JPH03257510A - ディジタルサーボ装置 - 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、磁気ディスク、光磁気ディスクなどの情報記
録あるいは再生に用いられるヘッドの制御を行うディジ
タルサーボ装置に関する。

【従来の技術］ 従来、この種のヘッドの速度制御としては、例えば第５
図に示すように、目標位置までの残差距離の平方根に比
例する規準速度を発生し、この規準速度にヘッドを追従
させる閉ループ制御が一般的である。このような制御方
式では、速度検出回路によって実際のヘッドの速度が検
出される。そして、この速度信号を用いて前述の規準速
度に追従する制御が行われる。

第６図はその速度検出回路の一例であり、１００はトラ
ッキングエラー信号を２値化信号に波形整形する整形回
路である。また、１０１は遅延回路１０２、イクスクル
シブオア回路１０３から構成されたディジタル微分回路
、１０４は単安定マルチバイブレータである。

この速度検出回路の動作を説明すると、第７図に示すよ
うに、まず整形回路１００によりＡＴエラー信号が２値
化され、パルス信号に変換される。得られた２値化信号
のパルス幅は、ＡＴエラー信号の半周期のパルス幅であ
る。次に、ディジタル微分回路１０１では、２値化信号
の立上り及び立下りのタイミングでトリガパルスを生成
し、単安定マルチバイブレーク１０４へ出力する。単安
定マルチバイブレーク１０４では、トリガパルスを受け
ると、パルス幅τのパルス信号を速度信号として出力す
る。得られた速度信号は、ＡＴエラー信号の周期の変化
に伴なって周期が変化するパルス信号である。つまり、
ＡＴエラー信号の周期と速度は比例関係にあるため、前
述のようにＡＴエラー信号を用いて信号処理することに
より、速度信号を生成することができる。また、このデ
ィジタルの速度信号を図に示すように、平均化すること
により、アナログ信号に変換することができる。

しかし、この速度検出回路では、速度がゼロに近くなっ
たときに、単安定マルチバイブレータの出力パルスの間
隔が長くなるため、実質速度信号として使用できなくな
る。従って、第５図で説明した速度制御方式では、正確
な閉ループ制御が困難である。また、これに加えて前述
の制御方式では、ヘッド駆動用のアクチュエータ機構の
共振（通常、２〜３　ｋＨｚ）によって、閉ループの帯
域が制限される。そのため、急減速を行うと追従性が悪
くなり、シーク動作完了時の速度がゼロにできず、目標
位置をオーバしてしまうという問題がある。この問題を
避けるため、図に示す如く加速時にアクチュエータに大
電流を流して短時間に加速し、減速を緩やかに行うよう
に制御する手法が採られている。しかしながら、この制
御方式では、減速時に加速度能力を十分使い切らないで
徐々に減速していくため、シーク時間の増大を招いてい
た。

そこで、このような問題点を解決した制御方式として、
第８図に示す方式がある。この制御方式は、アクセス距
離の大部分を開ループＢａｎｇ−Ｂａｎｇ駆動で制御し
、目標位置の直前から閉ループ制御に切換えるという方
式である。そして、この制御方式では、減速時に大電流
によって急減速ができるため、シーク時間を短縮するこ
とができる。

［発明が解決しようとしている課題］ しかし、この制御方式にあっては、Ｂａｎｇ−Ｂａｎｇ
制御時は開ループ制御であるため、摩擦、外力などの影
響により、適切な加速、減速ポイントから外れると、オ
ーバランしたり、あるいは目標位置に対し残差距離が残
ってしまう問題があった。

本発明は、このような問題点を解消するためになされた
もので、その目的は高速でありながら正確な制御が行え
、しかも摩擦や外力の影響も受けることがないディジタ
ルサーボ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、記録媒体の目標位置までの残
差距離に応じてヘッドの目標速度を演算する手段と、こ
のヘッドの速度を検出する手段と、この検出速度とその
ときの目標速度から前記ヘッドが目標速度に追従するよ
うヘッド駆動用アクチュエータの指令値を演算する手段
とを有し、前記ヘッドの媒体に対する所定移動距離毎の
アクチュエータの指令値演算間隔を、該ヘッドが目標に
達するまでに複数に切換え、かっこの演算間隔を目標に
近づくほど小さくすることを特徴とするディジタルサー
ボ装置が提供される。

［作　用］ 本発明によれば、アクチュエータの指令値演算間隔をヘ
ッドが目標に達するまで複数に切換え、目標に近づくほ
ど演算間隔を小さくすることにより、ヘッドを高速であ
りながら、正確に制御できるようにしたものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳
細に説明する。第１図は本発明のディジタルサーボ装置
の一実施例を示すブロック図である。なお、第１図は光
デイスク記録再生装置に本発明のディジタルサーボ装置
を実施した例である。

第１図において、ｌは光ディスク、２は光学系、３は光
学系２からの出力に基づいてトラッキング誤差信号を検
出するトラッキング誤差検出器、４は光学系２からの出
力に基づいてフォーカス誤差信号を検出するフォーカス
誤差検出器である。また、５は各々の誤差検出器から出
力された誤差信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、６はディジタル信号処理部である
。

ディジタル信号処理部６は、Ｉ１０制御部７、ディジタ
ルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰと略す）８、メモ
リ９，１０から構成されている。

更に、１１はＤ／Ａ変換器、１２はトラッキングアクチ
ュエータ、１３はフォーカスアクチュエータ、１４は外
部データ入力装置である。

次に、本実施例の基本動作について説明する。

第２図はマルチジャンプ時のヘッドの目標速度と位置（
トラック）との関係を示した図である。第２図には理想
的な目標速度も示しているが、実際に使用するのは離散
的な目標速度である。

この例では、最終目標トラックがトラック１４であり、
その中間のトラック７までが加速域、それ以降からトラ
ック１４までが減速域である。また、減速域は減速域Ｉ
と減速域Ｈに分けてあり、それぞれ速度制御の制度が異
なる。本例では、減速域工においては加速域と同じ＜１
／２１−ラック毎に速度制御を行い、減速域■では更に
精密制御を行うべく１／４１−ラック毎に速度制御を行
う。具体的には、加速域及び減速域Ｉでは、１／２トラ
ツク毎に、また減速域■ではｌ／４トラツク毎に目標速
度、アクチュエータの指令値を求めて速度制御を行う。

また、予めメモリに１７２トラツクやｌ／４トラツク毎
の目標速度を格納し、これに基づいて制御を行ってもよ
い。

第３図に目標トラックより４トラック手前からのトラッ
キングエラー信号とアクチュエータの指令値及び速度と
の関係を示す。

第３図の例では、トラック１０からトラック１２までは
減速域Ｉであるため、１／２トラツク毎の速度を演算し
、そのときの目標速度との差分だけ基準加速度に加算し
てアクチュエータを駆動する。この場合、ｌ／２トラツ
ク毎の速度演算は、実際にはトラッキングエラー信号の
ゼロクロス点を検出し、その点での速度の演算を行う。

例えば、第３図のＡ点で、２点からＡ点までの時間を計
測し、その時間Ｔａから次の式で現在速度Ｖａを演算す
る。

Ｖａ　＝１／２λＸＩ／Ｔａ 但し、えはトラックピッチである。

目標速度は、第２図のＡ点におけるＶ　ｒｅｆ値であり
、その結果次式を用いてアクチュエータの制御量ａｃｔ
を演算する。

ａｃｔ　＝　−ａ＋ｋ　（Ｖｒｅｆ　−Ｖａ　）但し、
−αは減速基準加速度、ｋは速度制御のフィードバック
ゲインである。

次に、第３図のトラック１２からトラック１４までは前
述の減速域■であるため、ｌ／４トラツク毎に速度を演
算し、そのときの目標速度との差分だけ基準加速度に加
算してアクチュエータを駆動する。この場合、１／４ト
ラツク毎の演算は、トラッキングエラー信号のゼロクロ
ス点とピーク点を交互に検出し、画点間の時間を用いて
演算を行う。第３図では、トラッキングエラー信号のゼ
ロクロス点に・印、ピーク点に＊印を付している。

例えば、第３図のＢ点で、Ｙ点からＢ点までの時間を計
測し、その時間Ｔｂから次式を用いて現在速度ｖｂを求
める。

Ｖｂ＝１／４丸Ｘ　ｌ／Ｔ　ｂ このときの目標速度は、第２図のＢ点におけるＶ　ｒｅ
ｆ値であり、その結果アクチュエータの指令値ａｃｔを
次式を用いて演算する。

ａｃｔ　＝−ａ＋ｋ　（Ｖｒｅｆ　−Ｖｂ　）このよう
に演算を行い、得られた値に基づいて制御を行ったとこ
ろ、第３図に示すような速度曲線が得られた。この図か
ら明らかなように、理想速度Ｖ　ｒｅｆに対し、実際の
速度Ｖｔがよく追従しているのがわかる。

ここで、第２図、第３図で示した目標速度Ｖ　ｒｅｆを
求めるための計算式について説明する。

一般に、目標位置に対する残差距離Ｓのとき、加速度能
力αにおいて、を秒後にｖ＝０とするための目標速度Ｖ
　ｒｅｆは、次の２式の連立方程式を解くことにより得
られる。

Ｖｒｅｆ−ｔ−１／２　ａｔ”　＝Ｓ　（距離の式）Ｖ
ｒｅｆ　−ａｔ＝ｏ　（速度の式） この２式の連立方程式からｔを消去すると、目標速度の
式である次式が得られる。

Ｖｒｅｆ＝「ＹＴｙ この式から、目標速度は残差距離の平方根に比例するこ
とがわかる。

前述した現在速度の検出では、トラッキングエラー信号
を用いて簡単に現在速度を検出することができる。従っ
て、このような速度検出方式では、複雑な速度検出回路
が不要であるばかりでなく、従来みられたような速度が
ゼロの近くでの検出が正確ではないというような問題点
も解決することができる。よって、この速度検出を用い
れば装置の構成を簡単化できると共に、正確なヘッドの
速度制御を行うことができる。

次に、本実施例の具体的動作について説明する。第４図
は一例として片方向（内周方向）へのマルチジャンプ時
の制御動作を示したフローチャートである。なお、第４
図は第２図で示したトラックＯからトラック１４までを
マルチジャンプするときの制御動作である。従って、前
述したように、加速域、減速域Ｉ、ＩＩでそれぞれ所定
の精度で制御を行う。

まず、Ｓ（ステップ）１でトラッキングエラー信号をＤ
ＳＰ８に入力する。この動作を詳述すると、第１図にお
いて、光ディスク１からの反射光が光学系２に入射し、
トラッキング誤差検出器３でトラッキングエラー信号Ｓ
。が検出される。そして、トラッキングエラー信号Ｓｌ
、は、Ａ／Ｄ変換器５でディジタル変換され、Ｉ１０制
御部７を介してＤＳＰ８に入力される。

ＤＳＰ８では、Ｓ２でトラッキングエラー信号のゼロク
ロス点を検出する。−例として、入力されたトラッキン
グエラー信号Ｓ７とメモリ９に格納していた前回のトラ
ッキングエラー信号Ｓ　ｎ−１を用いて次回の推定トラ
ッキングエラー信号Ｓ′、１を求める。この推定信号は
次式で得られる。

Ｓ’、、、＝２Ｓ、−３，。

次に、得られた推定値と現在値を乗算し、その符号がＯ
または負であったときに、トラッキングエラー信号のゼ
ロクロス点と判断する。つまり、この乗算値がＯまたは
負であったときは、推定値がトラッキングエラー信号の
ゼロクロス点上あるいはその点を越えて負となっている
ときであるため、その時点をゼロクロス点とみなすわけ
である。Ｓ２では、トラッキングエラー信号のサンプリ
ング毎に前述のようなゼロクロス点の検出を行い、Ｓ３
でゼロクロス点を検出すると８４に進む。なお、ＤＳＰ
８はＳ３でゼロクロス点を検出したとき以外は、次のサ
ンプリングまで開放されるので、他の処理を実行する。

Ｓ４は、第２図、第３図で説明した現在速度Ｖｔと目標
速度Ｖ　ｒｅｆを求める処理である。現在速度Ｖｔは、
第３図で説明したように、そのときのトラッキングエラ
ー信号の半周期の時間Ｔを求め、この時間と１／２　Ｌ
を用いて、次の演算を行なうことにより得られる。

Ｖｔ＝１／２んｘ　ｌ／Ｔ また、目標速度は、前述の如く次式で得られる。

、Ｖｒｅｆ＝−ｒＹＴｙ Ｓ５では、ＤＳＰ８は得られた現在速度と目標速度から
アクチュエータの指令値ａｃｔを求める。

この指令値は、現在は加速域であるため、次式で求めら
れる。

ａｃｔ　＝ａ十ｋ　（Ｖｒｅｆ　−Ｖｔ　）ここで得ら
れた指令値は、Ｉ１０制御部７を介してＤ／Ａ変換器１
１へ出力される。そして、指令値はこのＤ／Ａ変換器１
１でアナログ信号に変換され、この変換値によってトラ
ッキングアクチュエータ１２が駆動される。Ｓ６は、目
標トラックの半分に達したかどうかの判定を行うもので
、第２図で説明した加速域が終了したかどうかの判定で
ある。この場合、図示しないトラッキングカウンタを用
いてトラック数をカウントし、そのカウント値が目標ト
ラックまでの半分に達したら、次の８７へ進む。従って
、目標トラックの半分である加速域では、Ｓｌ〜Ｓ６の
動作を繰返し行うことで、１／２トラツク毎に得られた
指令値でアクチュエータを駆動する。

目標トラックの半分に達したらＳ７へ進み、第２図で説
明した減速域Ｉの制御動作を行う。まず、Ｓ７でトラッ
キングエラー信号を入力し、Ｓ８で前記と同様にゼロク
ロス点を検出し、Ｓ９でゼロクロス点に達したか否かの
判定を行う。ゼロクロス点を検出すると、ＳＩＯで現在
速度と目標速度を前記Ｓ４と全く同様の手法で求める。

次に、ＤＳＰ８は％Ｓ１２で現在速度と目標速度を用い
てアクチュエータの指令値ａｃｔを求める。このときの
指令値は次式で得られる。

ａｃｔ　＝−ａ十ｋ　（Ｖｒｅｆ　−Ｖｔ　）この指令
値に基づいて、同様にアクチュエータが駆動される。Ｓ
１２は、目標トラックに対して２つ手前まで達したか、
即ち減速域Ｉを終了したかの判定を行う処理である。こ
の場合、同様にトラッキングカウンタを用いてこの判定
を行う。Ｓ１２で減速域ｌが終了したと判定すると、Ｓ
１３へ進み、減速域Ｈの制御を行う。従って、減速域Ｉ
では、８７〜Ｓ１２を繰返し行うことで、加速域同様に
ｌ／２トラツク毎にアクチュエータの指令値を求め、そ
の都度得られた指令値でアクチュエータを駆動する。

減速域ＩＩに入ると、まずＳ１３でトラッキングエラー
信号を人力し、Ｓ１４でゼロクロス点の検出を行う。Ｓ
１５でゼロクロス点であると判定すると、ステップ１８
で前記と同様に現在速度と目標速度を求める。一方、Ｓ
１５でゼロクロス点でなければ、Ｓ１６でトラッキング
エラー信号のピーク値を検出する。そして、Ｓ１７でピ
ーク値であると判定すると、Ｓ１８で同様に現在速度と
目標速度を求める。つまり、トラッキングエラー信号の
ゼロクロス点とピーク点を交互に検出し、その各検出時
点で現在速度、目標速度を求めるわけである。換言すれ
ば、ゼロクロス点とピーク点を交互に検出することによ
り、１／４トラツク毎の精密制御を可能としたものであ
る。なお、Ｓｉ８では、現在速度Ｖｔを次式で求める。

Ｖｔ　＝１／４１ｘｌ／Ｔ 但し、Ｔはゼロクロス点からピーク点までの時間である
。

Ｓ１９では、ＤＳＰ８は得られた現在速度と目標速度か
らアクチュエータの指令値ａｃｔを前記と同様に次式で
求める。

ａｃｔ　＝−ａ＋ｋ　（Ｖｒｅｆ　−Ｖｔ　）Ｓ２０は
目標トラックに達したかどうかの判定を行うもので、ト
ラッキングカウンタの値によりこの判定を行う。従って
、減速域■では、３１３〜Ｓ２０を繰返し行うことで、
ｌ／４トラツク毎にアクチュエータの指令値を求め、そ
の都度得られた指令値でアクチュエータを駆動する。そ
して、Ｓ２０で目標トラックに達したところで、マルチ
ジャンプ動作が終了する。

ここで、Ｓ１６におけるトラッキングエラー信号のピー
ク点検出について説明する。本例では、まず入力された
トラッキングエラー信号Ｓ４と、前回のサンプリング時
のトラッキングエラー信号Ｓ　Ｉ＋−１との差△Ｓ０を
次式で求める。

Δ５ｎ＝Ｓ、−Ｓ、。

次に、そのｌサンプリング前の同様な差の値△Ｓ　１１
’−１と、△Ｓ、、を乗算する。なお、△５１１−１は
前回のサンプリング時に次の式で計算され、メモリに格
納されている。

△Ｓ　ｎ−＋　＝　Ｓ　ｎ−Ｉ　　　Ｓ　ｎ−ａこの△
Ｓｎと△Ｓ　ｎ　−＋の乗算結果が負であったときに、
トラッキングエラー信号のピーク点であると判定する。

このように本実施例では、減速域で最初に１／２トラツ
ク毎にアクチュエータの指令値を演算し、目標トラック
の二本手前でｌ／４トラツク毎の制御に切換えるように
した。これにより、目標トラックに近づくほど高精度で
制御し、目標トラックに対するヘッドの位置制御を更に
正確に行うことができる。一般に、ヘッドが目標トラッ
クに近づいた場合、その速度は徐々にゼロに近づき、ト
ラッキングエラー信号のゼロクロス点間の時間も長くな
ってしまう。従って、前述した現在速度はゼロクロス点
間の平均時間であるため、目標トラックに近づくほどそ
の誤差が大きくなる。この場合、前述したように、目標
トラックの手前で１７４　トラック毎の制御に切換える
ため、誤差を小さくでき、これによって正確な制御を行
うことができる。

また、ｌ／２トラツクや１／４トラツク毎にアクチュエ
ータの指令値を演算し、目標速度曲線に追従するようヘ
ッドの速度制御を行うため、ヘッドが目標トラックに到
達するまでに、ヘッドに無駄な動きがなく、理想的に目
標トラックへ移動させることができる。従って、正確で
ありながらも、高速のシークが実現可能である。更に、
目標から遠い位置では、比較的粗い精度でよいため、Ｄ
ＳＰ８の負担を軽減することもできる。

なお、以上の実施例では、光ディスクを用いた情報記録
装置を例にとって説明したが、これに限ることなく、磁
気ディスクなどを用いた記録装置であっても、もちろん
好適に使用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、アクチュエータの
指令値演算間隔をヘッドが目標に達するまで複数に切換
え、目標に近づくほど演算間隔を小さくしたので、ヘッ
ドのシーク動作を高速で制御でき、しかも高速でありな
がら正確に制御できる効果がある。従って、高速シーク
と正確さを効果的に兼ね備えたディジタルサーボ装置を
提供できる。更に、閉ループ制御であるため、摩擦や外
力の影響を受けない利点も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディジタルサーボ装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は前記実施例のマルチジャンプ時
における目標位置と目標速度との関係を示す説明図、第
３図はトラッキングエラー信号とアクチュエータ指令値
及び速度との関係を示すタイムチャート、第４図はマル
チジャンプ時の処理の流れを示すフロチャート、第５図
は従来例の光ヘッドの速度制御方式における規準速度と
アクチュエータ電流の関係を示す説明図、第６図は第５
図の制御方式に使用される速度検出回路を示すブロック
図、第７図はその速度検出回路の動作を示すタイムチャ
ート、第８図は更に他の従来例であるＢａｎｇ−Ｂａｎ
ｇ制御方式の速度と電流の関係を示す説明図である。 １：光ディスク、２：光学系、３ニドラツキング誤差検
出器、９：ディジタル信号処理部、８：ＤＳＰ、１２ニ
ドラツキングアクチユエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録媒体の目標位置までの残差距離に応じてヘッドの目
   標速度を演算する手段と、このヘッドの速度を検出する
   手段と、この検出速度とそのときの目標速度から前記ヘ
   ッドが目標速度に追従するようヘッド駆動用アクチュエ
   ータの指令値を演算する手段とを有し、前記ヘッドの媒
   体に対する所定移動距離毎のアクチュエータの指令値演
   算間隔を、該ヘッドが目標に達するまでに複数に切換え
   、かつこの演算間隔を目標に近づくほど小さくすること
   を特徴とするディジタルサーボ装置。