(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性支持機構を備えたアクチュエータの可動部の位置を制御する位置制御装置であって、
前記可動部の位置制御における前記可動部の目標位置を示す位置目標信号を出力する位置目標信号発生部と、
前記位置目標信号を、前記アクチュエータの伝達特性を模擬したノミナルモデルの直流感度で除算する直流感度除算部と、
前記直流感度除算部の出力を入力として、前記アクチュエータの特性ばらつきと、前記アクチュエータに作用する外乱を補償する外乱補償部と
を有する位置制御装置。
【請求項２】
前記外乱補償部は、前記可動部の位置検出値を、ノミナルモデルの伝達関数で除算するノミナルモデル除算部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項３】
前記ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を、−６ｄＢから０ｄＢの範囲内の値としたことを特徴とする請求項２に記載の位置制御装置。
【請求項４】
前記アクチュエータの可動部の所望の移動量をｒｅｆ＿ｐ＿ｅ、前記アクチュエータに印加可能な電圧の最大値をＶ＿ｍａｘとしたとき、前記ノミナルモデルの直流感度をｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値からその１．２５倍の値までの範囲内の値に設定し、
前記直流感度除算部は、前記直流感度を用いて前記除算を行い、
前記ノミナルモデル除算部は、前記直流感度を有するノミナルモデルで前記除算を行う
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の位置制御装置。
【請求項５】
弾性支持機構を備えたアクチュエータの可動部の位置を制御する位置制御方法であって、
前記可動部の位置制御における前記可動部の目標位置を示す位置目標信号を発生し、
前記位置目標信号を、前記アクチュエータの伝達特性を模擬したノミナルモデルの直流感度で除算し、
前記直流感度による除算の結果に基づいて前記アクチュエータの特性ばらつきと、前記アクチュエータに作用する外乱を補償する
ことを特徴とする位置制御方法。
【請求項６】
前記外乱の補償は、前記可動部の位置検出値を、ノミナルモデルの伝達関数で除算することを含むことを特徴とする請求項５に記載の位置制御方法。
【請求項７】
前記ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を、−６ｄＢから０ｄＢの範囲内の値としたことを特徴とする請求項６に記載の位置制御方法。
【請求項８】
前記アクチュエータの可動部の所望の移動量をｒｅｆ＿ｐ＿ｅ、前記アクチュエータに印加可能な電圧の最大値をＶ＿ｍａｘとしたとき、前記ノミナルモデルの直流感度をｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値からその１．２５倍の値までの範囲内の値に設定し、
前記直流感度による除算を、前記直流感度を用いて行い、
前記ノミナルモデルによる除算を、前記直流感度を有するノミナルモデルを用いて行う
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の位置制御方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載の位置制御方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置制御装置及び方法に関する。本発明は特に弾性支持機構を備えたアクチュエータの位置制御に適した位置制御装置及び方法に関する。本発明はまた、位置制御装置又は方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム、及び該プログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性支持機構を備えたアクチュエータの可動部の位置制御として、一般的にはフィードバック制御が用いられる。フィードバック制御は、アクチュエータの可動部の位置情報を元に、アクチュエータの可動部を目標位置まで動かす制御である。フィードバック制御の性能指標として、安定性と応答性がある。安定性は、フィードバック制御における位相余裕或いはゲイン余裕を確保することで得られるが、このためには制御ゲインを下げる必要がある。制御ゲインを下げると応答性が悪くなることから、安定性と応答性はトレードオフの関係にある。更に、アクチュエータの特性ばらつき或いはアクチュエータに作用する外乱を考慮して最適な制御設計を行うのは容易ではない。【０００３】
例えば、特許文献１には、アクチュエータの特性ばらつき或いはアクチュエータに作用する外乱を補償する外乱オブザーバについて説明されている。外乱オブザーバは、アクチュエータの可動部の位置に対し、アクチュエータの伝達特性を模擬したノミナルモデル部の伝達関数を除算することで、アクチュエータの特性ばらつき或いはアクチュエータに作用する外乱を推定し、その推定された信号を用いてアクチュエータ駆動電圧（あるいは駆動電流）を補正するものである。外乱オブザーバは、推定された信号を入力に帰還するため、一種のループ制御と言える。このループ制御は、フィードバック制御内でマイナーループを構成している。外乱オブザーバは、このマイナーループでの制御の制御帯域以下の特性ばらつき或いは外乱を補償する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２８７７０号公報（段落００１９〜００２０、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、外乱オブザーバを用いることで、アクチュエータの特性ばらつき或いはアクチュエータに作用する外乱を考慮しなくても良くなるが、フィードバック制御における安定性と応答性のトレードオフの問題は残る。【０００６】
本発明は、弾性支持機構を備えたアクチュエータの位置制御における安定性と応答性のトレードオフの問題を解消し、応答性を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る位置制御装置は、
弾性支持機構を備えたアクチュエータの可動部の位置を制御する位置制御装置であって、
前記可動部の位置制御における前記可動部の目標位置を示す位置目標信号を出力する位置目標信号発生部と、
前記位置目標信号を、前記アクチュエータの伝達特性を模擬したノミナルモデルの直流感度で除算する直流感度除算部と、
前記直流感度除算部の出力を入力として、前記アクチュエータの特性ばらつきと、前記アクチュエータに作用する外乱を補償する外乱補償部と
を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る位置制御装置によれば、位置制御にフィードバック制御を用いる必要がないため、安定性と応答性のトレードオフの問題を解消し、応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の位置制御装置における外乱補償部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２に示されるアクチュエータの伝達関数を示すブロック図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるアクチュエータの電圧信号Ｅｄｒｏに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１における外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性の一例を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合のアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合のアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合のアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１２】実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値と、アクチュエータのステップ応答における目標値収束時間との関係を示す図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度を変えた場合のアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１５】実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度と、アクチュエータのステップ応答における目標値収束時間との関係を示す図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、先行技術におけるアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１におけるアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る位置制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１９】実施の形態２の位置制御装置における外乱補償部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２０】図１９に示されるアクチュエータの伝達関数を示すブロック図である。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２におけるアクチュエータの電圧信号Ｅｄｒｏに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２における外乱補償部２０ｂへの入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。
【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２におけるアクチュエータのステップ応答を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態１及び２の位置制御装置の処理を実行するコンピュータの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置制御装置１の構成を概略的に示すブロック図である。この位置制御装置は、弾性支持機構を備えたアクチュエータの可動部の位置制御に用いられるものである。
【００１１】
図１に示される位置制御装置１は、位置目標信号発生部１０、変化幅信号生成部１２、直流感度除算部１４及び外乱補償部２０を備え、アクチュエータ３０を駆動して、その可動部の位置を制御する。ここで、アクチュエータ３０は、弾性支持機構を備え、アクチュエータ３０の可動部は弾性支持機構により弾性的に支持されている。
【００１２】
位置目標信号発生部１０は、位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを出力する。位置目標信号ｒｅｆ＿ｐは、アクチュエータ３０の位置制御における目標位置を示す。
【００１３】
変化幅信号生成部１２は、位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化幅、即ち所望の移動量を示す信号（変化幅信号）ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを出力する。変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓは、例えば、位置目標信号発生部１０から出力される位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを受け取り、該位置目標信号ｒｅｆ＿ｐがステップ状に変化したときにその変化幅を示す変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを出力する。
【００１４】
直流感度除算部１４は、位置目標信号発生部１０から位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを受け取り、変化幅信号生成部１２から変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを受け取り、これらに基づいて電圧信号Ｅｄｒを生成して出力する。直流感度除算部１４は、変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓに基づいてノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍを定め、該直流感度ＤＣＳｍで、位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを除算することで電圧信号Ｅｄｒを生成する。直流感度除算部１４の伝達関数は、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍを用いて表わすと、１／ＤＣＳｍである。
【００１５】
外乱補償部２０は、直流感度除算部１４から電圧信号Ｅｄｒを受け取る。外乱補償部２０は、電圧信号Ｅｄｒに基づいてアクチュエータ３０の可動部の位置を制御する。アクチュエータ３０の可動部の位置は検出されて、位置検出値を表す位置検出信号ａｃｔ＿ｐとして外乱補償部２０に入力される。外乱補償部２０の入力（電圧信号Ｅｄｒ）からアクチュエータ３０の可動部の位置（位置検出信号ａｃｔ＿ｐで表される）までの伝達関数、即ち外乱補償部２０とアクチュエータ３０の総合伝達関数を、Ｏ（ｓ）とする。ここで、ｓはラプラス変数である。
アクチュエータ３０の可動部の位置の制御は外乱源１６からの外乱ｇの影響を受ける。
【００１６】
実施の形態１では、図１に示すようにフィードバック制御を用いることなくアクチュエータ位置制御を行う。その理由は後に説明する。
【００１７】
図２は、実施の形態１における外乱補償部２０の構成を概略的に示すブロック図である。
図２に示されるように、外乱補償部２０は、加算部２１、ノミナルモデル除算部２２、減算部２５及びＬＰＦ部２６を備える。外乱補償部２０は、外乱オブザーバとも呼ばれる。
【００１８】
加算部２１は、直流感度除算部１４から電圧信号Ｅｄｒを受け取る。また、加算部２１は、ＬＰＦ部２６から電圧信号Ｅｄｒ３を受け取る。加算部２１は、電圧信号Ｅｄｒと電圧信号Ｅｄｒ３との和（Ｅｄｒ＋Ｅｄｒ３）を算出し、この和を表す電圧信号Ｅｄｒｏを出力する。
【００１９】
アクチュエータ３０は、弾性支持機構を備える。弾性支持機構は、可動部を移動可能に支持する弾性支持部材を有する。アクチュエータ３０の伝達関数をＰ（ｓ）とする。
【００２０】
ノミナルモデル除算部２２は、アクチュエータ３０の可動部の位置を示す位置検出信号ａｃｔ＿ｐを受け取る。ノミナルモデル除算部２２は、位置検出信号ａｃｔ＿ｐをノミナルモデルの伝達関数Ｐｎ（ｓ）で除算することで電圧信号Ｅｄｒ１を生成して出力する。
ノミナルモデル除算部２２は、伝達関数生成部２３及び除算部２４を有し、伝達関数生成部２３が上記のノミナルモデルの伝達関数Ｐｎ（ｓ）の生成を行い、除算部２４が上記の除算を行う。
【００２１】
減算部２５は、加算部２１から電圧信号Ｅｄｒｏを受け取る。また、減算部２５は、ノミナルモデル除算部２２から電圧信号Ｅｄｒ１を受け取る。減算部２５は、電圧信号Ｅｄｒｏと電圧信号Ｅｄｒ１との差（Ｅｄｒｏ−Ｅｄｒ１）を算出し、この差を表す電圧信号Ｅｄｒ２を出力する。
【００２２】
ＬＰＦ部２６は、減算部２５から電圧信号Ｅｄｒ２を受け取る。ＬＰＦ部２６は、電圧信号Ｅｄｒ２に対して低域通過フィルタリングを施すことで電圧信号Ｅｄｒ３を生成して出力する。
【００２３】
図２の外乱補償部２０は、アクチュエータ３０の位置検出信号ａｃｔ＿ｐを元にＬＰＦ部２６で生成された電圧信号Ｅｄｒ３を、当該外乱補償部２０の入力に帰還する構成となっている。
外乱補償部２０は、位置制御装置１内でマイナーループとなっている。ＬＰＦ部２６は、マイナーループの制御帯域を決めるものであり、ＬＰＦ部２６のカットオフ周波数がマイナーループの制御帯域となる。ＬＰＦ部２６の伝達関数をＦｃ（ｓ）で表す。
【００２４】
実施の形態１におけるアクチュエータ３０はその伝達関数に着目すれば、図３のブロック図に示される構成を有するものとして把握することができる。
図３は、アクチュエータ３０が、光ピックアップにおける対物レンズアクチュエータである場合を想定している。図３はさらに、アクチュエータ３０が、ボイスコイルモータを含み、コイルに電流を流すことで、対物レンズを駆動する場合を想定している。
【００２５】
図３に示されるように、アクチュエータ３０は、減算部３０１、電圧電流変換部３０２、電流力変換部３０３、減算部３０４、可動部質量除算部３０５、加算部３０６、加速度速度変換部３０７、速度逆起電力変換部３０８、速度位置変換部３０９、可動部粘性係数乗算部３１０、可動部弾性係数乗算部３１１、及び加算部３１２を備える。
【００２６】
減算部３０１は、図２の加算部２１から電圧信号Ｅｄｒｏを受け取る。また、減算部３０１は、速度逆起電力変換部３０８から電圧信号Ｅｄｒｏ４を受け取る。減算部３０１は、電圧信号Ｅｄｒｏと電圧信号Ｅｄｒｏ４との差（Ｅｄｒｏ−Ｅｄｒｏ４）を算出する。そして、減算部３０１は、この差に応じた電圧信号Ｅｄｒｏ１を出力する。
【００２７】
電圧電流変換部３０２は、減算部３０１から電圧信号Ｅｄｒｏ１を受け取る。電圧電流変換部３０２は、電圧信号Ｅｄｒｏ１に基づいて電流信号Ｉｄｒｏ１を出力する。電圧電流変換部３０２の伝達関数は、ボイスコイルの抵抗ＲとインダクタンスＬとを用いて表わすと、１／（Ｌｓ＋Ｒ）である。
【００２８】
電流力変換部３０３は、電圧電流変換部３０２から電流信号Ｉｄｒｏ１を受け取る。電流力変換部３０３は、電流信号Ｉｄｒｏ１に基づいて力信号Ｆｄｒｏ１を出力する。電流力変換部３０３の伝達関数は、力定数（電流力変換係数）Ｋｔである。電流力変換部３０３は、ボイスコイルモータが電流を可動部に作用する力（電磁力）に変換する機能に相当する。
【００２９】
減算部３０４は、電流力変換部３０３から力信号Ｆｄｒｏ１を受け取る。また、減算部３０４は、加算部３１２から力信号Ｆｄｒｏ２を受け取る。減算部３０４は、力信号Ｆｄｒｏ１と力信号Ｆｄｒｏ２との差（Ｆｄｒｏ１−Ｆｄｒｏ２）を算出する。そして、減算部３０４は、この差に応じた力信号Ｆｄｒｏ３を出力する。
【００３０】
可動部質量除算部３０５は、減算部３０４から力信号Ｆｄｒｏ３を受け取る。可動部質量除算部３０５は、力信号Ｆｄｒｏ３をアクチュエータ３０の可動部の質量ｍ１で除算することで加速度信号Ａｄｒｏ３を生成して出力する。可動部質量除算部３０５の伝達関数は、可動部の質量ｍ１を用いて表わすと、１／ｍ１である。
可動部質量除算部３０５は、ボイスコイルモータによる電磁力が加速度に変換される作用に相当する。
【００３１】
加算部３０６は、可動部質量除算部３０５から加速度信号Ａｄｒｏ３を受け取る。また、加算部３０６は、加速度外乱ｇを受け取る。加算部３０６は、加速度信号Ａｄｒｏ３と加速度外乱ｇとの和（Ａｄｒｏ３＋ｇ）を算出し、この和を表す加速度信号Ａｄｒｏ４を出力する。
加算部３０６は、ボイスコイルモータの電磁力による加速度に加速度外乱ｇが加わる過程に相当する。
【００３２】
加速度速度変換部３０７は、加算部３０６から加速度信号Ａｄｒｏ４を受け取る。加速度速度変換部３０７は、加速度信号Ａｄｒｏ４を積分して速度信号Ｖｄｒｏ４を出力する。加速度速度変換部３０７の伝達関数は、１／ｓである。
【００３３】
速度逆起電力変換部３０８は、加速度速度変換部３０７から速度信号Ｖｄｒｏ４を受け取る。速度逆起電力変換部３０８は、速度信号Ｖｄｒｏ４に逆起電力定数Ｋｅを乗算して電圧信号Ｅｄｒｏ４を生成して出力する。速度逆起電力変換部３０８の伝達関数は、逆起電力定数Ｋｅである。速度逆起電力変換部３０８はボイスコイルモータが、可動部の移動をコイルに発生する逆起電力に変換する機能に相当する。
【００３４】
速度位置変換部３０９は、加速度速度変換部３０７から速度信号Ｖｄｒｏ４を受け取る。速度位置変換部３０９は、速度信号Ｖｄｒｏ４を積分してアクチュエータ位置検出信号ａｃｔ＿ｐを出力する。速度位置変換部３０９の伝達関数は、１／ｓである。
加速度速度変換部３０７及び速度位置変換部３０９は、可動部に作用する加速度が速度、位置に変換される作用に相当する。
【００３５】
可動部粘性係数乗算部３１０は、加速度速度変換部３０７から速度信号Ｖｄｒｏ４を受け取る。可動部粘性係数乗算部３１０は、速度信号Ｖｄｒｏ４に粘性係数ｃ１を乗算することで力信号Ｆｄｒｏ４を生成して出力する。可動部粘性係数乗算部３１０の伝達関数は、粘性係数ｃ１である。可動部粘性係数乗算部３１０は可動部が受ける粘性抵抗によって速度が力に変換される作用に相当する。
【００３６】
可動部弾性係数乗算部３１１は、速度位置変換部３０９からアクチュエータ位置検出信号ａｃｔ＿ｐを受け取る。可動部弾性係数乗算部３１１は、アクチュエータ位置検出信号ａｃｔ＿ｐに弾性係数ｋ１を乗算することで力信号Ｆｄｒｏ５を生成して出力する。可動部弾性係数乗算部３１１の伝達関数は、弾性係数ｋ１である。可動部弾性係数乗算部３１１は、弾性支持機構が、可動部の変位を復元力に変換する作用に相当する。
【００３７】
加算部３１２は、可動部粘性係数乗算部３１０から力信号Ｆｄｒｏ４を受け取る。また、加算部３１２は、可動部弾性係数乗算部３１１から力信号Ｆｄｒｏ５を受け取る。加算部３０６は、力信号Ｆｄｒｏ４と力信号Ｆｄｒｏ５との和（Ｆｄｒｏ４＋Ｆｄｒｏ５）を算出し、この和で与えられる力を表す力信号Ｆｄｒｏ２を出力する。
【００３８】
上記のように加算部３１２の出力Ｆｄｏ２は、減算部３０４で、電流力変換部３０３の出力Ｆｄｒｏ１から減算される。
加算部３１２及び減算部３０４による処理は、ボイスコイルモータで発生する電磁力の一部が粘性抵抗及び弾性による復元力に抗するために用いられ、残りが可動部の駆動に寄与することに相当する。
【００３９】
上記のように伝達関数生成部２３は、アクチュエータ３０の伝達関数を模擬するモデルの伝達関数Ｐｎ（ｓ）を生成する。除算部２４は、伝達関数生成部２３で生成された伝達関数Ｐｎ（ｓ）で、位置検出信号ａｃｔ＿ｐを除算する。
【００４０】
伝達関数生成部２３で伝達関数の生成に用いられるノミナルモデルは、図３に示されるアクチュエータ３０と概して同じ構成を有する。但し、ノミナルモデルは、図３のうち、加速度外乱ｇの入力がなく、加算部３０６を備えず、可動部質量除算部３０５の出力Ａｄｒｏ３がそのまま加速度速度変換部３０７に入力される点で異なる。また、アクチュエータ３０においては可動部粘性係数乗算部３１０で乗じられる粘性係数ｃ１、可動部弾性係数乗算部３１１で乗じられる弾性係数ｋ１、電圧電流変換部３０２における抵抗Ｒ及びインダクタンスＬ、電流力変換部３０３における定数Ｋｔ、及び速度逆起電力変換部３０８における定数Ｋｅが温度の影響を受けるが、ノミナルモデルにおいては、これらが温度に無関係に一定であるとしている。さらに、粘性係数ｃ１及び弾性係数ｋ１が変更可能であり、これらを変えることによりノミナルモデルの直流感度及び１次共振周波数におけるＱ値が調整可能となっている。
【００４１】
具体的には、変化幅信号生成部１２から出力される変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを伝達関数生成部２３に供給し、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢ以下になるように、かつこの変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓに応じて、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍが十分小さくなるようにノミナルモデルのパラメータを調整する。より具体的には、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−６ｄＢから０ｄＢの範囲内の値になるように、かつ変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓで表される変化幅を符号ｒｅｆ＿ｐ＿ｅで表し、アクチュエータ３０に印加可能な電圧の最大値をＶ＿ｍａｘとしたときに、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍがｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値又はこれより若干大きい値、例えば、ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値からその１．２５倍の値までの範囲内の値になるようにノミナルモデルのパラメータを調整するのが望ましい。
ノミナルモデルのパラメータの調整は、例えば、伝達関数生成部２３で用いられる粘性係数ｃ１及び弾性係数ｋ１の変更により行い得る。
【００４２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ３０の電圧信号Ｅｄｒｏに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。図４（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図４（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【００４３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ１、ＰＨ１はアクチュエータ３０の温度が−３０℃の場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ２、ＰＨ２はアクチュエータ３０の温度が＋２０℃の場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ３、ＰＨ３はアクチュエータ３０の温度が＋８５℃の場合の周波数特性を示す。
【００４４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、アクチュエータ３０の周波数特性は、１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢより大きくなっている。また、アクチュエータ３０の温度によってゲイン特性と位相特性が変わっている。温度によってゲイン特性および位相特性が変わるのは、アクチュエータのパラメータが温度によって変わるためである。具体的には、図３のうち粘性係数ｃ１、弾性係数ｋ１、抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、力定数Ｋｔ、逆起電力定数Ｋｅが、温度により変わる。温度によってゲイン特性および位相特性が変わるので、アクチュエータ３０の特性ばらつきを考慮して最適な位置制御を行うのは容易ではない。
【００４５】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施の形態１における外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性の一例を示す図である。図５（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図５（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【００４６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ４、ＰＨ４はアクチュエータ３０の温度が−３０℃の場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ５、ＰＨ５はアクチュエータ３０の温度が＋２０℃の場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ６、ＰＨ６はアクチュエータ３０の温度が＋８５℃の場合の周波数特性を示す。実線で表わされている特性曲線ＧＡ７、ＰＨ７はノミナルモデルの周波数特性を示す。
【００４７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、アクチュエータ３０の温度によってゲイン特性と位相特性は変わっていない。また、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性、即ち、外乱補償部２０とアクチュエータ３０の総合周波数特性が、ノミナルモデルの周波数特性と良好に一致する。このように、外乱補償部２０は、アクチュエータ３０の特性ばらつきを補償することができる。
【００４８】
次に、図６（ａ）乃至図１２を参照して、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値Ｑ１ｍの設計について説明する。
【００４９】
図６（ａ）乃至図８（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。但し、温度を２０℃に設定している。
図６（ａ）、図７（ａ）、及び図８（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図６（ｂ）、図７（ｂ）、及び図８（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【００５０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ１１、ＰＨ１１はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が４ｄＢの場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ１２、ＰＨ１２はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が２ｄＢの場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ１３、ＰＨ１３はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢの場合の周波数特性を示す。
【００５１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ１４、ＰＨ１４はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−２ｄＢの場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ１５、ＰＨ１５はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−４ｄＢの場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ１６、ＰＨ１６はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−６ｄＢの場合の周波数特性を示す。
【００５２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ１７、ＰＨ１７はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−８ｄＢの場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ１８、ＰＨ１８はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−１０ｄＢの場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ１９、ＰＨ１９はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−１２ｄＢの場合の周波数特性を示す。
【００５３】
図６（ａ）乃至図８（ｂ）に示されるように、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が変わると、ノミナルモデルの１次共振周波数ｆ０ｍ付近におけるゲイン特性、位相特性が変わる。Ｑ値が小さくなるほど、１次共振周波数ｆ０ｍ付近におけるゲインは小さくなり、位相は０ｄｅｇから−１８０ｄｅｇまでの変化が緩やかとなる。
【００５４】
図９（ａ）乃至図１１（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を変えた場合のアクチュエータ３０のステップ応答を示す図である。但し、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍを５．３３３３ｅ−５とし、温度を２０℃に設定している。図９（ａ）乃至図１１（ｂ）で横軸はある基準となる時点からの経過時間[ｓｅｃ]である。
【００５５】
図９（ａ）、図１０（ａ）、及び図１１（ａ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを０．００２秒経過後に０［ｍ］から１ｅ−４［ｍ］（「ｅ−４」は「×１０−４」を表す。以下同様。）に変えた時の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化が示されている。
図９（ｂ）、図１０（ｂ）、及び図１１（ｂ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを、図９（ａ）、図１０（ａ）、及び図１１（ａ）に示されるように変えた時の位置検出信号ａｃｔ＿ｐのステップ応答が示されている。
【００５６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ２１、Ａ２１はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が４ｄＢの場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ２２、Ａ２２はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が２ｄＢの場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ２３、Ａ２３はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢの場合のステップ応答を示す。
【００５７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ２４、Ａ２４はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−２ｄＢの場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ２５、Ａ２５はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−４ｄＢの場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ２６、Ａ２６はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−６ｄＢの場合のステップ応答を示す。
【００５８】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ２７、Ａ２７はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−８ｄＢの場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ２８、Ａ２８はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−１０ｄＢの場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ２９、Ａ２９はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−１２ｄＢの場合のステップ応答を示す。
【００５９】
図９（ａ）乃至図１１（ｂ）に示されるように、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が変わると、ステップ応答でのオーバーシュート量が変わり、応答が変わる。Ｑ値が大きいほど応答速度は高くなるがオーバーシュートが大きくなる。Ｑ値が小さいほどオーバーシュートは小さくなるが、応答速度が低くなる。
【００６０】
図１２は、実施の形態１におけるノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値と、アクチュエータのステップ応答における目標値収束時間との関係を示す図である。横軸はノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値［ｄＢ］で縦軸は目標値収束時間［ｓｅｃ］である。ここで、目標値収束時間とは、ステップ応答開始からアクチュエータが目標位置に静定するまでの時間である。
【００６１】
図１２から、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−６ｄＢから０ｄＢの間で目標値収束時間が短いことが分かる。そこで、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を−６ｄＢ以上０ｄＢ以下に設定する。Ｑ値を−６ｄＢ以上０ｄＢ以下に設定した場合、目標値収束時間を０．００４８１［ｓｅｃ］から０．００５２［ｓｅｃ］の間に抑えることができる。目標値収束時間の最小値０．００４８１［ｓｅｃ］に対するその誤差の範囲（変動範囲）の割合は｛（０．００５２−０．００４８１）／０．００４８１｝×１００＝８．１％であり、およそ１０％以内であると言える。
【００６２】
次に、図１３（ａ）乃至図１５を参照して、ノミナルモデルの直流感度の設計について説明する。
【００６３】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度を変えた場合の、外乱補償部２０への入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。但し、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を−４ｄＢに設定している。また、温度を２０℃に設定している。
【００６４】
図１３（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図１３（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【００６５】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＧＡ３１、ＰＨ３１はノミナルモデルの直流感度が８．００ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合の周波数特性を示す。破線で表わされている特性曲線ＧＡ３２、ＰＨ３２はノミナルモデルの直流感度が３．２０ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合の周波数特性を示す。点線で表わされている特性曲線ＧＡ３３、ＰＨ３３はノミナルモデルの直流感度が２．００ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合の周波数特性を示す。
【００６６】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されるように、ノミナルモデルの直流感度が変わると、ゲイン特性、位相特性が変わる。直流感度が小さくなるほど、ゲインは小さくなり、位相は０ｄｅｇから−１８０ｄｅｇまでの変化が急となる。
【００６７】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度を変えた場合のアクチュエータ３０のステップ応答を示す図である。但し、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を−４ｄＢに設定している。また、温度を２０℃に設定している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）で横軸はある基準となる時点からの経過時間[ｓｅｃ]である。
【００６８】
図１４（ａ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを０．００２秒経過後に０［ｍ］から１ｅ−４［ｍ］に変えた時の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化が示されている。図１４（ｂ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを、図１４（ａ）に示されるように変えた時の位置検出信号ａｃｔ＿ｐのステップ応答が示されている。
【００６９】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ４１、Ａ４１はノミナルモデルの直流感度が８．００ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ４２、Ａ４２はノミナルモデルの直流感度が３．２０ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ４３、Ａ４３はノミナルモデルの直流感度が２．００ｅ−５［ｍ／Ｖ］の場合のステップ応答を示す。
【００７０】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、ノミナルモデルの直流感度が変わると、目標位置までの応答速度が変わる。直流感度が小さくなるほど、応答速度が高くなり、目標値に速く到達する。
【００７１】
図１５は、実施の形態１におけるノミナルモデルの直流感度と、アクチュエータのステップ応答における目標値収束時間との関係を示す図である。横軸はノミナルモデルの直流感度で縦軸は目標値収束時間［ｓｅｃ］である。ここで、目標値収束時間とは、ステップ応答開始からアクチュエータが目標位置に静定するまでの時間である。
【００７２】
図１５から、ノミナルモデルの直流感度が小さいほど、目標値収束時間が短いことが分かる。直流感度が小さくなると、目標位置まで動かすための電圧信号Ｅｄｒを大きくする必要がある。位置目標信号の変化後の値をｒｅｆ＿ｐ＿ｅ、アクチュエータ３０に印加可能な電圧の最大値をＶ＿ｍａｘとすると、ノミナルモデルの直流感度を、
ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘ
以上に設定しなければならない。Ｖ＿ｍａｘ＝５Ｖであり、図１４に示されるように、ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ＝１ｅ−４［ｍ］であれば、ノミナルモデルの直流感度を２ｅ−５［ｍ／Ｖ］以上に設定しなければならない。
【００７３】
印加電圧を最大値Ｖ＿ｍａｘ以下にし、かつ目標値収束時間を最小値からその１．１倍の値までの範囲内に収めるという制約のもとでは、ノミナルモデルの直流感度を、
ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘ
で与えられる値に設定することで、最も良い応答性が得られる。図１５の場合、目標値収束時間の最小値は０．００２０６９［ｓｅｃ］なので、目標値収束時間を
０．００２３［ｓｅｃ］（＝０．００２０６９×１．１）
以内にすればよい。この時のノミナルモデルの直流感度は２．５ｅ−５［ｍ／Ｖ］である。これは、下限値である２ｅ−５［ｍ／Ｖ］の１．２５倍である。
そこで、ノミナルモデルの直流感度を、
ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘ
で与えられる値又はこれより若干大きい値、例えば、
ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘ
で与えられる値からその１．２５倍の値までの範囲内の値になるように設計するのが望ましい。但し、図１５の目標値収束時間が許容範囲内であれば、ノミナルモデルの直流感度を必ずしも上記の範囲内に設定する必要はない。
ここで、印加可能な電圧の最大値Ｖ＿ｍａｘは例えばアクチュエータ３０の仕様書に記載されている最大定格値である。
【００７４】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、従来例におけるアクチュエータ３０のステップ応答を示す図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）で横軸はある基準となる時点からの経過時間[ｓｅｃ]である。
【００７５】
図１６（ａ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを０．００２秒経過後に０［ｍ］から１ｅ−４［ｍ］に変えた時の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化が示されている。図１６（ｂ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを、図１６（ａ）に示されるように変えた時の位置検出信号ａｃｔ＿ｐのステップ応答が示されている。
【００７６】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ５１、Ａ５１はアクチュエータ３０の温度が−３０℃の場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ５２、Ａ５２はアクチュエータ３０の温度が＋２０℃の場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ５３、Ａ５３はアクチュエータ３０の温度が＋８５℃の場合のステップ応答を示す。
【００７７】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、従来例におけるアクチュエータ３０のステップ応答では、オーバーシュート量が大きいことが分かる。
【００７８】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ３０のステップ応答を示す図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）で横軸はある基準となる時点からの経過時間[ｓｅｃ]である。
【００７９】
図１７（ａ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを０．００２秒経過後に０［ｍ］から１ｅ−４［ｍ］に変えた時の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化が示されている。図１７（ｂ）には、アクチュエータ３０の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを、図１７（ａ）に示されるように変えた時の位置検出信号ａｃｔ＿ｐのステップ応答が示されている。
【００８０】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）において、鎖線で表わされている特性曲線ＲＥ６１、Ａ６１はアクチュエータ３０の温度が−３０℃の場合のステップ応答を示す。破線で表わされている特性曲線ＲＥ６２、Ａ６２はアクチュエータ３０の温度が＋２０℃の場合のステップ応答を示す。点線で表わされている特性曲線ＲＥ６３、Ａ６３はアクチュエータ３０の温度が＋８５℃の場合のステップ応答を示す。
【００８１】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示されるように、実施の形態１におけるアクチュエータ３０のステップ応答では、オーバーシュートがなく、良好な応答となることが分かる。
【００８２】
従来、ノミナルモデルの特性として、アクチュエータ３０の温度が＋２０℃の場合の特性と同じになるようにしている。これは、＋２０℃がアクチュエータ３０の位置制御における設計中心となるからである。この場合、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値は０ｄＢより大きくなる。このため、位置制御としてフィードバック制御が必要となる。これにより、制御における安定性と応答性のトレードオフの問題が発生する。一方、実施の形態１では、アクチュエータ３０への印加電圧を大きくする必要があるが、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を０ｄＢ以下に設定することで、フィードバック制御を行うことなく正常に位置制御を行うことができる。
【００８３】
以上に説明したように、実施の形態１に係る位置制御装置１によれば、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を０ｄＢ以下に設定し、ノミナルモデルの直流感度を小さくすることで、アクチュエータ３０の位置制御における安定性と応答性のトレードオフの問題を解消し、ステップ応答を向上させることができる。
【００８４】
実施の形態２．
実施の形態１においては、アクチュエータ３０が光ピックアップにおける対物レンズアクチュエータである場合を想定し、アクチュエータ３０の可動部の位置制御について説明した。実施の形態２では、アクチュエータ３０が指向制御用ミラーの駆動機構である場合の位置制御について説明する。指向制御用ミラーは、例えば、高精度光学観測衛星に搭載される光学観測機器の振動による指向軸ズレ或いは観測用画像ブレが発生するのを補正するものであり、光学観測機器内部に設置されるものである。
なお、実施の形態２の位置制御装置は、回転方向の位置（角位置）を制御するものであるが簡単のため単に位置と言う。同様に角速度、角加速度を簡単のため速度、角速度と言う。
【００８５】
図１８は、本発明の実施の形態２に係る位置制御装置１ｂの構成を概略的に示すブロック図である。図１８の位置制御装置１ｂは、図１の位置制御装置１と概して同じであるが、図１の直流感度除算部１４及び外乱補償部２０の代わりに、直流感度除算部１４ｂ及び外乱補償部２０ｂが設けられている。
【００８６】
図１９は、実施の形態２における外乱補償部２０ｂの構成を概略的に示すブロック図である。図１９の外乱補償部２０ｂは、図２の外乱補償部２０と概して同じであるが、図２のノミナルモデル除算部２２の代わりにノミナルモデル除算部２２ｂが設けられている。
【００８７】
実施の形態２におけるアクチュエータ３０ｂは、その伝達関数に着目すれば、図２０のブロック図に示される構成を有するものとして把握することができる。
図２０は、アクチュエータ３０ｂが指向制御ミラーの駆動機構である場合を想定している。図２０はさらに、アクチュエータ３０ｂが、電磁駆動機構を含み、コイルに電流を流すことで、指向制御ミラーを含む可動部を駆動する場合を想定している。
【００８８】
図２０において図３と同じ符号は同様のものを示す。図２０に示されるアクチュエータ３０ｂは図３のアクチュエータ３０と概して同じであるが、図３の電流力変換部３０３、可動部質量除算部３０５、可動部粘性係数乗算部３１０、及び可動部弾性係数乗算部３１１の代わりに、電流トルク変換部３２３、慣性モーメント除算部３２５、軸受け粘性係数乗算部３３０、及び軸受け弾性係数乗算部３３１を備える。
【００８９】
電流トルク変換部３２３は、電圧電流変換部３０２から電流信号Ｉｄｒｏ１を受け取る。電流トルク変換部３２３は、電流信号Ｉｄｒｏ１に基づいてトルク信号τｄｒｏ１を出力する。電流トルク変換部３２３の伝達関数は、トルク定数Ｋτである。
【００９０】
慣性モーメント除算部３２５は、減算部３０４からトルク信号τｄｒｏ３を受け取る。慣性モーメント除算部３２５は、トルク信号τｄｒｏ３を慣性モーメントＪで除算することで角加速度信号Ａｄｒｏ３を生成して出力する。慣性モーメント除算部３２５の伝達関数は、慣性モーメントＪを用いて表すと、１／Ｊである。
【００９１】
軸受け粘性係数乗算部３３０は、加速度速度変換部３０７から速度信号Ｖｄｒｏ４を受け取る。軸受け粘性係数乗算部３３０は、速度信号Ｖｄｒｏ４に粘性係数ｃ２を乗算することでトルク信号τｄｒｏ４を生成して出力する。軸受け粘性係数乗算部３３０の伝達関数は、粘性係数ｃ２である。ここで言う「軸受け」は、指向制御用ミラーを回転可能に支持する軸受けである。
【００９２】
軸受け弾性係数乗算部３３１は、速度位置変換部３０９からアクチュエータ位置検出信号ａｃｔ＿ｐを受け取る。軸受け弾性係数乗算部３３１は、アクチュエータ位置検出信号ａｃｔ＿ｐに弾性係数ｋ２を乗算することでトルク信号τｄｒｏ５を生成して出力する。軸受け弾性係数乗算部３３１の伝達関数は、弾性係数ｋ２である。
【００９３】
直流感度除算部１４ｂは、位置目標信号発生部１０から位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを受け取り、変化幅信号生成部１２から変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを受け取り、これらに基づいて電圧信号Ｅｄｒを生成して出力する。直流感度除算部１４は、変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓに基づいてノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍを定め、該直流感度ＤＣＳｍで、位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを除算することで電圧信号Ｅｄｒを生成する。直流感度除算部１４ｂの伝達関数は、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍを用いて表わすと、１／ＤＣＳｍである。
【００９４】
ノミナルモデル除算部２２ｂは、アクチュエータ３０ｂから位置検出信号ａｃｔ＿ｐを受け取る。ノミナルモデル除算部２２ｂは、位置検出信号ａｃｔ＿ｐをノミナルモデルの伝達関数Ｐｎ（ｓ）で除算することで電圧信号Ｅｄｒ１を生成して出力する。
【００９５】
ノミナルモデル除算部２２ｂは、伝達関数生成部２３ｂ及び除算部２４を有する。
伝達関数生成部２３ｂは、アクチュエータ３０ｂの伝達関数を模擬するモデルの伝達関数Ｐｎ（ｓ）を生成する。除算部２４は、伝達関数生成部２３ｂで生成された伝達関数Ｐｎ（ｓ）で、位置検出信号ａｃｔ＿ｐを除算する。
【００９６】
伝達関数生成部２３ｂで伝達関数の生成に用いられるノミナルモデルは、図２０に示されるアクチュエータ３０ｂと概して同じ構成を有する。但し、ノミナルモデルは、図２０のうち、加速度外乱ｇの入力がなく、加算部３０６を備えず、慣性モーメント除算部３２５の出力Ａｄｒｏ３がそのまま加速度速度変換部３０７に入力される点で異なる。また、アクチュエータ３０ｂにおいては軸受け粘性係数乗算部３３０で乗じられる粘性係数ｃ２、軸受け弾性係数乗算部３３１で乗じられる弾性係数ｋ２、電圧電流変換部３０２における抵抗Ｒ及びインダクタンスＬ、電流トルク変換部３２３における定数Ｋτ、及び速度逆起電力変換部３０８における定数Ｋｅが温度の影響を受けるが、ノミナルモデルにおいては、これらが温度に無関係に一定であるとしている。さらに、粘性係数ｃ２及び弾性係数ｋ２が変更可能であり、これらを変えることによりノミナルモデルの直流感度及び１次共振周波数におけるＱ値が調整可能となっている。
【００９７】
具体的には、変化幅信号生成部１２から出力される変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓを伝達関数生成部２３ｂに供給し、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢ以下になるように、かつこの変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓに応じて、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍが十分小さくなるようにノミナルモデルのパラメータを調整する。より具体的には、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値が−６ｄＢから０ｄＢの範囲内の値になるように、かつ変化幅信号ｒｅｆ＿ｐ＿ｓで表される変化幅を符号ｒｅｆ＿ｐ＿ｅで表し、アクチュエータ３０ｂに印加可能な電圧の最大値をＶ＿ｍａｘとしたときに、ノミナルモデルの直流感度ＤＣＳｍがｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値又はこれより若干大きい値、例えば、ｒｅｆ＿ｐ＿ｅ／Ｖ＿ｍａｘで与えられる値からその１．２５倍の値までの範囲内の値になるようにノミナルモデルのパラメータを調整するのが望ましい。
ノミナルモデルのパラメータの調整は、例えば、伝達関数生成部２３ｂで用いられる粘性係数ｃ２及び弾性係数ｋ２の変更により行い得る。
【００９８】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、実施の形態２におけるアクチュエータ３０ｂの電圧信号Ｅｄｒｏに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。図２１（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図２１（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【００９９】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示されるように、アクチュエータ３０ｂの周波数特性は、実施の形態１におけるアクチュエータ３０の周波数特性と同様、１次共振周波数におけるＱ値が０ｄＢより大きくなっている。
【０１００】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、実施の形態２における外乱補償部２０ｂへの入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性を示す図である。図２２（ａ）にはゲインの周波数特性（ゲイン特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸はゲイン［ｄＢ］である。図２２（ｂ）には位相の周波数特性（位相特性）が示されている。横軸は周波数［Ｈｚ］で縦軸は位相［ｄｅｇ］である。
【０１０１】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）において、点線で表わされている特性曲線ＧＡ７１、ＰＨ７１はアクチュエータ３０ｂの周波数特性を示す。実線で表わされている特性曲線ＧＡ７２、ＰＨ７２はノミナルモデルの周波数特性を示す。なお、ノミナルモデルの１次共振周波数におけるＱ値を−４ｄＢに設定している。
【０１０２】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示されるように、外乱補償部２０ｂを設けることで、外乱補償部２０ｂへの入力電圧信号Ｅｄｒに対する位置検出信号ａｃｔ＿ｐの周波数特性、即ち、外乱補償部２０ｂとアクチュエータ３０ｂの総合特性を、ノミナルモデルの特性と同等のものにすることができる。
【０１０３】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、実施の形態２におけるアクチュエータ３０ｂのステップ応答を示す図である。図２３（ａ）及び図２３（ｂ）で横軸はある基準となる時点からの経過時間[ｓｅｃ]である。
【０１０４】
図２３（ａ）には、アクチュエータ３０ｂの位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを０．２秒経過後に０［ｒａｄ］から１ｅ−４［ｒａｄ］に変えた時の位置目標信号ｒｅｆ＿ｐの変化が示されている。図２３（ｂ）には、アクチュエータ３０ｂの位置目標信号ｒｅｆ＿ｐを、図２３（ａ）に示されるように変えた時の位置検出信号ａｃｔ＿ｐのステップ応答が示されている。
【０１０５】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示されるように、実施の形態２におけるアクチュエータ３０ｂのステップ応答では、オーバーシュートがなく、良好な応答となることが分かる。
【０１０６】
以上に説明したように、実施の形態２に係る位置制御装置１ｂによれば、実施の形態１に係る位置制御装置１と同様の構成で、ステップ応答を向上させることができる。すなわち、実施の形態１と同様のノミナルモデルの設計で、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１０７】
上記の位置制御回路の構成の一部又は全部で行われる処理、或いは上記の位置制御方法で行われる処理の一部又は全部はプロセッサを備えたコンピュータに実行させることができる。従って、コンピュータに上記の位置制御装置の構成の一部又は全部で行われる処理、上記の位置制御方法で行われる処理の一部又は全部を実行させるためのプログラム、及び該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体もまた本発明の一部を成す。
【０１０８】
上記のコンピュータの一例を図２４に示す。図２４のコンピュータは、プロセッサ５１と、プログラムメモリ５２と、データメモリ５３と、入力インターフェース５４と、出力インターフェース５５とを備え、これらはデータバス５６で接続されている。
プロセッサ５１は、プログラムメモリ５２に記憶されたプログラムに従って動作し、入力インターフェース５４を介して入力された位置検出信号ａｃｔ＿ｐに対して、実施の形態１又は２の位置制御装置の各部の処理を行って、処理の結果得られた電圧信号Ｅｄｒｏを出力インターフェース５５から出力する。
【０１０９】
プロセッサ５１による処理の内容は、実施の形態１及び２で説明したのと同様である。処理の過程で生成されるデータはデータメモリ５３に保持される。データメモリ５３はまた、処理に必要なデータ、例えば伝達関数Ｐｎ（ｓ）を記憶するのに用いられる。
出力インターフェース５５から出力された電圧信号Ｅｄｒｏは、アクチュエータ３０に供給される。
【０１１０】
なおまた、図２４に示されるコンピュータを複数台設け、それぞれに、位置制御装置の各部の処理を行わせることとしても良い。位置制御方法の処理の一部又は全部をコンピュータに実行させる場合も同様である。
【０１１１】
変形例．
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様で実施することができる。
【０１１２】
例えば、上記の実施の形態では、アクチュエータとして、光ピックアップにおける対物レンズアクチュエータとした場合、及び指向制御用ミラーの駆動機構とした場合を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、弾性支持機構を備えたアクチュエータであれば上記以外のアクチュエータにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  位置制御装置、  １０  位置目標信号発生部、  １４，１４ｂ  直流感度除算部、  ２０，２０ｂ  外乱補償部、  ２１  加算部、  ３０，３０ｂ  アクチュエータ、  ２２，２２ｂ  ノミナルモデル除算部、  ２３，２３ｂ  伝達関数生成部、  ２４  除算部、  ２５  減算部、  ２６  ＬＰＦ部、  １６  外乱源、  ３０１  減算部、  ３０２  電圧電流変換部、  ３０３  電流力変換部、  ３０４  減算部、  ３０５  可動部質量除算部、  ３０６  加算部、  ３０７  加速度速度変換部、  ３０８  速度逆起電力変換部、  ３０９  速度位置変換部、  ３１０  可動部粘性係数乗算部、  ３１１  可動部弾性係数乗算部、  ３１２  加算部、  ３２３  電流トルク変換部、  ３２５  慣性モーメント除算部、  ３３０  軸受け粘性係数乗算部、  ３３１  軸受け弾性係数乗算部、  ｒｅｆ＿ｐ  位置目標信号、  Ｅｄｒ  電圧信号、  ｇ  加速度外乱、  ａｃｔ＿ｐ  位置検出信号、  Ｅｄｒｏ  電圧信号、  Ｅｄｒ１  電圧信号、  Ｅｄｒ２  電圧信号、  Ｅｄｒ３  電圧信号、  Ｅｄｒｏ１  電圧信号、  Ｉｄｒｏ１  電流信号、  Ｆｄｒｏ１  力信号、  Ｆｄｒｏ２  力信号、  Ｆｄｒｏ３  力信号、  Ｆｄｒｏ４  力信号、  Ｆｄｒｏ５  力信号、  Ａｄｒｏ３  加速度信号、  Ａｄｒｏ４  加速度信号、  Ｖｄｒｏ４  速度信号、  Ｅｄｒｏ４  電圧信号、  τｄｒｏ１  トルク信号、  τｄｒｏ２  トルク信号、  τｄｒｏ３  トルク信号、  τｄｒｏ４  トルク信号、  τｄｒｏ５  トルク信号、  ＤＣＳｍ  直流感度、  Ｒ  コイル抵抗、  Ｌ  コイルインダクタンス、  Ｋｔ  力定数、  ｍ１  可動部質量、  Ｋｅ  逆起電力定数、  ｃ１  可動部粘性係数、  ｋ１  可動部弾性係数、  Ｋτ  トルク定数、  Ｊ  慣性モーメント、  ｃ２  軸受け粘性係数、  ｋ２  軸受け弾性係数、  Ｏ（ｓ）  外乱補償部とアクチュエータの総合伝達関数、  Ｐ（ｓ）  アクチュエータの伝達関数、  Ｐｎ（ｓ）  ノミナルモデルの伝達関数、  Ｆｃ（ｓ）  ＬＰＦの伝達関数。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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