JPH0391802A - フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフィードバソク制御装置に関し、更に詳述すれ
ば、特定の周波数成分において大きな振幅を有する目標
値、または外乱が印加されるような場合に有効なフィー
ドバック制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第１０図は、サーボ制御に使用されるフィードバ・／ク
制御装置の基本的な構戊を示すブロック図である。

図中、■は制御対象，３は安定化補償器であり、それぞ
れの伝達特性はＰ　（５１及びＣ　（３｝である。

このようなフィードバック制御装置は、目標値ｒが与え
られると、被制御量ｙとの偏差ｅが安定化補償器３に入
力され、操作量Ｕが出力される。

この操作量Ｕは制御対象ｌに入力される。制御対象１に
はまた外乱ｄが入力されており、両者に基づいて被制御
量ｙが出力され、実際の制御が実行される。この被制御
量ｙは前述の如くフィードバソクされる。

このような従来のフィードバック制御装置では、目標値
ｒあるいは外乱ｄが周期的である場合には、その周波数
において制御偏差ｅが充分小さくならないという現象が
発生する。たとえば、光ディスク装置のフォーカシング
サーボあるいはトラッキングサーボにおいては、ディス
クの面振れあるいは偏心に起因するような周期的な外乱
が発生するが、上述の従来のフィードバック制御装置で
は特別な対処を施していない。

またたとえば、光メモリシンポジウム゛８６の第１３３
乃至第１３８頁に「光データディスクにおける不連続サ
ーボと連続サーボ方式の誤サンプル」として掲載されて
いる論文において示されているフィードバック制御系で
は、２次系のアクアチュエー夕を使用してサーボ系を安
定化するために、次の位相進み補償器を制御対象に直列
に配置している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで光ディスク装置のように、目標値がディスクの
回転周波数成分ωｒにおいて大きな振幅を有する場合、
回転周波数戒分ωｒにて充分な開ループゲインを確保す
るにはフィードバック制御系のクロスオーバ周波数ωＣ
を高く設計する必要がある。しかし、実際には制御対象
となるアクアチェエー夕の機械共振等に制限されるので
、クロスオーバ周波数ωＣを無制限に高く設計すること
は不可能である。従って、回転周波数戊分ωｒにて充分
な開ルーブゲインを確保することが不可能な場合、被制
御量ｙ（光ディスク装置では光スポソトの位置）が目標
値ｒに対して追従しきれず、回転周波数戒分ωｒにて残
留偏差が大きくなるという問題点がある。

本発明は、上述のような従来のフィードバック制御系に
おける問題点に鑑み、特定の周波数成分において大きな
振幅を有する目標値，または外乱が印加されるフィード
バック制御系において、この特定の周波数において開ル
ープゲインを高くず．る補償器を制御系に挿入すること
により、クロスオーバ周波数を高くすることなく、制御
偏差を小さくしたフィードバック制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のフィードバック制御装置は、制御の目標値と被
制御量との差である制御偏差が、安定化補償器と２次？
Ｉ償器とを介して制御対象の操作量とされる。この操作
量が入力された制御対象被制御量が目標値に追従するよ
うに動作する。

〔作用〕

本発明のフィードバック制御装置では、２次の補償器が
その固有振動周波数においてフィードバック制御系の開
ループゲインを斉め、制御偏差に含まれる周波数戒分の
内の補償器の固有振動周波数威分を特に増幅して操作量
を生戊するので、フィードバソク制御系における周波数
戒分の目標値及び外乱に対する制御偏差が小さくなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第Ｆ図は本発明に係るフィードバック制御装置の構或を
示すブロック図である。

図中、１は制御対象，２は２次補償器，３は安定化補償
器であり、それぞれの伝達特性はＰ（Ｓ），Ｃｍ　（ｓ
ｌ　，　　Ｃ　（ｓ）である。

この本発明のフィードバソク制御装置は、目標値ｒが与
えられると、被制御量ｙとの偏差ｅが安定化補償器３を
介して２次補償器２に入力され、操作量Ｕが出力される
。この操作量Ｕは制御対象１に入力される。制御対象１
にはまた外乱ｄが入力されており、両者に基づいて被制
御量ｙが出力され、実際の制御が行われる。この被制御
量ｙは前述の如くフィードバックされている。

ここで、２次補償器２の伝達特性Ｃｍ（ｓｌは、分母関
数の固有振動周波数をωｄ，　同ダンピング係数をζｄ
，分子関数の固有信号周波数をωｎ，　同ダンピング係
数をζｎとすると下記式にて与えられる。

Ｓ２　＋２ζｄ　ωｄｓ　＋ωｄ２ ′但し、ωｄ＝ωｎ ζｄ　〈ζｎ 第２図Ｆａｎ．　（ｂｌは２次補償器２の構戊を示すブ
ロソク図である。第２図ｔａｌは一般形を、同（ｂ）は
分子分母の固有振動周波数を等しく　（ωｄ＝ωｎ）Ｌ
た場合をそれぞれ示している。

第３図は第２図（１）〉に示されている２次補償器２を
オペアンプにより構戒した場合の回路図である。

第３図の参照符号１）〜１５は第２図ｆｂ）の参照符号
１）〜ｌ５と対応する部分を示している。

第４図は２次補償器２の伝達特性を示すグラフであり、
共に横軸に周波数ωを、縦軸に第４図（ａｌはゲイン（
単位ｄＢ）を、同（′ｂ）は位相（１）位゜）をそれぞ
れとっている。

第４図（ａ）においては、ダンピング係数比ζｄ／ζｎ
が小さい程ピーク周波数ωｐにおけるゲインは高くなっ
ている。従って、ピーク周波数ωｐを目標値ｒまたは外
乱ｄの振幅の大きい周波数と一致させておくことにより
、ピーク周波数ωρにおける制御偏差を小さくすること
が可能になることが判る。

第５図（ａ）及び（ｂ）は本発明のフィードバック制御
装置の開ループ特性を示すグラフであり、共に横軸に周
波数ωを、縦軸に第５図（ＩＩ）はゲインを、同ω）は
位相をそれぞれとっている。

第５図においては、制御対象１が２次系で表現されてお
り、ピーク周波数ωｐにピークを有する２次補償器２（
Ｃｍ（Ｓ））により開ループゲインを部分的に高めるこ
とが可能であることが判る。

第６図は本発明の他の実施例を示しており、ピーク周波
数ωｐｉ（ｉ＝１．　２・・・）においてピークを有す
る２次補償器２をｉ個（２Ｌ２２・・・）直列にフィー
ドバック制御系に挿入した場合の構成例を示すブロック
図である。

第７図は、第６図に示した実施例の開ループ特性を示す
グラフであり、共に横軸に周波数ωを、縦軸に第７図（
ａ）はゲインを、同（ｂｌは位相をそれぞれとっている
。

第７図においては、目標値ｒと外乱ｄとの支配的な周波
数戒分が異なるような場合、あるいは回転周波数戒分ω
ｒに高調波戒分が含まれている場合に、それぞれの周波
数成分あるいは高調波戒分に対して複数の２次補償器２
１．　２２・・・がそれぞれ有効に作用することが判る
。

第８図は本発明の更に他の実施例を示しており、２次補
償器２　（Ｃｍ（ｓ））を位相進み補償器としてディジ
タルフィルタ（ＩＩＲフィルタ）にて構威した例のブロ
ック図である。

図中２１は遅れ時間τを有する遅延素子（Ｄ），３２〜
３６は入力信号を一定のゲイン倍して出力する素子（ａ
＋＋　ａ２１　ｔｌｏ＋　ｂ１＋　ｂ２）である。なお
、素子３２〜３６は現実にはＣＰＵ内部の乗算機能とし
て実現される。

２次補償器Ｃｍ（ｓ）の入力信号が＾／Ｄコンバータに
より既にディジタル化されていれば、双一次変換τ　　
１　＋　２　　１ を利用すると、Ｃａ＋（ｓ）はＺの関数として以下のよ
うに表現することが可能である。

ｏｏ２τ２ ４ζｎ ωｎ τ＋４ ωｎ２ｒ２ ＋４　ζｎ ωｎ τ　＋４ 入力信号を時間τだけ遅延させて出方する遅延素子Ｄ＝
Ｚ−１を使用してＣ　Ａ　（ｚｌをディジタルフィルタ
（ＩＩＩ？フィルタ）として第８図に示す如く実現する
ことが可能である。

なお、上記実施例では、光ディスク装置のトラソキング
サーボ系に本発明を通用しているが、フォー力シングサ
ーボ系に通用することも勿論可能であり、更に光ディス
ク装置以外の種々のフィードバック制御系にも適用可能
である。

また、安定化補償器３（Ｃ（ｓｌ）は必ずしも制御対象
１（Ｐ（３１）に対して直列に配置される必要はなく、
たとえば第９図に示す如く、被制御量ｙの微分値ｙ等の
状態量を安定化補償器３０を介して制御対象ｌヘフィー
ドバックして制御系を安定化するようにしてもよい。

換言すれば、２次補償器２１　＋　２２　・＝　（（Ｊ
ｌｌ　ｆ３）　＋　Ｃｍ２　（５１・・・）が制御対象
１に対して直列に配置されていればよい。

〔発明の効果〕

以上に詳述した如く、本発明のフィードバ，ク制御装置
によれば、たとえば光ディスク装置に通用した場合には
、光ディスクの回転周波数と２次補償器Ｃ　ＩＩｌ（Ｓ
）のωｄ＝ωｎとを一致させておくことにより、換言す
れば振幅が大きい周波数においてゲインが最大にな′る
ように２次補償器の伝達特性を設定しているので、クロ
スオーバ周波数が低く設計されている場合でも光ディス
クの面振れあるいは偏心に起因する外乱に対する制御偏
差を小さくすることが可能になり、装置の性能を向上さ
せることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図は本発明に係るフィードバック制御装置の構戒を
示すブロック図、第２図（ａｌ及び中》はその２次補償
器の構戊を示すブロソク図、第３図は第２図山）の構戒
をオペアンプにより実現した場合の構戒を示す回路図、
第４図は本発明のフィードバック制御装置の２次補償器
の伝達特性を示すグラフ、第５図は本発明のフィードバ
ック制御装置の開ループ特性を示すグラフ、第６図は２
次補償器−を複数備えた本発明の他の実施例の構戒を示
すブロノク図、第７図はその開ループ特性を示すグラフ
、第８図は２次補償器をディジタルフィルタとして実現
した本発明の更に他の構戒を示すブロソク図、第９図は
第６図に示した実施例の他の構戒例を示すブロック図、
第１０図は従来の基本的なフィードバック制御装置の構
戒を示すブロック図である。 １・・・制御対象　　２　（２１，２２・・・〉・・・
２次補償器３　（３０）・・・安定化補償器 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標値と被制御量との差である制御偏差を制御対
   象の操作量とするフィードバック制御装置において、 特定の周波数成分を有する目標値及び／又 は特定の周波数成分を有する外乱が入力される場合に、
   前記制御偏差を入力、前記操作量を出力とし、分子分母
   が周波数の２次関数にて表され、分子の周波数に関する
   １次の項の減衰係数が分母のそれより大きく、且つ分母
   の固有振動周波数と分子の固有振動周波数とを前記目標
   値に含まれる特定の周波数成分及び／又は前記外乱に含
   まれる特定の周波数成分に一致させた補償器を備えたこ
   とを特徴とするフィードバック制御装置。