JP2013235625A - 電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置及び方法、並びに速度検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁駆動型アクチュエータの移動中においても速度検出手段を調整することができる電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置を提供する。
【解決手段】 アクチュエータ１０の速度制御装置１は、アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生部２０と、アクチュエータのモデルを用いて駆動電圧信号および駆動電流信号に基づきアクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出部３０と、速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号をアクチュエータに供給する制御部４０と、所定のモデル誤差検出用信号を速度制御信号に重畳させてアクチュエータに供給し、速度検出信号に含まれるモデル誤差検出用信号に起因する成分の信号を取得し、当該信号からアクチュエータとモデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいてモデルを修正するモデル修正部５０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置及び方法、並びに速度検出装置及び方法に関する。

電磁駆動型アクチュエータの速度を検出する技術がある。例えば、特許文献１には、アクチュエータコイルの逆起電力を検出することでアクチュエータの可動部の速度を検出する技術が開示されている。具体的には、当該文献には、光ディスクの情報再生用の対物レンズをアクチュエータで駆動する構成において、逆起電力の検出により対物レンズを含むアクチュエータの可動部の速度を検出し、可動部の速度を制御して対物レンズの振動を抑えることが記載されている。また、アクチュエータコイルの抵抗値が変化した場合にも正確な速度を検出するために、可動部が静止した状態で、速度検出信号が略零となるように速度検出手段の抵抗素子の抵抗値を調整することが記載されている。

特開２００１−２０９９５０号公報

特許文献１に記載の技術では、速度検出手段を調整するのはアクチュエータが静止した状態に限定され、アクチュエータの移動中に速度検出手段を調整することができない。

本発明は、電磁駆動型アクチュエータの移動中においても速度検出手段を調整することができる電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置及び方法、並びに速度検出装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置は、
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置は、
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段とを有する速度制御装置における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電磁駆動型アクチュエータの速度制御方法は、
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法は、
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程とを有する速度制御方法における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、電磁駆動型アクチュエータの移動中においても速度検出手段を調整することができる。

実施の形態１に係る電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る速度検出装置における速度検出方法を説明するためのブロック図である。 実施の形態１の速度検出方法による速度検出信号の周波数特性の一例を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイル抵抗モデルに誤差がある場合の速度検出信号の周波数特性を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイル抵抗モデルに誤差がある場合の速度検出信号の周波数特性を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイルインダクタンスモデルに誤差がある場合の速度検出信号の周波数特性を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイルインダクタンスモデルに誤差がある場合の速度検出信号の周波数特性を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイル抵抗モデルに誤差がある場合の各種信号の時間波形を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイル抵抗モデルに誤差がある場合の各種信号の時間波形を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイルインダクタンスモデルに誤差がある場合の各種信号の時間波形を示す図である。 実施の形態１の速度検出方法におけるコイルインダクタンスモデルに誤差がある場合の各種信号の時間波形を示す図である。 実施の形態１に係る電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置の構成を示すブロック図である。 電圧−電流変換モデルの構成例を示すブロック図である。 逆起電力−速度変換モデルの構成例を示すブロック図である。 モデル誤差検出部の構成例を示すブロック図である。 モデル誤差検出部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１のモデル誤差検出を光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに適用した場合における、コイル抵抗モデル誤差に対する誤差検出特性を示す図である。 実施の形態１のモデル誤差検出を光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに適用した場合における、コイルインダクタンスモデル誤差に対する誤差検出特性を示す図である。 モデル修正制御位相補償部の構成例を示すブロック図である。 モデル誤差検出用信号発生部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１の速度制御装置を光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに適用した場合における、速度制御位相補償部の周波数特性の一例を示す図である。 実施の形態１の速度制御装置を光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに適用した場合における、速度制御の開ループ特性を示す図である。 実施の形態２における電磁駆動型回転型モータの駆動電圧信号に対するモータ角度の周波数特性を示す図である。 実施の形態２における電磁駆動型回転型モータの駆動電圧信号に対するモータ角速度の周波数特性を示す図である。 実施の形態２における駆動電圧信号に対する速度検出信号の周波数特性を示す図である。 実施の形態２における速度制御の開ループ特性を示す図である。 コイル抵抗特性のみを考慮した速度検出方法を実現するための速度検出系を示すブロック図である。 図２７の速度検出系を詳しく示すブロック図である。 光ディスク装置におけるフォーカスアクチュエータの駆動電圧信号に対するアクチュエータ位置の周波数特性を示す図である。 光ディスク装置におけるフォーカスアクチュエータの駆動電圧信号に対するアクチュエータ速度の周波数特性を示す図である。 コイル抵抗特性のみを考慮した速度検出方法を光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに適用した場合における、速度検出信号の周波数特性を示す図である。

電磁駆動型アクチュエータに含まれるコイルの特性としては、コイル抵抗特性およびコイルインダクタンス特性がある。上記特許文献１に記載の速度検出技術では、上記コイル特性のうちコイル抵抗特性のみが考慮されており、コイルインダクタンス特性は考慮されていない。

まず、図２７〜図３１を参照して、コイル特性のうちコイル抵抗特性のみを考慮して電磁駆動型アクチュエータの速度検出を行う場合について説明する。

図２７は、コイル抵抗特性のみを考慮した速度検出方法を説明するためのブロック図である。図２７には、制御対象である電磁駆動型アクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）１０と、アクチュエータ１０を駆動する駆動部７０と、アクチュエータ１０の速度を検出する速度検出部８０とが示されている。

電磁駆動型アクチュエータ１０は、アクチュエータ磁気回路１１と、アクチュエータ機構特性１２とを含む。

駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇが駆動部７０に入力され、駆動部７０は、駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇに応じた駆動電圧信号Ｖｄｒをアクチュエータ磁気回路１１に供給する。

アクチュエータ磁気回路１１は、駆動部７０から供給された駆動電圧信号Ｖｄｒと、後述するアクチュエータ速度ｖとの２つの情報をアクチュエータ磁気回路発生力Ｆに変換する。アクチュエータ磁気回路発生力Ｆは、アクチュエータ機構特性１２に入力され、アクチュエータ位置ｘおよびアクチュエータ速度ｖを所定値に変化させる。すなわち、アクチュエータ１０は、駆動電圧信号Ｖｄｒをアクチュエータ位置ｘやアクチュエータ速度ｖに変換する機能を持つ。

速度検出部８０は、アクチュエータ１０の駆動電圧信号Ｖｄｒおよび駆動電流信号Ｉｄｒの２つの情報から所定の演算を行い、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを出力する。

なお、アクチュエータ１０は、例えば、固定的に設置された固定部と、当該固定部との電磁相互作用により固定部に対して移動する可動部とを有する。例えば、固定部に磁石が設けられ、可動部にコイルが設けられ、当該コイルに通電することで生じる電磁力によって可動部が移動する。アクチュエータ１０のコイルは、アクチュエータの可動部を駆動するためのコイルであり、アクチュエータ駆動コイルとも呼ばれる。一例では、アクチュエータ１０は、可動部に保持された対物レンズを駆動する光ディスク装置のフォーカスアクチュエータである。アクチュエータ磁気回路発生力Ｆは、例えば、アクチュエータ駆動コイルに発生する電磁力であり、アクチュエータ位置ｘおよびアクチュエータ速度ｖは、例えば、それぞれアクチュエータ１０の可動部の位置および速度である。

以下、コイル抵抗特性のみを考慮した速度検出方法について、より詳しく説明する。ここでは、説明を解り易くするため、駆動部７０が倍率１倍の電圧駆動型ドライバであると仮定する。このとき、駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇは、駆動電圧信号Ｖｄｒと等価となる。

アクチュエータ磁気回路１１によって電圧−力変換が行われ、アクチュエータ機構特性１２にアクチュエータ磁気回路発生力Ｆが印加される。アクチュエータ機構特性１２によって、力−位置変換や力−速度変換が行われ、アクチュエータ磁気回路発生力Ｆに応じてアクチュエータ位置ｘやアクチュエータ速度ｖが変化する。アクチュエータ速度ｖは、逆起電力としてアクチュエータ磁気回路１１に影響を及ぼす。速度検出部８０は、アクチュエータ磁気回路１１における駆動電圧信号Ｖｄｒと駆動電流信号Ｉｄｒとアクチュエータ速度ｖとの関係を電気的に模擬したモデルを有し、駆動電圧信号Ｖｄｒおよび駆動電流信号Ｉｄｒを入力とし、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを出力する。

図２８は、図２７の速度検出系を詳しく示すブロック図である。
図２８において、アクチュエータ磁気回路１１は、減算ブロック１１ａ、電圧−電流変換特性１１ｂ、電流−力変換特性１１ｃ、およびアクチュエータ速度−逆起電力変換特性１１ｄを含む。

減算ブロック１１ａは、駆動電圧信号Ｖｄｒからアクチュエータ速度−逆起電力変換特性１１ｄの出力信号を減算し、得られた信号を電圧−電流変換特性１１ｂに出力する。

電圧−電流変換特性１１ｂは、減算ブロック１１ａからの出力信号を駆動電流信号Ｉｄｒに変換する。電圧−電流変換特性１１ｂは、具体的にはアクチュエータ磁気回路１１のアドミタンス特性であり、伝達関数１／（Ｒ＋Ｌｓ）を有する。ここで、Ｒはアクチュエータ駆動コイルの抵抗特性、Ｌはアクチュエータ駆動コイルのインダクタンス特性、ｓはラプラス演算子を示す。

電流−力変換特性１１ｃは、電圧−電流変換特性１１ｂからの駆動電流信号Ｉｄｒをアクチュエータ磁気回路発生力Ｆに変換する。電流−力変換特性１１ｃは、伝達関数Ｋ_ｆを有し、Ｋ_ｆは力定数と呼ばれる量である。

アクチュエータ速度−逆起電力変換特性１１ｄは、アクチュエータ速度ｖを逆起電力に変換して減算ブロック１１ａに出力する。アクチュエータ速度−逆起電力変換特性１１ｄは、電流−力変換特性１１ｃと同一の伝達関数Ｋ_ｆを有する。

速度検出部８０は、電圧−電流変換モデル８０ａ、逆起電力検出部（または減算ブロック）８０ｂ、および逆起電力−速度変換モデル８０ｃを含む。

電圧−電流変換モデル８０ａは、アクチュエータ磁気回路１１における電圧−電流変換特性を模擬したモデルであり、駆動電圧信号Ｖｄｒを駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇに変換する。電圧−電流変換モデル８０ａは、具体的にはアクチュエータ磁気回路１１のアドミタンス特性を電気的に模擬したものである。電圧−電流変換モデル８０ａは、伝達関数１／Ｒ’を有する。ここで、Ｒ’は、アクチュエータ駆動コイルの抵抗特性Ｒを模擬したコイル抵抗モデルである。

逆起電力検出部８０ｂは、駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇから駆動電流信号Ｉｄｒを減算して逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを出力する。

逆起電力−速度変換モデル８０ｃは、アクチュエータ磁気回路１１におけるアクチュエータ速度と逆起電力との関係を模擬したモデルであり、逆起電力検出部８０ｂからの逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに変換して出力する。逆起電力−速度変換モデル８０ｃは、伝達関数Ｒ’／Ｋ_ｆ’を有する。ここで、Ｋ_ｆ’は、アクチュエータ１０の力定数Ｋ_ｆを模擬したものである。

図２８のブロック図をもとに、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを定式化すると、次式が得られる。

式２の右辺を駆動電圧信号Ｖｄｒとアクチュエータ速度ｖとの２つの情報について整理すると、次式が得られる。

ここで、

である。

式３において、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒに関する信号系と右辺第２項のアクチュエータ速度ｖに関する信号系との和で定義される。右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒに関する信号は、アクチュエータ速度ｖの情報を含まないため、速度検出には不要な外乱信号となる。したがって、式４で示される式３右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒの係数である関数ＥＲ（ｓ）は、モデル誤差伝達関数として定義できる。

コイル抵抗モデルＲ’と実際のコイル抵抗Ｒとの誤差を修正して一致させた場合は、（Ｒ−Ｒ’）＝０となるため、式４は以下の通りとなる。

式６は、カットオフ周波数Ｒ／（２πＬ）［Ｈｚ］の微分特性となる。したがって、高周波域になるほど、速度検出系の外乱情報であるモデル誤差伝達関数ＥＲ（ｓ）の振幅が増大し、速度検出特性に悪影響を及ぼす。結果として、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの高周波域の情報は、外乱情報が支配的になるため、速度情報として使用できず、安定な速度制御を実現するには、これを除去する必要がある。

以下、上記について、光ディスク装置のフォーカスアクチュエータを例にとって検証する。図２９は、光ディスク装置のフォーカスアクチュエータの駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するアクチュエータ位置ｘ［ｍ］の周波数特性を示す図である。図２９には、ゲイン特性Ｇ１および位相特性Ｐ１が示されている。このアクチュエータのアクチュエータ機構特性１２は、一般的な２次系であり、共振周波数が約６０Ｈｚ、共振Ｑ値は約１０ｄＢ、低域ゲインは約−６５ｄＢである。このアクチュエータのアクチュエータ磁気回路１１の動特性を決定するパラメータは以下の通りである。
コイル抵抗

コイルインダクタンス

力定数

図３０は、光ディスク装置のフォーカスアクチュエータの駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するアクチュエータ速度ｖ［ｍ／ｓ］の周波数特性を示す図である。図３０には、ゲイン特性Ｇ２および位相特性Ｐ２が示されている。図３０の周波数特性は、図２９の微分特性であり、アクチュエータ機構特性１２の共振周波数６０Ｈｚをピークとした１次（２０ｄＢ／ＤＥＣ）の傾斜を持つ山型のゲイン特性を有する。また、図３０の周波数特性は、アクチュエータ磁気回路１１のコイルインダクタンスＬの影響で、カットオフ周波数が約５０ｋＨｚの１次のローパスフィルタが加味された特性となっている。

図３１は、光ディスク装置のフォーカスアクチュエータに上記速度検出を適用した場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図３１には、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのゲイン特性Ｇ３および位相特性Ｐ３が実線で示されている。また、比較のために、図３０で示された駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するアクチュエータ速度ｖ［ｍ／ｓ］のゲイン特性Ｇ２および位相特性Ｐ２が破線で示されている。図３１において、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの特性は、１００Ｈｚ以下の帯域では、ほぼアクチュエータ速度ｖと同一特性となっているが、３００Ｈｚにおいて谷特性となり、３００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの帯域において微分特性となり、実際のアクチュエータ速度ｖと著しく異なった特性となっている。この特性は、式３を良く再現している。すなわち、低周波域では式３右辺第２項のアクチュエータ速度ｖの項が支配的で、高周波域では式３右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒの項による外乱特性が支配的となっている。この微分特性のゲインが破線で示した実際の速度のゲインより大きい値をとる。このため、例えば、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇをそのまま負帰還して制振制御を行う場合、制振制御ループの安定条件が損なわれて発振するため、十分な制振制御特性を実現することが難しい。

なお、式３および式４から分かるように、コイル抵抗モデルＲ’と実際のコイル抵抗Ｒとの誤差（Ｒ−Ｒ’）が大きいほど、式３右辺第１項の外乱信号が大きくなり、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの誤差が大きくなる。また、アクチュエータ駆動コイルの抵抗Ｒは、温度等によって変化する。したがって、正確な速度検出を行うためには、誤差が無くなるようにコイル抵抗モデルＲ’を修正する必要がある。コイル抵抗モデルＲ’の修正方法としては、例えば特許文献１のように、アクチュエータが静止した状態で、速度検出信号が零になるようにコイル抵抗モデルＲ’を修正する方法がある。しかし、この修正方法では、アクチュエータの移動中にコイル抵抗モデルＲ’を修正することができない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置１の構成を示すブロック図である。図１には、制御対象である電磁駆動型アクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）１０と、アクチュエータ１０の速度制御を行う速度制御装置１とが示されている。アクチュエータ１０は、図２７および図２８に示されるものと同様のものである。アクチュエータ１０については、図２７および図２８と同一の符号を付し、説明を省略する。

速度制御装置１は、速度目標信号発生部２０、速度検出部３０、制御部４０、およびモデル修正部５０を有する。速度制御装置１は、制御対象であるアクチュエータ１０の速度ｖを速度検出部３０にて観測し、観測された速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを速度目標信号発生部２０の出力に追従させる閉ループ制御構成を有する。具体的には、速度制御装置１は、いわゆるセンサレス速度制御装置であり、逆起電力を検出することによりアクチュエータ速度を検出するものである。以下、図１を参照して、速度制御装置１の構成を説明する。

速度目標信号発生部２０は、アクチュエータ１０の速度制御における速度目標信号ｖ＿ｒｅｆを生成して出力する。

速度検出部３０は、アクチュエータ１０のモデルを用いて、アクチュエータ１０の駆動電圧信号Ｖｄｒおよび駆動電流信号Ｉｄｒに基づき、アクチュエータ１０の速度を検出して、アクチュエータ１０の速度を示す速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを生成して出力する。具体的には、速度検出部３０は、いわゆるセンサレス速度検出を行うものであり、逆起電力を検出することにより速度検出を行う。

制御部４０は、速度目標信号ｖ＿ｒｅｆと速度検出信号ｖ＿ｓｉｇとの誤差に応じた速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇをアクチュエータ１０に供給する。これにより、アクチュエータ１０の速度ｖが速度目標信号ｖ＿ｒｅｆになるように駆動制御される。

モデル修正部５０は、所定のモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇを速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇに重畳させてアクチュエータ１０に供給し、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに含まれるモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇに起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号からアクチュエータ１０と上記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて上記モデルを修正する。

上記速度検出部３０およびモデル修正部５０により、本実施の形態に係る速度検出装置２が構成される。

図１の例では、制御部４０は、速度誤差検出部４１、速度制御位相補償部４２、加算部４３、および駆動部４４を含む。

速度誤差検出部４１は、速度目標信号ｖ＿ｒｅｆと速度検出信号ｖ＿ｓｉｇとの誤差を示す速度誤差信号ｖ＿ｅｒを検出する。具体的には、速度誤差検出部４１は、減算機能を有し、速度目標信号ｖ＿ｒｅｆから速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを減算して速度誤差信号ｖ＿ｅｒを生成する。

速度制御位相補償部４２は、速度誤差信号ｖ＿ｅｒに対して位相補償を行って速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇを出力する。具体的には、速度制御位相補償部４２は、速度誤差信号ｖ＿ｅｒをフィルタリングして、速度追従制御ループが安定に機能するように位相補償された信号である速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇを生成する。

加算部４３は、速度制御位相補償部４２から出力される速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇと、モデル修正部５０から出力されるモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇとを加算して、駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇを出力する。

駆動部４４は、駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇに応じた駆動電圧信号Ｖｄｒをアクチュエータ１０に供給する。すなわち、駆動制御指令信号ｃｏｎｔ＿ｓｉｇ（速度制御信号ｖ＿ｃｏｎｔ＿ｓｉｇおよびモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇ）は、駆動部４４を介して、駆動電圧信号Ｖｄｒに変換されてアクチュエータ１０に供給される。

本例では、モデル修正部５０は、上記速度誤差検出部４１により検出される速度誤差信号ｖ＿ｅｒを誤差検出用成分信号として取得し、当該速度誤差信号ｖ＿ｅｒからモデル誤差信号の検出を行う。

上記構成により、アクチュエータ１０の速度ｖを速度目標信号発生部２０で設定された出力波形に追従させる閉ループ制御が実現する。

図２は、実施の形態１に係る速度検出装置２における速度検出方法を説明するためのブロック図である。以下、図２を参照して、速度検出装置２の速度検出方法について説明する。

図２において、アクチュエータ磁気回路１１は、減算ブロック１１ａ、電圧−電流変換特性１１ｂ、電流−力変換特性１１ｃ、およびアクチュエータ速度−逆起電力変換特性１１ｄを含む。これらは、図２８に示されたものと同様のものであり、ここではこれらの説明を省略する。

速度検出部３０は、電圧−電流変換モデル３０ａ、逆起電力検出部（または減算ブロック）３０ｂ、および逆起電力−速度変換モデル３０ｃを含む。

電圧−電流変換モデル３０ａは、アクチュエータ１０の磁気回路特性（具体的には、アクチュエータ磁気回路１１における電圧−電流変換特性）をコイル抵抗モデルＲ’およびコイルインダクタンスモデルＬ’で模擬したモデルであり、アクチュエータの駆動電圧信号Ｖｄｒをアクチュエータの駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇに変換する。ここで、コイル抵抗モデルＲ’は、アクチュエータ駆動コイルの抵抗特性Ｒを模擬したモデルであり、コイルインダクタンスモデルＬ’は、アクチュエータ駆動コイルのインダクタンス特性Ｌを模擬したモデルである。電圧−電流変換モデル３０ａは、具体的にはアクチュエータ磁気回路１１のアドミタンス特性を電気的に模擬したものである。電圧−電流変換モデル３０ａは、伝達関数１／（Ｒ’＋Ｌ’ｓ）を有する。

逆起電力検出部３０ｂは、駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇから駆動電流信号Ｉｄｒを減算して逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを出力する。

逆起電力−速度変換モデル３０ｃは、アクチュエータ１０の磁気回路特性（具体的には、アクチュエータ磁気回路１１におけるアクチュエータ速度と逆起電力との関係）を模擬したモデルであり、逆起電力検出部３０ｂからの逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに変換して出力する。逆起電力−速度変換モデル３０ｃは、伝達関数Ｒ’／Ｋ_ｆ’を有する。ここで、Ｋ_ｆ’は、アクチュエータ１０の力定数Ｋ_ｆを模擬したものである。

このように、図２の速度検出系は、図２８のものに対し、コイル抵抗モデルＲ’のみならず、コイルインダクタンスモデルＬ’を考慮した点が異なっている。

図２のブロック図をもとに、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを定式化すると、次式が得られる。

式１０の右辺を駆動電圧信号Ｖｄｒとアクチュエータ速度ｖとの２つの情報について整理すると、次式が得られる。

ここで、

である。

また、

である。

式１１において、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒに式１２で定義された伝達関数を乗算した関数系と、右辺第２項のアクチュエータ速度ｖに式１３で定義された伝達関数を乗算した関数系との和である。したがって、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇをアクチュエータ速度ｖのみの関数にするには、少なくとも式１２で定義された伝達関数を恒等的に零になるように設定する必要がある。

式１２で定義された伝達関数ＥＲ（ｓ）は、アクチュエータ駆動コイルの抵抗特性Ｒおよびインダクタンス特性Ｌ、そしてアクチュエータ磁気回路のインピーダンス特性のパラメータ特性を電気的に模擬した磁気回路モデルであるコイル抵抗モデルＲ’およびコイルインダクタンスモデルＬ’の４つの量をパラメータとした２次の伝達関数である。式１２の右辺において、ラプラス演算子の零次項の係数は（Ｒ−Ｒ’）、一次項の係数は（Ｌ−Ｌ’）であり、いずれの項もアクチュエータ駆動コイルのインピーダンス特性のパラメータＲ，ＬとそのモデルＲ’，Ｌ’との誤差を係数としている。したがって、伝達関数ＥＲ（ｓ）は、アクチュエータ磁気回路特性とそれを模擬したモデルとの誤差を表すモデル誤差伝達関数として定義できる。例えば、アクチュエータ磁気回路特性とそれを模擬したモデルとの誤差が零の場合、

であり、モデル誤差伝達関数ＥＲ（ｓ）は恒等的に零となる。したがって、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇをアクチュエータ速度ｖのみの関数にするには、アクチュエータ磁気回路特性とそれを模擬したモデルとの誤差を恒等的に零になるように設定する必要がある。

ところが、アクチュエータ磁気回路特性であるコイル抵抗値Ｒやコイルインダクタンス値Ｌは、使用条件や使用環境によって時々刻々と変化する。例えば、コイル抵抗値Ｒは、温度によって変動し、コイルインダクタンス値Ｌは、駆動コイルと磁石との位置関係で変動する。したがって、正確な速度を検出するには、変動するコイル抵抗やコイルインダクタンスと各々のモデルとの誤差（以下、「モデル誤差」という）を検出し、この誤差を修正する手段が必要となる。

次に、上記モデル誤差が速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに及ぼす影響について説明する。ここでは、前述の光ディスク装置のフォーカスアクチュエータを例にとって説明する。

図３は、前述のフォーカスアクチュエータに本実施の形態の速度検出を適用した場合であって、コイル抵抗およびコイルインダクタンスのモデル誤差が共に零の場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図３には、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのゲイン特性Ｇ４および位相特性Ｐ４が実線で示されている。また、比較のために、図３０で示された駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するアクチュエータ速度ｖ［ｍ／ｓ］のゲイン特性Ｇ２および位相特性Ｐ２が破線で示されている。本実施の形態による速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、ほぼアクチュエータ速度ｖと同一特性となっており、速度検出信号として使用することができる。約５０ｋＨｚ以上の帯域において、本実施の形態の速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの特性は、ローパスフィルタ特性となる。この特性は、式１１を良く再現している。この場合、モデル誤差が無いので、式１１右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒによる外乱特性は零であり、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、式１１右辺第２項のアクチュエータ速度ｖに関する信号のみになっている。アクチュエータ速度ｖの係数は式１３のローパスフィルタ特性であり、このフィルタのカットオフ周波数はＲ／（２πＬ）［Ｈｚ］で、値を代入して計算すると約５０ｋＨｚとなり、図３の特性と一致している。

つぎに、コイル抵抗値Ｒとコイル抵抗モデルＲ’との誤差が速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに及ぼす影響について説明する。

図４は、コイルインダクタンスモデルの誤差は零で、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対して大きい場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図４には、モデル誤差が零の場合におけるゲイン特性Ｇ５および位相特性Ｐ５が実線で、モデル誤差が＋１％（Ｒ’＝１．０１Ｒ）の場合におけるゲイン特性Ｇ６および位相特性Ｐ６が破線で、モデル誤差が＋５％（Ｒ’＝１．０５Ｒ）の場合におけるゲイン特性Ｇ７および位相特性Ｐ７が一点鎖線で示されている。

図５は、コイルインダクタンスモデルの誤差は零で、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対して小さい場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図５には、モデル誤差が零の場合におけるゲイン特性Ｇ８および位相特性Ｐ８が実線で、モデル誤差が−１％（Ｒ’＝０．９９Ｒ）の場合におけるゲイン特性Ｇ９および位相特性Ｐ９が破線で、モデル誤差が−５％（Ｒ’＝０．９５Ｒ）の場合におけるゲイン特性Ｇ１０および位相特性Ｐ１０が一点鎖線で示されている。

図４、図５ともに、コイル抵抗モデルの誤差が発生すると、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇには、式１１の右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒに関する外乱信号成分が混入する。

この場合、

であり、モデル誤差伝達関数ＥＲ（ｓ）は、式１２と式１４から、以下の通りとなる。

上記のように、コイル抵抗モデルＲ’の誤差は、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに混入する外乱信号として現れる。その外乱信号は、駆動電圧信号Ｖｄｒに対し式１８で示す２次のローパスフィルタ特性を介した信号となる。コイル抵抗モデルＲ’の誤差が大きいほど、式１８の２次のローパスフィルタの直流ゲインである（Ｒ−Ｒ’）が大きくなるため、外乱信号の振幅が大きくなる。したがって、コイル抵抗モデルＲ’の誤差を検出したい場合、所定のモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇを駆動電圧信号Ｖｄｒとして印加し、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを観測し、アクチュエータ速度ｖと混入外乱信号とを分離して評価すれば良い。この誤差検出の方法については、後述する。

つぎに、コイルインダクタンスＬとコイルインダクタンスモデルＬ’との誤差が速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに及ぼす影響について説明する。

図６は、コイル抵抗モデルの誤差は零で、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対して大きい場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図６には、モデル誤差が零の場合におけるゲイン特性Ｇ１１および位相特性Ｐ１１が実線で、モデル誤差が＋１％（Ｌ’＝１．０１Ｌ）の場合におけるゲイン特性Ｇ１２および位相特性Ｐ１２が破線で、モデル誤差が＋５％（Ｌ’＝１．０５Ｌ）の場合におけるゲイン特性Ｇ１３および位相特性Ｐ１３が一点鎖線で示されている。

図７は、コイル抵抗モデルの誤差は零で、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対して小さい場合における、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図７には、モデル誤差が零の場合におけるゲイン特性Ｇ１４および位相特性Ｐ１４が実線で、モデル誤差が−１％（Ｌ’＝０．９９Ｌ）の場合におけるゲイン特性Ｇ１５および位相特性Ｐ１５が破線で、モデル誤差が−５％（Ｌ’＝０．９５Ｌ）の場合におけるゲイン特性Ｇ１６および位相特性Ｐ１６が一点鎖線で示されている。

図６、図７ともに、コイルインダクタンスモデルの誤差が発生すると、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇには、式１１の右辺第１項の駆動電圧信号Ｖｄｒに関する外乱信号成分が混入する。

この場合、

であり、モデル誤差伝達関数ＥＲ（ｓ）は、式１２と式１４から、以下の通りとなる。

上記のように、コイルインダクタンスモデルＬ’の誤差は、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに混入する外乱信号として現れる。その外乱信号は、駆動電圧信号Ｖｄｒに対し、式２０で示す２次のローパスフィルタ特性を１次微分した特性、すなわち２次ローパスフィルタのカットオフ周波数をゲインピークとする１次傾斜の山型特性のフィルタを介した信号となる。コイルインダクタンスモデルＬ’の誤差が大きいほど、式２０の山型フィルタの直流ゲインである（Ｌ−Ｌ’）が大きくなるため、外乱信号の振幅が大きくなる。したがって、コイルインダクタンスモデルＬ’の誤差を検出したい場合、所定のモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇを駆動電圧信号Ｖｄｒとして印加し、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを観測し、アクチュエータ速度ｖと混入外乱信号とを分離して評価すれば良い。この誤差検出の方法について、以下に述べる。

以下、実施の形態１に係る速度検出装置２におけるモデル誤差検出方法について説明する。

モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、例えば、振幅±Ａ、周波数ｆの矩形波である。このモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、アクチュエータの速度制御や位置制御にとって外乱信号となる。したがって、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの矩形波の周波数ｆ［Ｈｚ］は、アクチュエータの位置制御や速度制御のクロスオーバ周波数より高い周波数に選択される。また、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの振幅Ａは、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの印加がアクチュエータの位置制御や速度制御に悪影響を及ぼさない大きさに設定される。さらに、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、アクチュエータ１０の直流位置が変動しないよう直流成分を除去した信号に設定される。

図８および図９は、コイルインダクタンスモデルＬ’の誤差が零で、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対し誤差を持っている場合に、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇを駆動電圧信号Ｖｄｒとして印加したときの各種の信号波形を示す図である。図８は、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対し小さい場合の例であり、図９は、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対し大きい場合の例である。

図８および図９には、それぞれ上から、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇ（駆動電圧信号Ｖｄｒ）、式１１右辺第２項のＭａｇ（ｓ）ｖ、式１１右辺第１項のＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ、式１１左辺の速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ、抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１、および位相検波制御信号ｔｉｍ０が示されている。図８および図９において、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、振幅±Ａ［Ｖ］、周期Ｔ［ｓｅｃ］のデューティ比５０％の矩形波である。また、抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１および位相検波制御信号ｔｉｍ０は、ともに論理信号である。

まず、図８について説明する。Ｒ’＜Ｒの場合、同図上から１番目の矩形波の駆動電圧信号Ｖｄｒが印加されると、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、同図上から４番目の波形のような、駆動電圧信号Ｖｄｒと同期し、かつ極性も同じ波形となる。速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、式１１に従う。したがって、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、式１１右辺第１項であるＥＲ（ｓ）Ｖｄｒと、式１１右辺第２項であるＭａｇ（ｓ）ｖとの和である。

Ｍａｇ（ｓ）ｖ波形は、アクチュエータ速度ｖはＶｄｒに対し積分出力、Ｍａｇ（ｓ）は式１３のローパスとなるので、図８のようなＶｄｒ矩形波に同期した三角波となる。Ｍａｇ（ｓ）ｖが零になるのは、Ｖｄｒ矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジに対し時間Ｔ１［ｓｅｃ］だけ遅れたタイミングとなる。時間Ｔ１の定義は、以下の通りである。

ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形は、Ｖｄｒに対し式１２で定義されたＥＲ（ｓ）を乗算したものである。コイル抵抗モデルの誤差量が大きいほどＥＲ（ｓ）の増幅率が増大するため、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅Ｂは大きくなる。したがって、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅情報を検波することで、コイル抵抗モデルの誤差を検出することができる。この振幅情報は、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の擬似矩形波形の波頭部で鈍っている。これはＥＲ（ｓ）が周波数特性を持つためで、式１２の周波数特性を決定するのは式１４で示したＥＲ_０（ｓ）であり、これは２次のローパスフィルタ特性である。いま、Ｌ’＝Ｌ、Ｒ’＝Ｒと仮定すると、

となり、減衰比が恒等的に１となる臨界制動特性をもった２次のローパスフィルタとなる。これは、任意のアクチュエータ磁気回路について成立する。したがって、モデル誤差が零近傍の条件において、モデル誤差伝達関数のＥＲ_０（ｓ）は、臨界制動特性を持った２次のローパスフィルタ特性に漸近する。

図８のＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形におけるＶｄｒ矩形波に対する応答遅れ時間をΔＴ１とすると、ＥＲ_０（ｓ）が臨界制動特性であることからΔＴ１は次式となる。

上記Ｍａｇ（ｓ）ｖが零になるタイミングにおいてＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅情報を得るための条件は、以下の通りとなる。

式２４は、式２３から、次式となる。

式２５は、式２１から、次式となる。

したがって、矩形波の周期Ｔ［ｓｅｃ］は、以下の条件を満たす必要がある。

矩形波の周波数ｆ［Ｈｚ］は、以下の条件を満たす必要がある。

式２７、２８を満たした矩形波をモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇとして印加した場合に、この矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジに対し式２１に示した時間Ｔ１だけ遅延したタイミングで速度検出信号ｖ＿ｓｉｇをサンプルすると、図８の白矢印の振幅が検出される。これは、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒの振幅情報Ｂと同一である。また、このサンプルの際に、取得情報をモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの極性を示す信号ｔｉｍ０で位相検波すれば、黒矢印で示した振幅情報が得られ、これをサンプルホールドすればコイル抵抗モデル誤差に対応した信号（または波形）ｅｒ＿１を検出することができる。図８には、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ波形とあわせて、ｅｒ＿１波形が一点鎖線で示されている。また、図８には、このときの速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのサンプルタイミングが、ｔｉｍ１波形として示されている。信号ｔｉｍ１がハイレベル（Ｈレベル）の時、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのサンプルが行われる。

次に、図９について説明する。Ｒ’＞Ｒの場合は、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形が、図８の場と逆極性となり、Ｖｄｒ矩形波と逆極性となる。図８の場合と同様に、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを信号ｔｉｍ１のタイミングでサンプルホールドすると、図９において速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ波形とともに一点鎖線で示されるような、コイル抵抗モデル誤差に対応した信号ｅｒ＿１が得られる。

図８に示されるように、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対し小さい場合には、信号ｅｒ＿１は、モデル誤差量に対応した正極性の信号となる。また、図９に示されるように、コイル抵抗モデルＲ’がコイル抵抗値Ｒに対し大きい場合には、信号ｅｒ＿１は、モデル誤差量に対応した負極性の信号となる。

図１０および図１１は、コイル抵抗モデルＲ’の誤差が零で、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対し誤差を持っている場合に、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇを駆動電圧信号Ｖｄｒとして印加したときの各種の信号波形を示す図である。図１０は、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対し小さい場合の例であり、図１１は、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対し大きい場合の例である。

図１０および図１１には、それぞれ上から、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇ（駆動電圧信号Ｖｄｒ）、式１１右辺第２項のＭａｇ（ｓ）ｖ、式１１右辺第１項のＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ、式１１左辺の速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ、インダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２、および位相検波制御信号ｔｉｍ０が示されている。図１０および図１１において、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、振幅±Ａ［Ｖ］、周期Ｔ［ｓｅｃ］のデューティ比５０％の矩形波である。また、インダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２および位相検波制御信号ｔｉｍ０は、ともに論理信号である。

まず、図１０について説明する。Ｌ’＜Ｌの場合、同図上から１番目の矩形波の駆動電圧信号Ｖｄｒが印加されると、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、同図上から４番目の波形のような、Ｖｄｒ矩形波と同期し、Ｖｄｒ矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジから所定時間ΔＴ２［ｓｅｃ］だけ遅延した時点でピークをもつ波形となる。速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、式１１に従う。したがって、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、式１１右辺第１項であるＥＲ（ｓ）Ｖｄｒと、式１１右辺第２項であるＭａｇ（ｓ）ｖとの和である。

Ｍａｇ（ｓ）ｖ波形は、図８と同様に、Ｖｄｒ矩形波に同期した三角波となり、Ｍａｇ（ｓ）ｖが零になるのは、Ｖｄｒ矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジに対し時間Ｔ１［ｓｅｃ］だけ遅れたタイミングとなる。

ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形は、Ｖｄｒに対し式１２で定義されたＥＲ（ｓ）を乗算したものである。コイルインダクタンスモデルの誤差量が大きいほど、ＥＲ（ｓ）の増幅率が増大するため、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅Ｃは大きくなる。したがって、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅情報を検波することで、コイルインダクタンスモデルの誤差を検出することができる。このＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形の振幅情報は、Ｖｄｒ矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジに対し、時間ΔＴ２［ｓｅｃ］だけ遅延したタイミングで計測される。このタイミングは、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒ波形がピークを持つタイミングであり、計測される振幅は、コイルインダクタンスモデルＬ’とコイルインダクタンス値Ｌとの誤差に対応した量となる。ΔＴ２の値は、ＥＲ_０（ｓ）が臨界制動特性を持った２次のローパスフィルタ特性であることから、以下のようになる。

式２７、２８を満たした矩形波をモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇとして印加した場合に、この矩形波の立ち上がりおよび立下りの両エッジに対し式２９に示した時間ΔＴ２だけ遅延したタイミングで速度検出信号ｖ＿ｓｉｇをサンプルすると、図１０の白矢印の振幅が検出される。このタイミングで検出される速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの振幅情報は次式となる。

式３０の右辺第２項は、モデル誤差とは無関係なアクチュエータ速度ｖに起因する情報Δｖである。このΔｖは、モデル誤差検出に対する外乱となる。アクチュエータ速度の周波数感度は、共振周波数より高域では周波数に対し１次落ちとなるので、Δｖを小さくするには、ａｄｊ＿ｓｉｇ矩形波の周波数ｆを高く設定すること、すなわち周期Ｔを短く設定することが望ましい。

コイル抵抗モデルの誤差検出の見地から、ａｄｊ＿ｓｉｇ矩形波の周期Ｔおよび周波数ｆは、式２７および２８を満たす必要がある。コイルインダクタンスモデルの誤差検出の条件を考慮すると、以下の条件が最適となる。

コイル抵抗モデルの誤差検出の場合と同様、上記サンプルの際に、取得情報をモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇ（＝Ｖｄｒ矩形波）の極性で位相検波すれば、黒矢印で示した振幅情報が得られ、これをサンプルホールドすればコイルインダクタンスモデル誤差に対応した信号（または波形）ｅｒ＿２を検出することができる。図１０には、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ波形とあわせて、ｅｒ＿２波形が一点鎖線で示されている。また、図１０には、このときの速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのサンプルタイミングが、ｔｉｍ２波形として示されている。信号ｔｉｍ２がハイレベル（Ｈレベル）の時、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのサンプルが行われる。

次に、図１１について説明する。Ｌ’＞Ｌの場合は、ＥＲ（ｓ）Ｖｄｒピーク波形が、図１０の場合と逆極性となり、Ｖｄｒ矩形波と逆極性となる。図１０の場合と同様に、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを信号ｔｉｍ２のタイミングでサンプルホールドすると、図１１において速度検出信号ｖ＿ｓｉｇ波形とともに一点鎖線で示されるような、コイルインダクタンスモデル誤差に対応した信号ｅｒ＿２が得られる。

図１０に示されるように、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対し小さい場合には、信号ｅｒ＿２はモデル誤差量に対応した正極性の信号となる。また、図１１に示されるように、コイルインダクタンスモデルＬ’がコイルインダクタンス値Ｌに対し大きい場合には、信号ｅｒ＿２はモデル誤差量に対応した負極性の信号となる。

上記に説明したモデル誤差検出方法は、直流成分を持たない矩形波信号であるモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇにてアクチュエータ１０を駆動し、当該矩形波に同期したタイミングで速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの信号レベルを検出する方法である。アクチュエータ１０はモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇにて駆動されるので、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは直流成分を持たない。速度検出信号ｖ＿ｓｉｇにモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇに起因する成分以外の信号成分が混入すると、混入した信号はモデル誤差検出にとって外乱となり、モデル誤差検出に検出誤差が発生する。例えば、本実施の形態のように、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに基づいて速度制御を行う場合、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは速度制御ループの追従目標である速度目標信号ｖ＿ｒｅｆ波形となる。この速度目標信号ｖ＿ｒｅｆが一定値である場合、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは直流値を含む信号となるため、このような場合に上記モデル誤差検出方法をそのまま実施すると、モデル誤差検出に大きな検出誤差が発生する。

そこで、本実施の形態では、モデル誤差検出に用いる信号として、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの代わりに、速度誤差信号ｖ＿ｅｒを用いる。

速度誤差信号ｖ＿ｅｒは、次式で表される。

速度制御を機能させた場合、速度制御のクロスオーバ周波数以下の帯域において速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、ほぼ速度目標信号ｖ＿ｒｅｆとなる。したがって、速度制御のクロスオーバ周波数以下の帯域においては、速度誤差信号ｖ＿ｅｒは略零となる。速度制御のクロスオーバ周波数を、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの矩形波の周波数ｆより低い周波数に設定すれば、速度誤差信号ｖ＿ｅｒに含まれるモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの成分はそのままで、同じく速度誤差信号ｖ＿ｅｒに含まれる速度目標信号ｖ＿ｒｅｆの成分を効率的に除去することができる。

この場合、速度誤差信号ｖ＿ｅｒは、ほぼモデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの成分のみとなる。図８〜図１１において、速度検出信号ｖ＿ｓｉｇは、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇの成分のみであるから、−ｖ＿ｅｒと略等価である。

以上、本実施の形態に係る速度検出装置２における速度検出方法およびモデル誤差検出方法について説明した。以下、速度検出装置２を実現するための具体的な構成について説明する。

図１２は、図１の速度検出装置２の構成を示すブロック図である。
図１２において、速度検出部３０は、電圧−電流変換モデル３１、逆起電力検出部（または減算部）３２、修正機能付き逆起電力−速度変換モデル３３を含む。電圧−電流変換モデル３１、逆起電力検出部３２、および逆起電力−速度変換モデル３３は、アクチュエータ磁気回路１１の特性を模擬するものであり、アクチュエータ速度ｖの測定値である速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを検出する機能を持つ。

電圧−電流変換モデル３１は、アクチュエータ１０の磁気回路特性をコイル抵抗モデルＲ’およびコイルインダクタンスモデルＬ’で模擬し、駆動電圧信号Ｖｄｒを駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇに変換するモデルである。具体的には、コイル抵抗モデルＲ’は、初期値を有する可変パラメータであり、修正機能付きコイル抵抗モデルと呼んでもよい。コイルインダクタンスモデルＬ’は、初期値を有する可変パラメータであり、修正機能付きコイルインダクタンスモデルと呼んでもよい。電圧−電流変換モデル３１は、アクチュエータ磁気回路特性を上記２つの可変パラメータで模擬するものであり、修正機能付き電圧−電流変換モデルと呼んでもよい。

逆起電力検出部３２は、駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇから駆動電流信号Ｉｄｒを減算して逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを出力する。

逆起電力−速度変換モデル３３は、アクチュエータ１０の磁気回路特性をコイル抵抗モデルＲ’で模擬し、逆起電力検出信号ｂｍｆ＿ｓｉｇを速度検出信号ｖ＿ｓｉｇに変換するモデルである。具体的には、コイル抵抗モデルＲ’は、初期値を有する可変パラメータであり、修正機能付きコイル抵抗モデルと呼んでもよい。逆起電力−速度変換モデル３３は、アクチュエータ磁気回路特性を上記可変パラメータで模擬するものであり、修正機能付き逆起電力−速度変換モデルと呼んでもよい。

また、図１２において、モデル修正部５０は、モデル誤差検出用信号発生部５１、極性反転部５２、モデル誤差検出部５３、およびモデル修正制御位相補償部５４を含む。

モデル誤差検出用信号発生部５１は、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇと、当該モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇと同期したモデル誤差検出タイミング制御信号ｔｉｍとを出力する。本例では、モデル誤差検出タイミング制御信号ｔｉｍは、３本の論理信号を含み、具体的には、位相検波制御信号ｔｉｍ０と、抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１と、インダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２とを含む。なお、これらの信号ｔｉｍ０、ｔｉｍ１、およびｔｉｍ２は、いずれも図８〜図１１を用いたモデル誤差検出の説明で説明済みの論理信号である。モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇは、加算部４３に供給され、モデル誤差検出タイミング制御信号ｔｉｍ（ｔｉｍ０，ｔｉｍ１，ｔｉｍ２）は、モデル誤差検出部５３に供給される。

極性反転部５２は、速度誤差検出部４１からの速度誤差信号ｖ＿ｅｒの入力を受け、当該速度誤差信号ｖ＿ｅｒの極性を反転させ、極性が反転された速度誤差信号−ｖ＿ｅｒをモデル誤差検出部５３に出力する。

モデル誤差検出部５３は、極性反転部５２から極性が反転された速度誤差信号−ｖ＿ｅｒを受け、モデル誤差検出用信号発生部５１からのモデル誤差検出タイミング制御信号ｔｉｍに基づき、信号−ｖ＿ｅｒから、速度検出部３０のモデルと、実際のアクチュエータ磁気回路１１の特性との誤差を検出し、当該誤差を示すモデル誤差信号ｅｒを出力する。モデル誤差信号ｅｒは、２系統出力であり、抵抗誤差信号ｅｒ＿１およびインダクタンス誤差信号ｅｒ＿２の２系統の信号を含む。

具体的には、モデル誤差検出部５３は、速度誤差信号−ｖ＿ｅｒに対し抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１に基づくタイミングでサンプルを行って抵抗誤差信号ｅｒ＿１を生成する機能と、速度誤差信号−ｖ＿ｅｒに対しインダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２に基づくタイミングでサンプルを行ってインダクタンス誤差信号ｅｒ＿２を生成する機能とを有する。より具体的には、モデル誤差検出部５３は、速度誤差信号−ｖ＿ｅｒを位相検波制御信号ｔｉｍ０で位相検波し、位相検波された信号を抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１に基づくタイミングでサンプルして抵抗誤差信号ｅｒ＿１を生成するとともに、位相検波された信号をインダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２に基づくタイミングでサンプルしてインダクタンス誤差信号ｅｒ＿２を生成する。

モデル修正制御位相補償部５４は、モデル誤差検出部５３から２系統のモデル誤差信号ｅｒ（ｅｒ＿１およびｅｒ＿２）の入力を受け、当該モデル誤差信号ｅｒに対して所定のフィルタ処理を行って、電圧−電流変換モデル３１および逆起電力−速度変換モデル３３を修正するための修正量であるモデル修正信号ｇを生成して速度検出部３０に出力する。

具体的には、モデル修正制御位相補償部５４は、抵抗誤差信号ｅｒ＿１に対して位相補償を行ってコイル抵抗モデルを修正するための抵抗修正信号ｇ１を生成する機能と、インダクタンス誤差信号ｅｒ＿２に対して位相補償を行ってコイルインダクタンスモデルを修正するためのインダクタンス修正信号ｇ２を生成する機能とを有し、生成された抵抗修正信号ｇ１およびインダクタンス修正信号ｇ２を電圧−電流変換モデル３１および逆起電力−速度変換モデル３３に出力する。すなわち、モデル修正制御位相補償部５４は、２系統の入力ｅｒ＿１，ｅｒ＿２に対してそれぞれ処理を行って、２系統の信号ｇ１，ｇ２を出力する。

上記モデル修正制御位相補償部５４からのモデル修正信号ｇにより、速度検出部３０のモデルが修正または更新される。具体的には、電圧−電流変換モデル３１では、抵抗修正信号ｇ１によりコイル抵抗モデルが更新され、インダクタンス修正信号ｇ２によりコイルインダクタンスモデルが更新される。また、逆起電力−速度変換モデル３３では、抵抗修正信号ｇ１によりコイル抵抗モデルが更新される。

図１３（ａ）は、図１２の電圧−電流変換モデル３１を伝達関数表示したブロック図である。電圧−電流変換モデル３１は、アクチュエータ磁気回路１１を模擬するもので、図２の電圧−電流変換モデル３０ａに対応するものである。図１３（ａ）において、電圧−電流変換モデル３１は、伝達関数１／（Ｒ_０ｇ１＋Ｌ_０ｇ２ｓ）を有する。ここで、コイル抵抗モデルＲ’は、その初期値Ｒ_０に抵抗修正信号ｇ１を係数として乗じた形式で表されており、Ｒ’＝Ｒ_０×ｇ１である。また、コイルインダクタンスモデルＬ’は、その初期値Ｌ_０にインダクタンス修正信号ｇ２を乗じた形式で表されており、Ｌ’＝Ｌ_０×ｇ２である。すなわち、コイル抵抗モデルＲ’（＝Ｒ_０×ｇ１）およびコイルインダクタンスモデルＬ’（＝Ｌ_０×ｇ２）は、モデル修正信号ｇによる可変パラメータとして機能する構成となっている。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の伝達関数表示の記述を等価変換したブロック図である。図１３（ｂ）において、電圧−電流変換モデル３１は、減算ブロック３１ａ、除算ブロック３１ｂ、積分ブロック３１ｃ、および乗算ブロック３１ｄを含む。

減算ブロック３１ａは、駆動電圧信号Ｖｄｒから乗算ブロック３１ｄの出力を減算する。

除算ブロック３１ｂは、減算ブロック３１ａの出力を（Ｌ_０×ｇ２）で除算する。ここで、コイルインダクタンスモデル初期値Ｌ_０は、コイルインダクタンス値Ｌを模擬し、インダクタンス修正信号ｇ２は、後述するモデル修正制御によって（Ｌ_０×ｇ２）とＬとの誤差が零に収束するように機能する。

積分ブロック３１ｃは、除算ブロック３１ｂの出力を積分して駆動電流推定値Ｉｄｒ＿ｓｉｇを出力する。

乗算ブロック３１ｄは、積分ブロック３１ｃの出力に（Ｒ_０×ｇ１）を乗算する。ここで、コイル抵抗モデル初期値Ｒ_０は、コイル抵抗値Ｒを模擬し、抵抗修正信号ｇ１は、後述するモデル修正制御によって（Ｒ_０×ｇ１）とＲとの誤差が零に収束するように機能する。

図１４は、図１２の逆起電力−速度変換モデル３３を伝達関数表示したブロック図である。逆起電力−速度変換モデル３３は、アクチュエータ磁気回路１１を模擬するもので、図２の逆起電力−速度変換モデル３０ｃに対応するものである。図１４において、逆起電力−速度変換モデル３３は、伝達関数（Ｒ_０×ｇ１／Ｋ_ｆ’）を有する。ここで、コイル抵抗モデルＲ’は、その初期値Ｒ_０に抵抗修正信号ｇ１を係数として乗じた形式で表されおり、Ｒ’＝Ｒ_０×ｇ１である。すなわち、コイル抵抗モデルＲ’（＝Ｒ_０×ｇ１）は、モデル修正信号ｇによる可変パラメータとして機能する構成となっている。また、コイル抵抗モデル初期値Ｒ_０は、コイル抵抗値Ｒを模擬し、抵抗修正信号ｇ１は、後述するモデル修正制御によって（Ｒ_０×ｇ１）とＲとの誤差が零に収束するように機能する。

以下、モデル誤差を零に収束させるモデル修正制御について説明する。
図１２に示される速度検出装置２にて、閉ループ制御構成によるモデル修正制御が行われる。

モデル誤差検出部５３にて、アクチュエータ１０のコイル抵抗およびコイルインダクタンスと速度検出における各々のモデルとの誤差であるモデル誤差信号ｅｒを検出する。具体的には、駆動電圧信号Ｖｄｒおよび駆動電流信号Ｉｄｒの２つの信号から速度検出信号ｖ＿ｓｉｇが演算され、この速度検出信号ｖ＿ｓｉｇについての速度誤差信号ｖ＿ｅｒを極性反転した信号が、モデル誤差検出部５３に入力される。モデル誤差検出部５３は、極性反転した速度誤差信号−ｖ＿ｅｒを、信号ｔｉｍ０にて位相検波し、信号ｔｉｍ１にてサンプルホールドした信号を抵抗誤差信号ｅｒ＿１として検出し、上記位相検波信号を信号ｔｉｍ２でサンプルホールドした信号をインダクタンス誤差信号ｅｒ＿２として検出し、上記２つのモデル誤差信号ｅｒ（ｅｒ＿１，ｅｒ＿２）を出力する。

モデル修正制御位相補償部５４は、モデル修正制御において位相補償器として機能する。モデル修正制御において、制御対象はコイル抵抗モデル初期値Ｒ_０およびコイルインダクタンスモデル初期値Ｌ_０であり、位相特性を持たない。したがって、モデル修正制御位相補償部５４は、増幅機能を有する積分補償器が好適であり、これにより安定なフィードバック制御ループを構成できる。モデル修正制御位相補償部５４の出力であるモデル修正信号ｇは、前述した２つの修正機能付きモデル３１，３３に入力され、Ｌ_０×ｇ２とＬとの誤差と、Ｒ_０×ｇ１とＲとの誤差が零に収束するように機能する。この独立した２系統のモデル修正制御によって、速度検出系のモデル誤差を常時零に維持することが可能となり、正確な速度検出が実現する。

以下、上記モデル修正制御を実現するための具体的な構成例について説明する。
図１５は、図１２のモデル誤差検出部５３の構成を示すブロック図である。図１５において、モデル誤差検出部５３は、位相検波部５３ａおよびサンプルホールド部５３ｂを含む。位相検波部５３ａは、速度誤差信号の逆極性信号−ｖ＿ｅｒを位相検波制御信号ｔｉｍ０で位相検波する機能を持つ。サンプルホールド部５３ｂは、位相検波部５３ａの出力信号を受け、当該出力信号を２つの誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１，ｔｉｍ２で夫々サンプルホールドし、各々を誤差信号ｅｒ＿１、ｅｒ＿２として出力する。

図１６は、図１５のモデル誤差検出部５３の構成をさらに詳細に示すブロック図である。図１６において、位相検波部５３ａは、極性反転部５３ａ１およびスイッチ部５３ａ２を含む。サンプルホールド部５３ｂは、サンプルホールド部５３ｂ１およびサンプルホールド部５３ｂ２を含む。

位相検波部５３ａにおいて、入力信号である速度誤差信号の逆極性信号−ｖ＿ｅｒは２つの経路に分岐し、ひとつはそのままスイッチ部５３ａ２のＨロジック導通側入力に供給され、もう一方は極性反転部５３ａ１にて極性が反転された後、スイッチ部５３ａ２のＬロジック導通側入力に供給される。スイッチ部５３ａ２の制御入力には位相検波制御信号ｔｉｍ０が供給され、信号ｔｉｍ０がハイレベル（Ｈレベル）の時は信号−ｖ＿ｅｒを、ローレベル（Ｌレベル）の時は極性反転した信号ｖ＿ｅｒをサンプルホールド部５３ｂに出力する。

サンプルホールド部５３ｂにおいて、位相検波部５３ａから入力された信号は２つの経路に分岐し、ひとつはサンプルホールド部５３ｂ１に入力され、もう一方はサンプルホールド部５３ｂ２に入力される。サンプルホールド部５３ｂ１は、入力信号を抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１にてサンプルホールドした信号を、抵抗誤差信号ｅｒ＿１として出力する。サンプルホールド部５３ｂ２は、入力信号をインダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２にてサンプルホールドした信号を、インダクタンス誤差信号ｅｒ＿２として出力する。

図１７および図１８に、図３０で示した周波数特性を有するフォーカスアクチュエータに対し、本実施の形態のモデル誤差検出を適用した場合における、モデル誤差検出部５３の出力を計測した結果を示す。図１７は、コイル抵抗モデル誤差の検出特性を示し、図１８は、コイルインダクタンスモデル誤差の検出特性を示す。

図１７において、横軸はコイル抵抗モデル誤差、縦軸は抵抗誤差信号ｅｒ＿１である。抵抗誤差信号ｅｒ＿１は、コイル抵抗モデル誤差に対し、ほぼ線形に精度良く出力されることが確認できる。このことから、抵抗誤差信号ｅｒ＿１は、コイル抵抗モデル誤差を示すセンサ信号として使用することが可能であることが確認できる。

図１８において、横軸はコイルインダクタンスモデル誤差、縦軸はインダクタンス誤差信号ｅｒ＿２である。インダクタンス誤差信号ｅｒ＿２は、コイルインダクタンスモデル誤差に対し、ほぼ線形に精度良く出力されることが確認できる。このことから、インダクタンス誤差信号ｅｒ＿２は、コイルインダクタンスモデル誤差を示すセンサ信号として使用することが可能であることが確認できる。

図１９は、図１２のモデル修正制御位相補償部５４の構成を示すブロック図である。図１９において、モデル修正制御位相補償部５４は、倍率Ｇ１の増幅部５４ａ、積分部５４ｂ、倍率Ｇ２の増幅部５４ｃ、および積分部５４ｄを含む。モデル修正制御位相補償部５４に対する入力信号は、ｅｒ＿１およびｅｒ＿２の２本であり、夫々の入力に対し、独立した処理系が２つ設定されている。入力ｅｒ＿１は、増幅部５４ａで増幅され、さらに積分部５４ｂにて積分され、抵抗修正信号ｇ１として出力される。入力ｅｒ＿２は、増幅部５４ｃで増幅され、さらに積分部５４ｄにて積分され、インダクタンス修正信号ｇ２として出力される。

図２０は、図１２のモデル誤差検出用信号発生部５１の構成を示すブロック図である。図２０において、モデル誤差検出用信号発生部５１は、矩形波発生部５１ａ、アッテネータ５１ｂ、直流除去部５１ｃ、および誤差検出タイミング信号生成部５１ｄを含む。矩形波発生部５１ａは、デューティ比５０％の論理波形を出力する。その周波数ｆ［Ｈｚ］は、アクチュエータ磁気回路１１のコイル抵抗Ｒ［Ω］およびコイルインダクタンスＬ［Ｈ］の値によって制限を受け、式３２で規定される値に設定されることが望ましい。この論理波形は、位相検波制御信号ｔｉｍ０としてモデル誤差検出部５３に出力される。また、この論理波形は、アッテネータ５１ｂにて所定振幅に減衰され、直流除去部５１ｃにて直流成分が除去された後、モデル誤差検出用信号ａｄｊ＿ｓｉｇとして加算部４３に出力される。また、この論理波形は、誤差検出タイミング信号生成部５１ｄに入力される。誤差検出タイミング信号生成部５１ｄは、入力された論理波形の立ち上がりと立下りとの両エッジタイミングから式２１で定義された時間Ｔ１［ｓｅｃ］だけ遅延したタイミングでハイレベル（Ｈレベル）となる抵抗誤差検出タイミング信号ｔｉｍ１をモデル誤差検出部５３に出力する。さらに、誤差検出タイミング信号生成部５１ｄは、入力された論理波形の立ち上がりと立下りの両エッジタイミングから式２９で定義された時間ΔＴ２［ｓｅｃ］だけ遅延したタイミングでハイレベル（Ｈレベル）となるインダクタンス誤差検出タイミング信号ｔｉｍ２をモデル誤差検出部５３に出力する。

上記において、アクチュエータの高精度な速度検出を実現するための構成を説明したが、速度検出装置２は、２つのモデル修正制御を以下の手順で行うように構成される。

コイルインダクタンスモデル誤差とコイル抵抗モデル誤差とが混在する場合、コイル抵抗モデル誤差の検出タイミングｔｉｍ１において、コイルインダクタンスモデル誤差はコイル抵抗モデル誤差の検出に影響を及ぼさないが、逆にコイルインダクタンスモデル誤差の検出タイミングｔｉｍ２においては、コイル抵抗モデル誤差がコイルインダクタンスモデル誤差の検出に影響を及ぼす。そこで、速度検出装置２は、まずコイル抵抗モデル誤差を検出して修正する制御を行い、コイル抵抗モデル誤差を所定量（例えば零）に収束させた後、コイルインダクタンスモデル誤差を検出して修正する制御を実施する。

以上、本実施の形態に係る速度検出装置２について詳しく説明した。つぎに、図１に戻って、本実施の形態における速度検出信号ｖ＿ｓｉｇを用いた速度制御について説明する。

一つの態様では、アクチュエータ１０は、バネ支持された拘束系アクチュエータである。具体的には、アクチュエータ１０は、バネ支持された可動部を駆動するアクチュエータである。そして、速度制御位相補償部４２は、アクチュエータ１０の共振周波数より低い帯域で機能する２次のラグリードフィルタ特性を有する。

例えば、アクチュエータ１０は、光ディスク装置のフォーカスアクチュエータであり、その駆動電圧信号Ｖｄｒに対するアクチュエータ速度ｖの伝達特性は図３０に示す通りである。

このようなバネ支持された拘束系の制御対象に対し、速度制御ループが所定の直流ゲインを持つ構成として、例えば、速度制御位相補償部４２の周波数特性を図２１に示すような特性に設定する構成を挙げることができる。図２１には、ゲイン特性Ｇ２１および位相特性Ｐ２１が示されている。図２１の周波数特性は、アクチュエータ機構特性１２の共振周波数より低い周波数帯域において２次の積分特性を有し、アクチュエータ機構特性１２の共振周波数より高い周波数帯域において位相特性が零となり単なる増幅器として機能する特性となるものである。

図２２は、速度制御位相補償部４２の周波数特性を図２１の特性に設定した場合における速度制御の開ループ特性を示す図である。図２２には、ゲイン特性Ｇ２２および位相特性Ｐ２２が示されている。図２２に示されるように、クロスオーバ周波数は１ｋＨｚ以上、位相余裕は９０ｄｅｇ、１Ｈｚゲインが５０ｄＢ以上の高性能で安定な速度制御が実現している。

以上の結果から、本実施の形態では、バネ支持された拘束型のアクチュエータをセンサレスで高精度に速度制御する装置を実現することが可能となる。

以上説明した本実施の形態１によれば、下記（１）〜（４）の効果が得られ得る。
（１）本実施の形態に係る速度制御装置は、アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生部と、アクチュエータのモデルを用いて、アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出部と、速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号をアクチュエータに供給する制御部と、所定のモデル誤差検出用信号を速度制御信号に重畳させてアクチュエータに供給し、速度検出信号に含まれるモデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（誤差検出用成分信号）を取得し、当該誤差検出用成分信号からアクチュエータとモデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいてモデルを修正するモデル修正部と、を有する。このため、本実施の形態によれば、アクチュエータの移動中においても、モデルを修正することができ、速度検出部を調整することができる。これにより、高精度な速度検出および速度制御が常時可能となる。

例えば、特許文献１のように、アクチュエータが静止した状態で速度検出部の調整を行う技術は、電磁モータの速度制御などのように常時速度検出が必要な用途などには適用できない。これに対し、本実施の形態に係る速度制御装置は、速度検出中や速度制御中でも速度検出部を調整することができ、常時速度検出が必要な用途にも適用できる。

（２）モデル修正部は、誤差検出用成分信号として、速度誤差検出部により検出される速度誤差信号を取得し、当該速度誤差信号からモデル誤差信号を検出する。本態様によれば、速度制御用の速度誤差信号をモデル誤差検出のための誤差検出用成分信号として利用するので、簡易な構成で誤差検出用成分信号を取得することができる。

（３）速度検出部は、上記モデルとして、アクチュエータのコイルの抵抗特性を模擬するコイル抵抗モデルと、上記コイルのインダクタンス特性を模擬するコイルインダクタンスモデルとを含む。本態様によれば、コイル抵抗特性だけを考慮して速度検出を行う構成よりも、正確なアクチュエータ速度を検出することができる。これにより、例えば、高精度な速度検出および速度制御を実現することが可能となる。また、速度検出信号を負帰還して制振制御する際、良好な制振性能を実現することが可能となる。

（４）モデル修正部は、コイル抵抗モデルの誤差が所定量に収束した後に、コイルインダクタンスモデルの誤差を検出してコイルインダクタンスモデルを修正する制御を開始する。本態様によれば、コイルインダクタンスモデル誤差の検出における、コイル抵抗モデル誤差の影響を回避または軽減することができ、コイルインダクタンスモデル誤差を正確に検出して修正することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、制御対象が拘束のないアクチュエータである場合について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態１に対し、速度制御の制御対象が異なるだけであり、速度制御装置は同様である。以下の説明では、実施の形態１と同様の部分については説明を省略または簡略化し、実施の形態１と同一または対応する要素については同一の符号を付す。

図１において、本例では、アクチュエータ１０は、バネ支持の無い電磁駆動型回転型モータである。以下の説明では、アクチュエータ１０をモータ１０という。

図２３は、モータ１０のモータ駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するモータ角度ｘ［ｒａｄ］の周波数特性を示す図である。図２３には、ゲイン特性Ｇ２３および位相特性Ｐ２３が示されている。このモータ１０のアクチュエータ機構特性１２は、一般的な２次系であり、バネなどの拘束手段がない慣性系であり共振周波数が無いが、低周波域で逆起電力による速度フィードバックにより１次系の特性となっている。このモータ１０のアクチュエータ磁気回路１１の基本構成は、実施の形態１と同等である。

図２４は、モータ１０のモータ駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するモータ角速度ｖ［ｒａｄ／ｓ］の周波数特性を示す図である。図２４には、ゲイン特性Ｇ２４および位相特性Ｐ２４が示されている。図２４の周波数特性は、図２３の微分特性であり、逆起電力の効果で低域がフラットな２次ローパスフィルタ特性となる。

図２５は、速度検出装置２によるモータ駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇの周波数特性を示す図である。図２５には、駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対する速度検出信号ｖ＿ｓｉｇのゲイン特性Ｇ２５および位相特性Ｐ２５が破線で示されている。また、比較のために、図２４で示された駆動電圧信号Ｖｄｒ［Ｖ］に対するモータ角速度ｖ［ｒａｄ／ｓ］のゲイン特性Ｇ２４および位相特性Ｐ２４が実線で示されている。図２５を見ると、位相特性において２ｋＨｚ以上の帯域で若干異なる程度で、両者はほぼ同一の特性となっており、高精度な検出が実現していることが分かる。

制御対象が慣性系であるため、速度制御位相補償部４２の構成は、所定の周波数特性を有するフィルタではなく、単なる増幅機能だけを有するもので良い場合がある。図２６に、速度制御位相補償部４２を単なる増幅器として設定した場合の速度制御の開ループ特性を示す。クロスオーバ周波数は１ｋＨｚ以上、位相余裕が９０ｄｅｇ、１Ｈｚゲインが３５ｄＢ以上の高性能で安定な速度制御が実現している。なお、低域のゲインがさらに要求される場合は、速度制御位相補償部４２を、速度制御ループのクロスオーバ周波数以下で機能するラグリードフィルタ特性を有するもの、例えば、低い周波数帯域において積分特性を有し、高い周波数帯域において位相特性が零となり単なる増幅器として機能するフィルタ特性を有するものとすればよい。

以上の結果から、本実施の形態では、電磁駆動型回転型モータをセンサレスで高精度に速度制御する装置を実現することが可能となる。

上記の説明では、拘束のない電磁駆動型アクチュエータとして電磁駆動型回転型モータを例示したが、これに限られず、例えば、バネなどの拘束がない電磁駆動型リニアモータについても同様に適用可能であり、同様の効果が得られる。

なお、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。

例えば、上記実施の形態では、速度検出信号に含まれるモデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（誤差検出用成分信号）として、速度誤差信号を取得する構成を例示したが、誤差検出用成分信号は、他の方法で取得されてもよい。例えば、モデル修正部は、速度検出信号からハイパスフィルタ等により誤差検出用成分信号を取り出してもよい。

また、上記実施の形態では、速度検出部においてコイル抵抗モデルおよびコイルインダクタンスモデルを用いる構成を例示したが、これに限られず、例えば、速度検出部は、コイル抵抗モデルを用い、コイルインダクタンスモデルを用いない構成であってもよい。この場合、上記（３）の効果は得られないが、上記（１）の効果は得られる。

また、上記実施の形態では、位相検波制御信号ｔｉｍ０により位相検波する構成を例示したが、当該位相検波制御信号ｔｉｍ０による位相検波は省略されてもよい。例えば、モデル誤差検出部５３は、モデル誤差検出用信号の立ち上がりから時間Ｔ１（またはΔＴ２）だけ遅延したタイミングでサンプルを行ってモデル誤差信号を検出し、モデル誤差検出用信号の立下りから時間Ｔ１（またはΔＴ２）だけ遅延したタイミングではサンプルを行わないように構成されてもよい。この場合は、位相検波制御信号ｔｉｍ０による位相検波は不要である。

１ 電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置、 ２ 電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置、 １０ 電磁駆動型アクチュエータ、 １１ アクチュエータ磁気回路、 １２ アクチュエータ機構特性、 ２０ 速度目標信号発生部、 ３０ 速度検出部、 ３１ 電圧−電流変換モデル、 ３２ 逆起電力検出部、 ３３ 逆起電力−速度変換モデル、 ４０ 制御部、 ４１ 速度誤差検出部、 ４２ 速度制御位相補償部、 ４３ 加算部、 ４４ 駆動部、 ５０ モデル修正部、 ５１ モデル誤差検出用信号発生部、 ５２ 極性反転部、 ５３ モデル誤差検出部、 ５４ モデル修正制御位相補償部。

Claims (19)

1. 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、
   前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
   前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段と、
   所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
   を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差を示す速度誤差信号を検出する速度誤差検出手段と、
   前記速度誤差信号に対して位相補償を行って前記速度制御信号を出力する速度制御位相補償手段と、
   前記速度制御位相補償手段からの速度制御信号と、前記モデル修正手段からのモデル誤差検出用信号とを加算して駆動制御指令信号を出力する加算手段と、
   前記駆動制御指令信号に応じた駆動電圧信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する駆動手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
3. 前記モデル修正手段は、前記誤差検出用成分信号として、前記速度誤差検出手段により検出される速度誤差信号を取得することを特徴とする請求項２に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
4. 前記速度検出手段は、前記モデルとして、前記電磁駆動型アクチュエータのコイルの抵抗特性を模擬するコイル抵抗モデルと、前記コイルのインダクタンス特性を模擬するコイルインダクタンスモデルとを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
5. 前記速度検出手段は、
   前記電磁駆動型アクチュエータの磁気回路特性を前記コイル抵抗モデルおよび前記コイルインダクタンスモデルで模擬し、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号を前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電流推定値に変換する電圧−電流変換モデルと、
   前記駆動電流推定値から前記駆動電流信号を減算して逆起電力検出信号を出力する逆起電力検出手段と、
   前記磁気回路特性を前記コイル抵抗モデルで模擬し、前記逆起電力検出信号を前記速度検出信号に変換する逆起電力−速度変換モデルと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
6. 前記モデル修正手段は、前記モデル誤差信号として、前記コイルの抵抗値に対する前記コイル抵抗モデルの誤差を示す抵抗誤差信号と、前記コイルのインダクタンス値に対する前記コイルインダクタンスモデルの誤差を示すインダクタンス誤差信号とを検出し、前記抵抗誤差信号に基づいて前記コイル抵抗モデルを修正し、前記インダクタンス誤差信号に基づいて前記コイルインダクタンスモデルを修正することを特徴とする請求項４または５に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
7. 前記モデル修正手段は、
   前記モデル誤差検出用信号と、抵抗誤差検出タイミング信号と、インダクタンス誤差検出タイミング信号とを発生するモデル誤差検出用信号発生手段と、
   前記誤差検出用成分信号に対し前記抵抗誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルを行って前記抵抗誤差信号を生成する機能と、前記誤差検出用成分信号に対し前記インダクタンス誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルを行って前記インダクタンス誤差信号を生成する機能とを有するモデル誤差検出手段と、
   前記抵抗誤差信号に対して位相補償を行って前記コイル抵抗モデルを修正するための抵抗修正信号を生成する機能と、前記インダクタンス誤差信号に対して位相補償を行って前記コイルインダクタンスモデルを修正するためのインダクタンス修正信号を生成する機能とを有し、前記抵抗修正信号および前記インダクタンス修正信号を前記速度検出手段に出力するモデル修正制御位相補償手段と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
8. 前記モデル誤差検出用信号発生手段は、前記モデル誤差検出用信号の極性を示す位相検波制御信号をさらに発生し、
   前記モデル誤差検出手段は、前記誤差検出用成分信号を前記位相検波制御信号で位相検波し、前記位相検波された信号を前記抵抗誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルして前記抵抗誤差信号を生成するとともに、前記位相検波された信号を前記インダクタンス誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルして前記インダクタンス誤差信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
9. 前記電圧−電流変換モデル、前記逆起電力検出手段、前記逆起電力−速度変換モデル、モデル誤差検出用信号発生手段、モデル誤差検出手段、およびモデル修正制御位相補償手段は、前記電圧−電流変換モデルおよび前記逆起電力−速度変換モデルを前記電磁駆動型アクチュエータの磁気回路に対して追従させる閉ループを構成し、前記コイル抵抗モデルを前記コイルの抵抗値に対して誤差が無くなるように追従させる制御を行う系統と、前記コイルインダクタンスモデルを前記コイルのインダクタンス値に対して誤差が無くなるように追従させる制御を行う系統との独立した２つの系統を有することを特徴とする請求項７または８に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
10. 前記モデル修正手段は、前記コイル抵抗モデルの誤差が所定量に収束した後に、前記コイルインダクタンスモデルの誤差を検出して前記コイルインダクタンスモデルを修正する制御を開始することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
11. 前記モデル誤差検出用信号は、直流成分を持たないデューティ比５０％の矩形波であることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
12. 前記コイルの抵抗値をＲ、前記コイルのインダクタンス値をＬとすると、前記モデル誤差検出用信号の周期Ｔは、次式で表されることを特徴とする請求項１１に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
    

    
13. 前記コイルの抵抗値をＲ、前記コイルのインダクタンス値をＬとすると、前記抵抗誤差検出タイミング信号に基づくタイミングは、前記モデル誤差検出用信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングに対し、次式で表される時間Ｔ１だけ遅延したタイミングであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
    

    
14. 前記コイルの抵抗値をＲ、前記コイルのインダクタンス値をＬとすると、前記インダクタンス誤差検出タイミング信号に基づくタイミングは、前記モデル誤差検出用信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングに対し、次式で表される時間ΔＴ２だけ遅延したタイミングであることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
    

    
15. 前記電磁駆動型アクチュエータは、バネ支持されたアクチュエータであって、前記速度制御位相補償手段は、前記電磁駆動型アクチュエータの共振周波数より低い帯域で機能する２次のラグリードフィルタ特性を有することを特徴とする請求項２から１４のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
16. 前記電磁駆動型アクチュエータは、拘束がないリニアモータまたは回転型モータであって、前記速度制御位相補償手段は、単なる増幅機能または速度制御ループのクロスオーバ周波数以下で機能するラグリードフィルタ特性を有することを特徴とする請求項２から１４のいずれか１項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
17. 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段とを有する速度制御装置における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置であって、
    前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
    所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
    を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置。
18. 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、
    前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
    前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程と、
    所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
    を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度制御方法。
19. 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程とを有する速度制御方法における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法であって、
    前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
    所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号（以下、「誤差検出用成分信号」という）を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
    を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法。

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