JPS6159070B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、直流モータを任意の設定速度で、定
速回転させるための制御装置に関する。

〔従来技術〕

従来、直流モータの定速制御方式としては、 １ モータの回転速度に比例して発生する、巻線
の逆起電圧により、抵抗ブリツジ回路を構成
し、抵抗に関する平衡条件を用いる方法。

２ モータの回転速度に比例した電圧または周波
数の信号を発生する、回転速度検出手段を用
い、この信号を周波数→電圧変換し、設定速度
に相当する電圧との差に比例した通電量をモー
タに加える方法。

３ ２と同様の回転速度検出手段を用い、この信
号と設定速度に相当する基準周波数と位相比較
して、位相差信号をループフイルタを通し、こ
の信号により、モータへの通電量を制御する方
式。

等がある。

しかし、１の方法においては、逆起電圧の温度
特性が悪く、温度補償が困難である。２の方式
は、検出信号の温度による影響がないが、周波
数・電圧変換器を構成する低域通過フイルタの時
定数に応じた応答の遅れが生じる。３の方式は、
モータの回転数が設定値に近いときの微調用とし
て、基準信号との位相差まで制御する場合に用い
られ、２の制御と併用されることが多い。しか
し、この方式においても、２と同様の欠点を有す
る。立ち上りの応答を速くするために、フイルタ
の出力を強制的に固定に切り換える方法もある
が、設定スピードを広い範囲に変化させるために
は、タイミングを切り換えたり、フイルタの時定
数を切り換えなければならず、構成が複雑にな
る。

〔目的〕

本発明は、上記欠点を解決し、広い範囲にわた
つて速度の設定が可能であり、応答時間も、短い
制御装置を簡単な構成で提供することを目的とす
るものである。また、本発明は、性能が高く、価
格が廉くなつたマイクロコンピユータに適した方
式であり、マイクロコンピユータを用いることに
より、構成も極めて簡単にすることが出来る。

〔発明の要約〕

一般に直流モータは狭い範囲の回転速度におい
て、近似的には、一定の電流を通電すると、モー
タのトルクと負荷によつて定まる一定の加速度を
示す。またモータへの通電をオフすると、負荷の
摩擦によつて定まる、一定の負の加速度を示す。
この加速度をαON，αOFFとすると、この値を
あらかじめ、マイクロコンピユータに記憶させて
おくことにより、第４図に示すような制御が可能
である。即ち速度Ｖにおいて、ある時間Ｔ_ONだけ
モータへの通電を行い、設定速度Ｖより、ある速
度ΔV₁だけ速い回転速度に加速する。その後モ
ータの速度検出用のエンコーダパルスが入力され
るまで、モータへの通電をしや断して、設定速度
ＶよりΔV₂だけ低い速度に減速する。そしてΔ
V₁とΔV₂とが等しくなるように、モータへの通
電時間Ｔ_ONを、上記加速度αON，αOFFとから
コンピユータによつて予測して定める。このよう
な制御によつてモータの平均速度を設定速度Ｖと
することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例に
ついて説明する。

第１図は本発明の実施例として、複数段の複写
倍率を有する、可変倍複写機の光学走査系の駆動
に用いた例である。１は、照明系を含んだ走査系
で２は走査系を駆動するための直流モータであ
る。３は、直流モータ２の回転速度を検出するた
めの、エンコーダで、直流モータ２の回転速度に
比例した周波数のパルスが得られる。

第２図は直流モータ２の速度を制御するための
制御回路の構成を示しており、１０は直流モータ
への通電をオン・オフするためのスイツチング回
路で正転・逆転も切り換えることが出来る。

１１はスイツチング回路１０を制御するための
マイクロコンピユータを用いた制御部であつて、
この制御部１１は８ビツトの内部タイマを有す
る。

制御部１１には複写機の複写倍率に対応して設
定されるモータ２の設定速度Ｖ、走査系１を正転
或いは逆転させる走査指令Ｓ、停止（ブレーキ）
指令Ｂ等の複写に要する種々の制御信号が印加さ
れるとともに、波形整形回路１２を介して、直流
モータ２の速度検出用のエンコーダ３から、モー
タの実速度ｖに対応したパルス間隔を有するパル
スが印加され、さらに該エンコーダ３からのパル
ス間隔を測定するための固定周波数の基準パルス
が基準発振器１３から印加される。そして制御部
１１において、エンコーダ３から生じる。互いに
隣接する２個のパルス間隔の間に、基準発振器１
３から生じるパルスの数を内部タイマで計数し、
その計数値T₁から直流モータ２の回転速度を算
出する。この実施例ではエンコーダは、直流モー
タ２の１回転につき50個のパルスを発生し、一
方、基準発振器の発振周波数は、200KHzであ
る。たとえば、直流モータ２が400rpmで定速回
転しているとき、制御部１１で計数される基準発
振のパルス数は600となるように設定されてい
る。そして、直流モータ２の回転速度が早くなる
と、エンコーダ３からのパルス間隔が短くなるの
で、マイクロコンピユータの処理が追従できなく
なり、結果的に直流モータ２の検出速度の精度が
低下する。このような不具合を防止するためたと
えばエンコーダ３の出力側に分周器を設けてもよ
い。

制御部１１には直流モータ２をこの発明の原理
にしたがつて速度制御するための第３図イ〜ニに
示すプログラムが記憶されているとともに、通常
の複写動作を実行するプログラムも記憶されてい
る。なお複写動作については本発明と関係ないの
で説明を省略する。

また制御部１１のメモリには、直流モータ２の
アマチユアに一定の電流を短時間流したときに生
じる加速度αONを現わすデータと電流をしや断
したとき負荷との関係で生じるマイナスの加速度
αOFFを現わすデータ、ならびに、設定速度Ｖ
に対して予め定められた速度の偏差ΔV₁とΔV₂
と、｜ΔV₁｜＝｜ΔV₂｜となるようなモータの
ON時間Ｔ_ONを予測する計算式Ｆ（Ｖ，ｖ）を記
憶している。

そして直流モータ２がある速度で回転している
場合、エンコーダ３からの１つのパルスPiが第４
図に示すように制御部１１に印加されると制御部
１１は、αON，αOFFパルスPiと前のパルスPi
−１とのの間隔Ｔ_Ii、モータの速度ｖおよび設定
速度Ｖからモータへの通電時間Ｔ_ONiをＦ（Ｖ，
ｖ）により演算し、その時間Ｔ_ONiによつてスイ
ツチング回路１０をオンとして、直流モータ２に
所定の電圧Ｖ_ONiを供給し、該直流モータ２を加
速する。時間Ｔ_ONi経過後、モータ速度はＶ＋Δ
V₁となると、スイツチング回路１０はオフとな
る。

これによつて、直流モータ２への通電はしや断
され、該直流モータ２は減速する。

次にエンコーダ３から次のパルスPi＋１が制御
部１１に印加されると、前述と同様の作動で、モ
ータ速度がＶ＋ΔV₁になる時間Ｔ_(ONi+1)が計算
され、このＴ_ON(i+1)が計算され、このTON_(i+1)
の時間、再びスイツチング回路１０をオンとして
直流モータ２に給電し、加速する。以下同様の動
作によつて、エンコーダ３からパルスを受ける毎
にモータを駆動して、直流モータ２を設定速度に
保つ。

上述の制御動作を第３図イ〜第３図ニを参照し
て、さらに詳述する。

制御部１１は複写機の他のプロセスを制御する
他のマイクロコンピユータによつて、他のプロセ
スと同期して制御される。以後、このプロセス制
御用のマイクロコンピユータをマスターと呼ぶ。
制御部１１はリセツトがかかると、ステツプで
内部の初期化を行つた後、マスターからの指令待
ちとなる。マスターは、プロセスのある過程にお
いて、原稿走査タイミングになると、制御部１１
に走査タイミングであることを示すスキヤン信号
と、設定走査速度Ｖのデータを出力する。

制御部１１では、ステツプ，でスキヤン信
号と設定走査速度Ｖを受けると、ステツプでエ
ンコーダ３のパルス間隔を測定するための、イン
ターバル・タイマＴ_Iをクリアし、現在スキヤン
用のモータ２が停止しているため、モータのオン
時間（通電時間）を規定するモータオンタイマＴ
_ONに十分大きな初期値をセツトし、また、制御部
１１のタイマー・レジスタＴ regをクリアし、
このタイマレジスタの初期値を示すレジスタ１
に、Ｔ regの最大値をセツトする。本実施例で
用いたマイクロコンピユータの内部タイマーレジ
スタＴ regは、８ビツトのアツプ・カウンタで
あるため、タイマーレジスタＴ regにはゼロ、
タイマＩには、2⁸＝256が、セツトされる。タイ
マーの初期値のセツトが完了すると、ステツプ
，で外部割込み信号により処理INT−Ｅと、
タイマー割込みINT−Ｔを許可し、スイツチング
回路１０を正転オンにセツトし、モータ２を起動
する。その後、主ルーチンでは、スキヤン信号が
オフになり、走査終了タイミングになるのを待ち
続ける（ステツプ）。この割込みのうち、INT
−Ｔは、マイクロコンピユータの内部タイマーレ
ジスタＴ regが、外部クロツク端子ECKに接続
された基準発振器１３のパルスをカウント・アツ
プし、オーバー・フローしたときに割込みが発生
する。タイマーレジスタＴ regは、オーバー・
フローの後も再びゼロから、外部クロツク端子
ECKにパルスが来る毎にカウントを続ける。も
う一方の割込INT−Ｅは、外部割込み端子INT
に、エンコーダ３からのパルスが入力されること
により割込みが発生する。各々の割込みは、割込
みが発生すると、複写動作用の主ルーチンの実行
を一時中断し、それぞれ対応する割込み処理ルー
チンに制御が移り、処理終了後、元の主ルーチン
に制御が戻される。また、一方の割込み処理中
に、他方の割込みが発生した場合、前者の割込み
処理が終了するまで保留され、前の処理終了後、
主ルーチンに制御は戻らずに、後の割込み処理ル
ーチンに制御が移される。また、同時に割込みが
発生した場合には、外部割込みが優先される。

ステツプでスイツチング回路１０を正転オン
にセツトすると、直流モータ２は正転方向に回転
を開始し、直流モータ２の回転速度に比例した周
波数でエンコーダ３からパルスが出力されはじめ
る。しかし、直流モータ２が回転を開始したとき
には、まだ、回転数も低いため、エンコーダ３か
らのパルス間隔が長く、タイマー・レジスタＴ
regのオーバー・フローが先に起こる。これによ
り、タイマー割込みが発生し、主ルーチンから
INT−Ｔに制御が移る。第３図ハのINT−Ｔで
は、まず、ステツプＴ−１で現在直流モータ１２
がオン状態であるかチエツクし、オン状態であれ
ば、ステツプＴ−２でモータ・オン・タイマーＴ
_ONから、タイマー・レジスタＴ regの初期値Ｔ
を減じる。そしてステツプＴ−３で、もしＴ_ONが
負またはゼロになればステツプＴ−４でモータ２
をオフする。モータ２の立上り時、タイマーＴ_ON
には十分大きな値がセツトされているため、この
条件は成立しない。次にステツプＴ−５でインタ
ーバル・タイマＴ_IにＴを加えてＴ_Iを更新する。
最後にステツプＴ−６でＴにＴ regの最大値ｔ_n
ａｘ（ここでは2⁸）をセツトして、処理を終了し、
制御を主ルーチンに戻す。タイマー・レジスタＴ
regは、オーバー・フロー後もゼロから続けて
カウントを行うため、次にタイマー割込みが発生
するのは、外部クロツク端子ECKのパルスを2⁸
＝256カウントした後となる。これはタイマーレ
ジスタＴ regにｔ_nax（＝2⁸）をセツトしたこと
に等しい。本実施例では、外部クロツク端子
ECKに接続された基準発振器の発振周波数が
200KHzであるため、この時間は1.28msとなる。
このようにして、しばらくは、INT−Ｔだけが発
生する。

その後、エンコーダ３からのパルスが発生し、
外部割込みが発生すると、INT−Ｅに制御が移さ
れる。INT−Ｅでは、まず、ステツプＥ−１でイ
ンターバルタイマＴ_Iに現在のタイマーレジスタ
Ｔ regの値を加算し、今回のエンコーダ・パル
スの間隔を求める。そして、ステツプＥ−２でこ
れより、現在の直流モータ２の速度ｖを求める。
そして、ステツプＥ−３でモータ・オン・タイマ
ーＴ_ONに一時ゼロをセツトする。次に、ステツプ
Ｅ−４でこの速度ｖと、あらかじめ設定された設
定速度（目標速度）Ｖを、最適時間関数Ｆ（ｖ，
Ｖ）に代入する。Ｆ（ｖ，Ｖ）は次のような関数
である。直流モータは、狭い範囲の回転速度にお
いて、近似的には一定の電流を通電すると、モー
タのトルクと負荷によつて定まる一定の加速度を
示す。また、モーへの通電をオフとすると、負荷
の摩擦によつて定まる。一定の負の加速度を示
す。この加速度をαON，αOFFとすると、この
値をあるかじめ、マイクロコンピユータに記憶さ
せておくことにより、第４図に示すような制御が
可能である。速度ｖにおいて、ある時間Ｔ_ONだ
け、モータへの通電をオンして、設定速度Ｖよ
り、ある速度ΔV₁だけ速い回転速度に加速す
る。その後、次のエンコーダパルスが、入力され
るまで、モータをオフし、設定速度Ｖより、Δ
V₁だけ低い速度に減速する。そしてΔV₁とΔV₂
が等しくなるようにＴ_ONを予測して定める。この
ような制御の定常状態で、第５図のようになり、
モータ・オンのときの平均速度とモータ・オフの
ときの平均速度はいずれも設定速度Ｖとなる。こ
の方式では、すべての時間における速度を設定速
度Ｖにすることは出来ないが、エンコーダ３のパ
ルス周波数を十分に高くとり、定常状態での速度
変動を押さえることにより、複写機の走査系の制
御として、十分実用可能なものとすることができ
る。関数Ｆ（ｖ，Ｖ）は、常に値が定まるわけで
なく、速度ｖがある値以上速くなると、全くモー
タをオンしなくても、次のエンコーダからのパル
スが来るまでの平均スピードが設定速度Ｖを越え
てしまう（ステツプ・Ｅ−４−NO）。このような
場合にはＦ（ｖ，Ｖ）の値は求めることが出来な
い。そこで、このような場合には、ステツプＥ−
７で次のエンコーダからのパルスが来るまで、モ
ータをオフとするように、インターバルタイマＴ
_ONの値をゼロとすれば良い。このためにステツプ
Ｅ−４でNOならば、ステツプＥ−５，Ｅ−６の
処理をとばし、ステツプＥ−３で設定されたＴ_ON
＝０を用いる。Ｆ（ｖ，Ｖ）が定まるときには、
ステツプＥ−５でモータ・オン・タイマーＴ_ONに
関数Ｆ（ｖ，Ｖ）をセツトし、ステツプＥ−６で
スイツチング回路１０をモータ・オンにセツトす
る。そして、ステツプＥ−７でエンコーダ３から
のパルスが来るまでの時間を測定するためにイン
ターバルタイマＴ_Iにゼロをセツトし、Ｔ_ONのう
ち、タイマー・レジスタＴ regの最大時ｔ_naxで
割算したときの余数をタイマＴに、そして、その
補数をタイマー・レジスタＴ regに、それぞれ
セツトする。そのため、関数Ｆ（ｖ，Ｖ）で求ま
る時間は基準発振周波数の計数値に換算された値
となつている。Ｔ，Ｔ reg，Ｔ_I，Ｔ_ONにデータ
をセツトすると、INT−Ｅの処理を終了し、主ル
ーチンに制御を戻す。

このようにINT−Ｔでエンコーダ・パルスの間
隔が測定され、エンコーダ３からパルスが入力さ
れる毎に現在の回転速度と、設定速度から最適モ
ータ・オン時間Ｔ_ONがINT−Ｅで決定される。
INT−Ｔでは、次のエンコーダ・パルスの間隔を
測定しながら、上記オン時間を管理し、オン時間
経過後、モータをオフする。この繰り返しによ
り、モータの平均回転速度は設定値に保たれる。
本実施例では、設定速度が400rpmにおいて、１
秒間の平均速度がバラツキが0.3％以内で、速度
変動の幅は５％以内であつた。

このようにして、原稿走査中は、定速制御が行
なわれる。その後、マスターからのスキヤン信号
がオフされ、主ルーチンのステツプでスキヤン
終了を検出する。これにより、主ルーチンのステ
ツプでは、INT−ＥとINT−Ｔの割込みを禁止
して定速制御を終了し、ステツプでスイツチン
グ回路１０を逆転オンにセツトし、光学走査系を
走査開始位置に向けて戻す。このときは、定速制
御はされない。その後、走査開始位置に近くなる
と、マスターはステツプでブレーキ信号を出力
する。これにより主ルーチンのステツプではス
イツチング回路１０を回生ブレーキにセツトし、
逆転速度を減速する。その後、光学走査系が走査
開始位置に戻ると、ステツプでマスターからブ
レーキ信号がオフされる。主ルーチンンのステツ
プではこれを検出するとモータをオフし、再び
スキヤン信号待ちに戻る。

上記実施例は複写機の光学走査系への例であつ
たが、本発明はこれを限定されるものではなく、
給紙装置や、感光ドラム駆動等、他の装置を駆動
するための直流モータへの応用も可能である。こ
のような場合、制御に用いるマイクロコンピユー
タに十分な能力があれば、複数のモータを制御し
たり、他のプロセスの制御と並行して行うことも
可能である。また、マイクロコンピユータに正確
な基準発振を有する場合には、外部の基準発振の
必要はない。さらに、現在の半導体技術により、
制御部、基準発振部、波形整形部、スイツチング
部を一つのチツプにまとめることにより、小型
化・低コスト化が可能である。

また、上記実施例では、エンコーダ３からのパ
ルス発生毎に直流モータ２をオンとする制御につ
いて説明したが、これが、パルス発生に伴つてモ
ータに対する通電を断ち、そのOFF時間Ｔ_OFFを
上記条件の下で演算して求めるようにしても良
い。

然るに、このようにした場合、モータ速度制御
時（INT−Ｔ，Ｅ許可時）、モータに過負荷がか
かるとモータが停止してしまうといつた不都合が
生じるおそれがあるため、上記実施例のものが好
ましい方式といえる。

複写機の複写倍率を変更すると、制御部１１に
入力される設定速度Ｖの値が変わり、したがつて
関数Ｆ（Ｖ，ｖ）の値も変化して、制御部１１で
演算されるモータオン時間Ｔ_ONが変化する。これ
によつて直流モータ２の速度も変化させることが
できる。

〔効果〕

以上詳述したように、この発明は、直流モータ
の速度制御において、早い速度で間欠運転を行う
とともに、そのパルス間隔とオン時間は、該モー
タの速度に応じたパルスによつて定めることによ
つて、モータを定速度運転するようにしたから複
雑なフイードバツク制御装置を不要として、マイ
クロコンピユータ等のデイジタル装置によつて、
簡単な構成で速度制御できる利点を有する。

上述の実施例に用いた直流モータのオン時間Ｔ
_ONの計算式Ｆ（Ｖ，ｖ）の一例を以下に説明す
る。（第４図参照） 条件として、ｉ番目のパルスPiが発生したとき
に次のモータのON時間Ｔ_ONiを求める場合を考え
る。

パルスPi発生時（時間ti）の速度をvtiとすると
き、Ｔ_ONiだけモータに通電すると、 （101）ｖ（ti＋Ｔ_ONi） ＝ｖ_ti＋Ｔ_ONi，αON ｛αON：加速度 αOFF：減速度｝ （102）ｖ（ti＋Ｔ_I(i+1)） ＝ｖ（ti＋Ｔ_ONi）＋（Ｔ_I(i+1) −Ｔ_ONi）・αOFF ＝ｖ_ti＋Ｔ_ONi，αON＋ （Ｔ_I(i+1)−Ｔ_ONi）．αOFF 上式において、 （Ｔ_I(i+1)−Ｔ_ONi）＝Ｔ_OFFi に相当する。

ここで、Ｔ_ONiモータに通電したときの増加速
度ΔV₁がＴ_OFFi後の減少速度ΔV₂と等しいという
条件を与えると、 （103）ｖ（ti＋Ｔ_ONi）−Ｖ ＝Ｖ−ｖ（ti＋Ｔ_I(i+1)） であるから、 （104）Ｔ_ONi ＝２Ｖ−２ｖ_ｔｉ−Ｔ_{Ｉ（ｉ＋１）}・αＯＦＦ
／２αＯＮ−αＯＦＦ ここで、Ｔ_I(i+1)は未知であり、次の式で計算さ
れる。

即ち、Ｔ_I(i+1)間のＴ_ONi時の平均速度は Ｖ（ｔｉ＋Ｔ_ＯＮｉ＋Ｖｔｉ／２，Ｔ_OFF時の平均
速度はＶで あるから、その間の移動距離をａとすると、 （105）ａ＝Ｔ_OFFi，Ｖ ＋ｖ（ｔｉ＋Ｔ_ＯＮｉ）＋ｖ_ｔｉ／２・Ｔ_ONi ＝Ｔ_OFFi，Ｖ ＋ｖ_ｔｉ＋Ｔ_ＯＮｉ．αＯＮ＋ｖ_ｔｉ／２Ｔ_ONi 従つて、 （106）Ｔ_I(i+1) ＝１／２Ｖ｛2a＋2T_ONi（Ｖ−ｖ_ti） −T² _ONiαON｝ となる。従つて、Ｔ_ONiは（104）式と（106）式
の連立方程式の解となる。ただし、ｖ_tiは、前回
のパルス間隔Ｔ_IiのときのＴ_ON(i-1)とＴ_Iiとから
計算により求められる。（後述） しかしながら、上記の処理をマイクロコンピユ
ータを用いて行う場合、計算に要する時間が長く
なりすぎるおそれがあるので、モータが定常速度
に立上がつた後は、 （107）Ｔ_I(i+1)＝ａ／Ｖ と近似しても良い。

そして、モータの立上り時は前回の実測パルス
間隔Ｔ_Iiを近似値として用いると、 （108）Ｔ_ON＝２Ｖ−２ｖ_ｔｉ−Ｔ_Ｉｉ・αＯｆｆ／
２αＯＮ−αＯＦＦ （立上り時） ２Ｖ−２ｖ_ｔｉ−ａαＯＦＦＶ−１／２αＯ
Ｎ−αＯＦＦ （定常時） となる。

ただし、 （109）ｖ_ti＝ａ／Ｔ_Ｉｉ＋Ｔ_ＯＮ ^２ _{（ｉ−１）}（αＯＮ−αＯＦＦ）＋Ｔ^２ _Ｉｉ〓_Ｏｆｆ／２Ｔ_Ｉｉ である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用される複写機の走査機
構の一例を示す斜視図、第２図はこの発明の一実
施例を示すブロツク図、第３図イないしニは第２
図の実施例に用いられるプログラムを示すフロー
チヤート、第４図は第２図の実施例の動作を示す
波形図、第５図はモータ速度の平均が一定となる
ことを説明する図である。 ２……直流モータ、３……エンコーダ、１０…
…スイツチング回路、１１……制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流モータの回転速度に比例した周波数のパ
   ルス信号を発生するパルス発生手段と、該パルス
   発生手段のパルス間隔からモータの回転速度を検
   出する手段と、あらかじめ求められる通電時のモ
   ータの加速度と通電の断つたときのモータの加速
   度とを記憶する手段とを有し、モータの回転時、
   モータに所定時間Ｔ_ON通電したときのモータの回
   転速度が、目標値Ｖに対してＶ＋ΔV₁となり、
   その後通電を所定時間Ｔ_OFF断つたときの回転速
   度がＶ−ΔV₂（ΔV₁，ΔV₂は正数）とした場
   合、 Ｔ_ON＋Ｔ_OFF＝パルス間隔 ΔV₁＝ΔV₂ となるように、上記検出されたモータの回転速度
   と記憶された加速度とをもちいてＴ_ONあるいはＴ
   _OFFを求め、上記パルス発生毎にＴ_ONあるいはＴ_{O
   ＦＦ}によつてモータへの通電を制御して、平均的に
   定速Ｖを得るようにしたことを特徴とする直流モ
   ータの速度制御方式。