KR950007137B1 - 디지탈 브이씨알의 드럼 및 캡스턴 모터 제어방법 - Google Patents

디지탈 브이씨알의 드럼 및 캡스턴 모터 제어방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

디지탈 브이씨알의 드럼 및 캡스턴 모터 제어방법
제1도는 종래 브이씨알의 서보계의 블럭도.
제2도는 제1도에 있어서, 모터 구동부의 회로도.
제3도는 본 발명 디지탈 브이씨알의 서보 제어계의 블럭도.
제4도는 본 발명에 따른 캡스턴 모터 제어부의 블럭도.
제5도는 제2도에 있어서, 각 부의 신호 파형도.
제6도는 본 발명에 따른 드럼 모터 및 캡스턴 모터의 구동 제어시 신호 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 헤드 드럼 2A,2B : 모터 구동부
3 : 드럼 모터 4 : 캡스턴 모터
9A,9B : 디지탈/아날로그 변환부 10 : 서보 제어부
11,14 : 증폭기 12,16 : 카운터
13 : 속도 검출부 15 : 위상 비교기
17 : 클럭 발생부 18 : 위상 오차 검출부
19,21 : 가산기 20 : 이득 곱셈부
CFG,DFG : 주파수 제너레이터 DPG : 펄스 제너레이터
CHD : 콘트롤 헤드 HD : 헤드
본 발명은 디지탈 브이씨알의 드럼 모터 및 캡스턴 모터 제어에 관한 것으로, 특히, 디에스피(DSP ; Digital Signal Processor) 칩을 이용한 디지탈 브이씨알의 캡스턴 모터 제어시 서보계의 속도 루프와 위상 루프를 하나로 합쳐 캡스턴 모터를 정밀하게 제어함으로써 외란에 대한 견고성을 가지는 디지탈 브이씨알의 드럼 모터 및 캡스턴 모터 제어방법에 관한 것이다.
제1도는 종래 브이씨알의 서보계의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 드럼 모터(3)의 회전에 따른 주파수(Vdfg)를 주파수 제너레이터(DFG)가 검출하면 속도 오차를 연산하는 속도제어부(5A)와, 기준 신호발생부(8)의 기준 주파수에 따라 헤드(HD)의 회전 위치를 펄스 제너레이터(DPG)로 검출하여 위상 오차를 연산하는 위상 제어부(6A)와, 상기 속도 제어부(5A)와 위상 제어부(6A)의 출력을 합산한 가산기(7A)의 출력을 일정 레벨 증폭함에 따라 상기 드럼 모터(3)를 구동시키는 모터 구동부(2A)와, 테이프를 재생함에 따라 콘트롤 신호(CTL)를 콘트롤 헤드(CHD)가 검출하면 위상 오차를 연산하는 위상 제어부(6B)와, 캡스턴 모터(4)의 회전에 따른 주파수(Vcfg)를 주파수 제너레이터(CFG)로 검출하면 속도 오차를 연산하는 속도 제어부(5B)와, 상기 속도 제어부(5B)와 위상 제어부(6B)의 출력을 합산하는 가산기(7B)의 출력을 일정 레벨 증폭함에 따라 상기 캡스턴 모터(4)를 구동시키는 구동부(2B)로 구성된 것으로, 도면의 미설명 부호 1은 헤드 드럼이다.
제2도는 종래 모터 제어 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 비반전 단자(+)에 위상 에러 전압(Pe)이 접속됨과 아울러 반전 단자(-)에 속도 에러 전압(Ve)이 접속되어 차동 증폭함에 따라 캡스턴 모터(9)에 구동신호(Vo)를 출력하는 연산 증폭기(OP1)로 구성된 것으로, 도면의 미설명 부호 R1-R3는 저항이고 C1은 콘덴서이다.
상기 저항(R3)과 콘덴서(C1)는 캡스턴 모터(4)를 안정되게 제어하기 위하여 연산 증폭기(OP1)의 출력(Vo)을 안정시키기 위한 것이다.
이와같은 종래 회로의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
드럼 모터(3)에 의해 헤드 드럼(1)이 회전함에 따라 펄스 제너레이터(DPG)는 헤드(HD)의 회전 위치를 검출하기 위한 펄스(Vdpg)를 검출하여 위상 제어부(6A)에 출력하고 주파수 제너레이터(DFG)는 상기 드럼 모터(3)의 회전에 따라 주파수(Vdfg)를 검출하여 속도 제어부(5A)에 출력하게 된다.
이때, 펄스 제너레이터(DPG)의 출력(Vdpg)을 입력받은 위상 제어부(6A)는 기준 신호 발생부(8)의 30Hz의 기준 신호와 비교함에 따라 헤드(HD)의 위치 오차를 검출하고 주파수 제너레이터(DFG)의 출력(Vfgd)을 입력받은 속도 제어부(5A)는 상기 신호(Vdfg)를 트리거시킨 기준 신호와 비교함에 따라 드럼 모터(3)의 속도 오차를 검출하게 된다.
이에 따라, 속도 제어부(5A)와 위상 제어부(6A)의 출력을 가산기(7A)가 합산함에 따라 모터 구동부(2A)가 드럼 모터(3)의 회전을 제어하게 된다.
한편, 캡스턴 모터(4)에 의해 테이프가 주행하면 콘트롤 헤드(HD)는 기록된 콘트롤 신호(CTL)를 검출하여 위상 제어부(6B)에 출력하고 주파수 제너레이터(CFG)는 상기 캡스턴 모터(4)의 회전에 따른 주파수(Vcfg)를 검출하여 속도 제어부(5B)에 출력하게 된다.
이때, 콘트롤 헤드(CHD)의 출력(CTL)을 입력받은 위상 제어부(6B)는 기준 신호 발생부(8)의 30Hz의 기준 신호와 비교함에 따라 테이프의 주행 위치 오차를 검출하고 주파수 제너레이터(CFG)의 출력(Vcfg)을 입력받은 속도 제어부(5B)는 상기 신호(Vcfg)를 트리거시킨 기준 신호와 비교함에 따라 캡스턴 모터(4)의 속도 오차를 검출하게된다.
이에 따라, 속도 제어부(5B)와 위상 제어부(6B)의 출력을 가산기(7B)가 합산함에 따라 모터 구동부(2B)가 캡스턴 모터(4)의 회전을 제어하게 된다.
이와같은 캡스턴 모터(4)와 드럼 모터(3)의 회전을 제어하는 동작을 제2도에서 설명하면, 속도 오차 및 위상 오차에 따른 신호가 검출되어 디지탈 처리되며 이 디지탈 처리된 신호가 디지탈/아날로그 변환기(도면 미표시)를 통해 아날로그신호로 변환된 후 아날로그 증폭기인 연산 증폭기(OP1)의 비반전 단자(+)에 위상 에러 전압(Pe)이 입력되고 반전단자(-)에 속도 에러 전압(Ve)이 입력됨에 따라 차등 증폭된다.
이때, 차동증폭된 연산 증폭기(OP1)의 출력인 모터 구동 전압(Vo)이 인가됨에 따라 드럼 모터(3) 또는 캡스턴 모터(4)가 구동되어진다.
즉, 연산 증폭기 비반전 단자(+)에 입력되는 위상 에러 전압(Pe)에 비하여 속도 에러전압(Ve)이 작으면 1차 전압이 저항비(R2/R1)로 증폭되어 드럼 모터(3) 또는 캡스턴 모터(4)의 회전을 제어하는 전압인 모터 구동전압(Vo)은 증가한다.
따라서, 드럼 모터(3) 또는 캡스턴 모터(4)의 회전이 빨라지게 되고 속도 에러전압은 위상 에러 전압(Pe)과 동일하게 된다.
그리고, 위상 에러 전압에 비하여 속도 에러전압(Ve)이 더 크면 1차 전압이 저항 비(R2/R1)로 증폭되어 모터 제어 전압(Vo)이 감소한다. 따라서, 드럼 모터(3) 또는 캡스턴 모터(4)의 회전이 완만해지고 속도 에러전압은 감소되어 위상 에러전압(Pe)과 동일하게 된다.
그러나, 이와같은 종래 브이씨알의 드럼과 캡스턴 서보계는 각각 2개의 궤환 루프를 갖는 일종의 다중 루프(PLL ; Phase Lock Loop) 구조로서 한 루프는 속도를 제어하며 다른 한 루프는 위상을 제어한다. 즉, 기준 속도를 유지하기 위한 속도 제어부와 위상 제어를 위한 위상 제어부가 적용된 궤환루프가 사용되고 있다.
이에따라, 종래에는 각각의 드럼 모터와 캡스턴 모터에 속도와 위상을 제어할 두개의 궤환루프 회로가 각기 접속됨으로 시스템 설계 및 구현이 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 디에스피(DSP)칩에 드럼 모터와 캡스턴 모터의 속도 및 위상을 제어하기 위한 로프를 구현하고 드럼 모터 및 캡스턴 모터의 회전에 따라 검출된 위상오차를 등가의 속도오차로 변환하여 속도오차와 위상 오차의 등가 속도 오차를 합산함에 따라 드럼 모터 및 캡스턴 모터의 회전을 제어하는 디지탈 브이씨알의 드럼 및 캡스턴 모터 제어 방법을 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명 디지탈 브이씨알의 서보 제어계의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 드럼(1)의 회전에 따라 헤드(HD)의 회전 위치를 검출을 위해 펄스를 검출하는 펄스 제너레이터(DPG)와, 상기 드럼(1)을 회전시키는 드럼 모터(3)의 회전에 따라 주파수를 검출하는 주파수 제너레이터(DFG)와, 캡스턴 모터(4)의 호전에 따라 주파수를 검출하는 주파수 제너레이터(CFG)와, 테이프에 콘트롤 신호(CTL)의 기록 재생을 수행하는 콘트롤 헤드(CHD)와, 상기 펄스 제너레이터(DPG)와 주파수 제너레이터(DFG)의 출력(Vdpg)(Vdfg)을 연산하여 상기 드럼 모터(3)를 제어할 신호를 출력하고 상기 주파수 제너레이터(CFG)와 콘트롤 헤드(CHD)의 출력(Vcfg)(CTL)을 연산하여 상기 캡스턴 모터(4)를 제어할 신호를 출력하도록 캡스턴 모터 제어부(23)와 드럼 모터 제어부(24)로 구성한 서보 제어부(10)와, 이 서보 제어부(10)의 출력을 각기 아날로그로 변환하는 디지탈/아날로그 변환부(9A)(9B)와, 이 디지탈/아날로그 변환부(9A)(9B)의 출력을 각기 일정 레벨 증폭함에 따라 상기 드럼 모터(3)와 캡스턴 모터(4)를 각기 구동시키는 모터 구동부(2A)(2B)로 구성한다.
제4도는 본 발명에 따른 캡스턴 모터제어부의 블럭도로서 이에 도시한 바와같이, 모터 구동부(2B)에 의해 캡스턴 모터(4)가 회전함에 따라 캡스턴 펄스(CFG)와 콘트롤신호(CTL)를 각기 검출하는 주파수 제너레이터(CFG), 콘트롤 헤드(CHD)와, 이 주파수 제너레이터(CFG), 콘트롤 헤드(CHD)의 출력(Vcfg)(CTL)를 일정레벨 증폭하는 증폭기(11)(14)와, 상기 증폭기(14)의 출력을 입력받아 기준신호(Vref)와 콘트롤신호(CTL)사이의 위상오차를 검출하는 위상비교기(15)와, 클럭발생부(17)의 기준클럭(CLK)에 따라 상기 증폭기(11)와 위상비교기(15)의 출력을 각기 계수하는 카운터(12)(16)와, 이 카운터(12)(16)의 출력(VCFG)(NCTL)을 소정주기(Ts)(Tp)로 샘플링함에 따라 회전속도(W)와 위상오차(θe)를 각기 검출하는 속도검출부(13), 위상 오차검출부(18)와, 기준속도(Wref)에서 상기 속도검출부(13)의 출력(W)을 감산하여 속도오차(We)를 출력하는 가산기(19)와, 상기 위상 오차검출부(18)의 출력(θe)에 이득(K)을 곱하여 등가의 속도오차(ΔWp)로 변환하는 이득곱셉부(20)와, 이 이득곱셈부(20)의 출력(ΔWp) 및 상기 가산기(19)의 출력(ΔWs)을 가산하는 가산기(21)와, 이 가산기(21)의 출력(ΔWe)을 입력받아 제어신호(Dz)를 산출하는 제어부(22)와, 이 제어부(22)의 출력(Dz)을 아날로그로 변환하여 상기 모터 구동부(2B)에 출력하는 디지탈/아날로그 변환부(9B)로 구성한 것으로, 상기 캡스턴 모터(4)는 1회전당 720개의 펄스를 감지하는 MR센서가 부착되어 있다.
본 발명에 따른 드럼 모턴 제어부(24)는 제4도의 캡스턴 모터 제어부(23)와 동일한 루프를 갖도록 구성한다.
이와같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 제5도 내지 제6도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
기록 또는 재생동작시 테이프를 이송시키기 위해 캡스턴 모터(4)가 회전함에 따라 주파수 제너레이터(CFG)는 캡스턴 펄스(Vcfg)를 검출하고 콘트롤 헤드(CHD)는 테이프의 하단 트랙에서 콘트롤 신호(CTL)를 검출하게 되며 상기 주파수 제너레이터(CFG)는 캡스턴 모터(4)에 부착된 24개의 MR센서로서 1회전당 720개의 펄스를 감지하는 데 상기 캡스턴 모터(4)의 기준속도가 3rps임으로 캡스턴 펄스(Vcfg)는 정상상태에서 2160Hz이다.
이때, 주파수 제너레이터(CFG)의 출력(Vcfg)과 콘트롤 헤드(CHD)의 출력(CTL)이 서보 제어부(10)에 입력됨에 따라 캡스턴 모터 제어부(23)는 증폭기(11)(14)를 통해 상기 주파수 제너레이터(CFG)의 출력(Vcfg)과 콘트롤 헤드(CHD)의 출력(CTL)을 각기 일정레벨 증폭하는데 상기 증폭기(11)의 출력은 카운터(12)에 입력되고 상기 증폭기(14)의 출력은 위상비교기(15)에 입력되어 진다.
이에 따라, 위상비교기(15)는 기준신호(Vref)와 증폭기(15)의 출력을 비교하여 위상오차를 검출하는데 콘트롤신호(CTL)가 기준신호(Vref)보다 상승에지가 앞서면 음의 펄스인 위상오차가 검출되고 기준신호(Vref)가 콘트롤신호(CTL)보다 상승에지가 앞서면 양의 펄스인 위상오차가 검출되며 이에 다른 파형은 제5d도 내지 g도에 도시한 바와 같다.
이때, 카운터(12)(16)는 증폭기(11)와 위상비교기(15)의 출력이 각기 입력됨에 따라 클럭발생부(17)의 기준클럭(CLK)을 계수하게 되며 상기 카운터(12)의 동작은 제5a도 내지 c도에 도시한 바와 같다.
따라서, 카운터(12)(16)는 출력(NCFG)(NCTL)이 소정주기(Ts)(Tp)동안 가변 다중 샘플링됨에 따라 속도 검출부(13)와, 위상오차검출부(18)는 캡스턴 펄스(Vcfg)의 콘트롤펄스(CTL)이 한주기 동안 계수된 기준클럭에 따른 회전속도(W)와 위상오차(θe)를 산출하여 출력하게 된다.
이때, MR 센서에 의해서 검출된 캡스턴 펄스(Vcfg)의 한 펄스당 회전각이 2π/720(rad)임으로 한 펄스동안 기준클럭(CLK)을 계수함에 따른 캡스턴 모터(4)의 평균회전속도(Wavg)는 다음과 같다.
여기서, NCFG: 캡스턴 펄스의 한주기동안 계수된 기준클럭의 숫자
fCLK: 기준클럭 주파수
Ts : 속도검출을 위한 샘플링 주기
이에따라, 하나의 센서에 의한 속도(W1)는 다음과 같다.
그리고, 콘트롤신호(CTL)의 한 주기동안 기준클럭(CLK)을 계수함에 따른 캡스턴 모터(9)의 위상오차(θe1)는 다음과 같이 표시된다.
θe1=W1Tp=W1NCTL(fCLK)-1
여기서, Tp는 위상 검출을 위한 샘플링 주기로서 1/30초로 일정하다.
이때, 속도검출부(13)의 출력(W1)을 입력받은 가산기(19)는 기준 속도(Wref1)에서 감산하여 속도오차(ΔWs1)를 출력하고 위상오차검출부(18)의 출력(θe1)을 입력받은 이득곱셉부(20)는 스케일 벡터인 이득(K1)을 곱하여 등가의 속도오차(ΔWp1)로 변환하게 된다.
이에따라, 가산기(19)의 출력(ΔWs1)과 이득곱셉부(20)의 출력(ΔWp1)을 입력받은 가산기(21)는 두 신호를 합산하여 캡스턴모터(4)의 속도오차(ΔWe1)를 산출하고 이 산출된 신호(ΔWe1)를 제어부(22)에 출력하게 된다.
따라서, 제어부(22)는 가산기(21)의 출력(ΔWe1)을 입력받아 캡스턴 모터(4)의 속도를 판별한 후 상기 캡스턴 모터(4)의 속도 오차를 보상하기 위한 신호(Dz1)를 출력하고 이 디지탈신호(Dz1)가 디지탈/아날로그 변환부(9B)에서 아날로그 신호로 변환됨에 따라 모터구동부(2B)는 캡스턴모터(4)의 회전을 제어하게 된다.
그리고, 기록 또는 재생동작시 헤드 드럼(1)을 회전시키기 위해 드럼 모터(3)가 회전함에 따라 주파수 제너레이터(DFG)는 펄스(Vdfg)를 검출하고 펄스 제너레이터(DPG)는 상기 헤드 드럼(1)의 회전에 따른 펄스(Vdpg)를 검출하게 되며 상기 주파수 제너레이터(DFG)는 상기 드럼 모터(3)가 30rps로 회전함으로 1회전당 24개의 펄스(Vdfg)를 검출하게 된다.
이때, 주파수 제너레이터(DFG)의 출력(Vdfg)과 펄스 제너레이터(DPG)의 출력(Vdpg)이 서보 제어부(10)에 입력됨에 따라 드럼 모터 제어부(24)는 제4도의 캡스턴 모터 제어부(23)와 동일한 루프에 의해 동일한 동작을 수행함으로써 드럼 모터(3)의 회전 속도 오차를 판별하게 된다.
이에따라, 주파수 제너레이터(DFG)에 의해서 검출된 펄스(Vdfg)의 한 펄스당 회전각이 2π/24(rad)임으로 한 펄스동안 기준클럭(CLK)을 계수함에 따른 드럼 모터(3)의 평균회전속도(Wavg2)는 다음과 같다.
여기서, NDFG: 캡스턴 펄스의 한주기동안 계수된 기준클럭의 갯수
fCLK: 기준 클럭 주파수
Ts : 속도검출을 위한 샘플링 주기
따라서, 하나의 센서에 의한 속도(W2)는 다음과 같다.
그리고, 헤드 스위칭 신호(HSW)의 한 주기동안 기준클럭(CLK)을 계수함에 따른 드럼 모터(3)의 위상오차(θe2)는 다음과 같이 표시된다.
θe12=W2Tp=W2NHSW(fCLK)-1
여기서, Tp는 위상 검출을 위한 샘플링 주기로서 1/30초로 일정하다.
따라서, 드럼 모터 제어부(24)는 드럼 모터(3)의 속도에 따른 신호(W2)를 연산하여 기준속도(Wref2)에서 감산한 후 속도오차(Ws2)를 산출하고 헤드 스위칭신호(HSW)에 의한 위상 오차에 따른 신호(θe2)를 연산하여 스케일 벡터인 이득(K2)을 곱하여 등가의 속도오차(Wp2)로 변환하게 된다.
이때, 드럼 모터 제어부(24)는 속도 오차(Ws2)와 위상 오차에 따른 속도 오차(Wp2)을 합산하여 드럼 모터(3)의 속도오차(We2)를 산출하고 이 산출된 신호(We2)에 따라 드럼 모터(3)의 속도를 판별한 후 상기 드럼 모터(3)의 속도 오차를 보상하기 위한 디지탈 신호(Dz2)를 출력하게 된다.
따라서, 드럼 모터 제어부(24)의 출력(Dz2)을 입력받은 디지탈/아날로그 변환부(9A)가 아날로그 신호로 변환함에 따라 구동부(2A)는 드럼 모터(3)의 회전을 제어하게 된다.
상기에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 속도제어 루프와 위상제어 루프를 하나의 칩에 구현하여 속도오차와 위상오차를 미리 합산함에 따라 드럼 및 캡스턴 모터를 제어하게 된다. 이에 따라, 본 발명 브이씨알의 서보계의 설계 및 구현이 간단해지는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 기준속도(Wref)와 회전속도(W)의 차를 연산하여 속도오차(ΔWs)를 검출하는 제1단계와, 위상오차(θe)를 등가의 속도(ΔWp)로 변환하는 제2단계와, 제1, 제2단계의 속도오차(ΔWs)(ΔWp)의 연산에 따라 최종 속도오차(ΔWe)를 검출하여 드럼 모터(3) 및 캡스턴 모터(4)의 속도 오차를 판별함에 따라 구동을 제어하는 제3단계로 이루어짐을 특징으로 하는 디지탈 브이씨알의 드럼 모터 및 캡스턴 모터제어방법.
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