JPH04172982A - モータ制御装置 - 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） 本発明はスチルビデオカメラ等で使用されるスピンドル
モータの制御装置に関する。

（発明の背景） ディスク状磁気記録媒体上に固定されている磁石（ＰＧ
ジョークから検出用素子を介し、モータ１回転毎に１個
のパルスとしてＰＧ倍信号得られる。このＰＧ倍信号同
期させることで位相制御が行われる。速度制御系では、
ＦＧ倍信号使用される。これはモータ１回転に通常ＩＯ
数回出力されるパルスである。

映像信号のディスクへの記録、またはディスクからの再
生においては、上述した位相制御と速度制御とか混合さ
れて実施されている。

このサーボ制御方式の中で一般的な方式の一例の構成を
第６図に示す。

速度制御系では、モータ８の回転に応じて出力されるＦ
Ｇパルスを電圧増幅回路９により増幅し、波形整形回路
１０により波形整形した後、速度誤差量検出回路１１に
より、あらかじめ半固定抵抗ＶＤに設定しておいた値と
比較して速度誤差量として検出し、電圧増幅回路４によ
り所定の速度ゲインＫｖを乗じ、加算系６で位相誤差量
と合成され、補償要素フィルタ８０（フィルタ特性Ｆ）
に送られるようになっている。

上述の速度誤差量の比較検出において、設定値とＦＧパ
ルス数とをディジタルのまま行う場合と、アナログに変
更して行う場合とがあり、ディジタルの場合は、半固定
抵抗ＶＤで調整された電圧値をＡ／Ｄ変換した値と、あ
るいは、あらかしめ設定されたデジタル値と波形整形さ
れたＦＧパルス数とを数値比較することで、速度誤差量
の検出を行う。また、アナログで行う場合には、波形整
形されたＦＧパルスをＦ−■（周波数−電圧変換）し、
この電圧値と半固定抵抗■。ての調整電圧値とを比較す
ることになるが、第６図では特に、区別していない。

位相制御系も同様の構成をしており、ＰＧ倍信号増幅す
る電圧増幅回路１４と、波形整形回路１５と、垂直同期
信号（Ｖ、、、。）と波形整形回路１５の出力とを比較
して位相誤差量を検出する位相誤差量検出回路１と、位
相ゲインＫＰを乗しる電圧増幅器５とを有している。垂
直同期信号（Ｖ５．。、）は、記録時においては記録映
像信号から抜き出したＶｌ、。。であり、再生時では内
部発振器から得たＶ、。

、、ｅである。

これら位相制御系１速度制御系からの誤差量の適宜増幅
された値を加算し、補償要素（低域フィルター）８０（
フィルタ特性Ｆ）を介して直流モータＭの回転駆動力と
してフィードバックされる。

第７図は最近、多く使用され始めたマイコンによる制御
、いわゆるソフトウェアサーボと呼ばれる方式の一例で
ある。

基本的な考え方は第６図の制御方式と変わらないが、速
度誤差量１位相誤差量の検出は全てディジタル的にカウ
ントされ、第６図のフィルター８０がり、Ｃ，Ｒ等の素
子を使用するのに対し、この場合のフィルター２はディ
ジタルフィルターであり、ディジタルフィルタリングに
よって数式的に処理される。また、Ｋｖ、Ｋｐについて
も乗算をソフト的に実行することで行われる。なお、Ｖ
ＢはＰＷＭ変調のバイアス値設定用の半固定抵抗であり
、モータＭはＰＷＭ変換回路８１の出力により駆動され
る。

第６図および第７図において、アナログ、ディジタルに
かかわらず、あらかしめ設定された速度ゲインＫｖ、位
相ゲインに１．フィルター特性Ｆの値が制御モータの立
ち上がりやジ・ツタ−等を左右し、ひいてはスチルビデ
オの性能に大きな影響を与える。第６図あるいは第７図
の方式において、ディスクの回転数が立ち上がってゆく
様子を第８図に示した。

制御回転数に近くなる時間ｔａのあたりまで急速に回転
数を上げてゆく。この場合、制御というよりも、むしろ
フルパワーをモータに与える。次に、時間ｔｂのあたり
までは制御回転数と実際の回転数か大きくずれているた
め、位相制御よりも速度制御による割合がずっと高い。

はぼ、制御回転数ニ一致したｔｂ以降は、はとんど位相
制御系で回転制御か行われ、サーボ口・ンクに至る。以
上において、スチルビデオでの記録時、ｔｃまでの時間
が立ち上かり時間となり、記録、再生時において、ｔｃ
以降の制御特性かジッターに影響を与えることになる。

（発明が解決しようとする課題） 以上、従来方式での特徴は、−度システムで実験的に決
定されたＫｖ’、Ｋｐ　、Ｆの値は常に固定されている
ことである。このため、再生時、記録時に以下の不具合
か生しる。

再生時 再生時、スピンドルモータのサーボ制御において最も重
要なのは、制御回転数の時間的変動分てあり、これが悪
いと映像か小刻みにゆれ、極めて印象の悪い映像となる
。すなわち、いわゆるジッターの悪い映像である。この
要因を決定するのは制御系においては位相ゲインに、と
フィルタ特性Ｆであるが、これら最適な値は条件によっ
て大きく変化する。つまり、再生トラックの位置、モー
タ個々のばらつき、パッドの固体差取付は等を含むメカ
ユニットのばらつき、周囲温度、ならびに湿度、フロッ
ピーディスクの差など、要因によりスピンドルモーター
の回転トルクに変動を与え、最適条件が変化し、ジッタ
ーを悪化させる。条件の差から回転トルクが大きく変わ
ると極端な場合には制御範囲に入らず、発振を生したり
するなど、サーボロックのかからない事かあった。

記録時 ディスク−周に映像信号の１フイールドを記録する構成
であるので、記録時は再生時程時間に対する回転変動か
シビアでないにもかかわらず、再生時と同し回転誤差範
囲に入らないとサーボロック信号は出力されず、立ち上
かり時間を長くしている。

また、ＰＧ倍信号記録映像信号からの垂直同期信号（Ｖ
、、。。）に位相同期させるのではなく、スチルビデオ
カメラ等、システムによっては出力されてきたＰＧ倍信
号合わせて記録映像信号をリセットし、位相の同期をと
る方式がある。この場合は、位相同期をかけず、速度制
御のみての記録が可能である。また、逆に、位相同期の
みで行なったりする場合も考えられ、これらはいずれも
サーボロックまでの時間を早くすることが可能であるが
、従来の固定化されたＫｖ　、Ｋｐ　、Ｆでは、再生時
との兼ね合いから、最短の値を選択することができない
。

以上のように記録、再生、その他、種々の条件の違いに
よって最適のＫｖ　、Ｋｐ　、Ｆか存在するにもかかわ
らず、固定化されているため、常に、最高の性能を引き
出すことか出来なかった。

本発明はこのような検討結果に基づいてなされたもので
あり、その目的は、常に最高の性能（ジッター、立ち上
がり時間等）を引き出すことができるモータ制御装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、速度ゲインＫｖ１位相ゲインに、。

補償要素フィルタの特性値Ｆがマイクロコンピュータ等
のメモリ機能付きコントローラによって決定される、い
わゆるソフトウェアサーボにおいて、その値はスピンド
ルモータの負荷電流や記録、再生モードの入力条件によ
って適宜選択される構成となっている。

（作用） スチルビデオのようなシステムに使用されるスピンドル
モータ用サーボ制御では、要求される性能が使用条件、
状態によって変化する。

そこで、条件の差を負荷電流や誤差検出量、人力設定値
等の物理量の変化として認識し、その条件に最適なＫｖ
　、Ｋｐ　、Ｆを適宜与える構成とし、使用条件、状態
に合わせて最大の性能（ジ、、ター。

立ち上がり時間等）を引き出し、これにより、安定性と
制御性能の向上か達成される。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例の構成を示す図である。

本実施例が第７図の従来のソフトウェアサーボ方式の制
御装置と異答る部分は、負荷電流検出回路１７とメモリ
機能付きコントローラＩ８が追加され１、負荷電流の検
出結果と、記録／再生切換えスイッチ１Ｂからのモード
信号とがメモリ機能付きコントローラ１８に入力される
ようになっていることである。メモリ機能付きコントロ
ーラ１８は、例えば、マイクロコンピュータにより構成
される。

これにより、速度ゲインＫｖ、位参目ゲインに、。

補償要素フィルタの特性値Ｆの値かメモリ機能付きコン
トローラ１８によって適宜設定され、その値はスピンド
ルモータの負荷電流やモード条件に基づいて適宜決定さ
れる。すなわち、Ｋｖ、Ｋｐ。

Ｆはモータの負荷電流や記録／再生モードにより切換え
られ、適宜決定される。第１図の構成において、点線内
がソフトウェアサーボを構成するＩＣとして一般的であ
る。

メモリ機能付きコントローラ１８には、第２図（ａ）、
　　（ｂ）のようなルックアップテーブル（以下、ＬＵ
Ｔという）があらかじめ用意されている。ＬＵＴの内容
は製品化前の実験により決定されるが、これは記録時、
再生時に対応して２種類用意され、速度ゲインＫｖ６位
相ゲインＫＰ＋フィルタ特性Ｆの値がスピンドルモータ
の負荷電流毎に決められている。再生時は、ジッターが
最良となるように、また、記録時は、立上がり時間を早
くし、また、ジッターは多少あまくするようにＬＵＴは
決定されている。以下、再生時、記録時の動作を説明す
る。

再生時（第２図（ｂ））には、立上がり時間は特に早さ
を要求されないため、フロッピーの回転開始からサーボ
０ツクするまでの最初の制御は、とりあえず最も一般的
な負荷電流となるＩＫでの値ＶＫ’　＋　　ｐＫ’　＋
　　ｆＫ’で行う。この定数でサーボロックすると、次
に、コントローラ１８は、検出されたスピンドルモ〜り
Ｍの負荷電流値（例えば、Ｉｓ−＋）によって新たな定
数値（ｖ　Ｎ−、・。

１）Ｎ−１’　＋　　ｆＮ−＋　’　）を設定しなおし
、この値で駆動制御を行う。再生トラック位置の変更や
長時間再生による温特等の影響を考慮して負荷電流か変
わった場合は、ざらにＬＵＴから新たな定数を設定しな
おし、駆動制御を行う。

一旦、再生をはしめたフロッピーについては、これが装
置から外部へ取り出されるまでは、負荷電流は、はぼ再
生トラック位置のみに依存するため、再生トラック位置
を記憶することにより、ある程度負荷電流を予測するこ
とが可能である。さらに、メカユニットのばらつきの影
響等は電源を入れ、最初のフロッピーを再生した段階で
ある程度予測できる。したがって、フロッピーの回転開
始から行う最初の制御での一般的負荷電流に合わせたｖ
Ｋ’　＋　　ｐＫ’　＋　　ｆＫ’の値は、それが装置
の電源を入れ、最初のフロッピーを入れる全く最初の場
合でなければ、コントローラ１８に学習機能を持たせる
ことによりある程度、最初から適切な定数値を設定する
ことができる。

また、メカユニット、フロッピー、周囲温度等によって
特に異なった条件となり、一般的な負荷電流ＩＫでの定
数値でサーボロックしなかった場合、負荷電流の小さい
、あるいは大きい値での定数値に変更して駆動制御をし
なおせばよい。負荷電流は回転トルクのみに依存し、定
数値を変更しても変わらない。したがって、定数変更時
、再生映像に特に異常な現象は生じず、ジッターが改善
されてゆくことになる。以上のように再生時、負荷電流
を検出し、フィードバックすることにより、最良のジッ
ターとなる定数値を適宜設定することができる。

次に、記録時の動作（第２図（ａ））を説明する。

スチルビデオカメラのようにＣＣＤからの映（象信号の
取り出しタイミングを自由に選ベル場合、外部からの垂
直同期信号（Ｖ、、、ｅ）に位相同期させる必要はなく
、フロッピーの回転速度が目標値に一致した段階でＰＧ
出力に位相同期してＣＣＤからの映像信号を取り出せば
よい。したがって、この場合は、位相同期系は必要なく
、Ｋ、は“０”であり、Ｆは使用されないのでこだわら
ない。

カメラのレリーズスイッチ（不図示）オンで早くフロッ
ピーの回転を立ち上げ、１トラック分の記録を行うので
あるが、立ち上げ時のＫｖの飴はごく一般的な負荷電流
Ｉ、での値■、を選択し、回転数が一致した段階で負荷
電流を検出し、新たなＫｖを設定する。この値で再度回
転が安定した段階で記録を行なう。再生時と同様に、や
はりコントローラ１８に学習機能を持たせることが可能
である。以上のように、記録時には立ち上げを遅らせる
位相制御系を実際上カットすることで回転の早い立ち上
げが可能となる。

記録時のジッターはあまり影響ないため、Ｋｖは一定で
あってよい。第３図に、以上の処理手順をフローチャー
トで示す。

すなわち、ます、記録モードか再生モートかを判定しく
ステップ３０）、再生モードであれば、Ｋヮ、に、、Ｆ
に初期値を設定しくステップ３１）、スピンドルモータ
の回転を開始する（ステップ３２）。次に、一定時間後
までにサーボロックしたか否かを判定しくステップ３３
）、ロックしていれば、負荷電流を検出し、ＬＵＴより
最適なＫｖ　、　Ｋｐ　。

Ｆを再設定する（ステップ３４）。負荷電流に変化があ
ればステップ３４に戻り、変化かなければ他の処理を行
なう（ステップ３６）。

また、ステップ３３において、ＬＵＴより負荷電流人の
場合のＫｖ　、Ｋｐ　、Ｆを再設定しくステップ３７）
、一定時間までにサーボロックしなかった場合は（ステ
ップ３８）　、ＬＵＴより負荷電流小の場合のＫｖ、に
、、Ｆを再設定する（ステップ３９）。次に、一定時間
までにサーボロックしたか否かを判断しくステップ４０
）、ロックした場合はステップ３４に戻り、ロックしな
かった場合はフロッピー不良と判定してスピンドルモー
タの回転を停止する（ステップ４１）。

また、記録モードの場合は、最大供給可能電力をスピン
ドルモータに供給しくステップ５０）、目標回転数に達
したならば（ステップ５１）　、ＫＰ　。

Ｆをそれぞれ“０”と′１”し、Ｋｖに初期値を初期値
設定１速度サーボのみとする（ステップ５２）。次に、
一定時間後までにサーボロックしたか否かを判定しくス
テップ５３）、サーボロックしていれば、負荷電流を検
出してＬＵＴより最適なに９を再設定しくステップ５４
）、ＣＣＤ駆動用ゲートアレイをリセットする（ステッ
プ５５）。続いて、フロッピーに記録を開始しくステッ
プ５６）、記録か終了したら（ステップ５７）、次の処
理へと移行する。

また、ステップ５３において、サーボロックしなかった
場合は、ＬＵＴより負荷電流人の場合のＫ、を再設定し
くステップ５８）、一定時間までにサーボロックするか
を再判定する（ステ・ツブ５９）。

なおサーボロックしない場合は、ＬＵＴより負荷電流小
の場合のＫｖを再設定しくステップ６０）、再度、一定
時間までにサーボロックしたかを判定しくステップ６１
）、これてもロックしない場合は、フロッピー不良と判
定してスピンドルモータの回転を停止させる（ステップ
６２）。

以上説明したように、スピンドルモータのサーボ制御に
おいて、速度ゲイン、位相ゲイン、補償要素フィルタの
値は、システムの構成や条件によって最適なものかあり
、ジッターがスピンドルモータの回転トルクに大きく依
存することから、本実施例では、回転トルクを負荷電流
の検出で行い、上述の定数の最適な値を予め実験によっ
て求めた値で置き換えて設定することにより、システム
にマツチした高性能なサーボ制御を行うことが可能とな
る。

実施例２ 第４図は本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

本実施例では、補償要素フィルタ７０が位を１誤差量検
出回路１の後ではなく、加算系６の後に設けられている
。本実施例でも、上述の実施例と同様の効果か得られる
。

実施例３ 第５図は本発明の第３の実施例の構成を示す図である。

本実施例では、速度制御および位相制御を共にＦＧ倍信
号ら得た信号で行っている。位相はＰＧ倍信号はなく、
さらに高周波のＦＧに合わせているため、基本的に差が
ないが、基準の信号は、発振器から得たｆ　ｉｅ　（３
，５８ＭＨｚ＞を分周回路７４により分周して使用する
。

また、本実施例では、負荷電流により回転トルクを検出
する代わりに、立ち上がり時間を検出し、これに基づい
て制御を行っている。これは、スピンドルモータ８に加
える電圧を同じにしておけば、立ち上がり時間が長い程
、回転トルクが大きいことを利用している。立ち上かり
時間は、第８図のｔａあたりまで計測すればよい。なお
、本実施例では、スピンドルモータ８の位相を外部から
の映像信号に同期させることかできないため、記録条件
が制限される。すなわち、記録、映像信号の方をスピン
ドルモータに位相同期させなければならない。また、ス
ピンドルモータに位相同期させなければならない。

以上のように、速度ゲイン、位相ゲイン、補償要素フィ
ルタの値を全て、又は、一部を回転トルク等の条件によ
り変更することが重要であり、各構成位置や何を条件に
するかは、その都度、最適なシステムで設計すべきであ
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、スチルビデオのよ
うに、使用条件、使用状態に応じて要求されるモータ制
御性能か変化する系において、各回転トルクや、記録１
再生時の条件に合わせた最適なソフトウェアサーボのＫ
ｖ　、Ｋｐ　、Ｆをその都度、適宜設定することにより
、それぞれの条件。

状態に合わせて最大の制御性能を引き出すことが可能で
あり、さらに、温度特性やフロッピー差、メカユニット
等によるばらつきに起因した性能のダウンを防ぎ、サー
ボアンロックのような不測の事故が発生する危険性を低
減することかでき、これにより、制御の安定性および性
能向上を図ることかできる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図、第２図
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、記録時用および再生時用の
ルックアップテーブルの一例を示す図、 第３図は第１図の実施例の動作手順を示すフローチャー
ト、 第４図は本発明の第２の実施例の構成を示す図、第５図
は本発明の第３の実施例の構成を示す図、第６図および
第７図は従来例の構成を示す図、第８図はスピンドルモ
ータの回転の立ち上がりの様子を概説するための図であ
る。 １・・・位相誤差量検出回路 ２・・・補償要素フィルタ ３・・・Ａ／Ｄ変換器 ４・・・速度ゲインアンプ ５・・・位相ゲインアンプ ７・・・ＰＷＭ変換器　　　　８・・・モータ９・・・
電圧増幅回路 ＩＯ・・・波形整形回路 １１・・・速度誤差量検出回路 １４・・・電圧増幅回路 １５・・・波形整形回路 １６・・・ＰＢ／ＲＥＣ切換えスイッチ１７・・・負荷
電流検出回路 １８・・・メモリ機能付きコントローラ２０．２１・パ
・ルックアップテーブル（ＬＵＴ）７０・・・補償要素
フィルタ ７２・・・メモリ機能付きコントローラ７３・・・立ち
上がり時間検出回路 ７４・・・分周回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータの回転速度を検出し、該検出回転速度と予
   め設定した目標回転速度を比較し、その偏差に速度ゲイ
   ンを乗じ、得られた信号をモータの駆動にフィードバッ
   クする機構と、モータの回転位相を検出し、該検出回転
   位相と基準回転位相とを比較し、その偏差に位相ゲイン
   を乗じ、得られた信号をモータの駆動にフィードバック
   する機構と、系の安定性を維持しかつ定常偏差を除去す
   るための補償要素フィルタとを備えるモータ制御装置で
   あって、 前記速度ゲインの値と、位相ゲインの値と、補償要素フ
   ィルタの特性を、モータの回転トルクに基づき、適宜設
   定する機構を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. （２）モータの負荷電流を検出し、これにより回転トル
   クを間接的に検出し、速度ゲインの値と、位相ゲインの
   値と、補償要素フィルタの特性を適宜設定することを特
   徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. （３）使用されるモードが記録モードか再生モードかに
   より、速度ゲインの値と、位相ゲインの値と、補償要素
   フィルタの特性を適宜設定することを特徴とする請求項
   １記載のモータ制御装置。
4. （４）モータの回転の立ち上がり時間を測定し、これに
   よって回転トルクを間接的に検出し、速度ゲインの値と
   、位相ゲインの値と、補償要素フィルタの特性を適宜設
   定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置
   。