JP2009099237A - Disk device and tracking servo device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、次世代高密度光ディスク例えばブルーレイディスクに適用可能なディスク装置およびトラッキングサーボ回路に関する。 The present invention relates to a disk device and a tracking servo circuit applicable to a next-generation high-density optical disk such as a Blu-ray disk.
ディスク装置例えば光学ディスク記録再生装置においては、信号の記録および再生のためにレーザ光を用いており、このレーザ光をディスク上の所定の位置に集光させる必要がある。このため、レーザ光の位置を調整するための機構が備えられている。一般的には、ディスクの半径方向の位置を調節するためのトラッキング機構、ディスクの垂直方向の位置を制御するためのフォーカス機構などが用いられ、これらを適切に駆動することで、レーザ光をディスク上の所定の位置に集光させている。例えば光学ヘッドのレーザ光位置調整機構は、トラッキング機構およびフォーカス機構を備える2軸デバイスの構成とされている。 In a disk device, for example, an optical disk recording / reproducing apparatus, laser light is used for signal recording and reproduction, and this laser light needs to be condensed at a predetermined position on the disk. For this reason, a mechanism for adjusting the position of the laser beam is provided. In general, a tracking mechanism for adjusting the radial position of the disk, a focus mechanism for controlling the vertical position of the disk, and the like are used. The light is condensed at a predetermined position above. For example, the laser beam position adjustment mechanism of the optical head is configured as a biaxial device including a tracking mechanism and a focus mechanism.
これらの機構を適切に駆動するためにサーボ制御系が構成されており、このサーボ制御系は、レーザ光の位置と所定の位置とのずれを検出する比較器と、その比較器の出力からレーザ光の位置を調整するための機構(アクチュエータと適宜称する)を駆動する信号を生成する制御器と、レーザ光の位置を調整するためのアクチュエータとから成る。 In order to drive these mechanisms appropriately, a servo control system is configured. This servo control system includes a comparator that detects a deviation between the position of the laser beam and a predetermined position, and a laser from the output of the comparator. It comprises a controller that generates a signal for driving a mechanism for adjusting the position of light (referred to as an actuator as appropriate) and an actuator for adjusting the position of laser light.
例えばトラッキングサーボ制御では、ディスク装着時の偏芯により生じるディスク回転に同期した集光位置ずれのような低域周波数大振幅の位置ずれから、光ディスクトラック形成精度に基づく高周波の位置ずれまで、幅広い周波数の位置ずれに対応する必要がある。同じくフォーカスサーボ制御でも、ディスクの反りによるディスク回転に同期した低域周波数大振幅の集光位置ずれから、ディスクの膜厚変動による高周波の位置ずれまで、幅広い周波数の位置ずれに対応する必要がある。 For example, in tracking servo control, a wide range of frequencies from low-frequency, large-amplitude position shifts, such as condensing position shifts synchronized with disk rotation caused by eccentricity during disk mounting, to high-frequency position shifts based on optical disc track formation accuracy. It is necessary to cope with the positional deviation. Similarly, focus servo control also needs to handle a wide range of frequency misalignment, from low-frequency, large-amplitude condensing position deviation synchronized with disk rotation due to disk warpage to high-frequency position deviation due to disk film thickness fluctuation. .
このように幅広い周波数の位置ずれに対し、従来のサーボ回路における制御器では、低周波帯域の強調と高周波帯域での位相進み遅れ補償を行なって対応している。具体的には、低域周波数大振幅の誤差信号に対応して低域周波数成分を強調して低域周波数の位置ずれを抑圧し、高周波では位相進み遅れ補償を行なって位相遅れに伴う系の発振を抑えるようにしている。いずれの場合でも、サーボ制御演算手段においては、上記誤差信号に対し低域周波数成分をなるべく強調して低域周波数の位置ズレをできるだけ抑圧することが望ましい。また、位相進み遅れ補償により、系が発振しないように高周波帯域での位相遅れを改善することが望ましい。 The controller in the conventional servo circuit copes with such a wide frequency misalignment by emphasizing the low frequency band and compensating for the phase lead / lag in the high frequency band. Specifically, the low frequency component is emphasized in response to the error signal of the low frequency and large amplitude to suppress the position error of the low frequency, and the phase lead / lag compensation is performed at the high frequency and I try to suppress oscillation. In any case, it is desirable that the servo control calculation means suppresses the positional deviation of the low frequency as much as possible by enhancing the low frequency component of the error signal as much as possible. It is also desirable to improve the phase lag in the high frequency band by phase lead / lag compensation so that the system does not oscillate.
しかしながら、サーボ回路において、あまり高い周波数の誤差信号にまで対応させようとすると、サーボ制御系が発振現象を起こす問題があった。具体的には、制御器において低周波帯域の強調により高い周波数での位相の遅れが増大し、発振現象を引き起こす。したがって、高周波帯域での位相を適切に補償することで制御系の安定化を図ることが必要とされる。 However, if an attempt is made to cope with an error signal having a very high frequency in the servo circuit, there is a problem that the servo control system causes an oscillation phenomenon. Specifically, the phase delay at a high frequency is increased by emphasizing the low frequency band in the controller, causing an oscillation phenomenon. Therefore, it is necessary to stabilize the control system by appropriately compensating the phase in the high frequency band.
近年、携帯型の光学ディスク記録再生装置や、高速回転型の光学ディスク記録再生装置が登場している。これらの光学ディスク記録再生装置では、光ディスクの回転数が従来に比して速くなっているので、低周波帯域を従来以上に強調することが必要となっている。しかしながら、従来の制御器では、低周波帯域の強調が高周波帯域に影響することによって、高周波帯域での位相進み遅れ補償に影響を与えてしまい、その結果、レーザ光位置調整機構の動作が不安定になってしまうという問題があった。 In recent years, portable optical disk recording / reproducing apparatuses and high-speed rotation type optical disk recording / reproducing apparatuses have appeared. In these optical disk recording / reproducing apparatuses, since the rotational speed of the optical disk is faster than the conventional one, it is necessary to emphasize the low frequency band more than before. However, in the conventional controller, the enhancement of the low frequency band affects the high frequency band, thereby affecting the phase lead / lag compensation in the high frequency band, and as a result, the operation of the laser beam position adjusting mechanism is unstable. There was a problem of becoming.
下記の特許文献1には、ディスクの回転によるレーザ光の集光位置の所定の位置からのずれをメモリに記憶することで、ディスクの回転に由来するずれを抑制することが記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes that the deviation from the rotation of the disk is suppressed by storing, in a memory, the deviation of the condensing position of the laser beam from the predetermined position due to the rotation of the disk.
しかしながら、特許文献1に記載の方法によっては、ディスクの回転に由来する、ある特定の周波数における外乱抑圧効果は高まるものの、その他の周波数での性能は従来のものと同等であるため、携帯型の光学ディスク記録再生装置などで想定される、振動などの予測不能な外乱の影響を十分に排除することができない。また、特許文献1に記載の方法によっては、ディスクの回転によるレーザ光の集光位置の所定の位置からのずれを記憶するために、新たに外部記憶装置を設ける必要があり、コストが増加してしまうという問題があった。
However, depending on the method described in
したがって、この発明の目的は、ディスクの回転に由来しない外乱に対して強い制御系を構成でき、また、高速回転時に良好なサーボ制御を行うことができ、さらに、安価な構成とできるディスク装置およびトラッキングサーボ回路を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control system that can withstand disturbances not caused by the rotation of the disk, can perform good servo control during high-speed rotation, and can be configured at low cost. The object is to provide a tracking servo circuit.
上述した課題を解決するために、この発明は、ディスク状記録媒体に対して情報信号の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッド部と、
ヘッド部を目標位置に移送するアクチュエータと、
目標位置と実際の位置との誤差に比例する誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
誤差信号検出手段によって検出された誤差信号が供給され、アクチュエータを駆動する制御信号を生成する制御器と、
制御器の出力信号が供給されるアクチュエータの駆動回路とを備え、
制御器が第1および第2の低域強調フィルタと、一つの位相進み遅れ補償フィルタとにより構成され、
制御器が3個以上の極と3個以上の零点を持つことを特徴とするディスク装置である。
好ましくは、制御器は、第1および第2の低域強調フィルタが直列接続され、第1および第2の低域強調フィルタの直列接続に対して位相進み遅れ補償フィルタが並列に接続される。
好ましくは、制御器のパラメータが制御系の極を実軸上に配置したときに、後述する式(4)〜式(8)により算出される。
In order to solve the above-described problem, the present invention includes a head unit that performs at least one of recording and reproduction of an information signal with respect to a disk-shaped recording medium;
An actuator for transferring the head part to a target position;
Error signal detection means for detecting an error signal proportional to the error between the target position and the actual position;
A controller that is supplied with the error signal detected by the error signal detection means and generates a control signal for driving the actuator;
An actuator drive circuit to which an output signal of the controller is supplied,
The controller includes first and second low-frequency emphasis filters and one phase lead / lag compensation filter,
The disk device is characterized in that the controller has three or more poles and three or more zeros.
Preferably, in the controller, the first and second low-frequency emphasis filters are connected in series, and the phase lead / lag compensation filter is connected in parallel to the series connection of the first and second low-frequency emphasis filters.
Preferably, the parameters of the controller are calculated by equations (4) to (8) described later when the poles of the control system are arranged on the real axis.
この発明は、ディスク状記録媒体に対して情報信号の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッド部をディスク状記録媒体上の目標位置に移送するアクチュエータと、
目標位置と実際のディスク状記録媒体上の位置との誤差に比例する誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
誤差信号検出手段によって検出された誤差信号が供給され、アクチュエータを駆動する制御信号を生成する制御器と、
制御器の出力信号が供給され、アクチュエータを目標位置に位置させるアクチュエータの駆動回路とを備え、
制御器が第1および第2の低域強調フィルタと、一つの位相進み遅れ補償フィルタとにより構成され、
制御器が3個以上の極と3個以上の零点を持つことを特徴とするトラッキングサーボ回路である。
The present invention relates to an actuator for transferring a head portion that performs at least one of recording and reproduction of an information signal to / from a disk-shaped recording medium to a target position on the disk-shaped recording medium;
Error signal detection means for detecting an error signal proportional to the error between the target position and the actual position on the disk-shaped recording medium;
A controller that is supplied with the error signal detected by the error signal detection means and generates a control signal for driving the actuator;
An output signal of a controller is provided, and an actuator drive circuit for positioning the actuator at a target position,
The controller includes first and second low-frequency emphasis filters and one phase lead / lag compensation filter,
The tracking servo circuit is characterized in that the controller has three or more poles and three or more zeros.
この発明は、低域強調フィルタを二段構成とすることで、ゲイン交差周波数が高くなることなく低域ゲインの増強を図れるため、外乱等により強い制御系を構成することができる。これにより、外乱等の存在する環境下で使用可能な光学ディスク記録再生装置を実現することが可能となる。
また、より大きな外乱等の発生を伴う、高速回転で駆動する光学ディスク記録再生装置を実現することが可能となる。
この発明は、ゲイン交差周波数を高くすることなく低域ゲインの増強を図れるため、レーザ光の位置を調整するための機構(アクチュエータ)が持つ共振周波数を高いところに設計する必要が無くなる。これにより安価な光学ディスク記録再生装置を実現することが可能となる。しかも、外部メモリを備える等、大きな回路規模を必要としないため、安価に高速回転可能な光学ディスク記録再生装置を実現することが可能となる。
According to the present invention, since the low-frequency emphasis filter has a two-stage configuration, the low-frequency gain can be enhanced without increasing the gain crossover frequency, so that a strong control system can be configured due to disturbance or the like. As a result, it is possible to realize an optical disk recording / reproducing apparatus that can be used in an environment where there is a disturbance or the like.
In addition, it is possible to realize an optical disk recording / reproducing apparatus that is driven at a high speed rotation accompanied by occurrence of a larger disturbance or the like.
Since the present invention can increase the low frequency gain without increasing the gain crossing frequency, it is not necessary to design a high resonance frequency for the mechanism (actuator) for adjusting the position of the laser beam. Thereby, an inexpensive optical disk recording / reproducing apparatus can be realized. In addition, since it does not require a large circuit scale, such as having an external memory, it is possible to realize an optical disk recording / reproducing apparatus that can rotate at high speed at low cost.
この発明の特許請求の範囲と対応する事項について説明する。ディスク状記録媒体として光学ディスク1が使用され、光学ディスク1に対して情報信号の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッド部として光学ヘッド2が設けられる。光学ヘッド2のレーザ光を目標位置に移送するアクチュエータが設けられる。目標位置と実際の位置との誤差に比例する誤差信号を検出する誤差信号検出手段として光学ヘッド2内の受光部の出力信号からサーボ制御用の誤差信号を検出する誤差信号検出回路11が設けられる。制御器13がアクチュエータを駆動する制御信号を生成する。制御器13が第1および第2の低域強調フィルタ(111および112)と、一つの位相進み遅れ補償フィルタ(121)とにより構成され、制御器13が3個以上の極と3個以上の零点を持つ。
以下、図面を参照してこの発明の一実施の形態について説明する。図1は、この発明を適用することができる光学ディスク記録再生装置に関し、特に、サーボ回路の部分の構成を示す。光学ディスク1に対して光学ヘッド2によって、情報信号の記録がなされ、また、光学ディスク1から光学ヘッド2によって情報信号が再生される。
Matters corresponding to the claims of the present invention will be described. An
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 relates to an optical disk recording / reproducing apparatus to which the present invention can be applied, and particularly shows the configuration of a servo circuit. Information signals are recorded on the
光学ディスク1は、ブルーレイディスク、DVD−RW、DVD−R等の記録可能な光ディスクである。光学ディスク1がスピンドルモータ3によって所定の回転速度で回転される。ディスク状記録媒体としては、光ディスクに限らず、磁気ディスク等を使用しても良い。
The
光学ヘッド2は、記録再生のためのレーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光を対物レンズを介して光学ディスク1の記録面に集光させ、この光学ディスク1からの反射光を取り込む光学系と、この光学系によって取り込んだ反射光を検出する受光部とから構成されている。
The
また、光学ヘッド2内には、電磁アクチュエータで実現されるレーザ光位置調整機構が搭載されており、アクチュエータによって対物レンズがフォーカス方向とトラッキング方向に移動制御される。
Further, a laser beam position adjusting mechanism realized by an electromagnetic actuator is mounted in the
光学ヘッド2内の受光部の出力信号からサーボ制御用の誤差信号を検出する誤差信号検出回路11が設けられ、誤差信号検出回路11によって検出された誤差信号がA/D変換器12に供給され、ディジタル信号へ変換される。A/D変換器12からのディジタル誤差信号が制御器13に供給される。
An error
制御器13によって、アクチュエータを駆動する制御信号が生成される。制御信号がD/A変換器14によってアナログ制御信号へ変換される。アナログ制御信号がアクチュエータ駆動回路15に供給される。アクチュエータ駆動回路15は、光学ヘッド2内のアクチュエータを駆動する信号を出力する。アクチュエータは、誤差信号が小さくなるように、対物レンズを変位させる。
The
なお、光ディスク記録再生装置においては、光学ヘッド2内のアクチュエータによってトラッキングに関しての位置決めを行うトラッキング制御と、フォーカスに関しての位置決めを行うフォーカス制御とがなされる。この発明は、何れの制御に対しても適用可能であるが、以下の説明では、主としてトラッキング制御に関して説明する。
In the optical disk recording / reproducing apparatus, tracking control for positioning with respect to tracking by an actuator in the
上述した光学ディスク記録再生装置の動作を概略的に説明する。光学ディスク1はスピンドルモータ3の回転により、所定の回転速度で回転する。光学ヘッド2は、記録再生のためのレーザ光を光学ディスク1に照射し信号の記録再生を行ない、アクチュエータによって、レーザ光が光学ディスク1の所定の位置に照射されるよう、レーザ光の位置を調整する。
The operation of the above-described optical disk recording / reproducing apparatus will be schematically described. The
光学ヘッド2に接続された誤差検出回路11は、光学ヘッド2の受光部により得られた信号から、レーザ光の集光している位置と所定の位置とのずれを表す誤差信号を生成する。誤差検出回路11に接続されたA/D変換器12は、誤差検出回路11により生成された誤差信号をディジタル信号へと変換する。A/D変換器12に制御された制御器13は、A/D変換器12からのディジタル化誤差信号からアクチュエータを駆動する駆動信号を生成する。
The
制御器13に接続されたD/A変換器14は、制御器13により演算された駆動回路制御信号をアナログ信号へと変換する。D/A変換器14に接続されたアクチュエータ駆動回路15は、D/A変換器14により生成されたアナログ信号に基づき、アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する。このように生成された駆動信号は、光学ヘッド2に搭載されたアクチュエータ(レーザ光の位置調整機構)を適切に駆動し、レーザ光が所定の位置に集光することとなり、光学ディスク1への記録再生を可能とする。
The D /
上述したサーボ回路における制御器13は、この発明の一実施の形態では、第1の低域強調フィルタおよび第2の低域強調フィルタと、一つの位相進み遅れ補償フィルタとにより構成され、制御器13が3個以上の極と3個以上の零点を有する。
In the embodiment of the present invention, the
この発明の一実施の形態では、図2に示すように、制御器13が直列接続された第1の低域強調フィルタ111および第2の低域強調フィルタ112と、低域強調フィルタ111および112と並列接続された一つの位相進み遅れ補償フィルタ121とにより構成される。各フィルタのブロックの中に、それぞれの伝達関数が記載されている。この制御器13は、3次フィルタの構成である。制御器13の総合的な伝達関数は、並列接続であるので、低域強調フィルタ111および112の合成した伝達関数と位相進み遅れ補償フィルタ121の伝達関数との和として求められる。
In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a first low-
この発明の理解を容易とするために、従来の構成の制御器130が誤差信号より駆動回路を制御するための制御信号を生成する動作について、以下に説明する。
In order to facilitate understanding of the present invention, an operation in which the
誤差信号として検出される、レーザ光が集光すべき所定の位置とのずれは、主として、外部からの振動、衝撃、および、ディスクの偏心等により引き起こされる。これらに起因するずれを小さくするために、従来のサーボ回路に設けられる制御器130は、図3に示すように、一つの低域強調フィルタ131に対して一つの位相進み遅れ補償フィルタ132を直列接続した構成を有する。各フィルタのブロックの中に、それぞれの伝達関数が記載されている。
The deviation from the predetermined position where the laser beam should be collected, which is detected as an error signal, is mainly caused by external vibration, impact, disk eccentricity, and the like. In order to reduce the deviation caused by these, the
低域強調フィルタ131は、低周波帯域の強調を行なうものであり、誤差信号の主たる周波数成分である低周波帯域を強調することで低周波帯域での位置ずれを補正するものために用いられる。位相進み遅れ補償器132は、高周波帯域での位相を補償するものであり、高周波帯域での位相を補償し、位相余有を確保することで制御系の安定化を図るために用いられる。
The low-
かかる構成を有する制御器130は、誤差信号の周波数成分に応じた制御信号を出力する。制御器130の性能は、図4に示すような周波数応答特性として知ることができる。図4Aは、振幅周波数応答特性(以下、単に振幅特性と適宜称する)を示し、図4Bは、位相周波数応答特性(以下、単に位相特性と適宜称する)を示す。振幅特性および位相特性において、横軸が周波数〔Hz〕である。振幅特性における縦軸が入出力の振幅比(以下、ゲイン〔dB〕と称する)であり、位相特性における縦軸が入出力の位相差(以下、位相〔deg〕と称する)である。
The
各特性において、中央の線がゲイン=0〔dB〕の位置および位相=0〔deg〕の位置を
示す。ゲインが出力信号と入力信号との比を示す。位相が正であれば、出力信号の位相が進み、位相が負であれば、出力信号の位相が遅れる。
In each characteristic, the center line indicates the position where gain = 0 [dB] and the position where phase = 0 [deg]. Gain indicates the ratio of output signal to input signal. If the phase is positive, the phase of the output signal is advanced, and if the phase is negative, the phase of the output signal is delayed.
図4Aに示すように、制御器130は、サーボ周波数帯域において、ゲインが周波数の上昇に伴って減少するローパスフィルタ特性となる。ゲインが高いほど、外乱を抑える作用が強い。また、図4Bに示すように、サーボ周波数帯域において、位相が遅れるか、または若干進む。過度に位相が遅れるか、または進むと、発振を生じるおそれが強くなる。
As shown in FIG. 4A, the
また同様に、アクチュエータ(レーザ光位置調整機構)の周波数に応じた挙動も周波数応答特性より見ることができ、その特性を図5に示す。一般に、アクチュエータが共振特性を持つが、ここでは2次の積分にて近似している。 Similarly, the behavior of the actuator (laser beam position adjusting mechanism) according to the frequency can also be seen from the frequency response characteristic, and the characteristic is shown in FIG. In general, an actuator has a resonance characteristic, but is approximated by a quadratic integral here.
図4に示す周波数応答特性を有する制御器130によって図5に示す周波数応答特性を有するアクチュエータを制御するサーボ回路の総合的な周波数応答特性は、図6A(振幅特性)および図6B(位相特性)で表すものとなる。制御器130によりアクチュエータを制御したときの周波数依存性を示すものを、開ループ周波数応答特性と呼ぶ。ゲイン特性は、横軸に示す周波数成分における誤差信号の抑圧能力を示しており、ゲインが大きいほどその周波数における誤差を小さくできることを示している。
The overall frequency response characteristics of the servo circuit that controls the actuator having the frequency response characteristics shown in FIG. 5 by the
また、この開ループ周波数応答特性において、ゲイン特性が0〔dB〕となる周波数をゲイン交差周波数と呼び、そのときの位相特性の−180°との差を位相余有と呼ぶ(図6B参照)。位相余有は、その制御系の安定性を表しており、大きな値となることが望ましい。すなわち、光学ディスク記録再生装置において、制御器の役割とは、誤差信号の主たる周波数成分において十分なゲインを確保することと、位相余有を確保して系の安定性を保つことである。 In this open-loop frequency response characteristic, the frequency at which the gain characteristic is 0 [dB] is called a gain crossing frequency, and the difference between the phase characteristic at that time and −180 ° is called a phase margin (see FIG. 6B). . The phase margin represents the stability of the control system, and is desirably a large value. That is, in the optical disk recording / reproducing apparatus, the role of the controller is to ensure a sufficient gain in the main frequency component of the error signal and to maintain the stability of the system by ensuring the phase margin.
携帯型光学ディスク記録再生装置などにおいては、持ち運びながら動作させられることが想定される。このような用途を想定した場合、据え置き型の光学ディスク記録再生装置などに比べ、振動などの低い周波数の外乱が大きくなることが予想される。この振動の影響を小さくするためには、図7に示すように、制御系の低周波帯域例えば100Hzにおけるゲインを、従来のものより増大させる必要がある。 In a portable optical disk recording / reproducing apparatus or the like, it is assumed that it can be operated while being carried. Assuming such an application, it is expected that disturbances at a low frequency such as vibration will be larger than those of a stationary optical disk recording / reproducing apparatus. In order to reduce the influence of this vibration, as shown in FIG. 7, it is necessary to increase the gain in the low frequency band of the control system, for example, 100 Hz, as compared with the conventional one.
また、光学ディスク記録再生装置において、データ伝送レートの増大を目的として、ディスクの回転速度をより速くすることがある。ディスクの回転速度を速くすることは、ディスクの偏心等に由来する外乱の周波数の上昇を引き起こす。この影響を小さくするためには、図8に示すように、従来のものより高い周波数での制御系のゲインを増大する必要がある。 Also, in the optical disk recording / reproducing apparatus, the rotational speed of the disk may be increased for the purpose of increasing the data transmission rate. Increasing the rotational speed of the disk causes an increase in the frequency of disturbances originating from the eccentricity of the disk. In order to reduce this influence, as shown in FIG. 8, it is necessary to increase the gain of the control system at a higher frequency than the conventional one.
これらの性能を満足させるために、従来の構成による制御器130では、下記のようになされている。低周波帯域でのゲインをより大きくするために、低域強調フィルタ131の低域強調周波数を高く設定する。低域強調フィルタ131の伝達関数における係数cを小さくすることに相当する。
In order to satisfy these performances, the
しかしながら、この手法による低周波帯域のゲイン改善は、高周波帯域の位相進み遅れ補償に影響を及ぼし、その結果、位相余有が悪化し、アクチュエータの動作が不安定になるという問題が生じる。 However, the gain improvement in the low frequency band by this method affects the phase lead / lag compensation in the high frequency band, resulting in a problem that the phase margin is deteriorated and the operation of the actuator becomes unstable.
この発明に係る光学ディスク記録再生装置は、位相余有を悪化させることなく低周波帯域のゲインを増強させることができる制御器を用いることを特徴とする。この制御器は低域強調フィルタを2つ以上用いることを特徴とする。この発明は、低域強調フィルタのカットオフ周波数以上の減衰を急峻なものとすることで、低周波帯域でのゲインを増強することを可能としている。さらに、この制御系の特性を決定付ける極を、最適な位置に配置するパラメータ設計手法を用いることで、低周波帯域のゲインをより増強させる制御器を実現することができる。 The optical disk recording / reproducing apparatus according to the present invention is characterized by using a controller capable of increasing the gain in the low frequency band without deteriorating the phase margin. This controller is characterized by using two or more low-frequency emphasis filters. The present invention makes it possible to increase the gain in the low frequency band by making the attenuation above the cutoff frequency of the low frequency emphasis filter steep. Furthermore, by using a parameter design method in which poles that determine the characteristics of the control system are arranged at optimal positions, a controller that further enhances the gain in the low frequency band can be realized.
この制御器によりアクチュエータを制御したときの周波数依存性を示すものを、開ループ周波数応答特性と呼ぶ。ゲイン特性は、横軸に示す周波数成分における誤差信号の抑圧能力を示しており、ゲインが大きいほどその周波数における誤差を小さくできることを示している。 What shows the frequency dependence when the actuator is controlled by this controller is called an open loop frequency response characteristic. The gain characteristic indicates the error signal suppression capability in the frequency component indicated on the horizontal axis, and indicates that the error at the frequency can be reduced as the gain increases.
また、この開ループ周波数応答特性において、ゲイン特性が0〔dB〕となる周波数をゲイン交差周波数と呼び、そのときの位相特性の−180°との差を位相余有と呼ぶ(図6B参照)。位相余有は、その制御系の安定性を表しており、大きな値となることが望ましい。すなわち、光学ディスク記録再生装置において、制御器の役割とは、誤差信号の主たる周波数成分において十分なゲインを確保することと、位相余有を確保して系の安定性を保つことである。 In this open-loop frequency response characteristic, the frequency at which the gain characteristic is 0 [dB] is called a gain crossing frequency, and the difference between the phase characteristic at that time and −180 ° is called a phase margin (see FIG. 6B). . The phase margin represents the stability of the control system, and is desirably a large value. That is, in the optical disk recording / reproducing apparatus, the role of the controller is to ensure a sufficient gain in the main frequency component of the error signal and to maintain the stability of the system by ensuring the phase margin.
以下、制御器のパラメータ設計手法について説明する。上述した光学ディスク記録再生装置の制御系(図1参照)の離散系表記でのブロック図を図9に示す。制御系は、制御器13に対応する制御器ブロック141と、アクチュエータに相当するアクチュエータ要素143との間に接続された、制御器の演算による遅れ時間を表すむだ時間要素143とからなる。アクチュエータ要素は、0 次ホールドとアクチュエータの両者を表現している。制御器13は、2 つの低域強調フィルタ111,112と1 つの位相進み遅れ補償フィルタ121を整理して1 つの要素として表現しており、係数c、係数dは複素数の値も取ることが可能としている。制御器ブロック141の伝達関数から分かるように、制御器13は、3個以上の極(分母を0とするzの値であり、重根のaとbとの3つである)と、3個以上の零点(分子を0とするzの値であり、c,d,eとの3つである)とを有する。また、ここでは、図2における係数a1とa2とを同じ値(a)とした。
Hereinafter, the controller parameter design method will be described. FIG. 9 shows a block diagram in a discrete system notation of the control system (see FIG. 1) of the optical disk recording / reproducing apparatus described above. The control system includes a
図9に示す制御系の閉ループ伝達関数は、各要素の伝達関数を乗算した式(1)により表され、これは、式(2)のように変形することが可能である。ここで、式(1)と式(2)の極が一致するように係数比較式を解くことによって、所望の極を実現するためのパラメータを算出することができる。 The closed loop transfer function of the control system shown in FIG. 9 is expressed by Expression (1) obtained by multiplying the transfer function of each element, and can be modified as Expression (2). Here, a parameter for realizing a desired pole can be calculated by solving the coefficient comparison expression so that the poles of the expressions (1) and (2) match.
但し、係数C1〜C5は、下記の式(9)で表すものである。 However, the coefficients C 1 to C 5 are expressed by the following formula (9).
ここで、図9に示す制御器ブロック141の伝達関数は、式(10)に示すものに変形できる。したがって、制御器を実現するに際して、係数a,Kp,b,cde,cd+de+ce,c+d+eが求められればよい。aの値は、低域強調を必要とする周波数から任意の値に設定してよい。また、このような離散系の場合、極の位置は、z平面上の位置で表される。ここで、z平面とは、実数を表す横軸(実軸)と、虚数を表す縦軸(虚軸)とからなる平面のことを指す。このとき実軸上に極があると、系は振動的でなくなり安定した系を実現しやすい。そこで、このz平面において、極p1,p2,p3,p4,p5を実
軸上の所定の位置に定めたとき、係数a,Kp,b,cde,cd+de+ce,c+d+eの各値は、それぞれ、上述した式(4)〜式(8)から求めることができる。
Here, the transfer function of the
従来の構成の制御器130による制御系の周波数応答特性の一例を図10において破線で示す。この周波数応答特性は、下記のように係数等を設定したものである。
An example of the frequency response characteristic of the control system by the
アクチュエータのゲイン(Gp=4.7×108)
サンプリング周期=2.0×10-6
低域カットオフ周波数に相当する値a=0.999874
低域強調周波数に相当する値c=0.996237
位相進み周波数に相当する値d=0.981326
位相遅れ周波数に相当する値b=0.843963
演算による遅れ時間を表すむだ時間要素における係数α=0.65
Actuator gain (Gp = 4.7 × 10 8 )
Sampling cycle = 2.0 × 10 −6
Value corresponding to the low frequency cut-off frequency a = 0.999874
Value corresponding to low frequency emphasis frequency c = 0.996237
Value corresponding to phase advance frequency d = 0.81326
Value corresponding to phase lag frequency b = 0.833963
Coefficient α in the dead time element that represents the delay time by calculation = 0.65
上述したように、携帯型光学ディスク記録再生装置などの用途を想定した場合、振動などの低い周波数の外乱が大きくなることが予想され、この振動の影響を小さくするためには、制御系の低周波帯域例えば100Hzにおけるゲインを、従来のものより増大させる必要がある。例えば100Hzにおけるゲインを20〔dB〕増強させるものとする。 As described above, when an application such as a portable optical disk recording / reproducing apparatus is assumed, disturbances at low frequencies such as vibration are expected to increase. In order to reduce the influence of this vibration, the control system must be low. It is necessary to increase the gain in a frequency band, for example, 100 Hz, as compared with the conventional one. For example, the gain at 100 Hz is increased by 20 [dB].
このとき、この従来の構成(図3)による制御器130において、係数cの値を小さくすることによって低域強調周波数を高くする。図10A中の実線のような振幅特性とすることによって低域ゲインを増強できる。しかしながら、図10Bに示す位相特性(実線)から分かるように、この方法の場合、位相余有が小さくなる。上述した低周波帯域での条件を満たすためには、位相余有がなくなってしまい、安定した系を実現できない問題が生じる。
At this time, in the
図11は、従来の構成の制御器130において、低域ゲインを増強を10〔dB〕程度とした場合の振幅特性(図11A)および位相特性(図11B)を示す。この場合では、位相余有を適度に確保されている。すなわち、従来の構成の制御器130の場合、現実には、10〔dB〕程度の増強が限界である。
FIG. 11 shows amplitude characteristics (FIG. 11A) and phase characteristics (FIG. 11B) when the low-frequency gain is increased to about 10 [dB] in the
この発明の一実施の形態における制御器13(図2)の振幅特性の一例を図12に示し、その位相特性の一例を図13に示す。この制御器13を含む制御系(図9と同様)の周波数応答特性を図14A(振幅特性)および図14B(位相特性)に示す。図14Aおよび図14Bのそれぞれにおいて、破線は、従来構成の制御器130を使用した場合で、低域増強を行う前の周波数応答特性を表している。
An example of the amplitude characteristic of the controller 13 (FIG. 2) according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 12, and an example of the phase characteristic is shown in FIG. FIG. 14A (amplitude characteristics) and FIG. 14B (phase characteristics) show frequency response characteristics of a control system (similar to FIG. 9) including the
これらの具体的特性は、制御系の極p1,p2,p3,p4,p5を実軸上の所定の位置に
定めたとき、係数a,Kp,b,cde,cd+de+ce,c+d+eの各値は、それぞれ、上述した式(4)〜式(8)から求めることができる。p1,p2,p3,p4,p5
を連続系において2.5kHzに相当する値とし、係数aを0.999874として得たものである。このとき、式(4)〜式(8)から下記の値が求まる。
These specific characteristics are as follows: the coefficients a, Kp, b, cde, cd + de + ce, c + d + e when the poles p 1 , p 2 , p 3 , p 4 , and p 5 of the control system are determined at predetermined positions on the real axis. Each value can be obtained from the above-described equations (4) to (8). p 1 , p 2 , p 3 , p 4 , p 5
Is a value corresponding to 2.5 kHz in the continuous system, and the coefficient a is 0.998774. At this time, the following values are obtained from the equations (4) to (8).
Kp=5.22672
b=0.832957
cde=0.969873
cd+de+ce=2.93928
c+d+e=2.96940
Kp = 5.22672
b = 0.832957
cde = 0.969873
cd + de + ce = 2.93928
c + d + e = 2.96940
図14Aから分かるように、この発明の一実施の形態では、従来の制御系に比して、低周波帯域例えば100Hzにおけるゲインを従来のものより増大させることができる。例えば100Hzにおけるゲインを20〔dB〕増強することができる。さらに、図14Bの位相特性から分かるように、位相余有が減少することがなく、制御系の安定性が失われることがない。 As can be seen from FIG. 14A, in the embodiment of the present invention, the gain in the low frequency band, for example, 100 Hz, can be increased as compared with the conventional control system as compared with the conventional control system. For example, the gain at 100 Hz can be increased by 20 [dB]. Furthermore, as can be seen from the phase characteristics of FIG. 14B, the phase margin does not decrease and the stability of the control system is not lost.
上述したこの発明の一実施の形態によれば、ゲイン交差周波数の1/20以下の周波数帯域において、ゲインが60〔dB〕以上となるような制御系を実現することができる。図15に示すように、ゲイン交差周波数が例えば4.5kHzの場合、その1/20の周波数が225Hzとなり、周波数が225Hzにおいてゲインを69〔dB〕とすることができる。 According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to realize a control system in which the gain is 60 [dB] or more in a frequency band of 1/20 or less of the gain crossover frequency. As shown in FIG. 15, when the gain crossover frequency is 4.5 kHz, for example, 1/20 of the frequency is 225 Hz, and the gain can be 69 [dB] when the frequency is 225 Hz.
一方、従来の制御器を使用したサーボ制御系では、図16に示すように、交差周波数の1/20において、ゲインが55〔dB〕となり、60〔dB〕以上とすることができない。この点からも、この発明による低域増強効果が大きいことが分かる。 On the other hand, in a servo control system using a conventional controller, as shown in FIG. 16, the gain is 55 [dB] at 1/20 of the crossing frequency, and cannot be 60 [dB] or more. Also from this point, it can be seen that the low-frequency enhancement effect of the present invention is large.
上述した式(4)〜式(8)から求められるパラメータは、予め計算されたものを実装しても良いが、図17に示すように、制御パラメータ演算回路16によってパラメータを演算することを可能とし、状況に応じてパラメータを変更するようにしても良い。
Parameters calculated from the above-described equations (4) to (8) may be pre-calculated parameters, but the parameters can be calculated by the control
この発明の一実施の形態の説明から分かるように、この発明では、低域強調フィルタを二段構成とすることによって、ゲイン交差周波数が高くならずに低域ゲインを増強させることができ、外乱等により強いサーボ制御系を構成することができる。これにより、外乱等の存在する環境下で使用可能な光学ディスク記録再生装置を実現することができる。また、より大きな外乱等の発生を伴う高速回転で駆動される光学ディスク記録再生装置を実現することができる。 As can be seen from the description of one embodiment of the present invention, in the present invention, the low-frequency emphasis filter has a two-stage configuration, so that the low-frequency gain can be increased without increasing the gain crossover frequency, and disturbance. A stronger servo control system can be configured. Thereby, it is possible to realize an optical disk recording / reproducing apparatus that can be used in an environment where disturbances and the like exist. Further, it is possible to realize an optical disk recording / reproducing apparatus that is driven at high speed rotation accompanied by occurrence of a larger disturbance or the like.
ゲイン交差周波数を高くしないで低域ゲインを増強できるので、レーザ光の位置を調整するアクチュエータが持つ共振周波数を高い値に設計する必要がなくなり、安価な光学ディスク記録再生装置を実現することができる。さらに、メモリに補正値等のデータを記憶する必要がなく、回路規模の増大を防止でき、安価な光学ディスク記録再生装置を実現することができる。 Since the low-frequency gain can be enhanced without increasing the gain crossover frequency, it is not necessary to design the resonance frequency of the actuator for adjusting the position of the laser light to a high value, and an inexpensive optical disk recording / reproducing apparatus can be realized. . Furthermore, it is not necessary to store data such as correction values in the memory, so that an increase in circuit scale can be prevented and an inexpensive optical disk recording / reproducing apparatus can be realized.
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば上述した一実施の形態では、3個の極と3個の零点を持つディジタルフィルタを使用したが、これに限定されるものではなく、3個以上の極を持つディジタルフィルタであれば良い。また、制御器は、2個の直列接続された低域強調フィルタと、1個の位相進み遅れ補償フィルタとを直列接続するようにしても良い。さらに、3次のフィルタによって制御器を構成しても良い。例えば2個の1次の低域強調フィルタと、1個の位相進み遅れ補償フィルタとを並列接続した構成としても良い。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a digital filter having three poles and three zeros is used. However, the present invention is not limited to this, and any digital filter having three or more poles may be used. Further, the controller may connect two low-frequency emphasis filters connected in series and one phase advance / lag compensation filter in series. Further, the controller may be constituted by a third-order filter. For example, two primary low-frequency emphasis filters and one phase advance / lag compensation filter may be connected in parallel.
1 光学ディスク
2 光学ヘッド
11 誤差信号検出回路
13 制御器
15 アクチュエータ駆動回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記ヘッド部を目標位置に移送するアクチュエータと、
上記目標位置と実際の位置との誤差に比例する誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
上記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号が供給され、上記アクチュエータを駆動する制御信号を生成する制御器と、
上記制御器の出力信号が供給されるアクチュエータの駆動回路とを備え、
上記制御器が第1および第2の低域強調フィルタと、一つの位相進み遅れ補償フィルタとにより構成され、
上記制御器が3個以上の極と3個以上の零点を持つことを特徴とするディスク装置。 A head unit that performs at least one of recording and reproduction of an information signal on a disk-shaped recording medium;
An actuator for transferring the head part to a target position;
Error signal detection means for detecting an error signal proportional to an error between the target position and the actual position;
A controller that is supplied with an error signal detected by the error signal detection means and generates a control signal for driving the actuator;
An actuator drive circuit to which the output signal of the controller is supplied,
The controller is composed of first and second low-frequency emphasis filters and one phase lead / lag compensation filter,
A disk device characterized in that the controller has three or more poles and three or more zeros.
上記目標位置と実際の上記ディスク状記録媒体上の位置との誤差に比例する誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
上記誤差信号検出手段によって検出された誤差信号が供給され、上記アクチュエータを駆動する制御信号を生成する制御器と、
上記制御器の出力信号が供給され、上記アクチュエータを上記目標位置に位置させるアクチュエータの駆動回路とを備え、
上記制御器が第1および第2の低域強調フィルタと、一つの位相進み遅れ補償フィルタとにより構成され、
上記制御器が3個以上の極と3個以上の零点を持つことを特徴とするトラッキングサーボ回路。 An actuator for transferring a head part for recording and reproducing information signals to and from a disk-shaped recording medium to a target position on the disk-shaped recording medium;
Error signal detection means for detecting an error signal proportional to an error between the target position and the actual position on the disc-shaped recording medium;
A controller that is supplied with an error signal detected by the error signal detection means and generates a control signal for driving the actuator;
An output signal of the controller is provided, and an actuator drive circuit for positioning the actuator at the target position,
The controller is composed of first and second low-frequency emphasis filters and one phase lead / lag compensation filter,
A tracking servo circuit, wherein the controller has three or more poles and three or more zeros.
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---|---|---|---|---|
JP2012159964A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Yaskawa Electric Corp | Design method of instruction generation device, manufacturing method of instruction generation device, instruction generation method, instruction generation device, manufacturing method of motor control device, and motor control device |
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2007
- 2007-10-19 JP JP2007272345A patent/JP2009099237A/en active Pending
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