(57)【要約】本発明は一般に半波対称性を有する周期信号を抑圧する繰り返し制御系の分野に関し、特に周期ＮＴの周期信号を供給されるメモリループとして構成される繰り返し制御系であって、メモリの大きさとしてＮ／２個のメモリ素子を含み、負のフィードバック接続を適用し、メモリループの出力において係数−１／２を設定することを特徴とする繰り返し制御系に関する。このような繰り返し制御系は例えば記録媒体にデータを記録するヘッドを有する記録再生装置におけるドライブサーボシステムの外乱補正モジュールにおいて適用されうる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期ＮＴの周期信号を供給されるメモリループとして構成される繰り返し制御系であって、メモリの大きさとしてＮ／２個のメモリ素子を含み、負のフィードバック接続を適用し、前記メモリループの出力において係数−１／２を設定することを特徴とする繰り返し制御系。
【請求項２】
データを記録媒体に記録しあるいは前記記録媒体に記録されたデータを再生するヘッドを有する記録再生装置に具備されるドライブサーボシステムであって、前記記録媒体の偏心を補正するための外乱補正モジュールを有し、前記モジュールは逐次学習制御を適用し、周期ＮＴの周期信号を供給されるメモリループを構成する繰り返し制御系から構成され、前記繰り返し制御系は、メモリの大きさとしてはＮ／２個のメモリ素子を含み、負のフィードバック接続を適用し、前記メモリループの出力において係数−１／２を設定することを特徴とするドライブサーボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半波対称性の周期信号を抑圧する繰り返し制御系に関する（周期Ｔの周期信号ｘ（ｔ）は、ｔの値に関わらず、ｘ（ｔ＋Ｔ／２）＝−ｘ（ｔ）が満たされる場合半波対称性を有するとみなされる）。
【背景技術】
【０００２】
繰り返し制御は、逐次学習制御とも呼ばれ、入力される基準信号又は外乱が周期的でありこれらの周期が知られている制御機構において有用な制御ストラテジーである。例えばこの制御ストラテジーは周期的な外乱を受ける制御システム（光学又は磁気ディスクドライブや製鉄装置など）または同じタスクを繰り返し実行する制御システムなどにおいて有用である。このような制御ストラテジーの詳細は数多くの文献に記載され、例えば非特許文献１にも記載される。図１は最も単純な繰り返し制御系の実施例を示す。この繰り返し制御系は基本的にはＮ個のタップ（Ｎ個のメモリ素子）を有するＦＩＦＯ（First-In-First-Out）メモリバッファーから構成され、このＦＩＦＯメモリバッファーは正のフィードバックループ内に設けられ、サンプリング時間Ｔｓ×Ｎは周期的外乱の基本周期に相当する（実際には繰り返し制御系は安定化を図るためにフィルタを有するが、これは本発明の説明においては重視されない）。
【０００３】
このようにループ内に設けられるバッファーはメモリループとも呼ばれ、自発的周期信号生成器として機能しうる。メモリループを信号生成器として適用するに当たっての欠点としては、場合によって大きなメモリ量が必要とされることが挙げられる。すなわちサンプリング時間Ｔｓと信号周期Ｔによっては、メモリ素子の個数Ｎが大きくなってしまう場合がある。これに応じてＮ個のメモリ素子を有するメモリループに代わって必要メモリ量が低減された周期的信号生成器を適用する２種類の対処法が提案されている。このうちの第１の対処法として、ダウンサンプリングの適用が提案される。すなわちより大きなサンプリング時間を適用して、必要とされるメモリ素子の個数を減らすという対処法である。しかしこのような方法を採用した場合、制御帯域が低減されてしまうという欠点がある。第２の対処法としては、必要な数だけの正弦波信号生成器の直列又は並列接続を適用して、周期信号における高調波のすべてを適切に対処する方法があり、ここでは各生成器がそれぞれ２つの状態又はメモリ素子を備える構成となる。しかしこのアプローチは従来の一般的なメモリループに比べて複雑であるという欠点を有する。
【非特許文献１】“Repetitive control forsystems with uncertain period-time”, M. Steinbuch, Automatica, In Press, September 4, 2002, pp.1-7.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明はより単純な構成を有する繰り返し制御系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するために本発明は、周期ＮＴの周期信号を供給されるメモリループとして構成される繰り返し制御系であって、メモリの大きさとしてＮ／２個のメモリ素子を含み、負のフィードバック接続を適用し、該メモリループの出力において係数−１／２を設定することを特徴とする繰り返し制御系を提供する。
【０００６】
このような構成では従来の構成に比べてメモリ量が半分に低減されながら、従来の構成と同じ制御帯域が実現され、またこの構成は非常に単純である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下において添付の図面を参照しながら本発明の詳細について説明する。
【０００８】
図２は従来のメモリループを簡素化した本発明による繰り返し制御系の構成例を示す。この簡素化されたメモリループでは、
−メモリの大きさが半減され、Ｎ／２個のメモリ素子が含まれ、
−フィードバックが正ではなく負となり、
−出力信号のゲイン及び位相が従来のメモリループのゲイン及び位相と一致するように係数（−１／２）がループの出力に付与される。
【０００９】
図３は（周期の数によって表される時間に関して）純粋な正弦波に対する従来のメモリループの反応（点線）と、本発明による簡素化されたメモリループの反応（実線）とを比較する図である。図３に示されるように周期ＮＴｓの正弦波が供給される際、本発明のメモリループの出力と従来のメモリループの出力とは略同様な反応を示す（なお、本発明のメモリループの場合Ｎが偶数である必要があることは言うまでもないが、実際にはほとんどの場合Ｎは偶数となる）。
【００１０】
なお、本発明を数学的観点から見ることにより、その理解を深めることが可能であろう。従来のメモリループの伝達関数は以下のように表される。
【００１１】
【数１】
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この伝達関数（１）は以下のように分割されうる。
【００１２】
【数２】
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この式（２）における右側の項は本発明によるメモリループを表す。なお、左側の項はまた別の繰り返し制御系を表し、この別の繰り返し制御系は半波対称性を全く有さない周期信号を扱う際に適用されうる。ラジアンで表される標準化された周波数に関してｄＢで表されるこれら２つの項それぞれの振幅を参照すると（図４−６参照）、右側の項は奇数調波において無限ゲインピークを有し、その補体は偶数調波において無限ゲインピークを有する。
【００１３】
したがって数学的観点からみて、本発明のメモリループは従来のメモリループの二分割された一部分、すなわち外乱信号の奇数調波を扱う部分とみなされうる。なお、Ｎが２の指数である場合メモリループは更に小さなメモリループに分割されうる。
【００１４】
例えばこのような分割の次の段階は以下のように表される。
【００１５】
【数３】
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従来のメモリループは例えば以下の式によって近似されうる。
【００１６】
【数４】
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または
【００１７】
【数５】
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これらはそれぞれ合計３Ｎ／４個のメモリ素子を有するメモリループを要する（左側の近似が奇数調波及び２番目、６番目、１０番目、…の偶数調波を抑圧し、右側の近似が奇数調波及び０番目、４番目、８番目、…の偶数調波を抑圧する）。
【００１８】
なお、本発明による構成には限界があって、すなわちこの構成により抑圧されるのは半波対称性を有する周期信号のみである（換言すると、抑圧されるのは周期信号の奇数調波のみである）。しかし多くの場合実際に抑圧される周期信号は半波対称性を有するため、この限界はさほど大きな問題とはならない。例えば光学／磁気ディスク記録において主要の外乱信号は記録媒体のトラックの偏心によって発生する純粋な正弦波であって、これは本発明による構成の適用により完全に抑圧されうる。また、ピックアンドプレース機構などにおけるタスクは多くの場合半波対称性を有する。
【００１９】
また、本発明によるメモリループは、データを記録媒体に記録しあるいは記録媒体に記録されたデータを再生するヘッド及び記録媒体用のドライブサーボシステムを有する記録再生装置における繰り返し制御系として適用されうる。上述のシステムは記録媒体の偏心を補正するための逐次学習制御を適用する外乱補正モジュールを有し、このモジュールは周期ＮＴの周期信号を供給されるメモリループを構成する繰り返し制御系を有する。上述のようにこのメモリループは、メモリの大きさとしてはＮ／２個のメモリ素子を含み、負のフィードバック接続を有し、メモリループの出力において係数−１／２を設定する。
【００２０】
上述のように本発明による制御系は好適には半波対称性を有する周期信号に対して適用される。しかし外乱信号がある偶数調波（例えば２番目の調波）において主要成分を含む場合、この制御系に適正な正弦波信号生成器を増設し、上記周波数成分を適切に対処できるようにすることが可能である。この場合、制御系に２つの状態又はメモリ素子が加わるに過ぎず、特にＮの値が大きい場合は従来の繰り返し制御系に比べてこのような構成のメモリの大きさは遥かに小さい。
【００２１】
また本発明による制御系の更なる利点としては、このような制御系では従来の繰り返し制御系と同じ安定ローバスト性を維持しつつ、制御ゲインを従来の繰り返し制御系の制御ゲインの２倍の大きさにすることが可能である。具体的には従来の繰り返し制御系では制御ゲインは０と２の間に維持されるのに対して、本発明による繰り返し制御系では制御ゲインが０から４の間に維持される。よって本発明による繰り返し制御系では（ローバスト性を犠牲にすることなく）集中速度を従来の繰り返し制御系の集中速度の２倍にすることが可能である。これは例えば光学／磁気ディスク記録では再生又は記録までの待ち時間が基本的に短縮されうることを意味し、よってドライブ装置の性能の向上につながる。
【００２２】
また、逐次学習制御機構（例えばピックアンドプレース機構や集積回路の製造に適用されるウェーハ・ステッピングシステムなどあるタスクを繰り返し実行する動き制御システム）においては、これは学習サイクルの数が低減されうることを意味する。上記制御では、基準信号が以下の理由からほとんどの場合半波対称性を有する。すなわち１つの方向の動きに対しては通常これと同等の分だけ逆の方向へ動きが伴い、これらの動きは多くの場合相互に対して完全な鏡像をなす。通常はこれにフィルタリングされたバングバング・プロファイルが続く。これはＤＣ又はランプ成分以外については半波対称的である。なお、このような特徴はいまだかつて活用されていない。図７は動き制御における典型的な半波対称の基準軌道プロファイルの１周期のピクチャの所望位置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のメモリループを示すブロック図である。
【図２】本発明による繰り返し制御系の構成例を示す図である。
【図３】純粋な正弦波に対する従来のメモリループの反応と本発明による簡素化されたメモリループの反応を比較する図である。
【図４】従来のメモリループ（Ｎ＝３２）における振幅を示す図である。
【図５】本発明によるメモリループにおける振幅を示す図である。
【図６】本発明によるメモリループの補体を構成する別のメモリループにおける振幅を示す図である。
【図７】動き制御における典型的な基準軌道の１周期を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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