CN100399451C - 用于光驱的马达转速控制方法和马达转速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于光驱的马达转速控制方法：当光盘的旋转角速度固定，且方向与转动力矩相同时，则施加大小与转动力矩相同，且方向与转动力矩相反的煞车力矩使光盘停止旋转。否则，先施加与旋转角速度相同的固定力矩使光盘具有固定的角速度。之后，再施加大小与固定力矩相同，且方向与固定力矩相反的煞车力矩使光盘停止旋转。如此，则无论光盘的转速为多大，皆可使光盘在固定时间内停止转动。

Description

用于光驱的马达转速控制方法和马达转速控制装置

技术领域

本发明涉及一种马达转速控制方法和马达转速控制装置，尤其涉及一种用于光驱的马达转速控制方法和马达转速控制装置。

背景技术

随着高容量存储介质需求量的增加，光盘的使用日渐扮演重要的角色。读取光盘时，如何快速并稳定地读取盘上的数据以降低数据访问时间(dataaccess time)，是各家厂商所致力研究的课题。

请参照图1，示出了传统光驱的转速控制系统100的电路方块图。在传统的光驱中，光盘(disc)102放置于主轴马达(Spindle Motor)104的上面。主轴马达104依据马达控制装置106所输出的转速控制信号DMO，对光盘102施加一转动力矩，来带动光盘102旋转。主轴马达104与频率产生器(FrequencyGenerator，FG)108耦接，频率产生器108会依据光盘102的转速输出转速频率信号SF，并将其反馈至马达控制装置106中。马达控制装置106由微处理器108以及数字信号处理器110所组成，依据转速频率信号SF以及当时的光驱的工作状况输出转速控制信号DMO至主轴马达104。如此，光驱通过闭环(close loop)形式的转速控制系统100，来完成光盘102的转速控制动作。

光盘102上具有多个轨道(Track)，用以储存数字数据，这些数字数据是由光学读取头(optical pickup head)读取的。当读取数字数据时，光学读取头必须随着数字数据储存于光盘102上的位置的不同，而移动至适当的位置来进行读取。同时，转速控制系统100也必须依据数字数据储存于光盘102上的位置，来控制光盘102的转速。当数字数据位于光盘102的内侧时，光盘102的转速较快。反的，当数字数据位于光盘102的外侧时，光盘102的转速较慢。

当要使光盘102停止旋转(spindle off)时，马达控制装置106会依据频率产生器108所反馈的转速频率信号SF输出转速控制信号DMO，使得主轴马达104对光盘102施加一力矩，用以降低光盘102的转速。其中，该力矩施于光盘102的方向是与光盘102的转动方向相反。直到马达控制装置106施于光盘102的方向是与光盘102的转动方向相反。直到马达控制装置106根据频率产生器108输出的转速频率信号SF得知光盘102的转速为零，才停止输出转速控制信号DMO。其中，为描述方便起见，本说明书将上述过程所需要的时间，即从要使光盘102停止旋转到光盘102转速为零所需的时间称为煞车时间。

传统转速控制系统的缺点是：必须依据光驱的工作状况，随着数字数据储存于光盘的位置，对光盘的转速作精密的控制。由于光盘的转速时时不同，因此要使光盘停止旋转时，转速控制系统所输出的转速控制信号大小也不相同。而使光盘停止旋转所需要的煞车时间长短也随之而有所不同。如此会使得光驱系统的状态过于复杂，影响其稳定性。而且整个计算机系统必须预设一较长的等待时间，以确定光盘已停止旋转。如此也会影响计算机系统的工作效率。此外，转速控制系统必须具有频率产生器输出反馈信号。传统转速控制系统闭环的设计也增加了设计上的复杂度以及制造成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在于提供一种用于光驱的马达转速控制方法和马达转速控制装置，使得无论光盘的转速为多大，皆可以在固定时间内停止旋转。同时也可降低转速控制系统的电路设计的复杂度以及制造成本。

根据本发明的目的，提供一种用于光驱的马达转速控制方法。无论光盘的转速为多大，皆可使光盘在固定时间内停止转动。该转速控制方法至少包括下列步骤：首先，检查光盘的旋转角速度及其转动力矩。当光盘的旋转角速度大小不随时间改变，且旋转角速度的方向与转动力矩的方向相同时，则施加煞车力矩于光盘上，使光盘停止旋转。其中，煞车力矩的大小与转动力矩相同，且煞车力矩的方向与转动力矩相反。当光盘的旋转角速度大小随时间改变，或旋转角速度的方向是与转动力矩的方向相反，则先施加固定力矩，使光盘具有固定角速度。其中，固定力矩的方向是与旋转角速度的方向相同，且固定角速度的大小不随时间而变。之后，再施加煞车力矩于光盘上，使光盘停止旋转。其中，煞车力矩的大小与固定力矩相同，且煞车力矩的方向与固定力矩相反。

根据本发明的目的，提供一种用于光驱的马达转速控制装置，用于控制光驱中光盘的转速，该转速控制装置至少包括：一马达控制装置，用以依据置耦接，用以依据该转速控制信号输出一转动力矩，以控制该光盘以一角速度稳定地旋转；其中，当该主轴马达依据该转速控制信号，输出大小与该转动力矩相同，方向与该转动力矩相反的一煞车力矩至该光盘时，无论该角速度为多大，该光盘皆可在一固定时间停止旋转。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示出了传统光驱的转速控制系统的电路方块图。

图2示出了本发明所提出的光驱的转速控制系统的电路方块图。

【标号说明】

100：传统转速控制系统

102、202：光盘

104、204：主轴马达

106、206：马达控制装置

108：频率产生器

110、208：微处理器

112、210：数字信号处理器

具体实施方式

本发明的特点在于，不论光盘当时的转速为多大，欲使光盘停止转动所需要的煞车时间皆为固定值。其原理说明如下：

请参照公式(1)：

(1)T＝J×α+f×ω

要使光盘转动，主轴马达所需施加的力矩T与光盘的惯性矩J、角加速度α、摩擦系数f以及转速ω的关系如(1)式所示。其中，角加速度α以及转速ω皆为时间的函数。

将(1)式作拉普拉斯变换(Laplace transform)以得到(2)式：

$\left(2\right),\frac{T}{s}=J(s\·\mathrm{\Ω}\left(s\right)-{\mathrm{\ω}}_o)+f\·\mathrm{\Ω}\left(s\right)$

其中，s为拉普拉斯转换所定义的s定义域(s-domain)的自变量，Ω(s)为

其中，s为拉普拉斯转换所定义的s定义域(s-domain)的自变量，Ω(s)为光盘的转速于s定义域(s-domain)的表示法。而ω_o则为光盘稳定旋转时的转速。

将(2)式整理后，可得(3)式：

$\left(3\right),\mathrm{\Ω}\left(s\right)=\frac{T/f}{s}-\frac{T/f-{\mathrm{\ω}}_o}{(s+f/J)}$

再将(3)式作拉普拉斯逆变换得到(4)式：

$\left(4\right),\mathrm{\ω}\left(t\right)=\frac{T}{f}-(\frac{T}{f}-{\mathrm{\ω}}_o)e^{-(f/J)t}$

其中，t代表时间。

请再参照(1)式，欲使光盘以固定的转速ω_o转动，主轴马达所需施加于光盘的转动力矩大小关系如(5)式所示：

(5)T_o＝f×ω_o

请同时参照(4)式与(5)式，如果主轴马达对以稳定的转速ω_o旋转的光盘施以与转动力矩T_O等量反向的煞车力矩-T_O，使光盘停止旋转，则光盘的转速由ω_o减少至0所需的时间如(6)式所示：

$\left(6\right),0=\frac{-T_O}{f}-(\frac{-T_O}{f}-{\mathrm{\ω}}_o)\·e^{-(f/J)t}$

其中，t即为使光盘停止旋转所需的煞车时间。

将(6)式整理之后，可得最后的结果，如(7)式所示：

$\left(7\right),t=\frac{J}{f}\ln 2$

其中，光盘的惯性矩J以及摩擦系数f为定值，大小不随转速ω而变。由(7)式可知：当光盘以稳定的转速ω_o旋转时，如果主轴马达对光盘施以与转动力矩T_O等量反向的煞车力矩-T_O，欲使光盘停止旋转，则无论转速ω_o大小为多大，其所需要的煞车时间t系为一固定值。

请参照图2，示出了本发明所提出的转速控制系统200的电路方块图。光盘202是放置于主轴马达204的上面。主轴马达204依据马达控制装置206所输出的输出转速控制信号DMO，施加一力矩于光盘202上，使光盘202旋转。马达控制装置206是由微处理器208以及数字信号处理器210所组成，依据当时光驱的工作状况输出转速控制信号DMO至主轴马达204，来达成光盘102的转速控制动作。

请同时参照图1和图2，本发明与传统的转速控制系统100不同的处在于：本发明的转速控制系统200为一开环(open loop)，不需要如传统的转速控制系统100一样，需由频率产生器108将转速频率信号SF反馈至马达控制装置106，即可对光盘102的转速进行控制。需注意的是，马达控制装置206需依据当时光驱系统的工作状况，决定使光盘202停止旋转的转速控制方法。光驱系统的工作状况不同，使光盘202停止旋转的转速控制方法也不相同。以下，分别就光驱系统不同的工作状况，说明转速控制系统200所实施的使光盘停止旋转的转速控制方法。

当系统正在读取光盘202上的数字数据时，光盘202是以一固定大小的转速ω_O旋转。此时，主轴马达204施于光盘202的转动力矩为T_O，其方向与转速ω_o的方向相同。若欲使光盘202停止旋转，则马达控制装置206由转速控制信号DMO控制主轴马达204，施加一煞车力矩于光盘202，使光盘202停止旋转。其中，煞车力矩的大小与转动力矩相同，且煞车力矩的方向与转动力矩的方向相反。如此，由上文的原理推导可知，无论当时光盘202的转速ω_o大小为多大，在固定的煞车时间t之后，光盘202即会停止旋转。

当系统读取光盘202上的数字数据时，由上文所述可知，随着数字数据储存于光盘202上的位置不同，光盘102的转速也随之改变。因此当系统访问光盘202上的数字数据时，光盘202的转速并不稳定。在系统进行访问动作之后，主轴马达204才会施加一转动力矩于光盘202上，使光盘以一固定的转速旋转。若在系统访问光盘202上的数字数据时，欲使光盘202停止旋转，主轴马达204并不马上对光盘202进行煞车动作。而是先等待一段时间，其时间长短是由系统预先设定。在该等待时间时，系统继续进行访问数字数据的动作，马达控制装置206也通过转速控制信号DMO控制光盘的转速。直到在系统进行访问动作完毕，光盘以一固定的转速ω_o旋转之后，马达控制装置206再通过转速控制信号DMO，控制主轴马达204施加煞车力矩于光盘202，对光盘202进行煞车动作。其中，煞车力矩的大小与转动力矩相同，且煞车力矩的方向与转动力矩的方向相反。如此，则无论当时光盘202的转速ω_o的大小为多大，经过一固定的煞车时间t之后，光盘202即会停止旋转。

如果系统由光盘202的内侧往外侧访问或读取光盘202上的数字数据时，主轴马达204对光盘202施加的转动力矩，其方向与光盘202的转动方向相反。此转动力矩会使得光盘202的转速随时间而变慢。若在此时欲使光盘202停止旋转，则马达控制装置206先输出第一转速控制信号DMO1，使主轴马达204对光盘202施加一方向与光盘202旋转方向相同，且量值很大的第一力矩T1。此时，光盘202受到第一力矩T1的影响，其转速会开始快速地变快。之后，马达控制装置206再输出第二转速控制信号DMO2，使主轴马达204对光盘202施加第二力矩T2。其方向与光盘202旋转方向相同，但其量值系是由系统预先设定。如此，使得光盘202在转速快速加速之后，再以固定的转速ω_o稳定的旋转。此时，主轴马达206再施加一煞车力矩于光盘202，使光盘202停止旋转。其中，煞车力矩的大小与第二力矩T2相同，且煞车力矩的方向与第二力矩T2的方向相反。如此，则经过固定的煞车时间t之后，光盘202即会停止旋转。

当使用者要取出光盘时，系统会进行硬件复位(hardware reset)动作。此时，主轴马达204不再对光盘202施加转动力矩。在一段时间内，光盘202仍然快速地自由旋转，且其转速并不稳定。此时欲使光盘202停止旋转时，与上文所述的方法相同，马达控制装置206先输出第一转速控制信号DMO1，使主轴马达204对光盘202施加一方向与光盘202旋转方向相同，且量值很大的第一力矩T1。此时，光盘202受到第一力矩T1的带动，其转速会快速地增加。之后，马达控制装置206再输出第二转速控制信号DMO2，使主轴马达204对光盘202施加第二力矩T2。其方向与光盘202旋转方向相同，但其量值是由系统预先设定。如此，使得光盘202在转速快速加速之后，再以固定的转速ω_o稳定地旋转。最后，主轴马达206施加一煞车力矩于光盘202，使光盘202停止旋转。其中，煞车力矩的大小与第二力矩T2相同，且煞车力矩的方向与第二力矩T2的方向相反。再对光盘202进行煞车动作。如此，则经过固定的煞车时间t之后，光盘202即会停止旋转。

本发明上述实施例所公布的用于光驱的马达转速控制方法，通过先以一转动力矩使光盘以固定的转速运转，再施以与转动力矩大小相同方向相反的煞车力矩，使得无论光盘的转速为多大，皆可以于固定时间内停止旋转。

此外，转速控制系统也可以以开环的形式取代传统闭环电路。如此也可降低转速控制系统的电路设计的复杂度以及制造成本。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公布如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围以所附的权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于光驱的马达转速控制方法，用于控制光驱中光盘的转速，该转速控制方法包括下列步骤：

检查光盘的角速度和此时的转动力矩；

如果该光盘的角速度大小不随时间改变，且该角速度的方向是与该转动力矩的方向相同，则施加一煞车力矩于该光盘上，使该光盘停止旋转，该煞车力矩的大小与该转动力矩相同，且该煞车力矩的方向与该转动力矩相反，其中，无论该角速度的大小为多大，该光盘皆可在施加煞车力矩时起的固定时间内停止旋转；

如果该光盘的该角速度大小是在欲读取光盘数据时随时间改变的，或该角速度的方向是与所述转动力矩的方向相反且光盘角速度大小随时间改变的，或所述转动力矩的大小为零且光盘角速度随时间改变的，则先施加第一力矩，使该光盘具有第一角速度，该第一力矩的方向是与该角速度的方向相同，且该第一角速度的大小不随时间而变，之后，再施加第二力矩于该光盘上，使该光盘停止旋转，该第二力矩的大小与该第一力矩相同，该第二力矩的方向与该第一力矩相反，其中，无论该第一角速度的大小为多大，该光盘皆可在施加该第二力矩时起的该固定时间内停止旋转。

2.一种用于光驱的马达转速控制装置，用于控制光驱中光盘的转速，该转速控制装置包括：

一马达控制装置，用以依据该光驱中光盘的角速度输出一转速控制信号；以及

一主轴马达，与该马达控制装置耦接，用以依据该转速控制信号输出一转动力矩，以控制该光盘以一角速度稳定地旋转；

其中，如果该光盘的角速度大小不随时间改变，且该角速度的方向是与该转动力矩的方向相同，则该主轴马达施加一煞车力矩于该光盘上，使该光盘停止旋转，该煞车力矩的大小与该转动力矩相同，且该煞车力矩的方向与该转动力矩相反，其中，无论该角速度的大小为多大，该光盘皆可在施加煞车力矩时起的固定时间内停止旋转；

如果该光盘的该角速度大小是在欲读取光盘数据时随时间改变的，或该角速度的方向是与所述转动力矩的方向相反且光盘角速度大小随时间改变的，或所述转动力矩的大小为零且光盘角速度随时间改变的，则该主轴马达先施加第一力矩，使该光盘具有第一角速度，该第一力矩的方向是与该角速度的方向相同，且该第一角速度的大小不随时间而变，之后，再施加第二力矩于该光盘上，使该光盘停止旋转，该第二力矩的大小与该第一力矩相同，该第二力矩的方向与该第一力矩相反，其中，无论该第一角速度的大小为多大，该光盘皆可在施加该第二力矩时起的该固定时间内停止旋转。

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