JPH03173380A - モータサーボ装置 - 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】 〈産業上の利用分舒〉 本発明は速度サーボを含む位相サーボに関し、特に一定
速度内になった時にモータの出力位相と基準信号位相と
の位相差を計測、演算し、その位相差によって位相系の
目標位相を設定して位相制御を行う際に、目標位相にオ
フセットを付けて設定するモータサーボ装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、ＶＴＲやビデオフロッピディスク等、映像信号を
記録するためにビデオヘッドと記録媒体とを相対回転さ
せるモータの位相制御７は、位相系の基準信号位相とし
て映像信号の垂直同期信号を用い、比較信号位相として
モータの１回転の位相を表わすＰＧ傷信号用いて、位相
比較を行っている。

ところが、電子スチルカメラのモータ位相制御では、カ
メラという機能からモータの速い立ち上りが要求されて
いる。しかし垂直同期信号とＰＧ傷信号の位相比較で制
御を行うと、位相比較動作がＮＴＳＣ信号では６０　Ｈ
２となる′ので、位相引き込みまでに数秒と長い時間が
かかり、要求を満足できない。

そこで、基準位相として電子スチルカメラの撮像系の同
期信号発生器（ＳＳＧ）より高速の信号を発生させ、比
較信号位相としてモータの回転速度を表わすＦＧ傷信号
用いて、ＰＧ傷信号場合よりも高い周波数で位相比較動
作を行うことにより、位相引き込みを短時間で終了させ
るようにしてい石。しかし、このままでは垂直同期信号
とＰＧ傷信号位相が合わないので、つまり磁気パターン
上で記録媒体の機械的位相と垂直向゛期信号の位置とが
所定の関係にならないので、モータ１回転と磁気シート
の回転位相を表わすＰＧ傷信号より、通常はモータがサ
ーボリックしたのちＳＳＧの映像同期信号のみをリセッ
トして、ＰＧ傷信号垂直同期信号前縁との位相を７Ｈ（
Ｈは水平走査期間）に合わせている。

この技術により、数１００２り秒で位相引き込みが完了
する。従って、電子スチルカメラとして被写体を記録で
きるまでの時間が短縮され、カメラのレリーズ・スイッ
チを早押ししても、シャッターチャンスを逃すなどの不
都合が少なくなった。

しかし、記録可能になるまでの時間を実際に制限してい
るのは電子スチルカメラシステム内では、ＰＧ傷信号垂
直同期信号とが安定に且つ確実に同期がとれるまでの時
間であるが、この時間の大部分はモータがサーボロック
するまでの時間であるので、早く且つバラツキなくサー
ボロックすることが更に望まれている。

ここで、ＳＳＧリセットのための基準となるサーボロッ
ク判定方法は幾つかあるが、先ずは、下記■、■等があ
る。

■　位相誤差（電圧）を検出し、所定値内に達した時間
にサーボロックしたと判定する方法。

■　サーボロック判定は特別に行わず、モータが起動し
てから成る一定時間経過し・た時にサーボリックしたと
推定する方１法。

しかし、■の方法では、完全にロックしたという確実性
はあるが、本質的に、サーボロックする・までの時間の
バラツキがそのまま出しまうという不具合がある。

一方、■の方法では、サーボリックしたと判定するまで
の時間バラツキはなくなるが、本当にロックするまでの
各種バラツキ、及び直接にはサーボロックを検出してい
ないことに対するマージン、これらを見込む必要がある
ので、ＳＳＧリセットをするまでの時間を相当長くせざ
るをえないという不具合がある。

即ち、■、■いずれの方法でもサーボリックするまでの
時間バラツキを一定にして且つ短時間に引き込むように
すれば良いのであるが、短・時間で引き込ませるために
は、通常サーボの位相系帯域を広く、つまＩｆｆ（周波
数）特性を上げねばならない。

しかし、サーボのｆ特性を拡大すると、系内部のノイズ
や外乱等にも応答してしまうので、むやみにｆ特性を広
くできない。特に、モータ１回転につき１回発生する「
エンコーダーＦＧエラー」に応答しないようにｆ特性を
設定すると、そのｆ特性艦こよりステップ応答時間が決
まってしまうので、成る程度以上はサーボリックを短時
間にできない。よって、最終的には四ツクするまでの時
間バラツキが最大になるという不具合がある。

く関　連−技　術〉 そこで発明者はモータ起動時、基準速度変更時などにお
いても迅速に応答し、モータがサーボロックするまでの
時間が短かく且つ毎回のバラツキがない安定なモータサ
ーボ装置の研究開発に努力し、 「　モータ速度制御を含む第１の位相制御ループの外側
に第２のメージャーループを設け、第１の入力基準位相
とモータ回転の出力位相との差を検出し、その検出量に
応じて第１の入力基準位相の位相をシフトする手段を設
け、この位相シフト手段を第２の入力基準位相として第
１の位相制御ループの入力とし、第２のメージャールー
プのフィードバック側にスイッチ手段を設け、モータ回
転速度が非定常速度から定常速度近くに達した瞬間のみ
位相シフト手段のシフト量を設定するようにした位相制
御ループを持ち、あるいは、スイッチ手段はモータ回転
速度が非定常速度のときオンし、定常速度内にあるとき
オフするようにした位相制御ループを持つモータサーボ
装置」 を同時に提案した。

第２図は第１の位相制御ループ２０２を示し、第３図に
その等価回路を示す。第４図は全体の位相制御ループ２
０９を示し、２０１は第１の入力基準位相（基準パルス
）　、２０２は第１の位相制御ループ、２０３はモータ
回転出力位相、２０４は第２のメージャーループ、２０
５は加算器、２０６は位相シフト回路、２０７は第２の
入力基準位相、２０８はスイッチである。

上述のモータサーボ装置では、モータの位相系の目標で
ある第１の入力基準位相２０１が、速度系が定常回転近
くに達し位相系が引き込めるモータ回転出力位相と同位
相となるように、第２の入力基準位相２０３を設定する
。従って、マイナーループである第１の位相制御ループ
２０２の目標設定値が常に一定で、値自体も小さくなる
ため、位相引き込みまでの時間が短縮し、しかもモータ
起動毎に引き込み時間がバラツクととがなく安定である
。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述した第１の基準位相から第２の基準位相を設定して
サーボロックまでの時間を速くし、且つバラツキをなく
すモータサーボ装置をマイクロプロセッサやマイクロコ
ンピユータ（以下、マイコンと略称）の処理で実現しよ
うとするつと、次のような問題がある。

即ち、アナログやロジックの八−ドウエアを用いてモー
タサーボ装置を構成ずれば、位相系の場合、基準位相パ
ルスと比較位相パルスが殆ど同時に入力しても、それぞ
れの信号を並列処理しているので位相差に比例した出力
を直ちに得るこができる。

しかし、これをマイコンで処理しようとすると、マイコ
ン自体の演算方法やアーキテクチャ−にもよるが、基本
的にはシリーズ（直列）処理しか行えないので、位相差
がゼロに近いと一方のパルスを処理できなくなり、位相
差ゼロを正確に計測するこおができなかったり、或いは
出力するまでに長い時間がかかる等の不具合がある。

この不具合は、サーボ特性としては不感帯や遅延時間の
バラツキの発生となるので、サーボ性能を悪くする。

特に、サーボロックしている状態では位相差がゼロを中
心に前進に微動していることが多いため、定常時にその
影響が出やすい。

そこで本発明は、サーボをマイコン等を用いたソフトウ
ェアで制御する場合も、モータ起動時、基準速度変更時
などにおいても迅速に応答し、モータがサーボロックす
るまでの時間が短かく且つ毎回の時間のバラツキがなく
安定であり、定常時の位相特性の良いモータサーボ装置
を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明によるモータサーボ装置は、モータの目標回転を
設定する基準回転速度発生手段と、目標回転とモータの
回転速度との誤差を検出する回転速度誤差検出手段と、
モータの目標回転位相を設定する基準位相発生手段と、
目標位相とモータの回転位相との誤差を検出する回転位
相誤差検出手段と、モータ回転速度が目標回転近くに達
していることを検出する定常速度検出手段と、目標位相
とモータ回転位相との誤差量をデータとして記憶する記
憶手段と、記憶手段のデータに従って目標位相の位相量
を移相する基準位相移相手段と、定常位相検出回路の出
力に応じて記憶手段のデータを基準位相移相手段に設定
する手段とを具備することを特徴とする。

そして必要に応じて、定常速度検出手段によってモータ
回転速度が定常速度範囲にないと検出された場合は、回
転位相誤差検出手段の誤差出力を零とし、基準位相移相
手段にデータを設定したのちにモータ回転位相と基準位
相移相手段の出力との位相誤差を回転位相誤差検出手段
の誤差出力とするようにしたり、あるいは基準位相移相
手段が記憶手段のデータ内部が零であっても基準位相を
一定量移相させるオフセット機能を有したゆ、また基準
位相移相手段のオフセット移相量を回転速度誤差検出手
段の演算動作処理時間よりも長くする。

く実　施　例〉 第１図は本発明を電子スチルカメラに適用した実施例を
示し、以下これを説明する。

第１図において、磁気ディスク（ＶＦ）２がモータ１の
スピンドルにチャッキングされて回転し、記録時には、
撮像装置６から得られた信号を記録／再生回路５により
信号処理してビデオヘッド３に記録電流を流し、磁気デ
ィスク２に映像信号を記録する。再生時には、モータ１
により回転されている磁気ディスク２をビデオヘッド３
が再生し、記録／再生図１１５により信号処理してビデ
オ信号を出力する。

基準位相発生回路７は、撮像装！！ｉ６に含まれている
同期信号発生器（ＳＳＧ）のクロックを受けて、内部で
分局してサーボの第１の位相系基準位相信号Ａを生成す
る。

システム制御回路８は記録／再生回路５及び撮像装置６
の他、基準速度発生回路９、回転速度誤差検出回路１０
、定常速度検出回路１１、初期位相検出及びメモリ回＄
１２、基準位相移相回路１３、回転位相誤差検出回路１
４、並びに定常位相検出回路１６を制御する。

基準速度発生回路９はモータ１の規定回転数を指令する
ものであり、その出力Ｂを回転速度誤差検出回路１０に
与える。

回転速度誤差検出回路１０は基準速度発生回路９の出力
Ｂとモータ１のＦＧから得られる回転速度信号Ｃとから
、規定回転数に対する速度誤差信号りを検出す石。

定常速度検出回路１１は、回転速度誤差検出回路１０か
ら出力される速度誤差信号りにより、現在のモータ回転
速度が定常（規定）速度近くにあるから否かを判定する
回路であり、その判定出力Ｅをシステム制御回路８とス
イッチ２０に与える。

初期位相検出及びメモリ回路１２は、基準位相発生回路
７からの第１の基準位相信号Ａとモータ１のＦＧからの
回転速度信号Ｃとの位相差を検出し、それを記憶するも
のである。

この回路１２のメモリからの位相差出力Ｆは基準位相移
相回路１３に入力される。

基準位相移相回路１３は、基準位相発生回路７からの第
１の基準位相信号Ａの位相を、回路１２の位相差出力Ｆ
に従って移相する位相シフト回路である。この回路１３
で移相された新たな信号Ｇが第２の基準位相信号であり
、回転位相誤差検出回路１４へ与えられる。

回転位相誤差検出口ｌ８１４は、モータ１の回転変速信
号Ｃと第２の基準位相信号Ｇどの位相差を検出し、これ
を位相誤差信号Ｈとして出力する。

定常位相検出回路１６は、位相誤差信号Ｈを入力して定
常位相範囲内でモータ１が回転しているか否かを検出し
、その結果Ｊをシステム制御回路８へ出力する。

スイッチ２０は、固定バイアス回路１５から出力される
バイアス信号Ｉと位相誤差信号Ｈとのうち、定常速度検
出回路１１の判定出力Ｅが「定常速度内」であれば信号
誤差信号Ｈを選択し、「定常速度範囲外」であれば固定
バイアス信号Ｉを選択し、位相補償回路１７に与える。

位相補償回路１７は位相系の補償フィルタである。立ち
上吐補償及び位相補償及びＭＩＸ回路１８は、回転速度
誤差検出回路１０からの速度誤差信号りと位相補償回路
１７の出力とを信号処理して、モータ駆動口１９１９に
与える。この回路１８の出力によってモータ駆動回路１
９がモータ１に電流を流し、モータを回転させる。

上述した回転位相誤差検出回路１４の動作は、第５図の
タイミングチャート、第６図の位相比較特性に示すよう
になっている。

初期位相検出及びメモリ回路１２と基準位相移相誤差検
出回路１４の入力は第１の基準位相信号Ａとなるので、
モータ１を起動させて定常速度に近づき位相引き込みが
始まる時点では、入力側の基準位相信号Ａと出力側の回
転信号Ｃとの位相関係（進み、遅れ）はランダムな関係
にある。つまり、起動時のタイミングや負荷のバラツキ
、あるいはモータのバラツキなどにより、第７図、第８
図のようなランダムな関係になる。しかも、その時の位
相系の目標値（ＡとＣの位相差）が大きく、ステップ入
力の入力値が大きいことを意味するので、第９図に位相
誤差信号を示すように位相引き込みに長い時間がかかる
。これに対し、第５図のような場合は、位相系の目標値
が小さいので、位相引き込みが短時間で終了する。この
場合の位相誤差信号の時間変化を第１０図に示す。

このよな入力位相Ａと出力位相Ｃのランダムな位相関係
による引き込み時間のバラツキを避けるため、回＃１１
２と回路１３を用いて、第１１図及び第１２図に示す特
性に改良している。以下に詳述する。

今、毛−夕起動時を想定して基本的な動作を説明する。

スイッチ２−０がオンしてモータ起動が指令されると、
システム制御値Ｍ８は９〜１４及び１６の各回路にモー
タ起動の処理を行う。

まず、回転速度誤差検出口＃１１０から第１３図のよう
に速度誤差信号りが出力され、モータ１が駆動される。

同時に、起動中は定常速度範囲外なので、スイッチ２０
は定常速度検出回路１１の判定出力Ｅによりｌ側（固定
バイアス）にオンしている。そして、モータ低速回転時
の誤動作、メモリ低減、不要出力をしないように、シス
テム制御回路８により、初期位相検出及びメモリ回ｌＲ
５１２は、動作をせず、また回転位相誤差検出口＃１１
４は位相比較動作を禁止して位相誤差出力Ｈをゼロにし
ている。

やがてモータ１の回転が定常速度に近くなり、定常速度
検出回路１１が定常速度範囲内と検出すると、その出力
Ｅによレジステム胴細回路８が初期位相検出及びメモリ
回＄１２を動作させる。

この回路１２は第１の基準位相信号Ａを基準にモータ回
転速度信号Ｃどの位相差（時間差）を計測して記憶し、
その初期位相差Ｆを基準位相移相回路１３に出力する。

基準位相移相回路１３では初期位相差Ｆ（第１１図中の
Ａ−０間の位相差ａ）に相当する分だけ、第１の基準位
相信号Ａの位相を遅らせて、第２の基準位相信号Ｇを新
たに生成し、回転位相誤差検出回路１４への入力とする
。

同時にシステムＨＩ１１回路８はこの検出回路１４を動
作させ、位相誤差の検出を開始させる。これにより、第
１２図に示すように、ＡとＣとの特性３０がＡとＧとの
特性３１に初期位相差ａだけオフセットされる。第１２
図の位相比較特性で位相差ε′。は ｃ′２＝θ２゜−θｒａｆ−”　　　（ラジアン）とな
る。θ１．．は基準位相、θ、。はモータ回転位相であ
る。

更に、スイッチ２０が固定バイアス！側から回転位相誤
差Ｈ側にオンし、モータサーボ系として第２の基準位相
信号Ｇとモータ回転のＦＣＣ信号色の位相差がゼロとな
るように位相制御をはじめる。やがって定常位相差内に
なると、定常位相差検出回路１６からシステム制卸回路
８へ位相引き込み完了、即ちサーボロックの信号Ｊを伝
える。

このサーボ四ツク信号Ｊを受けてシステム制御回路８は
撮像装ＷＩ６のＳＳＧを１回転検出のＦＧ４でリセット
して、磁気ディスク２０回転位相と映像信号の位相とを
所定の位相差に合わせる。

第１図のうち、−点鎖線内の咎回路８，９゜１０．１１
，１２，１３，１４，１５，１６はマイクロプロセッサ
で構成しである。

このマイクロプロセッサの動作フローを第１４図に示す
。

第１４図において、ステップ１２１〜ステツプ１２４が
速度系の処理であ勢、モータ１のＦＧ傷信号割り込みで
速度系が動作すると、まずステップ１２２で、入力削り
込みされるモータ速度のＦＧ信号Ｃの入力時刻を記憶す
る。次いでステップ１２３で、速度誤差検出としてＦＧ
信号Ｃの周期演算結果からモータ回転速度を求め、これ
から基準速度Ｂを減算して速度誤差りを求める。ステッ
プ１２４では、先のステップ１２３での演算に基づいて
速度誤差りの出力を行う。

統いて、ステップ１２５０位相誤差演算処理に入り、こ
こからモータ位相系の処理を行う。

ステップ１２６で、モータの速度系がロックしているか
、即ち定常速度検出回路１１の出力Ｅでモータ速度が定
常速度近くになければ、初期位相フラグをクリアしてス
テップ１３２に行き、位相誤差をゼｑとし、位相誤差出
力をセンター固定バイアス電圧Ｔとして出力する。

モータ回転速度が定常速度近くにあれば、ステップ１２
７進み、第１の基準位相ＡとモータのＦＧの信号Ｃとの
位相差εを演算する。

次にステップ１２８で、初期位相フラグセットされてい
るかを判定し、セットされていればステップ１３０へ、
セットされていなければステップ１２９に進む。

ステップ１２９では初期位相フラグをセットし、初期位
相オフセット移相量の最低位相量ａと、ステップ１２７
で演算した位相差εとを比較する。そして、ａの方がＣ
より大きければステップ１３２に進み、小さければａ＝
Ｃと設定し直してステップ１３２に進む。

ステップ１３０では位相誤差検出演算を行うが、前出の
位相差εからオフセット移相量ａ　（Ｇ）を減算して位
相誤差ａを求める。

ステップ１３３と１３５は位相誤差ａのリミッタ処理で
あり、ステップ１３３では位相誤差ａが設定した位相差
α、より大きければ、位相が遅れすぎとして、ステップ
１３４で位相誤差電圧ｖＨを出力する。逆に、ステップ
１３５では設定した位相差ａＬより小さければ、位相が
進みすぎとして、ステップ１３６で位相誤差電圧ｖＬを
出力する。

位相誤差ａがａ　くａくａの範囲にあれば、ステップ１
３７にて、位相誤差αに相当する位相誤差出力（Ｈ）を
行う。そしてステップ１３８で位相系処理を終了する。

初期位相設定タイミングの位相差−電圧特性を第１５図
に示し、２回目以降の位相制御タイミングの位相差−電
圧特性を第１６図に示す。

ここで、ステップ１２９での初期位相オフセット移相量
即ち最低位相量ａは、ステップ１２１からステップ１３
８までの処理にかかるバラツキを含めた時間以上の値に
設定しである。

このように、位相差Ｃと最低位相；１ｍとを比較し、さ
くａのときは最低位相ｆｋａを初期位相とすることによ
ゆ、割り込みタイミングによる影響が低減する。

上述した実施例では電子スチルカメラについてのもので
あるが、本発明はＶＴＲのキャップスタンの位相制御な
ど、種々のものに適用することができる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、モータの位相系の目標である基準位相
が、速度系が定常回転近くに達して位相系が引き込み始
めるときのモータ回転の出力位相と同位相になるように
、新たに基準位相を設定する。従って目標設定値が常に
一定で且つその値自体も小さくなるため、位相引き込み
（サーボロック）までの時間が短時間になし、しかもモ
ータを起動する毎に引き込み時間がバラツクということ
がない。

また、大きな外乱が加わって速度が外れた場合、あるい
は目標速度が変化した場合も同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電子スチルカメラに適用した実施例の
構成図、第２図、第３図、第４図は本発明の詳細な説明
図、第５図、第７図、第８図、第１１図、第１３図は動
作のタイミングチャート、第６図、第１２図は位相比較
特性を示す図、第９図、第１０図は位相誤差信号の波形
図、第１４図はマイクロプロセッサのフローチャート、
第１５図、第１６図は初期位相設定のタイミングチャー
トである。 図　面　中、 ７は基準位相発生回路、 ９は基準回転速度発生回路、 １０は回転速度誤差検出回路、 １１は定常速度検出回路、 １２は初期位相検出及びメモリ回路、 １３は基準位相移相回路、 １４は回転位相誤差検出回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モータの目標回転を設定する基準回転速度発生手段と、
   目標回転とモータの回転速度との誤差を検出する回転速
   度誤差検出手段と、モータの目標回転位相を設定する基
   準位相発生手段と、目標位相とモータの回転位相との誤
   差を検出する回転位相誤差検出手段と、モータ回転速度
   が目標回転近くに達していることを検出する定常速度検
   出手段と、目標位相とモータ回転位相との誤差量をデー
   タとして記憶する記憶手段と、記憶手段のデータに従っ
   て目標位相の位相量を移相する基準位相移相手段と、定
   常速度検出手段の出力に応じて記憶手段のデータを基準
   位相移相手段に設定する手段とを具備することを特徴と
   するモータサーボ装置。