JP2005137141A - 回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のホール素子を用いた回転数検出方法において、ホール素子の取り付け位置バラツキが大きい場合には、回転検出パルスの変動を軽減させることができず、応答性も遅いという問題がある。
【解決手段】 パルス発生器３はホール素子Ｈａ、Ｈｂ及びＨｃによりそれぞれ得られる回転検出信号に基づき、スピンドルモータ２の一回転期間の１／３倍の周期のパルス信号Ｓｒｐを生成する。パルス信号Ｓｒｐは、周期検出器１１及びＴ−ｆ変換器１２を経て移動加算器１３で移動加算する。この移動加算器１３は、３の倍数のタップ数Ｍのフィルタ構成により移動加算を行う。これにより、移動加算器１３からは、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差があるときでも取り付け誤差が無いときと同じ周期の移動加算結果が得られる。ホール素子の取り付け位置誤差の駆動信号への影響を大幅に低減できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法に係り、特にフィードバック制御によりモータ等の回転体の回転をサーボ制御する回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法に関する。

例えば、光ディスクから情報を再生する情報再生装置における当該光ディスクを回転させるスピンドルモータ等の回転体の回転を制御する回転サーボ制御装置においては、従来からいわゆるフィードバック制御が一般的に用いられる。

より具体的には、当該回転体に付属して設けられている、当該回転体の回転数等を示す回転信号を生成する信号生成装置からの当該回転信号に基づいてその回転数を検出し、回転信号の周期を３倍にした信号を生成する３倍回転信号を生成し、この３倍回転信号により示される現在の当該回転手段の回転数対応値を３倍回転信号のエッジをカウントすることで検出し、その検出した回転数対応値をタップによる移動平均を行い、当該回転手段を回転させるべき回転数対応値である目標回転数との差を演算することにより制御偏差を検出し、更にその制御偏差に対して位相補償処理を施し、最後にいわゆるドライバ等の駆動装置により位相補償後の制御偏差を増幅してこの制御偏差を打ち消すように回転体の回転を制御するようにフィードバック制御していた。このように３倍回転信号を用いることにより、サンプリング周波数が上がるため、一巡閉ループ特性の位相余裕が向上し、サーボ性能が向上する。

ここで、上述した回転信号を生成する方法のうち、いわゆる民生用の装置に用い得る簡易な方法としては、例えば、回転体の回転に伴って回転する円盤上におけるその周方向に多数のスリットを設け、当該円盤が回転しているときに当該スリットが通過する位置にレーザ光等の光ビームを照射しておき、そのスリットを光ビームが透過したことを検出して当該円盤（すなわち回転体）の回転数を検出する方法や、或いは、当該円盤の回転面と平行な面内に例えば１２０度の取り付け角度をもって３つのいわゆるホール素子を設けておき、このホール素子の近傍を円盤が回転するときに発生する磁場の変化を各ホール素子により検出し、その検出結果から当該円盤の回転数を検出する方法が用いられている。

しかしながら、上記複数のスリットを用いた回転数検出方法においては、各スリットの間隔が変動していると、回転体自体は一定回転数で回転していても回転信号として検出されるパルス間隔には変動が生じ、従って正確な回転数が検出できない場合がある。

また、上記複数のホール素子を用いた回転数検出方法においても、各ホール素子の取り付け角度に変動（取り付け位置誤差）が生じている場合には、同様に回転体自体は一定回転数で回転していても回転信号として検出されるパルス間隔には変動が生じ、従ってこの場合にも正確な回転数が検出できない場合がある。

そこで、回転体の回転に伴って生成される当該回転体の回転数を示す回転信号に変動が含まれている場合でも、当該変動を除去して回転数を正確に検出し、当該回転体の回転を正確にサーボ制御する回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法が従来より提案されている(例えば、特許文献１参照)。

すなわち、この特許文献１記載の従来の回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法では、少なくとも比例積分制御を用いたフィードバック制御によりスピンドルモータの回転を示すパルス信号におけるパルス周期変動を除去して当該スピンドルモータを回転制御する際に、積分項が乗算された制御偏差信号にのみ移動平均フィルタによる平均化処理を施し、平均化された制御偏差信号と比例項が乗算された制御偏差信号であって当該平均化処理が施されていない制御偏差信号とを加算して補償信号を生成することにより、回転信号に周期変動が含まれている場合でも、位相遅れを最小限に抑えつつパルス周期変動を除去するよう構成したものである。

特開２０００−２５３６８８号公報

しかるに、上記の従来の回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法では、回転信号の変動の影響を軽減するために、回転数の情報を平均化する手法を採用しており、移動平均フィルタにおいて平均化の対象とする個数は、除算のし易い２のべき乗の値が選ばれるが、上記複数のホール素子を用いた回転数検出方法において元々のホール素子のバラツキが大きい場合には、かなり大きな値としても影響を軽減させることができない。また、移動平均フィルタにおいて平均化の対象とする個数を大きな値にするということは、一巡特性の位相余裕も悪化するため、ゲイン交点を上げることができず、結果として、応答性が遅いという問題がある。

また、平均化には除算が含まれるが、デジタルサーボ等の場合、時間がかかるため、２のべき乗の値のタップ数が選ばれることとなる。よって、３２タップ等の値が選ばれることが多く、これは応答特性を悪化させることとなる。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、回転体の回転数検出用のホール素子の取り付け位置ばらつきに依存されずに、位相遅れを最低限に抑制しつつこの変動を除去して正確にその回転数を検出し、当該回転体の回転を正確にサーボ制御し得る回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、迅速な応答特性で回転体の回転制御を行い得る回転サーボ制御装置及び回転サーボ制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明の回転サーボ制御装置は、制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出し、その回転検出センサの出力検出信号に基づき、回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する回転検出パルス生成手段と、回転検出パルス生成手段により生成された回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する移動加算手段と、回転体の目標回転数のＭ倍の回転数の値の目標周波数信号を発生する目標周波数発生手段と、移動加算手段から出力された加算後信号と目標周波数発生手段から出力された目標周波数信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する減算手段と、制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する補償手段と、補償手段から出力される補償信号に基づいて、回転体を回転駆動する駆動信号を生成して回転体へ供給する駆動信号生成手段とを有する構成としたものである。

この発明では、３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出された回転体の回転検出信号に基づき、上記回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成し、その回転検出パルスに対し、３の任意の自然数倍のタップ数のフィルタ構成の移動加算手段により移動加算を行うようにしたため、移動加算手段により生成される移動加算後信号は、上記の３の自然数倍の個数の回転検出センサのうち、ある一つの回転検出センサの回転検出信号と同じ周期で得られることとなり、よって、回転検出センサの取り付け位置誤差に関係なく移動加算後信号が得られる。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明の回転サーボ制御装置は、制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出し、その回転検出センサの出力検出信号に基づき、回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する回転検出パルス生成手段と、回転検出パルス生成手段により生成された回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する移動加算手段と、移動加算手段から出力された加算後信号を２のべき乗の値Ｑで除算して除算後信号を生成する除算手段と、回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号を発生する目標周波数発生手段と、除算手段から出力された除算後信号と目標周波数発生手段から出力された目標周波数信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する減算手段と、制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する補償手段と、補償手段から出力される補償信号に基づいて、回転体を回転駆動する駆動信号を生成して回転体へ供給する駆動信号生成手段とを有する構成としたものである。

この発明では、第１の発明と同様にして生成された加算後信号に対して２のべき乗の値Ｑで除算した除算後信号を生成し、この除算後信号と回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号とを減算して制御偏差信号を生成するようにしたため、上記の第１の発明の作用に加えて、目標周波数発生手段が発生する目標周波数を低くできると共に、制御偏差信号を得るための減算手段を低い周波数同士の減算をする構成にできる。

また、上記の目的を達成するため、第３の発明の回転サーボ制御方法は、制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出する第１のステップと、回転検出センサの出力検出信号に基づき、回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する第２のステップと、第２のステップにより生成された回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する第３のステップと、回転体の目標回転数のＭ倍の回転数の値の目標周波数信号と加算後信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する第４のステップと、制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する第５のステップと、補償信号に基づいて、回転体を回転駆動する駆動信号を生成して回転体へ供給する第６のステップとを含むことを特徴とする。この発明では、第１の発明と同様に、回転検出センサの取り付け位置誤差に関係なく移動加算後信号が得られる。

また、上記の目的を達成するため、第４の発明の回転サーボ制御方法は、制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出する第１のステップと、回転検出センサの出力検出信号に基づき、回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する第２のステップと、第２のステップにより生成された回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する第３のステップと、加算後信号を２のべき乗の値Ｑで除算して除算後信号を生成する第４のステップと、回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号と除算後信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する第５のステップと、制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する第６のステップと、補償信号に基づいて、回転体を回転駆動する駆動信号を生成して回転体へ供給する第７のステップとを含むことを特徴とする。

この発明では、第３の発明と同様にして生成された加算後信号に対して２のべき乗の値Ｑで除算した除算後信号を生成し、この除算後信号と回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号とを減算して制御偏差信号を生成するようにしたため、上記の第１及び第３の発明の作用に加えて、目標周波数発生手段が発生する目標周波数を低くできると共に、制御偏差信号を得るための減算手段を低い周波数同士の減算をする構成にできる。

第１及び第３の発明によれば、回転体の回転検出パルスに対して移動加算を行って生成される移動加算後信号は、３の自然数倍の個数の回転検出センサのうち、ある一つの回転検出センサの回転検出信号と同じ周期で得られ、回転検出センサの取り付け位置誤差に関係なく移動加算後信号が得られるようにしたため、回転検出センサの取り付け位置誤差の駆動信号への影響を大幅に低減でき、フィードバック制御理論における位相余裕を減少させることなく回転検出パルスの周期変動を除去でき、回転体を正確にしかも迅速な応答特性でフィードバック制御することができる。

また、第２及び第４の発明によれば、第１及び第３の発明と同様にして生成された加算後信号に対して２のべき乗の値Ｑで除算した除算後信号を生成し、この除算後信号と回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号とを減算して制御偏差信号を生成することにより、目標周波数発生手段が発生する目標周波数を低くできると共に、制御偏差信号を得るための減算手段を低い周波数同士の減算をする構成にしたため、目標周波数発生手段を少ないレジスタ及びメモリを有する簡単な構成にでき、更に、減算手段の演算量も減少できる。また、除算手段による除算は２のべき乗Ｑなので演算時間・回路規模・精度も悪化しないようにできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面と共に説明する。図１は本発明になる回転サーボ制御装置の第１の実施の形態のブロック図を示す。同図において、回転サーボ制御装置は、光ディスク１を回転するスピンドルモータ２と、スピンドルモータ２の回転数に応じた周期の回転検出パルスを発生するパルス発生器３と、パルス発生器３からの回転検出パルスを入力として受け、スピンドルモータ２を回転制御するスピンドル制御部１０とよりなる。

フィードバック制御系によりディスク状記録媒体としての光ディスク１の回転サーボ制御を行いつつ光ディスク１上に記録されている情報を再生する情報再生装置は、この回転サーボ制御装置に加えて、光ディスク１の記録情報信号を再生するピックアップ４と、ピックアップ４の動作を制御するピックアップ制御部５と、ピックアップ４からの再生情報信号を信号処理する図示しない信号処理回路などからなる。

スピンドル制御部１０は、パルス発生器３からのスピンドルモータ２の回転数に応じた周期の回転検出パルスＳｒｐ（具体的には、例えば光ディスク１の一回転につき３の倍数のパルスを含むパルス信号Ｓｒｐ）の周期を検出する周期検出器１１と、周期検出器１１からの検出信号Ｓｔを周波数信号Ｓｆに変換する周波数変換手段としてのＴ−ｆ（周期−周波数）変換器１２と、移動加算器１３と、目標周波数信号Ｓｒｅｆを発生する目標周波数発生器１４と、目標周波数信号Ｓｒｅｆから移動加算器１３の出力信号Ｓｆｓｕｍを減算して制御偏差Ｓｅｒを生成する減算器１５と、制御偏差Ｓｅｒの補償を行う補償器１６と、補償器１６の出力信号ＳｕをＤ／Ａ変換してアナログ信号Ｓａｕを出力するＤ／Ａ変換器１７と、スピンドルモータ２を回転駆動する駆動信号Ｓｉを出力するドライブ回路１８とより構成されている。

ここで、スピンドルモータ２は、例えば図２に示す公知の構成のブラシレスモータ２０が用いられる。このブラシレスモータ２０は、大略中空円筒で、内部に１２０度間隔で突起部２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられた界磁鉄芯２１と、界磁鉄芯２１の内部中央に回転自在に設けられたロータ２３と、突起部２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応した位置に１２０度間隔で設けられたホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃと、突起部２２ａ、２２ｂ、２２ｃに各々巻回されている駆動コイルＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃとよりなり、駆動コイルＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃの各一端は中性点配線Ｌに相互に接続されている。このブラシレスモータ２０は、ロータ２３がＳ極とＮ極に２分割されて中心軸２４を中心として例えば、図中、反時計方向に回転する２極３相構成である。ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは、ロータ位置検出用センサである。

図３は図１中の移動加算器１３の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、移動加算器１３は、入力信号に対して単位時間の遅延を施す、縦続接続された（Ｍ−１）個（Ｍは３の倍数）の遅延手段としての遅延器１３１−１〜１３１−(Ｍ-1)と、入力信号と遅延器１３１−１〜１３１−(Ｍ-1)の各出力信号を加算する遅延加算手段としての加算器１３２とよりなる、Ｍタップ構成のフィルタである。

次に、図１の実施の形態の動作について図１〜図３と図４のタイムチャートと共に説明する。図１において、従来と同様に、ピックアップ４は、回転する光ディスク１の情報記録面に対して光ビームＢを照射し、その反射光を内部の光検出器で光電変換して検出信号をピックアップ制御部５へ出力する。ピックアップ制御部５は、この検出信号の信号処理を行ってフォーカス制御信号及びトラッキング制御信号を生成し、光ビームＢを光ディスク１の情報記録面上に焦点一致して照射し、かつ、光ディスク１のトラック上を追従走査するように、ピックアップ４内の図示しない対物レンズ（光ビームＢを情報記録面上に集光させるための対物レンズ）を情報記録面に対して垂直な方向及び平行な方向に駆動制御する周知のフォーカスサーボ制御及びトラッキングサーボ制御を行う。なお、ピックアップ４内の光検出器により得られた再生信号に基づき、図示しない信号処理回路により再生情報信号が得られる。

このようなフォーカスサーボ制御やトラッキングサーボ制御を行う情報再生装置において、図２に示した２極３相構成のブラシレスモータで構成されたスピンドルモータ２は、後述する図４（Ｅ）に示す駆動信号Ｓｉ（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）に基づいてロータ２３が回転し、このロータ２３の中心軸２４と一体的に光ディスク１を回転駆動する。この回転動作と並行して、パルス発生器３が、ロータ２３及び中心軸２４の回転（以下、スピンドルモータ２の回転ともいう）に同期した回転検出パルスＳｒｐを生成して周期検出器１１へ出力する。

図２のホール素子Ｈａ、Ｈｂ及びＨｃは、スピンドルモータ２の回転に同期して図４（Ｃ）に示す回転検出信号Ｈａ^＋、Ｈｂ^＋及びＨｃ^＋を互いに独立して出力する。ここで、図４（Ａ）に示すパルス信号ＦＧは、図４（Ｃ）に示す回転検出信号中、ホール素子Ｈａの回転検出信号Ｈａ^＋を２値で示した信号である。また、図４（Ｂ）のロータの位置を示す時刻（ａ）、（ｇ）はロータ２３が図２に示す位置にあるときの時刻、同図（Ｂ）の時刻（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は、それぞれロータ２３が図２に示す状態から反時計方向に６０度、１２０度、１８０度、２４０度及び３００度回転したときの時刻を示す。

すなわち、上記の時刻（ａ）、（ｇ）では、図２に示すように、ホール素子Ｈａはロータ２３のＳ極とＮ極の中性点を検出するため、ホール素子Ｈａの出力回転検出信号は図４（Ｃ）にＨａ^＋で示すように零点である。他方、ホール素子Ｈｂ、Ｈｃはロータ２３のＳ極、Ｎ極部分を検出するため、ホール素子Ｈｂ、Ｈｃの各出力回転検出信号は図４（Ｃ）にＨｂ^＋、Ｈｃ^＋で示す極性の信号である。

また、この時刻（ａ）では、図２及び図４（Ｅ）に示すように駆動コイルＬ_ＡにＧＮＤの信号が供給され、駆動コイルＬ_Ｂに正の直流電圧が印加され、駆動コイルＬ_Ｃが非接続（ＮＣ）とされることにより、駆動コイルＬ_ＢからＬ_Ａに矢印で示す方向に駆動電流が流れ、突起部２２ｂにＮ極が誘起され、かつ、突起部２２ａにＳ極が誘起されるため、フレミングの左手の法則によりロータ２３のＳ極が突起部２２ｂに吸引される力が発生し、かつ、ロータ２３のＮ極が突起部２２ａに対し反発する力が発生するため、ロータ２３に反時計方向にトルクが作用し、ロータ２３が反時計方向に回転する。

次の時刻（ｂ）では、図４（Ｅ）に示すように駆動コイルＬ_ＡがＧＮＤの信号が供給され、駆動コイルＬ_Ｂが非接続（ＮＣ）とされ、駆動コイルＬ_Ｃに正の直流電圧が印加されることで、上記の説明から明らかに類推できるようにロータ２３に反時計方向にトルクが作用することでロータ２３が反時計方向に回転する。以下、同様にして、駆動コイルＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃに供給される駆動信号が時刻（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）毎に切替入力されることにより、ロータ２３に反時計方向にトルクが作用することでロータ２３が反時計方向に回転する。

図１のパルス発生器３はホール素子Ｈａ、Ｈｂ及びＨｃによりそれぞれ得られる回転検出信号を、それぞれ２値に変換し（ホール素子Ｈａの回転検出信号を２値で示した信号は図４（Ａ）に示す）、それらを否定論理和加算演算することにより、例えば図４（Ｆ）に示すように、スピンドルモータ２の一回転期間につき、等間隔な（デューティサイクル５０％の）３つのパルスを含むパルス信号（すなわち、スピンドルモータ２の一回転期間の１／３倍の周期のパルス信号）Ｓｒｐを生成する。

この回転検出パルスＳｒｐは、カウンタ等により構成されている周期検出器１１に供給され、ここでその周期に応じた周期信号Ｓｔとされた後、Ｔ−ｆ変換器１２へ供給されて周波数に変換される。ここで、上記の回転検出信号Ｓｒｐの反転エッジ間隔が周波数情報として利用されるが、回転検出パルスＳｒｐの周期はスピンドルモータ２の一回転期間の１／３倍の周期であるので、反転エッジ間隔はスピンドルモータ２の一回転期間１周期の回転検出信号に比べて３倍あるので、周波数情報が３倍多く、これはサンプリング周波数が高くなったことに相当する。Ｔ−ｆ変換器１２から出力されたスピンドルモータ２の現在の回転周波数の３倍周波数の信号は、積分制御偏差信号Ｓｆとして移動加算器１３に供給される。

移動加算器１３は、図３に示した構成により３の倍数のタップ数Ｍによる移動加算を行うことにより、次式のｚ関数の線形方程式Ｈ（ｚ）
Ｈ（ｚ）＝｛１＋ｚ・１＋ｚ・２＋…＋ｚ・（Ｍ−１）｝
に基づいて移動加算を行うフィルタである。

なお、上記の線形方程式Ｈ（ｚ）をＭで除算すると、移動平均となるが、これとは異なる操作（すなわち、３の倍数のタップ数Ｍによる移動加算）をしているところに、本実施の形態の目的がある（上記移動平均モデルについては、例えば、「自動制御ハンドブック・基礎編，計測自動制御学会編，オーム社，１９８３年，ｐｐ２１６−２１７」に詳しい。）。

この移動加算器１３の動作を更に説明するに、図３に示した移動加算器１３に含まれる各遅延器１３１−１〜１３１−(Ｍ-1)は、Ｔ−ｆ変換器１２から供給される積分制御偏差信号Ｓｆをパルス信号Ｓｒｐにおける相隣接する二つのパルス間の間隔（Ｓｒｐの一周期Ｔ）だけ順次遅延し、遅延信号Ｓｚ１、Ｓｚ２、・・・、ＳｚM-1を生成して加算器１３２へそれぞれ出力する。加算器１３２は、遅延前の元の積分制御偏差信号Ｓｆと上記各遅延信号Ｓｚ１、Ｓｚ２、・・・、ＳｚM-1をそれぞれ加算合成することにより、加算後信号Ｓｆｓｕｍを生成して図１の減算器１５の一方の入力端子へ出力する。

一方、目標周波数発生器１４は、スピンドルモータ２を回転させるべき回転周波数を示す目標周波数のＭ倍の周波数の信号Ｓｒｅｆを生成して減算器１５の他方の入力端子に出力する。これらにより、減算器１５は、目標周波数信号Ｓｒｅｆにより示される目標周波数のＭ倍から加算後信号Ｓｆｓｕｍにより示されるスピンドルモータ２の現在の回転周波数の３倍周波数を減算し、それらの差を示す制御偏差信号Ｓｅｒを生成して補償器１６へ出力ずる。

補償器１６は、制御偏差信号Ｓｅｒをディジタル化した後に比例積分制御により制御偏差信号Ｓｅｒについて位相補償処理を行い、補償操作信号Ｓｕを生成してＤ／Ａ変換器１７へ出力する。Ｄ／Ａ変換器１７は、補償操作信号Ｓｕをディジタル信号からアナログ信号に変換し、アナログ操作信号Ｓａｕを生成してドライブ回路１８へ出力する。

ドライブ回路１８は、公知の構成であるので、その詳細な構成の説明は省略するが、アナログ操作信号Ｓａｕに基づいて、図２に示したスピンドルモータ２（ブラシレスモータ２０）の駆動コイルＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃに個別に供給する図４（Ｄ）に示す如き制御信号を生成し、更にその生成した制御信号に基づいて同図（Ｅ）に示す如き３種類の電圧値の駆動信号Ｓｉ（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）を生成して駆動コイルＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｃに供給し、駆動電流を流す。これにより、前述したようにスピンドルモータ２であるブラシレスモータ２０のロータ２３が回転し、これに同期して光ディスク１も回転する。

次に、図２に示したスピンドルモータ２(ブラシレスモータ２０)のホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差が生じた場合の本実施の形態の動作について説明する。例えば、図２に示したホール素子Ｈｂの取り付け位置が本来の位置からずれた場合、図１のパルス発生器３からは図４（Ｇ）に示す如きパルス信号Ｓｒｐ’が出力される。

このパルス信号Ｓｒｐ’は、その立ち上がりエッジ位置が、時刻（ａ）、（ｃ）の直前、（ｅ）、（ｇ）であり、それらの時間間隔はＴ１、Ｔ２、Ｔ３で表される、３Ｔ（＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）周期のパルス信号である。これは、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差が無いときの本来のパルス信号Ｓｒｐの周期Ｔの３倍の周期に等しい。

ところで、従来装置において、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃの取り付け誤差によるパルス信号の変動による回転サーボへの悪影響を軽減するため、２のべき乗のタップによる移動平均を行う構成では、その答えが毎回異なってしまい、結果として、移動平均回数を増やし回転サーボ制御装置のフィードバックループの応答を落とすしかなくなる。

これに対し、本実施の形態では移動加算器１３により３の倍数のタップ数Ｍによる移動加算を行うようにしているため、図４（Ｇ）に示す如きパルス信号Ｓｒｐ’が出力される場合においても、前述したように、このパルス信号Ｓｒｐ’の周期３Ｔは、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差が無いときの本来のパルス信号Ｓｒｐの周期Ｔの３倍の周期に等しいため、上記の移動加算器１３により本来のパルス信号Ｓｒｐと同じ周期で得られる（この場合は６タップで演算している）。

すなわち、移動加算器１３から出力される加算後信号は、同一のホール素子から得られる回転検出信号のエッジ間の長さを表し、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差があるときでも取り付け誤差が無いときと同じ移動加算結果が得られる（なお、タップ数は３の倍数であれば同様の効果が得られる。）。このとき、目標値周波数発生器１４は相当する大きさの値（Ｍ倍した値）を出力しているので、問題は生じない。

従って、本実施の形態によれば、ホール素子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに取り付け誤差があっても、スピンドルモータ２のパルス発生器３から得られる回転数情報は同一のホール素子からのみ取得することができるので、ホール素子の取り付け誤差の影響が大幅に軽減され、サーボの位相遅れを最小限に抑制しつつ、この変動を除去して正確にスピンドルモータ２の回転数を検出して、スピンドルモータ２を正確にフィードバック制御により迅速な応答特性にてサーボ制御することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明になる回転サーボ制御装置の第２の実施の形態の構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図５において、回転サーボ制御装置は、スピンドル制御部１０’内の、移動加算器１３と減算器１５との間に除算器１９を設けた点に特徴を有する。上記の除算器１９は、移動加算器１３で求めた移動加算に対し、２のべき乗Ｑで割り算する。

目標周波数発生器１４は、目標回転数に相当する目標周波数に対してＭ／Ｑ倍した値の目標周波数信号Ｓｒｅｆ’を出力する（ただし、Ｍは移動加算器１３のタップ数を示す）。なお、Ｍ／Ｑは１付近の値が扱い易いので、例えば「９／８」が選ばれる。しかし、これに限定されるものではない。減算器１５は、目標周波数発生器１４から供給される目標周波数のＭ／Ｑ倍の目標周波数信号Ｓｒｅｆ’から、除算器１９の出力信号Ｓｆｓｕｍ’を減算して制御偏差信号Ｓｅｒを生成する。以下、第１の実施の形態と同様にしてスピンドルモータ２の回転制御が行われる。

本実施の形態の場合も、パルス発生器３から得られるスピンドルモータ２の回転数情報は、同一のホール素子からのみ取得することができるので、ホール素子の取り付け誤差の影響が大幅に軽減され、サーボの位相遅れを最小限に抑制しつつ、この変動を除去して正確にスピンドルモータ２の回転数を検出して、スピンドルモータ２を正確にフィードバック制御により迅速な応答特性にてサーボ制御することができる。

また、本実施の形態では、除算器１９により移動加算器１３で求めた移動加算に対し、２のべき乗Ｑで割り算した値と目標周波数信号とを減算するようにしているため、目標周波数発生器１４は、目標回転数に相当する目標周波数に対してＭ／Ｑ倍した値の目標周波数信号Ｓｒｅｆ’を出力すればよいため、目標周波数発生器１４を構成するレジスタ及びメモリを第１の実施の形態よりも小規模な構成とすることができ、また、減算器１５における演算量も減少できる。また、除算器１９による除算は２のべき乗Ｑなので演算時間・回路規模・精度も悪化しない。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えばスピンドルモータ２は２極のブラシレスモータで説明したが、それ以上の極数のモータにも本発明を適用できる。例えば、一回転期間中の反転エッジ回数が１２極なら２極の６倍になるだけで、所期の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態のブロック図である。 本発明の回転制御対象のスピンドルモータとして用いられるブラシレスモータの一例の構成図である。 図１中の移動加算器の一実施の形態のブロック図である。 図２のモータに対する図１の実施の形態の制御動作のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態のブロック図である。

符号の説明

１ 光ディスク
２ スピンドルモータ
３ パルス発生器
１０、１０’ スピンドル制御部
１１ 周期検出器
１２ Ｔ−ｆ変換器
１３ 移動加算器
１４目標周波数発生器
１５ 減算器
１６ 補償器
１７ Ｄ／Ａ変換器
１８ ドライブ回路
１９ 除算器

Claims (4)

1. 制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出し、その回転検出センサの出力検出信号に基づき、前記回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する回転検出パルス生成手段と、
   前記回転検出パルス生成手段により生成された前記回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する移動加算手段と、
   前記回転体の目標回転数のＭ倍の回転数の値の目標周波数信号を発生する目標周波数発生手段と、
   前記移動加算手段から出力された前記加算後信号と前記目標周波数発生手段から出力された前記目標周波数信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する減算手段と、
   前記制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する補償手段と、
   前記補償手段から出力される前記補償信号に基づいて、前記回転体を回転駆動する駆動信号を生成して前記回転体へ供給する駆動信号生成手段と
   を有することを特徴とする回転サーボ制御装置。
2. 制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出し、その回転検出センサの出力検出信号に基づき、前記回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する回転検出パルス生成手段と、
   前記回転検出パルス生成手段により生成された前記回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する移動加算手段と、
   前記移動加算手段から出力された前記加算後信号を２のべき乗の値Ｑで除算して除算後信号を生成する除算手段と、
   前記回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号を発生する目標周波数発生手段と、
   前記除算手段から出力された前記除算後信号と前記目標周波数発生手段から出力された前記目標周波数信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する減算手段と、
   前記制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する補償手段と、
   前記補償手段から出力される前記補償信号に基づいて、前記回転体を回転駆動する駆動信号を生成して前記回転体へ供給する駆動信号生成手段と
   を有することを特徴とする回転サーボ制御装置。
3. 制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出する第１のステップと、
   前記回転検出センサの出力検出信号に基づき、前記回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する第２のステップと、
   前記第２のステップにより生成された前記回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する第３のステップと、
   前記回転体の目標回転数のＭ倍の回転数の値の目標周波数信号と前記加算後信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する第４のステップと、
   前記制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する第５のステップと、
   前記補償信号に基づいて、前記回転体を回転駆動する駆動信号を生成して前記回転体へ供給する第６のステップと
   を含むことを特徴とする回転サーボ制御方法。
4. 制御対象の回転体の回転を３の自然数倍の個数の回転検出センサにより検出する第１のステップと、
   前記回転検出センサの出力検出信号に基づき、前記回転体の回転に同期し、かつ、一つの回転検出センサの出力の１／３倍の周期を持つ回転検出パルスを生成する第２のステップと、
   前記第２のステップにより生成された前記回転検出パルスに対し、Ｍ個（ただし、Ｍは３の任意の自然数倍の値）のタップ数を持つフィルタ構成により移動加算を行い、加算後信号を生成する第３のステップと、
   前記加算後信号を２のべき乗の値Ｑで除算して除算後信号を生成する第４のステップと、
   前記回転体の目標回転数のＭ／Ｑ倍の回転数の値の目標周波数信号と前記除算後信号との減算を行って、制御偏差信号を生成する第５のステップと、
   前記制御偏差信号に対し比例積分制御により位相補償処理した補償信号を生成する第６のステップと、
   前記補償信号に基づいて、前記回転体を回転駆動する駆動信号を生成して前記回転体へ供給する第７のステップと
   を含むことを特徴とする回転サーボ制御方法。
   
   

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