JP4088483B2 - 偏心補償のためのディスクドライブサーボシステムの偏心補償方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスクドライブサーボシステムの偏心補償に係り、より詳細にはディスクドライブサーボシステムに存在する偏心の周期的な外乱を補償するために周期的な反復学習とアクチュエータの周波数応答特性に基づいて倍速による補償値を反映したテーブルを作って利用するディスクドライブサーボシステムの偏心補償装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、光ディスクドライブサーボシステムの偏心によるトラッキングエラー信号の一例を示したものである。光ディスクドライブサーボシステムで現れる偏心は、ディスクを回転させるスピンドルの回転軸とディスクのトラック中心とが一致しないことによって現れる現象である。光ディスクドライブサーボシステムにおいてはこのような偏心が主な周期的外乱成分として作用しており、倍速が高まるほど偏心の影響はさらに大きくなる。このような偏心を補償しなければ、精密なトラック追従ができないために、従来のシステムはこのような偏心を補償するために多様な補償方法を使用してきた。
【０００３】
図２は、一般の光記録／再生装置のピックアップヘッド（ＰＵＨ）位置制御システムのブロック図であって、ピックアップヘッド（図示せず）の望ましい位置を指示する位置命令を入力信号とする。ピックアップヘッドの位置を移動させる光ディスクドライブのアクチュエータ２２０の実際位置を示す信号が負の方向にフィードバックされて加算器２００を通じて位置命令信号と合わせられる。加算器２００から出力されたエラー信号ｅは制御器２１０に入力され、制御器２１０はそのエラー信号ｅを補償する所定アルゴリズムを行い、それにより補償された制御器出力信号をアクチュエータ２２０に印加する。アクチュエータ２２０は制御器２１０から入力された補償信号によってピックアップヘッド（図示せず）の位置を移動させる。このような動作が反復されてピックアップヘッドの位置を調整するが、このような制御システムでは無視できない大きさの偏心などの外乱への対応が不可能である。
【０００４】
図３は、図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の一実施例である。このシステムではＡという偏心大きさを有し、ωのディスク回転周波数を有し、ψという偏心位相を有する完全な正弦波Ａｓｉｎ（ωｔ＋ψ）を偏心信号として仮定してそれに対する補償を行う（３００）。この補償方法は米国特許５,８９２,７４２に開示されている。図３のシステム動作を説明すれば、まずトラッキング制御開始前、図１のように示されるエラー波形からフィードフォワード入力を算出する。すなわち、図１に示されるトラック一回転（一周期）時に現れるトラックエラーの数を利用して偏心の大きさを決定し、１回転を示すアクチュエータ駆動スピンドルインデックス基準信号発生時点でトラックエラーの周期が最大になる位置までの遅延時間から偏心の位相を決定する。このように計算されたフィードフォワード制御入力を制御器２１０の出力に印加する。このような外乱補償方法はその具現が非常に簡単なので適用しやすいという長所があるが、既存のサーボ（アクチュエータ）制御システムの応答特性を考慮しない一種のオープンループ方法であって、偏心を含む周期的な外乱は完全な正弦波に近くならないのでその性能に限界がある。
【０００５】
図４は、図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の他の実施例である。図４のシステムは米国特許５,５５０,６８５に開示されているものであって、ハードディスクドライブサーボシステムに適用される。この制御システムではまず制御開始前に、トラックエラー信号を利用して固定されたフィードフォワード制御入力を求めてテーブル４００に貯蔵して置き、制御時この貯蔵された制御入力を利用して外乱によるエラー補償を行う。また、ドライブシステム駆動時に外部要因により周期的なランアウト（ＲＲＯ；Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ＲｕｎＯｕｔ）の特性変化が発生することに備えて別途に適応フィードフォワード制御部４１０を追加構成してシステムに印加する。このために位置エラー信号（ＰＥＳ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）から特定周波数成分を抽出するために離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、また逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を行ってから特定周波数成分信号を求める。求められた特定周波数成分信号をＰＥＳ信号に足して既存のサーボ制御ループのエラー入力に加算させる。このような方法を通じてエラー補償制御が行われる。図４のシステムは全体的な閉ループ応答特性を考慮して具現したものであって、複雑であるが、図３のような方式よりは効果的な外乱補償システムであるといえる。しかし、この場合においては、実際にディスクドライブサーボシステムの制御領域に存在する色々な周波数の外乱成分を全体的に考慮するよりは特定周波数成分の外乱だけを考慮しているために、倍速変化のような周期変化に対して対応し難い問題点がある。
【０００６】
ディスクドライブサーボシステムに存在する偏心はディスクの再生速度が変化する時、その大きさは一定であるが周波数成分が変化するという特徴を有する。一方、アクチュエータの周波数応答特性によってディスクの再生速度が変化するにつれてシステムにおよぶ偏心の影響が変わるために、ディスクの再生速度が変化する場合にそれによる制御値の補償が必要となる。特に、偏心の影響が大きい場合、ディスクの再生速度が遅い時は偏心補償が可能であるが、ディスクの再生速度が増加するにつれてシステムの安定性が保障されなくなる。最近のディスクドライブサーボシステムの高倍速化につれてディスクの再生速度は次第に増加しているので、これに対する効果的な対応が必要となる。高偏心ディスクの場合、ディスクドライブサーボシステムの再生速度が増加するにつれて偏心の影響がさらに大きく現れてトラッキング制御時に引込さえ不可能な状況が発生するので、これを補完するために通常ディスクドライブサーボシステムでは偏心量によって最大再生速度を制限する。
【０００７】
したがってこのような問題点を解決するために、ディスクドライブサーボシステムのようなシステムにおいて、高性能外乱補償のために偏心成分だけでなく制御領域内のあらゆる駆動周波数成分を考慮してそれによる制御入力を計算する必要があり、ディスクドライブサーボシステムの高倍速化に効果的に対応できる新しい外乱補償方法及び装置が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高偏心ディスクを高倍速で再生するために、まず偏心の影響が少ない低倍速で反復学習を通じて偏心補償のための制御入力情報を得て、これに基づいて高倍速での利得と位相補償を通じて制御入力値を修正し、これを初期値にして新しく反復学習を再び行って偏心ディスクに対する高倍速ディスクドライブサーボシステムの引込性能、追従性能及び高速探索性能を改善するディスクドライブサーボシステム及びその偏心補償方法を提供するのにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためのディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法は、基本倍速に対して偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、前記ｎ×（基本倍速）の制御値をｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことを特徴とする。
【００１７】
前記基本倍速に対するフィードフォワード制御値は、前記エラー検出部の出力と以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御により決まることが望ましい。
【００１８】
前記ｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値の最終値の決定は、前記基本倍速の制御値からｎ間隔ごとにとったものを制御値として有する段階と、アクチュエータ駆動応答特性による利得及び位相値を反映して前記制御値を補正する段階と、前記補正された制御値を初期値とし、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまでｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値が更新される過程を反復する学習制御を行う段階とを含むことが望ましい。
【００１９】
前記課題を解決するためのディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法は、基本倍速に対して、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御過程を通じて偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、前記ｎ×（基本倍速）の制御値を、ｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、前記利得及び位相補償されたｎ×（基本倍速）制御値を前記学習制御によって再更新する段階と、前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図５は本発明の偏心補正のためのディスクドライブサーボシステムのブロック図であって、この偏心補正装置はアクチュエータ５００、エラー検出部５１０、フィードバック制御部５２０、学習制御部５３０及び利得／位相調整部５４０を含む。
【００２２】
アクチュエータ５００は光記録媒体にデータを記録するか、記録されたデータを再生するためのヘッド（ピックアップヘッド等）の位置を決定する。
【００２３】
エラー検出部５１０は前記記録媒体の所定基準位置とヘッドの実際位置との差（位置エラー）を検出する。
【００２４】
フィードバック制御部５２０はエラー検出部５１０から位置エラー出力値を受けてヘッドの実際位置を変更して位置エラーを補償するアクチュエータ駆動制御値を生成して出力する。
【００２５】
学習制御部５３０はディスクドライブサーボシステム駆動時のそれぞれの所定倍速において、偏心などの外乱によるアクチュエータの位置エラーを補償できるフィードフォワード制御値を生成及び貯蔵する。学習制御部５３０はメモリ手段５３１、第１フィルタ部５３２及び第２フィルタ部５３３を含む。メモリ手段５３１はディスクが駆動される各々の所定倍速ごとに偏心等によるアクチュエータ５００の位置エラーを補償するための制御値を貯蔵する。第１フィルタ部５３２はエラー検出部５１０から出てきた位置エラー値を所定特性によってフィルタリングする。第２フィルタ部５３３はメモリ手段５３１に貯蔵された値を他の所定特性によってフィルタリングする。第１フィルタ部５３２及び第２フィルタ部５３３から出力された各々の値が足されてメモリ手段５３１に貯蔵された値に代え、このような動作はメモリ手段５３１に貯蔵される値が所定値に収斂されるまで反復される。ディスクの一トラック回転に対する制御を一回の制御過程であるとする時、ｋ番目に試みられた制御値の結果がｕｋ（ｔ）、この時に測定されたトラッキングエラーがｅｋ（ｔ）であれば、ｋ＋１番目の試みで得られる制御値ｕｋ＋１（ｔ）は次の式（１）のように得られうる。
【００２６】
Ｕｋ＋１（ｓ）＝Ｐ（ｓ）Ｕｋ（ｓ）＋Ｑ（ｓ）Ｅｋ（ｓ） （１）
式（１）でＵｋ（ｓ）、Ｕｋ＋１（ｓ）、Ｅｋ（ｓ）は各々ｕｋ（ｔ）、ｕｋ＋１（ｔ）、ｅｋ（ｔ）のラプラス変換された項であり、Ｐ（ｓ）とＱ（ｓ）は各々Ｕｋ（ｓ）とＥｋ（ｓ）信号処理が行われる第１フィルタ５３２と第２フィルタ５３３の制御特性係数である。このように以前に発生した制御入力とそれによるエラー補償結果（位置エラーとして現れる）とを反復的に足した値をとることによって最適の制御入力を決定することを学習制御といえる。第１フィルタ部５３２と第２フィルタ部５３３の制御特性係数は、前述した学習制御過程で、その反復回数が長くなるほど結果が収斂されるように決まる。学習制御部５３０は前述した学習制御を通じて一トラック周期に対する基本倍速（または基本倍速）での偏心などの外乱補正のためのアクチュエータ駆動フィードフォワード制御値を算出して貯蔵する。低倍速でのフィードフォワード制御値から高倍速に対するフィードフォワード制御値を算出し、この制御値は利得／位相調整部５４０から提供された利得及び位相補償値によって一次変換された後、その変換された値を初期値として使用した前記学習制御過程を通じて最終収斂されたフィードフォワード制御値に変換される。学習制御部５３０のメモリ５３１はこのような低倍速及び高倍速での制御値をテーブル化して貯蔵し、アクチュエータを駆動させつつこれら制御値を各々の倍速における外乱補正に対するフィードフォワード入力値として提供する。
【００２７】
利得／位相調整部５４０は各々の倍速においてアクチュエータの周波数応答特性による利得及び位相補償値を提供する。利得／位相調整部５４０が提供する利得及び位相補償値はメモリ手段５３１に貯蔵される各倍速ごとの制御値に印加されて学習制御時に初期値として使われる。メモリ手段５３１の制御値は利得及び位相補償が行われた後、前述した学習制御過程を通じて最終的に安定的に偏心を含む外乱を効果的に抑制できる制御値を有する。
【００２８】
図６Ａ及び図６Ｂは、周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。周波数が所定値を超える瞬間から利得が次第に減少して位相差も大きくなることが分かる。このようなアクチュエータの利得及び位相に対する応答特性情報は図５の利得／位相調整部５４０に貯蔵され、周波数に相応するある倍速に対して必要な利得及び位相補償値が提供される。
【００２９】
図７Ａ及び図７Ｂは、学習制御部５３０のメモリ手段５３１に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示したものである。図７Ａのテーブルは基本倍速と基本倍速に対する２倍速、３倍速及び４倍速での初期制御値が貯蔵された状態を示す。ここで各々の制御値はディスクの一トラック回転周期中に発生したエラー、特に偏心などの外乱によるエラーに対して、そのエラーのサンプリング数と同じ個数で発生したものである。基本倍速で外乱によるエラーを抑制するための制御値が各々ｍ０，ｍ１，ｍ２，．．．，ｍ（ｎ−１）（一トラック回転周期に対するサンプリング数がｎである時）であれば、基本倍速の２倍速での制御値は基本倍速での制御値からｍ０，ｍ２，ｍ４，．．．ｍ（ｎ−２）を貯蔵する。基本倍速での制御値から２ｉ（ｉ＝０〜（ｎ−１））番目の制御値をとる。３倍速と４倍速での制御値も基本倍速での制御値から各々３ｉ及び４ｉ番目の制御値をもってとる。図７Ｂのテーブルは、図５の利得／位相補償部５４０から提供された各倍速に対する利得及び位相補償値が反映されて変わった制御値を示している。たとえば、基本倍速の２倍速である時、利得／位相調整部５４０からその速度に相応する利得補償値αと位相補償角度β（３６０×２／ｎ）°が提供される時、２倍速の初期制御値ｍ０，ｍ１，ｍ２．．はα×ｍ２，α×ｍ４，．．．，α×ｍ０に変わる。残りの倍速の制御値も利得／位相調整部５４０から提供された利得及び位相補償値を反映して新しく算出された制御値に変わる。図７Ｂの各倍速ごとの制御値は、各々学習制御時初期値として使われ、学習制御を通じて決定された最終値を以後のアクチュエータ制御時に使用する。
【００３０】
図８は、本発明のディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法のフローチャートであって、まずディスク装着後に固定された倍速（基本倍速）で学習制御を利用してディスクシステムに存在する偏心を補償する最適のフィードフォワード制御値を算出する（８００段階）。ディスクの一トラック回転に対する制御を一回の制御過程であるとする時、ｋ番目に試みられた制御値の結果がｕｋ（ｔ）、この時に測定されたトラッキングエラーがｅｋ（ｔ）であるとすれば、ｋ＋１番目の試みで得られる制御値ｕｋ＋１（ｔ）は式（１）のように得られる。式（１）でＵｋ（ｓ）、Ｕｋ＋１（ｓ）、Ｅｋ（ｓ）は各々ｕｋ（ｔ）、ｕｋ＋１（ｔ）、ｅｋ（ｔ）のラプラス変換された項であり、Ｐ（ｓ）とＱ（ｓ）は各々Ｕｋ（ｓ）とＥｋ（ｓ）信号処理が行われるフィルタの所定の制御特性係数である。このように以前に発生した制御入力とそれによるエラー補償結果（位置エラーとして現れる）とを反復的に足した値をとることによって最適の制御入力を決定することを学習制御といえる。反復回数が増加するほど足した値の結果が収斂されるようにフィルタリング係数を定めねばならない。学習制御を通じて得られた基本倍速での制御値はトラック回転一周期に対するサンプリング数に相応する個数でメモリにテーブル化される。基本倍速に対する制御値テーブルに基づいて各々の倍速別フィードフォワード制御値のテーブルを作る（８１０段階）。たとえば、基本倍速の２倍速に対する制御値は８１０段階で求めた基本倍速の制御値から２ｉ（ｉ＝０、．．ｎ）番目サンプリング位置の制御値をとるものとなる。各倍速別制御値テーブルが作られれば、あらかじめ貯蔵された倍速（または周波数）別利得及び位相応答特性によって各倍速に対するテーブル内制御値の利得及び位相値を補正する（８２０段階）。本発明で制御するアクチュエータは普通所定倍速（または所定周波数）以上で応答特性が顕著に低下する特徴を示す。８１０段階で求めた各倍速に対するアクチュエータのフィードフォワード制御値はこのような応答特性を全く考慮せずに基本倍速に対する制御値から作られたものであるために、アクチュエータの応答特性に合う追加利得及び位相補償が必要である。倍速別にアクチュエータの周波数応答特性を考慮した制御値補償が行われた状態でそのような制御値を初期値として、基本倍速を除外した残りの倍速に対して学習制御を行い、それにより最終制御値を算出する（８３０段階）。各倍速に対する学習制御は８００段階で説明された方式と同一に進行される。この最後の学習制御過程はディスクドライブサーボシステムに存在するアクチュエータの周波数応答特性の偏差に効果的に対応できるようにするためのことである。各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供することによって（８４０段階）ディスクドライブサーボシステムの偏心補償が行われる。
【００３１】
本発明によれば、相対的に偏心の影響が少なくて線形制御器だけで十分に制御可能な低倍速ではシステムに存在する偏心などの外乱情報を検出して学習制御によるフィードフォワード制御値を計算する。高倍速での制御値は、低倍速で算出された制御値から該当倍速の周期に合うサンプリング数だけの制御値を所定規則によって算出し、算出された値に倍速によるアクチュエータ応答特性を考慮した補償を行なう。このように算出された高倍速での制御値を初期値として低倍速で行なったことと同じ学習制御を再び行うことによってアクチュエータの周波数応答特性の偏差に対応できるようにした。このような方法によって高倍速ディスクドライブサーボシステムにおいて偏心ディスクに対するトラッキング制御器の引込性能及び追従性能、そして高速探索性能を改善できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクに存在する偏心等に対して効果的に対応することによって偏心が存在するディスクに対するアクチュエータの引込性能、追従性能及び高速探索性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ディスクドライブサーボシステムの偏心によるトラッキングエラー信号の一例を示したものである。
【図２】一般の記録／再生装置のピックアップヘッド位置制御システムのブロック図である。
【図３】図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の一実施例である。
【図４】図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の他の実施例である。
【図５】本発明のディスクドライブサーボシステムのブロック図である。
【図６Ａ】周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。
【図６Ｂ】周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。
【図７Ａ】学習制御部のメモリ手段に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示した図である。
【図７Ｂ】学習制御部のメモリ手段に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示した図である。
【図８】本発明のディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法のフローチャートである。
【符号の説明】
５００ アクチュエータ
５１０ エラー検出部
５２０ フィードバック制御部
５３０ 学習制御部
５３１ メモリ手段
５３２ 第１フィルタ部
５３３ 第２フィルタ部
５４０ 利得／位相調整部
【発明の属する技術分野】
本発明はディスクドライブサーボシステムの偏心補償に係り、より詳細にはディスクドライブサーボシステムに存在する偏心の周期的な外乱を補償するために周期的な反復学習とアクチュエータの周波数応答特性に基づいて倍速による補償値を反映したテーブルを作って利用するディスクドライブサーボシステムの偏心補償装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、光ディスクドライブサーボシステムの偏心によるトラッキングエラー信号の一例を示したものである。光ディスクドライブサーボシステムで現れる偏心は、ディスクを回転させるスピンドルの回転軸とディスクのトラック中心とが一致しないことによって現れる現象である。光ディスクドライブサーボシステムにおいてはこのような偏心が主な周期的外乱成分として作用しており、倍速が高まるほど偏心の影響はさらに大きくなる。このような偏心を補償しなければ、精密なトラック追従ができないために、従来のシステムはこのような偏心を補償するために多様な補償方法を使用してきた。
【０００３】
図２は、一般の光記録／再生装置のピックアップヘッド（ＰＵＨ）位置制御システムのブロック図であって、ピックアップヘッド（図示せず）の望ましい位置を指示する位置命令を入力信号とする。ピックアップヘッドの位置を移動させる光ディスクドライブのアクチュエータ２２０の実際位置を示す信号が負の方向にフィードバックされて加算器２００を通じて位置命令信号と合わせられる。加算器２００から出力されたエラー信号ｅは制御器２１０に入力され、制御器２１０はそのエラー信号ｅを補償する所定アルゴリズムを行い、それにより補償された制御器出力信号をアクチュエータ２２０に印加する。アクチュエータ２２０は制御器２１０から入力された補償信号によってピックアップヘッド（図示せず）の位置を移動させる。このような動作が反復されてピックアップヘッドの位置を調整するが、このような制御システムでは無視できない大きさの偏心などの外乱への対応が不可能である。
【０００４】
図３は、図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の一実施例である。このシステムではＡという偏心大きさを有し、ωのディスク回転周波数を有し、ψという偏心位相を有する完全な正弦波Ａｓｉｎ（ωｔ＋ψ）を偏心信号として仮定してそれに対する補償を行う（３００）。この補償方法は米国特許５,８９２,７４２に開示されている。図３のシステム動作を説明すれば、まずトラッキング制御開始前、図１のように示されるエラー波形からフィードフォワード入力を算出する。すなわち、図１に示されるトラック一回転（一周期）時に現れるトラックエラーの数を利用して偏心の大きさを決定し、１回転を示すアクチュエータ駆動スピンドルインデックス基準信号発生時点でトラックエラーの周期が最大になる位置までの遅延時間から偏心の位相を決定する。このように計算されたフィードフォワード制御入力を制御器２１０の出力に印加する。このような外乱補償方法はその具現が非常に簡単なので適用しやすいという長所があるが、既存のサーボ（アクチュエータ）制御システムの応答特性を考慮しない一種のオープンループ方法であって、偏心を含む周期的な外乱は完全な正弦波に近くならないのでその性能に限界がある。
【０００５】
図４は、図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の他の実施例である。図４のシステムは米国特許５,５５０,６８５に開示されているものであって、ハードディスクドライブサーボシステムに適用される。この制御システムではまず制御開始前に、トラックエラー信号を利用して固定されたフィードフォワード制御入力を求めてテーブル４００に貯蔵して置き、制御時この貯蔵された制御入力を利用して外乱によるエラー補償を行う。また、ドライブシステム駆動時に外部要因により周期的なランアウト（ＲＲＯ；Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ＲｕｎＯｕｔ）の特性変化が発生することに備えて別途に適応フィードフォワード制御部４１０を追加構成してシステムに印加する。このために位置エラー信号（ＰＥＳ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）から特定周波数成分を抽出するために離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、また逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を行ってから特定周波数成分信号を求める。求められた特定周波数成分信号をＰＥＳ信号に足して既存のサーボ制御ループのエラー入力に加算させる。このような方法を通じてエラー補償制御が行われる。図４のシステムは全体的な閉ループ応答特性を考慮して具現したものであって、複雑であるが、図３のような方式よりは効果的な外乱補償システムであるといえる。しかし、この場合においては、実際にディスクドライブサーボシステムの制御領域に存在する色々な周波数の外乱成分を全体的に考慮するよりは特定周波数成分の外乱だけを考慮しているために、倍速変化のような周期変化に対して対応し難い問題点がある。
【０００６】
ディスクドライブサーボシステムに存在する偏心はディスクの再生速度が変化する時、その大きさは一定であるが周波数成分が変化するという特徴を有する。一方、アクチュエータの周波数応答特性によってディスクの再生速度が変化するにつれてシステムにおよぶ偏心の影響が変わるために、ディスクの再生速度が変化する場合にそれによる制御値の補償が必要となる。特に、偏心の影響が大きい場合、ディスクの再生速度が遅い時は偏心補償が可能であるが、ディスクの再生速度が増加するにつれてシステムの安定性が保障されなくなる。最近のディスクドライブサーボシステムの高倍速化につれてディスクの再生速度は次第に増加しているので、これに対する効果的な対応が必要となる。高偏心ディスクの場合、ディスクドライブサーボシステムの再生速度が増加するにつれて偏心の影響がさらに大きく現れてトラッキング制御時に引込さえ不可能な状況が発生するので、これを補完するために通常ディスクドライブサーボシステムでは偏心量によって最大再生速度を制限する。
【０００７】
したがってこのような問題点を解決するために、ディスクドライブサーボシステムのようなシステムにおいて、高性能外乱補償のために偏心成分だけでなく制御領域内のあらゆる駆動周波数成分を考慮してそれによる制御入力を計算する必要があり、ディスクドライブサーボシステムの高倍速化に効果的に対応できる新しい外乱補償方法及び装置が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高偏心ディスクを高倍速で再生するために、まず偏心の影響が少ない低倍速で反復学習を通じて偏心補償のための制御入力情報を得て、これに基づいて高倍速での利得と位相補償を通じて制御入力値を修正し、これを初期値にして新しく反復学習を再び行って偏心ディスクに対する高倍速ディスクドライブサーボシステムの引込性能、追従性能及び高速探索性能を改善するディスクドライブサーボシステム及びその偏心補償方法を提供するのにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためのディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法は、基本倍速に対して偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、前記ｎ×（基本倍速）の制御値をｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことを特徴とする。
【００１７】
前記基本倍速に対するフィードフォワード制御値は、前記エラー検出部の出力と以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御により決まることが望ましい。
【００１８】
前記ｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値の最終値の決定は、前記基本倍速の制御値からｎ間隔ごとにとったものを制御値として有する段階と、アクチュエータ駆動応答特性による利得及び位相値を反映して前記制御値を補正する段階と、前記補正された制御値を初期値とし、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまでｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値が更新される過程を反復する学習制御を行う段階とを含むことが望ましい。
【００１９】
前記課題を解決するためのディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法は、基本倍速に対して、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御過程を通じて偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、前記ｎ×（基本倍速）の制御値を、ｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、前記利得及び位相補償されたｎ×（基本倍速）制御値を前記学習制御によって再更新する段階と、前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図５は本発明の偏心補正のためのディスクドライブサーボシステムのブロック図であって、この偏心補正装置はアクチュエータ５００、エラー検出部５１０、フィードバック制御部５２０、学習制御部５３０及び利得／位相調整部５４０を含む。
【００２２】
アクチュエータ５００は光記録媒体にデータを記録するか、記録されたデータを再生するためのヘッド（ピックアップヘッド等）の位置を決定する。
【００２３】
エラー検出部５１０は前記記録媒体の所定基準位置とヘッドの実際位置との差（位置エラー）を検出する。
【００２４】
フィードバック制御部５２０はエラー検出部５１０から位置エラー出力値を受けてヘッドの実際位置を変更して位置エラーを補償するアクチュエータ駆動制御値を生成して出力する。
【００２５】
学習制御部５３０はディスクドライブサーボシステム駆動時のそれぞれの所定倍速において、偏心などの外乱によるアクチュエータの位置エラーを補償できるフィードフォワード制御値を生成及び貯蔵する。学習制御部５３０はメモリ手段５３１、第１フィルタ部５３２及び第２フィルタ部５３３を含む。メモリ手段５３１はディスクが駆動される各々の所定倍速ごとに偏心等によるアクチュエータ５００の位置エラーを補償するための制御値を貯蔵する。第１フィルタ部５３２はエラー検出部５１０から出てきた位置エラー値を所定特性によってフィルタリングする。第２フィルタ部５３３はメモリ手段５３１に貯蔵された値を他の所定特性によってフィルタリングする。第１フィルタ部５３２及び第２フィルタ部５３３から出力された各々の値が足されてメモリ手段５３１に貯蔵された値に代え、このような動作はメモリ手段５３１に貯蔵される値が所定値に収斂されるまで反復される。ディスクの一トラック回転に対する制御を一回の制御過程であるとする時、ｋ番目に試みられた制御値の結果がｕｋ（ｔ）、この時に測定されたトラッキングエラーがｅｋ（ｔ）であれば、ｋ＋１番目の試みで得られる制御値ｕｋ＋１（ｔ）は次の式（１）のように得られうる。
【００２６】
Ｕｋ＋１（ｓ）＝Ｐ（ｓ）Ｕｋ（ｓ）＋Ｑ（ｓ）Ｅｋ（ｓ） （１）
式（１）でＵｋ（ｓ）、Ｕｋ＋１（ｓ）、Ｅｋ（ｓ）は各々ｕｋ（ｔ）、ｕｋ＋１（ｔ）、ｅｋ（ｔ）のラプラス変換された項であり、Ｐ（ｓ）とＱ（ｓ）は各々Ｕｋ（ｓ）とＥｋ（ｓ）信号処理が行われる第１フィルタ５３２と第２フィルタ５３３の制御特性係数である。このように以前に発生した制御入力とそれによるエラー補償結果（位置エラーとして現れる）とを反復的に足した値をとることによって最適の制御入力を決定することを学習制御といえる。第１フィルタ部５３２と第２フィルタ部５３３の制御特性係数は、前述した学習制御過程で、その反復回数が長くなるほど結果が収斂されるように決まる。学習制御部５３０は前述した学習制御を通じて一トラック周期に対する基本倍速（または基本倍速）での偏心などの外乱補正のためのアクチュエータ駆動フィードフォワード制御値を算出して貯蔵する。低倍速でのフィードフォワード制御値から高倍速に対するフィードフォワード制御値を算出し、この制御値は利得／位相調整部５４０から提供された利得及び位相補償値によって一次変換された後、その変換された値を初期値として使用した前記学習制御過程を通じて最終収斂されたフィードフォワード制御値に変換される。学習制御部５３０のメモリ５３１はこのような低倍速及び高倍速での制御値をテーブル化して貯蔵し、アクチュエータを駆動させつつこれら制御値を各々の倍速における外乱補正に対するフィードフォワード入力値として提供する。
【００２７】
利得／位相調整部５４０は各々の倍速においてアクチュエータの周波数応答特性による利得及び位相補償値を提供する。利得／位相調整部５４０が提供する利得及び位相補償値はメモリ手段５３１に貯蔵される各倍速ごとの制御値に印加されて学習制御時に初期値として使われる。メモリ手段５３１の制御値は利得及び位相補償が行われた後、前述した学習制御過程を通じて最終的に安定的に偏心を含む外乱を効果的に抑制できる制御値を有する。
【００２８】
図６Ａ及び図６Ｂは、周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。周波数が所定値を超える瞬間から利得が次第に減少して位相差も大きくなることが分かる。このようなアクチュエータの利得及び位相に対する応答特性情報は図５の利得／位相調整部５４０に貯蔵され、周波数に相応するある倍速に対して必要な利得及び位相補償値が提供される。
【００２９】
図７Ａ及び図７Ｂは、学習制御部５３０のメモリ手段５３１に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示したものである。図７Ａのテーブルは基本倍速と基本倍速に対する２倍速、３倍速及び４倍速での初期制御値が貯蔵された状態を示す。ここで各々の制御値はディスクの一トラック回転周期中に発生したエラー、特に偏心などの外乱によるエラーに対して、そのエラーのサンプリング数と同じ個数で発生したものである。基本倍速で外乱によるエラーを抑制するための制御値が各々ｍ０，ｍ１，ｍ２，．．．，ｍ（ｎ−１）（一トラック回転周期に対するサンプリング数がｎである時）であれば、基本倍速の２倍速での制御値は基本倍速での制御値からｍ０，ｍ２，ｍ４，．．．ｍ（ｎ−２）を貯蔵する。基本倍速での制御値から２ｉ（ｉ＝０〜（ｎ−１））番目の制御値をとる。３倍速と４倍速での制御値も基本倍速での制御値から各々３ｉ及び４ｉ番目の制御値をもってとる。図７Ｂのテーブルは、図５の利得／位相補償部５４０から提供された各倍速に対する利得及び位相補償値が反映されて変わった制御値を示している。たとえば、基本倍速の２倍速である時、利得／位相調整部５４０からその速度に相応する利得補償値αと位相補償角度β（３６０×２／ｎ）°が提供される時、２倍速の初期制御値ｍ０，ｍ１，ｍ２．．はα×ｍ２，α×ｍ４，．．．，α×ｍ０に変わる。残りの倍速の制御値も利得／位相調整部５４０から提供された利得及び位相補償値を反映して新しく算出された制御値に変わる。図７Ｂの各倍速ごとの制御値は、各々学習制御時初期値として使われ、学習制御を通じて決定された最終値を以後のアクチュエータ制御時に使用する。
【００３０】
図８は、本発明のディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法のフローチャートであって、まずディスク装着後に固定された倍速（基本倍速）で学習制御を利用してディスクシステムに存在する偏心を補償する最適のフィードフォワード制御値を算出する（８００段階）。ディスクの一トラック回転に対する制御を一回の制御過程であるとする時、ｋ番目に試みられた制御値の結果がｕｋ（ｔ）、この時に測定されたトラッキングエラーがｅｋ（ｔ）であるとすれば、ｋ＋１番目の試みで得られる制御値ｕｋ＋１（ｔ）は式（１）のように得られる。式（１）でＵｋ（ｓ）、Ｕｋ＋１（ｓ）、Ｅｋ（ｓ）は各々ｕｋ（ｔ）、ｕｋ＋１（ｔ）、ｅｋ（ｔ）のラプラス変換された項であり、Ｐ（ｓ）とＱ（ｓ）は各々Ｕｋ（ｓ）とＥｋ（ｓ）信号処理が行われるフィルタの所定の制御特性係数である。このように以前に発生した制御入力とそれによるエラー補償結果（位置エラーとして現れる）とを反復的に足した値をとることによって最適の制御入力を決定することを学習制御といえる。反復回数が増加するほど足した値の結果が収斂されるようにフィルタリング係数を定めねばならない。学習制御を通じて得られた基本倍速での制御値はトラック回転一周期に対するサンプリング数に相応する個数でメモリにテーブル化される。基本倍速に対する制御値テーブルに基づいて各々の倍速別フィードフォワード制御値のテーブルを作る（８１０段階）。たとえば、基本倍速の２倍速に対する制御値は８１０段階で求めた基本倍速の制御値から２ｉ（ｉ＝０、．．ｎ）番目サンプリング位置の制御値をとるものとなる。各倍速別制御値テーブルが作られれば、あらかじめ貯蔵された倍速（または周波数）別利得及び位相応答特性によって各倍速に対するテーブル内制御値の利得及び位相値を補正する（８２０段階）。本発明で制御するアクチュエータは普通所定倍速（または所定周波数）以上で応答特性が顕著に低下する特徴を示す。８１０段階で求めた各倍速に対するアクチュエータのフィードフォワード制御値はこのような応答特性を全く考慮せずに基本倍速に対する制御値から作られたものであるために、アクチュエータの応答特性に合う追加利得及び位相補償が必要である。倍速別にアクチュエータの周波数応答特性を考慮した制御値補償が行われた状態でそのような制御値を初期値として、基本倍速を除外した残りの倍速に対して学習制御を行い、それにより最終制御値を算出する（８３０段階）。各倍速に対する学習制御は８００段階で説明された方式と同一に進行される。この最後の学習制御過程はディスクドライブサーボシステムに存在するアクチュエータの周波数応答特性の偏差に効果的に対応できるようにするためのことである。各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供することによって（８４０段階）ディスクドライブサーボシステムの偏心補償が行われる。
【００３１】
本発明によれば、相対的に偏心の影響が少なくて線形制御器だけで十分に制御可能な低倍速ではシステムに存在する偏心などの外乱情報を検出して学習制御によるフィードフォワード制御値を計算する。高倍速での制御値は、低倍速で算出された制御値から該当倍速の周期に合うサンプリング数だけの制御値を所定規則によって算出し、算出された値に倍速によるアクチュエータ応答特性を考慮した補償を行なう。このように算出された高倍速での制御値を初期値として低倍速で行なったことと同じ学習制御を再び行うことによってアクチュエータの周波数応答特性の偏差に対応できるようにした。このような方法によって高倍速ディスクドライブサーボシステムにおいて偏心ディスクに対するトラッキング制御器の引込性能及び追従性能、そして高速探索性能を改善できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクに存在する偏心等に対して効果的に対応することによって偏心が存在するディスクに対するアクチュエータの引込性能、追従性能及び高速探索性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ディスクドライブサーボシステムの偏心によるトラッキングエラー信号の一例を示したものである。
【図２】一般の記録／再生装置のピックアップヘッド位置制御システムのブロック図である。
【図３】図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の一実施例である。
【図４】図２の制御システムに対して外乱補償を行うルーチンを追加した従来の技術の他の実施例である。
【図５】本発明のディスクドライブサーボシステムのブロック図である。
【図６Ａ】周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。
【図６Ｂ】周波数に対するアクチュエータの利得応答特性及び位相応答特性の例を示したグラフである。
【図７Ａ】学習制御部のメモリ手段に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示した図である。
【図７Ｂ】学習制御部のメモリ手段に貯蔵される初期制御値、利得及び位相補償が行われた状態の制御値を貯蔵したテーブルの例を示した図である。
【図８】本発明のディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法のフローチャートである。
【符号の説明】
５００ アクチュエータ
５１０ エラー検出部
５２０ フィードバック制御部
５３０ 学習制御部
５３１ メモリ手段
５３２ 第１フィルタ部
５３３ 第２フィルタ部
５４０ 利得／位相調整部
Claims (5)
- ディスクドライブサーボシステムの偏心補正方法において、
基本倍速に対して偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、
基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、
前記ｎ×（基本倍速）の制御値をｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、
前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことを特徴とする偏心補正方法。 - 前記基本倍速に対するフィードフォワード制御値は、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御により決まることを特徴とする請求項１に記載の偏心補正方法。
- 前記ｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値の最終値の決定は、
前記基本倍速の制御値からｎ間隔ごとにとったものを制御値として有する段階と、
アクチュエータ駆動応答特性による利得及び位相値を反映して前記制御値を補正する段階と、
前記補正された制御値を初期値とし、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまでｎ×（基本倍速）のフィードフォワード制御値が更新される過程を反復する学習制御を行う段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の偏心補正方法。 - ディスク駆動システムの偏心補正方法において、
基本倍速に対して、アクチュエータの位置エラーと以前時点のフィードフォワード制御値とを各々フィルタリングした結果を足すことによって、その足した結果が収斂されたいずれかの値を有するまで更新される過程を反復する学習制御過程を通じて偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、
基本倍速に対する制御値を利用してｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値を算出する段階と、
前記ｎ×（基本倍速）の制御値を、ｎ×（基本倍速）でのディスクドライブサーボシステムのアクチュエータの応答特性による利得及び位相補償値を反映して更新する段階と、
前記利得及び位相補償されたｎ×（基本倍速）制御値を前記学習制御によって再更新する段階と、
前記各倍速に対する偏心補正フィードフォワード制御値を該当倍速でのアクチュエータ駆動時に入力制御値として提供する段階とを含むことを特徴とする偏心補正方法。 - 前記ｎ×（基本倍速）に対する偏心補正のためのフィードフォワード制御値は、学習制御により決定された前記基本倍速に対する偏心補償制御値からｎ間隔ごとに存在する制御値をとって得られることを特徴とする請求項４に記載の偏心補正方法。
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