光ディスクドライブ記憶システム、光リードヘッドの動きを制御する方法およびスライディングモードコントローラ
【課題】パラメータの変化に対する感度がそれほど高くはなく、遷移をよりよく制御可能であり、しかも複雑な適応線形コントローラの実施コストを削除できる光ディスクドライブサーボ制御システムを提供する。
【解決手段】光ディスク記憶システムは、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングのあいだ光リードヘッドアセンブリを光ディスク上でアクチュエートするスライディングモードコントローラを備えている。このスライディングモードコントローラは、ある位相状態（例えば、リードヘッドの位置誤差および速度）を当てはめることにより所定の位相状態軌跡に追従するために正および負のフィードバックを切り替えて動作する。
【解決手段】光ディスク記憶システムは、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングのあいだ光リードヘッドアセンブリを光ディスク上でアクチュエートするスライディングモードコントローラを備えている。このスライディングモードコントローラは、ある位相状態（例えば、リードヘッドの位置誤差および速度）を当てはめることにより所定の位相状態軌跡に追従するために正および負のフィードバックを切り替えて動作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学記憶システムに関する。より具体的には、本発明は、光ディスクドライブにおけるリードヘッドアクチュエータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ−ＲＯＭのような光ディスクドライブは、通常、大量のディジタルデータを一枚のディスク上に格納して、オーディオ／ビデオまたはコンピュータなどに応用するために用いられている。光ディスク上のデータは、典型的には、複数のトラックをなして配列された一連の「ピット」として記録される。トラック上では、それぞれのピットの長さにより、２値の「０」ビットが存在するのか、あるいは「１」ビットが存在するのかが決定される。このように記録されたデータを読み出すために、サーボシステムは、ディスクの表面にレーザビームをフォカシングし、そこから反射されたビームの特性によってデータピットを検出できるようにする。
【０００３】
この目的を達成するために、サーボシステムは以下の４つの動作をおこなう。すなわち、（１）初期フォーカス位置を「引き込む」ためのキャプチャ動作と、（２）ビームを所望のトラックに移動させるためのシーク動作と、（３）記録されたデータを読み出しながら、選択されたトラックのセンタライン上にビームを保持するためのセンタライントラッキング動作と、（４）ディスクがビーム上を旋回する時に適正な焦点を維持するためのフォーカストラッキング動作と、の４つである。
【０００４】
従来の光ディスクドライブは、対物レンズを通して光ディスクの表面上にフォーカシングされるレーザビームを発生するレーザダイオードを含むヘッドアセンブリを用いる。図１は、典型的な３ビーム光ヘッドアセンブリを図示している。このようなヘッドアセンブリの動作は、当業者には公知である。レーザダイオード１は、光ビームを生成し、生成された光ビームは、メインビームを３本の別々のビーム２（すなわち、１本のセンタビームと２本のサイドビームと）に分割する回折格子（不図示）を通過する。その後、３本のビーム２は、偏光ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ（不図示）とを通過する。そして、光ビーム２は、プリズム４に反射され、対物レンズ（ＯＬ）５を通った後、光ディスク（不図示）の表面に入射する。ビーム２は、光ディスクにより反射され、再びＯＬ５を通った後、プリズム４により偏光プリズム３へと逆方向に反射される。偏光プリズム３は、センタビームを４分割光検出器６へと偏向させ、２本のサイドビームを２つのトラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）へと偏向させる。４分割光検出器６は、ＯＬ５をフォーカシングするためのフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生し、記録されたデータを読み出すためのＲＦリード信号を発生する。トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）は、ディスクからデータを読み出しながら、ＯＬ５の位置を選択されたトラックのセンタライン上に維持するのに用いられるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生する。
【０００５】
シーク動作時にリードヘッドを選択されたトラック上に位置づけるために、リードヘッドが所望のトラックの近くに位置づけられるまで、スレッドアセンブリ８の全体が、光ディスクの下でリードスクリュー９に沿って半径方向にスライドする。この粗い位置づけ（または、粗いシーク）は、リードスクリュー９を時計回り方向または反時計回り方向に回転させることにより実現される。いったん選択されたトラックの近くに到達すると、「微細なシーク」動作では、ＯＬ５が所望のトラックの真上に位置づけられるまで、ＯＬ音声コイルモータ（ＯＬＶＣＭ）（１０Ａ、１０Ｂ）が、ＯＬキャリジユニット１１をプラスチックのヒンジ１２の周
囲に回転させる。そして、ディスクが回転し、トラックがリードヘッドの下を通過する時に、「トラッキング」動作では、ＯＬＶＣＭ（１０Ａ、１０
Ｂ）は、情報がディスクから読み出される間、ＯＬ５の位置を選択されたトラックのセンタライン上に維持するための微調整をおこなう。
【０００６】
ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、その中央の位置のいずれかの側におけるおよそ２００本のトラックにわたる範囲で、ＯＬキャリジユニット１１を（したがってＯＬ５そのものも）プラスチックのヒンジ１２の周囲に回転させることができる。よって、もしシーク動作時に、選択されたトラックが、現在のトラックの２００本のトラックの中にあれば、ＯＬキャリジユニット１１は、スレッドアセンブリ８をリードスクリュー９に沿ってスライドさせるまでもなく、全シーク動作をおこなうことができる。短いシーク動作の最後に、選択されたトラックのセンタラインをトラッキングしながら、リードスクリュー９は、ＯＬキャリジユニット１１が再びその中央位置に戻るまで、スレッドアセンブリ８を選択されたトラックに向かってゆっくりとスライドさせる。
【０００７】
ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、また、ＯＬ５の焦点位置を「キャプチャ」し、か
つ「トラッキング」するために、ＯＬキャリジユニット１１を図示されている上下の方向に動かすことができる。焦点のキャプチャおよび焦点のトラッキングのために、４分割光検出器６は、ＯＬ５と光ディスクとの間の距離を示す非点較差フォーカス誤差信号を発生する。キャプチャ動作のはじめに、ＯＬキャリジユニット１１は、まずディスクから十分に離れた位置に位置づけられる。したがって、このとき、ユニット１１に焦点は合っていない。その後、ＯＬＶＣ
Ｍ（１０Ａ、１０Ｂ）は、ＯＬ５がその焦点引き込み範囲内にあることを４分割光検出器６が示すまで、フォーカスサーボループを開にしたままで、ＯＬキャリジユニット１１をゆっくりとディスクに向かって移動させる。いったん引き込み範囲内に入ると、フォーカスサーボループは閉じられ、初期フォーカス位置がキャプチャされる。その後、ＯＬ Ｖ
ＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、リードヘッドが選択されたトラックへとシークし、ディスクからデータを読み出す間に、非点較差フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）に応答して、インフォーカス位置をトラッキングする。
【０００８】
図２は、４分割光検出器６上の変化していくイメージが、どのようにしてフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生するかを図示している。ディスク表面が、まさにＯＬ５の焦点にあるときには、円形のスポットが、４分割光検出器６の中心に当たる。ディスクとＯＬ５との間の距離が小さくなると、反射されたイメージは楕円形になる。同様に、ディスクとＯＬ５との間の距離が大きくなっても、楕円形のパターンが再び得られるが、そのパターンは、最初の楕円形のパターンからは９０度回転したものになる。よって、図３に示すように、４分割光検出器６は、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）に従ってフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生し、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）に従ってＲＦリード信号を発生する。図４は、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）と、ＯＬ５および光ディスク間の距離との関係をプロットしている。図４のプロットにおいて、直線領域は、フォーカスキャプチャ動作に対応する焦点「引き込み」範囲を規定している。
【０００９】
４分割光検出器６と同様に、トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）もまた、サーボ制御システムにより用いられるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生することによって、ディスクがビーム上を旋回している間に、ＯＬ５を、選択されたトラックのセンタライン上に維持する。図５は、トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）が、サイドビームの強度に応じてトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生するようすを示している。まさにトラックのセンタライン上に位置づけられている時には、トラッキング誤差信号はゼロである。一方、センタラインの左または右に位置づけられている時には、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）は、それぞれ正または負になる。よって、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）は、図６に図示されているように、（Ｅ−Ｆ）として発生される。図７は、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）とミストラッキングとの間の関係を示すプロットである。図７のプロットにおいて、直線領域は、トラッキング動作に対応する引き込み領域を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光ディスクドライブのリードヘッドアクチュエータを、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングについて制御する際には、多くの固有の問題点がある。有意な局面としては、例えば、ディスクドライブ間のサーボシステムにおけるパラメータの変化と同様に、温度やボルトドリフトのようなさまざまな内在要因が原因で発生するパラメータの変化もその範囲が広いことが挙げられる。サーボシステムは、常にデータレートおよび密度を高めていきながら適正に動作するためには、このようなパラメータの変化を補償できるものでなければならない。
【００１１】
別の問題点としては、上述したキャプチャ動作が必ずしも上首尾に終了できるわけではないことが挙げられる。それどころか、図４に示されているフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）の直線領域により規定される引き込み範囲のオーバシュートが原因で失敗に終わることもある。つまり、フォーカスサーボループ（図２８を参照のこと）を閉じる際には、ディスク／ヘッドの相対的な速度変化、表面の汚れ、およびフォーカスＶＣＭの駆動力といった要因に伴って変動する、有意なキャプチャ遷移が伴う。このことが原因で、光学記憶装置は、通常、キャプチャ動作を何回も反復できるように設計されている。
【００１２】
さらに別の問題点としては、シーク動作時に焦点を維持すると、フォーカスサーボループに対して大きな外乱を与えることになることが挙げられる。もしシーク中に焦点が失われると、記憶システムは一時停止した後、あらためてフォーカスキャプチャ動作をおこなわなければならない。その結果、シーク時間は大幅に長くなってしまう。
【００１３】
光ディスクサーボシステムに関わるまた別の問題点としては、フォーカストラッキングとセンタライントラッキングループとの間に起こる光結合現象またはフィードスルー現象がある。米国特許第５，３６７，５１３号は、光フィードスルーの問題に対する解決案の一例を開示しているが、この特許には、本発明によれば克服可能ないくつかの欠点（主に、実施の際のコストに関わる）もある。
【００１４】
光学記憶システム内に見受けられる従来のサーボシステムは、典型的には、比例・積分・微分（ＰＩＤ）フィードバックおよび／または状態推定器を用いて、線形のコントローラを実施している。しかし、従来の線形コントローラに伴う問題点としては、そのようなコントローラが、サーボシステムにおけるパラメータの変化と、外部負荷による外乱に対して過剰に感度が高いことが挙げられる。従来の適応線形コントローラは、複雑な較正ルーチンを実行することによって、または、コントローラを連続的に再プログラミングすることによって、このようなパラメータの変化および外乱を補償して、この感度の問題を克服しようとしている。しかし、適応線形コントローラは複雑であり、機械的共振をフィルタリングするためにノッチフィルタを必要とすることもある。さらに、従来の線形コントローラは、光ディスクドライブ用のアクチュエータを制御する際に存在する上述した固有の問題点を解決するには適していない。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、パラメータの変化に対する感度がそれほど高くはなく、遷移をよりよく制御可能であり、しかも複雑な適応線形コントローラの実施コストを削除できる光ディスクドライブサーボ制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
ある実施形態では、前記位相状態発生器が状態推定器を備えている。
【００１８】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがシークモードで動作することによって、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させる。
【００１９】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがトラッキングモードで動作することによって、前記リードヘッドを、選択されたトラックのセンタライン上に維持する。
【００２０】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがフォーカスモードで動作することによって、前記リードヘッドを前記ディスク上のフォーカス位置に維持する。
【００２１】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、所望のアクチュエータ位置と、推定されたアクチュエータ位置との間の差に比例するアクチュエータ位置誤差信号を含んでいる。
【００２２】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、アクチュエータの位置の誤差の導関数に比例するアクチュエータ位置誤差速度信号を含んでいる。
【００２３】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、基準アクチュエータ速度と、推定されたアクチュエータ速度との間の差に比例するアクチュエータ速度誤差信号を含んでいる。
【００２４】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、アクチュエータの速度の導関数に比例するアクチュエータ加速信号を含んでいる。
【００２５】
ある実施形態では、（ａ）前記光ディスクドライブ記憶システムが少なくとも２つの位相状態を有しており、（ｂ）前記スライディングモードコントローラが、第１の構造と第２の構造との間でスイッチングし、（ｃ）該第１の構造が、ある位相平面に関して該２つの位相状態を変化させることにより、第１の位相軌跡に追従し、（ｄ）該第２の構造が、該位相平面に関して該２つの位相状態を変化させることにより、第２の位相軌跡に追従し、（ｅ）該第１および該第２の位相軌跡が、該位相平面の少なくとも１部分において反対方向で交差し、かつ（ｆ）該第１および該第２の構造の間でスイッチングすることによって、該スライディングモードコントローラが、該２つの位相状態を該位相平面について変化させ、それにより所定の第３の位相軌跡に実質的に追従する。
【００２６】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の構造が、正の利得項に前記少なくとも１つの位相状態信号を掛け合わせる第１乗算器を備えており、かつ（ｂ）前記第２の構造が、負の利得項に該少なくとも１つの位相状態信号を掛け合わせる第２乗算器を備えている。
【００２７】
ある実施形態では、前記正の利得項および前記負の利得項が、２nの集合（ここで、ｎ
は整数である）から選択される。
【００２８】
ある実施形態では、（ａ）前記第３の位相軌跡が、始端と、第１の実質的に直線状の部分の始端に接続されている終端と、を有する第１の実質的に放物線状の部分を含んでおり、（ｂ）該第１の実質的に直線状の部分が、第２の実質的に放物線状の部分の始端に接続されている終端を有しており、（ｃ）該第２の実質的に放物線状の部分が、第２の実質的に直線状の部分の始端に接続されている終端を有しており、かつ（ｄ）該第２の実質的に直線状の部分の一部が、前記位相平面の原点に近くにある。
【００２９】
ある実施形態では、（ａ）前記サーボコントローラが、シークモードでは、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させるように動作し、トラッキングモードでは、前記ディスク上に記録された前記データを読み出しながら、該リードヘッドを、該選択されたトラックのセンタライン上に実質的に一致させ続けるように動作し、（ｂ）該サーボコントローラが、該リードヘッドを該選択されたトラックへと移動させるためにシークモードにスイッチした時には、前記スライディングモードコントローラが、第１のスイッチングアルゴリズムに従って前記第１の構造と前記第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、前記２つの位相状態が前記第１の実質的に放物線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと加速し、（ｃ）該２つの位相状態が、前記第１の実質的に直線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第２のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第１の実質的に直線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと実質的に一定の速度で移動させ、（ｄ）該２つの位相状態が、前記第２の実質的に放物線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第３のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第２の実質的に放物線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへ減速させ、（ｅ）該２つの位相状態が、前記第２の実質的に直線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第４のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第２の実質的に直線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと減速させ、かつ（ｆ）該２つの位相状態が、前記位相平面の前記原点の近傍の、該第２の実質的に直線状の部分の前記一部から所定の最小の距離内にある時には、該サーボコントローラが該トラッキングモードにスイッチングし、該スライディングモードコントローラが、該第２つの構造の間で反復的に連続してスイッチングすることにより、該２つの位相状態を該位相平面の該原点の近傍に維持し、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックの該センタラインの近傍に維持する。
【００３０】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号に応答して、前記第１の構造と前記第２の構造との間でのスイッチングを制御するスイッチングロジックをさらに備えている。
【００３１】
本発明による回転する光ディスク記憶媒体の上に位置づけられた光リードヘッドの動きを制御する方法は、該光ディスクが、該ディスク上に記録された複数のデータトラックと
、該光ディスク上で該リードヘッドをアクチュエートするモータと、を備えている、方法であって、（ａ）該モータの位相誤差を表す少なくとも１つの位相状態信号を発生するステップと、（ｂ）該位相状態信号を、所定の位相軌跡に対する位相状態値と比較するステップと、（ｃ）該ステップ（ｂ）における該比較の第１の結果に応じて、該位相状態信号に第１の利得値を掛け合わせ、かつ、該ステップ（ｂ）における該比較の第２の結果に応じて、該位相状態信号に第２の利得値を掛け合わせることにより、モータ制御信号を発生するステップと、（ｄ）該モータ制御信号を該モータに与えることによって、該リードヘッドを該ディスク上でアクチュエートするステップと、を含んでおり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）推定されたアクチュエータ位置と、所望のアクチュエータ位置との間の差を示すアクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続された第１の入力、（ｂ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に比例する第１の位相状態信号に、該第１の位相状態信号と第１の位相状態軌跡との間の第１の所定の関係に従って、第１の利得、または第２の利得を選択的に掛け合わせることにより、第１の比例位相状態信号を発生する、第１のスイッチング利得ブロック、（ｃ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に応答して、積分された位相状態信号を発生する積分器、および（ｄ’）第１の比例位相状態信号に該積分された位相状態信号を加算することによって、該モータに印加されるモータ制御信号を発生する加算器、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２を受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２に比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と前記第１の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係に従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号および前記積分された位相状態信号に加算される第２の比例位相状態信号を発生し、それにより前記モータ制御信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、をさらに含んでいる。
【００３４】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が、第１および第２の軌跡部分を有しており、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該第１および該第２の軌跡部分に対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００３５】
ある実施形態では、（ａ）前記スライディングモードコントローラが、前方シークモードおよび後方シークモードで動作することによって、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させ、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該前方シークモードおよび該後方シークモードに対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００３６】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖを受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ速
度誤差信号Ｘｖに比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と第２の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係に従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）アクチュエータ加速信号Ｘαを受け取るように接続された第３の入力と、（ｄ）該アクチュエータ加速信号Ｘαに比例する第３の位相状態信号に、該第３の位相状態信号と該第２の位相状態軌跡との間の第３の所定の関係に従って、第５の利得、または第６の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号、該第２の比例位相状態信号、および前記積分された位相状態信号に加算される第３の比例位相状態信号を発生し、それにより前記モータ制御信号を発生する、第３のスイッチング利得ブロックと、をさらに備えている。
【００３７】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）第１のアクチュエータ位相状態信号を受け取るように接続され、第１および第２の利得値を有する第１のスイッチング利得ブロック、（ｂ’）アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続され、第３および第４の利得値を有する第２のスイッチング利得ブロック、および（ｃ’）第２のシークモードの少なくとも一部の間は該第２のスイッチング利得ブロックの効果を減衰させる手段、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明によるディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムは、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）推定されたアクチュエータ位置と、所望のアクチュエータ位置との間の差を示すアクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続された第１の入力、（ｂ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に応答する第１の位相状態信号に、該第１の位相状態信号と第１の位相状態軌跡との間の第１の所定の関係σに従って、第１の利得、または第２の利得を選択的に掛け合わせることにより、第１の比例位相状態信号を発生する、第１のスイッチング利得ブロック、および（ｃ’）該第１の比例位相状態信号に応答して計算された制御信号に、該第１の所定の関係σに応じて位相状態軌跡信号を掛け合わせることにより、該モータに印加されるモータ制御信号を発生する、乗算器、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
ある実施形態では、前記所定の関係σの符号が積分されることによって、前記位相状態軌跡信号を発生する。
【００４０】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ
位置誤差速度信号Ｘ２を受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２に比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と前記第１の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係σに従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）前記第１の比例位相状態信号を該第２の比例位相状態信号に加算することによって、前記計算された制御信号を発生する加算器と、をさらに含んでいる。
【００４１】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が、第１および第２の軌跡部分を有しており、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該第１および該第２の軌跡部分に対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００４２】
ある実施形態では、（ａ）前記スライディングモードコントローラが、前方シークモードと後方シークモードでは、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させるように動作し、トラッキングモードでは、該リードヘッドを、該選択されたトラックのセンタライン上に実質的に一致させ続けるように動作し、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該前方シークモードおよび該後方シークモードに対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００４３】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖを受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖに比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と第２の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係σに従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）アクチュエータ加速信号Ｘαを受け取るように接続された第３の入力と、（ｄ）該アクチュエータ加速信号Ｘαに比例する第３の位相状態信号に、該第３の位相状態信号と該第２の位相状態軌跡との間の第３の所定の関係σに従って、第５の利得、または第６の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号および該第２の比例位相状態信号に加算される第３の比例位相状態信号を発生し、それにより前記計算された制御信号を発生する、第３のスイッチング利得ブロックと、をさらに含んでいる。
【００４４】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、前記アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を積分することによって、前記第１の比例位相状態信号に加算される積分された信号を発生し、それにより前記計算された制御信号を発生する積分器をさらに備えている。
【００４５】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が所定の境界層を有しており、かつ（ｂ）前記第１の所定の関係σが、該境界層に対して計算される。
【００４６】
ある実施形態では、前記第１の位相状態信号が位相平面の原点に収束する時に、前記境界層が、該位相平面の該原点に収束する。
【００４７】
ある実施形態では、前記境界層が、前記位相状態軌跡に加算される所定の定数である。
【００４８】
ある実施形態では、前記境界層が、前記位相状態信号を用いて計算される。
【００４９】
本発明による回転するディスク記憶媒体上にリードヘッドを位置づけるスライディングモードコントローラは、（ａ）位相状態を受け取るように接続された入力と、（ｂ）該位相状態に、該位相状態と位相状態軌跡との間の所定の関係に従って、第１の利得値、また
は第２の利得値を選択的に掛け合わせるスイッチング乗算器であって、該第１および該第２の利得値が、２nの集合（ここで、ｎは整数である）から選択される、スイッチング乗
算器と、（ｃ）アクチュエータ制御信号を該スイッチング乗算器から出力することによって、該リードヘッドの位置を制御する出力と、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
以下に作用を説明する。本発明の光ディスク記憶システムは、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングのあいだ光リードヘッドアセンブリを光ディスク上でアクチュエートするスライディングモードコントローラを備えている。このスライディングモードコントローラは、ある位相状態（例えば、リードヘッドの位置誤差および速度）を当てはめることにより所定の位相状態軌跡に追従するために正および負のフィードバックを切り替えて動作する非線形制御システムである。この正および負のフィードバックの利得は、所定の範囲内にありさえすればよいので、２nの利得値が実現される。これにより、利得乗算器の複雑さおよびコストを大幅に低
減することができる。
【００５１】
このようにして得られたサーボ制御システムは、従来の適応線形コントローラよりもずっと低いコストで、光リードヘッドをアクチュエートする際に伴う固有の問題点の多くを克服することができる。具体的には、温度やボルトドリフトのようなさまざまな要因により発生するパラメータの変化、および個々のディスクドライブ間に起こるパラメータの変化をロバストな補償手段を提供することができる。さらには、スライディングモード制御により、フォーカスキャプチャのあいだにサーボループを閉じる際に伴う遷移と同様に、外部負荷による外乱によりもたらされる遷移をもよりよく補償することができる。また、スライディングモード制御は、フォーカストラッキングとセンタライントラッキングサーボループとの間の上述した光結合問題に対して従来ほど複雑ではない解決策を提供することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、少なくとも以下の効果が得られる。すなわち、スライディングモード制御により、パラメータの変化や、外部負荷による外乱や、その他の遷移（例えば、フォーカスキャプチャ遷移）などを改善されたかたちで補償することができる。さらに、スライディングモードにおける正および負のフィードバック利得は、所定の範囲内にありさえすればよいので、２ｎの利得値を得ることができる。その結果、利得乗算器の複雑さおよびコストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明の上記局面および利点、ならびにその他の局面および利点は、添付の図面を参照しながら以下に述べる本発明の詳細な説明を読めば、よりよく理解することができるであろう。
【００５４】
（システムの概観）
図８は、粗いシーク動作を実現する本発明の光ディスクドライブサーボ制御システムの概観である。スピンモータ１３は、光リードヘッドアセンブリ８上で、その上にコンピュータデータが記録された光ディスク１４を回転させる。リードヘッドアセンブリ８は、図１を参照して説明したように、レーザビームをディスク上にフォーカシングする対物レンズ（ＯＬ）５を備えている。粗シーク動作のあいだ、リードヘッドアセンブリ８は、ディスク１４の下をリードスクリュー９に沿って、選択されたトラックの下に位置するまで半径方向にスライドする。ＤＣモータ（ＤＣＭ）１５は、粗シーク動作を達成するためにリードスクリュー９を回転させる。ＲＦリード信号１７をリードヘッド８から受け取るように接続されたトラックカウンタ１６は、トラックの横断を検出し、推定されたリードヘッドトラック位置１８Ａを発生する。トラックカウンタ１６の代わりに、リードヘッドトラック位置を検出するための他のよく知られた方法、例えばシャフトエンコーダまたはホールセンサのようなものを用いてもよい。状態推定器１９は、推定されたトラック位置１８ＡおよびＤＣＭモータ制御信号２４を処理することによって、より正確な推定された位置（Ｅｓｔ．ＰＯＳ）１８Ｂを発生する。このＥｓｔ．ＰＯＳ １８Ｂは、基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０およびＯＬキャリッジユニットＶＣＭ制御信号２６（ローパスフィルタ２５の後）から加算器２１で引かれることによって、位置誤差信号Ｘ１２２を発生する。基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０は、データが読み出されるべき選択されたトラックを示す。スライディングモードコントローラ２３は、位置誤差Ｘ１２２に応答して、ＤＣＭ １５に与えられるモータ制御信号Ｕ ２４を計算し、それによりリードヘッド８を選択されたトラックへとスライドさせる。
【００５５】
光ディスク記憶システムに用いられるトラックカウンタ１６は、当業者にはよく知られており、そのようなカウンタは、例えば、米国特許第５，４０６，５３５号に開示されている。この特許の開示内容をここでは参考として援用する。
【００５６】
状態推定器１９は、記録チャネルにおけるノイズによって生じたトラック位置情報の誤差、およびトラック位置トランスデューサ（トラックカウンタ１６）によって発生された誤差をフィルタリングする。図１７に示されるスライディングモードコントローラの実施形態で、位置誤差速度位相状態Ｘ２を発生するためには、微分器１０２の代わりに、この状態推定器１９を用いることもできる。状態推定器は当業者にはよく知られており、米国特許第４，６７９，１０３号に記載された一例がある。その開示をここでは参考として援用する。状態推定器に加え、本発明の範囲からはずれることなく、他のよく知られた技術を用いて、アクチュエータ位相状態を発生させることができる。
【００５７】
次に図９を参照すれば、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、微細なシークおよびセンタライントラッキングのために用いられる本発明のスライディングモード制御システムが示されている。図１を参照して上で説明したように、リードヘッドアセンブリ８は、レーザビームをディスク１４上にフォーカシングする対物レンズ（ＯＬ）５と、ＲＦリード信号１７および非点較差フォーカス誤差信号２７を発生する４分割光検出器６と、およびトラッキング誤差信号（２８Ａ、２８Ｂ）を発生する２つのフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）とを有する。
【００５８】
ＦＥＳ発生器２９は、４分割光検出器６からのフォーカス誤差信号２７に応答して、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられるモータ制御信号３２を発生するスライディン
グモードコントローラ３１に与えられるフォーカス誤差信号３０を発生する。上述のように、ＲＦリード信号は（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）として計算され、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）３０は、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）として計算される。ＴＥＳ発生器３３は、トラッキング誤差信号（２８Ａ、２８Ｂ）に応答して、上述のように（Ｆ−Ｅ）として計算されるセンタライントラッキング誤差信号（ＴＥＳ）３４を発生する。
【００５９】
初期フォーカス位置をキャプチャするために、スライディングモードコントローラ３１は、ディアクティベートされて（つまりフォーカスサーボループが開けられて）、ＯＬ
ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、フォーカスがずれるまでＯＬキャリッジユニット１１をディスク１４から離すように動かす。それからループが開いたままで、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、図４の直線領域によって規定されるその引き込み範囲内にＯＬ ５が入っていることをＦＥＳ ３０が示すまで、ＯＬ ５をディスクに向かってゆっくりと動かす。フォーカスサーボループは、それから閉じられて、スライディングモードコントローラ３１は、インフォーカス位置をトラッキングし始める。
【００６０】
シーク距離が５０トラックより短い、微細なシーク動作については、ＯＬキャリッジユニット１１は、スレッドアセンブリ８全体を動かす必要なしに全体のシークをおこなうことができる。トラックカウンタ１６および状態推定器１９は、粗いシーク動作の場合と同じように動作し、位置誤差Ｘ１３５は、加算器３６
においてＥｓｔ．ＰＯＳ １８ＢおよびＴＥＳ ３４を基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０から引くことによって発生される。スライディングモードコントローラ３７は、位置誤差Ｘ１ ３５に応答して、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられるモータ制御信号２６を発生し、これによりＯＬキャリッジユニット１１を選択されたトラックの向きに回転する。微細なシーク動作の終わりに、ＯＬ ＶＣＭ制御信号２６は、加算器２１において図８のスレッドサーボ制御システムに与えられ、これによってＯＬキャリッジユニット１１が再びその中央位置に存在するまでスレッドアセンブリ８を選択されたトラックに向けて移動させる。
【００６１】
（動作原理）
スライディングモードコントローラの動作は、図１０を参照すれば理解されよう。示されているのは、必ずしも大きさが等しくない正の利得４７および負の利得４８の間で切り替える（４６）例示的なスライディングモードコントローラ４５によって制御される２次のシステム４４の例である。位置誤差Ｘ１４９は、加算器５０の出力において、制御されるシステムの推定された位置５１を所望の位置基準位置５２から引くことによって発生される。位置誤差Ｘ１４９は、スイッチ４６の状態に依存して正の利得４７または負の利得４８により乗算されることによって、制御されるシステム４４への入力として加速コマンド５３を発生する。積分器５４の出力は、制御されるシステム４４の速度であり、これは、位置誤差速度−Ｘ２ ５５の負でもある。スイッチ４６が正の利得４７を選択するとき、負帰還システムであり、スイッチ４６が負の利得４８を選択するとき、正帰還システムである。その個別の構成において、システムは不安定である。しかしシステムは、２つの構成間で繰り返しスイッチングすることによって安定にすることができる。
【００６２】
負帰還における状態空間方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、ｄＸ２／ｄｔ＝−ＫＸ１ （１）
となる。方程式１の一般解は、
Ｘ１＝Ａｓｉｎ（Ｋｔ＋φ） （２）
Ｘ２＝√ＫＡｃｏｓ（Ｋｔ＋φ） （３）
となる。方程式２および３を合わせれば、
Ｘ１2／Ａ2＋Ｘ２2／ＫＡ2＝１ （４）
となる。方程式４の位相平面プロットは、図１１に示すように離心率Ａおよび√（ＫＡ）をもつ楕円の組である。
【００６３】
正帰還における状態空間方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、ｄＸ２／ｄｔ＝＋ＫＸ１ （５）
となる。方程式５の解は、
Ｘ１＝Ｂ１ｅ√K・t＋Ｂ２ｅ-√K・t、
Ｘ２＝√Ｋ・Ｂ１ｅ√K・t−ＫＢ２ｅ-√K・t （６）
のようになる。方程式５および６を合わせれば、
Ｘ１2／４Ｂ１Ｂ２−Ｘ２2／４ＫＢ１Ｂ２＝１ （７）
のようになる。方程式７の位相平面プロットは、図１１に示すように２つの漸近線をもつ双曲線の組である。
【００６４】
方程式４および７の２つの個々の位相平面の軌跡は、不安定なシステムになる。なぜな
ら位相状態は原点に決して到達しないからである。しかし負および正帰還の軌跡の交点において規定される第３の位相軌跡（third phase trajectory）に沿って位相状態を駆動することによって原点に到達することも可能である。これは、位相状態が所定の第３位相軌跡に従うように、現在の位相状態値に応答して正および負の利得の間をスイッチングすることによって実現できる。
【００６５】
スイッチング動作は、図１２を参照すれば理解される。ここで所定の第３の位相軌跡は、直線部分６０として示されている。新しいトラックが選択されると、初期ヘッド位置誤差は点Ａにあり、制御システムは、最初は、正の利得を選択するようにスイッチングされている（つまり負帰還である）。ヘッドが選択されたトラックに向かって加速し始めると、位相状態は、負帰還モードの円弧状の軌跡６４に従う。位相状態が交点Ｂにおいて第３の位相軌跡６０の始点に達するとき、スライディングモードコントローラは負の利得に切り替わり、位相状態は正帰還モードの双曲線の軌跡６６に従うようになる。位相状態が点Ｃにおいて第３の位相軌跡６０を横切るとき、コントローラは、正の利得に再び切り替わり、位相状態を円弧６８に沿って、第３の位相軌跡６０に向かって戻るように駆動される。このスイッチング動作は、位相状態が直線部分６０に沿って、位相平面の原点に向かってスライドするように繰り返される。位相状態が位相平面の原点から所定の最小距離内にあるとき、システムは、トラッキングモードに切り替わる。このモードでは、位相状態が位相平面の原点近くにあるようにするために、スライディングモードコントローラが正および負帰還の間を繰り返しスイッチングし、それによりリードヘッド８が選択されたトラックのセンタライン上に一致させ続ける。
【００６６】
位相状態が図１２のスライディングラインに従うとき、制御システムの時間領域応答は、
Ｘ１（ｔ）＝Ｘ１（ｔ１）ｅ-C(t-t1) （８）
のようになる。ここでｔ１は、位相状態がスライディングラインに点Ｂにおいて到達する時刻である。方程式８は、スライディングラインに沿ったシステムの平均応答であり、これはパラメータＫの変化によって、または外部負荷による外乱によって実質的に影響を受けない。その結果、Ｋの値を決定するために、システムの正確なパラメータを知る必要はない。方程式８は、以下の存在方程式（existence equation）１１と併せて、スライディングモード領域内でシステムが大局的に安定であることを証明する。
【００６７】
スライディングモードコントローラは、位相状態値を観察することによって正および負の利得間でいつスイッチングすべきかを決定する。図１２の直線位相軌跡は、
Ｘ２＝−Ｃ・Ｘ１ （９）
となり、ここで定数Ｃは、直線部分６０の傾きである。位相状態を観察することによって、スライディングモードコントローラは、利得を
σ＝Ｘ２＋Ｃ・Ｘ１＝０ （１０）
となるように切り替える。スライディングモードコントローラは、位相状態を直線軌跡に向かって駆動するために、σ・Ｘ１＞０のときには正の利得に切り替え、σ・Ｘ１＜０のときには負の利得に切り替える。
【００６８】
システムの全体の応答は、スライディングラインの傾きを増す（つまりＣを増す）ことによって速くなる。しかしスライディングモード制御において重要な制限は、第３の位相軌跡が、正および負のフィードバック位相軌跡が反対の向きで交差する位相平面における領域に制約を受けることである。図１２から、スライディングラインの傾きは、０＜Ｃ＜√Ｋに制約を受けなければならないことになる。この制約から導出されるさらなる関係は、
ｌｉｍσ→0σ・（ｄσ／ｄｔ）＜０ （１１）
となる。方程式１１は存在方程式として知られており、正および負の利得の値を決定する
ために用いられる。
【００６９】
図１２の直線スライディングモード軌跡６０は、最初は、線形フィードバックモードで動作し、初期円弧軌跡６４がパラメータの変化および外部負荷による外乱のためにドリフトするおそれがあるというデメリットを有する。この問題は、動作のスライディングモード領域を拡大することによって抑制することができる。例えば、位相軌跡調整器は、図１３に示す直線部分の傾きを連続的に調整できる。位相状態が第１のスライディングライン６５に到達し、所定量の時間のあいだそれに従ったあと、位相軌跡調整器は、定数Ｃを増すことによってスライディングライン６７の傾きを増す。システムは、部分間の遷移のあいだだけ線形モード（非スライディングモード）で動作する。結局、傾きはスライディングライン６９における所定の最大値に増加され、この点において位相状態はライン６９に沿って位相平面の原点に向かってスライドする。
【００７０】
よりロバストな実現方法は、振幅の全範囲をカバーするように位相軌跡を定義することである。これは図１４に示されている。ここで位相軌跡は、３つの直線部分σ１ ７２、
σ２ ７４およびσ３７６を備えており、
σ１＝Ｘ２−Ｃ１・（Ｘ１−ＸＩ）、
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ、および
σ３＝Ｘ２＋Ｃ２・Ｘ１ （１２）
であり、ここで、
Ｘ１＝アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２＝アクチュエータ位置誤差速度位相状態、
Ｃ１＝第１の部分の傾き、
Ｃ２＝第３の部分の傾き、
ＸＩ＝初期アクチュエータ位置誤差、および
Ｘ２Ｉ＝所定の一定位置誤差速度
である。第１の直線部分σ１ ７２は、アクチュエータ８の加速を表現し、第２の直線部
分σ２ ７４は、アクチュエータ８の一定速度を表現し、第３の部分σ３ ７６は、選択されたトラックに向かうアクチュエータ８の減速を表現する。
【００７１】
上述のように、Ｃ２は０＜Ｃ２＜√Ｋに制約されるが、これら３つの部分のすべても、やはりアクチュエータの最大加速、一定速度および減速限界によって制約を受ける。いったん位相軌跡が選択され、アクチュエータの物理的な制限内に収まっていれば、コントローラは、パラメータの変化および外部負荷による外乱から実質的に独立に動作する。
【００７２】
最適位相平面軌跡、および本発明の好ましい実施の形態は、図１５に示されている。この軌跡は、実質的に放物線の加速部分σ１８０、直線定速度部分σ２
８２、第２の実質的に放物線の減速部分σ３８４、および直線減速部分σ４
８６を含み、
σ１＝Ｃ１・Ｘ２2＋Ｘ１−Ｘ１Ｉ （１３）
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ （１４）
σ３＝−Ｃ２・Ｘ２2＋Ｘ１ （１５）
σ４＝Ｘ２＋Ｃ３・Ｘ１ （１６）
であり、ここで
Ｘ１＝アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２＝アクチュエータ位置誤差速度位相状態、
Ｃ１＝所定の加速定数、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ｘ２Ｉ＝所定の定位置誤差速度、
Ｃ２＝所定の減速定数、および
Ｃ３＝直線減速部分の所定の傾き
である。放物線減速部分σ３ ８４の傾きは、スライディングモードをサポートするには
原点近傍で急すぎる（減速が大きすぎる）ので、直線減速部分σ４８
６は必要である。もしトラック間のシーク距離が十分に短いなら、直線定速度部分σ２
８２は必要ではない（すなわち、もし初期位置誤差が所定の閾値よりも小さいなら、位相状態がσ１から直接、σ３に遷移する）。
【００７３】
図１６は、２次の制御対象としてモデル化される光ディスクサーボ制御システムを示す。スライディングモードコントローラの出力Ｕ６０は、増幅器６２に
よって増幅され、リードスクリュー９またはＯＬキャリッジユニット１１をそれぞれアクチュエートするＤＣＭ １５またはＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に入力される。ＤＣＭ／Ｖ
ＣＭのパラメータは、
Ｋｔ＝トルク定数、
Ｋｖ＝粘性制動の係数、
Ｋｓ＝クーロン摩擦の係数、および
Ｊ＝慣性
である。
【００７４】
位置誤差位相状態Ｘ１ ６６は、加算器６８の出力において観察され、位置誤差速度位
相状態Ｘ２は、ＤＣＭ／ＶＣＭ速度９２に負号をつけたものとして観察される。代替手段として、位置誤差速度位相状態Ｘ２は、位置誤差信号Ｘ１ ６６を微分することによって発生されてもよく、または状態推定器１９によって発生されてもよい。図１６から、位相状態方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、および
ｄＸ２／ｄｔ＝−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｓ／Ｊ）・Ｘ１
−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ （１７）
となる。もしＵ＝±Ｋ・Ｘ１なら、位相状態方程式は、方程式１および５と同様になり、位相プロットは図１１に示すのと同様になる。
【００７５】
位置誤差Ｘ１だけでもスライディングモードを実現するのに十分だが、位置誤差速度Ｘ２がフィードバックループに加えられれば、さらなる制御を達成することができる。実際、本発明のディスクドライブ制御システムは、シークのあいだ、唯一の制御信号としての位置誤差速度Ｘ２があれば最適に動作する。なぜなら位置誤差Ｘ１は、最初は位置誤差速度Ｘ２よりもずっと大きいからである。シークのあいだ、位置誤差Ｘ１をフィードバックループから取り除くことによって、スイッチングノイズの量を低減することができる。位相状態が位相軌跡上の所定の点に到達すると、システムは、位置誤差Ｘ１の位相状態を制御ループに戻すように切り替える。
【００７６】
（ハードウェアの説明）
図１７は、本発明のスライディングモードコントローラのある実施の形態を示す。位置誤差Ｘ１ ２２は、スライディングモードコントローラに入力され、微分器１０２は、位
置誤差Ｘ１ ２２を微分することによって、位置誤差速度信号Ｘ２ １００を発生する。図示されない代替の実施の形態においては、状態推定器１９が、位置誤差速度Ｘ２ １００
を発生する。２つのスイッチング利得回路１０４および１０６は、位置誤差〜Ｘ１ １３
０および誤差速度〜Ｘ２ １３２の制御信号をそれぞれ乗算する。乗算器１０８および１
１０は、位相状態〜Ｘ１およびＸ２と、現在の軌跡部分σｉとに応答して、利得回路のスイッチング動作を制御する。結果として生じる乗算の符号は、スイッチの状態を決定し、それにより位相状態Ｘ１およびＸ２を図１５に示された所定のスライディングライン軌跡に動かす。σ処理ブロック１１２は、位相状態Ｘ１およびＸ２に応答して、軌跡部分スイッチング論理を実現することによって、位相軌跡のどの部分σｉに位相状態が従うべきかを決定する。σ処理ブロック１１２、積分器１１６、基準誤差速度発生器１１４、ならびにマルチプレクサ１１８、１２０および１２２の動作については、後で詳しく述べる。
【００７７】
スイッチング利得ブロック１０４および１０６の利得値αｉ、βｉ、γｉおよびζｉは、位相状態によって追従されている現在の軌跡部分にしたがって適切な値にプログラム可能に設定されている。また利得値は、コントローラが前方または後方シークのどちらを実行しているかどうかに依存して、所定の値にプログラムされる。存在方程式１１および位相軌跡方程式１３、１４、１５および１６を用いれば、図１５に示される位相軌跡のそれぞれの部分についての利得値に関する適切な制約条件が、こんどはスライディングモードを確実にするために計算されうる。
【００７８】
σ＝σ１（シーク加速）については、方程式１３を時間について微分し、方程式１３により乗算することによって、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝σ１・［２・Ｃ１・Ｘ２・ｄＸ２／ｄｔ］＋σ１・Ｘ２を得る。方程式１７から、またσ１・Ｘ２を因数分解すると、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝σ１・［２・Ｃ１・Ｘ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋１／（２・Ｃ１）］］ （１８）
を得る。図１６および図１７から、またΨ３の項はシークのあいだ、重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
Ｕ＝Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２ （１９）
となり、ここで
Ψ１＝αｉ（σｉ・Ｘ１＞０）、βｉ（σｉ・Ｘ１＜０） （２０）
Ψ２＝γｉ（σｉ・Ｘ２＞０）、ζｉ（σｉ・Ｘ２＜０） （２１）
である。方程式１８および１９から、また１／（２・Ｃ１）の項は重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝２・Ｃ１・Ｘ２・σ１・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝２・Ｃ１・Ｘ２・［［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ１・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ１・Ｘ１］ （２２）
となる。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２２がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表１に示す不等式を満たさなければならない。
【００７９】
【表１】
【００８０】
σ＝σ２（定速シーク）については、方程式１４を時間について微分し、方程式１４によって乗算することによって、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・ｄＸ２／ｄｔ
を得る。方程式１７から、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ］
である。方程式１９から、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ２・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ２・Ｘ１ （２３）
である。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２３がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表２に示す不等式を満たさなければならない。
【００８１】
【表２】
【００８２】
σ＝σ３（シーク減速）については、方程式１５を時間について微分し、方程式１５によって乗算することによって、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝σ３・［−２・Ｃ２・Ｘ２・ｄＸ２／ｄｔ］＋σ３・Ｘ２
を得る。方程式１７から、またσ１・Ｘ２を因数分解すると、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝σ３・［−２・Ｃ２・Ｘ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋１／（２・Ｃ２）］］ （２４）
を得る。方程式１８および１９から、また１／（２・Ｃ２）の項は重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝−２・Ｃ２・Ｘ２・σ３・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝−２・Ｃ２・Ｘ２・［［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ３・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ３・Ｘ１］
（２５）
となる。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２５がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表３に示す不等式を満たさなければならない。
【００８３】
【表３】
【００８４】
σ＝σ４（トラッキング）については、方程式１６を時間について微分し、方程式１６によって乗算することによって、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・ｄＸ２／ｄｔ＋σ４・Ｃ３・ｄＸ１／ｄｔ
を得る。方程式１７から、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋Ｃ３・Ｘ２］
である。方程式１９から、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）＋Ｃ３・Ｘ２］
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝［Ｃ３−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ４・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ４・Ｘ１ （２６）
である。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２６がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表４に示す不等式を満たさなければならない。
【００８５】
【表４】
【００８６】
（フローチャートの説明）
図１７に示されるスライディングモードコントローラの動作について、粗いシーク動作およびセンターライントラッキングのコンテクストで、図８および図９をそれぞれ参照して以下にさらに説明する。しかし以下の説明はまた、フォーカスサーボループにも適用できる。つまり図１８〜図２０のフローチャートは、図８および図９のスライディングモードコントローラ２３、３１および３７の動作を説明している。
【００８７】
サーボ制御システムが初期では図１８のトラッキングモード２００にあるとすると、リードヘッド８は、現在、選択されたトラックを前方シークまたは後方シークコマンドが受け取られるまで追従する（２０４）。前方シークが開始されるとき、シークかどうか？（２０６）は、イエスであり、ヘッド基準位置Ｒｅｆ.ＰＯＳ ２０は、新しく選択されたトラックにアップデートされる。図８の加算器２１の出力における初期ヘッド位置誤差Ｘ１２２は、状態推定器１９から出
力される現在のトラック１８Ｂと、新しく選択されたトラック（すなわちＲｅｆ．ＰＯＳ
２０）との間の差である。この初期位置誤差は、また、図１５において、Ｘ１Ｉにおけ
る軌跡部分σ＝σ１ ８０の始点としても示される。部分σ＝σ１ ８０は、リードヘッ
ド８の選択されたトラックへの所望の加速を規定する放物線軌跡である。
【００８８】
こんどは図１９を参照すれば、「シーク加速（σ＝σ１）」２０８のはじめにおいて、スライディングモードコントローラ２３は、さまざまなパラメータ２１０を初期化する。図１７のブロック１０４および１０６の利得定数は、加速軌跡σ＝σ１ ８０に対応する
値にアップデートされる。シーク動作のあいだのスイッチングノイズを減少させるためには、位置誤差位相状態Ｘ１２２は、スライディングモード制御からはずれるようにスイッチングされる。σ処理ブロック１１２は、ライン１２６上で、グラウンド面をマルチプレクサ１２２の出力として選択する。その結果、〜Ｘ１ １３０は、乗算器１１０のスイッチング動作をディセーブルし、加算器１０３の出力におけるモータコマンドＵ２４の計算からのΨ１の寄与を除去するために、ゼロに設定される。位置誤差位相状態〜Ｘ１１３０がディセーブルされる前に、速度位相状態〜Ｘ２１３２は、アクチュエータが所望の向きに動き始める（すなわち選択されたトラックに向かって反対に動く）ことを確実にするために、所定の値に初期化される。これを達成するために、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４上において、Ｘ２Ｒｅｆ１１４をマルチプレクサ１２０の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２６上において、所定の定数Ｃ １３４をマルチプレクサ１１８の出力（加算器１０３への第３入力Ψ３ １０９）として選択する。所定の定数Ｃ １３４および積分器１１６の機能は、後に詳しく述べられる。
【００８９】
加速軌跡σ＝σ１ ８０についての制御パラメータが初期化されたあとで、スライディ
ングモードコントローラ２３は、モータコマンド信号Ｕ２４を計算し、加算器１０３の出力において連続的に出力する。フローチャート２１２を参照すると、σ１は、方程式１３にしたがってアップデートされ、σｉ１２８は、σ１に割り当てられる。乗算器１０８（これはオペランドの符号ビットの単純なＸＯＲとして実現できる）は、σｉをＸ２によって乗算し、もしその結果が正であるなら利得ブロック１０４をγｉに切り換え、もしその結果が負であるならζｉに切り換える。利得ブロック１０４は、〜Ｘ２１３２（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）を選択された利得によって乗算することによってΨ２を発生する。加算器１０３は、Ψ１、Ψ２およびΨ３を加算することによって、モータコマンドＵ２４を
発生する。Ψ１は、加速のあいだ、ゼロであり、Ψ３は、重要でないくらいに小さいので、モータコマンド信号Ｕ ２４は、ほとんどΨ２に等しい。
【００９０】
リードヘッド８が、選択されたトラックに向かって逆に加速し始めると、トラックカウンタ１６は、現在のトラック位置をアップデートする。状態推定器１９は、トラックカウント１８Ａおよび現在のモータコマンド２４を処理することによって、推定された位置信号１８Ｂをアップデートする。加算器２１は、新しい位置誤差Ｘ１ ２２を出力し、微分
器１０２は、新しい速度位相状態Ｘ２ １００をＸ１（Ｎ）−Ｘ１（Ｎ−１）として計算
する。
【００９１】
σ処理ブロック１１２は、いつリードヘッドの速度が所定の値に到達するかを決定するために連続的にチェックをする。もしＸ２≦Ｘ２Ｒｅｆ？２１４がノーであるなら、スライディングモードコントローラはループを繰り返し、フローチャート２１２にしたがって次のモータコマンドＵ２４を計算する。もしＸ２≦Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がイエスであるなら、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４上でＸ２ １００をマルチプレクサ１２０の出力として選択する（〜Ｘ２＝Ｘ２と設定する、２１６）。換言すれば、いったんリードヘッド８の速度（Ｘ２ １００）が所定の速度（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に到達すれば、スライディングモードコントローラ２３は、モータコマンド信号Ｕ２４をフローチャート２１８において速度位相状態Ｘ２ １００の関数として発生する。
【００９２】
図１９に示すフローチャート２１８にこんどは続いて、σ処理ブロック１１２は、σ１、σ２およびσ３をそれぞれ方程式１３、１４および１５にしたがってアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ１に割り当てられる。σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２を図１５のσ１ ８０の位相軌跡に向かって動かすためにスイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２４が発生され、リードヘッド８は、選択されたトラックへ向かって動き続ける。
【００９３】
σ処理ブロック１１２は、いつ次の軌跡部分に切り換えるべきかを決定するために、加速軌跡σ１ ８０に対して位相状態の位置を続けてチェックする。次の軌跡部分は、定速
部分σ２ ８２、または、もしシーク距離が十分に短いなら、減速部分σ３ ８４のいずれかである。σの値を比較することによって、σ処理ブロック１１２は、いつ次の軌跡にスイッチすべきかを決定する。もしσ１≦σ３？ ２２０がイエスなら、σ処理ブロック１
１２は、減速軌跡σ３ ８４に切り換える。そうではなく、もしσ１≦σ２？２２２がイ
エスであるなら、σ処理ブロック１１２は、定速軌跡σ２ ８２に切り換える。もし２２０および２２２がともにノーなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のモータコマンドＵ ２４をフローチャート２１８にしたがって計算する。
【００９４】
次は図２０に示す定速フローチャート２２６を参照すれば、まず利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数が図１５の定速軌跡σ２８２に対応する値にアップデートされる（２２８）。それからフローチャート２３０において、σ処理ブロック１１２は、それぞれ方程式１４および１５にしたがってσ２およびσ３をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ２に割り当てられる。再び、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２をσ２ ８２位相軌跡に向かって動かすために、スイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ２４が発生され、リードヘッド８は、選択されたトラックに向かって動き続ける。
【００９５】
σ処理ブロック１１２は、いつ減速軌跡部分σ３８４に切り換えるべきかを決定するために、定速軌跡σ２ ８２に対して位相状態の位置を続けてチェックする。もしσ２≦σ３？ ２３２がイエスなら、σ処理ブロック１１２は、減速軌跡σ３ ８４に切り換える。そうではないなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のコマンドＵ２４をフローチャート２３０にしたがって計算する。
【００９６】
こんどは減速フローチャート２３４を参照すれば、まず利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数が、図１５の減速軌跡σ３８４に対応する値にアップデートされる（２３６）。それからフローチャート２３８において、σ処理ブロック１１２は、それぞれ方程式１５および１６にしたがってσ３およびσ４をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ３に割り当てられる。再び、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２をσ３ ８４位相軌跡に向かって動かすために、スイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ２４が発生されることによって、リードヘッド８は、選択されたトラックに向かって減速される。
【００９７】
σ処理ブロック１１２は、いつトラッキング軌跡部分σ４８６に切り換えるべきかを決定するために、減速軌跡σ３ ８４に対して位相状態の位置を続けてチェックする。もしσ４≦σ３？ ２４０がイエスなら、σ処理ブロック１１２は、トラッキング軌跡σ４ ８６に切り換える。そうではないなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のコマンドＵ２４をフローチャート２３８にしたがって計算する。
【００９８】
図１５のトラッキング軌跡σ４ ８６は、リードヘッドアセンブリ８が所望のトラック
上に位置することを維持するために、図８のスライディングモードコントローラ２３によって実行され、またＯＬキャリッジユニット１１を選択されたトラックのセンターライン上に一致させ続けるために、図９のスライディングモードコントローラ３７によって実行される。短いシーク（微細なシーク）については、図９のスライディングモードコントローラ３７は、ＯＬキャリッジユニット１１を図１５の位相状態軌跡にしたがって回転させることによって、リードヘッドアセンブリ８をリードスクリュー９に沿ってスライドさせる代わりに全体のシークを実施する。
【００９９】
再び図１８のフローチャート２００を参照すると、トラッキング動作の始めにおいて、利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数は、図１５のトラッキング軌跡σ４ ８６に対応する値にアップデートされる（２０２）。σ処理ブロック１１２は、ライ
ン１２６を介して積分器１１６の出力をマルチプレクサ１１８（すなわちΨ３）の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２６を介してマルチプレクサ１２
２の出力として、乗算器１１０への入力としての位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を選択する
ことによって、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２をスライディングモード計算に戻すように切
り換える。再び位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は、スイッチングノイズを減らすためにシー
クのあいだは用いられない。
【０１００】
こんどはフローチャート２０４を参照すれば、σ処理ブロック１１２は、方程式１６にしたがってσ４をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ４に割り当てられる。σｉ、Ｘ１およびＸ２に応答して、乗算器１０８および１１０は、Ｘ１およびＸ２をσ４８６位相軌跡に向かって動かすために、それぞれスイッチング利得ブロック１０４および１０８の状態を設定する。次のコマンドＵ ２６が発生され、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられることによって、選択されたトラックのセンターラインをトラッキングし続ける。
【０１０１】
選択されたトラックに到達したあと、いくつかのバイアスフォースによって、ＯＬキャリッジユニット１１がセンターラインから定常状態のＤＣオフセットをもつようにはたらきうる。典型的なバイアスフォースは、回転するディスクによって生じる偏流の半径方向成分、ディスクスタックの傾き、フレキシブルケーブルにおけるバイアス、および電気的なオフセットを含む。これらのバイアスフォースを補償して、定常状態の位置誤差をゼロにもっていくために、積分器１１６は位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を積分し、その出力１
０９の和がとられ（１０３）て、スライディングモードコントローラ３７の出力２６になる。
【０１０２】
しかしバイアスフォースは、時間にしたがって変化せず、ＯＬキャリッジユニット１１の半径方向の位置によって変化する。よってそれぞれのトラックについてのバイアスフォースに対応する定常状態の積分値１０９が、メモリに格納される。選択された新しいトラックをシークするとき、積分器１１６はディセーブルされ、選択された新しいトラックに対応するメモリに格納された定常状態積分値は、定数１３４として制御信号２６に加算される（１０３）。ＯＬキャリッジユニット１１が、選択された新しいトラックに到達し、ヘッドが十分に整定したとき、積分器１１６が再びイネーブルされ、その出力は制御信号２６に加算される（１０３）。
【０１０３】
後方シークについては、スライディングモードコントローラ（２３、３７）は、図１８、１９および２０のフローチャートにおいて説明したように動作する。ただし、不等号の向きが逆になる点だけが異なる。σ処理ブロック１１２はまた、図１３に示す直線位相軌跡部分の傾きを調整することができる。σ処理ブロック１１２の代替物は、位置誤差および速度位相状態を、ルックアップテーブルに格納された値と比較することになる。このルックアップテーブルにおいては、格納された値が、図１５に示す位相平面軌跡を表現する。
【０１０４】
（加速の実施形態）
本発明のスライディングモードコントローラの代替の実施の形態は、図２１に示されている。スライディングモード動作は、定速シークモード（σ＝σ２）およびトラッキングモード（σ＝σ４）では、図１７と同じである。しかしシーク加速（σ＝σ１）およびシーク減速（σ＝σ３）では、状態空間は、平面（Ｘｖ、Ｘα）において定義される。ここでＸｖは、アクチュエータ速度誤差位相状態であり、Ｘαは、アクチュエータ加速位相状態である。
【０１０５】
シーク加速およびシーク減速のあいだ、基準速度Ｖｒｅｆは、図１５に示す速度プロファイルσ１ ８０およびσ３ ８４に対応する位置誤差Ｘ１の関数として発生される。基準速度発生器は、ルックアップテーブルまたは多項方程式で実現できる。アクチュエータ速度誤差位相状態Ｘｖは、推定されたアクチュエータ速度−Ｘ２を基準速度Ｖｒｅｆから減算することによって発生される。アクチュエータ加速位相状態Ｘαは、位置誤差Ｘ１の２次導関数をとることによって発生される。位相状態ＸｖおよびＸαは、それぞれのスイッチング利得ブロックにより乗算されることによって、制御信号Ψ２およびΨ４を発生する。図１７〜図２０を参照して説明したように、制御信号Ψ１は、シークのあいだにディセーブルされ、Ψ３は、重要ではないくらいに小さい。よってモータ制御信号Ｕは、シーク加速およびシーク減速のあいだはΨ２およびΨ４の関数である。定速（σ＝σ２）およびトラッキング（σ＝σ４）におけるシークのあいだ、Ｖｒｅｆは、Ｘｖ＝Ｘ２であるようにゼロに設定され、Ψ４は、スイッチング利得ブロックにおける利得δおよびθをゼロに設定することによってディセーブルされる。このようにして、図２１のスライディングモードコントローラは、図１７〜図２０で説明したように、シーク時には、一定の速度およびトラッキングで動作する。
【０１０６】
図２１のσ処理ブロックによって用いられる軌跡部分σｉは、
σ１＝［Ｘｖ−Ｃ１・Ｘα］、
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ、
σ３＝−［Ｘｖ−Ｃ２・Ｘα］、
σ４＝Ｘ２＋Ｃ３・Ｘ１、であり、ここで
Ｃ１＝所定の加速定数、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ｘ２Ｉ＝所定の定位置誤差速度、
Ｃ２＝所定の減速定数、および
Ｃ３＝直線減速部分の所定の傾き、である。
【０１０７】
σ処理ブロックは、次の不等式にしたがって軌跡部分間で切り換える。
【０１０８】
｜Ｘ２｜＞Ｘ２Ｉのとき、σ１からσ２に、
｜Ｖｒｅｆ（ｋ）｜＜｜Ｖｒｅｆ（ｋ−１）｜のとき、σ２からσ３に、
｜Ｘ１｜＜所定のトラック獲得閾値のとき、σ３からσ４に、
（Ｘ１＊Ｘｖ＜０）かつ（｜Ｘ２｜≦｜Ｖ２Ｉ｜）のとき、σ１からσ３に、切り換えられる。
【０１０９】
（境界層）
本発明のスライディングモードコントローラは、スライディング軌跡σの周辺に境界層を規定することによってチャタリングの減少においてさらなる改良を実現する。このことは、図２２において示されている。この図は、σに加えられたオフセット±εとして規定される境界層を有するスライディング軌跡σについての直線部分を示す。境界層は、システムにおけるスイッチングの量を減少させることによってチャタリングを減らす。境界層がなければ、図１７のスイッチング利得ブロック１０４および１０６は、位相状態がスライディングラインを交差するたびに（すなわちσの符号が変化するたびに）スイッチングする。境界層は、利得ブロックが、位相状態が境界線を越えたあとになって初めてスイッチングするようにさせるヒステリシスを生む。
【０１１０】
スライディングラインσに加えられた境界層オフセット±εは、位相状態が所定の値（Ｘ１C、Ｘ２C）に到達するまでは、所定の定数である。その値に到達すると、オフセット±εは、原点近傍における振動を防ぐために、図２２に示すように境界層が位相平面の原点へと収束するように位相状態Ｘ１およびＸ２の和として計算される。図１７のσ処理ブロック１１２は、σｉを以下のように計算する。
【０１１１】
もしスイッチング利得ブロック（１０４、１０６）が利得（γｉ，αｉ）選択するよう
に設定されるなら、
σｉ＝σ＋ε
であり、そうではない場合であって、もしスイッチング利得ブロック（１０４、１０６）が利得（ζｉ，βｉ）を選択するように設定されるなら、
σｉ＝σ−ε
である。ここで
σ＝Ｘ２＋Ｃ・Ｘ１、
ε＝定数（ただしＸ１＞Ｘ１CかつＸ２＞Ｘ２Cである）、
ε＝｜Ｘ１｜＋｜Ｘ２｜（ただしＸ１≦Ｘ１CかつＸ２≦Ｘ２Cである）
とする。
【０１１２】
代替の実施の形態においては、Ｘ１≦Ｘ１CかつＸ２≦Ｘ２CであるときにεをＸ１およびＸ２の和として計算するのではなく、スライディングラインの傾きが変更される（すなわちσ＝Ｘ２＋Ｃ1・Ｘ１、またはσ＝Ｘ２＋Ｃ2・Ｘ１であり、スイッチング利得ブロック（１０４、１０６）の現在の状態に依存する）。
【０１１３】
（平滑化関数）
本発明のスライディングモードコントローラは、ｓｇｎ（σ）の積分に比例する制御信号Ｕを発生することによって、よりよいチャタリング低減を達成することができる。実際、制御信号は、電磁および／または音響輻射を発生しうる高い周波数成分を減衰させるために平滑化される。
【０１１４】
本発明のある実施形態では、図２３に示すように、σ処理ブロック１１２からのσｉは、以下の関数を計算する積分ブロック１０１に入力される。
【０１１５】
ｓａｔ［∫Ｋ・ｓｇｎ（σｉ）ｄｔ］
ここで、ｓａｔ（ｘ）＝−１（ｘ＜−１のとき）、ｘ（−１≦ｘ≦１のとき）または＋１（ｘ＞１のとき）
である。積分ブロック１０１の出力１２８は、スイッチング利得ブロック（１０４、１０６）の状態を制御し、絶対値関数１１１にも入力される。その後、加算器１０３の出力における制御信号は、積分されたｓｇｎ（σｉ）の絶対値により乗算器１１３を介して減衰され、平滑化された制御信号Ｕを発生する。
【０１１６】
本発明の平滑化関数は、図１７のコントローラを改変したものとして説明されたが、同様の改変は、図２１のコントローラにも同様に適用可能である。
【０１１７】
（ルックアップテーブル）
本発明のσ処理ブロック１１２は、軌跡部分を切り替えるのではなく、ルックアップテーブルを用いることによっても実現可能である。前述したように、位相状態軌跡σを実現するためには、位相状態をルックアップテーブルへのインデックスとして用いることができる。テーブルのサイズを小さくするためには、位相状態軌跡は、以下の微分に従って再定義される。
【０１１８】
距離＝１／２・Ａｃｃ・ｔ2である、よって、
Ｘ１−Ｘ１Ｉ＝１／２・Ａｃｃ・ｔ2 （２７）
ここで、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ａｃｃ＝所定の加速／減速定数、および
ｔ＝時間、である。
【０１１９】
方程式２７のｔを解くと、
ｔ＝（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）／Ａｃｃ）1/2 （２８）
となる。速度＝−Ｘ２＝Ａｃｃ・ｔであるので、方程式２８からｔを除算すると、
Ｘ２（Ｉｄｅａｌ）＝−（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）・Ａｃｃ）1/2 （２９）
となる。シーク時には、位相状態軌跡σは、
σ＝Ｘ２＋（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）・Ａｃｃ）1/2＝０ （３０）
のように定義される。方程式２９におけるＸ２（Ｉｄｅａｌ）は、理想のアクチュエータ速度であり、方程式３０におけるＸ２は、推定されたアクチュエータ速度である。方程式２９の理想の速度は、ある位相状態Ｘ１によりインデックスの付けられたルックアップテーブルを用いることにより計算されうる。これにより、ルックアップテーブルのサイズを小さくすることができ、スライディングモードコントローラの全体的なコストを下げることができる。図２４は、σ処理ブロック１１２にルックアップテーブルを用いた実施形態を図示している。
【０１２０】
（２進係数）
既に詳しく説明したように、図１７のスイッチング利得ブロック１０４および１０６のさまざまな利得値は、位相状態の追従している軌跡部分に従い、かつ、コントローラが前方シークを実行しているのか、あるいは後方シークを実行しているのかに従って、適切な値にプログラム可能に設定される。利得値の適切な範囲は、存在方程式１１と、位相状態軌跡方程式１３、１４、１５および１６とを用いて、図１５に示す位相状態軌跡のそれぞれの部分について決定された。
【０１２１】
本発明の別の実施形態では、フォーカス、シークおよびトラッキング用のスライディングコントローラは、２進係数を用いて実現される。すなわち、スイッチング利得ブロック１０４および１０６におけるさまざまな利得値は、２nの集合から選択される。ここで、
ｎは正または負の整数である。２進係数は、利得の切り替えに用いることができる。なぜなら、既に述べたように、利得は所定の範囲内にありさえすればよいからである。したがって、係数を格納するためのメモリに対する要求が緩和され、複雑なハードウェア乗算器は必要なくなる。すなわち、２進係数による乗算は、シフトレジスタを用いるだけで実現可能である。
【０１２２】
（実験結果）
動作可能性をベリファイするために、本発明を、光ディスクドライブおよびスライディングモードコントローラのコンピュータ生成モデルに従ってシミュレートした。フォーカスの局面については、光学搬送機械（optical transport mechanical）伝達関数は、図２５および図２６に示されている周波数および位相応答を特徴とするものであった。そして、図２７に示されている定格フォーカス基準を用いて、フォーカス制御ループがシミュレートされた。図２９は、図２８に示されている典型的な線形コントローラの場合よりもはるかに優れたキャプチャ遷移に対する、本発明によるスライディングモードコントローラの応答を図示している。また、図３１は、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムを示している。図３０に示されている従来の線形コントローラと比べてみると、本発明によるスライディングモード制御は、必要とされる５ミクロンの偏差内で動作している。とはいうものの、このスライディングモード制御によれば、パラメータの変化や外部負荷による外乱をよりよく補償することが可能になる。図３２に示されているワーストケースのフォーカス基準状態でも、本発明を用いた光ディスクドライブシステムは、図３３に示されているように、対象に改変を加えるまでもなくインフォーカス状態を維持した。これに対して、従来の線形制御を用いたシステムは、必要とされる５ミクロンの偏差を維持できなかった。
【０１２３】
上述したのと同様の制御利得を用いたシミュレーションが、非定格特性をもつ力学を用
いてさらにおこなわれた。図３４は、フォーカスアクチュエータの力の定数（図１６におけるＫｔ）が２５％だけ増やされた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。図３５は、力の定数が５０％だけ減らされた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。図３６は、１０ｋＨｚにおける共振ピークを１０ｄＢだけ増加させた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。これらの図に示されているように、２進係数を用いた場合でも、本発明は、多種多様なパラメータ変化および基準に対しても許容範囲内で動作する。
【０１２４】
センタライントラッキングの場合、機械伝達関数は、図３７および図３８に示されている周波数および位相応答を特徴とするものであった。図３９に示されている定格トラッキング基準を用いて、本発明のトラッキング局面をシミュレートした。スライディングモード制御を用いたセンタライントラッキング誤差（ＴＥＳ）の場合に得られたヒストグラムは、図４１に示されている。ここでも、図４０に示されている従来の線形制御システムの場合のヒストグラムと比べてみれば、本発明によるスライディングモード制御は、パラメータの変化および外部負荷による外乱を良好に補償しながら、トラッキング誤差を０．２ミクロンの偏差内に維持できることがわかる。
【０１２５】
なお、形式および詳細については、本発明の範囲から外れることなく、さまざまな変更を加えることができる。つまり、以上に開示した特定の実施形態は、本発明がそれらに限定されることを意図しているものではない。例えば、本発明のスライディングコントローラは、ハードウェアあるいはソフトウェアのいずれのかたちでも実現可能であり、連続的にも離散した時刻にも実現可能である。また、以上に開示した特定の位相状態に代わって（またはそれに加えて）、より高次の位相状態を用いることもできる。以上に開示した実施形態により導き出されるこのような改変およびその他の改変は、添付の請求の範囲により正しく解釈されれば、いずれも本発明の意図した範囲内にあるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキングおよびセンタライントラッキングに用いられるサーボ光学感知回路を含む、従来の３ビーム光リードヘッドを示す図である。
【図２】レーザビームのフォーカス状態に基づいて４分割光検出器に発生されうるさまざまなパターンを示す図である。
【図３】フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）およびＲＦリード信号をどのようにして４分割光検出器から発生するかを示す図である。
【図４】フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）と、ディスクの表面に対する対物レンズの位置との関係をプロットした図である。
【図５】３ビームシステムに存在しうるさまざまなトラッキング状態を示す図である。
【図６】３ビームシステムがどのようにしてセンタライントラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生するかを示す図である。
【図７】トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）と、選択されたトラックのセンタラインに対する対物レンズのミストラッキング位置との間の関係をプロットした図である。
【図８】本発明によるディスクドライブ制御システムの一例を示すブロック図である。
【図９】本発明によるディスクドライブ制御システムの別の例を示すブロック図である。
【図１０】本実施例のスライディングモードコントローラにより制御される２次システムを示すブロック図である。
【図１１】図１０の制御システムの正および負のフィードバックモードについて、位置誤差および誤差速度の位相状態に対応する位相平面を示す図である。
【図１２】新しいトラックへの前方シーク時に位相状態を所定の直線位相軌跡に向かって動かす際のスライディングモードコントローラの動作を示す図である。
【図１３】スライディングモードを延長するために、図１２の直線位相軌跡の傾きを変化させることの効果を示す図である。
【図１４】振幅の全範囲をカバーすることによって、パラメータの変化に対して感度を有するすべての線形モード動作を排除する位相平面軌跡を示す図である。
【図１５】本発明による好ましい位相平面軌跡を示す図である。
【図１６】位置誤差および位置誤差速度の位相状態を有する２次システムとしてモデリングされた典型的なサーボアクチュエータを示す図である。
【図１７】スライディングモードコントローラが、位置誤差と位置誤差速度の位相状態とに応答する、本発明によるディスクドライブ制御システムを示すブロック図である。
【図１８】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図１９】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図２０】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図２１】スライディングモードコントローラが、アクチュエータの位置誤差と、速度誤差と、アクチュエータの位相状態とに応答する、本発明による別の実施形態を示す詳細ブロック図である。
【図２２】スライディングモードの位相状態軌跡の周囲の収束境界層を示す図である。
【図２３】モータ制御信号を平滑化するためにｓｇｎ（σ）を積分する積分器を示す図である。
【図２４】スライディングモードコントローラにおけるσ処理ブロックにルックアップテーブルを用いた好ましい実施形態を示す図である。
【図２５】光ディスクドライブにおける典型的なフォーカスサーボループのシミュレートされた周波数および位相応答を示す図である。
【図２６】光ディスクドライブにおける典型的なフォーカスサーボループのシミュレートされた周波数および位相応答を示す図である。
【図２７】本発明によるスライディングモード制御のパフォーマンスを従来の線形制御と比較して実証するために、図２５および図２６のシミュレートされたフォーカスサーボループに注入された定格フォーカス基準を示す図である。
【図２８】図２７の定格基準について、従来の線形コントローラのフォーカスキャプチャ遷移に対する応答を示す図である。
【図２９】図２７の定格基準について、本発明によるスライディングモードコントローラのフォーカスキャプチャ遷移に対する応答を示す図である。
【図３０】図２７の定格基準信号と、従来の線形コントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３１】図２７の定格基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３２】図２５および図２６のシミュレートされたフォーカスサーボループに注入されたワーストケースのフォーカス基準信号を示す図である。
【図３３】図３２のワーストケースの基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３４】スライディングモード制御について、力の定数を２５％だけ増加させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３５】スライディングモード制御について、力の定数を５０％だけ減少させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３６】スライディングモード制御について、１０ｋＨｚにおける共振ピークを１０ｄＢだけ増加させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３７】本発明による動作をシミュレートするのに用いられる光ディスクドライブにおける典型的なセンタラインサーボトラッキングシステムの周波数および位相応答を示す図である。
【図３８】本発明による動作をシミュレートするのに用いられる光ディスクドライブにおける典型的なセンタラインサーボトラッキングシステムの周波数および位相応答を示す図である。
【図３９】本発明によるスライディングモード制御のパフォーマンスを従来の線形制御と比較して実証するために、図３７および図３８のシミュレートされたセンタラインサーボトラッキングシステムに注入された定格の半径方向基準を示す図である。
【図４０】図３９の定格基準信号と、従来の線形コントローラとを用いてトラッキングサーボループをシミュレートした時に得られる、センタライントラッキング時のトラッキング誤差信号のヒストグラムである。
【図４１】図３９の定格基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてトラッキングサーボループをシミュレートした時に得られる、センタライントラッキング時のトラッキング誤差信号のヒストグラムである。
【符号の説明】
【０１２７】
８ スレッドアセンブリ
９ リードスクリュー
１１ ＯＬキャリジユニット
１３ スピンモータ
１４ 光ディスク
１５ ＤＣモータ
１６ トラックカウンタ
１７ ＲＦリード信号
１８Ａ リードヘッドトラック位置
１８Ｂ 推定された位置
１９ 状態推定器
２０ 基準位置
２１ 加算器
２２ 位置誤差信号
２３ スライディングモードコントローラ
２４ モータ制御信号
２５ ローパスフィルタ
２６ ＯＬキャリッジユニットＶＣＭ制御信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学記憶システムに関する。より具体的には、本発明は、光ディスクドライブにおけるリードヘッドアクチュエータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ−ＲＯＭのような光ディスクドライブは、通常、大量のディジタルデータを一枚のディスク上に格納して、オーディオ／ビデオまたはコンピュータなどに応用するために用いられている。光ディスク上のデータは、典型的には、複数のトラックをなして配列された一連の「ピット」として記録される。トラック上では、それぞれのピットの長さにより、２値の「０」ビットが存在するのか、あるいは「１」ビットが存在するのかが決定される。このように記録されたデータを読み出すために、サーボシステムは、ディスクの表面にレーザビームをフォカシングし、そこから反射されたビームの特性によってデータピットを検出できるようにする。
【０００３】
この目的を達成するために、サーボシステムは以下の４つの動作をおこなう。すなわち、（１）初期フォーカス位置を「引き込む」ためのキャプチャ動作と、（２）ビームを所望のトラックに移動させるためのシーク動作と、（３）記録されたデータを読み出しながら、選択されたトラックのセンタライン上にビームを保持するためのセンタライントラッキング動作と、（４）ディスクがビーム上を旋回する時に適正な焦点を維持するためのフォーカストラッキング動作と、の４つである。
【０００４】
従来の光ディスクドライブは、対物レンズを通して光ディスクの表面上にフォーカシングされるレーザビームを発生するレーザダイオードを含むヘッドアセンブリを用いる。図１は、典型的な３ビーム光ヘッドアセンブリを図示している。このようなヘッドアセンブリの動作は、当業者には公知である。レーザダイオード１は、光ビームを生成し、生成された光ビームは、メインビームを３本の別々のビーム２（すなわち、１本のセンタビームと２本のサイドビームと）に分割する回折格子（不図示）を通過する。その後、３本のビーム２は、偏光ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ（不図示）とを通過する。そして、光ビーム２は、プリズム４に反射され、対物レンズ（ＯＬ）５を通った後、光ディスク（不図示）の表面に入射する。ビーム２は、光ディスクにより反射され、再びＯＬ５を通った後、プリズム４により偏光プリズム３へと逆方向に反射される。偏光プリズム３は、センタビームを４分割光検出器６へと偏向させ、２本のサイドビームを２つのトラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）へと偏向させる。４分割光検出器６は、ＯＬ５をフォーカシングするためのフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生し、記録されたデータを読み出すためのＲＦリード信号を発生する。トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）は、ディスクからデータを読み出しながら、ＯＬ５の位置を選択されたトラックのセンタライン上に維持するのに用いられるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生する。
【０００５】
シーク動作時にリードヘッドを選択されたトラック上に位置づけるために、リードヘッドが所望のトラックの近くに位置づけられるまで、スレッドアセンブリ８の全体が、光ディスクの下でリードスクリュー９に沿って半径方向にスライドする。この粗い位置づけ（または、粗いシーク）は、リードスクリュー９を時計回り方向または反時計回り方向に回転させることにより実現される。いったん選択されたトラックの近くに到達すると、「微細なシーク」動作では、ＯＬ５が所望のトラックの真上に位置づけられるまで、ＯＬ音声コイルモータ（ＯＬＶＣＭ）（１０Ａ、１０Ｂ）が、ＯＬキャリジユニット１１をプラスチックのヒンジ１２の周
囲に回転させる。そして、ディスクが回転し、トラックがリードヘッドの下を通過する時に、「トラッキング」動作では、ＯＬＶＣＭ（１０Ａ、１０
Ｂ）は、情報がディスクから読み出される間、ＯＬ５の位置を選択されたトラックのセンタライン上に維持するための微調整をおこなう。
【０００６】
ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、その中央の位置のいずれかの側におけるおよそ２００本のトラックにわたる範囲で、ＯＬキャリジユニット１１を（したがってＯＬ５そのものも）プラスチックのヒンジ１２の周囲に回転させることができる。よって、もしシーク動作時に、選択されたトラックが、現在のトラックの２００本のトラックの中にあれば、ＯＬキャリジユニット１１は、スレッドアセンブリ８をリードスクリュー９に沿ってスライドさせるまでもなく、全シーク動作をおこなうことができる。短いシーク動作の最後に、選択されたトラックのセンタラインをトラッキングしながら、リードスクリュー９は、ＯＬキャリジユニット１１が再びその中央位置に戻るまで、スレッドアセンブリ８を選択されたトラックに向かってゆっくりとスライドさせる。
【０００７】
ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、また、ＯＬ５の焦点位置を「キャプチャ」し、か
つ「トラッキング」するために、ＯＬキャリジユニット１１を図示されている上下の方向に動かすことができる。焦点のキャプチャおよび焦点のトラッキングのために、４分割光検出器６は、ＯＬ５と光ディスクとの間の距離を示す非点較差フォーカス誤差信号を発生する。キャプチャ動作のはじめに、ＯＬキャリジユニット１１は、まずディスクから十分に離れた位置に位置づけられる。したがって、このとき、ユニット１１に焦点は合っていない。その後、ＯＬＶＣ
Ｍ（１０Ａ、１０Ｂ）は、ＯＬ５がその焦点引き込み範囲内にあることを４分割光検出器６が示すまで、フォーカスサーボループを開にしたままで、ＯＬキャリジユニット１１をゆっくりとディスクに向かって移動させる。いったん引き込み範囲内に入ると、フォーカスサーボループは閉じられ、初期フォーカス位置がキャプチャされる。その後、ＯＬ Ｖ
ＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、リードヘッドが選択されたトラックへとシークし、ディスクからデータを読み出す間に、非点較差フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）に応答して、インフォーカス位置をトラッキングする。
【０００８】
図２は、４分割光検出器６上の変化していくイメージが、どのようにしてフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生するかを図示している。ディスク表面が、まさにＯＬ５の焦点にあるときには、円形のスポットが、４分割光検出器６の中心に当たる。ディスクとＯＬ５との間の距離が小さくなると、反射されたイメージは楕円形になる。同様に、ディスクとＯＬ５との間の距離が大きくなっても、楕円形のパターンが再び得られるが、そのパターンは、最初の楕円形のパターンからは９０度回転したものになる。よって、図３に示すように、４分割光検出器６は、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）に従ってフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）を発生し、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）に従ってＲＦリード信号を発生する。図４は、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）と、ＯＬ５および光ディスク間の距離との関係をプロットしている。図４のプロットにおいて、直線領域は、フォーカスキャプチャ動作に対応する焦点「引き込み」範囲を規定している。
【０００９】
４分割光検出器６と同様に、トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）もまた、サーボ制御システムにより用いられるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生することによって、ディスクがビーム上を旋回している間に、ＯＬ５を、選択されたトラックのセンタライン上に維持する。図５は、トラッキングフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）が、サイドビームの強度に応じてトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生するようすを示している。まさにトラックのセンタライン上に位置づけられている時には、トラッキング誤差信号はゼロである。一方、センタラインの左または右に位置づけられている時には、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）は、それぞれ正または負になる。よって、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）は、図６に図示されているように、（Ｅ−Ｆ）として発生される。図７は、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）とミストラッキングとの間の関係を示すプロットである。図７のプロットにおいて、直線領域は、トラッキング動作に対応する引き込み領域を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光ディスクドライブのリードヘッドアクチュエータを、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングについて制御する際には、多くの固有の問題点がある。有意な局面としては、例えば、ディスクドライブ間のサーボシステムにおけるパラメータの変化と同様に、温度やボルトドリフトのようなさまざまな内在要因が原因で発生するパラメータの変化もその範囲が広いことが挙げられる。サーボシステムは、常にデータレートおよび密度を高めていきながら適正に動作するためには、このようなパラメータの変化を補償できるものでなければならない。
【００１１】
別の問題点としては、上述したキャプチャ動作が必ずしも上首尾に終了できるわけではないことが挙げられる。それどころか、図４に示されているフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）の直線領域により規定される引き込み範囲のオーバシュートが原因で失敗に終わることもある。つまり、フォーカスサーボループ（図２８を参照のこと）を閉じる際には、ディスク／ヘッドの相対的な速度変化、表面の汚れ、およびフォーカスＶＣＭの駆動力といった要因に伴って変動する、有意なキャプチャ遷移が伴う。このことが原因で、光学記憶装置は、通常、キャプチャ動作を何回も反復できるように設計されている。
【００１２】
さらに別の問題点としては、シーク動作時に焦点を維持すると、フォーカスサーボループに対して大きな外乱を与えることになることが挙げられる。もしシーク中に焦点が失われると、記憶システムは一時停止した後、あらためてフォーカスキャプチャ動作をおこなわなければならない。その結果、シーク時間は大幅に長くなってしまう。
【００１３】
光ディスクサーボシステムに関わるまた別の問題点としては、フォーカストラッキングとセンタライントラッキングループとの間に起こる光結合現象またはフィードスルー現象がある。米国特許第５，３６７，５１３号は、光フィードスルーの問題に対する解決案の一例を開示しているが、この特許には、本発明によれば克服可能ないくつかの欠点（主に、実施の際のコストに関わる）もある。
【００１４】
光学記憶システム内に見受けられる従来のサーボシステムは、典型的には、比例・積分・微分（ＰＩＤ）フィードバックおよび／または状態推定器を用いて、線形のコントローラを実施している。しかし、従来の線形コントローラに伴う問題点としては、そのようなコントローラが、サーボシステムにおけるパラメータの変化と、外部負荷による外乱に対して過剰に感度が高いことが挙げられる。従来の適応線形コントローラは、複雑な較正ルーチンを実行することによって、または、コントローラを連続的に再プログラミングすることによって、このようなパラメータの変化および外乱を補償して、この感度の問題を克服しようとしている。しかし、適応線形コントローラは複雑であり、機械的共振をフィルタリングするためにノッチフィルタを必要とすることもある。さらに、従来の線形コントローラは、光ディスクドライブ用のアクチュエータを制御する際に存在する上述した固有の問題点を解決するには適していない。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、パラメータの変化に対する感度がそれほど高くはなく、遷移をよりよく制御可能であり、しかも複雑な適応線形コントローラの実施コストを削除できる光ディスクドライブサーボ制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
ある実施形態では、前記位相状態発生器が状態推定器を備えている。
【００１８】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがシークモードで動作することによって、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させる。
【００１９】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがトラッキングモードで動作することによって、前記リードヘッドを、選択されたトラックのセンタライン上に維持する。
【００２０】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラがフォーカスモードで動作することによって、前記リードヘッドを前記ディスク上のフォーカス位置に維持する。
【００２１】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、所望のアクチュエータ位置と、推定されたアクチュエータ位置との間の差に比例するアクチュエータ位置誤差信号を含んでいる。
【００２２】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、アクチュエータの位置の誤差の導関数に比例するアクチュエータ位置誤差速度信号を含んでいる。
【００２３】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、基準アクチュエータ速度と、推定されたアクチュエータ速度との間の差に比例するアクチュエータ速度誤差信号を含んでいる。
【００２４】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号が、アクチュエータの速度の導関数に比例するアクチュエータ加速信号を含んでいる。
【００２５】
ある実施形態では、（ａ）前記光ディスクドライブ記憶システムが少なくとも２つの位相状態を有しており、（ｂ）前記スライディングモードコントローラが、第１の構造と第２の構造との間でスイッチングし、（ｃ）該第１の構造が、ある位相平面に関して該２つの位相状態を変化させることにより、第１の位相軌跡に追従し、（ｄ）該第２の構造が、該位相平面に関して該２つの位相状態を変化させることにより、第２の位相軌跡に追従し、（ｅ）該第１および該第２の位相軌跡が、該位相平面の少なくとも１部分において反対方向で交差し、かつ（ｆ）該第１および該第２の構造の間でスイッチングすることによって、該スライディングモードコントローラが、該２つの位相状態を該位相平面について変化させ、それにより所定の第３の位相軌跡に実質的に追従する。
【００２６】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の構造が、正の利得項に前記少なくとも１つの位相状態信号を掛け合わせる第１乗算器を備えており、かつ（ｂ）前記第２の構造が、負の利得項に該少なくとも１つの位相状態信号を掛け合わせる第２乗算器を備えている。
【００２７】
ある実施形態では、前記正の利得項および前記負の利得項が、２nの集合（ここで、ｎ
は整数である）から選択される。
【００２８】
ある実施形態では、（ａ）前記第３の位相軌跡が、始端と、第１の実質的に直線状の部分の始端に接続されている終端と、を有する第１の実質的に放物線状の部分を含んでおり、（ｂ）該第１の実質的に直線状の部分が、第２の実質的に放物線状の部分の始端に接続されている終端を有しており、（ｃ）該第２の実質的に放物線状の部分が、第２の実質的に直線状の部分の始端に接続されている終端を有しており、かつ（ｄ）該第２の実質的に直線状の部分の一部が、前記位相平面の原点に近くにある。
【００２９】
ある実施形態では、（ａ）前記サーボコントローラが、シークモードでは、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させるように動作し、トラッキングモードでは、前記ディスク上に記録された前記データを読み出しながら、該リードヘッドを、該選択されたトラックのセンタライン上に実質的に一致させ続けるように動作し、（ｂ）該サーボコントローラが、該リードヘッドを該選択されたトラックへと移動させるためにシークモードにスイッチした時には、前記スライディングモードコントローラが、第１のスイッチングアルゴリズムに従って前記第１の構造と前記第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、前記２つの位相状態が前記第１の実質的に放物線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと加速し、（ｃ）該２つの位相状態が、前記第１の実質的に直線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第２のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第１の実質的に直線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと実質的に一定の速度で移動させ、（ｄ）該２つの位相状態が、前記第２の実質的に放物線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第３のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第２の実質的に放物線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへ減速させ、（ｅ）該２つの位相状態が、前記第２の実質的に直線状の部分の前記始端に実質的に到達した時には、該スライディングモードコントローラが、第４のスイッチングアルゴリズムに従って該第１の構造と該第２の構造との間で反復的にスイッチングすることにより、該２つの位相状態が該第２の実質的に直線状の部分に追従するようにし、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックへと減速させ、かつ（ｆ）該２つの位相状態が、前記位相平面の前記原点の近傍の、該第２の実質的に直線状の部分の前記一部から所定の最小の距離内にある時には、該サーボコントローラが該トラッキングモードにスイッチングし、該スライディングモードコントローラが、該第２つの構造の間で反復的に連続してスイッチングすることにより、該２つの位相状態を該位相平面の該原点の近傍に維持し、それによって該リードヘッドを該選択されたトラックの該センタラインの近傍に維持する。
【００３０】
ある実施形態では、前記少なくとも１つの位相状態信号に応答して、前記第１の構造と前記第２の構造との間でのスイッチングを制御するスイッチングロジックをさらに備えている。
【００３１】
本発明による回転する光ディスク記憶媒体の上に位置づけられた光リードヘッドの動きを制御する方法は、該光ディスクが、該ディスク上に記録された複数のデータトラックと
、該光ディスク上で該リードヘッドをアクチュエートするモータと、を備えている、方法であって、（ａ）該モータの位相誤差を表す少なくとも１つの位相状態信号を発生するステップと、（ｂ）該位相状態信号を、所定の位相軌跡に対する位相状態値と比較するステップと、（ｃ）該ステップ（ｂ）における該比較の第１の結果に応じて、該位相状態信号に第１の利得値を掛け合わせ、かつ、該ステップ（ｂ）における該比較の第２の結果に応じて、該位相状態信号に第２の利得値を掛け合わせることにより、モータ制御信号を発生するステップと、（ｄ）該モータ制御信号を該モータに与えることによって、該リードヘッドを該ディスク上でアクチュエートするステップと、を含んでおり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）推定されたアクチュエータ位置と、所望のアクチュエータ位置との間の差を示すアクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続された第１の入力、（ｂ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に比例する第１の位相状態信号に、該第１の位相状態信号と第１の位相状態軌跡との間の第１の所定の関係に従って、第１の利得、または第２の利得を選択的に掛け合わせることにより、第１の比例位相状態信号を発生する、第１のスイッチング利得ブロック、（ｃ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に応答して、積分された位相状態信号を発生する積分器、および（ｄ’）第１の比例位相状態信号に該積分された位相状態信号を加算することによって、該モータに印加されるモータ制御信号を発生する加算器、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２を受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２に比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と前記第１の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係に従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号および前記積分された位相状態信号に加算される第２の比例位相状態信号を発生し、それにより前記モータ制御信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、をさらに含んでいる。
【００３４】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が、第１および第２の軌跡部分を有しており、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該第１および該第２の軌跡部分に対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００３５】
ある実施形態では、（ａ）前記スライディングモードコントローラが、前方シークモードおよび後方シークモードで動作することによって、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させ、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該前方シークモードおよび該後方シークモードに対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００３６】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖを受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ速
度誤差信号Ｘｖに比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と第２の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係に従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）アクチュエータ加速信号Ｘαを受け取るように接続された第３の入力と、（ｄ）該アクチュエータ加速信号Ｘαに比例する第３の位相状態信号に、該第３の位相状態信号と該第２の位相状態軌跡との間の第３の所定の関係に従って、第５の利得、または第６の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号、該第２の比例位相状態信号、および前記積分された位相状態信号に加算される第３の比例位相状態信号を発生し、それにより前記モータ制御信号を発生する、第３のスイッチング利得ブロックと、をさらに備えている。
【００３７】
本発明による光ディスクドライブ記憶システムは、ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）第１のアクチュエータ位相状態信号を受け取るように接続され、第１および第２の利得値を有する第１のスイッチング利得ブロック、（ｂ’）アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続され、第３および第４の利得値を有する第２のスイッチング利得ブロック、および（ｃ’）第２のシークモードの少なくとも一部の間は該第２のスイッチング利得ブロックの効果を減衰させる手段、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明によるディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムは、（ａ）複数のデータトラックがその上に記録されている、少なくとも１つの回転する光ディスクと、（ｂ）該光ディスク上に位置づけられ、該光ディスクから該ディジタルデータを読み出す光リードヘッドと、（ｃ）該リードヘッドに接続されており、該リードヘッドを該光ディスクの上に位置づけるアクチュエータと、（ｄ）該アクチュエータに接続されており、モータ制御信号を受け取る入力を有するモータであって、該アクチュエータの動きを制御するモータと、（ｅ）少なくとも１つの位相状態信号を発生する位相状態発生器と、（ｆ）該少なくとも１つの位相状態信号に応答して、該モータ制御信号を発生するスライディングモードコントローラであって、（ａ’）推定されたアクチュエータ位置と、所望のアクチュエータ位置との間の差を示すアクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を受け取るように接続された第１の入力、（ｂ’）該アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１に応答する第１の位相状態信号に、該第１の位相状態信号と第１の位相状態軌跡との間の第１の所定の関係σに従って、第１の利得、または第２の利得を選択的に掛け合わせることにより、第１の比例位相状態信号を発生する、第１のスイッチング利得ブロック、および（ｃ’）該第１の比例位相状態信号に応答して計算された制御信号に、該第１の所定の関係σに応じて位相状態軌跡信号を掛け合わせることにより、該モータに印加されるモータ制御信号を発生する、乗算器、を含むスライディングモードコントローラと、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
ある実施形態では、前記所定の関係σの符号が積分されることによって、前記位相状態軌跡信号を発生する。
【００４０】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ
位置誤差速度信号Ｘ２を受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ位置誤差速度信号Ｘ２に比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と前記第１の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係σに従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）前記第１の比例位相状態信号を該第２の比例位相状態信号に加算することによって、前記計算された制御信号を発生する加算器と、をさらに含んでいる。
【００４１】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が、第１および第２の軌跡部分を有しており、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該第１および該第２の軌跡部分に対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００４２】
ある実施形態では、（ａ）前記スライディングモードコントローラが、前方シークモードと後方シークモードでは、前記リードヘッドを現在のトラックから選択されたトラックへと移動させるように動作し、トラッキングモードでは、該リードヘッドを、該選択されたトラックのセンタライン上に実質的に一致させ続けるように動作し、かつ（ｂ）前記第１および前記第２の利得が、該前方シークモードおよび該後方シークモードに対応するそれぞれ異なる値にプログラム可能に調整される。
【００４３】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、（ａ）アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖを受け取るように接続された第２の入力と、（ｂ）該アクチュエータ速度誤差信号Ｘｖに比例する第２の位相状態信号に、該第２の位相状態信号と第２の位相状態軌跡との間の第２の所定の関係σに従って、第３の利得、または第４の利得を選択的に掛け合わせることにより、第２の比例位相状態信号を発生する、第２のスイッチング利得ブロックと、（ｃ）アクチュエータ加速信号Ｘαを受け取るように接続された第３の入力と、（ｄ）該アクチュエータ加速信号Ｘαに比例する第３の位相状態信号に、該第３の位相状態信号と該第２の位相状態軌跡との間の第３の所定の関係σに従って、第５の利得、または第６の利得を選択的に掛け合わせることにより、前記第１の比例位相状態信号および該第２の比例位相状態信号に加算される第３の比例位相状態信号を発生し、それにより前記計算された制御信号を発生する、第３のスイッチング利得ブロックと、をさらに含んでいる。
【００４４】
ある実施形態では、前記スライディングモードコントローラが、前記アクチュエータ位置誤差信号Ｘ１を積分することによって、前記第１の比例位相状態信号に加算される積分された信号を発生し、それにより前記計算された制御信号を発生する積分器をさらに備えている。
【００４５】
ある実施形態では、（ａ）前記第１の位相状態軌跡が所定の境界層を有しており、かつ（ｂ）前記第１の所定の関係σが、該境界層に対して計算される。
【００４６】
ある実施形態では、前記第１の位相状態信号が位相平面の原点に収束する時に、前記境界層が、該位相平面の該原点に収束する。
【００４７】
ある実施形態では、前記境界層が、前記位相状態軌跡に加算される所定の定数である。
【００４８】
ある実施形態では、前記境界層が、前記位相状態信号を用いて計算される。
【００４９】
本発明による回転するディスク記憶媒体上にリードヘッドを位置づけるスライディングモードコントローラは、（ａ）位相状態を受け取るように接続された入力と、（ｂ）該位相状態に、該位相状態と位相状態軌跡との間の所定の関係に従って、第１の利得値、また
は第２の利得値を選択的に掛け合わせるスイッチング乗算器であって、該第１および該第２の利得値が、２nの集合（ここで、ｎは整数である）から選択される、スイッチング乗
算器と、（ｃ）アクチュエータ制御信号を該スイッチング乗算器から出力することによって、該リードヘッドの位置を制御する出力と、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
以下に作用を説明する。本発明の光ディスク記憶システムは、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、トラックシークおよびセンタライントラッキングのあいだ光リードヘッドアセンブリを光ディスク上でアクチュエートするスライディングモードコントローラを備えている。このスライディングモードコントローラは、ある位相状態（例えば、リードヘッドの位置誤差および速度）を当てはめることにより所定の位相状態軌跡に追従するために正および負のフィードバックを切り替えて動作する非線形制御システムである。この正および負のフィードバックの利得は、所定の範囲内にありさえすればよいので、２nの利得値が実現される。これにより、利得乗算器の複雑さおよびコストを大幅に低
減することができる。
【００５１】
このようにして得られたサーボ制御システムは、従来の適応線形コントローラよりもずっと低いコストで、光リードヘッドをアクチュエートする際に伴う固有の問題点の多くを克服することができる。具体的には、温度やボルトドリフトのようなさまざまな要因により発生するパラメータの変化、および個々のディスクドライブ間に起こるパラメータの変化をロバストな補償手段を提供することができる。さらには、スライディングモード制御により、フォーカスキャプチャのあいだにサーボループを閉じる際に伴う遷移と同様に、外部負荷による外乱によりもたらされる遷移をもよりよく補償することができる。また、スライディングモード制御は、フォーカストラッキングとセンタライントラッキングサーボループとの間の上述した光結合問題に対して従来ほど複雑ではない解決策を提供することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、少なくとも以下の効果が得られる。すなわち、スライディングモード制御により、パラメータの変化や、外部負荷による外乱や、その他の遷移（例えば、フォーカスキャプチャ遷移）などを改善されたかたちで補償することができる。さらに、スライディングモードにおける正および負のフィードバック利得は、所定の範囲内にありさえすればよいので、２ｎの利得値を得ることができる。その結果、利得乗算器の複雑さおよびコストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明の上記局面および利点、ならびにその他の局面および利点は、添付の図面を参照しながら以下に述べる本発明の詳細な説明を読めば、よりよく理解することができるであろう。
【００５４】
（システムの概観）
図８は、粗いシーク動作を実現する本発明の光ディスクドライブサーボ制御システムの概観である。スピンモータ１３は、光リードヘッドアセンブリ８上で、その上にコンピュータデータが記録された光ディスク１４を回転させる。リードヘッドアセンブリ８は、図１を参照して説明したように、レーザビームをディスク上にフォーカシングする対物レンズ（ＯＬ）５を備えている。粗シーク動作のあいだ、リードヘッドアセンブリ８は、ディスク１４の下をリードスクリュー９に沿って、選択されたトラックの下に位置するまで半径方向にスライドする。ＤＣモータ（ＤＣＭ）１５は、粗シーク動作を達成するためにリードスクリュー９を回転させる。ＲＦリード信号１７をリードヘッド８から受け取るように接続されたトラックカウンタ１６は、トラックの横断を検出し、推定されたリードヘッドトラック位置１８Ａを発生する。トラックカウンタ１６の代わりに、リードヘッドトラック位置を検出するための他のよく知られた方法、例えばシャフトエンコーダまたはホールセンサのようなものを用いてもよい。状態推定器１９は、推定されたトラック位置１８ＡおよびＤＣＭモータ制御信号２４を処理することによって、より正確な推定された位置（Ｅｓｔ．ＰＯＳ）１８Ｂを発生する。このＥｓｔ．ＰＯＳ １８Ｂは、基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０およびＯＬキャリッジユニットＶＣＭ制御信号２６（ローパスフィルタ２５の後）から加算器２１で引かれることによって、位置誤差信号Ｘ１２２を発生する。基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０は、データが読み出されるべき選択されたトラックを示す。スライディングモードコントローラ２３は、位置誤差Ｘ１２２に応答して、ＤＣＭ １５に与えられるモータ制御信号Ｕ ２４を計算し、それによりリードヘッド８を選択されたトラックへとスライドさせる。
【００５５】
光ディスク記憶システムに用いられるトラックカウンタ１６は、当業者にはよく知られており、そのようなカウンタは、例えば、米国特許第５，４０６，５３５号に開示されている。この特許の開示内容をここでは参考として援用する。
【００５６】
状態推定器１９は、記録チャネルにおけるノイズによって生じたトラック位置情報の誤差、およびトラック位置トランスデューサ（トラックカウンタ１６）によって発生された誤差をフィルタリングする。図１７に示されるスライディングモードコントローラの実施形態で、位置誤差速度位相状態Ｘ２を発生するためには、微分器１０２の代わりに、この状態推定器１９を用いることもできる。状態推定器は当業者にはよく知られており、米国特許第４，６７９，１０３号に記載された一例がある。その開示をここでは参考として援用する。状態推定器に加え、本発明の範囲からはずれることなく、他のよく知られた技術を用いて、アクチュエータ位相状態を発生させることができる。
【００５７】
次に図９を参照すれば、フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキング、微細なシークおよびセンタライントラッキングのために用いられる本発明のスライディングモード制御システムが示されている。図１を参照して上で説明したように、リードヘッドアセンブリ８は、レーザビームをディスク１４上にフォーカシングする対物レンズ（ＯＬ）５と、ＲＦリード信号１７および非点較差フォーカス誤差信号２７を発生する４分割光検出器６と、およびトラッキング誤差信号（２８Ａ、２８Ｂ）を発生する２つのフォトダイオード（７Ａ、７Ｂ）とを有する。
【００５８】
ＦＥＳ発生器２９は、４分割光検出器６からのフォーカス誤差信号２７に応答して、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられるモータ制御信号３２を発生するスライディン
グモードコントローラ３１に与えられるフォーカス誤差信号３０を発生する。上述のように、ＲＦリード信号は（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）として計算され、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）３０は、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）として計算される。ＴＥＳ発生器３３は、トラッキング誤差信号（２８Ａ、２８Ｂ）に応答して、上述のように（Ｆ−Ｅ）として計算されるセンタライントラッキング誤差信号（ＴＥＳ）３４を発生する。
【００５９】
初期フォーカス位置をキャプチャするために、スライディングモードコントローラ３１は、ディアクティベートされて（つまりフォーカスサーボループが開けられて）、ＯＬ
ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、フォーカスがずれるまでＯＬキャリッジユニット１１をディスク１４から離すように動かす。それからループが開いたままで、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）は、図４の直線領域によって規定されるその引き込み範囲内にＯＬ ５が入っていることをＦＥＳ ３０が示すまで、ＯＬ ５をディスクに向かってゆっくりと動かす。フォーカスサーボループは、それから閉じられて、スライディングモードコントローラ３１は、インフォーカス位置をトラッキングし始める。
【００６０】
シーク距離が５０トラックより短い、微細なシーク動作については、ＯＬキャリッジユニット１１は、スレッドアセンブリ８全体を動かす必要なしに全体のシークをおこなうことができる。トラックカウンタ１６および状態推定器１９は、粗いシーク動作の場合と同じように動作し、位置誤差Ｘ１３５は、加算器３６
においてＥｓｔ．ＰＯＳ １８ＢおよびＴＥＳ ３４を基準位置（Ｒｅｆ．ＰＯＳ）２０から引くことによって発生される。スライディングモードコントローラ３７は、位置誤差Ｘ１ ３５に応答して、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられるモータ制御信号２６を発生し、これによりＯＬキャリッジユニット１１を選択されたトラックの向きに回転する。微細なシーク動作の終わりに、ＯＬ ＶＣＭ制御信号２６は、加算器２１において図８のスレッドサーボ制御システムに与えられ、これによってＯＬキャリッジユニット１１が再びその中央位置に存在するまでスレッドアセンブリ８を選択されたトラックに向けて移動させる。
【００６１】
（動作原理）
スライディングモードコントローラの動作は、図１０を参照すれば理解されよう。示されているのは、必ずしも大きさが等しくない正の利得４７および負の利得４８の間で切り替える（４６）例示的なスライディングモードコントローラ４５によって制御される２次のシステム４４の例である。位置誤差Ｘ１４９は、加算器５０の出力において、制御されるシステムの推定された位置５１を所望の位置基準位置５２から引くことによって発生される。位置誤差Ｘ１４９は、スイッチ４６の状態に依存して正の利得４７または負の利得４８により乗算されることによって、制御されるシステム４４への入力として加速コマンド５３を発生する。積分器５４の出力は、制御されるシステム４４の速度であり、これは、位置誤差速度−Ｘ２ ５５の負でもある。スイッチ４６が正の利得４７を選択するとき、負帰還システムであり、スイッチ４６が負の利得４８を選択するとき、正帰還システムである。その個別の構成において、システムは不安定である。しかしシステムは、２つの構成間で繰り返しスイッチングすることによって安定にすることができる。
【００６２】
負帰還における状態空間方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、ｄＸ２／ｄｔ＝−ＫＸ１ （１）
となる。方程式１の一般解は、
Ｘ１＝Ａｓｉｎ（Ｋｔ＋φ） （２）
Ｘ２＝√ＫＡｃｏｓ（Ｋｔ＋φ） （３）
となる。方程式２および３を合わせれば、
Ｘ１2／Ａ2＋Ｘ２2／ＫＡ2＝１ （４）
となる。方程式４の位相平面プロットは、図１１に示すように離心率Ａおよび√（ＫＡ）をもつ楕円の組である。
【００６３】
正帰還における状態空間方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、ｄＸ２／ｄｔ＝＋ＫＸ１ （５）
となる。方程式５の解は、
Ｘ１＝Ｂ１ｅ√K・t＋Ｂ２ｅ-√K・t、
Ｘ２＝√Ｋ・Ｂ１ｅ√K・t−ＫＢ２ｅ-√K・t （６）
のようになる。方程式５および６を合わせれば、
Ｘ１2／４Ｂ１Ｂ２−Ｘ２2／４ＫＢ１Ｂ２＝１ （７）
のようになる。方程式７の位相平面プロットは、図１１に示すように２つの漸近線をもつ双曲線の組である。
【００６４】
方程式４および７の２つの個々の位相平面の軌跡は、不安定なシステムになる。なぜな
ら位相状態は原点に決して到達しないからである。しかし負および正帰還の軌跡の交点において規定される第３の位相軌跡（third phase trajectory）に沿って位相状態を駆動することによって原点に到達することも可能である。これは、位相状態が所定の第３位相軌跡に従うように、現在の位相状態値に応答して正および負の利得の間をスイッチングすることによって実現できる。
【００６５】
スイッチング動作は、図１２を参照すれば理解される。ここで所定の第３の位相軌跡は、直線部分６０として示されている。新しいトラックが選択されると、初期ヘッド位置誤差は点Ａにあり、制御システムは、最初は、正の利得を選択するようにスイッチングされている（つまり負帰還である）。ヘッドが選択されたトラックに向かって加速し始めると、位相状態は、負帰還モードの円弧状の軌跡６４に従う。位相状態が交点Ｂにおいて第３の位相軌跡６０の始点に達するとき、スライディングモードコントローラは負の利得に切り替わり、位相状態は正帰還モードの双曲線の軌跡６６に従うようになる。位相状態が点Ｃにおいて第３の位相軌跡６０を横切るとき、コントローラは、正の利得に再び切り替わり、位相状態を円弧６８に沿って、第３の位相軌跡６０に向かって戻るように駆動される。このスイッチング動作は、位相状態が直線部分６０に沿って、位相平面の原点に向かってスライドするように繰り返される。位相状態が位相平面の原点から所定の最小距離内にあるとき、システムは、トラッキングモードに切り替わる。このモードでは、位相状態が位相平面の原点近くにあるようにするために、スライディングモードコントローラが正および負帰還の間を繰り返しスイッチングし、それによりリードヘッド８が選択されたトラックのセンタライン上に一致させ続ける。
【００６６】
位相状態が図１２のスライディングラインに従うとき、制御システムの時間領域応答は、
Ｘ１（ｔ）＝Ｘ１（ｔ１）ｅ-C(t-t1) （８）
のようになる。ここでｔ１は、位相状態がスライディングラインに点Ｂにおいて到達する時刻である。方程式８は、スライディングラインに沿ったシステムの平均応答であり、これはパラメータＫの変化によって、または外部負荷による外乱によって実質的に影響を受けない。その結果、Ｋの値を決定するために、システムの正確なパラメータを知る必要はない。方程式８は、以下の存在方程式（existence equation）１１と併せて、スライディングモード領域内でシステムが大局的に安定であることを証明する。
【００６７】
スライディングモードコントローラは、位相状態値を観察することによって正および負の利得間でいつスイッチングすべきかを決定する。図１２の直線位相軌跡は、
Ｘ２＝−Ｃ・Ｘ１ （９）
となり、ここで定数Ｃは、直線部分６０の傾きである。位相状態を観察することによって、スライディングモードコントローラは、利得を
σ＝Ｘ２＋Ｃ・Ｘ１＝０ （１０）
となるように切り替える。スライディングモードコントローラは、位相状態を直線軌跡に向かって駆動するために、σ・Ｘ１＞０のときには正の利得に切り替え、σ・Ｘ１＜０のときには負の利得に切り替える。
【００６８】
システムの全体の応答は、スライディングラインの傾きを増す（つまりＣを増す）ことによって速くなる。しかしスライディングモード制御において重要な制限は、第３の位相軌跡が、正および負のフィードバック位相軌跡が反対の向きで交差する位相平面における領域に制約を受けることである。図１２から、スライディングラインの傾きは、０＜Ｃ＜√Ｋに制約を受けなければならないことになる。この制約から導出されるさらなる関係は、
ｌｉｍσ→0σ・（ｄσ／ｄｔ）＜０ （１１）
となる。方程式１１は存在方程式として知られており、正および負の利得の値を決定する
ために用いられる。
【００６９】
図１２の直線スライディングモード軌跡６０は、最初は、線形フィードバックモードで動作し、初期円弧軌跡６４がパラメータの変化および外部負荷による外乱のためにドリフトするおそれがあるというデメリットを有する。この問題は、動作のスライディングモード領域を拡大することによって抑制することができる。例えば、位相軌跡調整器は、図１３に示す直線部分の傾きを連続的に調整できる。位相状態が第１のスライディングライン６５に到達し、所定量の時間のあいだそれに従ったあと、位相軌跡調整器は、定数Ｃを増すことによってスライディングライン６７の傾きを増す。システムは、部分間の遷移のあいだだけ線形モード（非スライディングモード）で動作する。結局、傾きはスライディングライン６９における所定の最大値に増加され、この点において位相状態はライン６９に沿って位相平面の原点に向かってスライドする。
【００７０】
よりロバストな実現方法は、振幅の全範囲をカバーするように位相軌跡を定義することである。これは図１４に示されている。ここで位相軌跡は、３つの直線部分σ１ ７２、
σ２ ７４およびσ３７６を備えており、
σ１＝Ｘ２−Ｃ１・（Ｘ１−ＸＩ）、
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ、および
σ３＝Ｘ２＋Ｃ２・Ｘ１ （１２）
であり、ここで、
Ｘ１＝アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２＝アクチュエータ位置誤差速度位相状態、
Ｃ１＝第１の部分の傾き、
Ｃ２＝第３の部分の傾き、
ＸＩ＝初期アクチュエータ位置誤差、および
Ｘ２Ｉ＝所定の一定位置誤差速度
である。第１の直線部分σ１ ７２は、アクチュエータ８の加速を表現し、第２の直線部
分σ２ ７４は、アクチュエータ８の一定速度を表現し、第３の部分σ３ ７６は、選択されたトラックに向かうアクチュエータ８の減速を表現する。
【００７１】
上述のように、Ｃ２は０＜Ｃ２＜√Ｋに制約されるが、これら３つの部分のすべても、やはりアクチュエータの最大加速、一定速度および減速限界によって制約を受ける。いったん位相軌跡が選択され、アクチュエータの物理的な制限内に収まっていれば、コントローラは、パラメータの変化および外部負荷による外乱から実質的に独立に動作する。
【００７２】
最適位相平面軌跡、および本発明の好ましい実施の形態は、図１５に示されている。この軌跡は、実質的に放物線の加速部分σ１８０、直線定速度部分σ２
８２、第２の実質的に放物線の減速部分σ３８４、および直線減速部分σ４
８６を含み、
σ１＝Ｃ１・Ｘ２2＋Ｘ１−Ｘ１Ｉ （１３）
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ （１４）
σ３＝−Ｃ２・Ｘ２2＋Ｘ１ （１５）
σ４＝Ｘ２＋Ｃ３・Ｘ１ （１６）
であり、ここで
Ｘ１＝アクチュエータ位置誤差位相状態、
Ｘ２＝アクチュエータ位置誤差速度位相状態、
Ｃ１＝所定の加速定数、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ｘ２Ｉ＝所定の定位置誤差速度、
Ｃ２＝所定の減速定数、および
Ｃ３＝直線減速部分の所定の傾き
である。放物線減速部分σ３ ８４の傾きは、スライディングモードをサポートするには
原点近傍で急すぎる（減速が大きすぎる）ので、直線減速部分σ４８
６は必要である。もしトラック間のシーク距離が十分に短いなら、直線定速度部分σ２
８２は必要ではない（すなわち、もし初期位置誤差が所定の閾値よりも小さいなら、位相状態がσ１から直接、σ３に遷移する）。
【００７３】
図１６は、２次の制御対象としてモデル化される光ディスクサーボ制御システムを示す。スライディングモードコントローラの出力Ｕ６０は、増幅器６２に
よって増幅され、リードスクリュー９またはＯＬキャリッジユニット１１をそれぞれアクチュエートするＤＣＭ １５またはＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に入力される。ＤＣＭ／Ｖ
ＣＭのパラメータは、
Ｋｔ＝トルク定数、
Ｋｖ＝粘性制動の係数、
Ｋｓ＝クーロン摩擦の係数、および
Ｊ＝慣性
である。
【００７４】
位置誤差位相状態Ｘ１ ６６は、加算器６８の出力において観察され、位置誤差速度位
相状態Ｘ２は、ＤＣＭ／ＶＣＭ速度９２に負号をつけたものとして観察される。代替手段として、位置誤差速度位相状態Ｘ２は、位置誤差信号Ｘ１ ６６を微分することによって発生されてもよく、または状態推定器１９によって発生されてもよい。図１６から、位相状態方程式は、
ｄＸ１／ｄｔ＝Ｘ２、および
ｄＸ２／ｄｔ＝−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｓ／Ｊ）・Ｘ１
−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ （１７）
となる。もしＵ＝±Ｋ・Ｘ１なら、位相状態方程式は、方程式１および５と同様になり、位相プロットは図１１に示すのと同様になる。
【００７５】
位置誤差Ｘ１だけでもスライディングモードを実現するのに十分だが、位置誤差速度Ｘ２がフィードバックループに加えられれば、さらなる制御を達成することができる。実際、本発明のディスクドライブ制御システムは、シークのあいだ、唯一の制御信号としての位置誤差速度Ｘ２があれば最適に動作する。なぜなら位置誤差Ｘ１は、最初は位置誤差速度Ｘ２よりもずっと大きいからである。シークのあいだ、位置誤差Ｘ１をフィードバックループから取り除くことによって、スイッチングノイズの量を低減することができる。位相状態が位相軌跡上の所定の点に到達すると、システムは、位置誤差Ｘ１の位相状態を制御ループに戻すように切り替える。
【００７６】
（ハードウェアの説明）
図１７は、本発明のスライディングモードコントローラのある実施の形態を示す。位置誤差Ｘ１ ２２は、スライディングモードコントローラに入力され、微分器１０２は、位
置誤差Ｘ１ ２２を微分することによって、位置誤差速度信号Ｘ２ １００を発生する。図示されない代替の実施の形態においては、状態推定器１９が、位置誤差速度Ｘ２ １００
を発生する。２つのスイッチング利得回路１０４および１０６は、位置誤差〜Ｘ１ １３
０および誤差速度〜Ｘ２ １３２の制御信号をそれぞれ乗算する。乗算器１０８および１
１０は、位相状態〜Ｘ１およびＸ２と、現在の軌跡部分σｉとに応答して、利得回路のスイッチング動作を制御する。結果として生じる乗算の符号は、スイッチの状態を決定し、それにより位相状態Ｘ１およびＸ２を図１５に示された所定のスライディングライン軌跡に動かす。σ処理ブロック１１２は、位相状態Ｘ１およびＸ２に応答して、軌跡部分スイッチング論理を実現することによって、位相軌跡のどの部分σｉに位相状態が従うべきかを決定する。σ処理ブロック１１２、積分器１１６、基準誤差速度発生器１１４、ならびにマルチプレクサ１１８、１２０および１２２の動作については、後で詳しく述べる。
【００７７】
スイッチング利得ブロック１０４および１０６の利得値αｉ、βｉ、γｉおよびζｉは、位相状態によって追従されている現在の軌跡部分にしたがって適切な値にプログラム可能に設定されている。また利得値は、コントローラが前方または後方シークのどちらを実行しているかどうかに依存して、所定の値にプログラムされる。存在方程式１１および位相軌跡方程式１３、１４、１５および１６を用いれば、図１５に示される位相軌跡のそれぞれの部分についての利得値に関する適切な制約条件が、こんどはスライディングモードを確実にするために計算されうる。
【００７８】
σ＝σ１（シーク加速）については、方程式１３を時間について微分し、方程式１３により乗算することによって、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝σ１・［２・Ｃ１・Ｘ２・ｄＸ２／ｄｔ］＋σ１・Ｘ２を得る。方程式１７から、またσ１・Ｘ２を因数分解すると、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝σ１・［２・Ｃ１・Ｘ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋１／（２・Ｃ１）］］ （１８）
を得る。図１６および図１７から、またΨ３の項はシークのあいだ、重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
Ｕ＝Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２ （１９）
となり、ここで
Ψ１＝αｉ（σｉ・Ｘ１＞０）、βｉ（σｉ・Ｘ１＜０） （２０）
Ψ２＝γｉ（σｉ・Ｘ２＞０）、ζｉ（σｉ・Ｘ２＜０） （２１）
である。方程式１８および１９から、また１／（２・Ｃ１）の項は重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝２・Ｃ１・Ｘ２・σ１・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ１・ｄσ１／ｄｔ＝２・Ｃ１・Ｘ２・［［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ１・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ１・Ｘ１］ （２２）
となる。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２２がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表１に示す不等式を満たさなければならない。
【００７９】
【表１】
【００８０】
σ＝σ２（定速シーク）については、方程式１４を時間について微分し、方程式１４によって乗算することによって、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・ｄＸ２／ｄｔ
を得る。方程式１７から、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ］
である。方程式１９から、
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝σ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ２・ｄσ２／ｄｔ＝［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ２・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ２・Ｘ１ （２３）
である。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２３がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表２に示す不等式を満たさなければならない。
【００８１】
【表２】
【００８２】
σ＝σ３（シーク減速）については、方程式１５を時間について微分し、方程式１５によって乗算することによって、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝σ３・［−２・Ｃ２・Ｘ２・ｄＸ２／ｄｔ］＋σ３・Ｘ２
を得る。方程式１７から、またσ１・Ｘ２を因数分解すると、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝σ３・［−２・Ｃ２・Ｘ２・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋１／（２・Ｃ２）］］ （２４）
を得る。方程式１８および１９から、また１／（２・Ｃ２）の項は重要ではないぐらいに小さいとして無視すれば、
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝−２・Ｃ２・Ｘ２・σ３・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）］
σ３・ｄσ３／ｄｔ＝−２・Ｃ２・Ｘ２・［［−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ３・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ３・Ｘ１］
（２５）
となる。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２５がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表３に示す不等式を満たさなければならない。
【００８３】
【表３】
【００８４】
σ＝σ４（トラッキング）については、方程式１６を時間について微分し、方程式１６によって乗算することによって、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・ｄＸ２／ｄｔ＋σ４・Ｃ３・ｄＸ１／ｄｔ
を得る。方程式１７から、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ｕ＋Ｃ３・Ｘ２］
である。方程式１９から、
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝σ４・［−（Ｋｖ／Ｊ）・Ｘ２−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・（Ψ１・Ｘ１＋Ψ２・Ｘ２）＋Ｃ３・Ｘ２］
σ４・ｄσ４／ｄｔ＝［Ｃ３−（Ｋｖ／Ｊ）−（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ２］σ４・Ｘ２−［（Ｋｔ・Ｋｐａ／Ｊ）・Ψ１］σ４・Ｘ１ （２６）
である。存在方程式１１を満たす（すなわち方程式２６がどんなＸ１およびＸ２についても負である）ためには、利得定数は、次の表４に示す不等式を満たさなければならない。
【００８５】
【表４】
【００８６】
（フローチャートの説明）
図１７に示されるスライディングモードコントローラの動作について、粗いシーク動作およびセンターライントラッキングのコンテクストで、図８および図９をそれぞれ参照して以下にさらに説明する。しかし以下の説明はまた、フォーカスサーボループにも適用できる。つまり図１８〜図２０のフローチャートは、図８および図９のスライディングモードコントローラ２３、３１および３７の動作を説明している。
【００８７】
サーボ制御システムが初期では図１８のトラッキングモード２００にあるとすると、リードヘッド８は、現在、選択されたトラックを前方シークまたは後方シークコマンドが受け取られるまで追従する（２０４）。前方シークが開始されるとき、シークかどうか？（２０６）は、イエスであり、ヘッド基準位置Ｒｅｆ.ＰＯＳ ２０は、新しく選択されたトラックにアップデートされる。図８の加算器２１の出力における初期ヘッド位置誤差Ｘ１２２は、状態推定器１９から出
力される現在のトラック１８Ｂと、新しく選択されたトラック（すなわちＲｅｆ．ＰＯＳ
２０）との間の差である。この初期位置誤差は、また、図１５において、Ｘ１Ｉにおけ
る軌跡部分σ＝σ１ ８０の始点としても示される。部分σ＝σ１ ８０は、リードヘッ
ド８の選択されたトラックへの所望の加速を規定する放物線軌跡である。
【００８８】
こんどは図１９を参照すれば、「シーク加速（σ＝σ１）」２０８のはじめにおいて、スライディングモードコントローラ２３は、さまざまなパラメータ２１０を初期化する。図１７のブロック１０４および１０６の利得定数は、加速軌跡σ＝σ１ ８０に対応する
値にアップデートされる。シーク動作のあいだのスイッチングノイズを減少させるためには、位置誤差位相状態Ｘ１２２は、スライディングモード制御からはずれるようにスイッチングされる。σ処理ブロック１１２は、ライン１２６上で、グラウンド面をマルチプレクサ１２２の出力として選択する。その結果、〜Ｘ１ １３０は、乗算器１１０のスイッチング動作をディセーブルし、加算器１０３の出力におけるモータコマンドＵ２４の計算からのΨ１の寄与を除去するために、ゼロに設定される。位置誤差位相状態〜Ｘ１１３０がディセーブルされる前に、速度位相状態〜Ｘ２１３２は、アクチュエータが所望の向きに動き始める（すなわち選択されたトラックに向かって反対に動く）ことを確実にするために、所定の値に初期化される。これを達成するために、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４上において、Ｘ２Ｒｅｆ１１４をマルチプレクサ１２０の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２６上において、所定の定数Ｃ １３４をマルチプレクサ１１８の出力（加算器１０３への第３入力Ψ３ １０９）として選択する。所定の定数Ｃ １３４および積分器１１６の機能は、後に詳しく述べられる。
【００８９】
加速軌跡σ＝σ１ ８０についての制御パラメータが初期化されたあとで、スライディ
ングモードコントローラ２３は、モータコマンド信号Ｕ２４を計算し、加算器１０３の出力において連続的に出力する。フローチャート２１２を参照すると、σ１は、方程式１３にしたがってアップデートされ、σｉ１２８は、σ１に割り当てられる。乗算器１０８（これはオペランドの符号ビットの単純なＸＯＲとして実現できる）は、σｉをＸ２によって乗算し、もしその結果が正であるなら利得ブロック１０４をγｉに切り換え、もしその結果が負であるならζｉに切り換える。利得ブロック１０４は、〜Ｘ２１３２（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）を選択された利得によって乗算することによってΨ２を発生する。加算器１０３は、Ψ１、Ψ２およびΨ３を加算することによって、モータコマンドＵ２４を
発生する。Ψ１は、加速のあいだ、ゼロであり、Ψ３は、重要でないくらいに小さいので、モータコマンド信号Ｕ ２４は、ほとんどΨ２に等しい。
【００９０】
リードヘッド８が、選択されたトラックに向かって逆に加速し始めると、トラックカウンタ１６は、現在のトラック位置をアップデートする。状態推定器１９は、トラックカウント１８Ａおよび現在のモータコマンド２４を処理することによって、推定された位置信号１８Ｂをアップデートする。加算器２１は、新しい位置誤差Ｘ１ ２２を出力し、微分
器１０２は、新しい速度位相状態Ｘ２ １００をＸ１（Ｎ）−Ｘ１（Ｎ−１）として計算
する。
【００９１】
σ処理ブロック１１２は、いつリードヘッドの速度が所定の値に到達するかを決定するために連続的にチェックをする。もしＸ２≦Ｘ２Ｒｅｆ？２１４がノーであるなら、スライディングモードコントローラはループを繰り返し、フローチャート２１２にしたがって次のモータコマンドＵ２４を計算する。もしＸ２≦Ｘ２Ｒｅｆ？ ２１４がイエスであるなら、σ処理ブロック１１２は、ライン１２４上でＸ２ １００をマルチプレクサ１２０の出力として選択する（〜Ｘ２＝Ｘ２と設定する、２１６）。換言すれば、いったんリードヘッド８の速度（Ｘ２ １００）が所定の速度（Ｘ２Ｒｅｆ １１４）に到達すれば、スライディングモードコントローラ２３は、モータコマンド信号Ｕ２４をフローチャート２１８において速度位相状態Ｘ２ １００の関数として発生する。
【００９２】
図１９に示すフローチャート２１８にこんどは続いて、σ処理ブロック１１２は、σ１、σ２およびσ３をそれぞれ方程式１３、１４および１５にしたがってアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ１に割り当てられる。σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２を図１５のσ１ ８０の位相軌跡に向かって動かすためにスイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ ２４が発生され、リードヘッド８は、選択されたトラックへ向かって動き続ける。
【００９３】
σ処理ブロック１１２は、いつ次の軌跡部分に切り換えるべきかを決定するために、加速軌跡σ１ ８０に対して位相状態の位置を続けてチェックする。次の軌跡部分は、定速
部分σ２ ８２、または、もしシーク距離が十分に短いなら、減速部分σ３ ８４のいずれかである。σの値を比較することによって、σ処理ブロック１１２は、いつ次の軌跡にスイッチすべきかを決定する。もしσ１≦σ３？ ２２０がイエスなら、σ処理ブロック１
１２は、減速軌跡σ３ ８４に切り換える。そうではなく、もしσ１≦σ２？２２２がイ
エスであるなら、σ処理ブロック１１２は、定速軌跡σ２ ８２に切り換える。もし２２０および２２２がともにノーなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のモータコマンドＵ ２４をフローチャート２１８にしたがって計算する。
【００９４】
次は図２０に示す定速フローチャート２２６を参照すれば、まず利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数が図１５の定速軌跡σ２８２に対応する値にアップデートされる（２２８）。それからフローチャート２３０において、σ処理ブロック１１２は、それぞれ方程式１４および１５にしたがってσ２およびσ３をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ２に割り当てられる。再び、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２をσ２ ８２位相軌跡に向かって動かすために、スイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ２４が発生され、リードヘッド８は、選択されたトラックに向かって動き続ける。
【００９５】
σ処理ブロック１１２は、いつ減速軌跡部分σ３８４に切り換えるべきかを決定するために、定速軌跡σ２ ８２に対して位相状態の位置を続けてチェックする。もしσ２≦σ３？ ２３２がイエスなら、σ処理ブロック１１２は、減速軌跡σ３ ８４に切り換える。そうではないなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のコマンドＵ２４をフローチャート２３０にしたがって計算する。
【００９６】
こんどは減速フローチャート２３４を参照すれば、まず利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数が、図１５の減速軌跡σ３８４に対応する値にアップデートされる（２３６）。それからフローチャート２３８において、σ処理ブロック１１２は、それぞれ方程式１５および１６にしたがってσ３およびσ４をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ３に割り当てられる。再び、σｉおよびＸ２に応答して、乗算器１０８は、Ｘ１およびＸ２をσ３ ８４位相軌跡に向かって動かすために、スイッチング利得ブロック１０４の状態を設定する。次のコマンドＵ２４が発生されることによって、リードヘッド８は、選択されたトラックに向かって減速される。
【００９７】
σ処理ブロック１１２は、いつトラッキング軌跡部分σ４８６に切り換えるべきかを決定するために、減速軌跡σ３ ８４に対して位相状態の位置を続けてチェックする。もしσ４≦σ３？ ２４０がイエスなら、σ処理ブロック１１２は、トラッキング軌跡σ４ ８６に切り換える。そうではないなら、スライディングモードコントローラ２３は、ループを繰り返し、次のコマンドＵ２４をフローチャート２３８にしたがって計算する。
【００９８】
図１５のトラッキング軌跡σ４ ８６は、リードヘッドアセンブリ８が所望のトラック
上に位置することを維持するために、図８のスライディングモードコントローラ２３によって実行され、またＯＬキャリッジユニット１１を選択されたトラックのセンターライン上に一致させ続けるために、図９のスライディングモードコントローラ３７によって実行される。短いシーク（微細なシーク）については、図９のスライディングモードコントローラ３７は、ＯＬキャリッジユニット１１を図１５の位相状態軌跡にしたがって回転させることによって、リードヘッドアセンブリ８をリードスクリュー９に沿ってスライドさせる代わりに全体のシークを実施する。
【００９９】
再び図１８のフローチャート２００を参照すると、トラッキング動作の始めにおいて、利得ブロック１０４および１０６を切り換える利得定数は、図１５のトラッキング軌跡σ４ ８６に対応する値にアップデートされる（２０２）。σ処理ブロック１１２は、ライ
ン１２６を介して積分器１１６の出力をマルチプレクサ１１８（すなわちΨ３）の出力として選択する。σ処理ブロック１１２はまた、ライン１２６を介してマルチプレクサ１２
２の出力として、乗算器１１０への入力としての位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を選択する
ことによって、位置誤差位相状態Ｘ１ ２２をスライディングモード計算に戻すように切
り換える。再び位置誤差位相状態Ｘ１ ２２は、スイッチングノイズを減らすためにシー
クのあいだは用いられない。
【０１００】
こんどはフローチャート２０４を参照すれば、σ処理ブロック１１２は、方程式１６にしたがってσ４をアップデートする。σ処理ブロック１１２の出力σｉ１２８は、σ４に割り当てられる。σｉ、Ｘ１およびＸ２に応答して、乗算器１０８および１１０は、Ｘ１およびＸ２をσ４８６位相軌跡に向かって動かすために、それぞれスイッチング利得ブロック１０４および１０８の状態を設定する。次のコマンドＵ ２６が発生され、ＯＬ ＶＣＭ（１０Ａ、１０Ｂ）に与えられることによって、選択されたトラックのセンターラインをトラッキングし続ける。
【０１０１】
選択されたトラックに到達したあと、いくつかのバイアスフォースによって、ＯＬキャリッジユニット１１がセンターラインから定常状態のＤＣオフセットをもつようにはたらきうる。典型的なバイアスフォースは、回転するディスクによって生じる偏流の半径方向成分、ディスクスタックの傾き、フレキシブルケーブルにおけるバイアス、および電気的なオフセットを含む。これらのバイアスフォースを補償して、定常状態の位置誤差をゼロにもっていくために、積分器１１６は位置誤差位相状態Ｘ１ ２２を積分し、その出力１
０９の和がとられ（１０３）て、スライディングモードコントローラ３７の出力２６になる。
【０１０２】
しかしバイアスフォースは、時間にしたがって変化せず、ＯＬキャリッジユニット１１の半径方向の位置によって変化する。よってそれぞれのトラックについてのバイアスフォースに対応する定常状態の積分値１０９が、メモリに格納される。選択された新しいトラックをシークするとき、積分器１１６はディセーブルされ、選択された新しいトラックに対応するメモリに格納された定常状態積分値は、定数１３４として制御信号２６に加算される（１０３）。ＯＬキャリッジユニット１１が、選択された新しいトラックに到達し、ヘッドが十分に整定したとき、積分器１１６が再びイネーブルされ、その出力は制御信号２６に加算される（１０３）。
【０１０３】
後方シークについては、スライディングモードコントローラ（２３、３７）は、図１８、１９および２０のフローチャートにおいて説明したように動作する。ただし、不等号の向きが逆になる点だけが異なる。σ処理ブロック１１２はまた、図１３に示す直線位相軌跡部分の傾きを調整することができる。σ処理ブロック１１２の代替物は、位置誤差および速度位相状態を、ルックアップテーブルに格納された値と比較することになる。このルックアップテーブルにおいては、格納された値が、図１５に示す位相平面軌跡を表現する。
【０１０４】
（加速の実施形態）
本発明のスライディングモードコントローラの代替の実施の形態は、図２１に示されている。スライディングモード動作は、定速シークモード（σ＝σ２）およびトラッキングモード（σ＝σ４）では、図１７と同じである。しかしシーク加速（σ＝σ１）およびシーク減速（σ＝σ３）では、状態空間は、平面（Ｘｖ、Ｘα）において定義される。ここでＸｖは、アクチュエータ速度誤差位相状態であり、Ｘαは、アクチュエータ加速位相状態である。
【０１０５】
シーク加速およびシーク減速のあいだ、基準速度Ｖｒｅｆは、図１５に示す速度プロファイルσ１ ８０およびσ３ ８４に対応する位置誤差Ｘ１の関数として発生される。基準速度発生器は、ルックアップテーブルまたは多項方程式で実現できる。アクチュエータ速度誤差位相状態Ｘｖは、推定されたアクチュエータ速度−Ｘ２を基準速度Ｖｒｅｆから減算することによって発生される。アクチュエータ加速位相状態Ｘαは、位置誤差Ｘ１の２次導関数をとることによって発生される。位相状態ＸｖおよびＸαは、それぞれのスイッチング利得ブロックにより乗算されることによって、制御信号Ψ２およびΨ４を発生する。図１７〜図２０を参照して説明したように、制御信号Ψ１は、シークのあいだにディセーブルされ、Ψ３は、重要ではないくらいに小さい。よってモータ制御信号Ｕは、シーク加速およびシーク減速のあいだはΨ２およびΨ４の関数である。定速（σ＝σ２）およびトラッキング（σ＝σ４）におけるシークのあいだ、Ｖｒｅｆは、Ｘｖ＝Ｘ２であるようにゼロに設定され、Ψ４は、スイッチング利得ブロックにおける利得δおよびθをゼロに設定することによってディセーブルされる。このようにして、図２１のスライディングモードコントローラは、図１７〜図２０で説明したように、シーク時には、一定の速度およびトラッキングで動作する。
【０１０６】
図２１のσ処理ブロックによって用いられる軌跡部分σｉは、
σ１＝［Ｘｖ−Ｃ１・Ｘα］、
σ２＝Ｘ２−Ｘ２Ｉ、
σ３＝−［Ｘｖ−Ｃ２・Ｘα］、
σ４＝Ｘ２＋Ｃ３・Ｘ１、であり、ここで
Ｃ１＝所定の加速定数、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ｘ２Ｉ＝所定の定位置誤差速度、
Ｃ２＝所定の減速定数、および
Ｃ３＝直線減速部分の所定の傾き、である。
【０１０７】
σ処理ブロックは、次の不等式にしたがって軌跡部分間で切り換える。
【０１０８】
｜Ｘ２｜＞Ｘ２Ｉのとき、σ１からσ２に、
｜Ｖｒｅｆ（ｋ）｜＜｜Ｖｒｅｆ（ｋ−１）｜のとき、σ２からσ３に、
｜Ｘ１｜＜所定のトラック獲得閾値のとき、σ３からσ４に、
（Ｘ１＊Ｘｖ＜０）かつ（｜Ｘ２｜≦｜Ｖ２Ｉ｜）のとき、σ１からσ３に、切り換えられる。
【０１０９】
（境界層）
本発明のスライディングモードコントローラは、スライディング軌跡σの周辺に境界層を規定することによってチャタリングの減少においてさらなる改良を実現する。このことは、図２２において示されている。この図は、σに加えられたオフセット±εとして規定される境界層を有するスライディング軌跡σについての直線部分を示す。境界層は、システムにおけるスイッチングの量を減少させることによってチャタリングを減らす。境界層がなければ、図１７のスイッチング利得ブロック１０４および１０６は、位相状態がスライディングラインを交差するたびに（すなわちσの符号が変化するたびに）スイッチングする。境界層は、利得ブロックが、位相状態が境界線を越えたあとになって初めてスイッチングするようにさせるヒステリシスを生む。
【０１１０】
スライディングラインσに加えられた境界層オフセット±εは、位相状態が所定の値（Ｘ１C、Ｘ２C）に到達するまでは、所定の定数である。その値に到達すると、オフセット±εは、原点近傍における振動を防ぐために、図２２に示すように境界層が位相平面の原点へと収束するように位相状態Ｘ１およびＸ２の和として計算される。図１７のσ処理ブロック１１２は、σｉを以下のように計算する。
【０１１１】
もしスイッチング利得ブロック（１０４、１０６）が利得（γｉ，αｉ）選択するよう
に設定されるなら、
σｉ＝σ＋ε
であり、そうではない場合であって、もしスイッチング利得ブロック（１０４、１０６）が利得（ζｉ，βｉ）を選択するように設定されるなら、
σｉ＝σ−ε
である。ここで
σ＝Ｘ２＋Ｃ・Ｘ１、
ε＝定数（ただしＸ１＞Ｘ１CかつＸ２＞Ｘ２Cである）、
ε＝｜Ｘ１｜＋｜Ｘ２｜（ただしＸ１≦Ｘ１CかつＸ２≦Ｘ２Cである）
とする。
【０１１２】
代替の実施の形態においては、Ｘ１≦Ｘ１CかつＸ２≦Ｘ２CであるときにεをＸ１およびＸ２の和として計算するのではなく、スライディングラインの傾きが変更される（すなわちσ＝Ｘ２＋Ｃ1・Ｘ１、またはσ＝Ｘ２＋Ｃ2・Ｘ１であり、スイッチング利得ブロック（１０４、１０６）の現在の状態に依存する）。
【０１１３】
（平滑化関数）
本発明のスライディングモードコントローラは、ｓｇｎ（σ）の積分に比例する制御信号Ｕを発生することによって、よりよいチャタリング低減を達成することができる。実際、制御信号は、電磁および／または音響輻射を発生しうる高い周波数成分を減衰させるために平滑化される。
【０１１４】
本発明のある実施形態では、図２３に示すように、σ処理ブロック１１２からのσｉは、以下の関数を計算する積分ブロック１０１に入力される。
【０１１５】
ｓａｔ［∫Ｋ・ｓｇｎ（σｉ）ｄｔ］
ここで、ｓａｔ（ｘ）＝−１（ｘ＜−１のとき）、ｘ（−１≦ｘ≦１のとき）または＋１（ｘ＞１のとき）
である。積分ブロック１０１の出力１２８は、スイッチング利得ブロック（１０４、１０６）の状態を制御し、絶対値関数１１１にも入力される。その後、加算器１０３の出力における制御信号は、積分されたｓｇｎ（σｉ）の絶対値により乗算器１１３を介して減衰され、平滑化された制御信号Ｕを発生する。
【０１１６】
本発明の平滑化関数は、図１７のコントローラを改変したものとして説明されたが、同様の改変は、図２１のコントローラにも同様に適用可能である。
【０１１７】
（ルックアップテーブル）
本発明のσ処理ブロック１１２は、軌跡部分を切り替えるのではなく、ルックアップテーブルを用いることによっても実現可能である。前述したように、位相状態軌跡σを実現するためには、位相状態をルックアップテーブルへのインデックスとして用いることができる。テーブルのサイズを小さくするためには、位相状態軌跡は、以下の微分に従って再定義される。
【０１１８】
距離＝１／２・Ａｃｃ・ｔ2である、よって、
Ｘ１−Ｘ１Ｉ＝１／２・Ａｃｃ・ｔ2 （２７）
ここで、
Ｘ１Ｉ＝初期アクチュエータ位置誤差、
Ａｃｃ＝所定の加速／減速定数、および
ｔ＝時間、である。
【０１１９】
方程式２７のｔを解くと、
ｔ＝（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）／Ａｃｃ）1/2 （２８）
となる。速度＝−Ｘ２＝Ａｃｃ・ｔであるので、方程式２８からｔを除算すると、
Ｘ２（Ｉｄｅａｌ）＝−（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）・Ａｃｃ）1/2 （２９）
となる。シーク時には、位相状態軌跡σは、
σ＝Ｘ２＋（２・（Ｘ１−Ｘ１Ｉ）・Ａｃｃ）1/2＝０ （３０）
のように定義される。方程式２９におけるＸ２（Ｉｄｅａｌ）は、理想のアクチュエータ速度であり、方程式３０におけるＸ２は、推定されたアクチュエータ速度である。方程式２９の理想の速度は、ある位相状態Ｘ１によりインデックスの付けられたルックアップテーブルを用いることにより計算されうる。これにより、ルックアップテーブルのサイズを小さくすることができ、スライディングモードコントローラの全体的なコストを下げることができる。図２４は、σ処理ブロック１１２にルックアップテーブルを用いた実施形態を図示している。
【０１２０】
（２進係数）
既に詳しく説明したように、図１７のスイッチング利得ブロック１０４および１０６のさまざまな利得値は、位相状態の追従している軌跡部分に従い、かつ、コントローラが前方シークを実行しているのか、あるいは後方シークを実行しているのかに従って、適切な値にプログラム可能に設定される。利得値の適切な範囲は、存在方程式１１と、位相状態軌跡方程式１３、１４、１５および１６とを用いて、図１５に示す位相状態軌跡のそれぞれの部分について決定された。
【０１２１】
本発明の別の実施形態では、フォーカス、シークおよびトラッキング用のスライディングコントローラは、２進係数を用いて実現される。すなわち、スイッチング利得ブロック１０４および１０６におけるさまざまな利得値は、２nの集合から選択される。ここで、
ｎは正または負の整数である。２進係数は、利得の切り替えに用いることができる。なぜなら、既に述べたように、利得は所定の範囲内にありさえすればよいからである。したがって、係数を格納するためのメモリに対する要求が緩和され、複雑なハードウェア乗算器は必要なくなる。すなわち、２進係数による乗算は、シフトレジスタを用いるだけで実現可能である。
【０１２２】
（実験結果）
動作可能性をベリファイするために、本発明を、光ディスクドライブおよびスライディングモードコントローラのコンピュータ生成モデルに従ってシミュレートした。フォーカスの局面については、光学搬送機械（optical transport mechanical）伝達関数は、図２５および図２６に示されている周波数および位相応答を特徴とするものであった。そして、図２７に示されている定格フォーカス基準を用いて、フォーカス制御ループがシミュレートされた。図２９は、図２８に示されている典型的な線形コントローラの場合よりもはるかに優れたキャプチャ遷移に対する、本発明によるスライディングモードコントローラの応答を図示している。また、図３１は、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムを示している。図３０に示されている従来の線形コントローラと比べてみると、本発明によるスライディングモード制御は、必要とされる５ミクロンの偏差内で動作している。とはいうものの、このスライディングモード制御によれば、パラメータの変化や外部負荷による外乱をよりよく補償することが可能になる。図３２に示されているワーストケースのフォーカス基準状態でも、本発明を用いた光ディスクドライブシステムは、図３３に示されているように、対象に改変を加えるまでもなくインフォーカス状態を維持した。これに対して、従来の線形制御を用いたシステムは、必要とされる５ミクロンの偏差を維持できなかった。
【０１２３】
上述したのと同様の制御利得を用いたシミュレーションが、非定格特性をもつ力学を用
いてさらにおこなわれた。図３４は、フォーカスアクチュエータの力の定数（図１６におけるＫｔ）が２５％だけ増やされた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。図３５は、力の定数が５０％だけ減らされた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。図３６は、１０ｋＨｚにおける共振ピークを１０ｄＢだけ増加させた時の定常状態のフォーカスヒストグラムを示している。これらの図に示されているように、２進係数を用いた場合でも、本発明は、多種多様なパラメータ変化および基準に対しても許容範囲内で動作する。
【０１２４】
センタライントラッキングの場合、機械伝達関数は、図３７および図３８に示されている周波数および位相応答を特徴とするものであった。図３９に示されている定格トラッキング基準を用いて、本発明のトラッキング局面をシミュレートした。スライディングモード制御を用いたセンタライントラッキング誤差（ＴＥＳ）の場合に得られたヒストグラムは、図４１に示されている。ここでも、図４０に示されている従来の線形制御システムの場合のヒストグラムと比べてみれば、本発明によるスライディングモード制御は、パラメータの変化および外部負荷による外乱を良好に補償しながら、トラッキング誤差を０．２ミクロンの偏差内に維持できることがわかる。
【０１２５】
なお、形式および詳細については、本発明の範囲から外れることなく、さまざまな変更を加えることができる。つまり、以上に開示した特定の実施形態は、本発明がそれらに限定されることを意図しているものではない。例えば、本発明のスライディングコントローラは、ハードウェアあるいはソフトウェアのいずれのかたちでも実現可能であり、連続的にも離散した時刻にも実現可能である。また、以上に開示した特定の位相状態に代わって（またはそれに加えて）、より高次の位相状態を用いることもできる。以上に開示した実施形態により導き出されるこのような改変およびその他の改変は、添付の請求の範囲により正しく解釈されれば、いずれも本発明の意図した範囲内にあるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】フォーカスキャプチャ、フォーカストラッキングおよびセンタライントラッキングに用いられるサーボ光学感知回路を含む、従来の３ビーム光リードヘッドを示す図である。
【図２】レーザビームのフォーカス状態に基づいて４分割光検出器に発生されうるさまざまなパターンを示す図である。
【図３】フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）およびＲＦリード信号をどのようにして４分割光検出器から発生するかを示す図である。
【図４】フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）と、ディスクの表面に対する対物レンズの位置との関係をプロットした図である。
【図５】３ビームシステムに存在しうるさまざまなトラッキング状態を示す図である。
【図６】３ビームシステムがどのようにしてセンタライントラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生するかを示す図である。
【図７】トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）と、選択されたトラックのセンタラインに対する対物レンズのミストラッキング位置との間の関係をプロットした図である。
【図８】本発明によるディスクドライブ制御システムの一例を示すブロック図である。
【図９】本発明によるディスクドライブ制御システムの別の例を示すブロック図である。
【図１０】本実施例のスライディングモードコントローラにより制御される２次システムを示すブロック図である。
【図１１】図１０の制御システムの正および負のフィードバックモードについて、位置誤差および誤差速度の位相状態に対応する位相平面を示す図である。
【図１２】新しいトラックへの前方シーク時に位相状態を所定の直線位相軌跡に向かって動かす際のスライディングモードコントローラの動作を示す図である。
【図１３】スライディングモードを延長するために、図１２の直線位相軌跡の傾きを変化させることの効果を示す図である。
【図１４】振幅の全範囲をカバーすることによって、パラメータの変化に対して感度を有するすべての線形モード動作を排除する位相平面軌跡を示す図である。
【図１５】本発明による好ましい位相平面軌跡を示す図である。
【図１６】位置誤差および位置誤差速度の位相状態を有する２次システムとしてモデリングされた典型的なサーボアクチュエータを示す図である。
【図１７】スライディングモードコントローラが、位置誤差と位置誤差速度の位相状態とに応答する、本発明によるディスクドライブ制御システムを示すブロック図である。
【図１８】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図１９】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図２０】図１７のスライディングモードコントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図２１】スライディングモードコントローラが、アクチュエータの位置誤差と、速度誤差と、アクチュエータの位相状態とに応答する、本発明による別の実施形態を示す詳細ブロック図である。
【図２２】スライディングモードの位相状態軌跡の周囲の収束境界層を示す図である。
【図２３】モータ制御信号を平滑化するためにｓｇｎ（σ）を積分する積分器を示す図である。
【図２４】スライディングモードコントローラにおけるσ処理ブロックにルックアップテーブルを用いた好ましい実施形態を示す図である。
【図２５】光ディスクドライブにおける典型的なフォーカスサーボループのシミュレートされた周波数および位相応答を示す図である。
【図２６】光ディスクドライブにおける典型的なフォーカスサーボループのシミュレートされた周波数および位相応答を示す図である。
【図２７】本発明によるスライディングモード制御のパフォーマンスを従来の線形制御と比較して実証するために、図２５および図２６のシミュレートされたフォーカスサーボループに注入された定格フォーカス基準を示す図である。
【図２８】図２７の定格基準について、従来の線形コントローラのフォーカスキャプチャ遷移に対する応答を示す図である。
【図２９】図２７の定格基準について、本発明によるスライディングモードコントローラのフォーカスキャプチャ遷移に対する応答を示す図である。
【図３０】図２７の定格基準信号と、従来の線形コントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３１】図２７の定格基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３２】図２５および図２６のシミュレートされたフォーカスサーボループに注入されたワーストケースのフォーカス基準信号を示す図である。
【図３３】図３２のワーストケースの基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてフォーカスサーボループをシミュレートした時に得られる、フォーカストラッキング時のフォーカス誤差信号のヒストグラムである。
【図３４】スライディングモード制御について、力の定数を２５％だけ増加させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３５】スライディングモード制御について、力の定数を５０％だけ減少させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３６】スライディングモード制御について、１０ｋＨｚにおける共振ピークを１０ｄＢだけ増加させた時のフォーカストラッキング時のフォーカス誤差のヒストグラムを示す図である。
【図３７】本発明による動作をシミュレートするのに用いられる光ディスクドライブにおける典型的なセンタラインサーボトラッキングシステムの周波数および位相応答を示す図である。
【図３８】本発明による動作をシミュレートするのに用いられる光ディスクドライブにおける典型的なセンタラインサーボトラッキングシステムの周波数および位相応答を示す図である。
【図３９】本発明によるスライディングモード制御のパフォーマンスを従来の線形制御と比較して実証するために、図３７および図３８のシミュレートされたセンタラインサーボトラッキングシステムに注入された定格の半径方向基準を示す図である。
【図４０】図３９の定格基準信号と、従来の線形コントローラとを用いてトラッキングサーボループをシミュレートした時に得られる、センタライントラッキング時のトラッキング誤差信号のヒストグラムである。
【図４１】図３９の定格基準信号と、本発明のスライディングモードコントローラとを用いてトラッキングサーボループをシミュレートした時に得られる、センタライントラッキング時のトラッキング誤差信号のヒストグラムである。
【符号の説明】
【０１２７】
８ スレッドアセンブリ
９ リードスクリュー
１１ ＯＬキャリジユニット
１３ スピンモータ
１４ 光ディスク
１５ ＤＣモータ
１６ トラックカウンタ
１７ ＲＦリード信号
１８Ａ リードヘッドトラック位置
１８Ｂ 推定された位置
１９ 状態推定器
２０ 基準位置
２１ 加算器
２２ 位置誤差信号
２３ スライディングモードコントローラ
２４ モータ制御信号
２５ ローパスフィルタ
２６ ＯＬキャリッジユニットＶＣＭ制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、本願明細書に記載のシステム。
【請求項１】
ディジタルデータを記録する光ディスクドライブ記憶システムであって、本願明細書に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【公開番号】特開２００９−４０９５（Ｐ２００９−４０９５Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５６７９７（Ｐ２００８−２５６７９７）
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【分割の表示】特願２００６−３０７２４０（Ｐ２００６−３０７２４０）の分割
【原出願日】平成９年３月２４日（１９９７．３．２４）
【出願人】（５９５１５８３３７）シーラス ロジック，インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【分割の表示】特願２００６−３０７２４０（Ｐ２００６−３０７２４０）の分割
【原出願日】平成９年３月２４日（１９９７．３．２４）
【出願人】（５９５１５８３３７）シーラス ロジック，インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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