JPH05284768A - 学習サーボモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータの速度制御をＰＩＤ制御ループ
を持つサーボシステムによって行うとき、そのＰＩＤ制
御ループにおける制御パラメータを固定せずにサーボモ
ータの速度を検出することによって、より最適に近い制
御パラメータを計算して設定しなおす、いわゆる学習サ
ーボ方式をとる場合がある。この学習サーボ方式をとる
場合、その最初の制御パラメータの値を適切な値に設定
しておかないと、学習サーボを行っても制御パラメータ
の計算が発散したり、又は収束するにしても長い時間を
要するということがあった。本発明はそのような問題を
発生させないようにすることを目的とする。 【構成】 サーボループの外に制御対象の負荷を検出す
る手段を持ち、予め予想される負荷の量に対応して計算
されている初期用の制御パラメータの組をいくつか用意
しておくことによって、検出された負荷に最も適切な初
期用の制御パラメータを選択して、それを設定してから
学習を始めるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適当に定められた制御
パラメータ（後で説明）を持つサーボモータの制御装置
であって、モータの動作毎により適切な制御パラメータ
を得て、次第に最適な制御パラメータに収束させる学習
サーボモータの制御装置に関するものであって、特にプ
リンターやファクシミリなどに用いられるモータの制御
装置にに用いることが最適である。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術をプリンターに用いられるモ
ータを示して説明する。

【０００３】従来のシリアルプリンターにおいては、印
字手段（例えば、ドットインパクト方式、インクジェッ
ト方式、熱転写方式など）を搭載したキャリッジを走査
する駆動源としてＤＣモータとその制御装置が用いられ
ている。一般的なシリアルプリンターは、外部のコンピ
ュータなどから印字データを受け取ると、キャリッジ駆
動のためにモーター回転をスタートし、一定速度に達し
たところで印字を開始する。そして、一行分のデータを
印字するとモータを停止させて、一行分の紙送りを行
う。さらに印字データがある場合は以上の動作を繰り返
して印字を続ける。ここで、キャリッジ駆動モータ（以
下、ＣＲモータと記す）の動作について詳しく説明す
る。

【０００４】まず、印字開始命令がコンピューターから
送られてくると、プリンターのコントローラはモータ制
御装置を介してＣＲモータを起動する。例えば図７に示
すように、起動直後は騒音や振動が発生しないようにあ
るいはモータに過電流が流れないように徐々に加速す
る。そして所定の速度で定速制御を行い印字する。印字
終了後は速やかに減速し停止させる。すなわち、加速、
減速においては急激な速度変動によって騒音などが発生
しないように、定速においては印字精度を乱さないよう
に制御するのである。

【０００５】このようなＣＲモータの速度制御は図５の
ブロック図に示すようなＰＩＤ制御ループを持つサーボ
システムによって行われるのが一般的で、最終的にはモ
ータに印加する電圧あるいはＰＷＭのデューティを変化
させることによって行われる。

【０００６】ここではＰＷＭのデューティを制御してモ
ータ速度を制御するものとして説明する。まず、外部か
らの指示速度からエンコーダなどの速度検出機構によっ
て検出された制御対象（ここではキャリッジ）の移動速
度あるいはモータの回転速度を減算し、速度誤差Ｖｅを
計算する。次に例えば次式にしたがって操作量（ここで
はＰＷＭのデューティ）を計算する。

【０００７】 ＰＷＭ＝Ｋｐ×Ｖｅ＋Ｋｉ×∫Ｖｅｄｔ＋Ｋｄ×（ｄＶｅ／ｄｔ） ここで、 Ｋｐ・・・・・比例制御定数 Ｋｉ・・・・・積分制御定数 Ｋｄ・・・・・微分制御定数 である。この計算値にしたがってモータドライバーに印
加するＰＷＭのデューティを変化させ、キャリッジの速
度を制御する。このＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄが制御パラメータ
である。

【０００８】以上の説明は制御パラメータＫｐ，Ｋｉ，
Ｋｄが固定であるが、これを動的に変化させる、いわゆ
る学習サーボ方式をとることがある。図６はこのブロッ
ク図である。この方式では検出した速度データの全部あ
るいは一部を保持する手段を持ち、これらのデータから
より最適に近い制御パラメータを計算し設定する。ま
た、数度のキャリッジ往復動作によって徐々に最適値に
収束させることも行われる。この場合は比較的大きな負
荷変動に対しても良好な制御特性を得られることが多
い。

【０００９】近年はマイクロプロセッサー（以下、ＭＰ
Ｕと記す）の性能向上がめざましく、上記のような制御
はＭＰＵを用いたデジタル制御で行うようになってい
る。この場合は上記のＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄのパラメータの
初期値をＲＯＭに、計算された設定値をＲＡＭに格納し
ておく。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常カラープリンタは
イエロー、マジェンタ、シアン、ブラックの４色のヘッ
ドを持ちこれらの色を紙面上で混合することでレッド、
グリーン、ブルーの色を表現する。勿論、ディザ法など
の面積階調法を用いることで疑似的に多くの色を表現す
ることもできる。このカラープリンターを構成するため
にキャリッジに４色のヘッドと４色のインクタンクを搭
載する場合、 （１）印字を行うにしたがって、インクは消費されキャ
リッジの重量が変化する。

【００１１】４色分のインクを搭載するカラープリンタ
ーの場合、特に変化が大きい。

【００１２】（２）例えば、ブラックだけのように単色
のみ印字するときは他のヘッドやインクタンクを取り外
すことも考えられ、キャリッジの重量が４色分のヘッド
タンクを積んだ場合と大幅に変わる。 ことがあり、このようにキャリッジの重量変化、キャリ
ッジのヘッド、インクタンクの搭載数変化など主に制御
対象の重量の変化に基づいてモータにかかってくる負荷
が大幅に変わるときは、負荷を予定して設定する制御パ
ラメータを適切な値にすることが困難であるため、不適
切な初期値を設定することがあり、さらには、キャリッ
ジを往復させて学習サーボを行っても制御パラメータの
計算が発散したり、収束してもそのために多数回のキャ
リッジ往復動作が必要になるなど実用上問題があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段およびその作用】本発明に
よれば、負荷の大きさを検出する手段をサーボループ外
に持つようにして、その検出の結果から制御パラメータ
の適切な初期値を計算することができ、その値を設定す
ることができるので、動作開始後、速やかに最適の制御
パラメータの値を収束させることができる。そのため、
良好な制御特性を得ることができる。

【００１４】また、印字ヘッド、一般には複数の印字ヘ
ッドを搭載するキャリッジを走査して印字する印字走査
のキャリッジの駆動を制御する学習サーボモータ制御装
置の場合は負荷の重要な要素となる印字ヘッドあるいは
インクタンクの数を検出する、それもできるだけ簡便な
方法で検出することによって、制御パラメータの適切な
初期値を計算できるようにしておくと便利である。

【００１５】

【実施例】［実施例１］以下本発明の第１の実施例を図
面を参照し、インクジェット方式のシリアルカラープリ
ンターのキャリッジ制御を例にとって説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例を示すブロッ
ク図である。制御対象５の動作速度はエンコーダーなど
の速度検出手段６で検出される。例えば、エンコーダー
で速度検出を行った場合には図８に示すように連続する
エンコーダパルスの間隔を図示しないクロック発生手段
からのクロックを元にカウントし、そのカウント値とク
ロック周波数から速度データに変換する。その速度デー
タはデータ手段７および速度減算器９に送られる。速度
減算器９に送られたデータは外部から入力される速度指
示データから減算され、速度誤差Ｖｅが計算されＰＩＤ
制御手段１に送られる。データ保持手段７に送られた速
度データは図示しないデータ保持タイミング発生手段よ
り与えられる信号によって、必要な量のデータを指示さ
れたタイミングで保持する。保持されたデータは制御パ
ラメータ計算手段８に送られる。負荷検出手段１０は例
えば図２に示すようなインクカートリッジ（印字ヘッド
＋インクタンク）の有無を検出するメカニカルスイッチ
で構成される。この例ではカートリッジが搭載されると
スイッチ１２がＯＮし、例えば、１チップマイコンの入
力ポートでは“Ｌ”と検出され、搭載されていなけれ
ば、“Ｈ”と検出される。この構成によって４色のうち
どのカートリッジが搭載されているのかいないのが判断
できる。これを元に初期値計算手段１１では制御パラメ
ータの初期値を計算する。これは実験などにより求めた
初期値データをＲＯＭなどに書き込んでおき、それを参
照することでも行える。求められた制御パラメータの初
期値は制御パラメータ計算手段８に送られる。制御パラ
メータ計算手段８ではデータ保持手段７からのデータと
初期値計算手段１１からの初期値を元にＰＩＤ制御パラ
メータＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの値を計算し、ＰＩＤ制御手段
１に設定する。ＰＩＤ制御手段１では例えば従来の技術
の項で説明したような計算式 ＰＷＭ＝Ｋｐ×Ｖｅ＋Ｋｉ×∫Ｖｅｄｔ＋Ｋｄ×（ｄＶｅ／ｄｔ） によってモータドライバー３に印加すべきＰＷＭのデュ
ーティを計算する。このようにして計算されたＰＷＭ値
でキャリッジを駆動し、その速度データを元に制御パラ
メータを再計算する。これを繰り返すことで最適値に近
付けていく。 ［実施例２］図３は本発明の負荷検出手段１０の第２の
実施例を説明する図である。図３のようにヘッドあるい
はインクカートリッジ１３に検出用の電気接点を設ける
と、ヘッドあるいはカートリッジ１３がないと入力ポー
トでは“Ｌ”、あると“Ｈ”を検出する。これによって
実装されているカートリッジの個数が判断できる。他の
動作は第１の実施例に同じ。 ［実施例３］図４は本発明の負荷検出手段１０の第３の
実施例を説明する図である。インクジェット方式のプリ
ンターの中でもサーマルインクジェットと呼ばれる方式
では発熱体に通電することで発生する熱でインクを吐出
するが、この場合加熱防止のためにヘッドに温度検出素
子を搭載することが多い。（図４ではサーミスタ１６）
このとき、サーミスタ１６を分圧抵抗の値を調整するこ
とで、ヘッドあるいはインクカートリッジがない場合に
はＡ／Ｄ変換手段１４で通常の温度検出範囲外の値とな
るように設定できる。これによって実装されているヘッ
ドあるいはカートリッジの個数を判断できる。他の動作
は第１の実施例に同じ。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、負荷の大きさを検出する手段をサーボループ外に持
ち、そのデータから適切な制御パラメータの初期値を計
算することで、速やかに最適値に収束させることがで
き、良好な制御特性を得ることができ、その効果は非常
に大きい。

【００１８】そして、負荷のうち大部分を占めるもの
が、いくつか種類の整数値で表わせる場合には、それら
の数を簡便な方法で数えられると制御パラメータの初期
値を容易に定められ便利である。印字ヘッドを搭載する
キャリッジを走査して印字する印字装置の場合通常印字
ヘッドおよびインクタンクの数を数えて負荷をほぼ定め
られるので、その数で制御パラメータの初期値を定めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の学習サーボによるモータ制御の実施例
を説明するブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例の負荷検出手段を説明す
る図。

【図３】本発明の第２の実施例の負荷検出手段を説明す
る図。

【図４】本発明の第３の実施例の負荷検出手段を説明す
る図。

【図５】従来のＰＩＤ制御によるモータ制御を説明する
ブロック図。

【図６】従来の学習サーボによるモータ制御を説明する
ブロック図。

【図７】キャリッジの速度制御例を説明する図。

【図８】エンコーダパルスから速度信号を得る一手段を
説明する図。

【符号の説明】

１ ＰＩＤ制御手段 ２ ＰＷＭ制御手段 ３ モータドライバー ４ モータ ５ 制御対象 ６ 速度検出手段 ７ データ保持手段 ８ 比例制御手段計算手段 ９ 速度減算手段 １０ 負荷検出手段 １１ 初期値計算手段 １２ メカニカルスイッチ １３ インクカートリッジ １４ Ａ／Ｄ変換手段 １５ ＣＰＵ １６ サーミスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御パラメータの初期値を設定する手段
   を持ち、さらに制御対象の動作速度を検出する手段と現
   在の制御パラメータの値および検出される動作速度の値
   から修正されるべき制御パラメータの値を計算する手段
   を持ち、その計算の結果により制御パラメータの設定値
   を修正する手段を有する、動作毎に最適な制御パラメー
   タに収束させるサーボループを持つ学習サーボモータ制
   御装置において、 制御対象の負荷を検出する手段を上記のサーボループ外
   に持ち、この負荷の検出の結果によって制御パラメータ
   の初期値を設定することを特徴とする学習サーボモータ
   制御装置。
2. 【請求項２】 印字ヘッドを搭載するキャリッジを走査
   して印字する印字装置のキャリッジの駆動を制御する学
   習サーボモータ制御装置において、 キャリッジに搭載されている印字ヘッドあるいはインク
   タンクの数またはそれらの両方のそれぞれの数を検出
   し、その検出の結果によって制御パラメータの初期値を
   設定することを特徴とする請求項１記載の学習サーボモ
   ータ制御装置。