JPH02179298A - 位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電磁力による駆動装置と位置検出器を用いて
精密な位置決めをする磁気ディスク装置等に使用する位
置制御装置に関する。

従来の技術 従来、磁気ディスク装置の記録再生ヘッドの位置決め機
構などの精密位置決め制御にはステッピングモータが広
く使用されている。磁気ディスク装置では上記ヘッドを
信号の記録媒体上に書かれたデータトラックに正確に位
置決めする必要があるが、そのためには、位置の指令値
に対し、正確に移動し停止する駆動装置が重要である。

以下図面を用いながら従来の位置制御装置について説明
する。第６図はステッパモータを用いたヘッド位置制御
部の構成図であり、実施例を示す第１図と同じ部分につ
いては同じ符号を付した。

目標位置指令信号１８は記録再生ヘッド６を停止させる
位置を示す値であり、磁気ディスク装置の外部から与え
られるか、又は、磁気ディスク装置内部の演算手段によ
り発生される。演算手段１６は与えられた目標位置指令
信号からあらかじめステッパモータの２相に流す電流値
を書き込んだＲＯＭ１７を参照し、その値をＤ−Ａ変換
器２１及び２２に出力することによりステッパモータの
Ａ相コイル１とＢ相コイル２に流れる電流を制御し記録
再生ヘッドを移動、停止させる。

この場合に、モータに流す電流とロータ４の停止位置に
ついて第８図に概念図を示す。Ａ相コイル１及びＢ相コ
イル２に流す電流をそれぞれＩ　Ａ　：　Ｉｏｃｏｓ（
ｂ） ＩＢ＝工ｏＳＩｎ（ｂ）　　　ただしＩｏ：電流係数と
すると人相コイル、Ｂ相コイルにより電気角ａの位置で
発生するトルクはそれぞれ ＴＡ＝−ｋＡ−ＩＡ　　”（ａ） ’ｐＢ　＝ｋＡ−ＩＢ　−５Ｉｎ（＝−１）　＝＝　ｋ
ｔ−ＩＢ　−ａｍａただしｋｔ：トルク係数 と書けるので合成トルクＴｓは Ｔｓ　＝’ｌ’Ａ＋　ＴＢ　＝　ｋ　１−　Ｉ。（−５
ｉｎ（ａ）ｃｏｓ（ｂ）＋ｃｏｓ（ａ）ｓｉｎ（ｂ）） ＝　ｋｔ、　Ｉｏｓｉｒ＋（３−ｂ） となる。これはａ＝ｂとすると電気角ａの位置で’ｒ５
＝ｏとなりモータが位置決めされることを示す。例えば
Ｂ相コイルにのみ電流を流すとＰｌの位置に停止し、人
相コイルにのみ電流を流すとＰ３の位置に停止し、Ａ相
コイル、Ｂ相コイルに等しい電流を流すとＰ２の位置に
停止する。従って停止させる位置に対応してＡ相コイル
、Ｂ相コイルに流す電流をあらかじめＲＯＭに書いてお
き、指令値に応じて電流を変化させることにより、モー
タの停止位置を制御し、モータと連動する記録再生ヘッ
ドを目的のデータトラックに正確に位置決めすることが
可能である。

従来の位置制御装置の例として別の例を第７図に示す。

第６図と同じ部分については説明を省略するが、本従来
例では、ロータ４と連動する位置検出手段７からの位置
信号なＡ−Ｄ変換器２９を通して演算手段１６が取り込
み、目標位置指令信号１８と比較演算することによりス
テッパモー、りの２相に流す電流を変化させ、記録再生
ヘッド５を位置決めする。この場合ＲＯＭ１７には、位
置指令値に応じたモータコイルに流す電流値の、特定さ
れた値が記録されており演算手段は、最初この値により
おおまかに位置決めした後、位置検出手段の位置信号に
よりコイルに流す電流値を変化させ、正確な位置決めを
行う。

以上の様に上記従来のステッパモータを用いた位置制御
装置でもモータに流す電流を制御することにより位置決
めをすることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来のステッパモータを用いた位置
制御装置では、ステッパモータの停止位置が正確に各相
のコイルに流す電流に対応しないという問題があった。

すなわち、前記モータのトルク係数ｋｌがステッパモー
タの停止位置やモータを構成する磁性体の磁気ヒステリ
シスの影響などで一定値をとらないため同じ電流をコイ
ルの各相に流しても停止位置が変化し、正確な位置決め
ができなかった。第９図にステッパモータのＡ相コイル
、Ｂ相コイルに前記の様にＳＩＮ波、ＣＯＳ波に相当す
る電流を流した時の停止位置の変化の例を示す。もしｋ
ｔが一定であればすべての機械角について電気角に応じ
て図の原点を通る直線となるはずであるが、ある測定点
Ｐ４に関してステッパモータの電流電気角が同じでも停
止位置が変化しており、その変化の様子は別の測定点Ｐ
６では別の軌跡として表れる。

この様な問題を解決するために、第７図に従来例として
示した様にロータと連動する位置検出手段からの位置信
号を用いてモータの各相に流す電流を位置決めの都度変
化させて正確に位置決めをする方法も考案された。しか
し、この場合には、位置検出手段と、ロータの連動にお
いて、正確な組立及び、組立後の機械的調整、電気的調
整が必要であり、低コスト、大量生産を目標とする製品
については、採用できなかった。

本発明は上記問題点を解決するために、ステッパモータ
を用いた磁気ディスク装置の位置制御において、ステッ
パモータの停止位置が正確に各相のコイルに流す電流に
対応して、高精度の位置決めのできる優れた位置制御装
置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、ステッパモータを
用いた磁気ディスク装置の位置制御において、駆動装置
自体の持つ位置決め精度と、位置検出手段の持つ位置検
出精度のそれぞれの特徴を利用することにより、低コス
トで、組立及び調整が容易な高精度の位置決めを可能に
するようにしたものである。

作用 本発明は上記のような構成により、駆動装置の位置決め
誤差が電気角に対応した周期性を持つことを利用し、位
置検出手段の位置信号が組立誤差、調整誤差により発生
する、電気角に比べて長い周期の位置誤差を補正し、正
確な位置信号を、容易な組立及び調整方法により得られ
ることを特徴とする位置制御装置を提供するものである
。

実施例 第１図は本発明の二実施例の構成を示すものである。以
下図面に従いながら本実施例の構成と動作について説明
する。

ステッパモータはＡ相コイル１、Ｂ相コイル２及びステ
ータ３より成る部材Ａとロータ４である部材Ｂにより構
成された電磁力による駆動装置である。第２図にこのス
テッパモータの一例を示す。

記録再生ヘッド６とロータ４はスチールベルトなどの手
段により連結され、ロータ４の回転角に比例した量だけ
記録媒体６上を直線的に移動しデータの記録及び再生を
行う。ロータ４には位置検出手段７の可動部が連結され
ロータ４の相対角度に比例した複数の周期的な位置信号
８を発生する。位置計測手段９は、位置信号と、外部又
は、装置内部で別途発生される基準信号１０により、ロ
ータ４のある基準位置からの変位量を絶対位置信号１１
として出力する。

一方、演算手段１６から出力される制御量１９はステッ
パモータに与える電気角を示し、関数発生手段２０によ
りＡ相、Ｂ相に流す電流値を発生する。Ｄ−Ａ変換器２
１と２２はそれぞれＡ相指示信号２３とＢ相指示信号２
４を出力し、人相電流駆動装置２６とＢ相電流駆動装置
２６は指示信号に比例したＡ相モータ電流２７とＢ相モ
ータ電流２８をそれぞれのコイルに流す。

次に、絶対位置信号の補正方法について説明する。第３
図にステッパモータの位置誤差と、位置検出手段と位置
計測手段による出力である絶対位置信号の位置誤差の例
を示す。一般にステッパモータの２相に流す電流を例え
ば前述の様に、ＩＡ＝工Ｏｃｃａ　（ｔ））、ＩＢ＝　
１０５ｉｒｌ　（ｂ）　　の様な周期関数とすると位置
誤差は電気角すに応じて周期性を持つことが知られてお
り特にこの電気角の中でも、位置決め再現性のよいとこ
ろを選べば、位置誤差は直線換算の目安として数ミクロ
ンとすることが可能である。つまり電気角ｂｓに対応す
る機械角ｍ１＝ｂｓ＋ｉ米３６０′における位置誤差な
Ｅｓ（ｍｉ）とおくと　０≦Ｅｓ　（ｍｌ）、Ｅｓ　（
ｍ２）、Ｅｓ（ｍ３）・・・・・・・・・≦数ミクロン
が成り立つ。しかし、逆に電気角の値によっては、位置
誤差は１０倍以にもなりステッパモータ単体での位置精
度な低下させていた。

一方、位置計測手段の出力については、組立・調整を正
確に行えば、全機械角において、位置誤差を零に近づけ
る事は可能であるが、大量生産においては容易ではない
ので、一般には、第３図に示す様な、長い周期のゆるや
かに変化する位置誤差Ｅｅ（ｍ）の特性が得られる。

従って上記Ｅａ（ｍｉ）の値に対応するＢｅ（ｍ）の大
きさを比較演算することにより、絶対位置信号を補正し
、位置誤差の少ない補正絶対位置信号を得ることができ
る。

以下、位置信号の補正方法の一例を示す。第１図のＲＯ
Ｍ１７には、位置制御装置の動作を制御するプログラム
及びデータが書き込まれており、演算手段１６けＲＯＭ
の内蔵プログラムに従って処理を行う。電源投入時や、
外部からの特別な指令など、あらかじめ設定された条件
で内蔵プログラムから位置補正処理ルーチンが呼び出さ
れ、装置は補正処理を行うが、その簡単な例を第４図に
示す。

処理４１でまず演算手段はロータをあらかじめ定められ
た基準位置まで移動させるよう、制御量を関数発生手段
に出力し、同時に位置計測手段の初期化が行われる。処
理４２では前述のステッパモータの停止位置再現性のよ
いところの機械角ｍｉに対応する制御量を演算手段が１
＝１から繰り返しループ回数に応じて増しながら出力し
、ロータを停止させる。補正演算手段１２は機械角ｍｉ
と、その時の絶対位置信号Ｐｍｉを処理４３で取り込み
、処理４４で位置誤差補正値ＥｉをＰｉ　＝　Ｐｍｉ　
−ｃｎｉとして演算する。処理４５ではＥｉをＰｎｎｉ
に対応させてメモリ手段１３に書き込む。以上の４２か
ら４６の処理を所定の回数だけ繰り返して位置補正ルー
チンの処理を終了するが、この結果メモリ手段には、位
置計測手段からの絶対位置信号の誤差量が、絶対位置信
号に対応した形式で保存されることになる。

次に、第６図で絶対位置信号の補正演算について説明す
る。位置計測６手段は、ロータの位置を絶えず絶対位置
信号Ｐｍとして出力し、この値を処理６１で位置信号補
正手段１４が取り込み処理６２でＰｍｉ　＜　Ｐｍ　＜
　Ｐｍｉ　＋１となるＰｍｉをメモリ手段を参照するこ
とによって求める。処理６３でＰｍｉに対応するＥｉを
メモリ手段から読み出し、処理６４でＰｍ　＝　Ｐｍ　
−Ｅｉなる演算を行い、Ｐｍを補正絶対位置信号１５と
して出力する。

以上の様に、−変位置補正処理が行われ、メモリ手段に
補正用データが書き込まれた後は、補正絶対位置信号を
絶えず演算手段が取り込むことができるので、外部又は
、内部から構成される装置位置指令信号１８とを比較演
算、さらには偏差補償、安定化補償の演算が行われ制御
量を出力する。

この様に、ステッパモータの位置決め精度の特徴と、位
置検出手段の位置誤差の特徴を利用することにより、装
置全体の位置精度を向上させることができる。

なお本実施例では位置信号の補正方法として、機械角ｍ
ｉとの差をメモリし、あとで加えるという比較的単純な
方法について説明したが、電磁駆動装置の位置精度、位
置検出手段の位置誤差の特徴に応じて、補正用の測定点
をへらし、一定の関数で補間してもよい。

発明の効果 本発明は上記実施例により明らかな様に、ステッパモー
タなどの電磁駆動装置と、連動する位置検出手段を用い
電磁駆動装置自体の持つ位置決め精度と、位置検出手段
の持つ位置検出精度のそれぞれの特徴を利用することに
より、低コストで組立及び調整が容易な高精度の位置決
め装置を実現することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置制御装置の概略
ブロック図、第２図は電磁力を発生する駆動装置の一例
を示す概略図、第３図はステッパモータの位置誤差と、
位置検出手段と位置計測手段の位置信号の位置誤差の例
を示す図、第４図は位置補正処理ルーチンの概略フロー
チャート、第６図は絶対位置信号の補正演算の概略フロ
ーチャートである。第６図は従来の位置制御装置の一例
を示す概略ブロック図、第７図は位置検出器を用いた従
来例を示す概略ブロック図、第８図はモータの各相の電
流とトルクの対応を示す図、第９図はステッパモータの
各相の電流と停止位置の一例を示す図である。 １・・・・・・Ａ相コイル、　　２・・・・・・Ａ相コ
イル。 ３・・・・・・ステータ、　４・・・・・・ロータ。 ５・・・・・・記録再生ヘッド、　６・・・・・・記録
媒体。 ７・・・・・・位置検出手段、　９位置計測手段。 １２・・・・・・補正演算手段、１４・・・・・・位置
信号補正手段、　２５・・・・・・Ａ相電流駆動装置。 ２６・・・・・・Ｂ相電流駆動装置。 代陳人の氏名弁理士粟野重孝ほか１名 第２図 第３図 第 図 第 図 シ、５ 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステップモータの回転量を直線運動量に変換して
   磁気ヘッドを磁気ディスク上の所望位置に変換する位置
   制御装置本体と、上記ステッパモータのロータの相対角
   度を検出し、基準信号と比較して絶対位置信号を判別す
   る位置計測手段と、外部から入力される目標位置指令信
   号によつて上記絶対位置信号を補正し、所定関係式によ
   つて上記ロータのＡ相コイルおよびＢ相コイルとをそれ
   ぞれ駆動する駆動手段とを備えた位置制御装置。
2. （２）軟磁性体と複数個のコイルを備えた部材Ａと、前
   記部材Ａに一定の空隙を保持して向いあう軟磁性体また
   は磁石の少なくとも一方を備えた部材Ｂから成り、部材
   Ａまたは部材Ｂの互いに向いあう面のうち少なくとも一
   方が一定のピッチで刻まれた磁極子を持つ様に構成され
   た電磁力を発生する駆動装置と、前記部材Ａと部材Ｂの
   空隙を維持し相対的な運動を自在ならしめる支持手段と
   、位置検出器の可動部の位置に対応して周期的に変化す
   る１つ以上の位置信号を発生する位置検出手段と、前記
   位置検出手段からの位置信号により、基準位置からの絶
   対位置を計測する位置計測手段と、前記部材Ａ又は部材
   Ｂと、前記位置検出手段の可動部を連動させ、それぞれ
   の移動量が比例する様に構成した連動手段と、前記駆動
   装置に対する制御量から、互いに位相の異なる複数相の
   信号を出力する関数発生手段と、前記複数相の信号を増
   幅し、前記部材Ａの複数個のコイルに電流を流す電流駆
   動手段と、前記位置計測手段からの絶対位置信号と、前
   記駆動装置に対する制御量から補正された位置信号を演
   算する補正演算手段と、前記補正演算の過程又は結果を
   書き込み及び読み出しのできるメモリ手段と、前記メモ
   リ手段に書き込まれたデータを読み出し、前記位置計測
   手段からの絶対位置信号を補正して補正絶対位置信号を
   出力する位置信号補正手段と、外部からの目標位置指令
   信号と、前記補正絶対位置信号の偏差量又は、あらかじ
   め定められた設定量から演算により前記関数発生手段に
   対する制御量を演算する演算手段から構成されたことを
   特徴とする位置制御装置。
3. （３）位置検出手段の出力は、前記部材Ａと部材Ｂの相
   対位置を検出し、１相又は、互いに位相の異なる複数相
   の疑似三角波状の位置信号を出力するように構成された
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置制御
   装置。
4. （４）位置検出手段の出力は、前記部材Ａと部材Ｂの相
   対位置を検出し、１相又は互いに位相の異なる複数相の
   疑似正弦波状の位置信号を出力するように構成されたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置制御装
   置。
5. （５）関数発生手段は、あらかじめ定められた関数にし
   たがつてテーブル化したデータと、有限個の特定の値か
   ら成るデータの２種類をメモリ上に配置し、前記演算手
   段から出力される制御量に対応した値を出力する様に構
   成されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   位置制御装置。
6. （６）関数発生手段、補正演算手段、メモリ手段、位置
   信号補正手段、演算手段は処理内容に従つたプログラム
   及びデータを保存する読み出しメモリと、処理結果を随
   時記録する書き込み読み出しメモリと、前記プログラム
   に従つて処理を行う演算処理部から構成されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置制御装置。