JPH06335275A - 印字ヘッドキャリジ速度制御方式 - Google Patents
印字ヘッドキャリジ速度制御方式Info
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- JPH06335275A JPH06335275A JP5121066A JP12106693A JPH06335275A JP H06335275 A JPH06335275 A JP H06335275A JP 5121066 A JP5121066 A JP 5121066A JP 12106693 A JP12106693 A JP 12106693A JP H06335275 A JPH06335275 A JP H06335275A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
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- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J19/00—Character- or line-spacing mechanisms
- B41J19/18—Character-spacing or back-spacing mechanisms; Carriage return or release devices therefor
- B41J19/20—Positive-feed character-spacing mechanisms
- B41J19/202—Drive control means for carriage movement
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
-
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
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- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/2855—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Character Spaces And Line Spaces In Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリアルプリンタの印字ヘッドキャリジの移
動駆動装置において、印字ヘッドキャリジの速度制御の
高精度化を実現する。 【構成】 印字ヘッドキャリジとモータをベルトで接続
しているヘッドキャリジ移動機構に用い、モータの速度
信号を取り込みモータの目標速度に追従させる制御部
に、モータの速度信号１４とモータの速度指令信号１９
とを取り込み補償量を出力する制御器１６を有する。印
字ヘッドキャリジ移動系は、機構系の経年変化や環境変
化、個体のばらつきにより、制御系設計に用いた制御対
象のモデルパラメータと実際の特性とに誤差を生じる場
合が多い。本発明では、これらの変化が全て等価外乱と
して置き換えられることを用い補償を行っている。
動駆動装置において、印字ヘッドキャリジの速度制御の
高精度化を実現する。 【構成】 印字ヘッドキャリジとモータをベルトで接続
しているヘッドキャリジ移動機構に用い、モータの速度
信号を取り込みモータの目標速度に追従させる制御部
に、モータの速度信号１４とモータの速度指令信号１９
とを取り込み補償量を出力する制御器１６を有する。印
字ヘッドキャリジ移動系は、機構系の経年変化や環境変
化、個体のばらつきにより、制御系設計に用いた制御対
象のモデルパラメータと実際の特性とに誤差を生じる場
合が多い。本発明では、これらの変化が全て等価外乱と
して置き換えられることを用い補償を行っている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリアルプリンタの印
字ヘッドキャリジの移動駆動装置において、環境変化、
経年変化，個体間のばらつきを補償し、かつ機械的振動
を除去する働きを有するフィルタを提供し、印字ヘッド
キャリジの速度制御の高精度化を実現する制御方式に関
する。
字ヘッドキャリジの移動駆動装置において、環境変化、
経年変化，個体間のばらつきを補償し、かつ機械的振動
を除去する働きを有するフィルタを提供し、印字ヘッド
キャリジの速度制御の高精度化を実現する制御方式に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来のシリアルプリンタの印字ヘッドキ
ャリジの速度制御方式は、モータの速度を目標速度に追
従させるため、目標速度とモータの状態量を用いて求め
たモータ指令値を発生する制御系のみ用いたものがほと
んどである。
ャリジの速度制御方式は、モータの速度を目標速度に追
従させるため、目標速度とモータの状態量を用いて求め
たモータ指令値を発生する制御系のみ用いたものがほと
んどである。
【０００３】例えば、特開昭６３−２７７４８７号公報
の「シリアルプリンタのサーボモータ駆動制御方法」に
見られる様に、目標速度より現在の速度が速い場合は供
給電流を減らし、目標速度より現在の速度が遅い場合は
供給電流を増やす制御方式が用いられている。
の「シリアルプリンタのサーボモータ駆動制御方法」に
見られる様に、目標速度より現在の速度が速い場合は供
給電流を減らし、目標速度より現在の速度が遅い場合は
供給電流を増やす制御方式が用いられている。
【０００４】ところが、モータの特性や機構系の特性
は、経年変化や、温度変化等の環境変化に影響され変動
する。シリアルプリンタの印字は、キャリジを一定速度
で移動させ、一定時間間隔で印字信号を発生し、一定間
隔毎の印字を行う、従って、上述の特性変動が生じる
と、キャリジの速度変動が発生し、一定間隔の印字がで
きなくなり、印字位置誤差を発生する。
は、経年変化や、温度変化等の環境変化に影響され変動
する。シリアルプリンタの印字は、キャリジを一定速度
で移動させ、一定時間間隔で印字信号を発生し、一定間
隔毎の印字を行う、従って、上述の特性変動が生じる
と、キャリジの速度変動が発生し、一定間隔の印字がで
きなくなり、印字位置誤差を発生する。
【０００５】そのため、特開平４−１６４６６９号公報
の「キャリッジの駆動装置」の例では、上述の経年変化
や環境変化を負荷変動としてとらえ、この負荷変動を推
定し、実験的に得られた負荷変動と補正量の関係からモ
ータ駆動電流を算出する方式を用いている。
の「キャリッジの駆動装置」の例では、上述の経年変化
や環境変化を負荷変動としてとらえ、この負荷変動を推
定し、実験的に得られた負荷変動と補正量の関係からモ
ータ駆動電流を算出する方式を用いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のシリアルプリン
タの印字ヘッドキャリジの速度制御方式の後者の例で
は、負荷変動の補正を行うため、実験的に負荷を変動さ
せてモータの状態量の時間応答からその変動量を求め、
さらにそれに応じたモータ駆動電流の指令値を求めてい
る。実際の動作では、電源投入時にモータの状態量の時
間応答を検出し、それに応じてモータの指令値をＲＯＭ
に記録してある予め実験で得られたデータに基づき決定
している。
タの印字ヘッドキャリジの速度制御方式の後者の例で
は、負荷変動の補正を行うため、実験的に負荷を変動さ
せてモータの状態量の時間応答からその変動量を求め、
さらにそれに応じたモータ駆動電流の指令値を求めてい
る。実際の動作では、電源投入時にモータの状態量の時
間応答を検出し、それに応じてモータの指令値をＲＯＭ
に記録してある予め実験で得られたデータに基づき決定
している。
【０００７】この方法では、（１）予め実験により数種
類の負荷変動を推定し実験データを求めておくことが必
要、（２）電源投入時にモータの状態量の時間応答を求
めることが必要、（３）実験データを記憶しておくメモ
リが必要である。しかし、（１）は実験を行うための工
数の増加、（２）は電源投入時の試行動作の付加、
（３）はＲＯＭ等の部品点数の増加等の問題がある。ま
た、モータに接続している機構系の特性変動のみ補償
し、モータの温度変化の補償を行っていない。さらに、
実験的に求めたデータは実験の回数が少ないと不連続的
でより細かな補償ができず、連続的にするには実験の回
数を増やすことになり工数の増加になる。
類の負荷変動を推定し実験データを求めておくことが必
要、（２）電源投入時にモータの状態量の時間応答を求
めることが必要、（３）実験データを記憶しておくメモ
リが必要である。しかし、（１）は実験を行うための工
数の増加、（２）は電源投入時の試行動作の付加、
（３）はＲＯＭ等の部品点数の増加等の問題がある。ま
た、モータに接続している機構系の特性変動のみ補償
し、モータの温度変化の補償を行っていない。さらに、
実験的に求めたデータは実験の回数が少ないと不連続的
でより細かな補償ができず、連続的にするには実験の回
数を増やすことになり工数の増加になる。
【０００８】本発明の目的は、上述の問題点を解決した
印字ヘッドキャリジ制御方式を提供することにある。
印字ヘッドキャリジ制御方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の印字ヘッドキャ
リジ速度制御方式は、印字ヘッドキャリジとモータとを
フレキシブル伝達機構で結合し、モータの動力をフレキ
シブル伝達機構を介して印字ヘッドキャリジに伝達する
シリアルプリンタの印字ヘッドキャリジ移動機構で、モ
ータの状態量を用いて印字ヘッドキャリジの速度を目標
速度に追従させる制御器を有する印字ヘッドキャリジ移
動制御装置において、モータの状態量と、モータへの指
令値と、環境変化および経年変化による制御対象の特性
変動に相当する等価外乱とを含んだ特性方程式を前記制
御器のサンプリング時間で離散化し、前記等価外乱を前
記離散化した特性方程式を用いて推定し、前記等価外乱
を相殺する等価外乱相殺量を求め、離散化ローパスフィ
ルタを通し等価外乱補償量を算出し、前記制御器の補償
量と加算してモータの指令値とすることを特徴とする。
リジ速度制御方式は、印字ヘッドキャリジとモータとを
フレキシブル伝達機構で結合し、モータの動力をフレキ
シブル伝達機構を介して印字ヘッドキャリジに伝達する
シリアルプリンタの印字ヘッドキャリジ移動機構で、モ
ータの状態量を用いて印字ヘッドキャリジの速度を目標
速度に追従させる制御器を有する印字ヘッドキャリジ移
動制御装置において、モータの状態量と、モータへの指
令値と、環境変化および経年変化による制御対象の特性
変動に相当する等価外乱とを含んだ特性方程式を前記制
御器のサンプリング時間で離散化し、前記等価外乱を前
記離散化した特性方程式を用いて推定し、前記等価外乱
を相殺する等価外乱相殺量を求め、離散化ローパスフィ
ルタを通し等価外乱補償量を算出し、前記制御器の補償
量と加算してモータの指令値とすることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。
る。
【００１１】図２は、本発明の制御方式を適用するシリ
アルプリンタの一例を示すシリアルプリンタ構成図であ
る。印字ヘッド４がプラテン９に平行に移動し、印字ヘ
ッド４とプラテン９の間にある印字用紙８に印字を行
う。印字ヘッドキャリジ３はタイミングベルト５を介し
てモータ１の回転駆動により移動する。印字ヘッドキャ
リジ３はガイド７にガイドされて移動する。尚、モータ
１の状態信号は、モータセンサ２の出力信号を信号処理
して得られる。
アルプリンタの一例を示すシリアルプリンタ構成図であ
る。印字ヘッド４がプラテン９に平行に移動し、印字ヘ
ッド４とプラテン９の間にある印字用紙８に印字を行
う。印字ヘッドキャリジ３はタイミングベルト５を介し
てモータ１の回転駆動により移動する。印字ヘッドキャ
リジ３はガイド７にガイドされて移動する。尚、モータ
１の状態信号は、モータセンサ２の出力信号を信号処理
して得られる。
【００１２】図１は、本発明の制御方式を示すブロック
図である。
図である。
【００１３】制御対象１５は図２のシリアルプリンタの
モータ駆動系を含む制御対象を示す。制御対象１５に与
えられるモータ指令値１７によって印字ヘッドキャリジ
３は移動駆動制御される。目的速度値１９と検出したモ
ータ速度値１４の差をとり速度誤差値２０とし、制御器
１６で目的誤差値を小さくする制御器補償量１８を求め
る。制御器１６の実現の一例として、次の漸化式が上げ
られる。
モータ駆動系を含む制御対象を示す。制御対象１５に与
えられるモータ指令値１７によって印字ヘッドキャリジ
３は移動駆動制御される。目的速度値１９と検出したモ
ータ速度値１４の差をとり速度誤差値２０とし、制御器
１６で目的誤差値を小さくする制御器補償量１８を求め
る。制御器１６の実現の一例として、次の漸化式が上げ
られる。
【００１４】
【数６】
【００１５】ここで、ｕ（ｋ）は制御器補償量、ＫP は
比例ゲイン、ＫI は積分ゲイン、ｒｅｆ（ｋ）はモータ
目標速度値、ｙ（ｋ）はモータ速度値をそれぞれ示す。
比例ゲイン、ＫI は積分ゲイン、ｒｅｆ（ｋ）はモータ
目標速度値、ｙ（ｋ）はモータ速度値をそれぞれ示す。
【００１６】等価外乱推定部１０では、環境変化や経年
変化による状態量の変動に相当する等価外乱推定値１２
を推定し等価外乱相殺量１２を求め、それを離散ローパ
スフィルタ１１に通し、等価外乱補償量１３を求める。
変化による状態量の変動に相当する等価外乱推定値１２
を推定し等価外乱相殺量１２を求め、それを離散ローパ
スフィルタ１１に通し、等価外乱補償量１３を求める。
【００１７】得られた等価外乱補償量１３を制御器補償
量１８と加算し、モータ指令値を求め、制御対象に与え
る。
量１８と加算し、モータ指令値を求め、制御対象に与え
る。
【００１８】さらに詳細に等価外乱推定部１０と離散ロ
ーパスフィルタの実現方法について述べる。
ーパスフィルタの実現方法について述べる。
【００１９】図２の制御対象の物理方程式は次のように
表される。
表される。
【００２０】ベルトの弾性力
【００２１】
【数７】
【００２２】これらの方程式から簡略化したモデルを作
成する。式（５）を電気時定数は機械時定数より充分小
さい（Ｌ／Ｒ）＝０と仮定すると
成する。式（５）を電気時定数は機械時定数より充分小
さい（Ｌ／Ｒ）＝０と仮定すると
【００２３】
【数８】
【００２４】となる。また、式（２）〜（４）において
Ｔ2 ＝０とおくと、
Ｔ2 ＝０とおくと、
【００２５】
【数９】
【００２６】となる。さらにベルトの剛性がないものと
しｘ＝ｒθ1 と仮定すると、式（７）は
しｘ＝ｒθ1 と仮定すると、式（７）は
【００２７】
【数１０】
【００２８】となる。これで次の変数変換を行い、
【００２９】
【数１１】
【００３０】式（６）および
【００３１】
【数１２】
【００３２】を用いて制御対象モデルを次のように簡略
化する。
化する。
【００３３】
【数１３】
【００３４】等価外乱ｄを含んだ制御対象の状態方程式
は
は
【００３５】
【数１４】
【００３６】となる。ここで、
【００３７】
【数１５】
【００３８】である。これを、制御器のサンプリング時
間で離散化し、
間で離散化し、
【００３９】
【数１６】
【００４０】を得、外乱を相殺する。
【００４１】
【数１７】
【００４２】に、離散ローパスフィルタ（１−ｐ）／
（ｚ−ｐ）を付加した
（ｚ−ｐ）を付加した
【００４３】
【数１８】
【００４４】を用いて、等価外乱補償量Ｕr （ｚ）が得
られる。これを漸化式に直すと、
られる。これを漸化式に直すと、
【００４５】
【数１９】
【００４６】となる。
【００４７】図３に、式（１５）を実現するブロック図
を示す。
を示す。
【００４８】等価外乱補償を行った場合の目標Ｒ、等価
外乱Ｄ、制御量Ｙの伝達特性は、
外乱Ｄ、制御量Ｙの伝達特性は、
【００４９】
【数２０】
【００５０】で表される。補償を行わない場合は、
【００５１】
【数２１】
【００５２】となる。
【００５３】図４に、（１−ＧLd）の周波数応答結果図
を示す。曲線３０は１−ＧLdのゲインを、曲線３１は１
−ＧLdの位相を示す。図より低周波数域において、等価
外乱Ｄ（ｚ）が抑圧されることが明らかである。
を示す。曲線３０は１−ＧLdのゲインを、曲線３１は１
−ＧLdの位相を示す。図より低周波数域において、等価
外乱Ｄ（ｚ）が抑圧されることが明らかである。
【００５４】また、図５に目標Ｒから制御量Ｙまでの周
波数応答結果を示す。曲線３２はゲインを、曲線３３は
位相を示している。この場合、補償の有無に関係なく周
波数応答に変化がない。
波数応答結果を示す。曲線３２はゲインを、曲線３３は
位相を示している。この場合、補償の有無に関係なく周
波数応答に変化がない。
【００５５】さらに、図６に目標Ｒから等価外乱Ｄまで
のゲインおよび位相の周波数応答結果を示す。実線３
６，３８は補償ありを示し、鎖線３７，３９は補償なし
を示す。補償を行うことにより等価外乱が抑圧される。
のゲインおよび位相の周波数応答結果を示す。実線３
６，３８は補償ありを示し、鎖線３７，３９は補償なし
を示す。補償を行うことにより等価外乱が抑圧される。
【００５６】従って、本発明の制御方式を用いると、制
御特性を変化させずに環境変化や経年変化に相当する等
価外乱を抑圧できることが明らかである。
御特性を変化させずに環境変化や経年変化に相当する等
価外乱を抑圧できることが明らかである。
【００５７】図７にモータ速度応答結果図を示す。図に
おいて、曲線４０は常温で補償器がある場合の速度応答
結果を、曲線４１は高温で補償器がある場合の速度応答
結果を、曲線４２は常温または高温で補償器がない場合
の速度応答結果を示す。図７によれば、速度のオーバー
シュートが、補償しない結果より補償した結果の方が少
ないことがわかる。
おいて、曲線４０は常温で補償器がある場合の速度応答
結果を、曲線４１は高温で補償器がある場合の速度応答
結果を、曲線４２は常温または高温で補償器がない場合
の速度応答結果を示す。図７によれば、速度のオーバー
シュートが、補償しない結果より補償した結果の方が少
ないことがわかる。
【００５８】
【発明の効果】本発明の印字ヘッドキャリジ速度制御方
式を用いると、環境変化や経年変化が生じても制御特性
に対する影響は少ない。また、補償器を用いることで、
温度変化による特性変動が抑制される。
式を用いると、環境変化や経年変化が生じても制御特性
に対する影響は少ない。また、補償器を用いることで、
温度変化による特性変動が抑制される。
【００５９】また、本発明の制御方式は非常に単純な構
成であるため、ＣＰＵ等の演算プロセッサで制御器を実
現する際は、式（１５）をプログラム化するだけでよ
い。つまり、従来の制御プログラムに数行加えるだけで
よい。従って、コスト上の問題を発生しない。
成であるため、ＣＰＵ等の演算プロセッサで制御器を実
現する際は、式（１５）をプログラム化するだけでよ
い。つまり、従来の制御プログラムに数行加えるだけで
よい。従って、コスト上の問題を発生しない。
【００６０】さらに、解析的に式（１５）が求められ、
繰り返しの実験を行う必要もない。制御方式はフィード
バック的に補償を行うため、予測できない外乱等にも補
償が可能である。
繰り返しの実験を行う必要もない。制御方式はフィード
バック的に補償を行うため、予測できない外乱等にも補
償が可能である。
【００６１】以上示したように、シリアルプリンタに本
発明の制御方式を適用することで、環境変化や経年変化
が発生しても印字品質を損なわない製品を実現すること
が可能になる。
発明の制御方式を適用することで、環境変化や経年変化
が発生しても印字品質を損なわない製品を実現すること
が可能になる。
【図１】本発明の制御方式のブロック図である。
【図２】シリアルプリンタの構成図である。
【図３】本発明の等価外乱補償ブロック図である。
【図４】（１−ＧLd）の周波数応答図である。
【図５】モータ目標速度−モータ速度の周波数応答図で
ある。
ある。
【図６】等価外乱−モータ速度の周波数応答図である。
【図７】モータ速度応答図である。
１ モータ ２ モータセンサ ３ 印字ヘッドキャリジ ４ 印字ヘッド ５ タイミングベルト ６ アイドルプーリ ７ ガイド ８ 印字用紙 ９ プラテン １０ 等価外乱推定部 １１ 離散ローパスフィルタ １２ 等価外乱相殺量 １３ 等価外乱補償量 １４ モータ速度値 １５ 制御対象 １６ 制御器 １７ モータ指令値 １８ 制御器補償量 １９ 目標速度値 ２０ 速度誤差値
Claims (2)
- 【請求項１】印字ヘッドキャリジとモータとをフレキシ
ブル伝達機構で結合し、モータの動力をフレキシブル伝
達機構を介して印字ヘッドキャリジに伝達するシリアル
プリンタの印字ヘッドキャリジ移動機構で、モータの状
態量を用いて印字ヘッドキャリジの速度を目標速度に追
従させる制御器を有する印字ヘッドキャリジ移動制御装
置において、 モータの状態量と、モータへの指令値と、環境変化およ
び経年変化による制御対象の特性変動に相当する等価外
乱とを含んだ特性方程式を前記制御器のサンプリング時
間で離散化し、前記等価外乱を前記離散化した特性方程
式を用いて推定し、前記等価外乱を相殺する等価外乱相
殺量を求め、離散化ローパスフィルタを通し等価外乱補
償量を算出し、前記制御器の補償量と加算してモータの
指令値とすることを特徴とする印字ヘッドキャリジ速度
制御方式。 - 【請求項２】印字ヘッドキャリジとモータをベルトで接
続しているヘッドキャリジ移動機構に用い、モータの速
度信号を取り込みモータの目標速度に追従させる制御部
に、モータの速度信号とモータの速度指令信号とを取り
込み補償量を出力する制御器を有する印字ヘッドキャリ
ジ速度制御方式において、 環境変化等の設計モデルとの誤差に相当する等価外乱を
含む制御対象モデル式 【数１】 （ｘ：モータ速度、ｕ：モータ速度指令値、α：入力係
数、β：システム係数、ｄ：等価外乱）を、 【数２】 （ｘd ：モータ速度、ｕ：モータ速度指令値、αd ：入
力係数、βd ：システム係数、ｄ：等価外乱）と離散化
し、外乱を推定する 【数３】 に、離散ローパスフィルタ（１−ｐ）／（ｚ−ｐ）を付
加した 【数４】 で、環境変化および経年変化を補償する補償量を得て、 上記式を基に次の漸化式 【数５】 を得て、これによって補償量を算出し、前記制御器の補
償量と加算してモータ指令値とすることを特徴とする印
字ヘッドキャリジ速度制御方式。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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