JPH01223515A - 速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、複写機のスキャナ等の制御対象に対するＰＩ
Ｄ制御を用いた速度制御方法に関する。

従来技術 従来、例えば複写機において光学系のスキャナを定速運
転させるため、ＰＩＤ制御方式を用いて制御することが
多い。ここに、この制御のためのＰＩＤパラメータは、
設計者が制御対象（スキャナ）に適合した値を選び、そ
の一定値に固定されている。

ここに、制御対象（スキャナ）の摺動力は種々の条件（
例えば、環境或いは経時変化）により変化し、また、複
写機毎に最適なるＰＩＤパラメータの値は異なる。この
ため、従来のようにＰＩＤパラメータが一定値に固定さ
れていると、スキャナの摺動力の変化や複写機間のバラ
ツキなどにより、移動速度が不安定となって、定速運転
できなくなることがある。これにより、複写機のスキャ
ナの場合であれば、ジッターが発生したり解像力が低下
して画像品質が低下するという問題を生ずる。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、制御対
象に経時変化等による変化が生じても最適ＰＩＤの下に
常に安定した速度制御を行なうことかできる速度制御方
法を提供することを目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、制御対象の移動速
度を予め設定された基準速度とフィードバックされた速
度との間の偏差に対しＰＩＤ制御を行ない、得られた操
作量を制御対象に出力する速度制御方法において、電源
投入時に予め設定した操作量で制御対象を往復力作させ
、この時にフィードバックされる速度と前記基準速度と
の差から、予め設定されたＰＩＤパラメータを最適ＰＩ
Ｄパラメータに補正することを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本実施例は、第１図に示すように、モータ１により往復
駆動される制御対象、例えばスキャナ２のＰＩＤパラメ
ータがそれを選定した時の値に対し変化しても、その変
化に伴い制御装置３のパラメータを下記の如き方法で自
動的に最適ＰＩＤパラメータに補正することにより、常
に最適速度制御を可能とするものである。

まず、設計段階で設計者は、最適制御となるようなＰＩ
Ｄパラメータを選定する。これを基準ＰＩＤパラメータ
Ｋｐ（比例ゲイン）、Ｋｚ（積分ゲイン）、ＫＤ（微分
ゲイン）　とする。次に、ある一定の操作量Ｍを出力し
た時の速度を検出し、この速度を基準速度■とする。こ
のように選定された基準ＰＩＤパラメータ、操作量Ｍ及
び基４ｇ速度■を予めメモリに格納しておく。

しかして、実際に複写機のスキャナ２の速度制御をする
場合は、電源投入時点で、まず、一定操作量Ｍをメモリ
から出力させてスキャナ２を１往＃ｊＸ動作させる。こ
の時に検出される移動速度Ｖ′と基準速度■との差ｖ　
＝　Ｖ　’　−Ｖ　の値から、基準ＰＩＤパラメータＫ
Ｐ＋　　ＫＩ＋　　ＫＤを最適ＰＩＤパラメータＫ　Ｐ
’＋　Ｋｌ’、　ＫＤ’に補正し、実際の速度制御に際
しては補正されたこの最適ＰＩＤパラメータＫＰ′、Ｋ
Ｉ′、ＫＤ′を用いて制御する。

このような制御を第１図及び第２図を参照して説明する
。この速度制御装置３では入力された目標速度■Ｔとモ
ータ１側からフィードバックされた速度Ｖとの差を比例
演算部４、積分演算部５及び微分演算部６により各々演
算処理し、これらの演算結果を加算して得られる操作量
ｍをモータ１に出力し、スキャナ２の速度を制御する。

ここに、デジタル量で制御する場合の操作量ｍは次の（
１）式で求められる。

但し、（１）式において、 τ　：サンプリング周期 Ｔ１　・積分時間 ＴＤ　：微分時間 Ｖｎ　：ｎτ時点での検出速度 ■ｎ−＋：（ｎｌ）τ時点での検出速度ｅｌ：ｎて時点
での速度偏差 ｅｎ−＋’（ｎ　１）τ時点での速度偏差ｍｌ：ｎ時点
での操作量 この（１）式において、ＫＰＥｋＰ、ＫＩ＝ｋＰ・τ／
ＴＩ、　　ＫＤ＝ｈｐ−ＴＩ）／τとおくと、ｍ１＝Ｋ
ｐ−ｅ　ｎ＋ＫｒΣｅｌ＋ＫＤ（ｅｎ−ｅｎ−１）　・
　（２）となる。

そこで、これらの３つのＰＩＤパラメータＫＰ（比例ゲ
イン）、ＫＩ（積分ゲイン）、ＫＤ（微分ゲイン）を最
適ＰＩＤパラメータ値に調整設定することにより、最適
制御が可能となる。

例えば、第２図は直流モータの電流ＩＩ　　（但し、Ｉ
、＜Ｌ＜Ｌ　）をパラメータとした場合の負荷トルクＴ
１と回転数Ｎ１との関係を示すグラフである。ここに、
負荷トルクＴ１は ’Ｉ’１　ｏｃ　Ｉ　１／Ｎｌ　　　　　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・（３）で示すように、電流工
１に比例し回転数Ｎ、に反比例する。従って、ある一定
電流１１　を出力した場合、負荷トルクがＴＬ→ＴＬ′
　の如く大きくなると、回転数はＮ→Ｎ′の如く小さく
なる。

即ち、電源投入時に予め一定操作量（＝一定電流）を出
力してスキャナ２の移動速度を検出し、スキャナ２の摺
動力を推測することにより、ＰＩＤパラメータの値を基
準位から最適値に補正することができるので、安定した
速度制御が可能となる。

しかして、原稿固定型複写機のスキャナ制御に適用した
、より実際的な実施例を第３図ないし第７図により説明
する。光学系構成の概略を第３図に示す。まず、原稿（
図示せず）をセットするコンタクトガラス１１の下方に
はスキャニング光学系１２が設けられている。これによ
り、原稿からの反射光による像がこのスキャニング光学
系１２を介してドラム状の感光体１３上に結像される。

このスキャニング光学系１２は照明光源１４、反射板１
５、第１ミラー１６等よりなる第１スキヤナ１７と、第
２，３ミラー１８．１９等よりなる第２スキヤナ２０と
、結像レンズ２１と、第４ミラー２２等からなる。２３
は防塵ガラスである。

ここで、これらの第１スキヤナ１７と第２スキヤナ２０
とは、走査中に原稿からの反射光路長が変化しないよう
に、第４図に示すような駆動系構成の下、２：１の速度
比で直流モータ１及びスキャナワイヤ２５により往復駆
動されるものである（第４図における駆動系自体の構成
は周知であるので、詳細な説明は省略する）。そして、
装置本体の所定位置にはスキャニング光学系１２の基準
位置に位置させて反射型フォトインターラブタ構成のス
キャナホームポジションセンサ（以下、ＨＰセンサとい
う）２６が設けられている。前記第１スキヤナ１７の一
部にはホームポジションに達した時にこのＨＰセンサ２
６のセンサ部を遮蔽し得るＨＰ遮蔽板２７が設けられて
いる。

このような構成の下、概略的には、第３図に実線で示す
ようなＨＰ状態からスキャニング光学系１２が右方向に
走査駆動されて原稿面を露光走査する。第３図中に仮想
線で示す第１，２スキヤナ１７．２０の位置は往動動作
の最大移動位置を示す。露光走査を終了したスキャニン
グ光学系１２は再びホームポジションＨＰに向けて復動
動作する。ここに、スキャニング光学系１２の復動時に
は一般に往動時よりも高速にて駆動され、ホームポジシ
ョンＨＰに近づいたら減速制御を行なうようにしている
。そして、ＨＰ遮蔽板２７がＨＰセンサ２６を横切った
時点で直流モータ１の回転方向を逆転（スキャナ復動方
向）から正転（スキャナ往動方向）に切換えることによ
り、オーバーラン位置からホームポジションＨＰに戻す
ものである。

つまり、直流モータ１の負荷は、スキャナワイヤ２５を
含めた第１スキヤナ１７と第２スキヤナ２０とによるス
キャナ２とからなる。

また、このようなスキャニング光学系１２に対する制御
系を第５図により説明する。まず、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ及びＩｌｏ等からなるマイクロコンピュータ３０が
設けられている。このマイクロコンピュータ３０は例え
ばμＰＤ７８１１Ｇによるものであり、特に図示しない
が、複写機全体の制御を司るコントローラとの通信を行
なう送信用及び受信用のインターフェースを備えている
。

また、割込み端子ＣＩには直流モータ１の速度を検出す
るためのエンコーダパルスＥＮＣＡが入力されている。

このため、直流モータ１にはロータリエンコーダ３２が
直結されている。ここに、このエンコ・−ダ３２は直流
モータ１の回転量及び回転方向に応じて位相の異なる２
つのパルス信号を発生する。１つはこのＡ相エンコーダ
パルスＥＮＣＡであり、他の１つはＢ相エンコーダパル
スＥＮＣＢである。Ａ相エンコーダパルスＥＮＣＡはバ
ッファ３３を介してマイクロコンピュータ３０のカウン
タインプット端子ＣＩに入力されている。

これにより、マイクロコンピュータ３０はＡ相エンコー
ダパルスＥＮＣＡのパルス間隔をマイクロコンピュータ
内部のカウンタ（マイクロコンピュータ３ｏの発振器３
４の発振周波数／１２）により計測する。また、このカ
ウンタインプット端子ＣＩへの入力信号は割込み入力と
なっており、後述する割込みプログラムの処理中にエン
コーダ間隔の測定データ（ＴＩＭＥＲ／ＥＶＥＮＴ　　
Ｃ○ＵＮＴＥＲＣＡＰＵＲＥ　　ＲＥＧＩＳＴＥＲ（Ｅ
ＣＮＴ）の値）を読み、このデータを基に直流モータｌ
の回転数（第１スキヤナ１７の速度）の算出、目標回転
数との誤差の算出、比例・積分制御演算によるモータ制
御量（パルス幅変調ＰＷＭ制御のＯＮ時間）の算出及び
出力（プログラマブルインターバルタイマ３１へのデー
タロード）を行なう。

また、前記マイクロコンピュータ３０には例えばμＰＤ
８２５３−２によるプログラマブルインターバルタイマ
３１が接続されている。そして、スキャニング光学系１
２用の直流モータ１は前記マイクロコンピュータ３０に
対しＨ型のドライバとしての駆動用トランジスタＴｒ、
〜Ｔｒ、を介して接続されて駆動制御される。即ち、マ
イクロコンピュータ３０のＰＦ６／ＰＦ７＝Ｈ／Ｈの状
態で直流モータ１はオフするが、Ｐ　Ｆ　６／Ｐ　Ｆ　
７　＝Ｌ／ＨでトランジスタＴｒ、、Ｔｒ、がオンして
トランジスタＴ　ｒ、、　Ｔ　ｒ４がオフの状態で直流
モータ１には時・針方向（ＣＷ）に回転する電流が供給
され、Ｐ　Ｆ　６／Ｐ　Ｆ　７　＝Ｈ／Ｌでトランジス
タＴｒ、、Ｔｒ４がオンしてトランジスタＴ　ｒ、、　
Ｔ　ｒ。

がオフの状態で直流モータ１には反時計方向（ＣＣＷ）
に回転する電流が供給される。ここに、直流モータ１が
時計方向ＣＷに回転するとスキャナ２は往動し、直流モ
ータ１が反時計方向ＣＣＷに回転するとスキャナ２は復
動するように設定されている。

また、直流モータ１の制御は前記タイマ３１によるＰＷ
Ｍ制御にて、ワンショット出力を受けるゲート回路３８
．３９を介しトランジスタＴｒ。

又はＴｒ４を０Ｎ１０ＦＦ制御することにより行なわれ
る。また、マイクロコンピュータ３０にはレンズ２１や
第２スキヤナ２０を変倍位置へ移動させるためのステッ
ピングモータ（図示せず）が接続されている。

ここに、前述した第１スキヤナ１７の速度は、として算
出される。ここに、プーリ径は直流モータ１の軸に直結
されたブーりの径であり、１．２［μｓｅｃ］なる数値
は内部タイマ・イベント・カウンタのクロックであり、
４００なる数値は直流モータ１の１回転当りのエンコー
ダパルス数である。

次に、スキャニング光学系１２制御のソフトウェアを第
６図及び第７図を参照して説明する。第６図は光学系制
御のメインのゼネラルフローチャートを示し、第７図は
エンコーダ割込み処理のゼネラルフローチャートを示す
。

まず、電源が投入されると、第３図及び第４図に示す第
１，２スキャナ１７．２０及びレンズ２１をホームポジ
ション（第２スキヤナ２０及びレンズ２１は等倍の位置
）に位置制御する。ここで、第１スキヤナ１７は直流モ
ータ１、第２スキヤナ２０及びレンズ２１はステッピン
グモータで駆動される。

具体的に説明すると、イニシャライズで第１スキャナ１
７、レンズ２１及び第２スキヤナ２０をホームポジショ
ンに戻すための要求フラグ、即ちスキャナ・ホーミング
フラグ及びレンズ・ミラー・ホーミングフラグをセット
しておく。従って、第６図のフローチャートにおいて最
初はレンズ・ミラー・ホーミングフラグが「１」である
ので、レンズ・ミラー・ホーミング制御を実行する。レ
ンズ・ミラー・ホーミングが終了すると、そのフラグを
リセットする。次に、第１スキヤナ１７用のスキャナ・
ホーミングフラグがＩ’ｌｊであるので、今度は第１ス
キヤナ１７のホーミング制御を実行する。この際、スキ
ャナ速度の目標値として１８０　ｍｍ／ｓｅｃをセット
する。そして、第１スキヤナ１７のホームポジション信
号をチエツクし、ＨＰセンサ２６によりホームポジショ
ンと検知されていれば、スキャナステータス（ＳＣ３Ｔ
ＡＴ）に「１」をセットし、初期値のＰＷＭを出力し、
直流モータｌを正回転させ、エンコーダ割込みをチエツ
クする。また、ホームポジションへ復帰していなければ
、５ＣＳＴＡＴに「２」をセットし、初期値のＰＷＭを
出力し、直流モータ１を逆回転させ、エンコーダ割込み
をチエツクする。

何れにしても、直流モータ１が回転するためのエンコー
ダパルスが発生し、その都度、エンコーダ割込みが発生
し、第７図に示すような処理が行なわれる。即ち、第１
スキヤナ１７の速度を計算し、その結果からＰＩＤ演算
を行ない（この場合のＰＩＤパラメータとしては予め設
定されている基準ＰＩＤパラメータを用いる）、ＰＷＭ
を求め出力する。

ここに、５Ｃ３ＴＡＴ＝１の場合、２００胴移動（正回
転）するまでこのような制御を繰返し、２００ｍｍ移動
したら５Ｃ３ＴＡＴ六２とする。

５Ｃ３ＴＡＴ＝２の場合には、ＨＰセンサ２６による第
１スキヤナ１７のホームポジション検出信号がＬ、即ち
、ホームポジションに到達するまで、直流モータ１の逆
回転を続け、ホームポジションへの到達が検知された時
に、５Ｃ３ＴＡＴ＝０とし、直流モータＩを停止させる
。そして、スキャナ・ホーミングフラグ及びビジー・フ
ラグをリセットし、エンコーダ割込みをマスクする。

このようにして、ホーミング処理が終了したら、次に、
イニシャライズでセットされているプレスキャニング要
求フラグに従いプレスキャニング制御を行なう。ここで
は、５Ｃ３ＴＡＴ＝６とし、リターンアドレス（＝ホー
ムポジションから４００ｍの位置）をセットする。次に
、パラメータ補正用ＰＷＭを出力し、直流モータ１を正
回転させ、エンコーダ割込みを許可する。すると、エン
コーダパルスが発生し、第７図に示すエンコーダ割込み
処理が実行される。ここでは、ホームポジションから１
００価の位置からリターン位置４００Ｍまでの第１スキ
ヤナ１７の速度の計算結果をストアしておき、最後にそ
の平均値■を求める。従つて、この場合はＰｒＤ演算は
行なわず、ＰＷＭとしては一定値（パラメータ補正用Ｐ
ＷＭ）が出力される。平均値■が求まると、直流モータ
１を逆回転させ、５Ｃ３ＴＡＴ＝４とし、リターンする
。

５Ｃ３ＴＡＴ＝４では、ホームポジションから１００ｍ
ｍの位置に戻るまで、一定速度５００ｍｍ／ｓｅｃで制
御し、この１００ｍｍの位置に来ると、５Ｃ５ＴＡＴ＝
５とし、減速制御に移る。そして、ホームポジションを
検出すると、直流モータ１を正回転させて停止させる。

そして、５Ｃ５ＴＡＴ＝０とし、プレスキャニング要求
フラグ及びビジーフラグをリセットし、エンコーダ割込
みをマスクする。

以上の処理が終了すると、全体の制御を司るメインコン
トローラにホーミング終了信号を送信し、ウェイト状態
となる。

次に、実際のコピー動作に移行することになるが、まず
、メインコントローラから倍率データが送られると、レ
ンズ・ミラーホーミングフラグをセットする。そして、
第６図に示すレンズ・ミラーホーミング制御に従い、倍
率データからレンズ２１及び第２スキヤナ２０のアドレ
スを計算し、各々をそのアドレス位置に移動させる。移
動が終了すると、レンズ・ミラーホーミングフラグをリ
セットする。

ついで、コピースタート信号が送出されてくると、スキ
ャナスタート要求フラグがセットされ、第６図に示すス
キャナスタート制御処理として、下記の如く処理が実行
される。まず、倍率データ（ＭＡＧＤＴ）からスキャナ
速度の目標値Ｖｓを設定する。

次に、基準速度■、先に求めた平均速度Ｖ′及び倍率デ
ータ（ＭＡＧＤＴ）から、次の（６）式よりＰＩＤパラ
メータの個々につき、最適パラメータを求める。

ＫＰ′＝α（Ｖ’−Ｖ）Ｋｐ ＫＩ′＝α（Ｖ’−Ｖ）Ｋ■ ＫＤ′＝α（Ｖ’−Ｖ）ＫＤ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）なお、α
は負荷（光学系）により定まる定数である。また、ＫＰ
＋　ＫＩ＋　ＫＤは予め選定された基準ＰＩＤパラメー
タであり、倍率により第１表に示す如く異なる。

最後に、リターンアドレスを設定し、ＰＷＭの初期値を
セットし、直流モータ１を正回転させ、エンコーダ割込
みを許可する。このエンコーダ割込みにより、スキャナ
速度を計算し、先に選定した最適パラメータＫ　Ｐ　’
　＋　Ｋ　Ｉ　’　＋　Ｋ　Ｄ′の値を用いてＰＷＭデ
ータを計算し、ＰＷＭ出力する。そして、メインコント
ローラからスキャナリターン信号が来るか、又はリター
ンアドレスに達すると、直流モータ１を逆回転させ、５
ＣＳＴＡＴ＝４とする。

以下、前述の場合と同様に繰返される。但し、ホームポ
ジション復帰が検出されると、直流モータ１をオフし、
スキャナスタート要求フラグをリセットする。

効果 本発明は、上述したように電源投入時に予め設定した操
作量で制御対象を往復動作させ、この時にフィードバッ
クされる速度と基準速度との差から、予め設定されたＰ
ＩＤパラメータを最適ＰＩＤパラメータに補正するよう
にしたので、制御対象が変化しても、その変化に応じて
最適ＰＩＤパラメータを自動的に選定でき、常に安定し
た速度制御が可能となり、例えば複写機のスキャナ制御
等に適用すれば、安定した走査移動によりジター等がな
く画像品質の安定したコピーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は基本的なブロ
ック図、第２図は回転数−負荷トルク特性を示すグラフ
、第３図は光学系の概略構成を示す側面図、第４図はそ
の概略斜視図、第５図は光学系制御のブロック図、第６
図はメインのフローチャート、第７図はエンコーダ割込
みのフローチャートである。 ２・・・制御対象 回転数→ 一篤　０図 、％　は　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象の移動速度を予め設定された基準速度とフィー
   ドバックされた速度との間の偏差に対しＰＩＤ制御を行
   ない、得られた操作量を制御対象に出力する速度制御方
   法において、電源投入時に予め設定した操作量で制御対
   象を往復動作させ、この時にフィードバックされる速度
   と前記基準速度との差から、予め設定されたＰＩＤパラ
   メータを最適ＰＩＤパラメータに補正することを特徴と
   する速度制御方法。