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CN1272671A - 运动控制系统 - Google Patents

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周逢闩
容南
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Abstract

本发明涉及在短时间内将马达驱动设备精确地驱动至预定位置的运动控制系统。尤其是对下一信息介质进行精确而快速访问的CD转盘式装载机。本发明CD圆盘传动装置的转盘的运动控制系统只需少量费用并满足高定位精度、短运动时间和自锁的要求。本发明驱动系统包含马达驱动电路和带一公共输入端的制动电路,在马达驱动设备预定位置前的减速期间响应脉冲信号。应用领域涉及借助CD圆盘传动装置的转盘用为扫描或记录系统提供信息介质的设备来记录或再现信息的装置。

Description

运动控制系统
本发明一般涉及一种在短时间内将马达驱动设备精确地驱动至预定位置的运动控制系统。更具体地说，本发明涉及一种能够对下一信息介质进行精确和快速访问的CD转盘式装载机。转盘驱动系统用于利用一扫描设备读或存储记录介质的一个或多个光道上的信息或数据的信息记录装置或再现装置，例如，CD，CD-ROM，或DVD，可擦除的CD或DVD一类的记录介质。
在记录介质的一个或多个光道上记录或再现信息或数据的CD转盘式装载设备是众所周知的。为了能够高度精确并高速地在短运动时间内访问CD圆盘传动装置的所需记录介质，必须将该圆盘传动装置控制在能够扫描或写记录介质的位置。用一电子马达通过一齿轮机构来驱动CD圆盘传动装置，该马达通过一所谓的转盘马达驱动器集成电路(IC)接通和关断。按照由圆盘式装载机的驱动系统在定位精度、速度和自锁定方面构成的需求，采用由一副齿轮驱动并具有高变速的齿轮机构。由于机械与电子结构和元件的复杂组合，该转盘因其惯性通常不能精确停止在其位置上。为更精确地将一设备控制到所需位置而降低其速度对本领域技术人员是公知的。然而，这种方法的缺点是它到达目标位置需要更多时间，而且还需要大量的机械或电子制动装置来将该设备控制到所需位置。
本发明的目的是提供一种用于将一转盘驱动到预定位置的运动控制系统，它仅需要少的费用且满足在高定位精度、短运动时间和自锁定方面的需求。
本发明的一个方面是以这样一种方式来构造一种CD转盘式装载机驱动系统，即以低成本来保证在访问记录介质以及对驱动系统进行自锁定时的高定位精度和高速度。
借助于一种包括制动电路的运动控制系统来满足这些需求，该制动电路可仅用一开关装置来形成，该开关装置由将马达接通和关断的同一端子来加以控制。自锁定利用驱动马达与圆盘传动装置(carousel)的转盘之间的传动系来达到。
以这样的方式来构成CD转盘式装载机(CD-carousel loader)的运动控制系统，即在转盘目标位置前的短时期内由一脉冲信号控制增加到转盘马达驱动器集成电路上的制动电路，和为马达及制动电路供电的电路。具有制动电路且在目标位置前的短时期内由一脉冲信号控制马达的运动控制系统具有如下优点：通过恒定接通信号变为脉冲信号，马达的转数乃至转盘的速度将快速下降，而且目标位置将非常精确并在收到停止信号时快速达到。最终，能够以较短减速距离制动，尽管如此仍不存在过度动作。这表明将会降低精确达到所需位置的总持续时间。无需采用任何机械制动就能在短时间内精确停止该机械运动系统。
在一优选实施例中，利用一光断续器来检测开始减速和停止转盘的位置。在减速时期内控制马达的脉冲由一记录或再现设备的中央处理单元连续产生直到检测到停止点。
制动电路是非常简单的，它仅包含一晶体管、一电阻器和一个二极管，因此，它以成本上的优越性达到制动结果。
下面参照附图利用示范性实施例更详细地解释本发明，附图中：
图1示出现有技术的转盘(platter)马达驱动集成电路的示意性电路图，
图2示出一按照本发明的运动控制系统的实施例的示意性电路图，
图3示出相应于图1和图2电路的马达电枢电压的时序图，
图4示出在无运动控制系统的情况下转盘速度和转盘位置的示意性表示，
图5示出带有运动控制系统的转盘速度和转盘位置的示意性表示，以及
图6示出施加于运动控制系统的输入信号的示意性表示。
所有这些附图中所用的参考符号是一致的。
图1中所示的转盘马达驱动器集成电路的示意性电路图是现有技术中公知的，它示出了一个驱动器电路IC1，例如具有四个端子1到4的AN6651，一个电阻器R1和一个调节所述驱动电路IC1的增益和输出电路Vout第二电阻器R2，以及一个npn晶体管Q1，它作为控制马达M运转或停止的电子开关。npn晶体管Q1的发射极连接到地GND，npn晶体管Q1的基极经第三电阻器R3连接到输入端In，npn晶体管Q1的集电极连接到驱动电路IC1的端子3。驱动电路IC1的端1形成驱动电路IC1的输入端，并施加有电源电压U，电源电压U还施加到第一电阻器R1的第一端和马达M的第一端。第一电阻器R1的第二端和第二电阻器R2的第一端与驱动电路IC1的第二端2连接，最后第二电阻器R2的第二端和马达M的第二端连接到驱动电路IC1的输出端4。典型的电源电压U为9V，为运转或停止马达M施加到输入端In的电压具有5.3V的高信号电平和0V的低信号电平。由于机械和电子结构及元件的复杂组合，这种转盘马达驱动电路具有转盘因其惯性常常不能精确停止在其位置上的缺点。本领域技术人员熟知，为将一设备更精确地控制到所需位置要降低其速度。然而，这种方法的缺点是，它需要更多时间来达到目标位置，此外，为将该设备控制到所需位置需要大量机械或电子制动装置。因此，本发明的目的是提供一种克服现有技术缺点的方法和设备。
用图2到图6中作为优选实施例示出的运动控制系统来解决该问题。
由一马达驱动电路构成运动控制系统，该马达驱动电路具有一制动电路并在目标位置前的短时期内由一脉冲信号来控制。在目标位置前的短时期内对马达M的驱动电路IC1和所述马达M的制动电路BC的同时脉冲控制具有如下优点，即非常快地降低马达电枢电压和同时也这样降低圆盘传动装置的转盘的速度，并在较短时间内精确到达目标位置。这意味着，正如以下将要说明的，不管在目标位置前降低的速度，将在较短时间内并以较高精度到达目标位置。这一惊人效果是由以下事实引起的，由于运动控制系统的存在，可将减速距离缩短，尽管如此，仍然以高精度到达目标位置且不会伸出超过目标位置。如图4所示，作为一实例，由图1电路所控制，通过将输入端In的信号从高电平变为低电平而在减速位置A使其停止的所选择圆盘传动装置的转盘，伸出超过目标位置B而停止在位置C，位置C超过目标位置0.002拉德的距离OD。在停止信号已施加到图1的输入端In之后直到转盘确实停止的持续时间已测知达500ms。对于0.0217拉德的减速距离B-A该结果已达到。
通过采用按照图2的运动控制系统，可如图5所示精确地到达图4的目标位置B。但是，由于转盘速度V下降，在从同一减速位置A开始磁带的条件下，在这一实例中将在1200ms的增加的期间之后到达目标位置。这意味着它涉及图4中减速开始位置A等于图5中减速位置AR的情况。在这种情况下，可能实现不了在短或较短时间内到达目标位置的要求。
然而，利用按照图2和图6的运动控制系统，如果与图4相比更迟地施加在图2的输入端In的按照图6的脉冲形减速信号，可以用与图4同样的精度到达目标位置B。这意味着如果将减速距离B-A减小到减速距离DD也获得同样的精确性。对于被测试样本，减速距离DD可从0.0217拉德减小到0.006拉德。因此，从新减速位置AR直到转盘停止的持续时间也较短，已测量得其为80ms。这表明由于减速时期已从500ms减少到80ms的事实，将在较短时间内以较高精度到达目标位置。对下一信息介质的访问速度增大。
如图2所示，将制动电路BC增加到图1所示的公知电路中，它包含一个pnp晶体管Q2，一个第四电阻器R4和一个二极管D，其中pnp晶体管Q2用于作为开关装置。二极管D和pnp晶体管Q2的集电极-发射极路径与马达M的两端并联设置，pnp晶体管Q2基极经电阻器R4连接到输入端In。以这种方式，马达驱动电路和制动电路BC由同一输入端In控制。二极管D的作用是避免由于马达电枢电感的高压。图2的制动电路BC需要低的费用，因此，它以成本上的优势达到制动结果。
pnp晶体管Q1是一控制马达运转或停止的电子开关。当输入端In的逻辑电平为高时，pnp晶体管Q1的集电极-发射极路径导通，马达M是运转的，当输入端In的逻辑电平为低时，pnp晶体管Q1的集电极-发射极路径的状态是截止的，马达M被停止。在pnp晶体管Q1的状态从接通变为截止之后，马达由于机械惯性通常仍旋转一会儿。为在短时间内停止马达M，增加一制动电路。在pnp晶体管Q1的状态从导通变为截止后，pnp晶体管Q2的状态从截止变为导通，因此由于pnp晶体管Q2是导通的电枢被短路连接。如果马达仍然旋转，产生制动电流Ia，且电枢中产生转矩以防止马达M旋转。
一未示出的光断续器用于检测开始减速到停止转盘的位置，并由一也未示出的记录或再现设备的中央处理单元连续产生减速期间控制马达M的脉冲。
尽管用一驱动电路IC1来控制马达M，如果将0V的制动信号施加的输入端In，如图3所示，马达电枢电压Vo1并非立即向下翻转。在向输入端In提供制动信号之后，马达惯性产生电压Vo1，并至少导致电流Ia流过第一电阻器R1和第二电阻器R2，结果在将0V的制动信号施加到输入端In时，马达电枢电压Vo1不立即向下翻转。如图3所述，如图3所示，利用按照图2的制动电路，直到马达电枢电压Vo2翻转为0的持续时间已减少了大约20ms。然而，用所述运动控制系统已达到了减少大约420ms的访问时间的效果和同时改善的精度，所述运动控制系统将制动电路BC的采用与减速期间的脉冲控制相结合。在上述实施例中，在32ms的脉冲距离T1中，已将1与4的脉冲暂停比与8ms的脉冲宽度PW一起使用。
以在目标位置之前减小的转盘速度确保了高的定位精度，并避免了伸出超过目标位置。
该示范性实施例指出了本发明的一种有益配置。然而，本发明不限于这一示范性实施例，而是还包括本领域技术人员熟悉的各种变型。

Claims (8)

1.一种用于在短时间内将马达驱动设备驱动至预定位置的运动控制系统，包含一马达驱动电路和一制动电路(BC)，制动电路具有一公共输入端(In)，在驱动设备的所述预定位置(B)之前的减速期间(DD)内响应脉冲信号。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述减速期间(DD)由减速位置(AR)和所述驱动设备的目标位置(B)确定，所述减速位置和目标位置是由光断续器检测的。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述制动电路(BC)包含用于在脉冲信号的暂停时短路马达(M)的端子的开关装置。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述用于短路马达(M)的端子的开关装置由晶体管(Q2)的集-发射极路径形成，晶体管(Q2)的基极经由一电阻器(R4)连接到所述公共输入端(In)。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述开关装置是一pnp晶体管(Q2)。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动设备是CD圆盘传动装置的转盘。
7.一种用于将马达驱动设备在短时间内驱动到预定位置的运动控制系统的配置，包含一马达驱动电路和一制动电路(BC)，制动电路具有一公共输入端(In)，在驱动设备的所述预定位置(B)之前的减速期间(DD)内响应脉冲信号。
8.一种用运动控制系统将马达驱动设备在短时间内驱动到预定位置的方法，包含步骤：在所述预定位置(B)之前的减速期间(DD)内，将施加到构成运动控制系统的马达驱动电路和制动电路(BC)的公共输入端(In)的输入信号变为一脉冲信号。
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