JPH0950303A - 繰り返し補償器およびこの繰り返し補償器を備えたディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繰り返し補償器を備えた制御装置において、
繰り返し補償器の入力に外乱信号が混入する制御装置の
目標値への追従性能を向上すること。特に、光ディスク
装置などのディスク装置において、ディスクの傷や装置
の振動外乱が存在する場合でも、目標値の追従性能を損
なわない繰り返し補償器を得る。 【解決手段】 従来の繰り返し補償器の構成要素である
入力信号の１周期分を記憶する学習メモリ４と、ローパ
スフィルタ３と、ゲイン要素２と、信号加算要素１に、
ゲインｋ（０≦ｋ≦１）を有するゲイン要素５と、ゲイ
ン１−ｋ（０≦ｋ≦１）を有するゲイン要素６と、信号
加算要素７を追加し、ｋの値を調節することで学習メモ
リ４に入力信号の誤差成分を長期間保持できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御系に用いる繰
り返し補償器に関するもので、例えば、ディスク装置の
トラッキング・フォーカス制御系に用いられるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０〜１５は、１９９２年電子情報通
信学会春季大会講演論文集（４）のＣ−３６４ 片山
剛 著：「ＤＳＰを用いた光ディスクの学習トラッキン
グ制御」の理論説明図、図１０は繰り返し型学習制御系
の位相余裕量に対する学習限界を示す図、図１１は繰り
返し型学習制御系の安定性を示すナイキスト線図であ
る。

【０００３】図１１において、各記号は下記の意味を表
す。 Ｉｍ：虚軸 Ｒｅ：実軸 Ｈ（ｓ）：動特性補償器（進み補償） Ｇ（ｓ）：アクチュエータ ‖Ｋ（ｓ）‖：安定化補償器のゲイン量

【０００４】図１２は繰り返し補償器の周波数特性を示
す制御系のボード線図、図１３はＤＳＰを用いた繰り返
し型学習制御系のブロック図である。図１３において、
各記号は下記の意味を表す。 Ａ／Ｄ：アナログ・ディジタル変換器 Ｋ（ｓ）：安定化補償器 ｅ^-Ls ：記憶部（学習メモリ） Ｈ（ｓ）：動特性補償器（進み補償） Ｄ／Ａ：ディジタル・アナログ変換器 ＤＲ：ドライバ Ｇ（ｓ）：アクチュエータ

【０００５】図１４は繰り返し補償器の入出力信号の実
測図、図１５はトラックエラーの実測図である。

【０００６】光ディスク装置のトラッキング制御は、記
録密度の向上に伴い、安定性、速応性を損なわず追従能
力を上げることが要求されている。そこで、トラッキン
グ制御およびフォーカス制御に、繰り返し型学習制御理
論を応用することで飛躍的に追従能力を向上できる。ま
た、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）を用いた
ソフトウェアサーボによっても実現できる。

【０００７】次に、学習能力と安定性の関係について説
明する。図１０はシステムの安定性に対する学習限界を
示したものである。図より位相余裕量が増えると学習能
力が向上し、特に制御帯域付近の周波数特性が重要であ
ることがわかる。これは図１１に示す学習安定円に対す
るシステムのベクトル軌跡からも明かで、学習ループの
高周波成分を減衰させるフィルタ（学習制御の安定化フ
ィルタ）を挿入することにより、基本周波数の学習能力
および安定性がより向上できることを示している。

【０００８】図１２に従来のシステムにおける繰り返し
補償器の周波数特性を示す。図中、学習によるピーク
は、学習ループのゲインが１に近づくほど大きくなるも
ので、学習能力に比例している。図１２で示した繰り返
し補償器では、約２０ｄＢの学習能力を有している。

【０００９】図１３に、従来のＤＳＰを用いた繰り返し
型学習制御系のブロック図を示す。このシステムは、多
段のＩＩＲ型ディジタルフィルタよりなる安定化補償器
と、学習メモリ（記憶部）とで構成された光ディスクの
制御系の繰り返し補償器（学習補償器）と、動特性補償
器からなる。

【００１０】ここで従来においては、図１０の安定性を
満足させるため、多段のディジタルフィルタで構成した
Ｋ（ｓ）で示される安定化補償器が必要となる。また、
Ｈ（ｓ）で示される動特性補償器を進みフィルタ構成す
ることにより、繰り返し補償器がない場合の位相余裕量
を確保し、学習システムの動特性を定めることができ
る。

【００１１】従って、安定化補償器Ｈ（ｓ）による動特
性の設定と、繰り返し補償器による追従性の設定が別々
に行えるようになる。また、以上のシステムは、一つの
ソフトウェア上で構成することができる。

【００１２】一例として、実際の動作例を図において説
明する。ここで、ＤＳＰのサンプリング周期は、５０ｋ
Ｈｚ、制御帯域は３ｋＨｚ、位相余裕量は、約６０ｄｅ
ｇである。

【００１３】図１４は繰り返し補償器の入出力信号の波
形を示した図で、学習動作後、制御偏差がほぼなくなっ
ているのがわかる。このとき繰り返し補償器は、ディス
ク偏心の学習結果を出力し続けている。

【００１４】図１５はディスクを２ｍｍ偏心させたとき
のトラックエラーを示したもので、繰り返し型学習制御
がない場合は約０．７μｍの偏差が残っているが、同じ
制御帯域での学習制御後、偏差は殆どなくなっている。
このように実際の有効性が確認できる。

【００１５】従来のシステムは、フォーカス制御の場合
もまったく同様に実現できることは言うまでもない。

【００１６】従来の光ディスク装置のトラッキング・フ
ォーカス制御は、以上のように構成され、記録密度の向
上に伴い、安定性、速応性を損なわず追従能力を上げる
ことが要求されている。

【００１７】従来の直結フィードバック制御からなるト
ラッキング・フォーカス制御は、アクチュエータの高次
機械共振や、ディスクのピット列による光の変調成分が
制御系へ外乱として混入し、制御帯域の高帯域化が妨げ
られ、無理に制御帯域を広げようとすると位相余裕が減
少し、制御系が発振するなどの問題が生じた。

【００１８】これに対し、上述した繰り返し型学習制御
方式は、従来の制御帯域を広げずに周期的な追従目標に
対する追従能力を向上させることができるため、より狭
トラックなシステムや偏芯の大きなシステム、ディスク
回転数の高いシステム（転送レートの高いシステム）に
対応することができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した繰り
返し型学習制御は、図１１に示したナイキスト線図から
もわかるように、従来の直結フィードバック制御では、
（−１，０）の点を左に見ながら（０，０）に集束すれ
ば安定であった（ナイキストの安定原理）のに対し、
（−１，０）の点を中心とする円の外側をまわるように
しなければならず、安定余裕が劣化している。

【００２０】また、繰り返し型学習制御は、一周期前の
偏差信号を記憶し、記憶した結果をもとの制御システム
にフィードフォワード加算する方式であるため、ディス
クの傷や装置に加わる振動などの外乱によって周期的で
ない追従目標が与えられた場合、これを学習することは
かえって制御システムに不要なノイズを混入することと
等しくなってしまう。

【００２１】そのため、振動が加わったりディスクの傷
などが混入した際の制御システムの安定性の向上や、メ
モリに学習されてしまう不要な無周期成分の影響を無く
すことが要求されていた。

【００２２】また、制御系は、一般に複数の制御モード
を有する場合が多く、従来の繰り返し補償器を適用した
制御系においては、制御モードを切り換える度に繰り返
し補償器のメモリの内容が失われるため、再度元の制御
モードに戻ったときに新たに繰り返し補償器が集束する
までの間、繰り返し補償器の効果が現れないと言う問題
点があった。

【００２３】具体的には、例えば、光ディスク装置、ま
たは磁気ディスク装置のトラッキング制御系に繰り返し
補償器を適用した場合、シーク動作の直後にトラッキン
グ制御モードに切り換える度に繰り返し補償器の内部の
メモリにディスク１回転に相当する制御誤差信号が蓄積
されるまで繰り返し補償器の効果は現れない。したがっ
て、シーク直後に情報を書き込みまたは読み出しする場
合は、繰り返し補償器を適用した効果が無く、トラッキ
ング制御偏差が大きくなるという問題点があった。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る繰り返し
補償器は、制御系の誤差信号などの被補償信号が入力さ
れる第１の加算手段と、この第１の加算手段の出力信号
を１周期分づづ順次フィードバックして上記第１の加算
手段に入力するフィードバック信号系とを備え、上記フ
ィードバック信号系が、上記第１の加算手段の出力信号
に０以上１以下のゲインｋを乗ずる第１のゲイン要素
と、この第１のゲインｋが乗ぜられた信号が入力される
第２の加算手段と、この第２の加算手段の１周期前の出
力信号にゲイン１−ｋを乗じて上記第２の加算手段に入
力する第２のゲイン要素と、上記第２の加算手段の出力
信号を１周期分づつ順次更新記憶するメモリと、このメ
モリに記憶されている１周期分の信号に１以下のゲイン
βを乗じて上記第１の加算手段に入力する第３のゲイン
要素とで構成したものである。

【００２５】また、入力された被補償信号の周期的成分
の強弱を検出する相関検出手段と、周期性が弱い成分が
検出された時は上記第１および第２のゲイン要素のｋの
値をほぼ０とし、周期性が強い成分が検出された時は上
記ｋの値をほぼ１に調節するゲイン調節手段を備えたも
のである。

【００２６】また、この発明に係るディスク装置は、入
力された制御系の誤差信号などの被補償信号の周期的成
分の強弱を検出する相関検出手段と、上記被補償信号が
入力される第１の加算手段、およびこの第１の加算手段
の出力信号を１周期分づづ順次フィードバックして上記
第１の加算手段に入力するフィードバック信号系とで構
成された短期型の補償系と長期型の補償系とを有する繰
り返し補償器と、上記相関検出手段によって周期性の弱
い成分が検出された時は上記繰り返し補償器の短期型の
補償系の出力成分が長期型の補償系の出力成分よりも多
く、また、周期性の強い成分が検出された時は長期型の
補償系の出力成分が短期型の補償系の出力成分よりも多
くなるように上記繰り返し補償器の補償特性を調節する
手段とで構成されたディスク装置である。

【００２７】また、光または磁気によりディスクに情報
を記録し再生するディスク装置において、上記光または
磁気を発生させるヘッドを上記ディスクの所定の位置に
位置決めするためのアクチュエータまたはモータの制御
システムに、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
記載の繰り返し補償器を備えたことを特徴とするディス
ク装置である。

【００２８】また、請求項１または請求項２に記載の繰
り返し補償器において、ｋの値を切り換える制御モード
切換指令発生手段を備えたものである。

【００２９】また、請求項１または請求項２に記載の繰
り返し補償器と、情報を記録または再生するヘッドを所
定の位置に位置決めするトラッキング制御手段と、トラ
ッキング制御モードオンオフ指令発生手段とを有し、上
記トラッキング制御モードオンオフ指令発生手段の出力
に基づきトラッキング制御手段の動作中は上記繰り返し
補償器のｋの値をほぼ１とし、また、トラッキング制御
手段が動作していないときはｋの値をほぼ０に調整する
ように構成されたディスク装置である。

【００３０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態である繰り
返し補償器においては、１周期分の入力信号を繰り返し
記憶するために設けられた正帰還ループを含む学習メモ
リの入力信号が、現在の信号にｋを乗じた信号とさらに
１周期前の学習メモリの出力に１-ｋを乗じた信号とで
構成され、ｋの値によって学習メモリの内部の情報が、
１周期前の情報だけでなく、多周期にわたる情報に重み
付けをした情報となるよう作用し、重みがｋの値によっ
て変化するように作用する。

【００３１】また、繰り返し補償器の入力の周期的成分
の強弱に応じて、繰り返し補償器内部のゲインｋの値を
変化させ、周期的成分が弱い場合には学習メモリへの入
力信号がさらに１周期前の入力信号にほぼ一致し、周期
的成分が強い場合には現在の入力信号にほぼ一致するよ
うに作用する。

【００３２】また、この発明の実施の形態であるディス
ク装置においては、繰り返し補償器が、短期記憶型の繰
り返し補償系と長期記憶型の繰り返し補償系の両方の構
成を有し、周期的な相関の強い追従目標や外乱に対して
は、ほぼ短期記憶型の補償器として作用し、相関が弱い
場合は、長期記憶型の補償器として作用する。

【００３３】また、記憶装置の位置決め制御系において
トラック相関や外乱の周期性が強い場合には、短期記憶
型の補償器の出力が重視されて、ほぼ１周期前の制御誤
差信号に基づいて制御系が作用し、突発的なキズや外乱
がある場合には長期記憶型の補償器の出力が重視されて
過去の多周期にわたる制御誤差信号を小さくするよう制
御系が作用する。

【００３４】また、この発明の実施の形態である繰り返
し補償器においては、制御モード切換指令発生手段の出
力に応じて、繰り返し補償器内部のゲインｋが切り替わ
り、制御系が動作中は繰り返し補償器が学習を続け、制
御系が不動作の時はｋがほぼ０となって不要な入力信号
を学習しないように作用する。

【００３５】また、この発明の実施の形態であるディス
ク装置においては、光ディスク装置や磁気ディスク装置
のトラッキング制御系において、トラッキング制御手段
の動作中は、ｋがほぼ１となって繰り返し制御系が学習
を続け、制御系が不動作の時はｋがほぼ０となって、学
習しないように作用する。さらにシーク動作が完了して
トラッキング動作を再び開始した直後は繰り返し補償器
はシーク動作開始前のトラッキング制御中に学習した値
を初期値として学習を続ける。

【００３６】以下、この発明をその実施の形態を示す図
面に基づいて具体的に説明する。 実施の形態１．光ディスクの分野においては、高密度化
の要求に伴い、安定性・速応性を損なわずに追従能力を
上げることが望まれている。従来は、図１３に示すよう
に、１周期分のメモリを一つの正帰還ループに持つ繰り
返し補償器が用いられていた。この繰り返し補償器は、
一般的な形として、様々な分野で実用化されてきたもの
である。しかし、この繰り返し補償器は１周期分の記憶
部しかもたないため、キズ等の外乱が混入すると、この
外乱が正帰還ループを何巡もし、外乱に対する影響が後
々残ってしまう問題点があった。

【００３７】そのため、１周期前のさらに古い記憶が行
える繰り返し補償器が求められていた。これを構成する
ための最も簡単な方法は、メモリの容量を増やして必要
な周期の分だけメモリを直結する方法がある。しかし、
この方法を用いると、メモリの容量や数量が増大し、ま
た、メモリの容量の範囲内でしか、過去の情報に遡って
記憶することができなかった。図１３に示した適応型繰
り返し制御は、無周期性成分混入時における不必要な学
習を防ぐ利点があったが、その時の追従能力の向上は不
可能であった。

【００３８】そこで、さらに長期記憶・短期記憶の概念
を導入することによって、無周期性成分の混入時におい
ても、良好な追従能力を実現する方法について検討し
た。

【００３９】図１は、長期にわたって入力の周期的成分
を記憶できる繰り返し補償器のブロック図である。この
繰り返し補償器は、加算点１、ゲイン要素２、ローパス
フィルタ３、学習メモリ４、ゲイン要素５，６、および
加算点７で構成されるフィードバックループより成って
いる。

【００４０】図１に示すように、まず、加算点１におい
て左側からの入力信号と、ゲイン要素２の出力信号との
和が繰り返し補償器の出力となる。この、繰り返し補償
器の出力信号は、ゲイン要素５にてｋ倍され、学習メモ
リ４の出力をゲイン要素６にて１−ｋ倍した値とを加算
点７にて加算した信号を学習メモリ４に入力する。学習
メモリ４の出力は、ローパスフィルタ３に入力され、ゲ
イン要素２にて１以下のゲインを乗じて加算点１へフィ
ードバックされる。加算点１で１周期分のトラッキング
エラー信号とフィードバックループの出力が加算され出
力されると同時に、フィードバックループ内のゲイン要
素５に入力される。

【００４１】ゲイン要素５に入力された信号はｋ倍さ
れ、その信号が学習メモリ４に入力される。さらに１−
ｋのゲイン要素６で構成された正帰還されるブロックを
挿入することで、１回の記憶がゲイン要素６を介して長
期間にわたり持続される。この学習メモリ４の出力がロ
ーパスフィルタ３を通ってゲイン要素２によってβ倍さ
れ、このβ倍された出力信号が加算点１に加算されるこ
とによって、長期にわたる周期的成分を記憶できる繰り
返し補償器が実現できる。

【００４２】図１の動作を以下に説明する。ｋは０から
１の値を取りうるので、例えば、ｋ＝１とすると、ゲイ
ン要素６のゲインが０になるため、学習メモリ４自身の
出力は加算点７に伝達されず、学習メモリ４にフィード
バックされることはない。したがって、学習メモリ４の
出力信号は、１周期（時間Ｌ）前の繰り返し補償器の出
力と一致する。

【００４３】また、ｋ＝０とすると、学習メモリ４に
は、繰り返し補償器自身の出力が入力されず、１周期前
の学習メモリ４自身の出力が入力される。すなわち、ｋ
＝０の間は、以前に学習した繰り返し補償器入力の周期
的成分が永遠に繰り返し出力されると同時に、繰り返し
補償器が新たな入力に対して学習することはない。

【００４４】また、ｋをほぼ０に近い値の一例としてｋ
＝０．０２に設定すると、学習メモリ４の入力信号の
内、２％が現在の繰り返し補償器の出力となり、９８％
が１周期前の学習メモリ４の出力となる。このことは、
時間を１周期（Ｌ）だけさかのぼって考えても全く同じ
ことが言える。すなわち、繰り返し補償器に入力される
信号の過去の成分は、１周期毎に０．９８の係数を乗じ
て徐々に薄れていき、１周期前までの、時刻に応じた重
みを付けた周期的成分と、現在時間の繰り返し補償器の
出力の２％が加算され、制御系が抑圧すべき信号として
学習メモリ４の出力となる。１−ｋはいわゆる忘却係数
となる。

【００４５】このように、１−ｋの値を１以下に設定す
ることによって、学習メモリ４内に記憶された情報は徐
々に減衰するため、これが記憶課程における忘却係数と
して任意に設定することが可能となった。

【００４６】ここで、一例として、１周期前の繰り返し
補償器の入力信号と、現在の繰り返し補償器の入力信号
との差の絶対値を比較し、この差が小さい場合は互いに
波形が似ており、相関性が強い。逆に、前記絶対値が大
きい場合は、互いに波形が似ておらず、相関性が弱いと
する。

【００４７】一般的な制御システムにおいては、追従目
標や外乱の相関性が強い場合は、繰り返し補償器内の学
習メモリに１周期分以上の記憶をさせる必要がない。一
方、相関性が弱い場合は、なるべく過去の記憶を用いる
必要があり、かつ、学習メモリに相関性の少ない情報を
入力させないようにすることが重要である。これは、例
えば、光ディスクにおけるディスク面のキズや装置の振
動等による相関のない誤差信号を繰り返し補償器の学習
メモリに記憶させないことに相当する。

【００４８】そこで、図１に示すように、学習メモリ４
の手前にゲインｋのゲイン要素５を直列に設け、相関性
が強い場合は突発的な外乱の混入がないと考えられるの
で、ｋの値を１に近づけるとともに、学習メモリ４にお
ける正帰還ループを構成しているゲイン１−ｋのゲイン
要素６を０に近づけて長期間の記憶を行わないようにす
る。

【００４９】逆に、相関性が弱い信号が入力された場合
は、突発的な外乱が混入したと考えられるので、ｋの値
を０に近づけて学習メモリ４への無周期性成分の入力を
防ぐと共に、ゲイン要素６の１−ｋの値を１に近づけて
１周期以上前の入力信号が再び学習メモリ４に入力され
るので、ローパスフィルタ３以後に外乱信号は伝達され
ない。また、ゲイン要素５のゲインがほぼ０になるの
で、学習メモリ４にも不要な外乱信号は混入されず、誤
った信号を避けることができる。

【００５０】繰り返し補償器を用いるためには、制御の
安定条件を満足する必要がある。この安定条件は、繰り
返し補償器全体の正帰還ループを開いたときのオープン
ループゲイン（例えば、図中の第３のゲイン要素２と加
算点１との間を切ったときのオープンループゲイン）が
１以下である必要がある。これは、従来のオープンルー
プゲインの安定条件から、１以上になるとゲインが無限
大になり、回路が発振するからである。図１のように、
１−ｋとｋのブロックでシステムを構成すると、ｋから
Ｆ（ｓ）までのゲインが１となり、βを１以下にするこ
とにより安定条件が満足されることがわかる。このよう
に構成することによって任意の忘却係数を持ち、学習メ
モリへの制限が可能な繰り返し補償器が実現可能となっ
た。

【００５１】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２のブロック図である。図中、図１と同じ符号の要
素は同じ構成要素を意味する。１１はＡＤ変換器、１５
はＤＡ変換器、１６はローパスフィルタ、２０は周期メ
モリである。図１は連続時間系の表現であり、いわゆる
アナログ回路で実現できる。図２は離散時間系の表現
で、いわゆるディジタル回路で実現した場合の例であ
る。図２の周期メモリ２０は信号遅延素子で、いわゆる
FIFO(first in first out)メモリである。図２におい
て、Ｚ^-n＝ｅ^-sτ（τはサンプリング周期）であり、周
期メモリ２０における遅延時間ｎτは、抑圧したい入力
信号の１周期に一致するよう選ばれる。

【００５２】図２に示すように、まず、加算点１におい
てＡＤ変換器１１によってディジタルに変換された繰り
返し補償器の入力信号と、フィードバックループの出力
が加算され、ＤＡ変換器１５に出力されると同時に、ゲ
イン要素５によってｋ倍され、その信号が周期メモリ２
０に入力される。さらに１−ｋのゲイン要素６の正帰還
されるブロックを挿入することで、１回の記憶が１−ｋ
のゲイン要素６を介して長期間にわたり持続される。こ
の周期メモリ２０の出力がローパスフィルタ１６を通っ
てゲイン要素２によってβ倍される。このβ倍された出
力信号が加算点１に加算されることで、長期にわたる周
期的成分を記憶できる繰り返し補償器が実現できる。

【００５３】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３のブロック図である。図中、図１または図２と同
じ符号の要素は同じ構成要素を意味する。２０１はクロ
ック発生手段である。前記実施の形態１および実施の形
態２においては、ディスクの回転が一定でない場合、デ
ィスクの内周と外周でディスク１回転分の周期が異なる
ため、繰り返し補償器が有効に動作しない場合がある。
図２ではサンプリング周期τは一定であるが、クロック
発生手段２０１をモータの回転速度を検知するＦＧとす
れば、モータの回転速度が一定でない場合においても繰
り返し補償器が有効に動作する。

【００５４】図３に示すように、まず、加算点１におい
てＡＤ変換器１１によってディジタルに変換された繰り
返し補償器の入力信号と、フィードバックループの出力
が加算され、ＤＡ変換器１５に出力されると同時に、ゲ
イン要素５によってｋ倍された信号が周期メモリ２０に
入力される。また、周期メモリ２０にはモータの回転速
度を検知するクロック発生手段２０１からの信号が入力
される。さらに１−ｋのゲイン要素６で正帰還されるブ
ロックを挿入したことで１回の記憶がゲイン要素６を介
して長期間にわたり持続される。この周期メモリ２０の
出力がローパスフィルタ１６を通ってゲイン要素２によ
ってβ倍される。このβ倍された出力信号が加算点１で
入力信号に加算されることで、長期にわたる周期的成分
を記憶できる繰り返し補償器が実現できる。

【００５５】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４のブロック図である。図中、図２または図３と同
じ符号の要素は同じ構成要素を意味する。３０１は相関
検出器、３１はローパスフィルタ、１３は絶対値検出
器、１４はコンパレータを示す。

【００５６】以下、相関検出器３０１の動作を説明す
る。ＡＤ変換器１１において、ディジタルに変換された
繰り返し補償器の入力信号は、ローパスフィルタ３１に
入力され、ローパスフィルタ３１の出力信号との差が絶
対値回路１３に入力される。すなわち、絶対値回路１３
の入力は、繰り返し補償器の入力信号の高周波成分を抜
き出したものである。さらに、絶対値回路１３の出力
は、コンパレータ１４によって所定のレベルと比較さ
れ、所定のレベルを超えたかどうか判断される。その結
果、例えば、所定のレベルを超えたものは本来制御系が
追従すべき誤差信号ではなく、高周波のノイズであると
し、繰り返し補償器のゲイン要素５，６のｋの値をｋ＝
０とし、所定のレベル以下であればｋ＝１とする。この
ように構成することで、周期メモリ２０の入力には学習
不要なノイズが混入することが無く、繰り返し補償器は
正常な信号を出すことができる。

【００５７】なお、図４では、相関検出器３０１を絶対
値回路１３とコンパレータ１４で構成したが、ウインド
ウコンパレータだけで構成してもよい。また、絶対値回
路１３の入力部の要素は、ハイパスフィルタで構成して
もよい。すなわち、本来学習すべきでない外乱信号を検
出できる手段であればよい。

【００５８】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５のブロック図である。図中、図４と同じ符号の要
素は同じ構成要素を意味する。この実施の形態５は、短
期記憶型の繰り返し補償系と長期記憶型繰り返し補償系
を組み合わせた繰り返し補償器を有しており、２１は周
期メモリ、１７，１８，４０１，４０２はゲイン要素、
４０３は短期型の周期メモリブロック、４０４は長期型
の周期メモリブロックを示す。

【００５９】図５において、相関検出器３０１にて、繰
り返し補償器の入力信号にノイズ成分が検知されない通
常の場合は、例えば、ゲイン要素５と４０１においてｋ
＝ｋ1＝１とすれば、周期メモリ２０には、現在の繰り
返し補償器の出力のみが入力され、周期メモリ２０から
は１周期前の繰り返し補償器の出力が出力される。

【００６０】また、相関検出器３０１にて、繰り返し補
償器の入力信号にノイズ成分が検知された場合は、例え
ば、ゲイン要素５と４０１においてｋ＝ｋ1＝０とすれ
ば、周期メモリ２０には、１周期前の周期メモリ２０の
出力のみが入力され、周期メモリ２０は不要な学習を避
けられる。

【００６１】一方、ゲイン要素１７，１８において、例
えばα＝０．９８とすれば、周期メモリ２１にはゲイン
要素１７の出力と１８の出力の和が入力されるので、周
期メモリ２１自身の出力９８％と、周期メモリ２０の入
力の２％の和が周期メモリ２１の入力となる。すなわ
ち、周期メモリ２１は長期型の周期メモリとして動作す
る。

【００６２】ここで、周期メモリ２１はゲインｋの値に
かかわらず学習を続けるが、前述の通り、周期メモリ２
０の入力、すなわち、ゲイン要素１７の入力は、ｋを０
または１に切り換えることで、不要なノイズが除かれて
いるので、長期型の周期メモリブロック４０４は不要な
ノイズを学習することはない。この場合、αは忘却係数
と呼ばれる。

【００６３】さらに、ゲイン要素４０１，４０２のｋ1
をゲインｋと連動させて０、または１に切り換えること
で、短期型の周期メモリブロック４０３と長期型の周期
メモリブロック４０４の出力が交互にローパスフィルタ
１６に入力され、図５に示した繰り返し補償器全体が、
ノイズの検出、不検出に応じて長期または短期型の繰り
返し補償器として動作する。

【００６４】なお、本実施の形態５においては、ｋまた
はｋ1を０と１とに切り換えたが、かならずしも０と１
ではなく、それぞれ０と１に近い値に設定しても同様の
効果を得られる。さらに、αの値として０．９８も一例
であり、０と１の間の値であればよく、制御システム全
体で必要とされる学習期間に相当するようαの値を設定
すればよい。なお、本システムの安定条件は、実施の形
態１と同様に、βの値を１以下にすることである。

【００６５】実施の形態６．以下に、この発明の実施の
形態６を説明する。実施の形態５に示した繰り返し補償
器を、光ディスクのトラッキング・フォーカシングシス
テムに導入することによって極めて高い追従能力を確保
することが可能となる。通常のトラッキング・フォーカ
シング制御時においては、図２または図３に示した短期
記憶型の繰り返し補償器を動作させることによって追従
目標の相関性を利用し、従来の直結フィードバック制御
系に比べて２０ｄＢ以上の能力向上が可能となる。

【００６６】一方、キズや振動等の外乱が混入した場合
においては、図５に示した繰り返し補償器の動作を長期
記憶型繰り返し補償器の加算比を増やすことによって過
去のキズや振動の混入する前の相関性の強い情報を利用
し、高い追従能力を確保した状態のままで、キズ等の突
発的な外乱が繰り返し補償器の内部の正帰還ループを巡
回することを防ぐようにしたものである。このように構
成することによって、いかなる突発的な状態においても
安定に繰り返し補償器を動作させることが可能となっ
た。

【００６７】実際に、図５に示した長期と短期の両方の
周期成分学習機能を持つ繰り返し補償器を光ディスク装
置のトラッキング制御系に適用して動作させると、図９
の様になる。図９（ｃ）に見られるように、誤差信号に
ディスクの傷の影響があってもトラック偏差が小さく維
持されているのがわかる。

【００６８】実施の形態７．図６は、この発明の実施の
形態７のブロック図である。図中、図２と同じ符号の要
素は同じ構成要素を意味する。図において、５０１は制
御モード切換指令発生手段である。繰り返し補償器を適
用した制御系が動作中の場合は、例えばゲインｋを１と
し、制御系が不動作の場合は０とする。ｋ＝０の間は、
繰り返し補償器はｋ＝１の期間に学習した周期成分をＤ
Ａコンバータ１５から出力し続ける。さらに、その後再
び制御系が動作するときには、ｋ＝１とすることで、制
御系が不動作になる以前の情報を初期値として、再び周
期メモリ２０が学習を開始する。

【００６９】実施の形態８．図７は、この発明の実施の
形態８のブロック図である。図中、図２と同じ符号の要
素は同じ構成要素を意味する。図において、６０１は制
御系全体の安定化補償器、６０２は制御ループオンオフ
スイッチ、６０３は駆動回路をも含む制御対象、６０４
はトラッキング制御モードオンオフ指令発生手段、６０
５は信号加算手段である。

【００７０】以下、動作について説明する。図６に示し
た構成と同じ構成の繰り返し補償器の出力信号が、安定
化補償器６０１に入力され、その出力は制御ループオン
オフスイッチ６０２を介して、駆動回路をも含む制御対
象６０３に伝達される。制御対象６０３の出力は、信号
加算手段６０５にて目標位置信号から減算され、繰り返
し補償器の入力であるＡＤコンバータ１１に入力され
る。

【００７１】例えば、制御対象６０３が光ディスク装置
のトラッキングアクチュエータであるとすると、トラッ
キング動作中は、スイッチ６０２がオンとなり、ゲイン
要素５，６のｋの値がｋ＝１となって、繰り返し補償器
が動作する。さらにトラッキング動作開始前や、シーク
動作時にはスイッチ６０２がオフとなるので、同時にゲ
イン要素５，６のｋの値をｋ＝０とすることで、周期メ
モリ２０は不要な学習を行わない。

【００７２】その後、シーク動作完了直後には再びスイ
ッチ６０２がオンとなり、ゲイン要素５，６のｋの値が
ｋ＝１となって繰り返し補償器が動作する。このとき、
周期メモリ２０はシーク動作開始前の入力トラッキング
制御エラー信号の周期成分をメモリしているので、ＤＡ
コンバータ１５からは直ちにトラッキング制御エラー信
号の周期成分を補償する信号が出力され、結果的に信号
の加算点１の出力であるトラッキングエラー信号のレベ
ルが小さくなり、光スポットの目的トラックへの追従性
能がトラッキング動作開始直後から向上する。

【００７３】なお、この実施の形態８は、光ディスク装
置だけでなく、磁気ディスク装置のトラッキング制御系
にも全く同様に適用できる。

【００７４】実施の形態９．図８は、この発明の実施の
形態９のブロック図である。図中、図７と同じ符号の要
素は同じ構成要素を意味する。図８に示すように、安定
化補償器６０１を離散時間系において実現してもよく、
制御ループオンオフスイッチ６０２は繰り返し補償器の
入力側に設置してもよい。このとき、図７との動作の違
いは、シーク中にも制御対象であるトラッキングアクチ
ュエータ６０３に繰り返し補償器の出力が伝達され、ト
ラッキングアクチュエータがシーク中にもディスクのト
ラック振れ成分に追従する。

【００７５】このように構成することで、シーク中に光
スポットがディスクの偏芯の影響を受けることが無く、
シーク中の横断トラック数を正確にカウントできる。さ
らに、安定化補償器６０１を制御ループオンオフスイッ
チ６０２の直前、または直後に配置してもよく、安定化
補償器６０１と制御ループオンオフスイッチ６０２の配
置は特に問わない。また、ＤＡコンバータ１５は必ずし
も必要ではなく、ＰＷＭ出力でもよい。

【００７６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００７７】請求項１の発明においては、ゲインｋの値
を０から１の間の値に設定することで、繰り返し補償器
の学習時間を自由に設定できる。したがって、繰り返し
補償器を入力信号の１周期から無限時間まで学習時間を
変更できる。

【００７８】請求項２の発明においては、繰り返し補償
器の入力信号の周期成分の強弱を検出する手段の出力に
応じてゲインｋを切り換えるようにしたので、繰り返し
補償器が不規則外乱などの影響を受けることなく動作す
るため、信頼性の高い学習が可能となる。

【００７９】請求項３の発明においては、長期型の周期
メモリと短期型の周期メモリを組み合わせる構成とし、
不規則外乱検出結果に応じて短期型と長期型の繰り返し
制御器として動作する。通常は短期型の繰り返し制御器
として動作し、集束が速くなる効果がある。また、不規
則外乱検出時には長期型の繰り返し制御器として動作
し、よりいっそうノイズ外乱に強い繰り返し補償器を実
現できる。

【００８０】請求項４の発明においては、光ディスク装
置または磁気ディスク装置において、ディスクの１周期
分を記憶するメモリとフィードフォワード加算する短期
の繰り返し補償器と長期記憶型の繰り返し補償器を用
い、制御系の誤差信号に含まれる周期性の強弱に応じ
て、短期記憶と長期記憶の出力加算比を変化させること
で振動やディスクのキズ等の突発的な外乱に影響される
ことのないトラッキング、またはフォーカシング制御シ
ステムを実現できる。

【００８１】請求項５の発明においては、制御モード切
換指令発生手段の出力に基づいてゲインｋの値を切り換
える構成としたので、制御系の動作が中止されても繰り
返し補償器の内部の周期メモリの内容がリセットされる
ことが無く、その後再び制御系が動作した直後に繰り返
し補償器が正常に動作し、従来のように繰り返し補償器
が集束するまでの待ち時間が無くなる。

【００８２】請求項６の発明においては、光ディスク装
置または磁気ディスク装置などディスク装置のトラッキ
ング制御系に繰り返し補償器を適用した場合、シーク動
作中も繰り返し補償器の内容がリセットされることが無
く、シーク動作完了直後にトラッキング動作を再会する
瞬間から繰り返し補償器が正常に動作し、トラッキング
エラーが抑圧されるという効果があり、さらに、光ディ
スク装置においては、シーク中にも繰り返し補償器の出
力をトラッキングアクチュエータに加える構成とするこ
とで、シーク中にも光スポットが、ディスクの偏芯に追
従するため、シーク中の横断トラック数を正確にカウン
トでき、精度の良いシーク動作を実現できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による繰り返し補償
器のブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による繰り返し補償
器のブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態３によるクロック発生
手段を有する繰り返し補償器のブロック図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による相関検出器を
有する短期記憶型の繰り返し補償器と長期記憶型の繰り
返し補償器のブロック図である。

【図５】 この発明の実施の形態５による短期記憶型の
繰り返し補償器と長期記憶型の繰り返し補償器を組み合
わせた繰り返し補償器のブロック図である。

【図６】 この発明の実施の形態７による短期記憶型の
繰り返し補償器と長期記憶型の繰り返し補償器を組み合
わせた繰り返し補償器のブロック図である。

【図７】 この発明の実施の形態８による短期記憶型の
繰り返し補償器と長期記憶型の繰り返し補償器を組み合
わせたブロック図である。

【図８】 この発明の実施の形態９による短期記憶型の
繰り返し補償器と長期記憶型の繰り返し補償器を組み合
わせたブロック図である。

【図９】 この発明の各実施の形態による動作結果を示
す波形図である。

【図１０】 従来の繰り返し型学習制御系の位相余裕量
に対する学習限界を示す図である。

【図１１】 従来の繰り返し型学習制御系の安定性を示
す図である。

【図１２】 従来の繰り返し補償器の周波数特性を示す
図である。

【図１３】 従来のＤＳＰを用いた繰り返し型学習制御
系のブロック図である。

【図１４】 従来の繰り返し補償器の入出力信号の実測
図である。

【図１５】 従来のトラックエラー信号の実測図であ
る。

【符号の説明】

１ 加算点、２ ゲイン要素、３ ローパスフィルタ、
４ 学習メモリ、５，６ ゲイン要素、７ 加算点、１
１ ＡＤ変換器、１３ 絶対値検出器、１４ 相関検出
器、１５ ＤＡ変換器、１６ ローパスフィルタ、１
７，１８ゲイン要素、２０，２１周期メモリ、３１ ロ
ーパスフィルタ、２０１ クロック発生手段、３０１
相関検出器、４０１，４０２ゲイン要素、４０３ 短期
の周期メモリブロック、４０４ 長期のメモリブロッ
ク、５０１ 制御モード切り換え指令発生手段、６０１
制御系全体の安定化補償器、６０２ 制御ループオン
オフスイッチ、６０３ 駆動回路を含む制御対象、６０
４ トラッキング制御モードオンオフ指令発生手段、６
０５ 信号加算手段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御系の誤差信号などの被補償信号が入
   力される第１の加算手段と、 この第１の加算手段の出力信号を１周期分づづ順次フィ
   ードバックして上記第１の加算手段に入力するフィード
   バック信号系とを備え、 上記フィードバック信号系が、 上記第１の加算手段の出力信号に０以上１以下のゲイン
   ｋを乗ずる第１のゲイン要素と、 この第１のゲインｋが乗ぜられた信号が入力される第２
   の加算手段と、 この第２の加算手段の１周期前の出力信号にゲイン１−
   ｋを乗じて上記第２の加算手段に入力する第２のゲイン
   要素と、 上記第２の加算手段の出力信号を１周期分づつ順次更新
   記憶するメモリと、 このメモリに記憶されている１周期分の信号に１以下の
   ゲインβを乗じて上記第１の加算手段に入力する第３の
   ゲイン要素とで構成された繰り返し補償器。
2. 【請求項２】 入力された被補償信号の周期的成分の強
   弱を検出する相関検出手段と、 周期性が弱い成分が検出された時は上記第１および第２
   のゲイン要素のｋの値をほぼ０とし、周期性が強い成分
   が検出された時は上記ｋの値をほぼ１に調節するゲイン
   調節手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の繰り
   返し補償器。
3. 【請求項３】 入力された制御系の誤差信号などの被補
   償信号の周期的成分の強弱を検出する相関検出手段と、 上記被補償信号が入力される第１の加算手段、およびこ
   の第１の加算手段の出力信号を１周期分づづ順次フィー
   ドバックして上記第１の加算手段に入力するフィードバ
   ック信号系とで構成された短期型の補償系と長期型の補
   償系とを有する繰り返し補償器と、 上記相関検出手段によって周期性の弱い成分が検出され
   た時は上記繰り返し補償器の短期型の補償系の出力成分
   が長期型の補償系の出力成分よりも多く、また、周期性
   の強い成分が検出された時は長期型の補償系の出力成分
   が短期型の補償系の出力成分よりも多くなるように上記
   繰り返し補償器の補償特性を調節する手段とを備えたデ
   ィスク装置。
4. 【請求項４】 光または磁気によりディスクに情報を記
   録し再生するディスク装置において、上記光または磁気
   を発生させるヘッドを上記ディスクの所定の位置に位置
   決めするためのアクチュエータまたはモータの制御シス
   テムに、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
   の繰り返し補償器を備えたことを特徴とするディスク装
   置。
5. 【請求項５】 ｋの値を切り換える制御モード切換指令
   発生手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の繰り返し補償器。
6. 【請求項６】 情報を記録または再生するディスク装置
   において、 請求項１または請求項２に記載の繰り返し補償器と、 情報を記録または再生するヘッドを所定の位置に位置決
   めするトラッキング制御手段と、 トラッキング制御モードオンオフ指令発生手段とを有
   し、 上記トラッキング制御モードオンオフ指令発生手段の出
   力に基づきトラッキング制御手段の動作中は上記繰り返
   し補償器のｋの値をほぼ１とし、また、トラッキング制
   御手段が動作していないときはｋの値をほぼ０に調整す
   るように構成されたディスク装置。