JP4707006B2 - トラッキング制御装置及びそのプログラム、並びに、非周期外乱推定装置及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、トラッキング制御技術に関し、より詳細には、外乱から非周期外乱を推定することでトラッキングの制御を行うトラッキング制御装置及びそのプログラム、並びに、非周期外乱推定装置及びそのプログラムに関する。

一般に、ディスクの記録・再生装置は、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置を、ディスク上の目的トラック位置に高速で、かつ安定して追従させるために、大きく分けて２つの動作を行っている。１つは、トラッキングサーボをオフにしてリニアモータによって目標トラック位置近傍まで光ヘッドのピックアップを移動する粗動作であり、もう１つは、トラッキングサーボをオンにしてボイスコイルモータによって目標トラック位置にピックアップを追従させる微動作である。

従来、この微動作におけるトラッキングは、光スポット位置をフィードバックさせることで、ディスクの偏心や振動等の外乱によって生じるトラック位置と、光スポット位置との誤差を補正するフィードバック制御によって実現されている。
このディスクの偏心によって生じる外乱は、通常、ディスクの回転により周期的に発生する（周期外乱）。また、振動等の外的要因によって生じる外乱は、非周期（突発的）に発生する（非周期外乱）。

そこで、外乱から、非周期外乱（突発外乱）の成分のみを推定し、非周期外乱が発生した場合であっても、フィードバック制御による周期外乱の補償に影響を与えることなく、周期外乱と非周期外乱の双方共に抑制することが可能なトラッキング制御装置の技術が開示されている（特許文献１参照）。
このトラッキング制御装置では、図７に示すように、外乱オブザーバ（非周期外乱推定装置）において、周期外乱によって発生するトラッキング誤差信号、操作量といった制御信号（データ）を、ディスクの１周期分、記憶手段（第１記憶手段、第２記憶手段）に記憶しておき、その記憶しておいたデータに基づいて、突発的に発生する非周期外乱を推定し、光スポット位置補正手段（ボイスコイルモータＰ（ｓ））に対する操作量を補正している。
特開２００６−２７７８３３号公報（段落００６７〜００８８、図１）

前記従来のトラッキング制御装置によれば、外乱から非周期外乱を推定することができるため、フィードバック制御による周期外乱の補償に影響を与えることなく、周期外乱と非周期外乱の双方共に抑制することができる点で優れている。
しかし、従来のトラッキング制御装置は、非周期外乱を推定するために、周期外乱によって発生するデータをディスクの１周期分記憶しておく必要がある。また、従来のトラッキング制御装置は、非周期外乱を精度よく抑圧するには、サンプリング周期を短くする必要がある。
このようにサンプリング周期を短くすると、非周期外乱を推定するためのデータ量が増大することになり、多くのメモリ容量が必要になる。
そこで、従来のトラッキング制御装置に対して、より少ないメモリによって、周期外乱と非周期外乱の双方共に抑制することが望まれていた。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ディスクの１周期分のデータを記憶することなく、外乱から非周期外乱を推定して、トラッキング制御を行うことが可能なトラッキング制御装置及びそのプログラム、並びに、非周期外乱推定装置及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載のトラッキング制御装置は、ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、操作量補正手段と、外乱補正操作量生成手段と、帯域除去手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、トラッキング制御装置は、操作量補正手段によって、フィードバック制御手段で生成された操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する。また、トラッキング制御装置は、外乱補正操作量生成手段によって、あるサンプリング時点において、トラッキング誤差信号と補正操作量信号とに基づいて、外乱補正操作量信号を生成する。この外乱補正操作量信号は、光スポット位置を補正するための補正操作量信号のうちで、外乱によって発生した成分である。この外乱補正操作量信号は、外乱補正操作量生成手段を最小次元オブザーバとして構成し、逐次演算を行うことで、生成することができる。
なお、この外乱には、ディスクの回転により周期的に発生する周期外乱と、外部要因によって突発的に生じる非周期外乱とによって発生したそれぞれの成分が含まれている。

そして、トラッキング制御装置は、帯域除去手段によって、外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号からディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、外乱補正操作量信号から周期外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する。これによって、非周期外乱補正操作量信号は、非周期外乱のみを推定した補正操作量となる。

なお、操作量補正手段は、フィードバック制御手段で生成された操作量信号に、フィードフォワード制御手段で生成された誤差補正量信号と、帯域除去手段によって生成された非周期外乱補正操作量信号とを加算することで、操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する。これによって、トラッキング制御装置は、外乱から非周期外乱のみを推定することができ、周期外乱の抑圧と非周期外乱の抑圧とを分離してトラッキング制御することができる。

また、請求項２に記載のトラッキング制御装置は、ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、外乱の発生に伴う前記操作量信号を補正するために、コンピュータを、操作量補正手段、外乱補正操作量生成手段、帯域除去手段、操作量補正手段、として機能させる構成とした。

かかる構成において、トラッキング制御プログラムは、操作量補正手段によって、フィードバック制御手段で生成された操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する。また、トラッキング制御プログラムは、外乱補正操作量生成手段によって、あるサンプリング時点において、トラッキング誤差信号と補正操作量信号とに基づいて、外乱補正操作量信号を生成する。
そして、トラッキング制御プログラムは、帯域除去手段によって、外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号からディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、外乱補正操作量信号から周期外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する。

なお、操作量補正手段は、フィードバック制御手段で生成された操作量信号に、フィードフォワード制御手段で生成された誤差補正量信号と、帯域除去手段によって生成された非周期外乱補正操作量信号とを加算することで、操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する。
これによって、トラッキング制御プログラムは、外乱から非周期外乱のみを推定することができ、周期外乱の抑圧と非周期外乱の抑圧とを分離してトラッキング制御することができる。

さらに、請求項３に記載の非周期外乱推定装置は、ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、前記操作量信号に前記誤差補正量信号とともに加算して補正操作量信号として生成するための、非周期外乱によって発生した非周期外乱操作量信号を推定する非周期外乱推定装置であって、外乱補正操作量生成手段と、帯域除去手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、非周期外乱推定装置は、外乱補正操作量生成手段によって、あるサンプリング時点において、トラッキング誤差信号と補正操作量信号とに基づいて、外乱補正操作量信号を生成する。この外乱補正操作量信号は、光スポット位置を補正するための操作量信号のうちで、外乱によって発生した成分である。この外乱補正操作量信号は、外乱補正操作量生成手段を最小次元オブザーバとして構成し、逐次演算を行うことで、生成することができる。
なお、この外乱には、ディスクの回転により周期的に発生する周期外乱と、外部要因によって突発的に生じる非周期外乱とによって発生したそれぞれの成分が含まれている。

そして、非周期外乱推定装置は、帯域除去手段によって、外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号からディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、外乱補正操作量信号から周期外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する。これによって、非周期外乱補正操作量信号は、非周期外乱のみを推定した補正操作量となる。

また、請求項４に記載の非周期外乱推定プログラムは、ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、前記操作量信号に前記誤差補正量信号とともに加算して補正操作量信号として生成するための、非周期外乱によって発生した非周期外乱操作量信号を推定するために、コンピュータを、外乱補正操作量生成手段、帯域除去手段、として機能させる構成とした。

かかる構成において、非周期外乱推定プログラムは、外乱補正操作量生成手段によって、あるサンプリング時点において、トラッキング誤差信号と補正操作量信号とに基づいて、外乱補正操作量信号を生成する。
そして、非周期外乱推定プログラムは、帯域除去手段によって、外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号からディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、外乱補正操作量信号から周期外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する。

請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、外乱から非周期外乱を分離して推定することができるため、周期外乱の補償に影響を与えずに、非周期外乱を精度よく補償することができる。また、請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、従来のようにディスク１周期分のサンプリングデータを記憶しておくことなく、非周期外乱を分離して推定することができる。このため、本発明は、ディスクの回転数やサンプリング時間とは関係なく、メモリ容量を抑えることができ、安価に装置を構成することができる。

請求項３又は請求項４に記載の発明によれば、外乱から非周期外乱を分離して推定することができる。また、本発明によれば、非周期外乱が発生したときに、周期外乱の補償に影響を与えない、非周期外乱のみを補償する非周期外乱操作量信号を、トラッキング制御装置におけるフィードバック制御系に入力することが可能になる。これによって、トラッキング制御装置のフィードバック制御において、周期外乱以外に非周期外乱が発生した場合であっても、ディスクのトラック位置への追従性能を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、まず、トラッキング制御装置において、トラッキング制御を行う際の制御系に入力される外乱から、外部から突発的に加えられた非周期外乱のみを推定する手法について説明する。そして、当該手法を用いて外乱を抑制して動作するトラッキング制御装置の構成及び動作について順次説明することとする。

［非周期外乱の推定について］
まず、外部から突発的に加えられた非周期外乱のみを推定する手法について説明する。
一般に、フィードバック制御系を備えたトラッキング制御装置では、フィードバック制御系で生成されるトラッキング誤差信号に基づいて、トラック位置の変化量（トラッキング誤差）を推定している。ここで、フィードバック制御系に、あるサンプリング時点ｋにおいて、ディスクのトラックを読み出す光スポットのトラック位置をｘ（ｋ）、外乱によって影響を受けた実際のトラック位置をｘ^ｒｅｆ（ｋ）とすると、トラッキング誤差ｅ_ｔ（ｋ）は、以下の（１）式に示すように、ｘ^ｒｅｆ（ｋ）とｘ（ｋ）との差分により表すことができる。
ｅ_ｔ（ｋ）＝ｘ^ｒｅｆ（ｋ）−ｘ（ｋ） …（１）式

また、光スポットの位置を補正する制御対象であるボイスコイルモータに対して、外乱を補償するために入力される電流（補正操作量）をＩ_ｃｍｄ（ｋ）、振動等の突発的な非周期外乱を外乱電流Ｉ_ｄｓ（ｋ）とすると、ボイスコイルモータに対して入力される電流Ｉ（ｋ）は、以下の（２）式に示すように、Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）とＩ_ｄｓ（ｋ）との差分により表すことができる。
Ｉ（ｋ）＝Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）−Ｉ_ｄｓ（ｋ） …（２）式

また、ここで、ボイスコイルモータの伝達関数をＰ（ｓ）とすると、前記（１）式の光スポットのトラック位置ｘ（ｋ）は、伝達関数Ｐ（ｓ）と前記（２）式の電流Ｉ（ｋ）とにより以下の（３）式で表すことができる。
ｘ（ｋ）＝Ｐ（ｓ）Ｉ（ｋ） …（３）式

したがって、前記（１）式〜（３）式を用いて、最小次元オブザーバ（外乱オブザーバ）を構成すると、以下の（４）式となる。ただし、Ａ＾、Ｂ＾、Ｃ＾、Ｄ＾、Ｊ＾は、最小次元オブザーバの係数行列を示している。また、ｚ″（ｋ）は、非周期外乱と周期外乱を同時に推定するオブザーバの状態変数を示している。

なお、この（４）式の外乱オブザーバの推定出力である外乱電流Ｉ_ｄａ（ｋ）は、非周期外乱と周期外乱とを含んだものである。
ここで、前記（４）式を、前記（１）式の関係を用いて再構成すると、以下の（５）式及び（６）式を得ることができる。ただし、以下の（５）式及び（６）式におけるオブザーバの各係数は、前記（４）式と同じものである。また、ｚ′（ｋ）は、実際のトラック位置ｘ^ｒｅｆによって発生する周期外乱を推定する外乱オブザーバの状態変数を示している。また、ｚ（ｋ）は、外乱電流による非周期外乱を推定する外乱オブザーバの状態変数を示している。なお、外乱オブザーバの状態変数は、ｚ″（ｋ）＝ｚ′（ｋ）＋ｚ（ｋ）の関係を有している。

ここで、（５）式は、外乱のうち、周期成分のみを推定する外乱オブザーバであり、出力Ｉ_ｄｐ′（ｋ）は、外乱電流の周期成分の推定量を表している。また、（６）式は、外乱のうち、非周期成分のみを推定する外乱オブザーバであり、出力Ｉ_ｄｓ′（ｋ）は、外乱電流の非周期成分の推定量を表している。
すなわち、前記（４）式の外乱オブザーバを構築した場合、内部的には、前記（５）式及び（６）式が同時に演算されていることになり、最終的な外乱は、以下の（７）式に示すように、前記（５）式及び（６）式の出力の和となる。
Ｉ_ｄａ（ｋ）＝Ｉ_ｄｐ′（ｋ）＋Ｉ_ｄｓ′（ｋ） …（７）式

なお、この（７）式における推定外乱のうち、Ｉ_ｄｓ′（ｋ）は、その信号が周期的であるため、特定の周波数のみを除去するノッチフィルタ（帯域除去手段）を用いることで、演算から除去することができる。
このため、ノッチフィルタをｆ_{ｎｏｃｔｈ}（ｚ）とすると、前記（４）式に示した外乱オブザーバからの出力信号Ｉ_ｄａ（ｋ）に当該ノッチフィルタを通過させることで、以下の（８）式に示すように、非周期成分の外乱（Ｉ_ｄｓ′（ｋ））のみを抽出（推定）することができる。

以下、ノッチフィルタにより非周期外乱（突発外乱）を推定することで外乱を抑制するトラッキング制御装置について説明する。

［トラッキング制御装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の構成を示したブロック図である。図１に示すように、トラッキング制御装置１は、光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスク等のディスク媒体の記録・再生装置において、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置を、ディスク上の目的トラック位置に追従させるものである。
ここでは、トラッキング制御装置１は、フィードバック制御系２と、フィードフォワード制御系３と、非周期外乱推定手段４とで構成している。

フィードバック制御系２は、ディスクの回転に伴う周期的なトラック位置と、光スポット位置との誤差（周期外乱）や、外部から突発的に加えられる非周期外乱（突発外乱）を、フィードバック制御を行いながら補正するものである。

フィードフォワード制御系３は、ディスクの回転の周波数が高くなることで、フィードバック制御系２では取りきれない外乱による誤差を予測し補正するものである。
非周期外乱推定手段（非周期外乱推定装置）４は、フィードバック制御系２やフィードフォワード制御系３では取りきれない突発的に加えられる非周期外乱のみによる誤差を予測し補正するものである。

〔フィードバック制御系の構成〕
まず、フィードバック制御系２の構成について説明する。ここでは、フィードバック制御系２は、トラッキング誤差信号生成手段２０と、Ａ／Ｄ変換手段２１と、フィードバック制御手段２２と、第１加算手段２３と、第２加算手段（操作量補正手段）２４、Ｄ／Ａ変換手段２５と、光スポット位置補正手段２６と、を備えて構成している。なお、図１中の減算手段Ｄは、非周期外乱がフィードバック制御系２に与える影響を擬似的に表現したものであって、実在する構成ではない。

トラッキング誤差信号生成手段２０は、周期外乱が含まれている現在のトラック位置と、光スポット位置補正手段２６から出力される補正された光スポット位置との差分（誤差）を検出し、その差分量（誤差量）をトラッキング誤差信号として生成するものである。ここで生成されたトラッキング誤差信号は、Ａ／Ｄ変換手段２１に出力される。

Ａ／Ｄ変換手段２１は、トラッキング誤差信号生成手段２０で生成されたアナログ信号であるトラッキング誤差信号をデジタル信号に変換するものである。例えば、Ａ／Ｄ変換手段２１は、ある時間間隔でサンプリングするサンプラである。このデジタル信号化されたトラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）は、フィードバック制御手段２２と、フィードフォワード制御系３の加算手段３０と、非周期外乱推定手段４の外乱補正操作量生成手段４０とに出力される。

フィードバック制御手段（Ｃ（ｚ^−１））２２は、一般的なロバスト制御器であるが、古典的な位相進み、遅れによる制御器でもよく、位相の遅れの補正や、共振周波数が大きくならないように作用する伝達関数Ｃ（ｓ）として動作し、トラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）から光スポット位置を補正する操作量（操作量信号）Ｉ_ｃ（ｋ）を生成するものである。ここでは、デジタル信号を扱うため伝達関数Ｃ（ｓ）は、離散時間表現であるＣ（ｚ^−１）で表す。この操作量Ｉ_ｃ（ｋ）は、ディスクの回転に伴う周期的なトラック位置と、光スポット位置との誤差を補正するための操作量となる。この操作量は、第１加算手段２３に出力される。

第１加算手段（操作量補正手段）２３は、フィードバック制御手段２２で生成された操作量（操作量信号）Ｉ_ｃ（ｋ）と、フィードフォワード制御系３のフィードフォワード制御手段３３で推定されるディスクの偏心等の外乱による誤差を補正する誤差補正量（誤差補正量信号）Ｉ_ｆ（ｋ）とを加算するものである。ここで補正された操作量Ｉ_ｃ（ｋ）は、第２加算手段２４に出力される。

第２加算手段（操作量補正手段）２４は、フィードバック制御手段２２で生成され、第１加算手段２３で補正された操作量（操作量信号）Ｉ_ｃ（ｋ）と、非周期外乱推定手段４のノッチフィルタ４１から出力される非周期外乱量を推定した非周期外乱推定量（非周期外乱補正操作量信号）Ｉ_ｄｓ′（ｋ）とを加算して、操作量を補正するものである。ここで補正された補正操作量（補正操作量信号）Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）は、非周期外乱推定手段４の外乱補正操作量生成手段４０と、Ｄ／Ａ変換手段２５とに出力される。

Ｄ／Ａ変換手段２５は、第２加算手段２４で補正されたデジタル信号である補正操作量Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）を、アナログ信号に変換するものである。例えば、Ｄ／Ａ変換手段２５は、入力信号をサンプリング周期時間の間で区分的に線形にすることでアナログ信号を生成するゼロ次ホールド（ＺＯＨ：Ｚｅｒｏ Ｏｒｄｅｒ Ｈｏｌｄ）である。このアナログ信号化された操作量は、光スポット位置補正手段２６に出力される。

光スポット位置補正手段（Ｐ（ｓ））２６は、Ｄ／Ａ変換手段２５でアナログ信号に変換された補正操作量に基づいて、光スポット位置を補正するものである。ここで、光スポット位置補正手段（Ｐ（ｓ））２６は、トラッキングアクチュエータの電流駆動のボイスコイルモータであり、伝達関数Ｐ（ｓ）として動作するものとする。ここで生成された光スポット位置が、トラッキング誤差信号生成手段２０に入力されることで、フィードバック制御系２が形成される。

〔フィードフォワード制御系の構成〕
次に、フィードフォワード制御系３の構成について説明する。ここでは、フィードフォワード制御系３は、加算手段３０と、記憶制御手段３１と、記憶手段３２と、フィードフォワード制御手段３３と、トラッキング誤差補正信号生成手段３４と、を備えている。

加算手段３０は、Ａ／Ｄ変換手段２１でデジタル信号化されたトラッキング誤差信号と、トラッキング誤差補正信号生成手段３４で生成されるトラッキング誤差補正信号とを加算するものである。ここで補正されたトラッキング誤差信号は、記憶制御手段３１を介して記憶手段３２に記憶される。
記憶制御手段３１は、加算手段３０で生成されるトラッキング誤差信号を記憶手段３２に時系列に書き込むと共に、すでに記憶されているトラッキング誤差信号を記憶手段３２から読み出して、フィードフォワード制御手段３３に出力するものである。

記憶手段３２は、一般的なメモリ等で構成され、加算手段３０で補正されたトラッキング誤差信号を記憶しておくものである。なお、非周期外乱推定手段４において、非周期外乱を推定し抑圧することができるため、この記憶手段３２には、非周期外乱を推定するために短いサンプリング間隔でディスクの１周期分のサンプリングデータを記憶する必要はない。

フィードフォワード制御手段（Ｇ_ｆｆ（ｚ^−１））３３は、零位相誤差トラッキング（ＺＰＥＴ：Ｚｅｒｏ Ｐｈａｓｅ Ｅｒｒｏｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を適用した前置補償器であり、記憶制御手段３１から出力されるトラッキング誤差信号に基づいて、光スポット位置を補正する誤差補正量（誤差補正量信号）Ｉ_ｆ（ｋ）を生成するものである。なお、ここで生成された誤差補正量は、トラッキング誤差補正信号生成手段３４と、フィードバック制御系２の第１加算手段２３に出力される。

トラッキング誤差補正信号生成手段３４は、トラッキング誤差信号を補正するためのトラッキング誤差補正信号を生成するものである。このトラッキング誤差補正信号生成手段３４は、フィードフォワード制御手段３３で生成された誤差補正量に、Ｐ（ｚ^−１）／（１＋Ｃ（ｚ^−１）Ｐ（ｚ^−１））の演算を行うことでトラッキング誤差補正信号を生成するものである。ここで生成されたトラッキング誤差補正信号が、加算手段３０に入力されることで、フィードフォワード制御系３が形成される。

〔非周期外乱推定手段（非周期外乱推定装置）の構成〕
次に、非周期外乱推定手段（非周期外乱推定装置）４の構成について説明する。ここでは、非周期外乱推定手段４は、外乱補正操作量生成手段４０と、ノッチフィルタ４１と、を備えて構成している。

外乱補正操作量生成手段４０は、フィードバック制御系２のＡ／Ｄ変換手段２１で変換（生成）されたトラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）と、フィードバック制御系２の第２加算手段（操作量補正手段）２４で補正（生成）された補正操作量（補正操作量信号）Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）とに基づいて、補正操作量信号のうちで、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量信号を生成するものである。すなわち、この外乱補正操作量生成手段４０は、前記（４）式の演算を逐次行うことで、外乱補正操作量信号Ｉ_ｄａ（ｋ）を生成する。ここで生成された外乱補正操作量信号Ｉ_ｄａ（ｋ）は、ノッチフィルタ４１に出力される。

ノッチフィルタ（帯域除去手段）４１は、外乱補正操作量生成手段４０で生成された外乱補正操作量信号Ｉ_ｄａ（ｋ）から、周期外乱成分を除去した信号（非周期外乱補正操作量）を生成するものである。このノッチフィルタ４１は、一般的なフィルタであって、特定の帯域の周波数成分のみを減衰させる特性を有する帯域除去フィルタである。

具体的には、ノッチフィルタ４１において減衰させる遮断周波数を、周期外乱の最も周波数成分の多い、ディスク回転数相当の周波数とする。例えば、ディスクの回転数が５４００ｒｐｍ（回転数／分）であれば、ノッチフィルタ４１の遮断周波数を、９０Ｈｚ（＝５４００／６０）とする。これによって、ノッチフィルタ４１は、外乱補正操作量信号Ｉ_ｄａ（ｋ）から、非周期成分の信号（非周期外乱補正操作量信号Ｉ_ｄｓ′（ｋ））のみを抽出することができる。

このように、非周期外乱推定手段４を構成することで、フィードバック制御系２に入力される周期的外乱と非周期外乱とを分離して、非周期外乱のみを推定することが可能になる。

以上説明したように、トラッキング制御装置１のフィードバック制御系２に、非周期外乱のみを推定可能な非周期外乱推定手段４を備えることで、外乱から非周期外乱のみを分離し、補償を行うことが可能になる。
また、トラッキング制御装置１は、非周期外乱推定手段４によって、非周期外乱を推定することができるため、従来のようにフィードフォワード制御系３において、外乱を推定するために、ディスク１周期分のサンプリングデータを短いサンプリング間隔で記憶する必要がないため、メモリ量を抑制することができる。

なお、トラッキング制御装置１は、図示を省略したＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた一般的なコンピュータで構成することができ、コンピュータを前記した各手段として機能させるトラッキング制御プログラムにより動作させることができる。

また、非周期外乱推定手段４を非周期外乱推定装置として分離して構成してもよい。この場合、非周期外乱推定装置は、図示を省略したＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた一般的なコンピュータで構成することができ、コンピュータを前記した各手段として機能させる非周期外乱推定プログラムにより動作させることができる。

［トラッキング制御装置の動作］
次に、図２を参照（構成については、適宜図１参照）して、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の動作について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、本発明の要部であるフィードバック制御時において、非周期外乱を抑制して、光スポット位置を補正する動作について説明を行うこととする。

まず、トラッキング制御装置１は、トラッキング誤差信号生成手段２０によって、トラック位置と光スポット位置との差分を、トラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｔ）として生成する（ステップＳ１）。ここで生成されたトラッキング誤差信号は、Ａ／Ｄ変換手段２１によってデジタル信号に変換される（ステップＳ２）。
そして、トラッキング制御装置１は、フィードバック制御手段２２によって、トラッキング誤差信号から、光スポット位置を補正する操作量（操作量信号Ｉ_ｃ（ｋ））を生成する（ステップＳ３）。

また、トラッキング制御装置１は、外乱補正操作量生成手段４０によって、トラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）と、第２加算手段（操作量補正手段）２４で補正された操作量信号Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）とに基づいて、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量（外乱補正操作量信号Ｉ_ｄａ（ｋ））を生成する（ステップＳ４）。
さらに、トラッキング制御装置１は、ノッチフィルタ４１によって、ステップＳ４で生成された外乱補正操作量から、ディスク回転数相当の周波数成分を除去することで、非周期成分の非周期外乱補正操作量（非周期外乱補正操作量信号Ｉ_ｄｓ ′（ｋ））を抽出（生成）する（ステップＳ５）。

また、トラッキング制御装置１は、第１加算手段２３によって、ステップＳ３で生成された操作量に、フィードフォワード制御系３で推定された誤差補正量（誤差補正量信号Ｉ_ｆ（ｋ））を加算することで操作量を補正する（ステップＳ６）。さらに、トラッキング制御装置１は、第２加算手段２４によって、ステップＳ６で第１加算手段２３により補正された操作量に、ステップＳ５でノッチフィルタ４１により抽出された非周期外乱補正操作量を加算することで操作量を補正する（ステップＳ７）。

そして、トラッキング制御装置１は、Ｄ／Ａ変換手段２５によって、ステップＳ７で補正された操作量をアナログ信号に変換した後（ステップＳ８）に、光スポット位置補正手段２６によって、アナログ信号化された操作量分だけ、光スポット位置を補正する（ステップＳ９）。
そして、トラッキング制御装置１は、ステップＳ１に戻って、ディスクが回転している間（トラック位置が入力される間）、トラッキング動作を継続する。

以上の動作によって、トラッキング制御装置１は、外乱（周期外乱及び非周期外乱）から、非周期外乱（突発外乱）を分離して推定することができ、非周期外乱を精度よく補償することが可能になる。

［トラッキング制御装置の評価］
次に、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置１の性能評価を、従来のトラッキング制御装置１Ｂ（図７参照）と比較して説明する。

〔外乱抑圧応答の比較〕
まず、図３及び図４を参照して、トラッキング制御装置の外乱抑圧応答の評価結果について説明する。図３は、従来のトラッキング制御装置の外乱抑圧応答を示すグラフ図である。また、図４は、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の外乱抑圧応答を示すグラフ図である。

また、図３及び図４において、（ａ）はトラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）、（ｂ）は光スポット位置を補正する操作量信号Ｉ_ｃｍｄ（ｋ）、（ｃ）は外部から入力される非周期外乱信号Ｉ_ｄｓ（ｋ）、（ｄ）は非周期外乱の推定量となる非周期外乱補正操作量信号Ｉ_ｄｓ′（ｋ）を、それぞれ示している。なお、ここでは、ディスクの回転周波数を５４００ｒｐｍ、非周期外乱信号Ｉ_ｄｓ（ｋ）の最大値を０．５Ａ程度としている。

図３（ａ）に示すように、従来のトラッキング制御装置１Ｂにおいては、トラッキングの制御精度を示すトラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）の振幅が、±４２．７ｎｍであるのに対し、図４（ａ）に示すように、本発明のトラッキング制御装置１においては、トラッキング誤差信号ｅ_ｔ（ｋ）の振幅が±３９．６ｎｍと低減していることが確認できる。

また、図３（ｄ）に示すように、従来のトラッキング制御装置１Ｂにおいては、非周期外乱補正操作量信号Ｉ_ｄｓ′（ｋ）にスパイク的な外乱成分が発生しているが、図４（ｄ）に示すように、本発明のトラッキング制御装置１においては、スパイク的な外乱成分が減少していることが確認できる。これは、従来のトラッキング制御装置１Ｂでは、切り替えスイッチにより外乱補償を行っているのに対し、本発明のトラッキング制御装置１においては、切り替えスイッチを用いていないため、不連続性が解消されたことを示している。このように、本発明のトラッキング制御装置１は、非周期外乱に対し、従来よりも精度よく外乱抑圧を実現でき、連続して滑らかに外乱補償を行うことができる。

〔周波数解析結果の比較〕
次に、図５及び図６を参照して、トラッキング制御装置のトラッキング誤差信号の周波数解析結果について説明する。図５は、従来のトラッキング制御装置の周波数解析結果を示すグラフ図である。また、図６は、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の周波数解析結果を示すグラフ図である。

図５と図６とを比較した場合、図６に示す本発明に係るトラッキング制御装置の周波数解析結果の方が、７０〜９０Ｈｚ付近のスペクトル成分が顕著に抑圧されていることが分かる。このように、本発明のトラッキング制御装置１（非周期外乱推定手段〔非周期外乱推定装置〕４）は、精度よく非周期外乱のみを分離して推定することができる。

〔メモリ量の比較〕
次に表１を参照して、トラッキング制御装置のメモリ量について説明する。表１は、ディスク回転数及びサンプリング周波数に対して、どれだけのメモリ量を使用するのかを、従来のトラッキング制御装置と、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置とで、それぞれのメモリ個数を示した表である。

この表１に示すように、従来のトラッキング制御装置では、外乱を推定するために、サンプリング周波数に応じて、ディスク１周期分の情報（トラッキング誤差信号等）を記憶しておく必要がある。しかし、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置においては、非周期外乱をノッチフィルタ４１により推定するため、非常に少ないメモリ量しか使用していない、

以上説明したように、トラッキング制御装置１は、ディスク１周期分のデータを記憶することなく、非周期外乱のみを推定して外乱を補償することができる。また、トラッキング制御装置１は、メモリ容量を抑えても、従来のトラッキング制御装置よりも精度の高いトラッキング制御を行うことができる。
このように、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置１は、安価に高精度の装置を構築することができる。
また、本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置１は、外乱の補償に対しスイッチング制御を行わないため、滑らかに外乱を補償することができる。

なお、トラッキング制御装置１は、光ディスク装置を含む装置、例えば、光ディスクを搭載したカメラ一体型レコーダや、車載用光ディスク装置、携帯型光ディスク装置におけるトラッキング制御に用いることができる。
また、トラッキング制御装置１は、光ディスク記録装置のトラッキング制御に用いられるだけではなく、光磁気ディスク装置、磁気ディスク装置等のディスク装置におけるトラッキング制御に広く用いることができる。

本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来のトラッキング制御装置の外乱抑圧応答を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の外乱抑圧応答を示すグラフ図である。 従来のトラッキング制御装置の周波数解析結果を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係るトラッキング制御装置の周波数解析結果を示すグラフ図である。 従来のトラッキング制御装置の構成を示したブロック図である。

符号の説明

１ トラッキング制御装置
２ フィードバック制御系
２０ トラッキング誤差信号生成手段
２１ Ａ／Ｄ変換手段
２２ フィードバック制御手段
２３ 第１加算手段（操作量補正手段）
２４ 第２加算手段（操作量補正手段）
２５ Ｄ／Ａ変換手段
２５ 光スポット位置補正手段
３ フィードフォワード制御系
３０ 加算手段
３１ 記憶制御手段
３２ 記憶手段
３３ フィードフォワード制御手段
３４ トラッキング誤差補正信号生成手段
４ 非周期外乱推定手段（非周期外乱推定装置）
４０ 外乱補正操作量生成手段
４１ ノッチフィルタ（帯域除去手段）

Claims (4)

1. ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、
   前記フィードバック制御手段で生成された操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する操作量補正手段と、
   サンプリング時点ｋにおいて、前記トラッキング誤差信号をｅ _ｔ （ｋ）、前記補正操作量信号をＩ _ｃｍｄ （ｋ）としたとき、当該補正操作量信号のうちで、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量信号Ｉ _ｄａ （ｋ）を
   

   

   （ただし、Ａ＾、Ｂ＾、Ｃ＾、Ｄ＾、Ｊ＾は係数行列、ｚ″（ｋ）は状態変数）
   により生成する外乱補正操作量生成手段と、
   この外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号から前記ディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、前記外乱補正操作量信号から周期外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する帯域除去手段と、を備え、
   前記操作量補正手段は、前記フィードバック制御手段で生成された操作量信号に、前記フィードフォワード制御手段で生成された誤差補正量信号と、前記帯域除去手段によって生成された非周期外乱補正操作量信号とを加算することで、前記操作量信号を補正して前記補正操作量信号を生成することを特徴とするトラッキング制御装置。
2. ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、外乱の発生に伴う前記操作量信号を補正するために、コンピュータを、
   前記フィードバック制御手段で生成された操作量信号を補正して補正操作量信号を生成する操作量補正手段、
   サンプリング時点ｋにおいて、前記トラッキング誤差信号をｅ _ｔ （ｋ）、前記補正操作量信号をＩ _ｃｍｄ （ｋ）としたとき、当該補正操作量信号のうちで、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量信号Ｉ _ｄａ （ｋ）を
   

   

   （ただし、Ａ＾、Ｂ＾、Ｃ＾、Ｄ＾、Ｊ＾は係数行列、ｚ″（ｋ）は状態変数）
   により生成する外乱補正操作量生成手段、
   この外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号から前記ディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、前記外乱補正操作量信号から周期的外乱成分を除去した非周期外乱補正操作量信号を生成する帯域除去手段、として機能させ、
   前記操作量補正手段は、前記フィードバック制御手段で生成された操作量信号に、前記フィードフォワード制御手段で生成された誤差補正量信号と、前記帯域除去手段によって生成された非周期外乱補正操作量信号を加算することで、前記操作量信号を補正して前記補正操作量信号を生成することを特徴とするトラッキング制御プログラム。
3. ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、前記操作量信号に前記誤差補正量信号とともに加算して補正操作量信号として生成するための、非周期外乱によって発生した非周期外乱操作量信号を推定する非周期外乱推定装置であって、
   サンプリング時点ｋにおいて、前記トラッキング誤差信号をｅ _ｔ （ｋ）、前記補正操作量信号をＩ _ｃｍｄ （ｋ）としたとき、当該補正操作量信号のうちで、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量信号Ｉ _ｄａ （ｋ）を
   

   

   （ただし、Ａ＾、Ｂ＾、Ｃ＾、Ｄ＾、Ｊ＾は係数行列、ｚ″（ｋ）は状態変数）
   により生成する外乱補正操作量生成手段と、
   この外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号から前記ディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、前記非周期外乱操作量信号を生成する帯域除去手段と、
   を備えていることを特徴とする非周期外乱推定装置。
4. ディスク上のトラック位置と、光ヘッドから出射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号の振幅及び位相の補償を行い、前記光スポット位置を補正するための操作量信号を生成するフィードバック制御手段と、前記トラッキング誤差信号からフィードフォワード制御により前記操作量信号を補正する誤差補正量信号を生成するフィードフォワード制御手段とを備えたトラッキング制御装置において、前記操作量信号に前記誤差補正量信号とともに加算して補正操作量信号として生成するための、非周期外乱によって発生した非周期外乱操作量信号を推定するために、コンピュータを、
   サンプリング時点ｋにおいて、前記トラッキング誤差信号をｅ _ｔ （ｋ）、前記補正操作量信号をＩ _ｃｍｄ （ｋ）としたとき、当該補正操作量信号のうちで、周期外乱及び非周期外乱によって発生した成分である外乱補正操作量信号Ｉ _ｄａ （ｋ）を
   

   

   （ただし、Ａ＾、Ｂ＾、Ｃ＾、Ｄ＾、Ｊ＾は係数行列、ｚ″（ｋ）は状態変数）
   により生成する外乱補正操作量生成手段、
   この外乱補正操作量生成手段で生成された外乱補正操作量信号から前記ディスクの回転に伴う周波数成分の帯域信号を除去することで、前記非周期外乱操作量信号を生成する帯域除去手段、
   として機能させることを特徴とする非周期外乱推定プログラム。

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