JPH0823699A

JPH0823699A - モータ駆動制御装置

Info

Publication number: JPH0823699A
Application number: JP6155706A
Authority: JP
Inventors: Akira Takasu; 亮高須
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動モータの立上げ駆動時または制動時の動
作を、ＣＰＵの負担を軽減しつつ、安定化させるモータ
駆動制御装置を提供する。【構成】駆動モータの立上げ駆動時の速度カーブを算
出するにあたって、立上げ開始時から立上げ終了時
（Ｔ）までの中間時点に切換点をＴ／３〜Ｔ／１．５の
範囲で設定する。立上げ開始から切換時点までを速度変
化が徐々に増加するエリアとして逆対数関数でその速度
カーブを算出する。一方、切換点から立上げ終了時点ま
でを速度変化が徐々に減少するエリアとして、正対数関
数でその速度カーブを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はモータ駆動制御装置に
関し、特にパルスモータを駆動源として負荷装置に連結
する場合のモータ駆動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は一般のパルスモータの立上げ駆
動時のパルスレートの立上げ曲線を示した図である。

【０００３】図を参照して、区間Ａは起動パルスレート
からのパルスレートの変化の少ない初期であり、区間Ｂ
は目標加速時間を達成するためにパルスレートの加速勾
配が大きくなる中間期であり、区間Ｃは立上げ目標パル
スレート付近でのパルスレートの変化の少ない後期であ
る。このように立上げ曲線をいわゆるＳ字カーブとして
いるのは、使用するモータが近年一般に小型化（低トル
ク化）の傾向にあり、また加速終了時に生じるオーバー
シュートやアンダーシュートによるモータの立上げ駆動
時の振動を抑える必要があるからである。なお、ステッ
ピングモータの立上げ駆動時におけるオーバーシュート
を低減させるために、加速終了時点で減速域を設けたも
のが特開昭５７−２１２４６６号公報において開示され
ている。

【０００４】また、モータの制動時にも同様にアンダー
シュートの問題があるため制動曲線としては逆Ｓ字カー
ブとする必要がある。

【０００５】このような立上げまたは立下げ曲線は従来
サイン関数による補間、スプライン関数、ベェジュ関数
を用いて求めるのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１３は上記のような
観点から定めた起動時および目標速度付近において速度
変化の少ない速度カーブである。

【０００７】従来のモータ加速制御においては、予めプ
ログラム的にサイン（スプライン、ベェジュ）関数が格
納されている。そして、ＣＰＵでは、起動（ｔ＝０）〜
加速終了（ｔ＝ｔ₄）までの特定時点（ｔ₁〜ｔ₃）の
各々で目標速度となる（ｔ₁→ｖ₁，ｔ₂→ｖ₂，ｔ₃
→ｖ₃）関数を演算処理で導き出し、その関数で特定時
点（ｔ₁〜ｔ₄）の間の速度を算出する。たとえば、ｔ
₁〜ｔ₂の間であれば、演算された関数でそのカーブを
求め、その間の速度を算出する。そして、時点ｔ₁とｔ
₅との間で示されているように、細かい時間間隔ごと、
すなわちカーブにおける微小時間間隔で速度データを算
出し、ＲＡＭに格納する。その後、算出した速度データ
（ステッピングモータならパルスレートとその切換間
隔）でモータを制御する。

【０００８】しかし、図１３のような滑らかな加速カー
ブで加速するために前述のような関数で各特定時点間を
補間するのには以下の問題点がある。

【０００９】まず第１に上記関数においては、各特定時
点間を独立して直線またはその関数の持つ特有な曲線で
補間する傾向がある。たとえば、特定時点として、粗い
間隔でｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄をとり、その時点での目
標速度を通るような関数を設定すると図１４のようにな
ってしまいスムーズな加速カーブとはならない。

【００１０】これを防止し、滑らかな加速カーブにする
には、図１５のように速度カーブの変曲部（カーブのき
つい曲率大の部分）において、細かい間隔をおいて特定
時点を設定し、各時点の目標速度を通るような関数を演
算する必要がある。しかし、関数補間ではデータが増え
ると処理負担が大であるため、このような算出方法にお
いては、ＣＰＵの処理負担が大となり、ビット、処理ス
ピードの大きなＣＰＵが必要となる。一方、ＣＰＵ自体
を変えないとすれば、１つのＣＰＵで制御できるモータ
の個数を減らすことが必要となる。

【００１１】さらに、実際の制御においては、ＲＡＭの
容量等やリアルタイムにマルチ処理する等の問題もあ
る。たとえば、ｔ₁〜ｔ₂間の関数算出→ｔ₁→ｔ₂間
の速度データ算出→ＲＡＭに格納→ｔ₂〜ｔ₃間の関数
算出→ｔ₂〜ｔ₃間の速度データ算出→ＲＡＭに格納と
いったように、一度にｔ＝０〜ｔ＝ｔ₄間の速度データ
を算出するのではなく、各特定時点間の速度データを順
次算出するといった処理をすることもあり、ＣＰＵの処
理負担についてはより顕著なものとなる。

【００１２】次の問題点として、サイン補間において
は、特定時点の２点間をサインカーブで補間する傾向に
あり、その凸部でオーバーシュート、その凹部でアンダ
ーシュートが発生する傾向があり、目標速度ｖ₄付近で
の速度は安定しなくなるおそれがある。

【００１３】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、駆動モータの立上げ駆動時および
制動時の動作をＣＰＵの負担を軽減しつつ、安定化させ
るモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】駆動モータと、駆動モー
タを駆動するモータ駆動手段と、駆動モータの立上げ駆
動時または制動時における第１の特定時点、第１の特定
時点より時刻的に遅れた第２の特定時点および第２の特
定時点より時刻的に遅れた第３の特定時点の各々におけ
る、時間データおよび速度データを記憶する記憶手段
と、記憶された時間データおよび速度データを用い、立
上げ駆動時にあっては、第１の特定時点と第２の特定時
点との間を時間と速度とを変数とする正対数関数で、第
２の特定時点と第３の特定時点との間を時間と速度とを
変数とする負対数関数で補間し、制動時にあっては、第
１の特定時点と第２の特定時点との間を時間と速度とを
変数とする負対数関数で、第２の特定時点と第３の特定
時点との間を時間と速度とを変数とする正対数関数で補
間し、補間した関数に基づいて、特定時点間の時点にお
ける速度データを演算する演算手段と、演算された速度
データに基づいて、モータ駆動手段を制御する制御手段
とを備えたものである。

【００１５】

【作用】この発明に係るモータ駆動制御装置は、特定時
点間が正対数関数および負対数関数によって補間され、
特定時点間の時点の速度データが演算されるので、これ
によってモータ駆動手段が制御される。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例による複写機の用
紙搬送用モータの概略構成を示した図である。

【００１７】図を参照して、複写機の紙搬送は用紙トレ
イ１から給紙ローラ３により搬送ローラ５に複写用紙が
送られる。搬送ローラ５は、トナーカセット６によって
顕像化された感光体７上のトナー付着像の位置と同期を
とって回転し、定着ローラ９へ複写用紙を搬送する。定
着ローラ９によってトナー付着像が定着された用紙は排
出トレイ１１に排出される。

【００１８】ここで、搬送ローラ５は、搬送開始から用
紙先端が感光体７との接触点Ａに至るまでにその回転速
度を感光体７の周速まで立上げることと、その回転むら
等による用紙の送りむらのない状態にしなければならな
い。

【００１９】図２は図１の搬送ローラの駆動部分の構造
を示した概略斜視図である。図を参照して、搬送ローラ
５は１対のローラ５ａ，５ｂより構成され、その間に、
用紙１３を挟んで搬送する。そして搬送ローラ５の駆動
ローラ５ｂは伝達部１７を介して搬送モータ１５によっ
て駆動制御される。

【００２０】図３は図１および図２で示された搬送ロー
ラの立上げ駆動時の具体的な加速カーブを示した図であ
る。

【００２１】図を参照して、搬送ローラ５の回転速度を
駆動モータの駆動によって用紙１３の先端が感光体７に
突入する時点（Ｔ）までに、感光体７の周速と同速であ
る目標速度ｖ₀に立上げる必要があり、かつ時点Ｔ以降
において回転むら（速度変動）の少ないようにする必要
がある。

【００２２】この実施例では、モータの低トルク化、加
速終了時におけるオーバーシュート／アンダーシュート
の防止（低減）および加速期間の短縮化を図るため、図
３のように、起動時に速度変化の少ない初期、目標速度
ｖ₀付近での速度変化の少ない後期、その間の加速勾配
の大の中間期からなる速度カーブで駆動モータを制御す
る。具体的には、速度カーブは、Ｔ／３からＴ／１．５
の時点を切換点として、２つの曲線（−ｌｏｇエリア，
ｌｏｇエリアにおけるもの）をスムーズに接続すること
によって構成されている。ここで、−ｌｏｇエリアと
は、速度変化が徐々に増加するエリアをいい、ｌｏｇエ
リアとは、速度変化が徐々に減少するエリアをいう。

【００２３】なお、この実施例においては、搬送モータ
１５として用いる駆動モータとして、ステッピングモー
タを採用しており、パルスレート（ＰＰＳ）を切換タイ
ミングで切換えて、速度変化を持たせるようにしてい
る。

【００２４】次に、ステッピングモータの制御回路の構
成および制御方式について説明する。

【００２５】図４はステッピングモータの制御回路の概
略を示すブロック図である。図を参照して、ステッピン
グモータ１９の固定側コイルは４極あり、Ａ相、Ｂ相、
Ｃ相、Ｄ相と称する。各極にはＣＰＵを中心として構成
されるマイクロコンピュータ２１の出力ポートより、ド
ライバ回路２３を介して信号が出力される。マイクロコ
ンピュータ２１の入力ポートには、センサＳＥおよびそ
の他のスイッチ類２５からスタート／ストップ信号が入
力される。またＲＡＭ２７には、ステッピングモータ１
９を駆動するためのデータが記憶されており、マイクロ
コンピュータ２１はＲＯＭ２９に記憶されたプログラム
に従い、ＲＡＭ２７よりデータを読出してステッピング
モータを駆動する。図５は２相励磁方式、１−２相励磁
方式における定速制御での電流波形図を示している。

【００２６】図を参照して、横軸が時間軸であり、各相
への入力電流の変化が示されている。ここでハイレベル
の信号を“１”、ローレベルの信号を“０”としたと
き、２相励磁の場合、（０，１，１，０）−（１，１，
０．０）−（１，０，０，１）−（０，０，１，１）の
ように４つの入力パターンが繰り返される。これらの入
力信号はそれぞれ順に、ＲＡＭ２７に記憶されており、
マイクロコンピュータ２１はＲＡＭ２７よりこのデータ
を読出し、一定周期ごとにステッピングモータ１９に与
える。同様に１−２相励磁においては、８つの入力パタ
ーンがＲＡＭ２７に記憶されており、マイクロコンピュ
ータ２１は、２相励磁方式の倍の周期でこの信号をステ
ッピングモータ１９に与える。これにより、ステッピン
グモータ１９は、２相励磁と１−２相励磁において同じ
速度で回転駆動される。なお、ここでは定速制御での様
子を示したが、先に述べたスローアップ制御、スローダ
ウン制御においても、ＲＡＭ２７より所定のデータを読
出しステッピングモータ１９に信号を与える。

【００２７】図６はこの発明の一実施例による速度カー
ブであって、各特定時点に対応する駆動速度（パルスレ
ート）を記入した図である。

【００２８】この実施例においては、図に示されている
特定時点ｔ₀，ｔ₂，ｔ₄における目標低度がｖ₀，ｖ
₂，ｖ₄となるｌｏｇ関数を演算処理で算出し、この関
数での各特定時点間における速度データを算出してい
る。なお、ｔ₀〜ｔ₄，ｖ₀〜ｖ₄の時間データ、速度
データは予めＲＡＭに記憶されている。具体的には、ｔ
₀〜ｔ₂（ｔ₀＝０とする）間においては（逆対数域に
おいては）、

【００２９】

【数１】

【００３０】の関数で補間し、ｔ₂〜ｔ₄間においては
（正対数域においては）、

【００３１】

【数２】

【００３２】の関数で補間し、各特定時点間の各時点ｔ
における速度データを算出している。この関数による各
特定時点間の補間のメリットは、スプライン、サイン、
ベェジュ関数による補間のごとく、カーブの曲率が大き
い部分（ｔ₁〜ｔ₂、ｔ₃〜ｔ₄）において多数の特定
時点間を設け、各特定時点における目標速度を通るよう
な関数を演算処理で算出するといった処理の負担はな
く、少なくとも３つの特定時点（ｔ₀，ｔ₂，ｔ₄）の
設定で比較的滑らかなカーブで補間できるので、ＣＰＵ
への処理の負担が少ないという利点がある。これは主に
上述のような起動時、目標速度付近時での加速勾配が小
で、その間の速度勾配が急であるようなカーブにおい
て、逆対数関数および正対数関数におけるｌｏｇカーブ
で補間した場合には、関数の性格上、特定時点を多数設
けなくても、滑らかなカーブで補間できるという点を利
用したものである。なお、ここで逆対数関数とは、
（１）式の関数、すなわち時間変化に対して速度が、正
の指数を持つ指数関数的に変化する関数をいい、正対数
関数とは、（２）式の関数、すなわち時間変化に対して
速度が、負の指数を持つ指数関数的に変化する関数をい
う。

【００３３】図７は図４のＣＰＵ２１による駆動制御の
具体的なフローチャートである。まず、ステップＳ１に
おいてスタート信号がオンとなると、ステップＳ２で補
間用のｌｏｇ関数が算出されて、各特定時点間の速度デ
ータが演算される。そして、ステップＳ３において、演
算された速度データはＲＡＭに書込まれる。

【００３４】このようにして、演算処理が終了すると
（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ５以降では実際
のモータの制御が行なわれる。すなわち、ステップＳ５
においてＲＡＭ内に格納されている速度データを順次読
出し、ステップＳ６でその速度データをパルスレート、
レート切換えタイミング等のデータへの置換をする。そ
して置換されたパルスデータでモータを駆動して立上げ
駆動させるためにドライバ回路２３にパルス出力し、以
後ストップ信号がオンとなるまでステップＳ５〜Ｓ７の
処理を繰り返す。

【００３５】なお、上記実施例では、図６における
ｔ₀，ｔ₂，ｔ₄の特定時点における目標速度を通るよ
うに逆対数および正対数のｌｏｇカーブで速度カーブを
補間するようにしていた。この補間では、演算の処理負
担が一番少ないが、以下の他の実施例のようにすれば、
この上記実施例よりは若干演算の処理負担は増えるもの
のより細かな速度制御が可能となり、また従来例に比較
すると処理負担ははるかに少なく、速度カーブを補間す
ることができる。

【００３６】具体的にはｔ₀，ｔ₂，ｔ₄の３つの特定
時点の速度データ（ｖ₀，ｖ₂，ｖ ₄）および時間デー
タ（ｔ₀，ｔ₂，ｔ₄）のみではなく、ｔ₁，ｔ₃の時
点およびその速度データ（ｖ₁，ｖ₃）も加え計５点間
の特定時点間を補間する。

【００３７】ｔ₀〜ｔ₁間にあっては、（１）式におい
て（ｔ₀，ｖ₀）、（ｔ₁，ｖ₁）を通るようにａ，ｂ
（これをａ₁，ｂ₁とする）を算出し、ｔ₁〜ｔ₂間に
あっては、（１）式において、（ｔ₁，ｖ₁）、
（ｔ₂，ｖ₂）を通るようにａ，ｂ（これをａ₂，
ｂ₂）とする）を算出し、ｔ₂〜ｔ₃間にあっては、
（２）式において、（ｔ₂，ｖ₂）、（ｔ₃，ｖ₃）を
通るようにｃ（これをｃ₁とする）を算出し、ｔ₃〜ｔ
₄間にあっては、（２）式において、（ｔ₃，ｖ₃）、
（ｔ₄，ｖ₄）を通るようにｃ（これをｃ₂とする）を
算出し、各間のｖとｔの関係式を求めて補間する。これ
によって、ｔ₁，ｔ₃の時点でｖ₁，ｖ₃となるような
速度データが算出できる。なお、各特定時点での接続で
滑らかなカーブ変化をさせるため、各特定時点間でｋを
変えてもよい。これは、先の実施例によってｔ₀，
ｔ₂，ｔ₄の３点で補間したカーブから（ｔ₁，
ｖ₁）、（ｔ₃，ｖ₃）が大きくずれているときに特に
有効である。

【００３８】次に、本願発明の実施例によるｌｏｇ関数
と、ベェジュ関数、サイン関数の各々による補間におけ
る処理負担を比較してみる。

【００３９】図９〜図１１は図６で示されている速度カ
ーブに対する特定時点ｔ₀からｔ₄までのパルスレート
と総時間との変化を示した一例である。

【００４０】ベェジュ関数による補間の場合、このパル
スレートを設定するための補間関数を求めるには、２４
×５＝１２０回、サイン関数による補間の場合は、３×
６×６＝１０８回の計算回数が必要であったのに対し、
本願発明の実施例によるｌｏｇ関数による補間の場合
は、３〜５回の計算回数でよく、従来の補間関数による
ものに比べて演算回数を１〜１０以下に抑えることが可
能となる。

【００４１】次に図６における時点ｔ₂における切換
え、すなわち逆対数でのｌｏｇカーブによる速度制御か
ら正対数でのｌｏｇカーブによる速度制御の切換えにつ
いて説明する。

【００４２】図６の実施例では、時点ｔ₀から時点ｔ₂
までの時間を目標速度ｖ₄（加速終了）に達するまでに
要する時間（時点ｔ₀から時点ｔ₄までの時間）の半分
にしていた。すなわち、図３において一般的な負荷であ
れば切替点をＴ／２の位置にすることで良好な立上げ特
性を示す。しかし、駆動対象（この実施例ではタイミン
グローラ）の慣性トルク、負荷トルクに合せ以下のよう
に構成すればより効果がある。

【００４３】すなわち、図８に示すように、ＧＤ²（Ｇ
はローラ重量、Ｄはローラ径）が負荷トルクより大きい
かまたは小さい場合には、その切換点をＴ／３〜Ｔ／
１．５内で移動することでより良好な立上げ特性が得ら
れる。

【００４４】具体的にはＧＤ²が負荷トルクより十分大
きい場合には、目標パルスレート付近でのオーバーシュ
ートの発生が大きく、振動の収束も遅いために、図８の
（１）に示すように切換点を起動時側にシフトさせ、目
標パルスレート付近での変化を小さくし、そのエリアを
拡大することで、立上げ時間Ｔ後の状態をより安定化す
ることができる。

【００４５】また、ＧＤ²が負荷トルクより十分小さい
場合には、起動時におけるモータのトルクが大とならな
いように、図８の（２）に示すように切換点を収束時側
にシフトさせ、起動時付近でのパルスレートの変化が小
さいエリアを拡大すればよい。

【００４６】なお、上記各実施例では、起動→加速→加
速終了・定速駆動開始におけるモータの駆動制御の例に
ついて説明したが、定速終了・減速開始→減速→停止に
おいても速度カーブをｌｏｇカーブ（この場合対数の正
負は逆となる）で補間しても、同様の効果（処理負担を
減らす）が得られ、また停止付近における速度変化が小
さいため、停止精度も向上する。

【００４７】

【発明の効果】この発明は以上説明したとおり、特定時
点間が正対数関数および負対数関数によって補間され、
特定時点間の時点の速度データが演算され、これによっ
てモータ駆動手段が制御されるので、演算手段の負担を
軽減し、かつ効率的な駆動モータの駆動制御が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による複写機の紙搬送用部
分の概略構成を示した図である。

【図２】図１の搬送ローラの駆動部分の構造を示した概
略斜視図である。

【図３】図１および図２で示された搬送ローラの立上げ
駆動時の具体的な加速カーブを示した図である。

【図４】図２の搬送モータとして用いられるステッピン
グモータの制御回路の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図５】図４のステッピングモータに対する２相励磁方
式、１−２相励磁方式における定速制御での電流波形図
である。

【図６】この発明の一実施例による速度カーブであっ
て、各特定時点と、対応する駆動速度（パルスレート）
を記入した図である。

【図７】図４のマイクロコンピュータ２１による駆動制
御の具体的なフローチャートである。

【図８】この発明の第２の実施例による速度カーブであ
って、駆動対象の慣性トルクや負荷トルクに合せて適用
した速度カーブを示した図である。

【図９】図６で示されている速度カーブに対する特定時
点ｔ₀からｔ₄までのパルスレートと総時間との変化を
示した表の一部である。

【図１０】図６で示されている速度カーブに対する特定
時点ｔ₀からｔ₄までのパルスレートと総時間との変化
を示した表の他の一部である。

【図１１】図６で示されている速度カーブに対する特定
時点ｔ₀からｔ₄までのパルスレートと総時間との変化
を示した表のさらに他の一部である。

【図１２】一般のパルスモータの立上げ駆動時のパルス
レートの立上げ曲線を示した図である。

【図１３】従来技術による速度カーブの演算処理内容を
説明するための図である。

【図１４】従来技術の問題点を説明するための図であっ
て、速度カーブに対して各時点間を直線で補間した場合
と、曲線で補間した場合の例を示した図である。

【図１５】従来技術の問題点を示すための図であって、
スムーズな加速カーブを得るために必要な特定時点の数
を示した図である。

【符号の説明】

１５搬送モータ１９ステッピングモータ２１マイクロコンピュータ２３ドライバ回路２７ＲＡＭ２９ＲＯＭなお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動モータと、前記駆動モータを駆動するモータ駆動手段と、前記駆動モータの立上げ駆動時または制動時における第
１の特定時点、前記第１の特定時点より時刻的に遅れた
第２の特定時点および前記第２の特定時点より時刻的に
遅れた第３の特定時点の各々における、時間データおよ
び速度データを記憶する記憶手段と、前記記憶された時間データおよび速度データを用い、前
記立上げ駆動時にあっては、前記第１の特定時点と前記
第２の特定時点との間を時間と速度とを変数とする正対
数関数で、前記第２の特定時点と前記第３の特定時点と
の間を時間と速度とを変数とする負対数関数で補間し、
前記制動時にあっては、前記第１の特定時点と前記第２
の特定時点との間を時間と速度とを変数とする負対数関
数で、前記第２の特定時点と前記第３の特定時点との間
を時間と速度とを変数とする正対数関数で補間し、前記
補間した関数に基づいて前記特定時点間の時点における
速度データを演算する演算手段と、前記演算された速度データに基づいて、前記モータ駆動
手段を制御する制御手段とを備えた、モータ駆動制御装
置。