Vsns)を増幅する。
その後、S106において、AD変換器510は、S105において増幅された電流検出値(出力電圧Vsns)をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の電流値を出力する。
次に、S104において、モータの駆動を終了する場合は、モータ制御装置157はモータ509の制御を終了する。
また、S104において、モータの駆動を終了しない場合は、S105において、電流検出部507(差動増幅器)は、S101において設定された増幅度で電流検出値(出力電圧Vsns)を増幅する。
その後、S106において、AD変換器510は、S105において増幅された電流検出値(出力電圧Vsns)をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の電流値を出力する。
そして、S107において、誘起電圧決定部512は、S106においてAD変換器510から出力された電流値に基づいて誘起電圧値Eα及びEβを決定し、位相決定部513は誘起電圧値Eα及びEβに基づいて回転位相θを決定する。
次に、S108において、位相制御部502は、CPU1511から出力された指令位相θ_refとS104において決定された回転位相θとの偏差に基づいてq軸電流指令値iq_refを生成する。
S109において、q軸電流指令値iq_refが閾値iq_th以上である場合は、S110において、電流増幅度調整部517は、アナログスイッチ5078がON状態になるようにアナログスイッチ5078を制御する。この結果、アナログスイッチ5078はON状態となり、差動増幅器の増幅度は第2増幅度となる。その後、処理は再びS103に戻る。
また、q軸電流指令値iq_refが閾値iq_th以上ではない場合は、S111において、電流増幅度調整部517は、アナログスイッチ5078がOFF状態になるようにアナログスイッチ5078を制御する。この結果、アナログスイッチ5078はOFF状態となり、差動増幅器の増幅度は第1増幅度となる。その後、処理は再びS103に戻る。
次に、S108において、位相制御部502は、CPU1511から出力された指令位相θ_refとS104において決定された回転位相θとの偏差に基づいてq軸電流指令値iq_refを生成する。
S109において、q軸電流指令値iq_refが閾値iq_th以上である場合は、S110において、電流増幅度調整部517は、アナログスイッチ5078がON状態になるようにアナログスイッチ5078を制御する。この結果、アナログスイッチ5078はON状態となり、差動増幅器の増幅度は第2増幅度となる。その後、処理は再びS103に戻る。
また、q軸電流指令値iq_refが閾値iq_th以上ではない場合は、S111において、電流増幅度調整部517は、アナログスイッチ5078がOFF状態になるようにアナログスイッチ5078を制御する。この結果、アナログスイッチ5078はOFF状態となり、差動増幅器の増幅度は第1増幅度となる。その後、処理は再びS103に戻る。
モータ制御装置157は、CPU1511からモータの駆動を停止する指示が出力されるまで、上述の処理を繰り返し行う。
以上のように本実施形態のモータ制御装置157は、電流検出部507、508に設けられた差動増幅器(オペアンプ)の増幅度を、モータの回転子にかかる負荷トルクに基づいて調整する。具体的には、モータ制御装置157は、q軸の電流指令値iq_refが閾値iq_th未満である場合は、アナログスイッチ5078をOFFにすることによって、差動増幅器(オペアンプ)の増幅度を第1増幅度に設定する。また、モータ制御装置157は、q軸の電流指令値iq_refが閾値iq_th以上である場合は、アナログスイッチ5078をONにすることによって、差動増幅器(オペアンプ)の増幅度を第1増幅度よりも小さい第2増幅度に設定する。この結果、モータ駆動中に想定される最大の相電流に合わせて増幅器の増幅度が設定されることに起因してAD変換器510に入力される信号が小さくなることを抑制することができ、AD変換器510は高分解能でAD変換を行うことができる。その結果、モータ制御装置157は、高精度なモータ制御を行うことができる。
なお、増幅度の変更は、回路上で可変させる仕組みであれば、図5の方式に限定されない。図10は、電流検出部507の増幅度を変更する仕組みの別の例示図である。図10においては、オペアンプ5072の入力インピーダンスを可変とした構成により増幅度が変更される。図10では、オペアンプ5072の正入力側と接地との間に、抵抗5077に対して並列に、抵抗5075とアナログスイッチ5078とが接続される。アナログスイッチ5078をON、OFFさせることで、オペアンプ5072の正入力側と接地と間の抵抗値を変更することで入力インピーダンスの値が変更される。
本実施形態は、ベクトル制御に限らず、回転位相をフィードバックする構成であれば適用できる。
また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、DCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは2相モータである場合に限らず、3相モータ等の他のモータであっても本実施形態を適用することができる。
また、本実施形態においては、負荷を駆動するモータとしてステッピングモータが用いられているが、DCモータ等の他のモータであっても良い。また、モータは2相モータである場合に限らず、3相モータ等の他のモータであっても本実施形態を適用することができる。
また、本実施形態におけるベクトル制御では、回転位相θをフィードバックすることによってモータ509を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば、回転子4015の回転速度ωをフィードバックしてモータ509を制御する構成であっても良い。具体的には、図11に示すように、モータ制御装置内部に速度決定部514を設け、速度決定部514が位相決定部513から出力された回転位相θの時間変化に基づいて回転速度ωを決定する。なお、速度の決定には、式(13)が用いられるものとする。
ω=dθ/dt (13)
ω=dθ/dt (13)
そして、CPU1511は回転子の目標速度を表す指令速度ω_refを出力する。更に、モータ制御装置内部に速度制御器500を設け、速度制御器500が回転速度ωと指令速度ω_refとの偏差が小さくなるように、q軸電流指令値iq_ref及びd軸電流指令値id_refを生成して出力する構成とする。このような速度フィードバック制御を行うことによって、モータ509を制御する構成であっても良い。このような構成においては回転速度をフィードバックしているため、回転子の回転速度が所定の速度になるように制御することができる。したがって、画像形成装置において、記録媒体への画像形成を適切に行うために回転速度を一定速度に制御する必要がある負荷(例えば、感光ドラム、搬送ベルト等)を駆動するモータに速度フィードバック制御を用いたベクトル制御を適用する。この結果、記録媒体への画像形成を適切に行うことができる。
また、本実施形態は、ベクトル制御に限らず、回転子の回転位相を決定する構成を有するものに適用することができる。
また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。
また、本実施形態においては、回転子として永久磁石が用いられているが、これに限定されるものではない。
Claims (19)
- モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - モータの回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記速度決定手段によって決定された回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記トルク電流成分の目標値が所定値より小さい場合の前記増幅度が、前記トルク電流成分の目標値が前記所定値より大きい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が第2所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が前記第2所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - モータの回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記速度決定手段によって決定された回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように、前記位相決定手段によって決定された回転位相を基準とした回転座標系において表される、前記回転子にトルクを発生させるトルク電流成分と前記モータの巻線を貫く磁束の強度に影響する励磁電流成分とに基づいて、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が第2所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記検出手段によって増幅された検出値の前記トルク電流成分の値が前記第2所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - モータの回転子の目標位相を表す指令位相に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段によって決定された回転位相と前記指令位相との偏差が小さくなるように、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記偏差が第3所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記偏差が前記第3所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - モータの回転子の目標速度を表す指令速度に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記回転子の回転位相を決定する位相決定手段と、
前記回転子の回転速度を決定する速度決定手段と、
前記速度決定手段によって決定された回転速度と前記指令速度との偏差が小さくなるように、前記モータの巻線に流れる駆動電流を制御する制御手段と、
前記巻線に流れる駆動電流を検出し、検出した前記駆動電流の検出値を設定された増幅度で増幅する検出手段と、
前記検出手段によって増幅された前記検出値をアナログ値からデジタル値へと変換する変換手段と、
を備え、
前記増幅度は、前記偏差が第3所定値より大きい場合の前記増幅度が、前記偏差が前記第3所定値より小さい場合の前記増幅度よりも大きくなるように設定され、
更に、前記増幅度は、当該増幅度で増幅された前記検出値が前記変換手段の入力可能範囲を超えないように設定され、
前記制御手段は、前記変換手段によってデジタル値に変換された前記検出値に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とする、
モータ制御装置。 - 前記所定値は、前記所定値に対応する駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように設定されることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のモータ制御装置。 - 前記第2所定値は、前記第2所定値に対応する駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように設定されることを特徴とする、
請求項3又は4に記載のモータ制御装置。 - 前記第3所定値は、前記第3所定値に基づいて前記巻線に供給された駆動電流の検出値が最大増幅度で増幅された値が、前記変換手段の入力可能範囲の最大値になるように設定されることを特徴とする、
請求項5又は6に記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段は、
前記検出手段によって増幅された前記検出値に基づいて前記巻線に誘起される誘起電圧の値を決定する誘起電圧決定手段を備え、
前記位相決定手段は、前記誘起電圧決定手段によって決定された前記誘起電圧の値に基づいて前記回転位相を決定することを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記検出手段は、前記検出値を増幅するための増幅手段を備えており、前記増幅手段の増幅度が可変になっていることを特徴とする、
請求項1乃至10のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記増幅手段は、
オペアンプと、
前記オペアンプの出力側から入力側への帰還量が可変となっている帰還抵抗と
を有し、
前記増幅度は前記帰還量が制御されることによって設定され、
前記帰還量は、前記帰還抵抗の抵抗値が変更されることによって制御されることを特徴とする、
請求項11記載のモータ制御装置。 - 前記増幅手段は、入力インピーダンスが可変となっているオペアンプを有し、
前記増幅度は、前記入力インピーダンスが制御されることによって設定される、
請求項11のモータ制御装置。 - シートを搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラを駆動するモータと、
請求項1乃至13のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記搬送ローラを駆動するモータの駆動を制御することを特徴とするシート搬送装置。 - 請求項14に記載のシート搬送装置と、
原稿を積載する原稿積載部と、
を有し、
前記原稿積載部に積載された前記原稿を前記シート搬送装置が給送することを特徴とする原稿給送装置。 - 請求項15に記載の原稿給送装置と、
前記原稿給送装置によって給送された前記原稿を読み取る読取手段と、
を有することを特徴とする原稿読取装置。 - 請求項14に記載のシート搬送装置と、
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
を有し、
前記画像形成手段は、前記シート搬送装置によって搬送された前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
負荷を駆動するモータと、
請求項1乃至13のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を有し、
前記モータ制御装置は、前記負荷を駆動するモータの駆動を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記負荷は、前記記録媒体を搬送する搬送ローラであることを特徴とする請求項18に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017073917A JP2018182789A (ja) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017073917A JP2018182789A (ja) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018182789A true JP2018182789A (ja) | 2018-11-15 |
Family
ID=64276295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017073917A Pending JP2018182789A (ja) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018182789A (ja) |
-
2017
- 2017-04-03 JP JP2017073917A patent/JP2018182789A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6505155B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
US9952545B2 (en) | Motor control apparatus and image forming apparatus | |
JP6745659B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP6647262B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP6548627B2 (ja) | シート搬送装置及び画像形成装置 | |
US20180358913A1 (en) | Motor control apparatus, sheet conveyance apparatus, document feeding apparatus, document reading apparatus, and image forming apparatus | |
JP2019146308A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP6576396B2 (ja) | シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP6643388B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、及び画像形成装置 | |
JP6720046B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP2018182789A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置、及び画像形成装置 | |
JP2020078236A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP7337554B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP7346174B2 (ja) | モータ制御装置および画像形成装置 | |
JP7034727B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP2019115087A (ja) | モータ制御装置、画像形成装置、原稿給送装置及び原稿読取装置 | |
JP6781808B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP6849729B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP2018121400A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP6789851B2 (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP2020115720A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP2022016110A (ja) | モータ制御装置 | |
JP2019213327A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置及び画像形成装置 | |
JP2020174526A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 | |
JP2020124097A (ja) | モータ制御装置、シート搬送装置、原稿給送装置、原稿読取装置及び画像形成装置 |