JPH063999B2 - ヘッド送り装置 - Google Patents

ヘッド送り装置

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JPH063999B2
JPH063999B2 JP59169313A JP16931384A JPH063999B2 JP H063999 B2 JPH063999 B2 JP H063999B2 JP 59169313 A JP59169313 A JP 59169313A JP 16931384 A JP16931384 A JP 16931384A JP H063999 B2 JPH063999 B2 JP H063999B2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/34Monitoring operation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子スチルカメラ、小型のフロッピディスク
などの磁気ヘッドのヘッド送り装置に係り、特に高速送
りに適するヘッド送り装置に関する。
〔発明の背景〕
従来のヘッド位置決め装置は、パルスモータを制御する
ものか、あるいは、文献「日経エレクロトニクス」19
82.1.18p220または、特開昭57−6581
号公報に見られるようにDCモータの停止制御によって
行なわれている。
この種の位置決め装置は、フロッピディスク電子スチル
カメラなどの磁気ヘッド送り装置へ応用される。
ここでは、磁気ヘッドを高速にアクセスすることが強く
要望され、上記のDCモータの停止制御は微少ステップ
送りに適さないことおよび構成の複雑さから、パルスモ
ータは高速化の点で最適とは言い難い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、構成が比較的簡単で、高速アクセス、
微少ステップ送りに適したヘッドの送り装置を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明は、DCモータにパルス状の電圧が加えるとヘッ
ドの移動速度υが υ=υ(1−e−tp/τ):υは定常状態で の移動速度 :tpは電圧を加え ている時間 :τは系の時定数 で求まり、この速度υで回転するDCモータに逆電圧の
ブレーキパルスを加え、停止するまでの時間tで求まり、この2つの式を用いれば、ヘッドの移動距離
がDCモータに加える正のパルスのパルス幅tを決定
することにより一意的に決定されることを利用したもの
である。
すなわち、その構成として、上記ヘッド移動手段が、 (イ)上記ヘッド(該当一実施例符号5)の上記第1の
位置に対応したヘッド位置信号と上記目標移動量に対応
した指示信号とを発生する構成を有するエンコーダ(同
2)と、 (ロ)駆動パルスが入力されて駆動され、該駆動パルス
とは逆極性のブレーキパルスが入力されて制動される構
成を有するモータ(同1、40)と、 (ハ)上記ヘッド位置信号と上記指示信号とが入力さ
れ、これらヘッド位置信号及び指示信号と、上記ヘッド
制御系の時定数(τ)と、上記ヘッド(5)の上記第1
の位置から上記第2の位置への移動動作における定常速
度(υ)と、から、上記駆動パルスのパルス幅
(t)を、また、上記制御系の上記時定数(τ)に比
例するパルス幅上限値を有しかつ上記駆動パルスのパル
ス幅(t)と上記制御系の上記時定数(τ)とから上
記ブレーキパルスのパルス幅(t)を、いずれも、上
記ヘッド(5)の上記第1の位置から上記第2の位置へ
の移動動作に先立ち予め設定するパルス幅制御信号を発
生する構成を有するモータも制御部(8,49)と、 (ニ)上記モータ制御部(8,49)の後段に接続れ、
該モータ制御部(8,49)から上記パルス幅制御信号
が入力され、これに基づき所定のパルス幅(t),t
)の駆動パルスとブレーキパルスとを形成し、上記モ
ータ(1,40)に供給する構成を有するモータ駆動部
(12,50)と、 を備える。
上記モータ制御部では、駆動パルスのパルス幅とブレー
キパルスのパルス幅とを決めるためのパルス幅制御信号
が発生される。該パルス幅制御信号は、駆動パルスのパ
ルス幅(t)とブレーキパルスのパルス幅(t)と
を制御する。駆動パルスのパルス幅(t)は、ヘッド
位置信号とヘッドの目標移動量に対応した指示信号と、
制御系の時定数(τ)と、移動動作における定常速度
(υ)と、からヘッドの移動動作に先立って設定さ
れ、またブレーキパルスのパルス幅(t)は、駆動パ
ルスのパルス幅(t)と、制御系の時定数(τ)と、
からヘッドの移動動作に先立って設定される。モータ駆
動部では、該パルス幅制御信号に基づき、上記所定のパ
ルス幅(t,t)の駆動パルスとブレーキパルスと
が形成される。駆動パルスのパルス幅(t))とブレ
ーキパルスのパルス幅(t)とは時定数(τ)を介し
一定の相関関係を有する。モータは、上記モータ駆動部
から上記駆動パルスと上記ブレーキパルスとが入力され
ることにより、駆動及び停止の動作を行い、ヘッドを第
1の位置から第2の位置まで移動させる。ブレーキパル
スの印加を止めた時点でちょうどヘッドは速度が0にな
って停止する。つまり、惰性回転を無くすことによっ
て、ヘッドの移動量が機構系の摩擦損失などの影響を受
けにくくなりその移動動作が正確になるので少ない動作
で所定の目標位置までの移動を達成できる。また、パル
ス状の入力をモータに与えるので途中で減速することも
ない。また予めパルス幅を決定して与える構成のため無
駄な遅れ要素を含まず、ヘッドの高速アクセスに適した
ヘッド送り装置が実現される。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を第1の実施例にて説明する。第1図は、
ヘッド送り装置の構成を示す斜視図、第2図は、本実施
例の制御系のブロック図を示す。
磁気シート21は、ハブ20で中心をシート駆動用モー
タ19上に装置され、矢印28方向に所定の回転数で回
転する。磁気ヘッド5は、軸受23,26に両端を固定
されたガイド軸22に摺動するヘッドキャリッジ24へ
固定されている。
一方、送りねじ16は、一端におねじが駆動キャリッジ
17のめねじ部とかん合し、他端は駆動キャリッジ17
と摺動するようになっている。また、送りねじ16は、
両端を軸受15,23で回動可能に支持されている。
DCモータ1の回転は、歯車18,14を介して伝えら
れ駆動キャリッジ17を矢印29方向へ移動させる。
プレート30は、ヘッドキャリッジ24に固定さればね
27によって駆動キャリッジ17を押圧している。した
がって、上記の駆動キャリッジ17の移動に併って、磁
気ヘッド5は、内周方向へ移動する。25は、図示され
ていないシャーシと当接する玉軸受である。
送りねじ16の一端には、エンコーダ2が設けられ、送
りねじ16と一体的に回転する。エンコーダ2は、周辺
に磁性材が塗布され磁気抵抗素子などで作られたヘッド
3,4が当接している。さらに、ヘッド3,4に対向し
て、1回転当り50パルス位の信号が記録され、ヘッド
3と4では位相が電気的に90°ずれている。
一方、初期の絶対位置を検知するためフォトカップラ7
が設けられプレート7′で遮ぎられる信号で位置を判定
している。ここで、ヘッド3,4フォトカップラ7の信
号は、第2図で示すように波形整形器9,10,11で
マイクロプロセッサ8へ入力される。
したがって、マイクロプロセッサ8内では、送りねじ1
6及び磁気ヘッド5の絶対値、そして入力キーなどから
マイクロプロセッサ8に入力されるトラック指示信号よ
り、目標位置に対する必要な移動量、及び移動方向など
が判別される。
また、ヘッド3,4の出力は、F〜V変換器13に入力
される。ここでは、送りねじ16の1回転当りの分割単
位として50×4=200パルス分を得ている。つま
り、送りねじ16のピッチを350μmとすると、磁気
ヘッド5の位置で約2μmとなる。
DCモータ1の駆動回路12へは、マイクロプロセッサ
8のパルス幅制御信号としての指令信号及びF〜V変換
器13の出力が入力される。
つぎにヘッド5のアクセス動作について説明する。
第3図及び第5図は、モータ1に加える制御電圧波形を
示す波形図、第4図及び第6図は、そのときのヘッド5
の移動速度を示すグラフである。
第3図及び第4図を用いて、トラック移動ピッチが所定
トラック数より大きい場合(本実施例では7トラックと
する)の制御について説明する。
DCモータ1に時刻tでプラスの制御電圧+E(以下
駆動パルスという)が加えられると、磁気ヘッド5の移
動速度υを除々に増加させ時刻tで定常速度υに達
する。時刻tにおける速度υは以下の関係式で定まる。
υ=υ(1−e−(t−t1)/τ)……(1) τ:系の時定数 このときの磁気ヘッド5の移動量θは速度υを時刻t
から時刻tまで積分した値: θ=∫▲t2 t1▼υdt =υ{(t−t)−τ(1−e−(t2−t1)/τ)}・・・・(2) に等しくなる。本実施例では、t−t≧4・τで定
常状態に達する。このときの移動量θはθ=3.0
2υ・τとなる。
ここで、モータと送り機構の一次遅れの時定数τを10
ms、定常速度υを20μm/msとすると、θ=6
04μmとなる。磁気シート21のトラックピッチを1
00μmとすると、この移動量はほぼ7トラックピッチ
分に相当する。時刻tから時刻tまでの移動量θ
は、 θ=(t−t)υ・・・・・・・・(3) となる。
次に定常速度υの状態においてマイナスの制御電圧−
Eを加えたときにヘッドが停止するまでの移動量θ
ついて考える。このときのマイナスの制御信号をブレー
キパルスと言う。移動速度υは、 υ=(υ+υ)e−(t−t3)/τ−υ・・
・・(4) ここでυは時刻t時の速度であるのでυ=υ
なる。よって、 υ=2υ・e0(t−t3)/τ−υ となる。
したがって停止までの移動量θは θ=∫▲t4 t3▼υdt=τ・2υ(1−e−(t4−t3)/τ) −υ(t−t) となる。
ここでブレーキパルスのパルス幅(t−t)をt
とおくと θ=2・τ・υ(1−e−tB/τ)−υ・・・・・・・(5) となる。
移動量θは、ブレーキパルス(制御電圧値−E)の電
圧が一定であれば初速度υだけに依存する。したがっ
て初速度υを一定とすると移動量θは一定になる。
この停止させるときのブレーキパルスのパルス幅t
上記(4)式において、υ=0とおいて求められ、す
なわち、 υはブレーキパルス印加時の磁気ヘッド5の移動速度
であり初速度υに等しい。したがって、 t=−τln(1/2)≒0.69τ となり、移動量θは、 θ−0.31υ・τ 以上述べたように磁気ヘッド5の全移動量θ+θ
θのうちθ+θは、ヘッド移動量が7トラック以
上では、一定となるので、目標のトラック数だけ移動す
るには、移動量θを制御してやればよい。
全移動量をθとすると、 θ=3.02υ・τ+(t−t)υ+0.31υ・τ =3.33υ・τ+(t−t)υ・・・・(7) となる。
したがって、磁気ヘッド5を所定のトラック数Nだけ
移動するには、トラック数NにトラックピッチW
掛けたN×Wが移動量θに等しくなるように時間
(t−t)を決定すればよいことになる。
すなわち、 θ=3.33υ・τ+(t−t)υ=N×W−t=(N×W−3.33υ・τ)/υ となり、制御パルスとして駆動パルスのパルス幅t
は、t=4τ+N・W/υ−3.33・τと
なる。
したがって、所定のトラック数Nだけヘッドを移動す
るためには、上記パルス幅tの駆動パルスを加え、そ
の直後にパルス幅tのブレーキパルスを加えればよ
い。
次に、トラック数7以下のヘッドの移動を制御する場
合、および前記7トラック以上の移動の場合のヘッド位
置合わせの微調整を行う場合について説明する。
この場合には、磁気ヘッド5の移動速度υは、定常速度
υに達しない。第5図、第6図にこの場合の制御信号
波形及び、ヘッドの移動速度υのグラフを示す。
第6図において、θは正の制御パルスつまり駆動パル
スを時間tだけ加えた場合の移動量、θは負の制御
パルスつまりブレーキパルスをtだけ加えた場合の移
動量である。
駆動パルスからブレーキパルスへ切換えた時刻tでの
ヘッド5の移動速度をυとすると、そのときの全移動
量θは、 θ=θ+θ=∫▲t6 t5▼υdt+∫▲t7 t6▼υBdt=υ(t
−τ(1−e−tD/τ))+τ(υ+υ)(1−etB/τ)−υ
・・・・(8′) となる。
ここでブレーキパルスのパルス幅tは、前記(6)式
より である。
さらに速度υは前記(1)式より求まるので、これを
代入すると、 となる。
したがって、(8)式は、駆動パルスのパルス幅t
より一意的に定まる。
目標のヘッド移動量を全移動量θと一致させてパルス
幅t及びt)を(8),(9)式により求めれば、
目標のヘッド移動量に応じた駆動パルス及びブレーキパ
ルスを得ることができる。
またこの全移動量θをエンコーダ2の分割単位に合わ
せて、駆動パルスおよびブレーキパルスのパルス幅を決
定すれば、エンコーダの1パルスに応じたその分割単位
分だけヘッドが移動する微調整装置を得ることができ
る。
次に本発明における、さらに最適な制御について説明す
る。
ヘッド移動量が7トラック以上の場合には前記(7)式
の全移動量θで駆動パルスおよびブレーキパルスのパ
ルス幅を決定したが、移動量が多い場合には誤差を生ず
るおそれがある。そこで前記(7)式に基づいてヘッド
を移動した後、エンコーダ2の分割単位に合わせた全移
動量によりヘッド位置を微調整すれば、ヘッドを正確な
トラック位置に移動できる。
また7トラック未満の移動の場合には、全体の所要時間
も少ないので、全移動量をトラックピッチに一致させ、
1トラック分の制御信号をモータ1に繰返して送り込
み、制御する方法も考えられる。
以上本実施例によれば、高速アクセスに適ししかもパル
ス状の信号でヘッド位置を制御できマイクロプロセッサ
による制御に適したヘッド送り装置を提供できる。
次に本発明の第2の実施例を第7図〜第11図を用いて
説明する。本実施例の特徴は、前記第1の実施例におけ
るエンコーダ2を、ブラシレスDCモータ40のロータ
軸に設けられたマグネット45と、その磁極を検出する
ホール素子43,44とで構成したことにある。
第7図は本実施例の、ヘッド送り装置の斜視図で、前記
第1図との相違点はエンコーダ2及びヘッド3,4が無
い点である。
第8図に本実施例に用いるブレシレスDCモータの構造
を示す。41はロータ軸であり、6極に着磁されたマグ
ネット45と一体となり、軸受(図示せず)で支持され
回動する。46はケース42に固定された駆動コイルで
あり、電気的に互に90°ずれた2相コイル(第9図の
46−1,46−2)から成る。
43,44は、磁極の検知素子としてのホール素子であ
り、互に位相が電気的に90°ずれた位置に固定されて
いる。
次に第9図のブロック図を説明する。ホール素子43,
44には一定電圧が供給され、その出力は波形整形器4
7,48を介してマイクロプロセッサ49へ入力され
る。さらに、マイクロプロセッサ49は、駆動回路50
を通じて、駆動コイル46−1,46−2へ駆動電流を
供給する。
まずステップ駆動の場合の動作を第10図にて説明す
る。
第10図で(a),(b)はそれぞれ波形整形後のホール素子
43,44の出力であり、(d),(e)は駆動コイルの駆動
電圧波形、(f)はマイクロプロセッサ49より与えられ
る駆動信号の波形を示す。
(a),(b)の波形は、ホール素子が一定電流でバイアスさ
れているため図のように互いに位相が電気的に90°ず
れ、磁極の周波数(1回転当り6極)の信号となる。し
たがって、これにより2相のエンコーダの場合と同様
に、方向の判別と、4倍の周波数(1/4周期)までの分
割単位で位置の判別とが行われる。この量は、モータの
回転角で言えば、360°÷(6×4)=15°とな
る。また、送りねじ16のピッチを350μm、歯車1
4,15の減速比を1/3とすれば、磁気ヘッド5の移
動量5μmとなる。
マイクロプロセッサ49は、前記第1の実施例で説明し
たように一定時間tだけ正方向の電圧を与え、t=t
のときの速度をυとすると、 τ:DCモータと送り機構よりなる系の時定数 υ:DCモータと送り機構よりなる系をマイナス電源
で駆動したとき定まる定常速度 なる時間のマイナス電源(逆方向に駆動)を与えればそ
の電源で最短時間で停止し得る。つまり、ブレーキ時の
速度υは、 であり、t=t+tで、υ=0とすると上記(1
0)式より、 となる。ただし、この場合、送り機構は一次遅れ系とし
て近似している。
そこで、(f)のような駆動信号を与え、このときの移
動量を記述した分割単位約5μmに合せれば磁極の検知
素子によるエンコーダの1パルスの出力により位置制御
が可能となる。
(d),(e)は、実際の駆動コイルに流れる駆動電圧
波形となる。(破線は、通常の連続回転による駆動電圧
波形である。) ここで、具体的数値例として、τを10ms、υを20
μm/msとすれば、パルス幅t,tはそれぞれ約
2ms、1.7msとなる。
つぎに、ブラシレスDCモータ40のホール素子43,
44の出力をエンコーダの出力に兼用しその分割単位以
上の間隔で磁気ヘッド5を移動させる場合を第11図に
示す、 本図では、4磁極分(240°)が正方向に駆動されつ
ぎに3磁極分(180°)が逆方向に駆動され(ただし
回転方向は変わらない)、合計7磁極分(420°)だ
け移動して停止した場合を示している。
マイクロプロセッサ49は、前述と同様、本図(f)の
ように一定時間tだけ正方向の電圧を与えるように働
き、時間tだけ逆方向の電圧を与えるように駆動コイ
ルに(d),(e)の電圧を印加し時間t,tの値
を(9)式を満足するように与える。
以上の説明では、ステップ駆動のみを説明したが、連続
回転をする(パルス幅tを長くして、υ=υとな
るので、t=0.69τとなる)ことによって高速ア
クセス動作が可能となる。
さらに、パルス幅tはあらかじめ算定して与えたが、
移動速度υ=0を磁極の検知素子よりなるエンコーダ
より検知して時間tを制御することもできる。
以上述べた例では、ブラシレスDCモータにおける磁極
の検知素子としてのホール素子をエンコーダとして用い
たが、フォトカップラとスリット板を用いても同様に構
成できる。
また、本実施例では回転型のブラシレスDCモータを用
いる構成で説明したが、本モータを直線型に展開した、
いわゆるリニヤモータとしても同様な構成が可能であ
る。
以上述べた様に本実施例によれば、モータの磁極検知素
子をエンコーダに兼用して利用するので、特に高精度な
エンコーダを必要とせず、ステップモータ並のオープン
制御が可能となり、しかもブラシレスDCモータである
ので高速アクセスに適した磁気ヘッド等の送り装置を提
供し得る。
上記2つの実施例においては、正の駆動パルスと負のブ
レーキパルスの電圧を同一値として説明したが、その電
圧値が異なっても、駆動パルスとブレーキパルスのパル
ス幅を増減すれば同様の制御を行い得る。
〔発明の効果〕
以上述べた様に本発明によれば高速アクセスに適し、し
かもパルス(ステップ)状の信号でヘッド位置を制御で
き、マイクロプロセッサなどに適した構成のヘッド送り
装置を構成し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のヘッド送り装置の斜視
図、第2図は第1の実施例の制御系のブロック図、第3
図および第5図はDCモータへ加える制御信号の波形
図、第4図はおよび第6図はそれぞれ第3図または第5
図の制御信号が加えられた場合のヘッドの移動速度を示
す図、第7図は本発明の第2の実施例のヘッド送り装置
の斜視図、第8図は第2の実施例に用いるブラシレスD
Cモータの内部を切り開いて示す斜視図、第9図は第2
の実施例の制御系のブロック図、第10図及び第11図
は第9図に示す制御系各部の信号波形を示す波形図であ
る。 1…DCモータ、2…エンコーダ、 3,4…ヘッド、5…磁気ヘッド、 7…フォトカップラ、 8,49…マイクロプロセッサ、 12,50…駆動回路、 40…ブラシレスDCモータ、 43,44…ホール素子、45…マグネット、 46…駆動コイル、 9,10,11,47,48…波形整形器、 21…磁気シート。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】記録媒体に対し信号を記録または再生する
    ヘッドと、少なくともヘッドの第1の位置から第2の位
    置への目標移動量に対応しヘッドの移動動作に先立ち予
    め設定される制御信号に基づきヘッド移動用のモータが
    駆動されるヘッド移動手段と、を備えたヘッド送り装置
    において、 上記ヘッド移動手段が、 駆動パルスが入力されて駆動され、該駆動パルスとは逆
    極性のブレーキパルスが入力されて制動される構成を有
    するモータと、 上記目標移動量と、上記ヘッド及び上記モータを含む制
    御系の時定数(τ)と、上記ヘッドの上記第1の位置か
    ら上記第2の位置への移動動作における定常速度
    (υ)と、から、上記駆動パルスのパルス幅(t
    を、また、上記制御系の上記時定数(τ)に比例するパ
    ルス幅上限値を有しかつ上記駆動パルスのパルス幅(t
    )と上記制御系の上記時定数(τ)とから上記ブレー
    キパルスのパルス幅(t)を、いずれも、上記ヘッド
    の上記第1の位置から上記第2の位置への移動動作に先
    立ち予め設定する上記制御信号を発生する構成を有する
    モータ制御部と、 該モータ制御部から上記制御信号が入力され、これに基
    づき定電圧の上記所定のパルス幅(t,t)の駆動
    パルスとブレーキパルスとを形成し、上記モータに供給
    する構成を有するモータ駆動部と、 を備える構成を特徴とするヘッド送り装置。
  2. 【請求項2】上記モータ駆動部は、 上記駆動パルスのパルス幅(t)と、上記制御系の上
    記時定数(τ)と、上記ブレーキパルスのパルス幅(t
    )とが、 の関係を満足する構成を備えた特許請求の範囲第1項に
    記載のヘッド送り装置。
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