JP3814509B2 - モータの制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの制御のための方法及び装置に関し、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、画像品位の向上と共に、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】
インクジェット記録装置の主な機構部分としては、記録ヘッドの走査機構と記録媒体の搬送機構とがあるが、記録ヘッドの走査機構の駆動手段として、ＤＣモータとリニアエンコーダを使用して低騒音化を実現している。今日では、これに加え、記録媒体の搬送機構の駆動手段としてもＤＣモータとロータリーエンコーダが採用される場合が増えている。
【０００５】
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、記録媒体搬送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。
【０００６】
例えば、記録ヘッドを搭載するキャリッジ（以下、ＣＲとも称する）のモータの制御は、大きく分けて加速制御領域、定速制御領域、及び減速制御領域の３つの制御領域から成り立っている。一般的に記録動作は、インク吐出間隔を一定に保って画質を確保するために、定速制御領域で行われる。記録速度の向上を図るために加減速制御領域においても記録動作を行うものも存在するが、いずれにしても記録動作実行中はＣＲの速度変動は可能な限り少ないことが好ましい。従って記録動作を実行する間、すなわち一般的には定速制御領域においては、フィードバック制御の方式としては速度サーボが適している。これは、速度サーボが、ある時刻における制御対象の速度を、目標速度に一致させることを目標としたフィードバック制御だからである。
【０００７】
特開２００１−６３１６８号公報には、速度制御から位置制御へ制御が変化するタイミングにおいて安定した制御を行うモータ制御装置が記載されている。以下、モータ制御の従来例について、該公報に記載された内容も含めて簡単に説明する。
【０００８】
図４は速度サーボを用いた一般的なモータのフィードバック制御手順を示すブロック図である。このような速度サーボは、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、以下にその手順を説明する。
【０００９】
まず、制御対象に与えたい目標速度を、理想速度プロファイル４００１という形で与える。これは該当する時刻における速度指令値ということになる。時刻の進行とともに、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駆動制御が実行される。
【００１０】
速度サーボにおいては、一般的に比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄに対する演算であるＰＩＤ演算が行われる。エンコーダセンサ４００４で検出した情報を基にエンコーダ速度情報変換手段４００５で得られたエンコーダ速度情報と、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り、この数値を目標速度に対して足りない速度誤差としてＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御によって印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、ＤＣモータ４００３に与えるエネルギーを調節して速度制御を行う。
【００１１】
電流値を印加されて回転するＤＣモータは、外乱４００６による影響を受けながら物理的に回転を行い、その出力がエンコーダセンサ４００４により検知されることでフィードバックされる。
【００１２】
図５は、このような制御による時間と速度及び現在位置との関係の例を示すグラフである。図５において、横軸５０５１は時間、左側の縦軸５０５２は速度、右側の縦軸５０５３は位置をそれぞれ示している。
【００１３】
右側の縦軸に示した位置に関して、５０４３は記録動作を開始する位置、５０４２は記録動作を終了する位置を示しており、５０４３と５０４２の間の区間が記録領域ということになる。５０４１は、記録終了後に素早く減速して最終的に到達する到達位置を示している。
【００１４】
左側の縦軸に示した速度に関して、５０３１は記録を行うために望ましいインク吐出周波数を実現するために求められるＣＲの到達速度を示している。５０３２は理想プロファイルにおける初速度を示している。
【００１５】
５００１は理想速度プロファイルを示している。これは、記録開始位置５０４３、記録終了位置５０４２の間の記録領域を到達速度５０３１により通過し、素早く減速して到達位置５０４１で停止するための最も理想的な速度プロファイルを意味している。この理想速度プロファイル５００１は、時間軸上では加速制御領域５０１１、理想定速制御領域５０１２、理想減速制御領域５０１３により構成される。
【００１６】
５００４は、理想速度プロファイル５００１で駆動がなされた場合の位置の変移を示す理想位置プロファイルである。この理想位置プロファイル５００４において、記録開始位置５０４３を通過する時刻が５０２１の記録開始の理想時刻であり、これは一般的には定速制御が開始される理想時刻を示している。また同様に、理想位置プロファイル５００４において、記録終了位置５０４２を通過する時刻が５０２３の記録終了の理想時刻であり、これは一般的には減速制御が開始される理想時刻を示している。
【００１７】
５００３は現実の速度プロファイル、５００５は現実の位置プロファイルを示している。現実速度プロファイル５００３は、時間軸上では加速制御領域５０１１、現実定速制御領域５０１４、現実減速制御領域５０１５により構成される。
【００１８】
図４で説明した速度サーボにより、理想速度プロファイル５００１への追値制御を行った場合、現実速度は理想速度に対して必ず遅れを持って追従していく。従って記録開始の理想時刻５０２１になっても到達速度５０３１にはならず、記録開始位置５０４３にも到達しない。記録開始位置５０４３に到達するのは、５０２２で示した記録開始の現実時刻５０２２になって初めてであり、これ以降、記録領域を移動している間は速度変動を押さえるため定速制御を行うことが求められ、減速制御に移行することは許されない。結果として、記録開始位置５０４３への到達の遅れと同様の遅れを持って、記録終了位置５０４２に到達することになる。この時の時刻が、記録終了の現実時刻５０２４であり、これがすなわち減速制御開始の現実時刻ということになる。
【００１９】
５００２は、減速制御開始の現実時刻５０２４に基づいて再計算された理想速度プロファイルを示している。この理想速度プロファイル５００２に対する追値制御により現実の減速制御は行われる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明したような制御においては、記録開始位置５０４３に到達するまでの時刻の遅れが、そのまま制御全体に要する時間の延長となってしまうため、記録が終了するまでの時間が長くなり、全体での記録速度が低下してしまう。
【００２１】
この問題を解決するために、上記の制御を定速制御領域以降に対してのみ適用し、加速制御領域に対しては位置サーボを適用するという手法が考えられる。以下、該手法において加速制御領域に位置サーボを適用する場合について、説明する。
【００２２】
図６は位置サーボを用いた一般的なＣＲモータのフィードバック制御の動作を示すブロック図である。この図において、図４に示した部分と同様な部分には同じ参照符号を付している。
【００２３】
まず、制御対象に与えたい目標位置を、理想位置プロファイル６００１という形で与える。これは該当する時刻における位置指令値ということになる。時刻の進行とともに、この位置情報は変化していく。この理想位置プロファイルに対して追値制御を行うことで駆動は実行される。
【００２４】
装置にはエンコーダセンサ４００４が具備されており、モータの物理的な回転を検知する。エンコーダ位置情報変換手段６００３は、エンコーダセンサ４００４が検知したスリット数を加算して絶対位置情報を得る手段であり、エンコーダ速度情報変換手段４００５はエンコーダセンサ４００４の信号と、プリンタに内蔵された時計から、現在の搬送用モータの駆動速度を算出する手段である。
【００２５】
理想位置プロファイル６００１から、位置情報変換手段６００３により得られた実際の物理的位置を減算した数値を、目標位置に対して足りない位置誤差として、６００２以降の位置サーボのフィードバック処理に受け渡す。６００２は位置サーボのメジャーループであり、一般的には比例項Ｐに関する計算を行う手段が知られている。
【００２６】
６００２における演算の結果としては、速度指令値が出力される。この速度指令値が、４００２以降の速度サーボのフィードバック処理に受け渡される。速度サーボのマイナーループは、比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄに対する演算を行うＰＩＤ演算が一般的に行われる。
【００２７】
速度サーボのマイナーループにおいては、速度指令値からエンコーダ速度情報を減算した数値を、目標速度に対して足りない速度誤差として、ＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御を用い、印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、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。
【００２８】
電流値を印加されて回転するＤＣモータは、外乱４００６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により検知されてフィードバックされる。
【００２９】
図７は、加速制御領域に図６で示した位置サーボ、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用した場合の制御における、時間と速度及び位置の関係の例を示すグラフである。なお、図７において図５と同様な部分には同じ符号を付してある。
【００３０】
図５に示した例と比べると、理想位置プロファイル５００４に対して現実位置プロファイル５００５は非常に正確に追従しており、記録開始の理想時刻５００１と現実時刻５０２２との差が非常に小さくなっている。この結果、速度サーボにおいて問題となる、記録開始位置５０４３に到達するまでの遅れがそのまま制御全体に要する時間を延長してしまい、全体での記録速度が低下してしまうという欠点が、大きく改善されている。
【００３１】
しかしながら、このような制御を行うと、加速制御領域５０１１で位置サーボを行うことにより、以下の問題が生じてしまう。
【００３２】
すなわち、位置サーボ区間では速度の厳密な制御を行うことができないため、どうしても速度変動の発生を抑えることができない。従って、位置サーボから速度サーボへの切り替えが行われる瞬間、すなわち定速制御が開始される時点での速度を制御することができず、記録領域に入った後においても速度変動が生じてしまう。その結果、記録領域において、記録ヘッドの駆動周波数を一定することができず、インクジェットプリンタにおいては吐出されるインク滴の大きさのばらつき等が生じ、装置本来の記録性能を発揮することができなくなってしまう。
【００３３】
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、目標速度までの到達時間が短く、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなるような、モータの制御のための方法及び装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【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に係るモータの制御装置は、以下の構成からなる。
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御装置であって、前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出手段と、前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出手段と、位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出手段と、前記差分算出手段にて算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成手段と、前記速度指令値を前記生成手段により生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正手段と、前記第１修正手段で修正された速度指令値を前記速度算出手段が算出した速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正手段と、前記第２の修正手段により修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、前記エネルギー算出手段にて算出したエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動手段とを備えることを特徴とすることを特徴とする。
【００３５】
また、上記目的を達成する本発明に係るモータの制御方法は、以下の工程からなる。
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダを用い、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御方法であって、前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出工程と、前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出工程と、位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出工程と、前記差分算出工程において算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成工程と、前記速度指令値を前記生成工程において生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正工程と、前記第１修正工程において修正された速度指令値を前記速度算出工程において算出された速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正工程と、前記第２の修正工程において修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出工程と、前記エネルギー算出工程において算出されたエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動工程とを備えることを特徴とする。
【００３７】
このようにすると、加速領域において、目標位置到達までの時間が短いという位置サーボの長所と、目標速度への到達がスムースに行われるという速度サーボの長所との両方の長所を取り入れたモータ制御が可能となる。
【００３８】
従って、目標速度までの到達時間が短くなり、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなる。
【００３９】
【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。ここでは、着脱可能なインクタンクを備えた記録ヘッドを搭載したシリアル式インクジェットプリンタを例に挙げて説明する。本実施形態のインクジェットプリンタは、搬送用モータ及びキャリッジモータの制御に、本発明のモータの制御方法を適用したものである。
【００４０】
図１は本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。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を着脱可能に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である駆動モータ１０５の駆動が伝達され、キャリッジ１０２が主走査方向に移動可能である。
【００４１】
記録待機中において記録用紙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）により記録用紙が給紙される。給紙された記録用紙を搬送するため、ＤＣモータである搬送用モータ（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とにより記録用紙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。
【００４２】
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。
【００４３】
図において、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、プリンタヘッド４０４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。
【００４９】
図８は、本実施形態において加速制御領域に適用する制御を説明するブロック図である。この図において、図４及び図６に示した部分と同様な部分には同じ参照符号を付してある。
【００５０】
まず、制御対象に与えたい目標位置を、６００１の理想位置プロファイル６００１という形で与える。これは該当する時刻における位置指令値ということになる。時刻の進行とともに、この位置情報は変化していく。この理想位置プロファイルに対して追値制御を行うことで駆動が実行される。
【００５１】
装置にはエンコーダセンサ４００４が具備されており、モータの物理的な回転を検知する。エンコーダ位置情報変換手段６００３は、エンコーダセンサ４００４が検知したスリット数を加算して絶対位置情報を得る手段であり、エンコーダ速度情報変換手段４００５はエンコーダセンサ４００４の信号と、プリンタに内蔵された時計から、現在の搬送用モータの駆動速度を算出する手段である。
【００５２】
位置情報変換手段６００３により得られた実際の物理的位置から理想位置プロファイル６００１を減算した数値を、目標位置に対する位置誤差として、６００２以降の位置サーボのフィードバック処理に受け渡す。６００２は位置サーボのメジャーループであり、一般的には比例項Ｐに関する計算を行う手段が知られている。本実施形態においては、乗算手段８００１において時刻を入力とする関数の出力Ｋｘをさらに乗算した上で、理想速度プロファイル４００１から減算している。ここまでの計算の結果である、指令速度８００２の値は次のような意味を持つ。
【００５３】
まず、理想位置プロファイル６００１に対して仮に全く誤差無く駆動されている場合、乗算手段８００１からの出力は０となるため、速度指令８００２の値は理想速度プロファイル４００１そのものとなる。
【００５４】
しかし一般的には、理想位置プロファイル６００１に対して実際の到達位置は時間的な遅れを持つため、乗算手段８００１からの出力値は負の値を持ち、結果として速度指令８００２における値は理想速度プロファイル４００１よりも大きい値となる。
【００５５】
すなわち、理想速度プロファイル４００１から甚だしく乖離することを防ぎつつ、理想位置プロファイル６００１に追従しようとするための値が指令速度８００２として出力され、このような指令速度８００２に対して追値制御を行うことで駆動は実行される。
【００５６】
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演算が一般的に行われる。エンコーダセンサ４００４で検出した情報を基にエンコーダ速度情報変換手段４００５で得られたエンコーダ速度情報と、指令速度８００２との差を取り、この数値を目標速度に対して足りない速度誤差としてＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御を用い、印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、ＤＣモータ４００３に与えるエネルギーを調節して速度制御を行う。
【００５７】
電流値を印加されて回転するＤＣモータ４００３は、外乱４００６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により検知されてフィードバックされる。
【００５８】
図９は、本実施形態による駆動制御を行った場合の時間と速度及び位置との関係の例を示すグラフである。本実施形態では、加速制御領域に対して図８で示した制御、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用する。この図において、図５及び図７のグラフと同様な部分は同じ参照符合で示している。また９００１は、速度指令値８００２の変移を表したものである。
【００５９】
図５に示した例と比べると、理想位置プロファイル５００４に対して現実位置プロファイル５００５はより正確に追従しており、記録開始の理想時刻５０２１と現実時刻５０２２との差がが非常に小さくなっている。この結果、図５に示した例において問題となる、記録開始位置５０４３に到達するまでの遅れがそのまま制御全体に要する時間を延長してしまい、装置全体での記録速度を低下させてしまうという欠点が、大きく改善されている。
【００６０】
また、図７に示した例と比べると、加速制御領域においても速度サーボの効果を期待できるため、速度変動の発生を比較的抑えることができる。従って、位置サーボから速度サーボへの切り替えが行われる瞬間、すなわち定速制御が開始される時点における速度をより正確にすることができ、記録領域に突入してからの速度変動を回避することができる。
【００６１】
ただし、これらの効果を得るためには、乗算手段８００１における係数Ｋｘの設定が重要である。
【００６２】
Ｋｘの具体的な設定例としては、例えば、式、
Ｋｘ＝Ｋ×（Ｔｆｌａｔ−Ｔｘ）／Ｔｆｌａｔ
に従って設定することが考えられる。なお、この式においてＫは定数、Ｔｆｌａｔは加速制御領域５０１１が終了する時刻、Ｔｘは現在時刻を示している。
【００６３】
すなわち、Ｋｘは時刻０において最大であり、加速制御領域５０１１が終了する瞬間には０になる。Ｋｘが０になると、乗算手段８００１からの出力は０となるため、速度指令値８００２は理想速度プロファイル４００１に等しくなる。これは、定速制御領域において図４と全く同一の速度サーボによる制御を行うことを意味している。
【００６４】
従って、加速制御領域５０１１から現実定速制御領域５０１４への移行に際して、制御の方式自体の極端な切り替えが発生せずスムーズな制御を実現することができる。
【００６５】
また、加速制御開始時には位置サーボのゲインが大きくなるため、理想位置プロファイルへの追従による効果が期待できる。これにより、とくに加速初期における位置の遅れをより強く解消することができ、静止状態から動き出すまでの制御の時間的な遅れを取り戻すような位置制御を行うことができる。
【００６６】
更に加速制御領域の末期においては、位置サーボのゲインが小さくなるため、結果として速度サーボの効果が大きくなり、現実定速制御領域５０１４に移行する際の速度変動を抑えることができるという効果が得られる。
【００６７】
［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キャリッジ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加速領域において、目標位置到達までの時間が短いという位置サーボの長所と、目標速度への到達がスムースに行われるという速度サーボの長所との両方の長所を取り入れたモータ制御が可能となる。
【００７５】
従って、目標速度までの到達時間が短くなり、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなる。
【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】一般的な速度サーボによる制御手順を示すブロック図である。
【図５】図４の速度サーボによって駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【図６】一般的な位置サーボによる制御手順を示すブロック図である。
【図７】加速制御領域に対して図６で示した位置サーボ、定速制御領域以降に対して図４で示した速度サーボを適用して駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【図８】本実施形態において加速制御領域に適用する制御手順を示すブロック図である。
【図９】加速制御領域に対して図８で示した制御、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用して駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【符号の説明】
４００１ 理想速度プロファイル
４００２ ＰＩＤ演算回路
４００３ ＤＣモータ
４００４ エンコーダセンサ
４００５ エンコーダ速度情報変換手段
４００６ 外乱
５００１ 理想速度プロファイル
５００２ 再計算された理想速度プロファイル
５００３ 現実の速度プロファイル
５００４ 理想位置プロファイル
５００５ 現実位置プロファイル
５０１１ 加速制御領域
５０１２ 理想定速制御領域
５０１３ 理想減速制御領域
５０１４ 現実定速制御領域
５０１５ 現実減速制御領域
５０２１ 記録開始の理想時刻
５０２２ 記録開始の現実時刻
５０２３ 記録終了の理想時刻
５０２４ 記録終了の現実時刻
５０３１ ＣＲの到達速度
５０３２ 初速度
５０４１ 到達位置
５０４２ 記録終了位置
５０４３ 記録開始位置
６００１ 理想位置プロファイル
６００２ 位置サーボのメジャーループ
６００３ エンコーダ位置情報変換手段
８００１ 乗算手段
８００２ 指令速度
９００１ 速度指令値
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの制御のための方法及び装置に関し、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、画像品位の向上と共に、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】
インクジェット記録装置の主な機構部分としては、記録ヘッドの走査機構と記録媒体の搬送機構とがあるが、記録ヘッドの走査機構の駆動手段として、ＤＣモータとリニアエンコーダを使用して低騒音化を実現している。今日では、これに加え、記録媒体の搬送機構の駆動手段としてもＤＣモータとロータリーエンコーダが採用される場合が増えている。
【０００５】
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、記録媒体搬送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。
【０００６】
例えば、記録ヘッドを搭載するキャリッジ（以下、ＣＲとも称する）のモータの制御は、大きく分けて加速制御領域、定速制御領域、及び減速制御領域の３つの制御領域から成り立っている。一般的に記録動作は、インク吐出間隔を一定に保って画質を確保するために、定速制御領域で行われる。記録速度の向上を図るために加減速制御領域においても記録動作を行うものも存在するが、いずれにしても記録動作実行中はＣＲの速度変動は可能な限り少ないことが好ましい。従って記録動作を実行する間、すなわち一般的には定速制御領域においては、フィードバック制御の方式としては速度サーボが適している。これは、速度サーボが、ある時刻における制御対象の速度を、目標速度に一致させることを目標としたフィードバック制御だからである。
【０００７】
特開２００１−６３１６８号公報には、速度制御から位置制御へ制御が変化するタイミングにおいて安定した制御を行うモータ制御装置が記載されている。以下、モータ制御の従来例について、該公報に記載された内容も含めて簡単に説明する。
【０００８】
図４は速度サーボを用いた一般的なモータのフィードバック制御手順を示すブロック図である。このような速度サーボは、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、以下にその手順を説明する。
【０００９】
まず、制御対象に与えたい目標速度を、理想速度プロファイル４００１という形で与える。これは該当する時刻における速度指令値ということになる。時刻の進行とともに、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駆動制御が実行される。
【００１０】
速度サーボにおいては、一般的に比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄに対する演算であるＰＩＤ演算が行われる。エンコーダセンサ４００４で検出した情報を基にエンコーダ速度情報変換手段４００５で得られたエンコーダ速度情報と、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り、この数値を目標速度に対して足りない速度誤差としてＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御によって印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、ＤＣモータ４００３に与えるエネルギーを調節して速度制御を行う。
【００１１】
電流値を印加されて回転するＤＣモータは、外乱４００６による影響を受けながら物理的に回転を行い、その出力がエンコーダセンサ４００４により検知されることでフィードバックされる。
【００１２】
図５は、このような制御による時間と速度及び現在位置との関係の例を示すグラフである。図５において、横軸５０５１は時間、左側の縦軸５０５２は速度、右側の縦軸５０５３は位置をそれぞれ示している。
【００１３】
右側の縦軸に示した位置に関して、５０４３は記録動作を開始する位置、５０４２は記録動作を終了する位置を示しており、５０４３と５０４２の間の区間が記録領域ということになる。５０４１は、記録終了後に素早く減速して最終的に到達する到達位置を示している。
【００１４】
左側の縦軸に示した速度に関して、５０３１は記録を行うために望ましいインク吐出周波数を実現するために求められるＣＲの到達速度を示している。５０３２は理想プロファイルにおける初速度を示している。
【００１５】
５００１は理想速度プロファイルを示している。これは、記録開始位置５０４３、記録終了位置５０４２の間の記録領域を到達速度５０３１により通過し、素早く減速して到達位置５０４１で停止するための最も理想的な速度プロファイルを意味している。この理想速度プロファイル５００１は、時間軸上では加速制御領域５０１１、理想定速制御領域５０１２、理想減速制御領域５０１３により構成される。
【００１６】
５００４は、理想速度プロファイル５００１で駆動がなされた場合の位置の変移を示す理想位置プロファイルである。この理想位置プロファイル５００４において、記録開始位置５０４３を通過する時刻が５０２１の記録開始の理想時刻であり、これは一般的には定速制御が開始される理想時刻を示している。また同様に、理想位置プロファイル５００４において、記録終了位置５０４２を通過する時刻が５０２３の記録終了の理想時刻であり、これは一般的には減速制御が開始される理想時刻を示している。
【００１７】
５００３は現実の速度プロファイル、５００５は現実の位置プロファイルを示している。現実速度プロファイル５００３は、時間軸上では加速制御領域５０１１、現実定速制御領域５０１４、現実減速制御領域５０１５により構成される。
【００１８】
図４で説明した速度サーボにより、理想速度プロファイル５００１への追値制御を行った場合、現実速度は理想速度に対して必ず遅れを持って追従していく。従って記録開始の理想時刻５０２１になっても到達速度５０３１にはならず、記録開始位置５０４３にも到達しない。記録開始位置５０４３に到達するのは、５０２２で示した記録開始の現実時刻５０２２になって初めてであり、これ以降、記録領域を移動している間は速度変動を押さえるため定速制御を行うことが求められ、減速制御に移行することは許されない。結果として、記録開始位置５０４３への到達の遅れと同様の遅れを持って、記録終了位置５０４２に到達することになる。この時の時刻が、記録終了の現実時刻５０２４であり、これがすなわち減速制御開始の現実時刻ということになる。
【００１９】
５００２は、減速制御開始の現実時刻５０２４に基づいて再計算された理想速度プロファイルを示している。この理想速度プロファイル５００２に対する追値制御により現実の減速制御は行われる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明したような制御においては、記録開始位置５０４３に到達するまでの時刻の遅れが、そのまま制御全体に要する時間の延長となってしまうため、記録が終了するまでの時間が長くなり、全体での記録速度が低下してしまう。
【００２１】
この問題を解決するために、上記の制御を定速制御領域以降に対してのみ適用し、加速制御領域に対しては位置サーボを適用するという手法が考えられる。以下、該手法において加速制御領域に位置サーボを適用する場合について、説明する。
【００２２】
図６は位置サーボを用いた一般的なＣＲモータのフィードバック制御の動作を示すブロック図である。この図において、図４に示した部分と同様な部分には同じ参照符号を付している。
【００２３】
まず、制御対象に与えたい目標位置を、理想位置プロファイル６００１という形で与える。これは該当する時刻における位置指令値ということになる。時刻の進行とともに、この位置情報は変化していく。この理想位置プロファイルに対して追値制御を行うことで駆動は実行される。
【００２４】
装置にはエンコーダセンサ４００４が具備されており、モータの物理的な回転を検知する。エンコーダ位置情報変換手段６００３は、エンコーダセンサ４００４が検知したスリット数を加算して絶対位置情報を得る手段であり、エンコーダ速度情報変換手段４００５はエンコーダセンサ４００４の信号と、プリンタに内蔵された時計から、現在の搬送用モータの駆動速度を算出する手段である。
【００２５】
理想位置プロファイル６００１から、位置情報変換手段６００３により得られた実際の物理的位置を減算した数値を、目標位置に対して足りない位置誤差として、６００２以降の位置サーボのフィードバック処理に受け渡す。６００２は位置サーボのメジャーループであり、一般的には比例項Ｐに関する計算を行う手段が知られている。
【００２６】
６００２における演算の結果としては、速度指令値が出力される。この速度指令値が、４００２以降の速度サーボのフィードバック処理に受け渡される。速度サーボのマイナーループは、比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄに対する演算を行うＰＩＤ演算が一般的に行われる。
【００２７】
速度サーボのマイナーループにおいては、速度指令値からエンコーダ速度情報を減算した数値を、目標速度に対して足りない速度誤差として、ＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御を用い、印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、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。
【００２８】
電流値を印加されて回転するＤＣモータは、外乱４００６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により検知されてフィードバックされる。
【００２９】
図７は、加速制御領域に図６で示した位置サーボ、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用した場合の制御における、時間と速度及び位置の関係の例を示すグラフである。なお、図７において図５と同様な部分には同じ符号を付してある。
【００３０】
図５に示した例と比べると、理想位置プロファイル５００４に対して現実位置プロファイル５００５は非常に正確に追従しており、記録開始の理想時刻５００１と現実時刻５０２２との差が非常に小さくなっている。この結果、速度サーボにおいて問題となる、記録開始位置５０４３に到達するまでの遅れがそのまま制御全体に要する時間を延長してしまい、全体での記録速度が低下してしまうという欠点が、大きく改善されている。
【００３１】
しかしながら、このような制御を行うと、加速制御領域５０１１で位置サーボを行うことにより、以下の問題が生じてしまう。
【００３２】
すなわち、位置サーボ区間では速度の厳密な制御を行うことができないため、どうしても速度変動の発生を抑えることができない。従って、位置サーボから速度サーボへの切り替えが行われる瞬間、すなわち定速制御が開始される時点での速度を制御することができず、記録領域に入った後においても速度変動が生じてしまう。その結果、記録領域において、記録ヘッドの駆動周波数を一定することができず、インクジェットプリンタにおいては吐出されるインク滴の大きさのばらつき等が生じ、装置本来の記録性能を発揮することができなくなってしまう。
【００３３】
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、目標速度までの到達時間が短く、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなるような、モータの制御のための方法及び装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【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に係るモータの制御装置は、以下の構成からなる。
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御装置であって、前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出手段と、前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出手段と、位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出手段と、前記差分算出手段にて算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成手段と、前記速度指令値を前記生成手段により生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正手段と、前記第１修正手段で修正された速度指令値を前記速度算出手段が算出した速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正手段と、前記第２の修正手段により修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、前記エネルギー算出手段にて算出したエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動手段とを備えることを特徴とすることを特徴とする。
【００３５】
また、上記目的を達成する本発明に係るモータの制御方法は、以下の工程からなる。
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダを用い、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御方法であって、前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出工程と、前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出工程と、位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出工程と、前記差分算出工程において算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成工程と、前記速度指令値を前記生成工程において生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正工程と、前記第１修正工程において修正された速度指令値を前記速度算出工程において算出された速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正工程と、前記第２の修正工程において修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出工程と、前記エネルギー算出工程において算出されたエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動工程とを備えることを特徴とする。
【００３７】
このようにすると、加速領域において、目標位置到達までの時間が短いという位置サーボの長所と、目標速度への到達がスムースに行われるという速度サーボの長所との両方の長所を取り入れたモータ制御が可能となる。
【００３８】
従って、目標速度までの到達時間が短くなり、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなる。
【００３９】
【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。ここでは、着脱可能なインクタンクを備えた記録ヘッドを搭載したシリアル式インクジェットプリンタを例に挙げて説明する。本実施形態のインクジェットプリンタは、搬送用モータ及びキャリッジモータの制御に、本発明のモータの制御方法を適用したものである。
【００４０】
図１は本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。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を着脱可能に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である駆動モータ１０５の駆動が伝達され、キャリッジ１０２が主走査方向に移動可能である。
【００４１】
記録待機中において記録用紙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）により記録用紙が給紙される。給紙された記録用紙を搬送するため、ＤＣモータである搬送用モータ（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とにより記録用紙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。
【００４２】
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。
【００４３】
図において、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、プリンタヘッド４０４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。
【００４９】
図８は、本実施形態において加速制御領域に適用する制御を説明するブロック図である。この図において、図４及び図６に示した部分と同様な部分には同じ参照符号を付してある。
【００５０】
まず、制御対象に与えたい目標位置を、６００１の理想位置プロファイル６００１という形で与える。これは該当する時刻における位置指令値ということになる。時刻の進行とともに、この位置情報は変化していく。この理想位置プロファイルに対して追値制御を行うことで駆動が実行される。
【００５１】
装置にはエンコーダセンサ４００４が具備されており、モータの物理的な回転を検知する。エンコーダ位置情報変換手段６００３は、エンコーダセンサ４００４が検知したスリット数を加算して絶対位置情報を得る手段であり、エンコーダ速度情報変換手段４００５はエンコーダセンサ４００４の信号と、プリンタに内蔵された時計から、現在の搬送用モータの駆動速度を算出する手段である。
【００５２】
位置情報変換手段６００３により得られた実際の物理的位置から理想位置プロファイル６００１を減算した数値を、目標位置に対する位置誤差として、６００２以降の位置サーボのフィードバック処理に受け渡す。６００２は位置サーボのメジャーループであり、一般的には比例項Ｐに関する計算を行う手段が知られている。本実施形態においては、乗算手段８００１において時刻を入力とする関数の出力Ｋｘをさらに乗算した上で、理想速度プロファイル４００１から減算している。ここまでの計算の結果である、指令速度８００２の値は次のような意味を持つ。
【００５３】
まず、理想位置プロファイル６００１に対して仮に全く誤差無く駆動されている場合、乗算手段８００１からの出力は０となるため、速度指令８００２の値は理想速度プロファイル４００１そのものとなる。
【００５４】
しかし一般的には、理想位置プロファイル６００１に対して実際の到達位置は時間的な遅れを持つため、乗算手段８００１からの出力値は負の値を持ち、結果として速度指令８００２における値は理想速度プロファイル４００１よりも大きい値となる。
【００５５】
すなわち、理想速度プロファイル４００１から甚だしく乖離することを防ぎつつ、理想位置プロファイル６００１に追従しようとするための値が指令速度８００２として出力され、このような指令速度８００２に対して追値制御を行うことで駆動は実行される。
【００５６】
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演算が一般的に行われる。エンコーダセンサ４００４で検出した情報を基にエンコーダ速度情報変換手段４００５で得られたエンコーダ速度情報と、指令速度８００２との差を取り、この数値を目標速度に対して足りない速度誤差としてＰＩＤ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、ＰＩＤ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ＰＷＭ制御を用い、印加電圧のＤｕｔｙを変化させて電流値を調節し、ＤＣモータ４００３に与えるエネルギーを調節して速度制御を行う。
【００５７】
電流値を印加されて回転するＤＣモータ４００３は、外乱４００６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により検知されてフィードバックされる。
【００５８】
図９は、本実施形態による駆動制御を行った場合の時間と速度及び位置との関係の例を示すグラフである。本実施形態では、加速制御領域に対して図８で示した制御、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用する。この図において、図５及び図７のグラフと同様な部分は同じ参照符合で示している。また９００１は、速度指令値８００２の変移を表したものである。
【００５９】
図５に示した例と比べると、理想位置プロファイル５００４に対して現実位置プロファイル５００５はより正確に追従しており、記録開始の理想時刻５０２１と現実時刻５０２２との差がが非常に小さくなっている。この結果、図５に示した例において問題となる、記録開始位置５０４３に到達するまでの遅れがそのまま制御全体に要する時間を延長してしまい、装置全体での記録速度を低下させてしまうという欠点が、大きく改善されている。
【００６０】
また、図７に示した例と比べると、加速制御領域においても速度サーボの効果を期待できるため、速度変動の発生を比較的抑えることができる。従って、位置サーボから速度サーボへの切り替えが行われる瞬間、すなわち定速制御が開始される時点における速度をより正確にすることができ、記録領域に突入してからの速度変動を回避することができる。
【００６１】
ただし、これらの効果を得るためには、乗算手段８００１における係数Ｋｘの設定が重要である。
【００６２】
Ｋｘの具体的な設定例としては、例えば、式、
Ｋｘ＝Ｋ×（Ｔｆｌａｔ−Ｔｘ）／Ｔｆｌａｔ
に従って設定することが考えられる。なお、この式においてＫは定数、Ｔｆｌａｔは加速制御領域５０１１が終了する時刻、Ｔｘは現在時刻を示している。
【００６３】
すなわち、Ｋｘは時刻０において最大であり、加速制御領域５０１１が終了する瞬間には０になる。Ｋｘが０になると、乗算手段８００１からの出力は０となるため、速度指令値８００２は理想速度プロファイル４００１に等しくなる。これは、定速制御領域において図４と全く同一の速度サーボによる制御を行うことを意味している。
【００６４】
従って、加速制御領域５０１１から現実定速制御領域５０１４への移行に際して、制御の方式自体の極端な切り替えが発生せずスムーズな制御を実現することができる。
【００６５】
また、加速制御開始時には位置サーボのゲインが大きくなるため、理想位置プロファイルへの追従による効果が期待できる。これにより、とくに加速初期における位置の遅れをより強く解消することができ、静止状態から動き出すまでの制御の時間的な遅れを取り戻すような位置制御を行うことができる。
【００６６】
更に加速制御領域の末期においては、位置サーボのゲインが小さくなるため、結果として速度サーボの効果が大きくなり、現実定速制御領域５０１４に移行する際の速度変動を抑えることができるという効果が得られる。
【００６７】
［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キャリッジ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加速領域において、目標位置到達までの時間が短いという位置サーボの長所と、目標速度への到達がスムースに行われるという速度サーボの長所との両方の長所を取り入れたモータ制御が可能となる。
【００７５】
従って、目標速度までの到達時間が短くなり、かつ目標速度に到達した後の速度変動が少なくなる。
【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】一般的な速度サーボによる制御手順を示すブロック図である。
【図５】図４の速度サーボによって駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【図６】一般的な位置サーボによる制御手順を示すブロック図である。
【図７】加速制御領域に対して図６で示した位置サーボ、定速制御領域以降に対して図４で示した速度サーボを適用して駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【図８】本実施形態において加速制御領域に適用する制御手順を示すブロック図である。
【図９】加速制御領域に対して図８で示した制御、定速制御領域以降に対しては図４で示した速度サーボを適用して駆動する場合の時間と速度及び位置の関係の例を示したグラフである。
【符号の説明】
４００１ 理想速度プロファイル
４００２ ＰＩＤ演算回路
４００３ ＤＣモータ
４００４ エンコーダセンサ
４００５ エンコーダ速度情報変換手段
４００６ 外乱
５００１ 理想速度プロファイル
５００２ 再計算された理想速度プロファイル
５００３ 現実の速度プロファイル
５００４ 理想位置プロファイル
５００５ 現実位置プロファイル
５０１１ 加速制御領域
５０１２ 理想定速制御領域
５０１３ 理想減速制御領域
５０１４ 現実定速制御領域
５０１５ 現実減速制御領域
５０２１ 記録開始の理想時刻
５０２２ 記録開始の現実時刻
５０２３ 記録終了の理想時刻
５０２４ 記録終了の現実時刻
５０３１ ＣＲの到達速度
５０３２ 初速度
５０４１ 到達位置
５０４２ 記録終了位置
５０４３ 記録開始位置
６００１ 理想位置プロファイル
６００２ 位置サーボのメジャーループ
６００３ エンコーダ位置情報変換手段
８００１ 乗算手段
８００２ 指令速度
９００１ 速度指令値
Claims (4)
- 記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御装置であって、
前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダと、
前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出手段と、
前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出手段と、
位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段にて算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成手段と、
前記速度指令値を前記生成手段により生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正手段と、
前記第１修正手段で修正された速度指令値を前記速度算出手段が算出した速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正手段と、
前記第２の修正手段により修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、
前記エネルギー算出手段にて算出したエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするモータの制御装置。 - 前記位置情報による寄与は前記加速制御領域の終了地点で０であることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
- 請求項１又は２に記載のモータの制御装置を備えたことを特徴とする記録装置。
- 記録ヘッドを搭載したキャリッジの駆動源であるモータの制御を、前記記録ヘッドの移動に応答して信号を出力するエンコーダを用い、加速制御領域と、前記加速制御領域に続き前記記録ヘッドによる記録がなされる領域を含む定速制御領域とを含む複数の制御領域に分けて行うモータの制御方法であって、
前記エンコーダから出力される信号に基づいて速度情報を算出する速度算出工程と、
前記エンコーダから出力される信号に基づいて位置情報を算出する位置算出工程と、
位置プロファイルの位置指令値と前記位置情報との差分値を算出する差分算出工程と、
前記差分算出工程において算出された前記差分値に基づいて、前記加速制御領域における加速初期区間では前記位置情報による寄与が大きく、前記キャリッジが前記定速制御領域に近づくに従って前記位置情報による寄与が小さくなるように、速度プロファイルの速度指令値を修正する修正値を生成する生成工程と、
前記速度指令値を前記生成工程において生成された前記修正値に基づいて修正する第１修正工程と、
前記第１修正工程において修正された速度指令値を前記速度算出工程において算出された速度情報に基づいてさらに修正する第２の修正工程と、
前記第２の修正工程において修正された速度情報を用いて前記モータを駆動するためのエネルギーを算出するエネルギー算出工程と、
前記エネルギー算出工程において算出されたエネルギーを出力して前記モータを駆動する駆動工程とを備えることを特徴とするモータの制御方法。
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