(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外乱による影響を受ける制御対象（１）と、該制御対象（１）の駆動信号を生成する制御部（２）と、前記制御対象（１）の所望の入力信号（４）と前記制御対象（１）からの出力信号（５）に基づいて入力信号（４）からの差を示す誤差信号（６）を生成すると共に、該誤差信号（６）を前記制御部（２）に出力する誤差信号生成部（３）と、
該誤差信号生成部（３）の出力信号に基づいて第1外乱オブザーバ信号を求める第1外乱オブザーバ演算部（１１）と、
前記制御部（２）の駆動信号と前記第１外乱オブザーバ信号に基づいて第２外乱オブザーバ信号を求め、前記制御対象（１）に出力する第２外乱オブザーバ演算部（１２）と、
から構成され、
前記第1外乱オブザーバ演算部（１１）は、低域通過フィルタと前記制御対象（１）の理想モデルを含み、特定の周波数帯域の信号を通過せしめ、
前記第２外乱オブザーバ演算部（１２）は、前記低域通過フィルタを含み、低周波帯域の信号の利得を増加せしめることを特徴とする外乱抑制装置。
【請求項２】
前記第１外乱オブザーバ演算部（１１）、及び第２外乱オブザーバ演算部（１２）をデジタル制御装置として実現し処理することを特徴とする請求項１に記載の外乱抑制装置。
【請求項３】
前記制御対象（１）は、光記録媒体、若しくは光磁気記録媒体への情報の記録再生に用いられる対物レンズの位置決め装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の外乱抑制装置。
【請求項４】
前記誤差信号（６）は、トラック追従制御を行うためのトラッキング誤差信号、或いは焦点制御を行うためのフォーカス誤差信号であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の外乱抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱信号による制御対象の誤動作等を抑制する外乱抑制装置に関し、外部振動や衝撃等による影響を受け易い、音楽用光（磁気）ディスク再生／記録装置、静止／動画像用光（磁気）ディスク再生／記録装置、コンピュータ用光（磁気）ディスク再生／記録装置、固体記憶メモリーに撮像情報を記憶するカメラからなるＳＳＶＣ（Solid  State  Video  Camera）等の情報記録再生装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光（磁気）ディスク技術の発達により、光（磁気）ディスク装置が様々な状況で用いられるようになり、室内だけでなく屋外で持ち運びながら光（磁気）ディスク装置が使用されることが多くなっている。それに伴い、光（磁気）ディスク装置と外部からプレーヤに加わる振動や衝撃の問題が重要になってきた。
【０００３】
従来の光（磁気）ディスク装置では、振動や衝撃といった外乱によってサーボ外れを起こしやすかった。例えば、携帯型、或いは車載用ＣＤプレーヤといったプレーヤ自身が静止していない状況で使用される装置では、その移動に伴って発生する種々の外乱によって焦点制御であるフォーカスサーボやトラック追従制御であるトラッキングサーボが外れるといったことが起こっていた。
【０００４】
このような問題を解決するために、携帯用ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤではショックプルーフメモリという外付けの記憶装置を装備し、一旦情報をそのメモリに高速で蓄積した後、通常速度で情報を読み出すといった手法が採用されている。この手法により、たとえサーボ外れが発生しようとも数秒程度の衝撃であれば、ユーザーに表面上音飛びがないように聞こえさせることが可能となった。
【０００５】
また、車載用ＣＤプレーヤでは、衝撃吸収材でプレーヤを包み込むことにより振動をプレーヤに伝えないような構造を実現していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、ハードウェアを用いて、外乱による振動の影響を低減させようとした場合には外付けのハードウェア部品が不可欠であり、適用が容易ではなく、またハードウェアを用いることによってコストアップにつながるといった欠点があった。
【０００７】
更に、そのハードウェアの特性により手法の適用範囲に制限があり、例えばショックプルーフメモリ手法では、再生信号を記憶媒体に一旦保持する特性上、記録型光（磁気）ディスク装置には適用が不可能であった。
【０００８】
また、車載用の衝撃吸収材を用いる手法では、装置全体が寸法的に大きくなってしまい、小型化が要求される携帯用の光（磁気）ディスク装置には適用できないという欠点があった。
【０００９】
また昨今、コンピュータ向け高速回転ＣＤ−ＲＯＭが急速に普及しているが、高速回転モータによって発生する振動が光学系を含むアクチュエータに与える影響も無視できないものとなってきている。
【００１０】
従って、本発明は、以上のような問題点を解決し、かつ特定の光（磁気）ディスク装置だけに適用される手法ではない汎用性のある外乱抑制技術を確立するために、外付けのハードウェア部品を新たに追加することなく、ソフトウェア処理として、外乱オブザーバを光（磁気）ディスク装置のフォーカスサーボ系やトラッキングサーボ系等に適用し、振動、及び衝撃といった外乱に強いシステムを構築することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の外乱抑制装置は、外乱による影響を受ける制御対象（１）と、該制御対象（１）の駆動信号を生成する制御部（２）と、前記制御対象（１）の所望の入力信号（４）と前記制御対象（１）からの出力信号（５）に基づいて入力信号（４）からの差を示す誤差信号（６）を生成すると共に、該誤差信号（６）を前記制御部（２）に出力する誤差信号生成部（３）と、該誤差信号生成部（３）の出力信号に基づいて第1外乱オブザーバ信号を求める第1外乱オブザーバ演算部（１１）と、前記制御部（２）の駆動信号と前記第１外乱オブザーバ信号に基づいて第２外乱オブザーバ信号を求め、前記制御対象（１）に出力する第２外乱オブザーバ演算部（１２）と、から構成され、前記第1外乱オブザーバ演算部（１１）は、低域通過フィルタと前記制御対象（１）の理想モデルから導出され、特定の周波数帯域の信号を通過せしめ、前記第２外乱オブザーバ演算部（１２）は、前記低域通過フィルタから導出され、低周波帯域の信号の利得を増加せしめることを特徴とする。
【００１３】
前記第１外乱オブザーバ演算部（１１）、及び第２外乱オブザーバ演算部（１２）をデジタル制御装置として実現し処理することを特徴とする。
【００１４】
前記制御対象（１）は、光記録媒体、若しくは光磁気記録媒体への情報の記録再生に用いられる対物レンズの位置決め装置であることを特徴とする。
【００１５】
前記誤差信号（６）は、トラック追従制御を行うためのトラッキング誤差信号、或いは焦点制御を行うためのフォーカス誤差信号であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、ＣＤプレーヤのトラッキングアクチュエータを制御対象とした場合の「トラッキングサーボ系」を例に挙げて、図１乃至図６を用いて説明する。
【００１７】
尚、本発明の実施の形態では、トラッキングアクチュエータを用いたトラッキングサーボ系について説明するが、本発明の外乱抑制装置はこれには限られず、フォーカスアクチュエータに対するフォーカスサーボ系にも適用することが可能である。
【００１８】
図１は、外乱オブザーバを用いた光（磁気）ディスク装置の位置決め制御装置の基本的な構成図である。
【００１９】
同図において、本発明の外乱抑制装置は、
（１）摩擦、むだ時間要素、高次共振といった非線型要素を考慮に入れた現実に近い制御対象１のモデル（以下「制御対象」といい、この制御対象１の伝達関数をＰa（s）で表わす。）、
（２） システムの定常特性や安定性を向上させるための制御部２、
（３）制御対象１の望ましい位置とされる基準入力信号４、及び制御対象１の実際の位置を表す出力信号５に基いて、制御対象１の基準信号までのずれを示すトラッキング誤差信号（以下、単に「誤差信号」という。）６を生成する誤差信号生成部５、
（４）制御部２と同様に誤差信号６を入力として演算によって帰還信号１３を出力する第１外乱オブザーバ演算部１１、
（５）制御部２の演算結果信号１４と加算され信号１５を入力信号とし、制御信号７を出力する第２外乱オブザーバ演算部１２、
から構成されている。
【００２０】
具体的には、制御部２は、誤差信号６を入力としＰＩＤ制御、或いは位相進み遅れ制御といった補償要素としての演算を行った後、演算結果信号１４として出力する。
【００２１】
第１外乱オブザーバ演算部１１は制御部２と同様に誤差信号６を入力として演算によって帰還信号１３を出力し、制御部２の演算結果信号１４と加算され信号１５となる。第２外乱オブザーバ演算部１２はその信号１５を入力信号とし、制御信号７を出力する。制御信号７は外乱信号８と共に制御対象１の入力信号９となる。
【００２２】
第１外乱オブザーバ演算部１１は、図１に示した低域通過フィルタＱと、図１に示した制御対象１であるアクチュエータの理想モデルＰn(ｓ)から導出され、この第１外乱オブザーバ演算部１１は、誤差信号６を入力として演算を行い演算結果を帰還信号１３として出力し、その帰還信号１３は制御部２の演算結果信号１４に足し合わされて信号１５となる。
【００２３】
更に、第２外乱オブザーバ演算部１２は図１の低域通過フィルタＱから導出され、この第２外乱オブザーバ演算部１２は、信号１５を入力として演算を行った後、制御信号７を出力する。制御信号７は外乱信号８に足し合わされることによって信号９となって制御対象１の入力信号９となり、制御対象１を駆動する。
【００２４】
ここで低域通過フィルタＱは、第１外乱オブザーバ演算部１１の伝達関数Ｑ（ｓ）／Ｐn（ｓ）が実現可能、即ち外乱オブザーバ演算部１１の伝達関数の分母の次数が分子の次数より大きいか、又は等しくなるようにすべく、高域で利得が増大しないような伝達特性を有するように設定する必要がある。
【００２５】
尚、第１外乱オブザーバ演算部１１は、伝達関数Ｑ（ｓ）／Ｐn（ｓ）で表わされ、特定の周波数帯域の信号を通過せしめる特性を有する第１フィルタから構成される。
【００２６】
また、第２外乱オブザーバ演算部１２は、低域通過フィルタＱを用いて伝達関数１／（１−Ｑ（ｓ））で表わされ、低周波帯域の信号の利得を増加せしめる特性を有する第２フィルタから構成される。
【００２７】
図２は、図１の位置決め制御装置をデジタル処理するためのデジタルサーボとしての外乱オブザーバブロックである。
【００２８】
図２において、連続時間領域において設計された制御部２、及び第１外乱オブザーバ演算部１１、及び第２外乱オブザーバ演算部１２は、全て双一次変換を用いて連続時間領域の伝達関数から離散時間領域のパルス伝達関数へと変換され、Ｑ（ｓ）／Ｐn（ｓ）はＱ（ｚ-1）／Ｐn（ｚ-1）へ、１／（１−Ｑ（ｓ））は１／（１−Ｑ（ｚ-1））へとそれぞれ変換される。
【００２９】
更に、各パルス伝達関数はデジタル信号処理部においてデジタルフィルタとして実現される。装置１６は連続時間領域の誤差信号６を離散時間領域の誤差信号１８へ変換するためのＡＤ変換装置、装置１７は離散化された制御信号１９を連続時間領域の制御信号７に変換するためのＤＡ変換装置である。
【００３０】
ここで、第1外乱オブザーバ演算部１１、及び第2外乱オブザーバ演算部１２のパルス伝達関数を導出するためのフローチャートを図３に示す。
【００３１】
図３におけるステップＳ１では、サンプリング周波数等の初期設定を行う。ステップＳ２では、制御対象１の理想的モデルＰn(ｓ)の設定を行う。ステップＳ３では、図２に示す第１外乱オブザーバ演算部１１、及び第２外乱オブザーバ演算部１２についての回路ブロック中のゲイン値を設定する。
【００３２】
これらのゲイン値は各光（磁気）ディスク装置により異なるが、本発明の光（磁気）ディスク装置に関しては、誤差信号生成部３内における誤差信号生成用ゲインや、アクチュエータ駆動用のドライバゲイン、光ピックアップ部の光学系ゲイン等が該当する。
【００３３】
ステップＳ４では、低域通過フィルタの次数、カットオフ周波数を設定する。
【００３４】
ステップＳ５では、低域通過フィルタの伝達関数Ｑ(ｓ)を導出する。
【００３５】
ステップＳ６では、第1外乱オブザーバ演算部１１の伝達関数Ｑ(ｓ)／Ｐn(ｓ)の相対次数を求め、分子の次数が分母の次数より大きければ、ステップＳ４に戻り、一方分子の次数が分母の次数以下であれば、ステップＳ７に進む。
【００３６】
ステップＳ７においては、第２外乱オブザーバ演算部１２における伝達関数１／（１− Ｑ(ｓ)）を導出する。 ステップＳ８では、第1外乱オブザーバ演算部１１の伝達関数Ｑ(ｓ)／Ｐn(ｓ)、及び第２外乱オブザーバ演算部１２の伝達関数１／（１− Ｑ(ｓ)）に基づいてデジタルフィルタ化を行い、全て双一次変換を用いて連続時間領域の伝達関数から離散時間領域のパルス伝達関数、Ｑ（ｚ-1）／Ｐn（ｚ-1）、１／（１−Ｑ（ｚ-1））へと変換する。
【００３７】
次に、図３によって設計された第１外乱オブザーバ演算部１１、或いは第２外乱オブザーバ演算部１２からなる外乱オブザーバ演算部を用いた本実施の形態について、周波数特性を用いて説明する。
【００３８】
図４は低域通過フィルタ４の通過域を８００（Ｈｚ）に設定して設計したシステムにおける、外乱信号８（＝ｄ）から出力信号５（＝ｙ）までの周波数応答のコンピュータシミュレーション結果の一例である。
【００３９】
図４において、縦軸は利得（外乱の減衰量）、横軸は周波数である。また点線のグラフは外乱オブザーバを適用しないシステムのもの、実線のグラフは外乱オブザーバを適用したシステムのデータである。
【００４０】
図４から、外乱オブザーバを適用したシステムは低周波域、特に低域通過フィルタＱの通過域において著しい外乱抑制力を有していることが分かる。
【００４１】
また、図２で示される本発明の構成の外乱オブザーバを、現実のＣＤプレーヤのトラッキングサーボ制御系に適用し、そのディスク装置を意図的に外乱信号を発生させる加振器上に設置して外乱抑制効果の比較実験を行い、その実験結果により実際の外乱オブザーバの効果について示す。
【００４２】
図５はＣＤプレーヤのトラッキング方向に２５（Ｈｚ）、３（ｍ／ｓ2）の正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号６の比較実験結果である。
【００４３】
２つのグラフのうち、上側の信号波形は、外乱オブザーバを備えない装置の誤差信号、また下側の信号波形は、外乱オブザーバを備えた装置の誤差信号を表している。図５の加振比較実験の結果より明らかなように、外乱オブザーバを適用しないシステムの誤差信号には正弦波外乱の影響が顕著に現れている。
【００４４】
これに対し、外乱オブザーバを適用したシステムの誤差信号６においては正弦波外乱の影響が大幅に抑圧されている様子が分かる。
【００４５】
更に、持続的な正弦波状外乱信号だけでなく、瞬間的な衝撃外乱に対しても同様な加振実験を行った。図６はＣＤプレーヤのトラッキング方向に発生時間１００（ｍｓ）、１３（ｍ／ｓ2）の１周期分正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果である。
【００４６】
図６に示す２つのグラフのうち、上側の信号波形は、外乱オブザーバを装備しない装置の誤差信号６、また下側の信号波形は、外乱オブザーバを装備した装置の誤差信号６を表す。
【００４７】
図６における実験結果に関しても、図５と同じように外乱オブザーバを適用しないシステムの誤差信号６には振動の影響が現れ振幅が非常に大きくなっているが、外乱オブザーバを適用したシステムでは振動発生後、約２００（ｍｓ）ほどで通常の制御状態に復帰しているのが確認できる。
【００４８】
尚、前述の実施の形態では、トラッキングサーボ系を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は光（磁気）ディスクのフォーカスサーボ制御系にも適用できることはいうまでもなく、この場合、誤差信号８は「フォーカス誤差信号」になることはいうまでもない。
【００４９】
更に本発明はデジタルサーボ制御として実現され、制御部２、及び外乱オブザーバ演算部の全てをデジタル信号処理装置を用いて実現した。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、図２の構成を持つ光（磁気）ディスク装置は、外部メモリや外付けセンサーといったハードウェア部品を一切追加することなく、情報記録再生装置に用いられる外乱抑制装置、具体的にはフォーカスサーボ、及びトラッキングサーボといったアクチュエータの位置決め制御において振動や衝撃といった外乱の影響の低減に非常に効果がある。
【００５１】
また、従来のハードウェア的な振動対策ではない制御理論を用いての外乱抑制技術であるので、同様な制御構造を有する他の光（磁気）ディスク装置にも同様の効果がある。
【００５２】
更に、従来広く用いられているＰＩＤ制御器や位相進み遅れ制御器で構成されている制御系に関して、図２で示される２つの演算ブロック、即ち第1外乱オブザーバ演算部１１、第2外乱オブザーバ演算部１２を追加するだけで、制御系に印加される外乱信号を抑制することが出来る。
【００５３】
また、低域フィルタの通過域を設定することにより、外乱抑制域を容易に調節することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】誤差信号で駆動される外乱オブザーバブロック線図である。
【図２】デジタルサーボとしての外乱オブザーバブロック線図である。
【図３】外乱オブザーバ演算部を導出するためのフローチャートである。
【図４】外乱特性の周波数応答特性を示す図である。
【図５】正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果を示す図である。
【図６】１周期分正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１…現実の制御対象のモデル
２…制御部
３…誤差信号生成部
４…基準入力信号
５…出力信号
６…誤差信号
７…制御信号
８…外乱信号
９…制御対象（１）への入力信号
１０…外乱推定信号
１１…第1外乱オブザーバ演算部
１２…第2外乱オブザーバ演算部
１３…第1外乱オブザーバ演算部の出力信号
１４…制御部２の出力信号
１５…第2外乱オブザーバ演算部への入力信号
１６…ＡＤ変換器
１７…ＤＡ変換器
１８…離散時間領域の誤差信号
１９…離散時間領域の制御信号
２０…外乱オブザーバ
【図１】
0003695944.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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