JPH04355691A - スピンドルモータ制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＴＲ装置やスチルビ
デオカメラ装置等の精密機器に組み込まれるスピンドル
モータを制御する装置に係るものであって、特にモータ
の回転速度が目標値付近で細かく揺れる速度変動につい
てはある回数以上同じ方向の誤差が検出されない限りこ
れを無視し、ジッタを劣化させずに負荷変動等による速
度偏差を補正するサーボを行うようにした制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ワンチップマイクロコンピュータ
を使用してソフトウエアによりモータ制御を行うソフト
ウエアサーボが、ＶＴＲ装置やスチルビデオカメラ装置
等に使用され始めている。これは、従来ハードウエアに
より構成されていたロジックをソフトウエアにより実現
したものであり、一般的な例として図８に示す機能ブロ
ックで表されるような構成が知られている。破線で示す
ブロック部分がソフトウエアで実行される部分である。

【０００３】これは、モータ１が回転することによりＦ
Ｇコイル２から発生するＦＧ信号（モータ１回転当たり
数パルス）を電圧増幅部３、波形整形部４等で処理して
速度誤差量検出部５で誤差分を検出し、これをゲイン部
６でＫｖ倍にして加算部７でバイアス値格納部８から得
られるバイアス値と加算し、その加算結果によってＰＷ
Ｍ変換部９でパルス幅変調を行って、そのパルス信号を
ローパスフィルタ１０でリプル成分を除去して直流分と
し、電力増幅部１１で増幅しモータドライバ１２にその
信号を入力して、モータ１の駆動を制御するものである
。以上は速度制御系である。

【０００４】他方の位相制御系は、ＰＧコイル１３から
発生するＰＧ信号を同様に電圧増幅部１４、波形整形部
１５で処理して位相誤差量検出部１６で基準位相信号（
Ｖｓｙｎｃ）発生部１７から得られる基準位相信号と比
較し、そこで得られた比較信号を位相補償フィルタ１８
を経由してゲイン部１９でＫｐ倍し、上記加算部７に加
算するものである。

【０００５】このように、通常では速度制御と位相制御
を同時に行い、モータ１の回転数が目標回転数となるよ
うに制御している。しかし、スチルビデオシステムでは
、ＰＧパルス信号がモータの１回転について１個しか得
られないので、これに位相ロックをかけようとすると、
そのロックまでの時間がかかり立上りが遅くなるという
問題がある。

【０００６】これを解決しようという案も出されている
（特開平２−１３６０８６号公報）が、スチルビデオシ
ステムのカメラに限って言えば、位相同期をとる必要は
特になく、回転数が３６００ｒｐｍでモータが回転して
いれば良い。カメラはレリーズが押されてから記録まで
の時間が短いことが要求されるため、立上りの遅い位相
制御は逆に邪魔な存在である。しかし速度制御だけしか
行わない場合は、定常的に速度偏差が残り、３６００ｒ
ｐｍにロックできないという問題が生じる。

【０００７】ここで、位相制御を止めて速度制御だけを
行った場合について述べる。このときは、ＦＧ信号を処
理して得られた速度誤差量をゲイン部６でＫｖ倍したも
のとバイアス値とを加算部７で加算した結果をＰＷＭ変
換部９でＰＷＭパルスに変換して行う。つまり、ＰＷＭ
パルスのデューティ比が速度信号のみによって変えられ
てモータの回転が制御される。この制御では、モータの
回転が３６００ｒｐｍに近づくに従って速度誤差は小さ
くなり、一致したところで零となる。このようにしてサ
ーボがロックした状態では、ほとんどバイアス値で設定
した値だけでモータが回転することになり、逆に言えば
、そのような値をバイアス値に設定しておかなくてはな
らない。これが図９のＡに示した状態、つまりバイアス
値で設定したパルスと３６００ｒｐｍで回転するために
必要なパルスが同一となるときである。

【０００８】しかし、スチルビデオ用のフロッピィディ
スクは、１トラックから５０トラックまで記録するよう
になっていて、各トラックで負荷が違うという問題があ
る。例えば、図９のＡに示した負荷状態から、図９のＢ
に示すように負荷が重くなった場合、３６００ｒｐｍの
回転数に必要なパルスデューティ比はａに示すデューテ
ィ比からｃに示すデューティ比となる。

【０００９】しかし、バイアス値は通常では初期に設定
した状態のままであるので、パルスデューティ比ｃは、
そのバイアス値に基づいて発生するパルスデューティ比
ａと一致せず、その差を補正しようと速度制御が働いて
、出力するＰＷＭパルスは速度誤差ΔＲｓのゲインＫｖ
倍（ΔＲｓ×Ｋｖ）に相当するパルス幅だけ広くなった
デューティ比ｂのパルスとなる。よって、速度誤差は零
とならずＥとなって、定常的にに速度偏差（負荷変動等
によって発生する速度誤差）をもってしまうことになる
。

【００１０】つまり、速度制御だけを行って常に３６０
０ｒｐｍにロックをかけようとするならば、負荷に応じ
てバイアス値を変更する必要がある。

【００１１】以上から、バイアス値が常にその時の負荷
で必要な値となっていれば、速度誤差量が零となったと
きに３６００ｒｐｍで回転させることができる。そのた
めには、図１０に示す構成例が考えられる。この構成で
は、バイアス値格納部８にバイアス初期値格納部２０か
らのバイアス値を設定できるようにし、更にバイアス値
変更部２１によってそのバイアス値を変更できるように
したものである。バイアス値変更部２１は波形整形部４
の出力を受ける速度誤差検出部２２によって制御される
ようになっている。この速度誤差検出部２２は、ＦＧパ
ルスの周期から速度誤差を検出するものである。

【００１２】この構成によれば、速度誤差があるときは
その誤差を打ち消すようにバイアス格納部８のバイアス
値を変更できるので、３６００ｒｐｍの定速回転を実現
することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このバイアス
値は、回転数が３６００ｒｐｍにロックしてしまえばそ
の変更は必要がないどころか有害である。すなわち、上
記構成ではロックした状態でも細かい速度変動やＦＧコ
イル２の間隔のバラツキに起因してＦＧ１パルス当たり
の周期が変化すると誤差検出が行われて、その度にバイ
アス値が変更されてしまうため、速度制御系に悪影響を
及ぼし、逆にジッタが悪くなるという問題があるのであ
る。

【００１４】本発明の目的は、モータ回転に定常的な速
度偏差があるときは完全に補正を行うことは勿論のこと
、目標回転数にロックした状態では速度制御系にほとん
ど影響を及ぼさず、ジッタを悪化させないようにしたス
ピンドルモータの制御装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、モ
ータ回転の目標速度に対応したバイアス値を設定するバ
イアス値格納手段と、モータの回転が該目標速度に近づ
くに従って小さくなり一致すると零となる誤差量信号を
出力する速度誤差量検出手段とを持ち、上記誤差量信号
と上記バイアス値を加算した値によりモータの回転数の
サーボ制御を行うスピンドルモータ制御装置において、
速度誤差の有無とその速度が上記目標速度よりも高いか
低いかの方向を所定タイミング毎に検出する速度誤差検
出手段と、該速度誤差検出手段の検出結果をカウントす
る誤差カウント手段と、該誤差カウント手段のカウント
結果に応じて上記バイアス値格納手段のバイアス値を変
更するバイアス値変更手段とを具備するよう構成した。 上記誤差カウント手段のカウント値を基準値と比較する
比較手段を設け、該比較手段の比較結果によって上記バ
イアス値変更手段を制御することが好ましい。上記速度
誤差検出手段の検出結果に応じて上記バイアス値変更手
段の変更幅を変化させるバイアス値設定幅変更手段を具
備するも好ましい。上記速度誤差検出手段の検出結果に
応じて上記基準値を変化させる基準値設定手段を具備す
ることも好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１はその一実施例のスピンドルモータ制御装置の機能ブ
ロック図である。前述した図８、図１０におけるものと
同一のもには同一の符号を付した。この実施例では、速
度誤差検出部２２で得られた速度誤差成分及びその正又
は負の方向に応じて誤差カウンタ２３をアップ又はダウ
ンカウントして、そのカウント値が基準値格納部２４に
設定された基準値からはずれたとき比較部２５によって
バイアス値変更部２１を制御して、バイアス値格納部８
に設定されるバイアス値を変更するものである。

【００１７】この構成の実施は実際にはマイクロコンピ
ュータ内部のソフトウエアで行われるので、以下では制
御の流れに従って説明する。まず、モータ１の回転速度
の検出は、ＦＧパルスの周期をマイクロコンピュータ内
部のフリーランニングカウンタ（以下、ＦＲＣという）
により検出して行う。ＦＧコイル２の極数が１６のモー
タが３６００ｒｐｍで回転する場合、ＦＧパルス周波数
は９６０Ｈｚとなる。ＦＲＣのカウントクロックを１．
５ＭＨｚとすると、１ＦＧパルスの間にＦＲＣがカウン
トする値は１５６３（０６１ＢＨ）（但しＨは１６進を
示す。）となる。

【００１８】この関係を示したのが図２である。ここで
は、参考までにＰＧパルスも記載している。ＮはＮ番目
のＰＧパルス、ｎはｎ番目のＦＧパルスである。よって
、実際にＦＧパルスの１周期の間のカウントを行ったＦ
ＲＣのカウント値から０６１ＢＨを引算すれば、３６０
０ｒｐｍからのずれである回転速度誤差量が得られる。 速度誤差量検出部５および速度誤差検出部２２がこの処
理部分に相当する。そして、その誤差量をゲイン部６で
Ｋｖ倍することで、モータ１の速度制御が行われる。

【００１９】次に速度偏差を補正する部分について説明
する。速度誤差検出部２２で速度誤差ありと判断された
場合、つまり０６１ＢＨを引いた結果が零でなかったと
きにおいて、それが正であったとき（回転速度が遅い）
は誤差カウンタ２３をカウントアップし、逆に負であっ
たとき（回転速度が速い）にはダウンカウントする。こ
のカウントはＦＧの１パルス毎となる。そして、ＦＧの
所定パルス分の間のカウント結果を比較部２５において
予め基準値格納部２４で設定されている基準値と比較し
て、カウント値がその基準値よりも大きかったならば、
バイアス値変更部２１を制御し、バイアス値格納部８の
バイアス値を所定幅づつ変更させる。

【００２０】より詳しくは、このとき誤差カウンタ２３
が負の方向で基準値を越えていたならば、回転が速すぎ
るわけであるから、バイアス値格納部８のバイアス値を
デクリメントし、逆に正の方向で越えていたならば、イ
ンクリメントする。

【００２１】図３はこの説明用の図である。モータ１は
負荷変動により速度偏差をもって回転している。ＦＧ極
数は１６であることを考え、基準値格納部２４の基準値
を１６としておく。これにより、誤差カウンタ２３のカ
ウント値が１６又は−１６に達すると、比較部２５の出
力がバイアス変更部２１を制御する。また、この誤差カ
ウンタ２３は、バイアスを変更するごとに零リセットさ
れる。

【００２２】図３では、負荷変動により回転数が３６０
０ｒｐｍより速いとき、ＦＧパルス周期が短くなり、速
度誤差検出部２２は誤差量が負であると判断して誤差カ
ウンタをダウンカウントし、バイアス値変更部２１によ
りバイアス値格納部８のバイアス値をデクリメントする
。

【００２３】この速度偏差をもっている間は常に負側の
誤差と判定されるので、ＦＧパルスが得られる毎に誤差
カウンタ２３がダウンカウントされることになる。この
場合、基準値を１６としたので、ＦＧパルスが１６個目
、つまりモータが１回転したところで誤差カウンタ２３
の値が基準値を越え、バイアス値をデクリメントし、同
時に誤差カウンタを零リセットする。

【００２４】バイアス値を変更してモータ１の回転数が
３６００ｒｐｍになった場合、ＦＧコイル２のバラツキ
や画像に現れない細かいゆれ等により速度誤差が検出さ
れ、誤差カウンタ２３がアップ又はダウン方向にカウン
トされても、それのカウント値が１６又は−１６に達す
ることはない。つまり、１回転中では誤差が平均されて
バイアス値が変化することはない。このように、ＦＧパ
ルス毎には誤差があってばらついていても、１回転した
時点で３６００ｒｐｍの速度になっていれば、それは速
度偏差とは見なさない。

【００２５】よって、速度偏差が残っているときには誤
差カウンタ２３は常にカウントアップ又はカウントダウ
ンの動作を継続してバイアス値を変更するが、速度サー
ボが効いていて３６００ｒｐｍ付近でわずかに増減する
程度のときには、バイアス値は変更されず、速度サーボ
には全く影響を与えない。

【００２６】このようにすることにより、速度偏差の補
正が完全に行われ、しかも３６００ｒｐｍ回転時には速
度サーボだけが働くこととなり、ジッタ性能を劣化させ
ることはなくなる。

【００２７】この実施例の制御のフローチャートを図４
、図５に示した。ＰＷＭパルスの出力は１２ビット精度
で指定できるものとし、バイアス初期値として５０％デ
ューティのＰＷＭパルスが出力する７ＦＦＨを設定して
おく（ステップＳ１）。モータ回転が開始してＦＧが立
上り（ステップＳ２）、そのモータの回転速度Ｒｓが検
出（ステップＳ３）されて、これが３６００ｒｐｍであ
ったならば、ステップＳ４→ステップＳ５に進んで、速
度誤差ΔＲｓを求め、それをゲインＫｖ倍（ステップＳ
６）して、これをバイアス値と加算し（ステップＳ７）
、ＰＷＭパルスとして出力する（ステップＳ８）。 しかし、この３６００ｒｐｍ時は速度誤差ΔＲｓが零で
あり、結局バイアス値への加算値は零となり、本来のバ
イアス値がＰＷＭ変換されて出力される。

【００２８】モータ回転数が３６００ｒｐｍからずれて
いるときは、ステップＳ４→ステップＳ９（図５）に移
行して、３６００ｒｐｍよりも遅いときは、誤差カウン
タをアップカウント（ステップＳ１０）してカウント値
が１６を越えると（ステップＳ１１）、バイアス値をイ
ンクリメントする（ステップＳ１２）と同時に誤差カウ
ンタを零クリア（ステップＳ１３）する。逆に３６００
ｒｐｍよりも速いときは、誤差カウンタをダウンカウン
トしてカウント値が−１６未満になると、バイアス値を
デクリメントすると同時に誤差カウンタを零クリアする
（ステップＳ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１３）。そして
、このルーチンでデクリメント或はインクリメントされ
たバイアス値が、速度誤差ΔＲｓ×ゲイン値Ｋｖの値と
加算されて、ＰＷＭ変換される。なお、このときは速度
誤差ΔＲｓも得られている。

【００２９】この実施例では、ＦＧコイルの極数が１６
の場合について説明したが、極数２０のモータでは基準
値格納部２４の基準値を２０に設定すれば、速度誤差の
有無と方向を１回転分のＦＧパルスで判断できる。もち
ろん速度サーボに影響を与えないレベルであれば、１回
転分のＦＧパルスで判断せず、もっと小さな値を基準値
として設定することもできる。

【００３０】図６は別の実施例のスピンドルモータ制御
装置の機能ブロック図である。これは、速度偏差が大き
い場合に、その補正期間を短縮したものである。図１の
実施例では、基準値格納部２４の基準値が一定であり、
速度偏差が大きなときでもその基準値に設定した回数だ
け誤差カウンタ２３がカウントしなければならず、当然
補正が完了するまでにも時間がかかってしまう。また、
バイアス値変更幅も、ジッタを良くするためには、小さ
くする必要があるため、それが一定でも補正期間が長く
なってしまう。

【００３１】そこで、この実施例では、速度偏差が大き
いときは基準値格納部２４の基準値を小さくし、同時に
バイアス値変更幅を大きくする。そのために、速度誤差
量検出部５で得られた誤差量が大きければそれに応じて
、基準値設定部２６により基準値格納部２４の基準値を
小さくし、また同時にバイアス値変更幅設定部２７によ
ってバイアス値変更部２１の変更幅を大きくする。

【００３２】図７に示すように、モータ回転数が３６０
０ｒｐｍから大きく離れているときは、バイアス値変更
部２１の変更幅を例えば８とし、基準値格納部２４の基
準値を０とする。このように基準値を０にしておけば、
誤差カウンタ２３のカウント値の絶体値が１になったと
きにバイアス値が変更されるので、速度偏差があるとき
は、毎回（ＦＧパルス毎）変更されることになる。そし
て、モータ回転数が３６００ｒｐｍに近づくに従って、
バイアス値変更幅が小さくしていき、なめからに収束さ
れるようになる。３６００ｒｐｍに充分近くなったら、
基準値の設定が０から８、１６へと変化して、ゆっくり
としかも小さな変更幅で補正が加えられる。

【００３３】このように、バイアス値変更幅と基準値を
速度偏差の大小に応じて変化させることにより、ジッタ
性能を劣化させることなく、素早く速度偏差の補正を行
うことができる。

【００３４】なお、１ＦＧパルス周期によりモータ回転
速度誤差を検出して、誤差カウンタ２３をカウントさせ
ているが、数ＦＧパルス周期分で判断しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上から本発明によれば、速度制御だけ
であっても、ジッタ性能の劣化を招くことなく、負荷変
動による速度偏差の補正を行い、目標回転数にロックさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例のスピンドルモータ制御
装置の機能ブロック図である。

【図２】　　同制御装置の正規速度時のＦＲＣのカウン
ト値の説明図である。

【図３】　　同制御装置の正規速度付近のわずかな偏差
のあるときの制御の説明図である。

【図４】　　同制御装置の制御のフローチャートである
。

【図５】　　同制御装置の制御のフローチャートである
。

【図６】　　制御の高速化を図った別の実施例のスピン
ドルモータ制御装置の機能ブロック図である。

【図７】　　図６の制御装置の制御の説明図である。

【図８】　　従来のスピンドルモータ制御装置の機能ブ
ロック図である。

【図９】　　図８の制御装置の制御の説明図である。

【図１０】従来の別のスピンドルモータ制御装置の機能
ブロック図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　モータ回転の目標速度に対応したバイ
   アス値を設定するバイアス値格納手段と、モータの回転
   が該目標速度に近づくに従って小さくなり一致すると零
   となる誤差量信号を出力する速度誤差量検出手段とを持
   ち、上記誤差量信号と上記バイアス値を加算した値によ
   りモータの回転数のサーボ制御を行うスピンドルモータ
   制御装置において、速度誤差の有無とその速度が上記目
   標速度よりも高いか低いかの方向を所定タイミング毎に
   検出する速度誤差検出手段と、該速度誤差検出手段の検
   出結果をカウントする誤差カウント手段と、該誤差カウ
   ント手段のカウント結果に応じて上記バイアス値格納手
   段のバイアス値を変更するバイアス値変更手段とを具備
   することを特徴とするスピンドルモータ制御装置。
2. 【請求項２】　　上記誤差カウント手段のカウント値を
   基準値と比較する比較手段を具備し、該比較手段の比較
   結果によって上記バイアス値変更手段を制御することを
   特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ制御装置
   。
3. 【請求項３】　　上記速度誤差検出手段の検出結果に応
   じて上記バイアス値変更手段の変更幅を変化させるバイ
   アス値設定幅変更手段を具備することを特徴とする請求
   項１又は２に記載のスピンドルモータ制御装置。
4. 【請求項４】　　上記速度誤差検出手段の検出結果に応
   じて上記基準値を変化させる基準値設定手段を具備する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のスピンドルモ
   ータ制御装置。