JPH04213706A - 位置決め装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の位置決め装置では、モータを駆動
するドライバは電力的効率を上げる為にＰＷＭ方式のも
のが一般的に用いられていた。またモータを制御する回
路には、リアルタイムで処理する為にアナログループ制
御回路が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
従来例では高精度の位置決めをしようとする場合、次の
様な欠点があった。モータドライバがＰＷＭ方式の為に
（１）スイッチング時に高周波ノイズを発生して微小領
域での線形性が悪くなり、良好な制御性を得るのが困難
であった。

【０００４】また制御回路がアナログループ制御回路で
ある為に、 （２）使用する素子の特性（精度、雑音特性、温度特性
）が直接システムの特性に影響してしまう為、高精度な
位置決めをする場合、限界がある。

【０００５】特性の微調整も熟練度が要求されるものと
なり、工数がかかる。 （３）使用する素子の経年変化が直かにシステムの特性
に影響し、寿命を縮めることになる。 （４）アナログループ制御回路では、高精度な位置決め
を行うのに必要となる複雑なアルゴリズムを実現できな
い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、高速か
つ高精度なデジタル演算が可能なデジタルシグナル・プ
ロセッサとモータドライバとで構成することにより、高
精度で高機能な位置決め装置を提供することができる。

【０００７】

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。第
１図は、ハードディスクのトラック書き込み装置に本発
明を応用した一例を示す図である。同図において、７は
ハードディスク装置のトラック書き込み用ヘッドである
。１は該ヘッドを駆動するブラシレスモータである。 ２は該ブラシレスモータを駆動するリニア方式ドライバ
である。５は該ブラシレスモータの回転角度を検出し、
デジタル信号に変換するロータリーエンコーダである。 ３は指令入力値と該ロータリエンコーダからの現在位置
及び速度情報とからあらかじめ設定されたプログラムも
従ってデジタル演算し、該ブラシレスモータに与える指
令を作成するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で
ある。４は該ＤＳＰ３のデジタル出力信号をリニア方式
モータドライバ２に入力するアナログ信号に変換するＤ
／Ａコンバータである。６はホストＣＰＵである。

【０００８】まずハードディスクのトラック書き込みの
動作条件（トラック間隔等）をホストＣＰＵ６に指定し
、ホストＣＰＵはこの指定された動作条件をＤＳＰ３に
伝達する。

【０００９】ＤＳＰ３はインクリメンタルエンコーダ５
からのデジタル出力信号をカウントして書き込みヘッド
７（ブラシレスモータ１のロータ）の現在位置信号を作
りこれと指定された目標位置との差を移動量として演算
し、この移動量に対応した速度指令をＤ／Ａコンバータ
４に出力する。

【００１０】またインクリメンタルエンコーダ５の原点
位置検出及び方向判別と、書き込みヘッドの微小な位置
決めを行う為に、エンコーダの出力パルスを分割し、分
解能を高める演算を行っている。

【００１１】また、現在位置信号と指定された目標位置
信号との差から移動量を算出し、あらかじめ定めておい
た対応規則によって速度指令を作成する。高精度かつ高
速な位置決めをしようとする場合、その対応規則が非線
形でなければならない場合がある。その場合、例えば第
４図の様な移動量と速度指令とを非線形に対応させるテ
ーブルメモリを設けて実現する。

【００１２】Ｄ／Ａコンバータ４によりアナログ信号と
なったモータ駆動信号は、リニア方式モータドライバ２
により電力増幅され、ブラシレスモータ１を駆動し、書
き込みヘッド７に所定の動作をさせることになる。

【００１３】ここでモータドライバ２がリニア方式の為
、ノイズ発生が極めて少ないうえ、微小変位領域での線
形性が保たれるので、高精度な制御が可能となっている
。また書き込みヘッド７はインピーダンスが高い為ノイ
ズが飛びつきやすいので、ノイズ発生の極めて少ないリ
ニア方式のモータドライバ２が必要である。ブラシレス
モータ１についても、機械的摺動部が無い為、電気的機
械的ノイズの発生が少なく制御性を良好なものにしてい
る。

【００１４】次に前述のＣＰＵ、ＤＳＰの動きをさらに
説明する。

【００１５】図４はＣＰＵ、ＤＳＰのコントローラのさ
らなるブ０ロック図である。同図において、ＤＰＳはデ
ジタルシグナルプロセッサで、ここではサーボ制御の制
御量の演算に使用している。図５にデジタルシグナルプ
ロセッサＤＳＰのさらなるブロック図を示す。同図に示
す如く外部からのアドレスの授受のアドレスバスを介し
てアドレススイッチＡＤＤＳ、アドレス計算のアドレス
処理部ＡＡＬＵ、Ｘ及びＹアドレス用のメモリＭＥＭＸ
、ＭＥＭＹ、プログラム用のメモリＭＥＭＰ、内外デー
タバスに接続されたデータバススイッチＤＢＳＥ、ＤＢ
ＳＩ、データ処理用の処理部ＡＬＵ、クロック及び割り
込みを受け付けるコントローラＣＯＮＴ、周辺との接続
を計る為の周辺回路ＰＩ等を有する。図４にもどってＭ
ＥＭＤはデジタルシグナルプロセッサＤＳＰが実行する
プログラムをロードする高速アクセス可能なメモリであ
る。

【００１６】ＣＰＵはプロセッサで、コントローラの管
理を行い、演算をデジタルシグナルプロセッサＤＳＰに
行わせている。ＭＥＭＣはプログラムメモリで、プロセ
ッサＤＳＰ、ＣＰＵがそれぞれ実行するプログラムが記
憶されている。それぞれのプログラムの処理手順が図８
〜図１５に示されている。プロセッサＤＳＰのプログラ
ムはメモリＲＯＭからプロセッサＣＰＵプロセッサＤＳ
Ｐを介してメモリＭＥＭＤにロードされ、プロセッサＤ
ＳＰで実行される。このようにすることでプロセッサＤ
ＳＰの実行処理が高速になる。ＲＡＭはメモリで、処理
用のデータ、状態データ等を一時的に記憶する。ＡＤＤ
ＤＥはアドレスデコーダで、入力ポートからの指示をプ
ロセッサＤＳＰ、ＣＰＵに伝える。

【００１７】ＤＰは表示回路で、内部の情報、状態を表
示する。ＣＮＴはカウンタで、エンコーダからの信号を
受け、ＤＳＰへ送る。ＭＤはモータドライバで、プロセ
ッサＤＳＰからの出力をブラシレスモータに伝える。

【００１８】ＩＦはインターフェースで、プロセッサＣ
ＰＵと外部のホストコンピュータとの通信を実現する。

【００１９】前述のカウンタの詳細が図６に示されてい
る。ＩＮは入力部で、エンコーダからの信号を受け、Ｚ
相、方向、パルスを判別して、それぞれの信号を発生す
る。Ｇはゲートで、Ｚ相の信号を制御する。

【００２０】ＣＮＴはカウンタで、入力部ＩＮからの信
号を受け、カウントアップ、カウントダウンを行い、ゲ
ートＧの信号でクリア（初期値）になる。

【００２１】ＳＭはシフトレジスタで、カウンタの出力
をパラレルシリアルに直してプロセッサＤＳＰに送る。 なおゲートＧはＤＳＰからのプログラム命令で開閉され
るようになっているので、Ｚ相の信号は必要なときにカ
ウンタのクリアに使用される。

【００２２】図７はモータドライバＭＤの詳細図で、プ
ロセッサＤＳＰからのデータをＵ、Ｖ、Ｗ相に３分割に
してモータに駆動信号を送る図において、ＤＡはデジタ
ルアナログ変換器で、アナログになった信号をドライバ
で増巾してモータに印加する。ＳＷはスイッチで、オー
バヒート、オーバロード、緊急停止、等のコマンドによ
りＯＮからＯＦＦになるように構成されている。

【００２３】プロセッサＣＰＵに対して起動がパワーＯ
Ｎ、あるいはホストコンピュータからのコマンドでかか
ると、メモリＲＯＭのプログラムの中のプロセッサＤＳ
Ｐ図のプログラムがプロセッサＤＳＰ、ＣＰＵ間の通信
によりメモリＲＡＭＤにロードされ、それが終了すると
プロセッサＣＰＵ、ＤＳＰは処理の待機状態となる。

【００２４】まずプロセッサＣＰＵは図８に示す如くリ
モードモードかマニュアルモードかを判断して、それぞ
れの処理を実行するリモートモードはホストコンピュー
タからの指示で作動し、マニュアルモードはコントロー
ラのマニュアル用スイッチにより作動する。

【００２５】今リモートモードの場合、図９に示すよう
に処理が行われる。

【００２６】プロセッサＣＰＵは以下のように処理を実
行するホストから入力情報があるか、あれば次のステッ
プに移り、入力情報を解析して、プロセッサＤＳＰにデ
ータを出力する。

【００２７】次にプロセッサＤＳＰからの応答を待ち、
プロセッサＤＳＰからの入力情報があれば、数値表示回
路ＤＰに情報を送り表示し、またホストコンピュータに
そのデータを直接あるいは加工して送って始めにもどる
。

【００２８】モードがマニュアルモードであれば、図１
０に示す如くマニュアルスイッチＳＷが操作されたかを
調べ、あれば入力キーを解析し、プロセッサＤＳＰに情
報を送りプロセッサＤＳＰの応答を待つ。プロセッサＤ
ＳＰからの情報があれば、表示回路ＤＰに送り表示して
始めにもどる。

【００２９】次にプロセッサＤＳＰの作動を説明する。

【００３０】図１１に示す如く、プロセッサＤＳＰ内を
初期化し、内部フラッグをチェックする処理を行ってい
る。そのような状態で、割り込みポートに割り込みがあ
ると、図１２に示す如く割り込み処理が始まる。ここで
はプロセッサＣＰＵからのデータの受信送信の処理、モ
ータ制御の処理、モータドライバへのデータの転送処理
及びカウンタからのデータ受信処理を行う。このように
するのは定刻に処理を実行する為に、このように構成し
た。

【００３１】次に図１３に示すフラッグチェックの処理
を説明する。

【００３２】まずサーボオンコマンドがあるか、なけれ
ばコントロール終了、あれば、コントロールは始まった
かをチェックする。ＮＯであれば、制御を初期化して、
次のステップに移る。原点移動コマンドはあるかを判断
し、あれば、原点に制御対象を移動するさせる。次にス
タートコマンド（目標位置）はあるかをチェックし、あ
れば、制御対象を起動させる目標位置に達していれば、
移動を停止させ処理を終了させる。

【００３３】次にモータコントロールの処理について図
１４を参照して説明する。

【００３４】まずＺＰｈａｓｅは検出されたかを判断し
てＮＯであれば、処理を終了し、ＹＥＳであれば、以下
の処理を続ける。

【００３５】レジスタの内容を保存し、カウンタより現
在位置情報を取り込む。

【００３６】次に現在のループ計算を行う。そこで内蔵
カウンタの値を見て、速度ループか位置ループかを判断
して、それぞれの計算処理を実行する。次に目標値（ｒ
ｅｆｅｒｅｎｃｅ）があるか否かを調べ、あればそれを
使用し、なければそれを発生して次の処理を実行する。

【００３７】次に状態をチェックして、内蔵カウンタを
カウントアップし、保存していた値をレジスタにもどし
て処理を終了する。

【００３８】前述の状態のチェックの処理を図１５を参
照してさらに説明する。

【００３９】まずストロークがオーバーしたかを判断す
る。これはモータの回転角がパラメータで設定された正
方向、又は負方向の限界を越えたか越えそうになるとき
オーバーしたことになり、オーバーしていれば、ストロ
ークオーバー状態のフラッグをセットし停止命令をセッ
トし、ビジーステータスをクリアして処理を終了する。

【００４０】一方オーバーしていなければ、次に目標位
置にあるか否かを判断する。あれば目標位置にあること
をセットし、なければ、目標位置にあることを示すステ
ータスをクリアする。

【００４１】次に位置誤差が大き過ぎるか否かを調べＮ
Ｏであれば、設定された時間内に目標位置に達したか否
かを調べ、オーバタイムでなければ、処理を終了する。 もし位置誤差が大き過ぎたり、オーバタイムであれば、
カウンタオーバフローあるいはインポジションオーバタ
イムの状態にセットし、停止命令をセットし、ビジース
テータスをクリアしてステータスチェックを終了する。 （他の実施例）図１６は本発明の構成を２軸のスキャニ
ング装置に応用した例である。同図において、３３は半
導体レーザ等の投光装置３１、３２はミラー、２９、３
０はブラシレスモータ、２７、２８はインクリメンタル
形式ロータリーエンコーダ、２５、２６は該ブラシレス
モータを駆動するリニア方式モータドライバ２２はデジ
タルシグナルプロセッサＤＳＰ、２３、２４はＤＳＰの
出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ、２１
はホストＣＰＵである。

【００４２】半導体レーザから投光されたレーザ光は、
ミラー１とミラー２によって、Ｘ軸とＹ軸の２方向にス
キャニングされ、使用者の希望する任意の位置に任意の
軸跡をもたせて高速移動する様にしたシステムである。

【００４３】前記実施例と同様に、使用者がホストＣＰ
Ｕにミラー１、２の動作を指定する。ホストＣＰＵはそ
の動作に必要な演算を行う様ＤＳＰに指令する。ＤＳＰ
はモータ１、モータ２の回転角度を検出するインクリメ
ンタル形式ロータリーエンコーダ１、２のデジタル出力
信号からモータ回転の方向判別をし、アップダウンカウ
ントすることでモータの回転子（ミラーの現在位置情報
を得、これとホストＣＰＵから与えられた目標位置情報
から移動量を算出し、この移動量に対応した指令をＤ／
Ａコンバータ、リニア方式モータドライバを通して、モ
ータに与えている。ここでＤＳＰは、ミラー１の動作を
制御する為の現在位置情報のサンプリング、演算及びＤ
／Ａコンバータへの指令値出力とミラー２の動作を制御
する為のものとを時分割的に交互に行わなければならな
い。従って１つのミラーだけを動作させるシステムより
も高速な演算速度が必要となる。また２つのミラーを高
精度で位置決めする為には、プロセッサ内の信号処理も
高精度で行わなければならない。従ってこの様な場合、
高速で高精度なデジタル演算が可能なＤＳＰの使用は必
須である。

【００４４】また前の実施例と同じく、高精度な位置決
めを行う為に、ブラシレスモータとリニア方式モータド
ライバの使用もまた不可欠である。

【００４５】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば高精度で高速
な位置決めが可能になる。

【００４６】また、デジタル信号処理である為、安定性
及び発展性のある制御が可能になり複雑なアルゴリズム
を実現することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をハードディスク書き込み装置に適用す
る実施例を示すブロック図。

【図２】従来例を示すブロック図。

【図３】非線形の制御を説明する図。

【図４】ＣＰＵ、ＤＳＰによるコントローラのブロック
図。

【図５】ＤＳＰのブロック図。

【図６】カウンタのブロック図。

【図７】モータドライバのブロック図。

【図８】ＣＰＵの制御手順を示す図。

【図９】ＣＰＵの制御手順を示す図。

【図１０】ＣＰＵの制御手順を示す図。

【図１１】ＤＳＰの制御手順を示す図。

【図１２】ＤＳＰの制御手順を示す図。

【図１３】ＤＳＰの制御手順を示す図。

【図１４】ＤＳＰの制御手順を示す図。

【図１５】ＤＳＰの制御手順を示す図。

【図１６】２軸のスキャニング装置に適用したブロック
図。

【符合の説明】

１、２９、３０　　ブラシレスモータ ２、２５、２６　　リニア方式モータドライバ３、２２
　　ＤＳＰ ４、２３、２４　　Ｄ／Ａコンバータ ５、２７、２８　　インクリメンタルロータリエンコー
ダ６、２１　　ホストＣＰＵ ７　　書き込みヘッド ３１、３２　　ミラー ３３　　投光用レーザ １１　　アナログ制御回路 １２　　ＰＷＭ方式モータドライバ １４　　ポランショメータ １３　　モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　モータと、該モータを駆動する為のド
   ライバと、該モータの位置決め制御の演算を行う為のデ
   ジタル信号処理プロセッサとで構成されることを特徴と
   した位置決め装置。