KR19990047812A

KR19990047812A - 스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR19990047812A
Application number: KR1019970066341A
Authority: KR
Inventors: 최상진
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법은, 스핀들 모터의 목표 회전속도를 설정하는 단계; 스핀들 모터의 회전속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 스핀들 모터의 회전속도와 설정된 목표 회전속도와의 오차를 계산하는 단계; 상기 계산된 오차에 따른 비례 및 적분 제어를 수행하는 단계; 및 상기 비례 및 적분 제어에 따른 전류 명령에 의해 스핀들 모터의 회전속도를 제어하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 스핀들 모터의 회전속도를 마이크로프로세서에 의한 인터럽트 카운팅에 의해 측정하고, 그 측정된 값과 목표값과의 오차를 구하여 비례 및 적분제어를 수행하며, 그것에 의해 스핀들 모터의 회전속도 제어를 위한 최종 전류 명령을 도출하여 스핀들 모터의 회전속도를 제어하게 되므로, 종래의 제어방식에서와 같은 노이즈에 의한 에러 발생을 방지할 수 있고, 스핀들 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치

본 발명은 하드 디스크 드라이브나 서보 트랙 기록기 등에 채용되는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더 상세히는 마이크로프로세서를 이용하여 디스크의 회전속도를 검출하여 일정 시간마다 스핀들 모터에 흐르는 전류를 제어함으로써 디스크를 정속도로 회전시킬 수 있는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터 시스템의 보조기억장치로 사용되는 하드 디스크 드라이브나, 그와 같은 하드 디스크 드라이브의 생산시에 로우 레벨 포맷(low level format)을 하는 장비인 서보 트랙 기록기(servo track writer), 그리고, 광디스크 플레이어인 CD-ROM 드라이브 등에는 디스크를 회전시키기 위한 스핀들 모터가 설치되어 있다. 디스크에 데이터를 기록하거나 디스크에 기록된 데이터를 재생할 때, 디스크의 회전속도는 중요한 의미를 가진다. 즉, 디스크가 일정한 목표속도로 회전되어야 데이터를 정확히 기록 및 재생할 수 있게 된다. 따라서, 디스크의 회전속도와 직접적인 관계를 가지는 스핀들 모터의 회전속도를 얼마나 정확하게 제어하느냐에 따라서 디스크에의 데이터의 기록 및 재생의 정확성이 좌우된다.

도 1은 종래 스핀들 모터의 회전속도 제어방식을 설명하는 개요도이다.

도 1을 참조하면, 종래 스핀들 모터의 제어방식은 스핀들 모터(13)의 회전에 따라 발생하는 역기전력에 의한 각 상(U,V,W)의 전류로부터 비교기(14) 등을 이용하여 스핀들 모터(13)의 회전정보를 추출하고, 주제어부(11)에서 이를 이용하여 스핀들 모터 제어기(12)를 통해 스핀들 모터(13)의 회전속도를 제어하였다.

그런데, 이와 같은 종래 스핀들 모터의 제어방식은 전술한 것처럼 스핀들 모터(13)의 회전에 따른 출력(역기전력)으로부터 모터의 회전속도 정보를 추출함에 따라 각 상(U,V,W)의 전류 파형 신호에 노이즈(noise)가 혼입되어 추출 신호에 오차가 발생할 수 있다. 그에 따라 주제어부(11)로부터의 제어 신호에 에러가 야기되어 정확한 제어가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 마이크로프로세서를 이용하여 디스크의 회전속도를 검출하여 일정 시간마다 스핀들 모터에 흐르는 전류를 제어함으로써 디스크를 정속도로 회전시킬 수 있는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스핀들 모터의 회전속도 제어방식을 설명하는 개요도.

도 2는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법을 구현하기 위한 제어장치의 개략적인 구성도.

도 3은 도 2의 제어장치의 마이크로프로세서 내부에서 수행되는 속도 제어 알고리즘에 의해 스핀들 모터를 제어하는 메커니즘을 나타내 보인 개요도.

도 4는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법의 실행과정을 나타내 보인 플로우 챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11...주제어부 12...스핀들 모터 제어기

13,24...스핀들 모터 14...비교기

21...마이크로프로세서 22...D/A 컨버터

23...스핀들 콘트롤러 칩 30...속도 제어 알고리즘

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어장치는, 시스템을 전체적으로 제어하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서로부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터; 및 스핀들 모터의 회전에 따라 스핀들 모터로부터 발생되는 역기전력에 의한 전류를 검출하여 상기 마이크로프로세서로 피드백 시키기 위한 스핀들 콘트롤러 칩을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법은, 스핀들 모터의 목표 회전속도를 설정하는 단계; 스핀들 모터의 회전속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 스핀들 모터의 회전속도와 설정된 목표 회전속도와의 오차를 계산하는 단계; 상기 계산된 오차에 따른 비례 및 적분 제어를 수행하는 단계; 및 상기 비례 및 적분 제어에 따른 전류 명령에 의해 스핀들 모터의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 스핀들 모터의 회전속도를 마이크로프로세서에 의한 인터럽트 카운팅에 의해 측정하고, 그 측정된 값과 목표값과의 오차를 구하여 비례 및 적분제어를 수행하며, 그것에 의해 스핀들 모터의 회전속도 제어를 위한 최종 전류 명령을 도출하여 스핀들 모터의 회전속도를 제어하게 되므로, 종래의 제어방식에서와 같은 노이즈에 의한 에러 발생을 방지할 수 있고, 스핀들 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법을 구현하기 위한 제어장치의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법을 구현하기 위하여 하드웨어적으로 수반되는 제어장치는 시스템을 전체적으로 제어하는 마이크로프로세서(21)와, 마이크로프로세서(21)로부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A(digital-to-analog) 컨버터(22)와, 스핀들 모터(24)의 회전에 따라 스핀들 모터(24)로부터 발생되는 역기전력에 의한 전류를 검출하여 상기 마이크로프로세서(21)로 피드백 시키기 위한 스핀들 콘트롤러 칩(spindle controller chip)(23)으로 구성된다.

여기서, 특히 상기 마이크로프로세서(21)에는 상기 스핀들 콘트롤러 칩(23)으로부터의 피드백 입력신호를 카운팅하기 위한 카운터가 내장된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어장치의 동작 및 그 장치에 의해 스핀들 모터의 회전속도를 제어하는 과정에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하면서 설명해 보기로 한다.

도 3은 도 2의 제어장치의 마이크로프로세서 내부에서 수행되는 속도 제어 알고리즘에 의해 스핀들 모터를 제어하는 메커니즘을 나타내 보인 개요도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법의 실행과정을 나타내 보인 플로우 챠트이다.

본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법에 따라 먼저, 스핀들 모터(24)의 목표 회전속도를 설정하게 된다. 그런 후, 스핀들 모터(24)에 전원을 인가하여 스핀들 모터(24)를 회전시킨다. 스핀들 모터(24)가 회전되면, 그 회전에 의해스핀들 모터(24)에는 역기전력이 유기되고, 그 역기전력에 따른 전류가 출력된다.이때, 이 역기전력에 따른 출력전류는 스핀들 모터(24)의 회전속도에 비례하는 값을 가지게 된다.

한편, 스핀들 모터(24)로부터의 출력전류는 스핀들 콘트롤러 칩(23)에 의해 검출되고, 스핀들 콘트롤러 칩(23)은 검출된 출력전류에 대응되는, 즉 스핀들 모터(24)의 회전속도에 비례하는 신호(Vf)를 출력한다. 이 신호(Vf)는 마이크로프로세서(21)의 인터럽트(interrupt) 입력신호로 가해지며, 마이크로프로세서(21)는 이 인터럽트가 걸리는 시간을 측정하여 스핀들 모터(24)의 회전속도를 검출하고, 그에 따른 속도 제어를 행하게 된다. 여기서, 이 과정에 대해 더 상세히 설명해 보기로 한다.

상기 스핀들 콘트롤러 칩(23)으로부터의 출력신호(Vf)가 마이크로프로세서(21)에 피드백되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서(21)는 인터럽트 요청여부를 판별하게 된다(단계 41). 이 판별에서 인터럽트 요청이 없으면, 계속하여 인터럽트 요청 여부를 확인하고, 인터럽트 요청이 있으면 인터럽트가 걸리는 시간 간격을 측정한다. 이때, 인터럽트 사이의 시간 측정은 마이크로프로세서(21) 내부의 카운터(21c)를 이용하여 측정한다. 즉, 카운터(21c)를 일정 시간 간격으로 동작시키고, 상기 스핀들 콘트롤러 칩(23)으로부터의 신호(Vf)가 입력될 때, 그 앞의 신호가 입력되었을 때의 카운팅 값(Tp)과 현재의 카운팅 값(T)의 차이(Td=T-Tp)를 계산함으로써 인터럽트 사이의 시간이 측정된다(단계 42). 인터럽트 사이의 시간, 즉 스핀들 콘트롤러 칩(23)으로부터의 신호(Vf) 간의 시간 간격(Td)이 측정되면, 그것으로부터 스핀들 모터(24)의 회전속도(Vf:스핀들 콘트롤러 칩으로부터 출력되는 신호는 곧 스핀들 모터의 회전속도에 해당하는 신호이므로 편의상 이것도 Vf로 표기함)를 측정하게 된다.

이렇게 하여 스핀들 모터(24)의 회전속도(Vf)가 측정되면, 그 측정된 스핀들 모터의 회전속도(Vf)와 설정된 목표 회전속도(Vc)와의 속도 오차(Ve=Vc-Vf)를 계산한다(단계 43). 그런 후, 그 계산된 속도 오차(Ve)에 따른 비례 및 적분 제어를 도 3에 도시된 바와 같은 속도 제어 알고리즘(30)에 의해 수행한다. 이때, 비례 및 적분 제어를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, V_cmd는 전류 명령, K_p는 비례 이득, K_i는 적분 이득을 각각 나타낸다.

상기 수학식 1을 라플라스(Laplace) 변환하여 나타내면 다음과 같다.

여기서, s는 라플라스 연산자를 나타낸다.

또한, 상기 수학식 2를 스핀들 모터(24)의 제어를 위한 디지탈 제어 수식으로 변환하면 다음과 같다. 이때, s=(1-z^-1)/T(T=1)를 적용한다.

그리고, 상기 수학식 3을 시간 영역으로 다시 변환하면 다음과 같다.

이상에 의해 전류 명령(V_cmd)이 계산되면(단계 44), 마이크로프로세서(21)는그 전류 명령(V_cmd)을 D/A 컨버터(22)로 출력하고(단계 45), D/A 컨버터(22)는 입력된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 그리고, D/A 컨버터(22)로부터 출력된 신호는 스핀들 콘트롤러 칩(23)을 거쳐 스핀들 모터(24)에 인가되며, 그에 따라 최종적으로 스핀들 모터(24)의 회전속도가 제어된다.

이상과 같은 일련의 과정에서 상기 비례 이득(K_p) 및 적분 이득(K_i)은 사용자에 의해 변경이 가능하며, 목표 회전속도(Vc) 또한 사용자가 다양하게 변경 설정함으로써 스핀들 모터(24)의 회전속도를 자유롭게 변경(제어)할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 스핀들 모터의 회전속도 제어방법 및 그 장치는 스핀들 모터의 회전속도를 마이크로프로세서에 의한 인터럽트 카운팅에 의해 측정하고, 그 측정된 값과 목표값과의 오차를 구하여 비례 및 적분제어를 수행하며, 그것에 의해 스핀들 모터의 회전속도 제어를 위한 최종 전류 명령을 도출하여 스핀들 모터의 회전속도를 제어하게 되므로, 종래의 제어방식에서와 같은 노이즈에 의한 에러 발생을 방지할 수 있고, 스핀들 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 디스크를 설정된 정속도로 회전시킬 수 있고, 그에 따라 데이터의 기록/재생 정확도를 한층 높일 수 있다.

Claims

시스템을 전체적으로 제어하는 마이크로프로세서;

상기 마이크로프로세서로부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 컨버터; 및

스핀들 모터의 회전에 따라 스핀들 모터로부터 발생되는 역기전력에 의한 전류를 검출하여 상기 마이크로프로세서로 피드백 시키기 위한 스핀들 콘트롤러 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 마이크로프로세서에는 상기 스핀들 콘트롤러 칩으로부터의 피드백 입력신호를 카운팅하기 위한 카운터가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어장치.
스핀들 모터의 목표 회전속도를 설정하는 단계;

스핀들 모터의 회전속도를 측정하는 단계;

상기 측정된 스핀들 모터의 회전속도와 설정된 목표 회전속도와의 오차를 계산하는 단계;

상기 계산된 오차에 따른 비례 및 적분 제어를 수행하는 단계; 및

상기 비례 및 적분 제어에 따른 전류 명령에 의해 스핀들 모터의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 스핀들 모터의 회전속도 측정은, 스핀들 모터의 회전에 따라 스핀들 콘트롤러 칩으로부터 출력되는 회전속도에 비례하는 신호를 마이크로프로세서의 인터럽트 신호로 입력시키고, 그 인터럽트가 걸리는 시간 간격을 측정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법.
제4항에 있어서,

상기 인터럽트가 걸리는 시간 간격의 측정은, 상기 마이크로프로세서 내부의

카운터를 일정 시간 간격으로 동작하도록 설정하고, 상기 스핀들 콘트롤러 칩으로부터의 신호가 입력될 때, 그 앞의 신호가 입력되었을 때의 카운팅 값과, 현재의 카운팅 값의 차이를 계산함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 비례 및 적분 제어에 따른 전류 명령을 V_cmd라 할 때,

V_cmd[k]= Kp*(V_e[k]-V_e[k-1]) + Ki*V_e[k] + V_cmd[k-1]

의 수식 관계로 표현되는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터의 회전속도 제어방법.

(여기서, Kp:비례 이득, Ki:적분 이득, V_e:목표 속도와 현재 속도와의 속도 오차)