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JP3695944B2 - Disturbance suppression device - Google Patents

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JP3695944B2
JP3695944B2 JP15919798A JP15919798A JP3695944B2 JP 3695944 B2 JP3695944 B2 JP 3695944B2 JP 15919798 A JP15919798 A JP 15919798A JP 15919798 A JP15919798 A JP 15919798A JP 3695944 B2 JP3695944 B2 JP 3695944B2
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晃治 藤山
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱信号による制御対象の誤動作等を抑制する外乱抑制装置に関し、外部振動や衝撃等による影響を受け易い、音楽用光(磁気)ディスク再生/記録装置、静止/動画像用光(磁気)ディスク再生/記録装置、コンピュータ用光(磁気)ディスク再生/記録装置、固体記憶メモリーに撮像情報を記憶するカメラからなるSSVC(Solid State Video Camera)等の情報記録再生装置に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
光(磁気)ディスク技術の発達により、光(磁気)ディスク装置が様々な状況で用いられるようになり、室内だけでなく屋外で持ち運びながら光(磁気)ディスク装置が使用されることが多くなっている。それに伴い、光(磁気)ディスク装置と外部からプレーヤに加わる振動や衝撃の問題が重要になってきた。
【0003】
従来の光(磁気)ディスク装置では、振動や衝撃といった外乱によってサーボ外れを起こしやすかった。例えば、携帯型、或いは車載用CDプレーヤといったプレーヤ自身が静止していない状況で使用される装置では、その移動に伴って発生する種々の外乱によって焦点制御であるフォーカスサーボやトラック追従制御であるトラッキングサーボが外れるといったことが起こっていた。
【0004】
このような問題を解決するために、携帯用CDプレーヤ、MDプレーヤではショックプルーフメモリという外付けの記憶装置を装備し、一旦情報をそのメモリに高速で蓄積した後、通常速度で情報を読み出すといった手法が採用されている。この手法により、たとえサーボ外れが発生しようとも数秒程度の衝撃であれば、ユーザーに表面上音飛びがないように聞こえさせることが可能となった。
【0005】
また、車載用CDプレーヤでは、衝撃吸収材でプレーヤを包み込むことにより振動をプレーヤに伝えないような構造を実現していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、ハードウェアを用いて、外乱による振動の影響を低減させようとした場合には外付けのハードウェア部品が不可欠であり、適用が容易ではなく、またハードウェアを用いることによってコストアップにつながるといった欠点があった。
【0007】
更に、そのハードウェアの特性により手法の適用範囲に制限があり、例えばショックプルーフメモリ手法では、再生信号を記憶媒体に一旦保持する特性上、記録型光(磁気)ディスク装置には適用が不可能であった。
【0008】
また、車載用の衝撃吸収材を用いる手法では、装置全体が寸法的に大きくなってしまい、小型化が要求される携帯用の光(磁気)ディスク装置には適用できないという欠点があった。
【0009】
また昨今、コンピュータ向け高速回転CD−ROMが急速に普及しているが、高速回転モータによって発生する振動が光学系を含むアクチュエータに与える影響も無視できないものとなってきている。
【0010】
従って、本発明は、以上のような問題点を解決し、かつ特定の光(磁気)ディスク装置だけに適用される手法ではない汎用性のある外乱抑制技術を確立するために、外付けのハードウェア部品を新たに追加することなく、ソフトウェア処理として、外乱オブザーバを光(磁気)ディスク装置のフォーカスサーボ系やトラッキングサーボ系等に適用し、振動、及び衝撃といった外乱に強いシステムを構築することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の外乱抑制装置は、外乱による影響を受ける制御対象(1)と、該制御対象(1)の駆動信号を生成する制御部(2)と、前記制御対象(1)の所望の入力信号(4)と前記制御対象(1)からの出力信号(5)に基づいて入力信号(4)からの差を示す誤差信号(6)を生成すると共に、該誤差信号(6)を前記制御部(2)に出力する誤差信号生成部(3)と、該誤差信号生成部(3)の出力信号に基づいて第1外乱オブザーバ信号を求める第1外乱オブザーバ演算部(11)と、前記制御部(2)の駆動信号と前記第1外乱オブザーバ信号に基づいて第2外乱オブザーバ信号を求め、前記制御対象(1)に出力する第2外乱オブザーバ演算部(12)と、から構成され、前記第 1 外乱オブザーバ演算部(11)は、低域通過フィルタと前記制御対象(1)の理想モデルから導出され、特定の周波数帯域の信号を通過せしめ、前記第2外乱オブザーバ演算部(12)は、前記低域通過フィルタから導出され、低周波帯域の信号の利得を増加せしめることを特徴とする。
【0013】
前記第1外乱オブザーバ演算部(11)、及び第2外乱オブザーバ演算部(12)をデジタル制御装置として実現し処理することを特徴とする。
【0014】
前記制御対象(1)は、光記録媒体、若しくは光磁気記録媒体への情報の記録再生に用いられる対物レンズの位置決め装置であることを特徴とする。
【0015】
前記誤差信号(6)は、トラック追従制御を行うためのトラッキング誤差信号、或いは焦点制御を行うためのフォーカス誤差信号であることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、CDプレーヤのトラッキングアクチュエータを制御対象とした場合の「トラッキングサーボ系」を例に挙げて、図1乃至図6を用いて説明する。
【0017】
尚、本発明の実施の形態では、トラッキングアクチュエータを用いたトラッキングサーボ系について説明するが、本発明の外乱抑制装置はこれには限られず、フォーカスアクチュエータに対するフォーカスサーボ系にも適用することが可能である。
【0018】
図1は、外乱オブザーバを用いた光(磁気)ディスク装置の位置決め制御装置の基本的な構成図である。
【0019】
同図において、本発明の外乱抑制装置は、
(1)摩擦、むだ時間要素、高次共振といった非線型要素を考慮に入れた現実に近い制御対象1のモデル(以下「制御対象」といい、この制御対象1の伝達関数をPa(s)で表わす。)、
(2) システムの定常特性や安定性を向上させるための制御部2、
(3)制御対象1の望ましい位置とされる基準入力信号4、及び制御対象1の実際の位置を表す出力信号5に基いて、制御対象1の基準信号までのずれを示すトラッキング誤差信号(以下、単に「誤差信号」という。)6を生成する誤差信号生成部5、
(4)制御部2と同様に誤差信号6を入力として演算によって帰還信号13を出力する第1外乱オブザーバ演算部11、
(5)制御部2の演算結果信号14と加算され信号15を入力信号とし、制御信号7を出力する第2外乱オブザーバ演算部12、
から構成されている。
【0020】
具体的には、制御部2は、誤差信号6を入力としPID制御、或いは位相進み遅れ制御といった補償要素としての演算を行った後、演算結果信号14として出力する。
【0021】
第1外乱オブザーバ演算部11は制御部2と同様に誤差信号6を入力として演算によって帰還信号13を出力し、制御部2の演算結果信号14と加算され信号15となる。第2外乱オブザーバ演算部12はその信号15を入力信号とし、制御信号7を出力する。制御信号7は外乱信号8と共に制御対象1の入力信号9となる。
【0022】
第1外乱オブザーバ演算部11は、図1に示した低域通過フィルタQと、図1に示した制御対象1であるアクチュエータの理想モデルPn(s)から導出され、この第1外乱オブザーバ演算部11は、誤差信号6を入力として演算を行い演算結果を帰還信号13として出力し、その帰還信号13は制御部2の演算結果信号14に足し合わされて信号15となる。
【0023】
更に、第2外乱オブザーバ演算部12は図1の低域通過フィルタQから導出され、この第2外乱オブザーバ演算部12は、信号15を入力として演算を行った後、制御信号7を出力する。制御信号7は外乱信号8に足し合わされることによって信号9となって制御対象1の入力信号9となり、制御対象1を駆動する。
【0024】
ここで低域通過フィルタQは、第1外乱オブザーバ演算部11の伝達関数Q(s)/Pn(s)が実現可能、即ち外乱オブザーバ演算部11の伝達関数の分母の次数が分子の次数より大きいか、又は等しくなるようにすべく、高域で利得が増大しないような伝達特性を有するように設定する必要がある。
【0025】
、第1外乱オブザーバ演算部11は、伝達関数Q(s)/Pn(s)で表わされ、特定の周波数帯域の信号を通過せしめる特性を有する第1フィルタから構成される
【0026】
また、第2外乱オブザーバ演算部12は、低域通過フィルタQを用いて伝達関数1/(1−Q(s))で表わされ、低周波帯域の信号の利得を増加せしめる特性を有する第2フィルタから構成される。
【0027】
図2は、図1の位置決め制御装置をデジタル処理するためのデジタルサーボとしての外乱オブザーバブロックである。
【0028】
図2において、連続時間領域において設計された制御部2、及び第1外乱オブザーバ演算部11、及び第2外乱オブザーバ演算部12は、全て双一次変換を用いて連続時間領域の伝達関数から離散時間領域のパルス伝達関数へと変換され、Q(s)/Pn(s)はQ(z-1)/Pn(z-1)へ、1/(1−Q(s))は1/(1−Q(z-1))へとそれぞれ変換される。
【0029】
更に、各パルス伝達関数はデジタル信号処理部においてデジタルフィルタとして実現される。装置16は連続時間領域の誤差信号6を離散時間領域の誤差信号18へ変換するためのAD変換装置、装置17は離散化された制御信号19を連続時間領域の制御信号7に変換するためのDA変換装置である。
【0030】
ここで、第1外乱オブザーバ演算部11、及び第2外乱オブザーバ演算部12のパルス伝達関数を導出するためのフローチャートを図3に示す。
【0031】
図3におけるステップS1では、サンプリング周波数等の初期設定を行う。ステップS2では、制御対象1の理想的モデルPn(s)の設定を行う。ステップS3では、図2に示す第1外乱オブザーバ演算部11、及び第2外乱オブザーバ演算部12についての回路ブロック中のゲイン値を設定する。
【0032】
これらのゲイン値は各光(磁気)ディスク装置により異なるが、本発明の光(磁気)ディスク装置に関しては、誤差信号生成部3内における誤差信号生成用ゲインや、アクチュエータ駆動用のドライバゲイン、光ピックアップ部の光学系ゲイン等が該当する。
【0033】
ステップS4では、低域通過フィルタの次数、カットオフ周波数を設定する。
【0034】
ステップS5では、低域通過フィルタの伝達関数Q(s)を導出する。
【0035】
ステップS6では、第1外乱オブザーバ演算部11の伝達関数Q(s)/Pn(s)の相対次数を求め、分子の次数が分母の次数より大きければ、ステップS4に戻り、一方分子の次数が分母の次数以下であれば、ステップS7に進む。
【0036】
ステップS7においては、第2外乱オブザーバ演算部12における伝達関数1/(1− Q(s))を導出する。 ステップS8では、第1外乱オブザーバ演算部11の伝達関数Q(s)/Pn(s)、及び第2外乱オブザーバ演算部12の伝達関数1/(1− Q(s))に基づいてデジタルフィルタ化を行い、全て双一次変換を用いて連続時間領域の伝達関数から離散時間領域のパルス伝達関数、Q(z-1)/Pn(z-1)、1/(1−Q(z-1))へと変換する。
【0037】
次に、図3によって設計された第1外乱オブザーバ演算部11、或いは第2外乱オブザーバ演算部12からなる外乱オブザーバ演算部を用いた本実施の形態について、周波数特性を用いて説明する。
【0038】
図4は低域通過フィルタ4の通過域を800(Hz)に設定して設計したシステムにおける、外乱信号8(=d)から出力信号5(=y)までの周波数応答のコンピュータシミュレーション結果の一例である。
【0039】
図4において、縦軸は利得(外乱の減衰量)、横軸は周波数である。また点線のグラフは外乱オブザーバを適用しないシステムのもの、実線のグラフは外乱オブザーバを適用したシステムのデータである。
【0040】
図4から、外乱オブザーバを適用したシステムは低周波域、特に低域通過フィルタQの通過域において著しい外乱抑制力を有していることが分かる。
【0041】
また、図2で示される本発明の構成の外乱オブザーバを、現実のCDプレーヤのトラッキングサーボ制御系に適用し、そのディスク装置を意図的に外乱信号を発生させる加振器上に設置して外乱抑制効果の比較実験を行い、その実験結果により実際の外乱オブザーバの効果について示す。
【0042】
図5はCDプレーヤのトラッキング方向に25(Hz)、3(m/s2)の正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号6の比較実験結果である。
【0043】
2つのグラフのうち、上側の信号波形は、外乱オブザーバを備えない装置の誤差信号、また下側の信号波形は、外乱オブザーバを備えた装置の誤差信号を表している。図5の加振比較実験の結果より明らかなように、外乱オブザーバを適用しないシステムの誤差信号には正弦波外乱の影響が顕著に現れている。
【0044】
これに対し、外乱オブザーバを適用したシステムの誤差信号6においては正弦波外乱の影響が大幅に抑圧されている様子が分かる。
【0045】
更に、持続的な正弦波状外乱信号だけでなく、瞬間的な衝撃外乱に対しても同様な加振実験を行った。図6はCDプレーヤのトラッキング方向に発生時間100(ms)、13(m/s2)の1周期分正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果である。
【0046】
図6に示す2つのグラフのうち、上側の信号波形は、外乱オブザーバを装備しない装置の誤差信号6、また下側の信号波形は、外乱オブザーバを装備した装置の誤差信号6を表す。
【0047】
図6における実験結果に関しても、図5と同じように外乱オブザーバを適用しないシステムの誤差信号6には振動の影響が現れ振幅が非常に大きくなっているが、外乱オブザーバを適用したシステムでは振動発生後、約200(ms)ほどで通常の制御状態に復帰しているのが確認できる。
【0048】
尚、前述の実施の形態では、トラッキングサーボ系を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は光(磁気)ディスクのフォーカスサーボ制御系にも適用できることはいうまでもなく、この場合、誤差信号8は「フォーカス誤差信号」になることはいうまでもない。
【0049】
更に本発明はデジタルサーボ制御として実現され、制御部2、及び外乱オブザーバ演算部の全てをデジタル信号処理装置を用いて実現した。
【0050】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、図2の構成を持つ光(磁気)ディスク装置は、外部メモリや外付けセンサーといったハードウェア部品を一切追加することなく、情報記録再生装置に用いられる外乱抑制装置、具体的にはフォーカスサーボ、及びトラッキングサーボといったアクチュエータの位置決め制御において振動や衝撃といった外乱の影響の低減に非常に効果がある。
【0051】
また、従来のハードウェア的な振動対策ではない制御理論を用いての外乱抑制技術であるので、同様な制御構造を有する他の光(磁気)ディスク装置にも同様の効果がある。
【0052】
更に、従来広く用いられているPID制御器や位相進み遅れ制御器で構成されている制御系に関して、図2で示される2つの演算ブロック、即ち第1外乱オブザーバ演算部11、第2外乱オブザーバ演算部12を追加するだけで、制御系に印加される外乱信号を抑制することが出来る。
【0053】
また、低域フィルタの通過域を設定することにより、外乱抑制域を容易に調節することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】誤差信号で駆動される外乱オブザーバブロック線図である。
【図2】デジタルサーボとしての外乱オブザーバブロック線図である。
【図3】外乱オブザーバ演算部を導出するためのフローチャートである。
【図4】外乱特性の周波数応答特性を示す図である。
【図5】正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果を示す図である。
【図6】1周期分正弦波外乱信号を加えた時の、外乱オブザーバを適用しないシステムと適用したシステムにおける誤差信号の比較実験結果を示す図である。
【符号の説明】
1…現実の制御対象のモデル
2…制御部
3…誤差信号生成部
4…基準入力信号
5…出力信号
6…誤差信号
7…制御信号
8…外乱信号
9…制御対象(1)への入力信号
10…外乱推定信号
11…第1外乱オブザーバ演算部
12…第2外乱オブザーバ演算部
13…第1外乱オブザーバ演算部の出力信号
14…制御部2の出力信号
15…第2外乱オブザーバ演算部への入力信号
16…AD変換器
17…DA変換器
18…離散時間領域の誤差信号
19…離散時間領域の制御信号
20…外乱オブザーバ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disturbance suppression device that suppresses a malfunction of a control target due to a disturbance signal, and is likely to be affected by external vibration, impact, etc. Suitable for information recording / reproducing apparatus such as SSVC (Solid State Video Camera) composed of a camera that stores imaging information in a solid-state memory, such as a magnetic) disk reproducing / recording apparatus, a computer optical (magnetic) disk reproducing / recording apparatus Is.
[0002]
[Prior art]
With the development of optical (magnetic) disk technology, optical (magnetic) disk devices are used in various situations, and optical (magnetic) disk devices are often used while being carried outdoors as well as indoors. Yes. Along with this, the problem of vibration and shock applied to the player from the outside with the optical (magnetic) disk device has become important.
[0003]
In the conventional optical (magnetic) disk device, the servo is likely to be lost due to disturbance such as vibration or shock. For example, in a device that is used in a situation where the player itself is not stationary, such as a portable or in-vehicle CD player, focus servo that is focus control or tracking that is track follow-up control due to various disturbances generated by the movement of the device. The servo was off.
[0004]
In order to solve such problems, portable CD players and MD players are equipped with an external storage device called a shock proof memory, and once information is stored in the memory at a high speed, the information is read out at a normal speed. The method is adopted. This technique makes it possible for the user to hear that there is no skipping on the surface if there is an impact of a few seconds even if the servo slippage occurs.
[0005]
Also, in-vehicle CD players have realized a structure in which vibration is not transmitted to the player by wrapping the player with a shock absorbing material.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, external hardware components are indispensable when using hardware to reduce the effects of vibration due to disturbances, and are not easy to apply. There was a drawback.
[0007]
Furthermore, the range of application of the method is limited due to the characteristics of the hardware. For example, the shock-proof memory method cannot be applied to a recording type optical (magnetic) disk device because the reproduction signal is temporarily held in a storage medium. Met.
[0008]
In addition, the method using a shock absorber for in-vehicle use has a drawback that the entire device becomes dimensionally large and cannot be applied to a portable optical (magnetic) disk device that is required to be downsized.
[0009]
In recent years, high-speed rotation CD-ROMs for computers have rapidly spread. However, the influence of vibration generated by a high-speed rotation motor on an actuator including an optical system cannot be ignored.
[0010]
Accordingly, the present invention solves the above-described problems and establishes a general-purpose disturbance suppression technique that is not a technique applied only to a specific optical (magnetic) disk device. As a software process without adding new wear parts, the disturbance observer is applied to the focus servo system and tracking servo system of optical (magnetic) disk devices to build a system that is resistant to disturbances such as vibration and shock. Objective.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The disturbance suppressing device of the present invention includes a control target (1) that is affected by a disturbance, a control unit (2) that generates a drive signal for the control target (1), and a desired input signal of the control target (1). An error signal (6) indicating a difference from the input signal (4) is generated based on the output signal (5) from (4) and the control object (1), and the error signal (6) is generated by the control unit. An error signal generator (3) to output to (2), a first disturbance observer calculator (11) for obtaining a first disturbance observer signal based on an output signal of the error signal generator (3), and the controller based on the drive signal and the first disturbance observer signal (2) determine the second disturbance observer signal, a second disturbance observer calculating unit for output to the controlled object (1) and (12), is composed of the first 1 disturbance observer calculating unit (11) includes a low-pass filter The second disturbance observer calculation unit (12) is derived from the low-pass filter and is derived from the ideal model of the controlled object (1) and passes a signal in a specific frequency band. It is characterized by increasing the gain .
[0013]
The first disturbance observer calculation unit (11) and the second disturbance observer calculation unit (12) are realized and processed as digital control devices.
[0014]
The controlled object (1) is an objective lens positioning device used for recording / reproducing information on / from an optical recording medium or a magneto-optical recording medium.
[0015]
The error signal (6) is a tracking error signal for performing track following control or a focus error signal for performing focus control.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 by taking as an example a “tracking servo system” when a tracking actuator of a CD player is a control target.
[0017]
In the embodiment of the present invention, a tracking servo system using a tracking actuator will be described. However, the disturbance suppressing device of the present invention is not limited to this, and can be applied to a focus servo system for a focus actuator. is there.
[0018]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a positioning control device for an optical (magnetic) disk device using a disturbance observer.
[0019]
In the same figure, the disturbance suppressing device of the present invention is
(1) A model of the control object 1 that is close to reality taking into account nonlinear elements such as friction, dead time element, and higher order resonance (hereinafter referred to as “control object”, and the transfer function of the control object 1 is defined as P a (s ))
(2) Control unit 2 for improving the steady state characteristics and stability of the system,
(3) A tracking error signal (hereinafter referred to as a reference error signal) indicating a deviation from the reference signal of the control target 1 based on the reference input signal 4 that is a desired position of the control target 1 and the output signal 5 that represents the actual position of the control target 1 Simply referred to as an “error signal”).
(4) A first disturbance observer calculation unit 11 that receives the error signal 6 as an input and outputs a feedback signal 13 by calculation similarly to the control unit 2;
(5) a second disturbance observer calculation unit 12 that adds the calculation result signal 14 of the control unit 2 and uses the signal 15 as an input signal and outputs the control signal 7;
It is composed of
[0020]
Specifically, the control unit 2 receives the error signal 6 and performs calculation as a compensation element such as PID control or phase advance / delay control, and then outputs the calculation result signal 14.
[0021]
Similar to the control unit 2, the first disturbance observer calculation unit 11 receives the error signal 6 and outputs a feedback signal 13 by calculation, and is added to the calculation result signal 14 of the control unit 2 to obtain a signal 15. The second disturbance observer calculation unit 12 receives the signal 15 as an input signal and outputs a control signal 7. The control signal 7 becomes the input signal 9 of the controlled object 1 together with the disturbance signal 8.
[0022]
The first disturbance observer calculation unit 11 is derived from the low-pass filter Q shown in FIG. 1 and the ideal model P n (s) of the actuator that is the control target 1 shown in FIG. 1, and this first disturbance observer calculation is performed. The unit 11 performs an operation with the error signal 6 as an input, and outputs the operation result as a feedback signal 13. The feedback signal 13 is added to the operation result signal 14 of the control unit 2 to be a signal 15.
[0023]
Further, the second disturbance observer calculation unit 12 is derived from the low-pass filter Q of FIG. 1, and the second disturbance observer calculation unit 12 performs calculation with the signal 15 as an input, and then outputs the control signal 7. The control signal 7 is added to the disturbance signal 8 to become a signal 9 to become an input signal 9 of the controlled object 1 and drive the controlled object 1.
[0024]
Here, the low-pass filter Q can realize the transfer function Q (s) / P n (s) of the first disturbance observer calculation unit 11, that is, the denominator of the transfer function of the disturbance observer calculation unit 11 has the numerator order. In order to be larger or equal, it is necessary to set the transfer characteristic so that the gain does not increase at high frequencies.
[0025]
The first disturbance observer calculation unit 11 is represented by a transfer function Q (s) / P n (s) and includes a first filter having a characteristic of allowing a signal in a specific frequency band to pass.
[0026]
The second disturbance observer calculation unit 12 is represented by a transfer function 1 / (1-Q (s)) using a low-pass filter Q, and has a characteristic of increasing the gain of a signal in a low frequency band. It consists of two filters.
[0027]
FIG. 2 is a disturbance observer block as a digital servo for digitally processing the positioning control device of FIG.
[0028]
In FIG. 2, the control unit 2, the first disturbance observer calculation unit 11, and the second disturbance observer calculation unit 12 designed in the continuous time domain are all separated from the transfer function in the continuous time domain using a bilinear transformation. Q (s) / P n (s) is converted to Q (z −1 ) / P n (z −1 ), 1 / (1-Q (s)) is 1 / Each is converted to (1-Q (z −1 )).
[0029]
Further, each pulse transfer function is realized as a digital filter in the digital signal processing unit. The device 16 is an AD converter for converting the error signal 6 in the continuous time domain into the error signal 18 in the discrete time domain, and the device 17 is for converting the discretized control signal 19 into the control signal 7 in the continuous time domain. It is a DA converter.
[0030]
Here, FIG. 3 shows a flowchart for deriving the pulse transfer functions of the first disturbance observer calculation unit 11 and the second disturbance observer calculation unit 12.
[0031]
In step S1 in FIG. 3, initial settings such as a sampling frequency are performed. In step S2, an ideal model P n (s) of the control target 1 is set. In step S3, the gain values in the circuit blocks for the first disturbance observer calculation unit 11 and the second disturbance observer calculation unit 12 shown in FIG. 2 are set.
[0032]
These gain values differ depending on each optical (magnetic) disk device. However, in the optical (magnetic) disk device of the present invention, the error signal generating gain in the error signal generating unit 3, the driver gain for driving the actuator, the light This applies to the optical gain of the pickup unit.
[0033]
In step S4, the order of the low-pass filter and the cutoff frequency are set.
[0034]
In step S5, the transfer function Q (s) of the low-pass filter is derived.
[0035]
In step S6, the relative order of the transfer function Q (s) / Pn (s) of the first disturbance observer calculation unit 11 is obtained. If the order of the numerator is larger than the order of the denominator, the process returns to step S4. Is less than or equal to the denominator order, the process proceeds to step S7.
[0036]
In step S7, the transfer function 1 / (1-Q (s)) in the second disturbance observer calculation unit 12 is derived. In step S8, the transfer function Q (s) / P n (s) of the first disturbance observer calculation unit 11 and the transfer function 1 / (1−Q (s)) of the second disturbance observer calculation unit 12 are digitalized. Filtering is performed, using all bilinear transforms, from continuous time domain transfer function to discrete time domain pulse transfer function, Q (z -1 ) / P n (z -1 ), 1 / (1-Q (z -1 )).
[0037]
Next, the present embodiment using the disturbance observer calculation unit composed of the first disturbance observer calculation unit 11 or the second disturbance observer calculation unit 12 designed according to FIG. 3 will be described using frequency characteristics.
[0038]
FIG. 4 shows an example of a computer simulation result of the frequency response from the disturbance signal 8 (= d) to the output signal 5 (= y) in a system designed by setting the pass band of the low-pass filter 4 to 800 (Hz). It is.
[0039]
In FIG. 4, the vertical axis represents gain (disturbance attenuation), and the horizontal axis represents frequency. The dotted line graph is for the system to which the disturbance observer is not applied, and the solid line graph is the data for the system to which the disturbance observer is applied.
[0040]
From FIG. 4, it can be seen that the system to which the disturbance observer is applied has a significant disturbance suppressing force in the low frequency range, particularly in the pass band of the low pass filter Q.
[0041]
Further, the disturbance observer having the configuration of the present invention shown in FIG. 2 is applied to a tracking servo control system of an actual CD player, and the disk device is intentionally installed on an exciter that generates a disturbance signal. A comparative experiment of the suppression effect is performed, and the actual disturbance observer effect is shown by the experimental result.
[0042]
FIG. 5 shows a comparison experiment result of the error signal 6 in the system to which the disturbance observer is not applied and the system to which the disturbance observer is applied when the sine wave disturbance signal of 25 (Hz) and 3 (m / s 2 ) is added in the tracking direction of the CD player. It is.
[0043]
In the two graphs, the upper signal waveform represents the error signal of the device without the disturbance observer, and the lower signal waveform represents the error signal of the device with the disturbance observer. As is clear from the result of the excitation comparison experiment in FIG. 5, the influence of the sinusoidal disturbance appears remarkably in the error signal of the system to which the disturbance observer is not applied.
[0044]
On the other hand, it can be seen that the influence of the sinusoidal disturbance is greatly suppressed in the error signal 6 of the system to which the disturbance observer is applied.
[0045]
Furthermore, not only a continuous sinusoidal disturbance signal but also a similar excitation experiment was performed for an instantaneous shock disturbance. FIG. 6 shows an error signal in a system to which a disturbance observer is not applied and a system to which the disturbance observer is applied when a sinusoidal disturbance signal is generated for one period of generation time 100 (ms) and 13 (m / s 2 ) in the tracking direction of the CD player. It is a comparative experiment result.
[0046]
In the two graphs shown in FIG. 6, the upper signal waveform represents the error signal 6 of the apparatus not equipped with the disturbance observer, and the lower signal waveform represents the error signal 6 of the apparatus equipped with the disturbance observer.
[0047]
As for the experimental results in FIG. 6, as in FIG. 5, the error signal 6 of the system to which the disturbance observer is not applied is affected by the vibration and the amplitude is very large. However, in the system to which the disturbance observer is applied, the vibration is generated. After that, it can be confirmed that the normal control state is restored in about 200 (ms).
[0048]
In the above embodiment, the tracking servo system has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention can also be applied to a focus servo control system of an optical (magnetic) disk. Needless to say, in this case, the error signal 8 becomes a “focus error signal”.
[0049]
Furthermore, the present invention is realized as digital servo control, and all of the control unit 2 and the disturbance observer calculation unit are realized by using a digital signal processing device.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the optical (magnetic) disk device having the configuration shown in FIG. 2 can be used as an information recording / reproducing device without adding any hardware components such as an external memory and an external sensor. It is very effective in reducing the influence of disturbances such as vibrations and shocks in the positioning control of the used disturbance suppressing device, specifically, actuators such as focus servo and tracking servo.
[0051]
Further, since this is a disturbance suppression technique using a control theory that is not a conventional countermeasure against vibrations in hardware, other optical (magnetic) disk devices having a similar control structure have the same effect.
[0052]
Further, regarding a control system composed of a PID controller and a phase advance / lag controller that have been widely used in the past, the two operation blocks shown in FIG. 2, that is, the first disturbance observer calculation unit 11 and the second disturbance observer calculation. The disturbance signal applied to the control system can be suppressed only by adding the section 12.
[0053]
Moreover, the disturbance suppression area can be easily adjusted by setting the pass band of the low-pass filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a disturbance observer driven by an error signal.
FIG. 2 is a block diagram of a disturbance observer as a digital servo.
FIG. 3 is a flowchart for deriving a disturbance observer calculation unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency response characteristic of a disturbance characteristic.
FIG. 5 is a diagram showing a comparison experiment result of an error signal in a system to which a disturbance observer is not applied and a system to which a disturbance observer is applied when a sine wave disturbance signal is added.
FIG. 6 is a diagram showing a comparison experiment result of an error signal in a system to which a disturbance observer is not applied and a system to which the disturbance observer is applied when a sinusoidal disturbance signal is added for one cycle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Model of real control object 2 ... Control part 3 ... Error signal generation part 4 ... Reference input signal 5 ... Output signal 6 ... Error signal 7 ... Control signal 8 ... Disturbance signal 9 ... Input signal to control object (1) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Disturbance estimation signal 11 ... 1st disturbance observer calculating part 12 ... 2nd disturbance observer calculating part 13 ... Output signal 14 of 1st disturbance observer calculating part ... Output signal 15 of the control part 2 ... 2nd disturbance observer calculating part Input signal 16 ... AD converter 17 ... DA converter 18 ... Discrete time domain error signal 19 ... Discrete time domain control signal 20 ... Disturbance observer

Claims (4)

外乱による影響を受ける制御対象(1)と、該制御対象(1)の駆動信号を生成する制御部(2)と、前記制御対象(1)の所望の入力信号(4)と前記制御対象(1)からの出力信号(5)に基づいて入力信号(4)からの差を示す誤差信号(6)を生成すると共に、該誤差信号(6)を前記制御部(2)に出力する誤差信号生成部(3)と、
該誤差信号生成部(3)の出力信号に基づいて第1外乱オブザーバ信号を求める第1外乱オブザーバ演算部(11)と、
前記制御部(2)の駆動信号と前記第1外乱オブザーバ信号に基づいて第2外乱オブザーバ信号を求め、前記制御対象(1)に出力する第2外乱オブザーバ演算部(12)と、
から構成され、
前記第1外乱オブザーバ演算部(11)は、低域通過フィルタと前記制御対象(1)の理想モデルを含み、特定の周波数帯域の信号を通過せしめ、
前記第2外乱オブザーバ演算部(12)は、前記低域通過フィルタを含み、低周波帯域の信号の利得を増加せしめることを特徴とする外乱抑制装置。
A control object (1) that is affected by a disturbance, a control unit (2) that generates a drive signal for the control object (1), a desired input signal (4) of the control object (1), and the control object ( An error signal (6) indicating a difference from the input signal (4) is generated based on the output signal (5) from 1), and the error signal (6) is output to the control unit (2). A generator (3);
A first disturbance observer calculation unit (11) for obtaining a first disturbance observer signal based on the output signal of the error signal generation unit (3);
A second disturbance observer calculation unit (12) for obtaining a second disturbance observer signal based on the drive signal of the control unit (2) and the first disturbance observer signal and outputting the second disturbance observer signal to the control target (1);
Consisting of
The first disturbance observer calculation unit (11) includes a low-pass filter and an ideal model of the control target (1), and allows a signal in a specific frequency band to pass through.
The second disturbance observer calculation unit (12) includes the low-pass filter and increases the gain of a signal in a low frequency band.
前記第1外乱オブザーバ演算部(11)、及び第2外乱オブザーバ演算部(12)をデジタル制御装置として実現し処理することを特徴とする請求項1に記載の外乱抑制装置。   The disturbance suppressing device according to claim 1, wherein the first disturbance observer calculating unit (11) and the second disturbance observer calculating unit (12) are realized and processed as a digital control device. 前記制御対象(1)は、光記録媒体、若しくは光磁気記録媒体への情報の記録再生に用いられる対物レンズの位置決め装置であることを特徴とする請求項1又は2に記載の外乱抑制装置。   3. The disturbance suppressing device according to claim 1, wherein the control object (1) is an objective lens positioning device used for recording / reproducing information on / from an optical recording medium or a magneto-optical recording medium. 前記誤差信号(6)は、トラック追従制御を行うためのトラッキング誤差信号、或いは焦点制御を行うためのフォーカス誤差信号であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の外乱抑制装置。   4. The disturbance suppressing device according to claim 1, wherein the error signal (6) is a tracking error signal for performing track following control or a focus error signal for performing focus control. .
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