JP2009098171A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は画像形成装置に関し、特に、駆動機構にDCブラシレスモータが用いられている画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus in which a DC brushless motor is used as a drive mechanism.
複写機やプリンタやそれらの複合機であるMFP(Multi Function Peripheral)などの画像形成装置において、駆動構成にDCブラシレスモータ、ACモータあるいはステッピングモータをそれぞれ目的に応じて選択して用いられている場合がある。 In image forming apparatuses such as copiers, printers, and MFPs (Multi Function Peripheral) that are multifunctional printers, DC brushless motors, AC motors, or stepping motors are selected for use according to the purpose. There is.
駆動構成にDCブラシレスモータを用いる場合、DCブラシレスモータのモータ制御基板内でハード的にフィードバックゲインおよび位相補償定数等が設定されている場合がある。 When a DC brushless motor is used for the drive configuration, a feedback gain, a phase compensation constant, and the like may be set in hardware in the motor control board of the DC brushless motor.
図8は、従来のDCブラシレスモータの構成を説明する図である。
図8を参照して、制御基板1000内のコントロール回路1005は、目標速度(回転数)に設定するために指令信号であるコントロール信号(クロック信号)を出力する。モータ制御基板1010内のモータドライバ回路1020は、コントロール信号(クロック信号)の入力を受けて目標速度となるようにDCブラシレス(DCBL)モータ部1015に供給する電流を制御する。そして、モータ制御基板1010内において、DCブラシレスモータが一定回転するようにフィードバック制御が実行される。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a conventional DC brushless motor.
Referring to FIG. 8,
図9は、モータ制御基板内の構成を説明する図である。
図9を参照して、モータ制御基板内においては、DCブラシレスモータ部1015と、モータドライバ回路1020が設けられるとともに、抵抗素子および容量素子を外付けでモータドライバ回路1020と接続できるように設計されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration inside the motor control board.
Referring to FIG. 9, a DC
DCブラシレスモータ部1015は、モータ1016と、モータ1016の回転速度(回転数)を検出するためのFGセンサ1017とを含む。FGセンサ1017は、モータ1016の回転子の回転速度(回転数)に従う磁束変化に基いて回転信号であるFG信号(FGパルス)を生成する。
The DC
FGパルス周波数=モータ回転数(rpm)÷60×FGパルス数
ここで、FGパルス数は、モータ1回転当たりのいわゆるFGパターンから出力されるパルス数である。
FG pulse frequency = motor rotation speed (rpm) ÷ 60 × FG pulse number Here, the FG pulse number is the number of pulses output from a so-called FG pattern per one motor rotation.
モータドライバ回路1020は、モータ1016の回転信号であるFGセンサ1017からのFGパルスを検出する速度検出部1025と、速度検出部1025の検出結果を受けてFGパルスの周波数と目標速度に対応するコントロール回路から入力されるコントロール信号(クロック信号)との周波数偏差信号を生成する速度偏差信号生成部1022と、速度検出部1025の検出結果を受けてFGパルスの位相とコントロール回路から入力されるコントロール信号(クロック信号)の位相との位相偏差信号を生成する位相偏差信号生成部1024と、オペアンプAMPと、オペアンプAMPの出力信号を受けて電流供給部1028に供給する電流量を設定するためのPWM(Pules Width Modulation)信号を生成するPWMチョッパ部1026と、PWMチョッパ部1026のPWM信号に従ってモータ1016に供給する電流を調整する電流供給部1028とを含む。
The
オペアンプAMPは、外付けで抵抗素子および容量素子を接続することにより比例積分回路を形成する。具体的には、抵抗素子R1,R2が速度偏差信号生成部1022および位相偏差信号生成部1024とオペアンプの入力ノードとの間にそれぞれ並列に設けられる。また、抵抗素子R3と容量素子C1とが直列に接続され、オペアンプの入力ノードと出力ノードとの間に接続される。また、並列に容量素子C2が入力ノードと出力ノードとの間に接続される。オペアンプの他方の入力ノードは基準電圧Vrefの供給を受ける。
The operational amplifier AMP forms a proportional integration circuit by connecting a resistance element and a capacitance element externally. Specifically, resistance elements R1 and R2 are provided in parallel between the speed deviation
当該構成により、比例積分回路1030が形成され、いわゆるフィードバック制御手法の一つであるPI(propotional and integral)制御が実行される。
With this configuration, a
具体的には、速度偏差信号および位相偏差信号が加算されて偏差が増幅され、PWMチョッパ部1020のPWM信号のDUTY比が調整されてモータ1016に供給される電流量が制御される。
Specifically, the speed deviation signal and the phase deviation signal are added to amplify the deviation, and the DUTY ratio of the PWM signal of the
しかしながら、このようなハードウェアを用いた比例積分回路を形成する場合、従来のDCブラシレスモータにおいては、例えば各機種、各用途での負荷変動は異なるため負荷変動に対応してそれぞれ部品を変更して比例積分回路のゲインチューニングを実行していた。 However, when forming a proportional integration circuit using such hardware, in conventional DC brushless motors, for example, the load fluctuations in each model and each application are different. The gain tuning of the proportional integration circuit was executed.
したがって、例えば比例積分回路1030を形成する外付けの抵抗素子および容量素子の抵抗値を調整してゲインチューニングを実行するため煩雑な作業を必要としていた。
Therefore, for example, a complicated operation is required to perform gain tuning by adjusting the resistance values of the external resistor element and the capacitor element forming the
なお、関連する先行文献として、特開平9−76563号公報においては、FGパルスに基いて加速指示信号および減速指示信号を生成してモータ制御する方式が開示されている。 As a related prior document, Japanese Patent Laid-Open No. 9-76563 discloses a method of generating an acceleration instruction signal and a deceleration instruction signal based on an FG pulse to control a motor.
また、特開平10−66374号公報においては、加速および減速時においては、CPUを用いたフィードバック制御であるPID(propotional integral and differential)制御を実行し、定速時にハードロジック回路に切り替えて制御することによりCPUの負荷を軽減する方式が開示されている。
しかしながら、上記特開平9−76563号公報に記載の方式は加速指示信号および減速指示信号を受けてモータを駆動させるモータドライバ回路を設計する必要があるためそれぞれの信号を受けてモータ制御する特有のインタフェースを設ける必要がある。 However, since the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-76563 needs to design a motor driver circuit for driving a motor in response to an acceleration instruction signal and a deceleration instruction signal, it is specific to the motor control in response to each signal. It is necessary to provide an interface.
また、特開平10−66374号公報においては、定速時にハードロジック回路に切り替えて制御する構成であるためCPUとは別にハードロジック回路側でのモータ制御の機構を設ける必要がありモータドライバ回路のレイアウト面積が増大し制御が複雑化する可能性がある。 In Japanese Patent Laid-Open No. 10-66374, since the control is performed by switching to a hard logic circuit at a constant speed, it is necessary to provide a motor control mechanism on the hard logic circuit side separately from the CPU. There is a possibility that the layout area increases and the control becomes complicated.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、従来回路からの簡易な設計変更が可能な汎用性の高いモータドライバ回路を有する画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an image forming apparatus having a highly versatile motor driver circuit capable of simple design change from a conventional circuit. And
本発明の請求項に係る画像形成装置は、直流ブラシレスモータと、直流ブラシレスモータを駆動させるために、直流ブラシレスモータに目標速度に従う指令信号に応じた電流を供給するモータドライバ回路と、モータドライバ回路から出力される回転信号の入力を受けて、モータドライバ回路が目標速度に追従するようにPID演算制御処理により出力する指令信号を調整する制御回路とを備える。モータドライバ回路は、所定の機能を実行するためにモータドライバ回路の外部に設けられる回路素子を2つの入力ノードの一方と出力ノードとの間に接続可能なオペアンプと、オペアンプの出力に基いて直流ブラシレスモータに供給する電流量を制御するための電流制御部とを含む。オペアンプの一方の入力ノードと出力ノードとの間に設けられた第1の外部抵抗と、制御回路とオペアンプの一方の入力ノードとの間に設けられた第2の外部抵抗とをさらに備える。オペアンプの他方の入力ノードには基準電圧が供給され、オペアンプは、第1および第2の外部抵抗の抵抗値に基く変化率のバッファ回路を形成する。 An image forming apparatus according to a claim of the present invention includes a direct current brushless motor, a motor driver circuit that supplies a current corresponding to a command signal according to a target speed to the direct current brushless motor, and a motor driver circuit. And a control circuit that adjusts a command signal output by the PID calculation control process so that the motor driver circuit follows the target speed. The motor driver circuit includes an operational amplifier capable of connecting a circuit element provided outside the motor driver circuit between one of the two input nodes and the output node to execute a predetermined function, and a direct current based on the output of the operational amplifier. And a current control unit for controlling the amount of current supplied to the brushless motor. It further includes a first external resistor provided between one input node and the output node of the operational amplifier, and a second external resistor provided between the control circuit and one input node of the operational amplifier. A reference voltage is supplied to the other input node of the operational amplifier, and the operational amplifier forms a buffer circuit having a change rate based on the resistance values of the first and second external resistors.
好ましくは、モータドライバ回路は、パッケージングされた複数の入力あるいは出力ピンが設けられた半導体チップ上に形成され、第1の外部抵抗は、複数の入力あるいは出力ピンのうちのオペアンプの一方の入力ノードおよび出力ノードに対応するピンを用いて接続される。 Preferably, the motor driver circuit is formed on a semiconductor chip provided with a plurality of packaged input or output pins, and the first external resistor is one input of an operational amplifier among the plurality of input or output pins. Connection is made using pins corresponding to the node and the output node.
好ましくは、指令信号は、アナログ信号である。
好ましくは、指令信号は、PWM信号として出力され、制御回路とオペアンプの一方の入力ノードとの間にPWM信号を平滑化する平滑回路をさらに備える。
Preferably, the command signal is an analog signal.
Preferably, the command signal is output as a PWM signal, and further includes a smoothing circuit that smoothes the PWM signal between the control circuit and one input node of the operational amplifier.
好ましくは、制御回路は、PID演算制御処理として回転信号のパルス数に対する偏差を検知して、周波数誤差を調整する第1のPID演算制御処理を実行するとともに、回転信号のパルスの位相誤差を検知して、位相誤差を調整する第2のPID演算制御処理を並列に実行し、第1および第2のPID演算制御処理の演算結果に基いて指令信号を調整する。 Preferably, the control circuit detects a deviation from the number of pulses of the rotation signal as the PID calculation control process, executes a first PID calculation control process for adjusting a frequency error, and detects a phase error of the pulse of the rotation signal. Then, the second PID calculation control process for adjusting the phase error is executed in parallel, and the command signal is adjusted based on the calculation results of the first and second PID calculation control processes.
本発明の請求項に係る画像形成装置は、従来、比例積分回路として用いられていたオペアンプをバッファ回路に容易に設計変更可能なモータドライバ回路を備える構成であるため従来外付けの抵抗素子および容量素子の抵抗値を調整して実行していたゲインチューニングをCPU側で実行し、モータドライバ回路を共通化して汎用性の高いモータドライバ回路を実現することができる。 The image forming apparatus according to the claims of the present invention has a configuration including a motor driver circuit that can easily change the design of an operational amplifier, which has been conventionally used as a proportional integration circuit, as a buffer circuit. Gain tuning, which has been performed by adjusting the resistance value of the element, is executed on the CPU side, and a motor driver circuit with high versatility can be realized by sharing the motor driver circuit.
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same.
本実施の形態においては、本発明にかかる画像形成装置をタンデム方式のデジタルカラー複写機(以下、複写機という)で適用する場合について説明する。 In the present embodiment, a case where the image forming apparatus according to the present invention is applied to a tandem digital color copying machine (hereinafter referred to as a copying machine) will be described.
しかしながら、本発明にかかる画像形成装置は複写機に限定されず、駆動機構にDCブラシレスモータが用いられる画像形成装置であれば、プリンタやファクシミリ装置やそれらの複合機であるMFP(Multi Function Peripheral)などであってもよい。また、印刷方式もタンデム方式に限定されるものではなく、さらにデジタル方式に限定されるものでもない。さらに、カラー機でなくモノクロ機であってもよい。 However, the image forming apparatus according to the present invention is not limited to a copying machine, and an MFP (Multi Function Peripheral), which is a printer, a facsimile machine, or a complex machine thereof, as long as the image forming apparatus uses a DC brushless motor as a drive mechanism. It may be. Further, the printing method is not limited to the tandem method, and is not limited to the digital method. Furthermore, it may be a monochrome machine instead of a color machine.
カラータンデム方式の画像形成装置は、各々現像器を含んだ4色の作像部が中間転写体である中間転写ベルトに沿って列設されて構成され、それぞれに形成された各色のトナー画像を上記中間転写ベルトに転写し(一次転写)、各色トナーの重ね合わせにより多色画像を形成する。さらに、中間転写ベルト上で重ね合わされた画像を印刷媒体である用紙上に転写し(二次転写)、定着工程を経て出力する。 The color tandem type image forming apparatus is composed of four color image forming units each including a developing device arranged along an intermediate transfer belt as an intermediate transfer member. The image is transferred to the intermediate transfer belt (primary transfer), and a multicolor image is formed by superimposing each color toner. Further, the image superimposed on the intermediate transfer belt is transferred onto a sheet as a printing medium (secondary transfer), and output through a fixing process.
図1は、本発明にかかる画像形成装置が適用される、本実施の形態にかかる複写機1のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。複写機1は、タンデム方式のデジタルカラー複写機であって、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)の4色のトナーを順次重ね合わせることによってカラー画像を形成する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an outline of a hardware configuration of a
図1を参照して、本実施の形態にかかる複写機1は、画像読取部10と、用紙搬送部20と、画像形成部30と、用紙格納部40とを含む。
Referring to FIG. 1, the copying
画像読取部10は、原稿をセットするための戴荷台3と、原稿台ガラス11と、戴荷台3にセットされた原稿を原稿台ガラス11に自動的に1枚ずつ搬送する搬送部2と、読取られた原稿を排出するための排出台4とを含む。さらに、原稿読取部10は、図示しないスキャナを含む。スキャナは、スキャンモータによって原稿台ガラス11と平行移動する。スキャナには、原稿を照射する露光ランプ、原稿からの反射光の向きを変える反射ミラー、反射ミラーからの光路を変えるミラー、反射光を集光するレンズ、および受光した反射光に応じて電気信号を発生する3列(R,G,B)のCCD(Charge Coupled Device
)などの光電変換素子が含まれる。
The
) And the like.
搬送部2によって搬送された原稿は原稿台ガラス11上にセットされ、スキャナが原稿台ガラス11と平行に移動するとき露光走査される。原稿からの反射光は光電変換素子によって電気信号に変換され、画像形成部30に入力される。
The document transported by the
画像形成部30は、複数のローラ32,33,34により弛まないように懸架され、これらのローラが図1中で反時計回り(図1中の矢印A方向)に回転することで、所定速度で同方向に回転する無端ベルトである中間転写ベルト31と、中間転写ベルト31に沿って所定間隔で配置されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)各色トナーに対応する作像部21Y,21M,21C,21K(これらを代表させて作像部21とする)と、各作像部21に含まれる現像器と、感光体と中間転写ベルト31を介して対をなす転写ローラ25Y,25M,25C,25K(これらを代表させて転写ローラ25とする)と、中間転写ベルト31に転写されたトナー像が用紙に転写された後に定着させる定着器36と、図示しないがCPU(Central Processing Unit)などを含むコントローラ100と、コントローラ100で実行されるプログラムなどを記憶するメモリ101とを含む。
The
用紙格納部40は、印刷媒体である用紙Sを収納する給紙カセット41を含み、用紙搬送部20は、給紙カセット41から用紙Sを搬送するためのローラ42,43,35,37、および印刷された用紙を排出する排紙トレイ38を含む。
The
コントローラ100は、図示しない操作パネル等から入力される指示信号に基づいてメモリ101からプログラムを読出して実行し、上記各部を制御する。また、コントローラ100は内部にタイマなどの計時手段を備えて、所定時間が計時されたときにプログラムを実行してもよい。なお、コントローラ100およびメモリ101は画像形成部30以外の画像読取部10や用紙搬送部20などに備えられてもよい。
The
コントローラ100は上記プログラムを実行することで、画像読取部10や外部装置などから入力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、イエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックの各色に色変換したデジタル信号を作成する。コントローラ100で作成された、上記画像を形成するための、シアン用の画像色データ、マゼンタ用の画像色データ、イエロー用の画像色データ、およびブラック用の画像色データは、各色に応じてコントローラ100から作像部21の露光器に出力される。
The
露光器が、コントローラ100から入力された画像データに基づいて、感光体にレーザビームを出力することで、均一に帯電された感光体の表面が画像データに応じて露光され、静電潜像が形成される。現像ローラには現像バイアス電圧が印加されて、感光体の潜像電位との間に電位差が発生する。その状態において電荷を帯びたトナーが供給されることによって、感光体の表面にトナー像が形成される。感光体の表面に形成されたトナー像は、定電圧もしくは定電流の転写ローラ25によって、像担持体である中間転写ベルト31に転写される。これを一次転写と言う。
The exposure device outputs a laser beam to the photoconductor based on the image data input from the
中間転写ベルト31に一次転写されたトナー像は、ローラ34によって、給紙カセット41から搬送された用紙Sに転写される。これを二次転写と言う。用紙に二次転写されたトナー像は、定着器36によって用紙に定着され、電子写真画像として排紙トレイ38に排紙される。
The toner image primarily transferred to the
複写機1の上記構成のうち、駆動機構として、たとえば作像部21内の感光体や各種のローラを駆動させる機構や定着器36を駆動させる機構や用紙搬送部20のローラ42,43,35,37を駆動させる機構などにDCブラシレスモータが用いられ得る。本発明においては、DCブラシレスモータがいずれの駆動機構で用いられるかについては限定されず、いずれで用いられていてもよい。また、その他の機構で用いられていてもよい。
Of the above-described configuration of the copying
本実施の形態にかかる複写機1では、コントローラ100内のCPU200でDCブラシレスモータの駆動が制御される。
In the copying
図2は、コントローラ100内のCPU200によりDCブラシレスモータの駆動が制御される構成を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration in which the driving of the DC brushless motor is controlled by the
図2を参照して、CPU200に示される機能は、CPU200がメモリ101からプログラムを読出して実行することによって主にCPU200に形成される機能であるが、その中の少なくとも一部が図1に示されたハードウェア構成によって形成されてもよい。
Referring to FIG. 2, the functions shown in
そして、CPU200により制御されるモータ部60と、モータ部60のモータ62を駆動するためのモータドライバ回路300とがハードウェア構成として示されている。
A
本発明の実施の形態に従うモータ制御方式は、図9で説明した従来構成の如くモータ部のフィードバック制御をハードウェアで実現するのではなくCPUによるソフトウェアで実現する方式である。 The motor control system according to the embodiment of the present invention is a system in which the feedback control of the motor unit is not realized by hardware as in the conventional configuration described in FIG.
モータ部60は、モータ62と、モータ62の回転子の回転速度に従う磁束変化に基いて回転信号であるFGパルスを生成するFGセンサ64とを含む。
The
モータドライバ回路300は、CPU200からのコントロール信号の入力を受けて、モータ62を駆動するための電流を調整する。
The
CPU200は、FGセンサ64からのFGパルスを検出するパルス検出部215と、外部から入力される目標速度信号(クロック信号)とパルス検出部215において検出されるFGパルスとを比較して、誤差値を検出し、検出された誤差値に従って比例項P、積分項Iおよび微分項Dに対して演算処理するPID演算処理部210と、PID演算処理した結果をモータドライバ回路300に出力するためのコントロール信号を生成する信号出力部220とを含む。
The
なお、図示しないがコントローラ100に内蔵された発振回路等を用いて目標速度に対応したクロック信号が生成されCPU200に入力されるものとする。CPU200内部で目標速度に対応したクロック信号を生成することも可能であるし、コントローラ100の外部から入力することも可能である。なお、目標速度に対応したクロック信号を生成するために必要な情報は、メモリ101に格納されているものとする。
Although not shown, a clock signal corresponding to the target speed is generated and input to the
図3は、本発明の実施の形態に従うサーボ機構のブロック線図を説明する図である。
図3を参照して、ここで示されるようにフィードバック制御系で構成される。具体的には、目標速度に対応するクロック信号のパルスが入力されて、現在のモータのFGパルスとの周波数偏差(誤差)が周波数PIDブロック70に与えられる。また、目標速度に対応するクロック信号のパルスと現在のモータのFGパルスとの位相偏差が位相PIDブロック78に与えられる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a block diagram of the servo mechanism according to the embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 3, the feedback control system is configured as shown here. Specifically, a pulse of a clock signal corresponding to the target speed is input, and a frequency deviation (error) from the current motor FG pulse is given to the
そして、周波数PIDブロック70からPID演算処理された処理結果と、位相PIDブロック78からPID演算処理された処理結果とが加算処理されデジタルフィルタである信号出力部220に含まれているローパスフィルタ72を介してモータ出力指示としてモータブロック74に与えられる。
Then, the low-
ローパスフィルタ72は、ノイズ除去手段として設けられている。なお、ここでは、デジタルフィルタとしては、FIRフィルタあるいはIIRフィルタあるいはノッチフィルタで形成されているものとする。
The low-
モータブロック74からの速度信号(N(r/m))が出力され、モータブロック74の速度がFGブロック76によりFGパルスに変換されて目標速度信号(クロック信号)との偏差(誤差)が算出される。
A speed signal (N (r / m)) is output from the
図4は、モータブロック74の内部のブロック線図である。
図4を参照して、ローパスフィルタ72を介して入力されるモータ出力指示がPWMチョッピングゲインにより電圧値に変換される。
FIG. 4 is a block diagram inside the
Referring to FIG. 4, a motor output instruction input via low-
そして、誘起電圧係数KEにより算出されたフィードバック電圧とPWMチョッピングゲインにより変換された電圧値の差分を算出して、電圧値の差分値に基いて駆動巻線インピーダンス(1/Ra)/(1+sτE)により電流に変換される。そして、変換された電流値とトルク定数KTにしたがって出力トルクに変換される。そして、出力トルクは、回転子イナーシャ(kj/sTM)により回転速度に変換される。変換された回転速度は、上述したように誘起電圧係数KEによりフィードバック電圧に変換される。 Then, by calculating the difference between the converted voltage value by the feedback voltage and the PWM chopping gain calculated by the induced voltage coefficient K E, drive winding impedance (1 / Ra) based on the difference value between the voltage value / (1 + sτ E ) is converted into current. Then, it is converted into an output torque according to the converted current value and the torque constant K T. The output torque is converted into a rotational speed by the rotor inertia (kj / sT M ). The converted rotation speed is converted into a feedback voltage by the induced voltage coefficient K E as described above.
図5は、本発明の実施の形態に従うモータ制御方式を説明するフロー図である。
図5を参照して、まず目標速度が設定される(ステップS0)。具体的には、目標速度信号(クロック信号)が入力される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a motor control method according to the embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 5, first, a target speed is set (step S0). Specifically, a target speed signal (clock signal) is input.
そして、モータ駆動を開始する(ステップS1)。開始時においては、目標速度(回転数)となるようにコントロール信号がCPU200から出力されるものとする。例えば、メモリ101において、目標速度とコントロール信号のレベルとの対応テーブル等を記憶させておいて、対応テーブルを参照して入力された目標速度信号に対応するコントロール信号のレベルに設定することが可能である。
Then, motor driving is started (step S1). It is assumed that a control signal is output from the
そして、次に速度誤差の検出を開始し(ステップS2)、FGパルスの周波数誤差を検出する(ステップS3)とともにFGパルスの位相誤差を検出する(ステップS4)。具体的には、PID演算処理部210は、パルス検出部215で検出したFGパルスの入力を受けて、目標速度信号(クロック信号)の周波数とFGパルスの周波数とを比較して周波数誤差の検出を実行する。また、同様にPID演算処理部210は、目標速度信号(クロック信号)の位相とFGパルスの位相とを比較して位相誤差の検出を実行する。
Next, the detection of the speed error is started (step S2), the frequency error of the FG pulse is detected (step S3), and the phase error of the FG pulse is detected (step S4). Specifically, the PID
そして、周波数誤差に関して、周波数誤差があるか否かを判断する(ステップS4)。なお、周波数誤差については目標値とのある程度の誤差余裕(マージン)を見て、誤差余裕を越える範囲の誤差が有る場合に周波数誤差があると判断することも可能である。 Then, regarding the frequency error, it is determined whether or not there is a frequency error (step S4). Regarding the frequency error, it is possible to determine that there is a frequency error when there is an error in a range exceeding the error margin by looking at a certain margin of error (margin) with the target value.
そして、ステップS4において周波数誤差があると判断される場合には、予め設定さているゲインに基いて周波数PID演算処理を実行する(ステップS5)。 If it is determined in step S4 that there is a frequency error, a frequency PID calculation process is executed based on a preset gain (step S5).
そして、ステップS6の加算処理に進む。
また、位相誤差に関して、位相誤差があるか否かを判断する(ステップS8)。なお、位相誤差については目標値とのある程度の誤差余裕(マージン)を見て、誤差余裕を越える範囲の誤差が有る場合に位相誤差があると判断することも可能である。
And it progresses to the addition process of step S6.
Further, regarding the phase error, it is determined whether or not there is a phase error (step S8). Regarding the phase error, it is possible to determine that there is a phase error when there is an error in a range exceeding the error margin by looking at a certain margin of error (margin) with the target value.
そして、ステップS8において位相誤差があると判断される場合には、予め設定されているゲインに基いて位相PID演算処理を実行する(ステップS9)。 If it is determined in step S8 that there is a phase error, a phase PID calculation process is executed based on a preset gain (step S9).
そして、ステップS6の加算処理に進む。
一方、ステップS4において、周波数誤差が無いと判定された場合には、ステップS6に進む。この場合、周波数誤差が無いため新たな誤差演算結果は無い。すなわち前回時と同じ結果が出力される。
And it progresses to the addition process of step S6.
On the other hand, if it is determined in step S4 that there is no frequency error, the process proceeds to step S6. In this case, since there is no frequency error, there is no new error calculation result. That is, the same result as the previous time is output.
また、ステップS8において、位相誤差が無いと判定された場合には、ステップS6に進む。この場合、位相誤差が無いため新たな演算結果は0として加算処理に進む。 If it is determined in step S8 that there is no phase error, the process proceeds to step S6. In this case, since there is no phase error, the new calculation result is set to 0 and the process proceeds to addition processing.
そして、加算処理において、位相PID演算処理された結果と周波数PID演算処理された結果とを加算処理する(ステップS6)。なお、周波数誤差が無い場合には前回時の周波数PID演算処理した演算結果が用いられ、位相誤差が無い場合には、前回時の位相PID演算処理した演算結果が用いられるものとする。 In the addition process, the result of the phase PID calculation process and the result of the frequency PID calculation process are added (step S6). When there is no frequency error, the calculation result obtained by the previous frequency PID calculation process is used. When there is no phase error, the calculation result obtained by the previous phase PID calculation process is used.
そして、PID演算処理部210の処理結果である加算結果に基いて信号出力部220からモータドライバ回路に対してコントロール信号が出力指示される(ステップS10)。
Then, based on the addition result, which is the processing result of the PID
そして、上述したようにモータの停止指示が入力されたか否かが判断され(ステップS11)、モータの停止指示が入力されない場合には、ステップS2に進み、停止するまで上述のステップの処理を繰り返す。 Then, as described above, it is determined whether or not a motor stop instruction is input (step S11). If a motor stop instruction is not input, the process proceeds to step S2, and the above-described steps are repeated until the motor stops. .
ステップS11において、モータの停止指示が入力された場合、終了する(エンド)。
なお、一例としてモータの停止指示は、目標速度信号の入力が停止した場合にモータの停止指示が入力されたと判断することが可能である。なお、特に、モータの停止指示は目標速度信号の入力に従うものではなく、モータの停止指示を認識できさえすればいずれの手段を用いることも可能である。
If a motor stop instruction is input in step S11, the process ends (END).
As an example, the motor stop instruction can be determined to have been input when the input of the target speed signal is stopped. In particular, the motor stop instruction does not follow the input of the target speed signal, and any means can be used as long as the motor stop instruction can be recognized.
本発明の実施の形態に従うモータ制御方式は、従来構成のようにハードウェアを用いた比例積分回路を形成するのではなく、モータのフィードバック制御をCPU側で実行する方式である。したがって、各機種、各用途での負荷変動に対応してそれぞれ部品を変更してゲインチューニングする従来回路と異なり、CPU側でゲインチューニングが可能な構成であるためモータ制御基板を共通化することが可能である。 The motor control system according to the embodiment of the present invention is a system in which feedback control of the motor is executed on the CPU side instead of forming a proportional integration circuit using hardware as in the conventional configuration. Therefore, unlike the conventional circuit that performs gain tuning by changing parts in response to load fluctuations in each model and each application, it is possible to share the motor control board because it is configured to allow gain tuning on the CPU side. Is possible.
図6は、本発明の実施の形態に従うモータ制御基板を説明する図である。
図6を参照して、本発明の実施の形態に従うモータ制御基板内においては、DCブラシレスモータ部60と、モータドライバ回路300とが設けられる。また、抵抗素子等を外付けでモータドライバ回路300に接続できるように設計されている。具体的には、モータドライバ回路は、パッケージングされた1チップで形成され、複数の入力あるいは出力ピンとなる外部ピンEPを有しており、外部ピンEPを介して制御基板側に設けられたCPU200と電気的に結合されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a motor control board according to the embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 6, DC
また、モータドライバ回路300は、外部ピンEPを介してDCブラシレスモータ部60と接続されている。
The
上述したようにDCブラシレスモータ部60は、モータ62と、モータ62の回転速度(回転数)を検出するためのFGセンサ64とを含む。FGセンサ64は、モータ62の回転子の回転速度(回転数)に従う磁束変化に基いて回転信号であるFG信号(FGパルス)を生成する。そして、FG信号は、上述したようにCPU200のパルス検出部215に入力される。
As described above, the DC
モータドライバ回路300は、CPU200からのコントロール信号の入力を受けるオペアンプAMPと、オペアンプAMPの出力信号を受けて電流供給部310に供給する電流量を設定するためのPWM(Pules Width Modulation)信号を生成するPWMチョッパ部305と、PWMチョッパ部305のPWM信号に従ってモータ62に供給する電流を調整する電流供給部310とを含む。
The
オペアンプAMPは、外付けで抵抗素子と接続されることにより増幅回路を形成する。具体的には、オペアンプAMPの一方の入力ノード(−側)と出力ノードとは外部ピンEPを介して抵抗素子R1と接続される。また、オペアンプAMPの他方の入力ノード(+側)は、基準電圧Vrefと接続される。また、オペアンプAMPの一方の入力ノード(−側)は、抵抗素子R2を介して、CPU200の図示しない信号出力部220の出力ノードと接続される。
The operational amplifier AMP is externally connected to a resistance element to form an amplifier circuit. Specifically, one input node (− side) and the output node of the operational amplifier AMP are connected to the resistance element R1 via the external pin EP. The other input node (+ side) of the operational amplifier AMP is connected to the reference voltage Vref. Further, one input node (− side) of the operational amplifier AMP is connected to an output node of a signal output unit 220 (not shown) of the
当該構成によりオペアンプAMPは、回路定数が抵抗素子R1,R2の抵抗値に基く増幅度(−R1/R2)の反転増幅回路を形成する。 With this configuration, the operational amplifier AMP forms an inverting amplifier circuit whose amplification factor (−R1 / R2) is based on the resistance values of the resistance elements R1 and R2.
本例においては、一例として抵抗素子R1,R2の抵抗値を等しくし増幅度1のバッファ回路(反転増幅回路)を形成するものとする。すなわち、CPU200から出力されたアナログ信号であるコントロール信号がバッファ回路を介してPWMチョッパ部305に入力されてDCブラシレスモータ部60のモータ制御が実行される。
In this example, as an example, the resistance values of the resistance elements R1 and R2 are made equal to form a buffer circuit (inverting amplifier circuit) having an amplification factor of 1. That is, a control signal that is an analog signal output from the
図9で説明した従来のモータ制御基板の構成と比較して、PI制御であるフィードバック制御を実行するための速度検出部1025、速度偏差信号生成部1022、位相偏差信号生成部1024および比例積分回路を形成するための抵抗および容量素子等が削除された構成と等価である。
Compared with the configuration of the conventional motor control board described with reference to FIG. 9, a
したがって、従来のモータ制御基板の構成よりも簡易かつレイアウト面積が縮小される構成である。また従来のモータ制御基板で比例積分回路として用いられていたオペアンプAMPをバッファ回路に容易に設計変更することが可能、すなわち、従来外付けの抵抗素子および容量素子の抵抗値を調整して実行していたゲインチューニングをCPU側で実行することが可能となるためモータドライバ回路を共通化することが容易であり、汎用性の高いモータドライバ回路を実現することができる。 Therefore, the layout area is simpler than that of the conventional motor control board. In addition, the operational amplifier AMP used as a proportional integration circuit in the conventional motor control board can be easily changed to a buffer circuit, that is, the resistance value of the external resistor element and the capacitor element can be adjusted and executed. Since the gain tuning can be executed on the CPU side, it is easy to share the motor driver circuit, and a motor driver circuit with high versatility can be realized.
また、従来方式のような加速指示信号および減速指示信号のような2つの指示信号に基いてモータを制御する方式ではなく、単一のコントロール信号を用いて制御する方式であるため簡易にモータを制御することが可能となる。 In addition, the motor is not controlled based on two instruction signals such as the acceleration instruction signal and the deceleration instruction signal as in the conventional system, but is a system controlled using a single control signal. It becomes possible to control.
上記においては、CPU200の信号出力部220からアナログ信号であるコントロール信号が出力されて、そのままオペアンプAMPに入力される方式について説明したが、例えば、CPUからPWM信号が出力される場合も考えられる。
In the above description, the control signal that is an analog signal is output from the
図7は、本発明の実施の形態の変形例に従うCPU200#の一部を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a part of
図7を参照して、ここでは、CPU200#と、平滑回路240が示されている。例えば、CPU200#の信号出力部内のPWM信号発生回路230からPWM信号がコントロール信号として出力される場合には、CPU200#とモータドライバ回路300との間に平滑回路240を設けることが可能である。
Referring to FIG. 7, here,
当該回路によりCPU200#から出力されるPWM信号が平滑回路240により平滑処理されて、アナログ信号のコントロール信号としてバッファ回路であるオペアンプAMPに入力することも可能である。
The PWM signal output from the
なお、平滑回路240は、CPU200#の外側に設けてもあるいは内部に設けることも可能である。
The smoothing
なお、画像形成装置を制御するコントローラについて、コンピュータを機能させて、上述の図5で説明したような制御を実行させるプログラムを提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。 Note that it is also possible to provide a program that causes a computer to function as a controller that controls the image forming apparatus and executes the control described with reference to FIG. Such a program is stored in a computer-readable recording medium such as a flexible disk attached to the computer, a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a memory card. And can be provided as a program product. Alternatively, the program can be provided by being recorded on a recording medium such as a hard disk built in the computer. A program can also be provided by downloading via a network.
なお、上記プログラムは、コンピュータのオペレーションシステム(OS)の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずOSと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。 The program may be a program module that is provided as a part of a computer operation system (OS) and calls a required module at a predetermined timing in a predetermined arrangement to execute processing. In that case, the program itself does not include the module, and the process is executed in cooperation with the OS. A program that does not include such a module can also be included in the program according to the present invention.
また、上記プログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。 The program may be provided by being incorporated in a part of another program. Even in this case, the program itself does not include the module included in the other program, and the process is executed in cooperation with the other program. Such a program incorporated in another program can also be included in the program according to the present invention.
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストール
されて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
The provided program product is installed in a program storage unit such as a hard disk and executed. The program product includes the program itself and a recording medium on which the program is recorded.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 複写機、3 戴荷台、2 搬送部、4 排出台、10 画像読取部、11 原稿台ガラス、20 用紙搬送部、21,21Y,21M,21C,21K 作像部、25,25Y,25M,25C,25K 転写ローラ、30 画像形成部、31 中間転写ベルト、32,33,34,35,37,42,43 ローラ、38 排紙トレイ、40 用紙格納部、41 給紙カセット、60 モータ部、62 モータ、64 FGセンサ、70 周波数PIDブロック、72 ローパスフィルタ、74 モータブロック、76 FGブロック、78 位相PIDブロック、100 コントローラ、101 メモリ、200,200# CPU、210 PID演算処理部、215 パルス検出部、220 信号出力部、1000 制御基板、1005 コントロール回路、1010 モータ回路基板、1015 DCBLモータ部、1016 モータ、1017 FGセンサ、300,1020 モータドライバ回路、1022 速度偏差信号生成部、1024 位相偏差信号生成部、1025 速度検出部、1026 PWMチョッパ部、1028 電流供給部、1030 比例積分回路。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直流ブラシレスモータを駆動させるために、前記直流ブラシレスモータに目標速度に従う指令信号に応じた電流を供給するモータドライバ回路と、
前記モータドライバ回路から出力される回転信号の入力を受けて、前記モータドライバ回路が前記目標速度に追従するようにPID演算制御処理により出力する前記指令信号を調整する制御回路とを備え、
前記モータドライバ回路は、
所定の機能を実行するために前記モータドライバ回路の外部に設けられる回路素子を2つの入力ノードの一方と出力ノードとの間に接続可能なオペアンプと、
前記オペアンプの出力に基いて前記直流ブラシレスモータに供給する電流量を制御するための電流制御部とを含み、
前記オペアンプの一方の入力ノードと出力ノードとの間に設けられた第1の外部抵抗と、
前記制御回路と前記オペアンプの一方の入力ノードとの間に設けられた第2の外部抵抗とをさらに備え、
前記オペアンプの他方の入力ノードには基準電圧が供給され、
前記オペアンプは、第1および第2の外部抵抗の抵抗値に基く変化率のバッファ回路を形成する、画像形成装置。 DC brushless motor,
A motor driver circuit for supplying a current corresponding to a command signal according to a target speed to the DC brushless motor in order to drive the DC brushless motor;
A control circuit that receives the rotation signal output from the motor driver circuit and adjusts the command signal output by the PID calculation control process so that the motor driver circuit follows the target speed;
The motor driver circuit is
An operational amplifier capable of connecting a circuit element provided outside the motor driver circuit to perform a predetermined function between one of two input nodes and an output node;
A current control unit for controlling the amount of current supplied to the DC brushless motor based on the output of the operational amplifier;
A first external resistor provided between one input node and an output node of the operational amplifier;
A second external resistor provided between the control circuit and one input node of the operational amplifier;
A reference voltage is supplied to the other input node of the operational amplifier,
The image forming apparatus, wherein the operational amplifier forms a buffer circuit having a change rate based on resistance values of the first and second external resistors.
前記第1の外部抵抗は、前記複数の入力あるいは出力ピンのうちの前記オペアンプの一方の入力ノードおよび出力ノードに対応するピンを用いて接続される、請求項1に記載の画像形成装置。 The motor driver circuit is formed on a semiconductor chip provided with a plurality of packaged input or output pins,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the first external resistor is connected using pins corresponding to one input node and an output node of the operational amplifier among the plurality of input or output pins.
前記制御回路と前記オペアンプの一方の入力ノードとの間に前記PWM信号を平滑化する平滑回路をさらに備える、請求項1に記載の画像形成装置。 The command signal is output as a PWM signal,
The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a smoothing circuit that smoothes the PWM signal between the control circuit and one input node of the operational amplifier.
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| JP2011170323A (en) * | 2010-01-19 | 2011-09-01 | Ricoh Co Ltd | Image forming apparatus, image forming program, and recording medium |
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