JP4157316B2 - Circuit element driving device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路素子を駆動する装置および回路素子の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
コイルや抵抗などに代表される2端子回路素子へ電圧を印加するには、回路素子1個あたり2本の配線を必要とする。したがって、例えば、3つのコイルに対して独立して電圧を印加しようとすれば、6本の配線が必要となる。
【0003】
複数の2端子回路素子に独立して電圧を印加すべき装置の一例として、光ディスク装置に使用するレンズ駆動装置があげられる。例えば、特開平7−65397号公報に開示されているように、ディスクと光ヘッドの光軸との傾きをレンズ駆動装置によって駆動される対物レンズの傾きで補正する技術が従来より知られている。
【0004】
このような装置では、対物レンズを3自由度で駆動するため、3種類のコイルが用いられる。具体的には、対物レンズをトラッキング方向へ駆動するトラッキングコイル、対物レンズをフォーカス方向へ駆動するフォーカスコイル、および対物レンズをディスクに対して傾斜駆動するチルトコイルが用いられる。
【0005】
これらのコイルへの給電は、対物レンズを保持する4本の導電性バネを通じて行うのが一般的である。例えば3つのコイルを個別に駆動する場合は、トラッキングコイルとフォーカスコイルへの通電は4本の導電性バネを通じて行い、残りのチルトコイルへの通電は、細い線を外部回路まで引き出して行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような接続を行う場合、チルトコイルへ通電するための配線が対物レンズを支持する4本の導電性バネに対して負荷として作用してしまい、バネ定数をばらつかせる要因となってしまう。また、チルトコイルへ配線を接続したり、接続した配線が4本の導電性バネに対して均等な負荷となるよう配線を固定したりする工程が必要である。
【0007】
一方、3つのコイルの一端を共通端子として結線し、各コイルの一端に接続される3つの配線および共通端子に接続される1つの配線を4本の導電性バネに割り当てる場合、上述の問題は解決される。しかし、この場合には、コイルに印加できる最大電圧が半分に低下してしまうという問題が生じる。この問題を以下に詳述する。
【0008】
例えば、5Vの直流電源を電源電圧として用いて、コイルを駆動する場合を考える。図18に示すように、3つのコイル102a、102b、102cをスイッチング素子101a、101b、101cにそれぞれ接続する。この場合、3つのコイル102a、102b、102cに対して、合計6つの端子に配線を接続する必要がある。各コイルの両端のそれぞれが、電源電圧105の高電位側105Hおよび低電位側105Lのいずれにも接続され得るよう各スイッチが接続を切り替えれば、各コイルの両端に印加できる電圧は、−5V〜+5Vの範囲の値となる。
【0009】
一方、図19に示すように、3つのコイル102a、102b、102cの一端を共通端子として基準電位に接続する場合、3つのコイル102a、102b、102cの他端は、電源電圧105の高電位側105Hおよび低電位側105Lのいずれにも接続され得るように、スイッチング素子103a、103b、103cに接続する。共通端子を設けることにより、3つのコイル102a、102b、102cの駆動に必要な端子は、4つとなる。しかし、この場合、図19において破線107で示すように、電源電圧105の低電位側105Lを基準電位に接続すると、各素子に印加できる電圧は0V〜+5Vとなってしまい、逆方向の電圧は印加できない。逆方向の電圧も印加できるようにするには、破線107に変えて実線106で示すように、電源電圧105の中点を基準電位とする必要があり、この場合には、各素子に印加できる電圧は−2.5〜+2.5Vとなってしまう。
【0010】
このように、上述のレンズ駆動装置において、3つのコイルの一端を共通端子として結線し、それぞれのコイルを駆動する場合には、1つのコイルに印加できる瞬時の最大電圧が半分に低下してしまう。その結果、各コイルによって駆動されるレンズの推力が低下してしまう。例えば、トラック偏芯量が規格値以上に大きいディスクがディスク装置に装着された場合、トラッキング方向へのレンズ駆動推力が不足してしまう。また、ディスクの面振れ量が規格値以上に大きいディスクがディスク装置に装着された場合、フォーカス方向へのレンズ駆動推力が不足してしまう。このようなディスクを用いる場合、例えば、ディスクを高倍速再生する場合に、ディスクから正しく情報を再生できないという問題が生じる。
【0011】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、回路素子に印加できる瞬時の最大電圧を低下させないようにしながら複数の回路素子を駆動するのに必要な配線を減らすことのできる回路素子駆動装置および回路素子の駆動方法に関する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路素子駆動装置は、2つの端子を有するn個(nは2以上の整数)の回路素子に印加すべき電圧を発生させるためのn個の第1の指令値を受け取り、前記n個の第1の指令値に基づいて、p個(pは(n+1)以上であり、2n未満の整数)の第2の指令値を発生し、出力する制御手段と、前記p個の第2の指令値に基づいて、p個の駆動電圧を発生し、出力する駆動手段とを備え、前記p個の駆動電圧のうち、少なくとも1つは、前記第1の指令値の少なくとも1つに基づいて変動する電圧であって、2つ以上の前記回路素子のそれぞれ一端子へ共通に印加される。
【0013】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、前記駆動電圧に関する評価関数が実質的に最小となるように前記第2の指令値を設定する。
【0014】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、前記第1の指令値に基づいて前記回路素子に印加すべき電圧と、前記駆動手段が発生する前記駆動電圧との差が実質的に最小となるように、前記第2の指令値を発生させる。
【0015】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、線形行列演算手段を含む。
【0016】
ある好ましい実施形態において、前記線形行列演算手段は、前記n個の第1の指令値を、大きさp×nの一般逆行列に乗じ、前記p個の第2の指令値を出力する。
【0017】
ある好ましい実施形態において、前記一般逆行列は、前記第2の指令値のノルムを最小にする一般逆行列である。
【0018】
ある好ましい実施形態において、前記一般逆行列は、前記第2の指令値の重み係数付きノルムを最小にする一般逆行列である。
【0019】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、前記第1の指令値の履歴に基づいて、前記重み係数を変化させる。
【0020】
ある好ましい実施形態において、前記重み係数は、前記第1の指令値の時間に関するノルムを用いて決定される。
【0021】
ある好ましい実施形態において、前記駆動手段は、前記第2の指令値に基づいてデューティを可変するスイッチング信号をそれぞれ出力するp個のデューティ可変手段と、前記スイッチング信号により電源電圧の最大値あるいは電源電圧の最小値を交互に切替えてそれぞれ出力するp個のスイッチング駆動手段とを備えている。
【0022】
ある好ましい実施形態において、前記デューティ可変手段は、マイコンあるいはデジタルシグナルプロセッサ(DSP)を含み、前記マイコンあるいはDSPを用いたソフトウエアのタイマー処理によって、入出力ポートのビットを周期的に反転させた信号を前記スイッチング駆動手段に出力する。
【0023】
ある好ましい実施形態において、前記第1の指令値が周期的な信号であり、予め計算した前記第2の指令値の少なくとも1つを所定の記憶装置に蓄えておき、前記第1の指令値の周期に同期して前記記憶装置から前記第2の指令値を取り出して、前記駆動手段へ出力する。
【0024】
ある好ましい実施形態において、前記nが3であり、前記pが4であり、前記4個の駆動電圧の1つは、前記3個の2端子回路素子のそれぞれの一端へ共通に印加される。
【0025】
ある好ましい実施形態において、前記pはnより1大きい整数であって、前記駆動手段は、前記n個の回路素子の一端をそれぞれ接続した共通端子と、前記n個の回路素子の他端をそれぞれ独立に設けたn個の個別端子とにそれぞれ印加するべき(n+1)個の駆動電圧を発生し、前記制御手段は、前記n個の第1の指令値を受け取り、前記(n+1)個の駆動電圧を発生するよう前記駆動手段へ(n+1)個の前記第2の指令値を出力する。
【0026】
ある好ましい実施形態において、kは前記回路素子の番号を表す1からnまでの整数であって、前記制御手段は、前記n個の第1の指令値ukのうちの最大値umaxを検出する最大値検出手段と、前記n個の第1の指令値ukのうちの最小値uminを検出する最小値検出手段とを備え、少なくとも前記umaxと前記uminとを用いて、前記共通端子に印加すべき駆動電圧を発生させる前記第2の指令値αを生成し、前記第2の指令値αを前記n個の第1の指令値ukのそれぞれに加算して前記個別端子に与えるn個の第2の指令値rkを発生させる。
【0027】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、最大値umaxと最小値uminとの平均値を反転出力して前記第2の指令値αを生成する。
【0028】
ある好ましい実施形態において、前記駆動手段は、前記第2の指令値に比例した前記駆動電圧を発生する非飽和範囲と、前記第2の指令値にかかわらず一定の値の駆動電圧を発生する飽和範囲とを有する非線形関数を備え、前記制御手段は、前記n個の第1の指令値より非線形な関係を用いて前記(n+1)個の第2の指令値を算出し、kは前記回路素子の番号を表す1からnまでの整数として、前記制御手段において、前記(n+1)個の第2の指令値が前記非飽和範囲の最大値よりも大きいかまたは最小値よりも小さい場合に、前記非飽和範囲に対する前記n個の第1の指令値ukの超過量をn個の出力不足量skとして与える出力不足量算出手段を備え、前記n個の出力不足量skのうちの少なくとも1つを用いて前記共通端子に与える前記第2の指令値αを生成すると共に、前記第2の指令値αを前記n個の第1の指令値ukに加算して前記個別端子に与える前記n個の第2の指令値rkを発生する。
【0029】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段が、前記n個の出力不足量skを引数とする評価関数を用いて、前記評価関数を最小とするように第2の指令値αを決定する。
【0030】
ある好ましい実施形態において、前記評価関数は、前記出力不足量skの最大値を出力する関数である。
【0031】
ある好ましい実施形態において、前記評価関数は重み係数wkで重み付けされた関数である。
【0032】
ある好ましい実施形態において、前記第2の指令値αを求める手順が、第i番目の回路素子の第1の指令値uiと前記指令値uiと符号の異なる第j番目の回路素子の第1の指令値ujとに係わる所定の計算式を用いて複数の第2の指令値の候補αijを求め、前記複数の第2の指令値の候補αijから前記評価関数が最小となる前記第2の指令値αを選出する。
【0033】
ある好ましい実施形態において、前記指令値の候補αijを求める所定の計算式が、重み係数wkと所定の定数qと(数1)で定義される符号関数sgn(x)を用いて、(数2)のように表される。
【0034】
ある好ましい実施形態において、前記評価関数に出力不足量skのノルムを用い。
【0035】
ある好ましい実施形態において、前記第2の指令値αを求める手順が、第i番目の回路素子の第1の指令値uiと前記指令値uiと符号の異なる第j番目の回路素子の第1の指令値ujとに係わる所定の計算式を用いて複数の初期値候補αijを求め、前記初期値候補αijから評価関数が最小となる初期値α0を第1の繰り返し手順で選出した後に、前記初期値α0を出発点とし、α=0を初期の探索方向とした第2の繰り返し手順を用いて前記評価関数が最小となる前記第2の指令値αを探索する。
【0036】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、前記n個の出力不足量skのうちの最大値smaxを検出する最大値検出手段と、前記n個の出力不足量skのうちの最小値sminを検出する最小値検出手段とを備え、少なくとも前記最大値smaxと前記最小値sminとを用いて共通端子に与える前記第2の指令値αを生成する。
【0037】
ある好ましい実施形態において、前記最大値smaxと前記最小値sminとの加算反転出力が前記第2の指令値αである。
【0038】
また、本発明の他の回路素子駆動装置は、2つの端子を有するn個(nは2以上の整数)の回路素子に印加すべき電圧を発生させるためのn個の第1の指令値を受け取り、前記n個の第1の指令値に基づいて、p個(pは(n+1)以上であり、2n未満の整数)の第2の指令値を発生し、出力する制御手段と、 前記p個の第2の指令値に基づいて、p個の駆動電圧を発生し、出力する駆動手段とを備え、前記制御手段は、2つ以上の前記回路素子のそれぞれの一端子を共通に接続した共通端子に印加すべき駆動電圧に対応する前記第2の指令値を、前記第1の指令値の少なくとも1つに基づいて発生する。
【0039】
ある好ましい実施形態において、前記制御手段は、前記2つ以上の回路素子の前記共通端子でないもう一方の各個別端子に印加すべき駆動電圧に対応する前記第2の指令値を、前記第1の指令値に基づいて発生させる。
【0040】
また、本発明のディスク装置は、上記いずれかの回路素子駆動装置と、対物レンズ、トラッキングコイル、フォーカスコイルおよびチルトコイルを含むレンズ駆動装置とを含む。
【0041】
ある好ましい実施形態において、前記ディスク装置は、前記トラッキングコイル、フォーカスコイルおよびチルトコイルのそれぞれの一端に共通に接続された導電性弾性体と、前記トラッキングコイル、フォーカスコイルおよびチルトコイルの他端のそれぞれに接続された3つの導電性弾性体とを更に含む。
【0042】
また、本発明の回路素子の駆動方法は、2つの端子を有するn個(nは2以上の整数)の回路素子をn個の第1の指令値に基づいて駆動する方法であって、前記n個の第1の指令値に基づいて変動するn個の駆動電圧と、前記n個の第1の指令値の少なくとも1つに基づいて変動する1つの共通駆動電圧とを発生させ、前記n個の回路素子のそれぞれの一端に共通して前記共通駆動電圧を印加し、前記n個の回路素子のそれぞれの他端に前記n個の駆動電圧を印加する。
【0043】
ある好ましい実施形態において、前記共通駆動電圧を、前記n個の第1の指令値の最大値および最小値に基づいて発生させる。
【0044】
ある好ましい実施形態において、前記第1の指令値に基づいて前記回路素子に印加すべきそれぞれの電圧と、前記回路素子の両端に印加されるそれぞれの電位差との差が実質的に最小となるように、前記n個の駆動電圧と前記共通駆動電圧とを決定する。
【0045】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、図1および図2を参照しながら、本発明の回路素子駆動装置の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態の回路素子駆動回路を示すブロック図である。
【0046】
本実施形態の回路素子駆動装置は、スピンドルモータ1を駆動する。スピンドルモータ1は、それぞれ2端子回路素子であるコイル2、3および4を含む。各コイルの一端は共通端子5に共通に接続され、他端はそれぞれ個別端子2a、3aおよび4aに接続される。共通端子5、個別端子2a、3aおよび4aはスピンドルモータ1より引き出されている。つまり、3個のコイルに対して4つの端子が引き出されている。
【0047】
本実施形態の回路素子駆動装置は、駆動部6および制御部7を備え、第1の指令値である電圧指令値u1、u2およびu3を受け取って、共通端子5、個別端子2a、3aおよび4aへ印加される駆動電圧である電圧Vcom、V1、V2およびV3を出力する。
【0048】
電圧指令値u1、u2およびu3は、コイル2、3および4に印加すべき電圧の情報を含んでいる。制御部7は、電圧指令値u1、u2およびu3を受け取り、これらの電圧指令値に基づいて所定の演算を行い、その結果に基づいて、第2の指令値である、共通指令値α、補正指令値r1、r2およびr3を発生させる。そして、駆動部6が、共通指令値α、補正指令値r1、r2およびr3を受け取り、これらの指令値に従って、電圧Vcom、V1、V2およびV3を発生し、共通端子5、個別端子2a、3aおよび4aへ印加する。
【0049】
第2の指令値の取りうる範囲のうちの所定の範囲内では、駆動電圧は、対応する第2の指令値に比例している。例えば、第2の指令値が−1.0から+1.0の範囲の値をとり得ると仮定し、駆動電圧が比例する範囲を−0.5から+0.5の範囲であるとする。また、この駆動電圧が比例する範囲に対して、駆動電圧が駆動部6に印加される電源電圧の最小値から電源電圧の最大値までをとるよう対応させる。この場合、補正指令値r1が0のとき、電圧V1は電源電圧の半値が出力される。具体的に、電源が0Vから+5Vまでの値をとる片電源の場合、補正指令値r1が0であれば、電圧V1は2.5Vとなる。
【0050】
駆動部6は電源電圧の範囲を超えて電圧を出力できず、駆動部6が出力可能な電圧範囲は、電源の電圧範囲によって制約をうける。このため、補正指令値r1が+0.5以上の場合は、電源電圧の最大値+5Vが出力される。逆に補正指令値r1が−0.5以下の場合は、電源電圧の最小値0Vが出力される。すなわち、補正指令値r1の絶対値が0.5を超える時は出力電圧が飽和する。補正指令値r1と電圧V1の関係を具体的に説明したが、他の第2の指令値と駆動電圧との関係も同様である。
【0051】
以後の説明において、kは回路素子の番号を示す1から3までの整数とし、それぞれの指令値に記号kをつけて表す。例えば、第1の指令値である電圧指令値はukと表し、3つの指令値u1、u2およびu3を示す。同様に第2の指令値および駆動電圧を指令値rkおよび電圧Vkと表す。
【0052】
以下に、制御部7の構成を説明する。図1に示すように、制御部7は、最大値検出部8、最小値検出部9、反転平均部10および加算部11、12、13を含んでいる。最大値検出部8は、電圧指令値ukのうちの最大値umaxを検出する。最小値検出部9は、電圧指令値ukのうちの最小値uminを検出する。検出した最大値umaxと最小値uminは、反転平均部10に入力される。反転平均部10は、最大値umaxと最小値uminとの平均値を求め、その平均値の符号を反転した値を共通指令値αとして出力をする。即ち、(数3)によって算出される共通指令値αを出力する。
【0053】
【数3】
【0054】
加算部11、加算部12および加算部13は、それぞれ、電圧指令値u1、u2およびu3を受け取り、共通指令値αと加算して、補正指令値r1、r2およびr3を出力する。即ち、加算部11、加算部12および加算部13は、(数4)によって算出される補正指令値rkを出力する。
【0055】
【数4】
【0056】
従来の回路素子駆動装置では、共通端子に電源電圧の中点の値に固定された電圧を印加していた。つまり、従来技術では、共通端子に印加される電圧は変化しない。これに対して、本発明の回路素子駆動装置では、共通端子5に変動する電圧を印加して、積極的に共通端子を駆動しており、共通端子5の制御方法にひとつの特徴がある。以上のように構成される回路素子駆動装置の動作を更に具体的に説明する。以下の例では、スピンドルモータ1のそれぞれのコイルを正弦波で駆動する場合を考える。
【0057】
図2は、回路素子駆動装置の制御部7が受け取る第1の指令値および出力する第2の指令値を示している。図2において、横軸は時間の経過を示し、モータ駆動の1周期が1となるよう正規化されている。縦軸は電圧指令値uk、補正指令値rkおよび共通指令値αの大きさを示し、同様に正規化されている。電圧指令値u1は最大振幅0.58の正弦波である。電圧指令値u2は電圧指令値u1に対して時間が1/3だけ後れた正弦波である。電圧指令値u3は電圧指令値u2に対して時間が1/3だけ後れた正弦波である。
【0058】
図1に示すように、最大値計算部8、最小値計算部9は、電圧指令値u1、u2およびu3を受け取り、最大値umaxおよび最小値uminを反転平均部10へ出力する。反転平均部10は(数3)で求められる共通指令値αを出力する。図2に示すように、共通指令値αは、電圧指令値ukの1/3の周期を持ち、最大振幅が0.14の三角波となる。
【0059】
加算部11、12および13は共通指令値αと電圧指令値ukとを加算し、(数4)で求められる補正指令値rkを出力する。図2に示すように、補正指令値rkは正弦波の山部が変形した略台形波になる。補正指令値r1、r2およびr3は互いに時間1/3だけずれており、振幅は±0.5以内である。
【0060】
このように発生した共通指令値αならびに補正指令値r1、r2およびr3は、図1に示す駆動部6へ入力され、これらの指令値に比例した駆動電圧である電圧Vcom、V1、V2およびV3が発生する。例えば、図2に示される指令値の5倍の値が電圧Vcom、V1、V2およびV3として駆動部6から出力される。
【0061】
共通指令値αは、−0.14から+0.14の範囲の値をとるため、電圧Vcomは、−0.7Vから+0.7Vの範囲の値をとる。また、補正指令値r1、r2およびr3は−0.5Vから+0.5Vの値をとるため、電圧V1、V2およびV3は、−2.5Vから+2.5Vの範囲の値をとる。これらの値はいずれも電源電圧の中点の値以下である。
【0062】
図1に示すように、コイル2、3および4に印加される電圧は、それぞれ共通端子5と個別端子2aとの電位差、共通端子5と個別端子3aとの電位差および共通端子5と個別端子4aとの電位差となる。コイル2、3および4に印加される電圧が最大となるのは、図2に示すように、共通指令値αが−0.14となり、補正指令値r1が0.44となるときである。このとき、電圧VcomおよびV1は、−0.7Vおよび2.2Vとなり、コイル2には2.9Vの電圧が印加される。このため、時間の経過に伴って、コイル2には振幅2.9Vの正弦波が印加される。すなわち、コイル2に印加される最大電圧および最小電圧は、それぞれ+2.9Vおよび−2.9Vである。コイル3および4の両端にも同様に−2.9Vから+2.9Vの電圧が印加される。
【0063】
共通端子5を電源電圧の中点に固定する従来の駆動では、従来技術として説明したように、最大電圧は2.5Vを印加するのが限界であったが、本発実施形態によれば、2.9Vの電圧を印加することが可能となり、印加できる電圧を16%も増大させることができる。これは、図2に示すように、共通指令値αが一定の値をとるのではなく、変動しているからである。つまり、共通指令値αに基づく電圧Vcomが変動する値であり、共通端子5には変動する電圧Vcomが印加されるからである。個別端子2a、3aおよび4aに印加される電圧が、電源電圧の中点の値以上をとることができなくても、共通端子5に個別端子2aとは逆の符号の電圧を印加することによって、回路素子であるコイル2、3、および4には、電源電圧の中点の値以上の電圧を印加することが可能となるのである。
【0064】
つまり、コイル2、3、および4は、電圧指令値ukに基づいて変動する電圧V1、V2およびV3と、電圧指令値ukに基づいて変動する電圧Vcomを発生させ、電圧Vcomをコイル2、3、および4の一端に共通に接続された共通端子5に印加し、電圧V1、V2およびV3をコイル2、3、および4のそれぞれの他端である個別端子2a、3aおよび4aに印加することによって駆動している。このように各コイルの一端を共通端子5に共通に接続することによって3つのコイルと接続すべき端子や配線の数を少なくすることができる。また、上述したように、共通端子5へ印加する電圧も変動させて、コイル2、3、および4を駆動するので、各コイルに印加する電圧の最大値が小さくなってしまうことを防止できる。
【0065】
本実施形態において、電圧指令値u1、u2およびu3の位相は、1/3周期ずつずれていたが、電圧指令値u1、u2およびu3の位相が同相である場合、各コイルに印加できる最大電圧を5Vにすることもできる。
【0066】
また、スピンドルモータのコイルを駆動する場合のように、回路素子を駆動する指令値の波形が周期的である場合、共通指令値αの波形も周期的になる。また、共通指令値αは電圧指令値ukの振幅に比例する。従って、1周期分の共通指令値αをメモリに記録しておき、電圧指令値ukに応じてメモリから値を呼び出せば、計算の必要が無くなる。演算に必要とする時間と消費電力とを低減できる。
【0067】
なお、本実施形態において、駆動部6および制御部7、ならびに、これらに含まれる最大値検出部8等の各部分は、上述の説明から明らかなように、電子部品を用いた公知の電子回路により構成してもよい。マイクロコンピュータやDSPを用い、ソフトウエアによる信号処理することによって上述するような機能を実現してもよい。
【0068】
(第2の実施形態)
本発明の回路素子駆動装置の第2の実施形態を以下に説明する。本実施形態では、レンズ駆動装置と、レンズ駆動装置を制御する回路素子駆動装置とを有するディスク装置を説明する。図3はレンズ駆動装置のレンズ駆動部20を示している。レンズ駆動部20は、レンズ19と、トラッキングコイル21と、フォーカスコイル22と、チルトコイル23とを備える。レンズ19はレンズホルダ16に保持されており、トラッキングコイル21、フォーカスコイル22およびチルトコイル23がレンズホルダ16に固定されている。トラッキングコイル21は、実際には直列に接続された4つのコイルを含み、フォーカスコイル22は直列に接続された2つのコイルを含んでいる。
【0069】
これら3種類のコイルのそれぞれ一端は導電性弾性体17aに共通に接続されている。トラッキングコイル21、フォーカスコイル22、およびチルトコイル23の他端は、導電性弾性体17b、17cおよび17dにそれぞれ接続されている。導電性弾性体17a、17b、17cおよび17dはこれらのコイルへ電力を供給するとともに、レンズ駆動部20を弾性的に支持している。本実施形態では、線状の導電性弾性体を用いているが、導電性を有する板バネや、その他の形状を有するバネ、または、バネ以外の導電性弾性体を用いてもよい。
【0070】
レンズ駆動部20は、磁気回路18の空間18Bに挿入されて保持される。導電性弾性体17b、17cおよび17dを介して3種類のコイルに電流が流れると、3種類のコイルに発生した磁力と磁気回路18に設けられた磁石との反発あるいは吸引によってレンズ駆動部20が所定の方向に移動する。具体的には、トラッキングコイル21に電流を流した場合には、矢印19Aの方向にレンズ駆動部20は移動する。また、フォーカスコイル22およびチルトコイル23に電流を流した場合には、それぞれ矢印19Bおよび19Cの方向へレンズ駆動部20が移動する。このようなレンズ駆動装置は例えば特開平7−65397号公報に開示されている。
【0071】
図4は、図3に示すレンズ駆動部20を駆動する回路素子駆動装置を示している。図4において、レンズ駆動部20のトラッキングコイル21、フォーカスコイル22およびチルトコイル23に共通に接続されている導電バネ17aには、共通端子24に接続され、導電バネ17b、17cおよび17dは個別端子21a、22aおよび23aに接続されている。
【0072】
本実施形態の回路素子駆動装置は、駆動部6および制御部としての線形行列演算部25を備え、第1の指令値である電圧指令値u1、u2およびu3を受け取って、共通端子24、個別端子21a、22aおよび23aへ印加される駆動電圧である電圧Vcom、V1、V2およびV3を出力する。
【0073】
電圧指令値u1、u2およびu3は、トラッキングコイル21、フォーカスコイル22、およびチルトコイル23に印加すべき電圧の情報を含んでいる。第1の実施形態と同様、線形行列演算部25は、電圧指令値u1、u2およびu3を受け取り、これらの電圧指令値に基づいて所定の演算を行い、その結果に基づいて、第2の指令値である、共通指令値α、補正指令値r1、r2およびr3を発生させる。そして、駆動部6が、共通指令値α、補正指令値r1、r2およびr3を受け取り、これらの指令値に従って、電圧Vcom、V1、V2およびV3を発生し、共通端子24、個別端子21a、22aおよび23aへ印加する。
【0074】
駆動部6が出力可能な電圧の範囲は、電源の電圧の範囲によって制約をうけ、共通指令値αや補正指令値r1、r2およびr3の絶対値が0.5を超える場合には出力電圧が飽和する。出力電圧が飽和しない場合、各コイル21、22および23に印加される電圧は、次の式(数5)で定まる。
【0075】
【数5】
【0076】
ここで、Eは電源の電圧によって定まる定数である。電源が0Vから+5Vまでとり得る片側電源の場合、E=5Vである。また、電源が−5Vから+5Vまでとりえる両側電源であれば、E=10Vである。(数5)の左辺は、3つのコイルの両端に印加される電圧である。(数5)の行列は3つのコイルと駆動部6との配線によって定まる。配線は3つのコイルへの電圧印加を独立に制御可能なように配線される。配線によって定まる行列を(数6)のように行列Aで表す。
【0077】
【数6】
【0078】
続いて線形行列演算部25の構成を説明する。線形行列演算部25は、電圧指令値u1、u2、u3に基づいて、共通指令値α、補正指令値r1、r2、r3を出力する。詳しくは、(数7)で表されるように、線形行列演算部25は3つの入力信号に大きさ4×3の行列Bをかけて4つの出力信号を生成する。
【0079】
【数7】
【0080】
(数7)による演算は、図4に示すように、乗算部28a〜28lおよび加算部29a〜29dによって実現される。例えば、共通指令値αは、乗算部28a、28eおよび28iに電圧指令値u1、u2およびu3を入力し、重みb11、b12、b13をそれぞれ掛け合わせて、得られた値を加算部29aで足し合わせることによって得られる。
【0081】
次に行列Bの12個のパラメータ(b11〜b13、b21〜b23、b31〜b33、b41〜b43)の決定方法を説明する。図5は、上述の線形行列演算部25のパラメータを決定するパラメータ決定部の構成を示すブロック図である。図5において、線形行列演算部25の構成は図4と同一である。パラメータ決定部は、重み算出部26と一般化逆行列計算部27とを含む。重み算出部26は、電圧指令値u1、u2およびu3を受け取り、過去の電圧指令値に基づいて電圧指令値の重要度を計算する。過去の電圧指令値が大きな振幅をもっていれば、その電圧指令値はシステムにおいて重要な信号と考えられる。電圧指令値の重要度を決定する尺度として、本実施形態では時間に関するノルム値を採用する。例えば(数8)で与えられるような、電圧指令値の∞ノルムを信号の重要度の測度とする。∞ノルムは信号の振幅の最大値に相当する。
【0082】
【数8】
【0083】
但し、k=1、2、3である。重み算出部26は、(数8)によって求めた重みwkを一般化逆行列計算部27へ出力する。一般化逆行列計算部27は、重みwkをパラメータに持つ重み行列Rを用いて、線形行列演算部25の行列Bを以下のように計算する。まず、重み行列Rを(数9)で定義する。
【0084】
【数9】
【0085】
次に、重み行列Rを用いて(数10)による演算を行い、行列Bを計算する。
【0086】
【数10】
【0087】
ここで、行列Aの右肩のTは転置を表す。以上のように一般化逆行列計算部27が生成する行列Bを線形行列演算部25において使用する。線形行列演算部25で用いられる行列Bの値は適宜更新される。
【0088】
上記(数10)によって与えられる行列Bは、駆動部6へ入力する指令値のノルムを最小にする。即ち、(数11)で与えられる評価関数Jを最小にする。
【0089】
【数11】
【0090】
共通指令値αの重みは、標準値を設計者が適宜決定する。上記評価関数(数11)の変数Jが小さければ、駆動部6へ出力される指令値が小さくなり、出力飽和が可能な限り小さくなる。
【0091】
つまり、上記評価関数(数11)は、駆動部6が出力する電圧の大きさを決定するための評価関数であり、上記評価関数(数11)が最小となるとき、電圧指令値ukに従って発生すべき電圧と、駆動部6が出力する駆動電圧との差も実質的に最小となる。
【0092】
以上のように構成される回路素子駆動装置の動作を説明する。動作例として、トラッキングコイル21へ電流を重点的に流し、フォーカスコイル22とチルトコイル23への流す電流を少なくするよう、レンズ駆動部20を駆動する場合を考える。このような制御は、面ぶれは小さいが、偏芯が大きいディスクを用いて情報の記録および/または再生を安定して行う場合に適している。なぜならば、フォーカスコイル22への流す電流は少なくてすむが、トラッキングコイル21へ流す電流を多く必要とするからである。
【0093】
具体的には、電圧指令値ukが(数12)である場合を考える。
【0094】
【数12】
【0095】
この場合、(数12)の振幅の最大値から、重み係数を(数13)の値のように定める。
【0096】
【数13】
【0097】
上記値を用いて(数10)を計算すると、一般化逆行列計算部27の出力である行列Bは(数14)となる。
【0098】
【数14】
【0099】
続いて、(数12)の電圧指令値ukが与えられた場合における回路素子駆動装置の動作を説明する。図6(a)は本実施形態の回路素子駆動装置に入力される電圧指令値の波形を示している。また、図6(b)は、電圧指令値ukに基づいて線形行列部25が演算を行い、演算結果に基づいて出力する共通指令値αおよび補正指令値rkの波形を示している。共通演算指令値αおよび補正指令値rkに基づいて駆動部6は、電圧Vcomおよび電圧Vkを出力する。図6(c)はコイル21、22、23に印加される電位差Vk−Vcomの波形を示している。これらの図において、横軸は時間を示し、縦軸は、電圧を示している。
【0100】
図6(a)に示すように、電圧指令値u1は振幅0.8の正弦波であり、最大値の絶対値は0.5を超える。しかし、図6(b)に示すように、補正指令値rkおよび共通指令値αの絶対値は常に0.5を超えることはなく、±0.5の範囲に収まっている。つまり、駆動部6において、出力が飽和することがない。
これは、出力飽和を生じにくくするために、(数14)で与えられる評価関数の変数Jが最小となるよう、行列Bを決定しているからである。
【0101】
各補正指令値rkの最大値の絶対値が0.5を超えないようにしながら、コイル21、22、23に印加しうる最大電圧を低下させないために、コイル21、22、23に共通に接続される共通端子24へ印加する電圧Vcomを変化させている。図6(b)に示すように、電圧Vcomを発生させるための共通指令値αは、おおよそ補正指令値r1の波形と極性が反転している波形を示す。このため、コイル21の両端に印加される実際の電位差は、図6(c)に示すように、±4Vとなる。
【0102】
電圧指令値u2およびu3について検討してみると、図6(a)および(b)から分かるように、補正指令値r2およびr3は、電圧指令値u2およびu3と位相が異なっており、また、補正指令値r2およびr3の最大値の絶対値が、電圧指令値u2およびu3よりも大きくなっている。しかし、図6(c)に示すように、コイル22およびコイル23の両端に印加される電圧V2−VcomおよびV3−Vcomは、電圧指令値u2およびu3と同じ位相であり、また、電圧指令値u2およびu3にほぼ比例した値になっている。
【0103】
このように、共通端子を電源電圧の中点に固定する従来の駆動方法では、最大振幅を2.5V以上にすることができないが、本実施形態によれば、4Vの電圧を印加することが可能となる。
【0104】
上記実施形態では、過去の電圧指令値に基づいて電圧指令値の重要度を計算し、行列Bの値を変化させていた。このような行列を使う場合、入力される電圧指令値と、コイル21、22、および23の両端に印加される電圧の電位差との適合性は高くなる。また、重みwkとして∞ノルムを用いたが、ユークリッドノルム(信号の自乗平均)などの他のノルムを用いても同様に効果がある。また、電圧指令値の重要度を過去の電圧指令値の大きさに限って説明したが、設計者の意図する重み係数を用いてもよい。
【0105】
行列Bとして定数を用いることもできる。例えば、重み行列Rが単位行列である場合、行列Bは(数15)のように対称性の良い形式となる。
【0106】
【数15】
【0107】
行列Bの対称性が良い場合、演算の線形性を利用して、制御部である線形行列演算部の構成を簡略にできる。図7は本実施形態の変形例を示すブロック図である。線形行列演算部25は、加算部29e〜29hと乗算部28mを備えている。図7に示すように、加算部29eは、電圧指令値u1、u2、u3を加え、合計した値を乗算部28mへ出力する。乗算部28mは、この値に−1/4を乗じ、共通指令値αとして出力する。
【0108】
加算部29f、29gおよび29hでは、共通指令値αと電圧指令値u1、u2、u3とをそれぞれ加え、補正指令値r1、r2、r3として出力する。この線形行列演算部25によれば、対称性を利用して乗算部を減らすことが出来るため、演算速度を向上させ、消費電力を低減することができる。
【0109】
なお、本実施形態において、駆動部6、線形行列演算部25、重み算出部26および一般化逆行列計算部27などは、上述の説明から明らかなように、電子部品を用いた公知のアナログ回路により構成することができる。また、これらを、マイクロコンピュータやDSPを用い、ソフトウエアによって信号を処理し、上述するような機能を実現してもよい。
【0110】
(第3の実施形態)
本実施形態の回路素子駆動装置も、第2の実施形態と同様、光ディスクドライブ装置などのレンズ駆動装置を駆動する。回路素子駆動装置は、PWM制御を行う。
【0111】
図8は、本実施形態の回路素子駆動装置を示すブロック図である。第2の実施形態と同様、レンズ駆動部20は、トラッキングコイル21と、フォーカスコイル22と、チルトコイル23とを備えている。第2の実施形態で詳しく説明したように、3つのコイルの一端は、共通に1つの導電性弾性体に接続されており、それぞれのコイルの他端は、それぞれ導電性弾性体に接続されている。共通に接続された導電性弾性体および、トラッキングコイル21、フォーカスコイル22、およびチルトコイル23へ接続された導電性弾性体が、それぞれ共通端子24、個別端子21a、22a、および23aへ接続される。
【0112】
本実施形態の回路素子駆動装置は、制御部36と、駆動部34とを備えている。
【0113】
制御部36は、第1および第2の実施形態と同様に、トラッキングコイル21、フォーカスコイル22、およびチルトコイル23への指令である電流指令値u1、u2、u3を受け取って、共通指令値αおよび補正指令値r1、r2、r3を出力する。制御部36の具体的な回路構成は、後で詳述する。
【0114】
共通指令値αおよび補正指令値r1、r2、r3を受け取る駆動部34は、デューティ可変部35とスイッチング駆動部30とを含んでいる。駆動部34のデューティ可変部35は、これらの共通指令値αおよび補正指令値r1、r2、r3を受け取り、スイッチング信号Yc、Y1、Y2、Y3を生成する。
【0115】
デューティ可変部35は、三角波あるいはのこぎり波を出力する基準信号発生器37と、コンパレータ38、39、40、41とを備える。コンパレータ38、39、40、41は、基準信号発生器37が出力する基準信号rtと、共通指令値αおよび補正指令値r1、r2、r3とをそれぞれ比較し、その結果をスイッチング信号Yc、Y1、Y2、Y3としてそれぞれ出力する。つまり、共通指令値αおよび補正指令値r1、r2、r3に基づくデューティ比を備えたスイッチング信号Yc、Y1、Y2、Y3を発生させる。
【0116】
スイッチング駆動部30は、スイッチング信号Yc、Y1、Y2、Y3を受け取り、スイッチング信号Yc、Y1、Y2、Y3に対応した電圧波形Vcom、V1、V2、V3を独立に出力する。このために、スイッチング駆動部30は、独立した4つの回路を備えている。
【0117】
各回路は2つのトランジスタ、2つのダイオードおよび1つの信号反転素子を含む。例えば、スイッチング信号Ycをうけとり、電圧Vcomを共通端子24へ出力する回路では、スイッチング信号YcがトランジスタQ1と反転素子31とに入力され、反転素子31の出力はさらにトランジスタQ2へ入力される。トランジスタQ1のコレクタは電源電圧の最大値であるVDDに接続され、トランジスタQ2のエミッタは電源電圧の最小値であるGNDに接続される。トランジスタQ1のエミッタとトランジスタQ2のコレクタは互いに接続され電圧Vcomとして出力される。ダイオードD1とダイオードD2とは、それぞれトランジスタQ1とトランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間に接続され、トランジスタを過電圧から保護する素子として用いられる。
【0118】
スイッチング信号Y1、Y2、Y3を受け取り電圧V1、V2、V3を出力する回路においても、信号反転素子32、33、34、トランジスタQ3およびQ4、Q5およびQ6、Q7およびQ8、ならびにダイオードD3およびD4、D5およびD6、D7およびD8がそれぞれ上述のように接続されている。
【0119】
次に、制御部36の構成を説明する。図7に示すように、制御部36は、共通指令値計算部42と加算部43、44、45とを含む。制御部36に入力される電流指令値u1は、共通指令値計算部42へ入力される。共通指令値計算部42は、電流指令値u1に基づいて共通指令値αを出力する。共通指令値αはそのままデューティ可変部35のコンパレータ38へ出力される。一方、加算部43は電流指令値u1と共通指令値αとを加算して、補正指令値r1を出力する。同様に、加算部44は電流指令値u2と共通指令値αとを加算して、補正指令値r2を出力する。さらに、加算部45は電流指令値u3と共通指令値αとを加算して、補正指令値r3を出力する。
【0120】
本実施形態において、電流指令値の一つu1のみを共通指令値計算部42へ入力しているのは、トラッキングコイル21をフォーカスコイル22やチルトコイル23に比べて重点的に駆動する場合を想定しているからである。例えば、ディスクの偏芯が多く、トラッキング制御により多くの駆動力が必要となる場合である。詳細については、動作説明で述べる。
【0121】
共通指令値計算部42の一例として、例えば、図9に示す回路を本実施形態においては用いる。図9に示すように、共通指令値計算部42は、オペアンプ46、47、48を含む。
【0122】
オペアンプ46は抵抗R1および抵抗R2と協同して反転増幅回路を形成する。直列に接続したツェナダイオードZD1とツェナダイオードZD2が抵抗R2に対して並列に接続される。入力される電流指令値u1の大きさに応じて、オペアンプ46は中間計算値βを出力する。オペアンプ47は反転加算回路である。抵抗R4を通じて入力される電流指令値u1と抵抗R3を通じて入力される信号βとの和を、抵抗R3および抵抗R4と抵抗R5との比で定まるゲインで共通指令値αとして出力する。
【0123】
以上の構成において、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3、抵抗R4、抵抗R5はいずれもおおよそ同じ抵抗値を有している。オペアンプ48はバッファであり、電流指令値u1と中間計算値βとを加算した値である出力不足量s1を出力する。出力不足量s1は共通指令値αが零となる場合において、トラッキングコイル21の出力がどれくらい不足しているかを計算した値である。出力不足量s1については後述する。なお、共通指令値αは出力不足量s1を反転した値にな
っている。
【0124】
以上のように構成された回路素子駆動装置の動作を説明する。図10は制御部36の共通指令値計算部42における、電流指令値u1と中間計算値βとの関係を示している。図10において、横軸および縦軸は、電流指令値u1および中間計算値βをそれぞれ示しており、これらの値は正規化されている。
【0125】
オペアンプ46は、抵抗R1と抵抗R2との比の値で入力u1を反転増幅する。しかし、抵抗R2に対して並列に接続されたツェナダイオードZD1およびZD2によって、電圧のフィードバックが制限されるため、適当な電圧で出力が制限される。本実施形態においては、絶対値0.5で出力を制限するよう、適当なツェナダイオードZD1およびZD2が選ばれている。
【0126】
電流指令値u1の絶対値が0.5以下である場合には、電流指令値u1を反転し、中間計算値βとして反転した値を出力する。一方、電流指令値u1の絶対値が0.5より大きいである場合には、電流指令値u1の符号を反転し、絶対値が0.5の信号を中間計算値βとして出力する。
【0127】
絶対値0.5で飽和する中間計算値βを作り出す目的は、駆動部34(デューティ可変部35およびスイッチング駆動部30)の電圧飽和モデルを制御部36内部に設けて、出力飽和に関する情報を得るためである。電流指令値u1をそのまま駆動部へ出力する場合、電流指令値u1の絶対値が0.5以下であれば、駆動部34において、出力飽和は発生しない。しかし、絶対値が0.5を超える場合、駆動部34の出力は飽和し、出力不足の状態となる。本実施形態では、出力不足量s1を中間計算値βと電流指令値u1との加算値として求める。
【0128】
図11は、電流指令値u1と出力不足量s1との関係を示している。図11において横軸は電流指令値u1を示し、縦軸は出力不足量s1を示している。これらの値はいずれも正規化された電圧を示す。図から明らかなように、電流指令値u1が−0.5から0.5の範囲にあるとき出力不足量s1はゼロであり、これ以外の範囲では、出力不足量s1は、電流指令値u1に比例して増加する。
【0129】
このようにして求めた出力不足量s1を用いて共通指令値αを生成し、共通端子24の電圧を制御することによって、トラッキングコイル21の駆動電圧の不足を解消する。出力不足量s1だけ共通端子24の出力Vcomを調整すれば良いので、共通指令値αを出力不足量の反転値とする。具体的には、オペアンプ47の出力を共通指令値αとして用いる。図12は、図8における電流指令値u1との共通指令値αとの関係を示している。図12において横軸は電流指令値u1を示し、縦軸は共通指令値αを示している。これらの値はいずれも正規化された電圧を示す。
【0130】
トラッキングコイル21の出力不足量s1を補正するときに、共通端子24を用いて補正しているため、共通端子24に印加される電圧は、他のフォーカスコイル22、チルトコイル23の駆動にも影響を与える。この影響を補正するために、共通指令値計算部42から出力される共通指令値αは、加算部44および加算部45へ入力される。加算部44および加算部45は、電流指令値u2、u3をそれぞれ受け取って、これらの指令値と共通指令値αとの和を補正指令値r2、補正指令値r3としてそれぞれ出力する。共通指令値αは出力不足量s1の反転値であるので、この加算によって、出力不足量s1に対応する電圧を補正指令値r1、補正指令値r2、補正指令値r3から減じことができ、共通端子24に印加される共通指令値αをキャンセルする。
【0131】
なお、共通指令値αは、加算部43へも入力され、加算部43において、電流指令値u1は共通指令値αと足しあわされる。電流指令値u1が0.5を超えるときには、共通指令値αが出力不足量s1の反転値を持つこととなるため、この演算によって、電流指令値u1が0.5を超える場合、補正指令値r1は0.5を出力し続ける。
【0132】
続いて、トラッキングコイル21の両端に印加される電圧を説明する。図13(a)は、電流指令値u1、基準信号rtおよび共通指令値αの時間変化を示す。図13(a)において、横軸は時間であり、縦軸は正規化された電圧を示している。基準信号rtは、デューティ可変部35の基準信号発生器37において発生し、1周期の間に一定速度で−0.5Vから+0.5Vまで変化する、のこぎり波である。のこぎり波の振幅が0.5であるため、補正指令値rkの絶対値が0.5を超えると、基準信号rtとの比較より、絶対値0.5を超えた分が無視される。すなわち、0.5を超える大きな補正指令値rkを指定しても、補正指令値は0.5であるとみなされ、スイッチング指令を変化させず、コイルの駆動に影響を与えない。
【0133】
図13(a)において、横軸の時間は基準信号rtの周期を区切として、区間T1、区間T2、区間T3に分けられる。時間が、区間T1、区間T2、区間T3と順に変化すると、電流指令値u1は−0.2、+0.2、+0.8と変化している。区間T1および区間T2では、電流指令値u1が±0.5以内であるため、共通指令値αはゼロである。一方、区間T3では、電流指令値u1が+0.8であるため、定数+0.5を0.3だけ超える。従って図12の入出力関係より、αは−0.3となる。
【0134】
デューティ可変部35において、基準信号rtと共通指令値αおよび補正指令値r1とがコンパレータ38および39において比較され、比較結果に基づいて、スイッチング信号YcおよびY1が出力される。
【0135】
図13(b)および(c)は、スイッチング信号YcおよびY1に基づいて駆動部30が出力する電圧VcomおよびV1の波形をそれぞれ示している。いずれの図も横軸は時間であり、縦軸は電圧を示す。
【0136】
まず、図13(a)および(b)を参照しながら、電圧Vcomを説明する。区間T1の前半ではrt<αであるので、スイッチング信号Ycはハイレベルとなる。スイッチング信号Ycがハイレベルのとき、トランジスタQ1はオン状態となり、トランジスタQ2はオフ状態となる。このとき、共通端子24の電圧Vcomは電源電圧の最大値VDDレベルとなる。反対に区間T1の後半ではrt>αであるので、スイッチング信号Ycはローレベルとなる。スイッチング信号Ycがローレベルのとき、トランジスタQ1はオフ状態となり、トランジスタQ2はオン状態となる。したがって、共通端子24の電圧Vcomは、電源電圧の最小値GNDレベルとなる。区間T2においても同じ動作をする。この結果、区間T1の中間点および区間T2の中間点でVcomの電圧がVDDからGNDへ切り替わる。電圧Vcomはデューティ指令値αと基準信号rtとの大小関係が入れ替わる時点で切り替わる。区間T3でも同様にVDDからGNDへ電圧Vcomが切り替わるが、αが−0.3であるので、切り替わり点は区間T3においてより早くなる。
【0137】
次に、図13(a)および(c)を参照しながら、電圧V1を説明する。電圧Vcomと同様に、区間T1では電流指令値u1が−0.2であるので、区間T1の前半で電圧V1がVDDからGNDへ切り替わる。区間T2では電流指令値u1が+0.2であるので、区間T2の後半で電圧V1がVDDからGNDへ切り替わる。区間T3では電流指令値u1は+0.8であるので、電流指令値u1と共通指令値αの和である補正指令値r1は、0.5(+0.8+(−0.3))となる。このとき、電圧V1の切替えは発生しないため、区間T3の間、電圧V1はVDDとなる。
【0138】
図13(d)は、電圧V1と電圧Vcomとの差を示しており、トラッキングコイル21の両端にかかる電圧(V1−Vcom)の波形である。区間T1において、電圧(−VDD)がトラッキングコイル21の両端に印加される。区間T2では、電圧(+VDD)がトラッキングコイル21の両端に印加される。これらの区間T1およびT2において、電圧が印加される時間は、区間幅の20%である。
また、区間T3では、共通指令値α(−0.3)による補正分だけ印加電圧時間が延長されため、電圧(+VDD)が区間幅の80%の時間において印加される。電流指令値u1が上述の値以外をとる場合でも同様に動作するのは明らかであり、トラッキングコイル21の両端にかかっている時間は、電流指令値u1に比例する。したがって、基準信号rtの周期が十分速ければ、電流指令値u1に比例した電流がトラッキングコイル21に流れる。
【0139】
続いて、フォーカスコイル22の駆動を説明する。図14(a)は、電流指令値u2、基準信号rtおよび補正指令値r2の時間変化を示す。図14(a)において、横軸は時間であり、縦軸は正規化された電圧を示している。図14(a)に示す基準信号rtおよび共通指令値αは、図13(a)に示す基準信号rtおよび共通指令値αと同一である。区間T1から区間T3において、電流指令値u2は、一定な+0.1であるとする。この時、補正指令値r2は共通指令値αがゼロであるため、電流指令値u2に等しい。一方、区間T3では、α=−0.3であるので、補正指令値r2は−0.2(+0.1+(−0.3))となる。そして、デューティ可変部35において、基準信号rtと補正指令値r2とがコンパレータ40において比較され、比較結果に基づいて、スイッチング信号Y2が出力される。
【0140】
図14(b)および(c)は電圧Vcomおよび電圧V2の波形を示しており、図14(d)はフォーカスコイル22の両端に印加される電圧(V2−Vcom)の波形を示している。いずれの図も横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。
【0141】
図13(a)、(b)、(c)を参照して説明したように、区間T1およびT2では、電流指令値u2と共通指令値αに基づいて、電圧V2および電圧Vcomが発生させられるため、フォーカスコイル22の両端には、電圧(+VDD)が区間幅の10%の時間において印加される。区間T3においては、電流指令値u2が区間T1およびT2と同じ+0.1であるのもかかわらず、共通指令値αが−0.3であるため、補正指令値r2は−0.2となる。つまり、共通指令値αによって変化してしまう電圧Vcomの変化量を補うために、補正指令値r2を調整する。このため、フォーカスコイル22の両端に印加される電圧(V2−Vcom)としては、区間T1およびT2と同じ値になる。
【0142】
ただし、区間T3において、共通指令値が−0.3であるので、電流指令値u2によって出力可能な電流に制限がある。具体的には、フォーカスコイル22へ電圧(+VDD)を印加できる最大時間は区間幅の20%までとなる。また、電圧(−VDD)を印加できる最大時間は区間幅の80%までとなる。チルトコイル23もフォーカスコイル22と同じように駆動される。
【0143】
上記説明から明らかなように、共通端子24に印加する電圧Vcomは電源電圧の中点VDD/2に固定されるのが一般的であった。本実施形態は、VDDとGNDとを交互にスイッチングして、電圧Vcomに印加する点で従来技術とは大きく異なっている。電圧Vcomを交互にスイッチングすることで、1つの回路素子に印加できる瞬時の最大電圧を±VDDにできるという利点がある。また、電圧Vcomのスイッチングのデューティを50%に固定せず、電流指令値u1から求めた出力不足量s1を用いて共通指令値αを補正することによって、トラッキングコイル21に電圧を印加する時間割合を50%以上に増すことができる。
【0144】
本実施形態によれば、トラッキングコイル21へ重点的に電流を流し、フォーカスコイル22およびチルトコイル23へ流す電流には部分的に制限を加えている。このため、フォーカスコイル22への電流は少なくてよいが、トラッキングコイル21多く電流を流すことが必要な、面ぶれが少なく、偏芯の多いディスクを利用する場合に本実施形態は適している。
【0145】
なお、面ぶれが多く、偏芯の少ないディスクを利用して情報の記録/再生を行う場合には、フォーカスコイル22への電流を増し、トラッキングコイル21への電流を少なくすれば良い。このためには、上記実施形態において、トラッキングコイル21の制御方法とフォーカスコイル22の制御方法とを入れ替えることによって、安定して情報の記録/再生を行うことができる。
【0146】
以下に、本実施形態の変形例を説明する。図15は、本実施形態の制御部36の変形例である制御部56を示すブロック図である。制御部56は、図8に示す制御部36と共通指令値計算部52の構成が異なっている。加算部43、加算部44、加算部45は図8の制御部36に用いられるものと同じである。
【0147】
図15に示すように、共通指令値計算部52は、出力不足量算出部50を3つ備えており、それぞれ、電流指令値ukを入力し出力不足量skを出力する。ここで、kはk=1、2、3の整数である。出力された出力不足量skは、最大値検出部8および最小値検出部9に入力される。最大値検出部8および最小値検出部9はそれぞれ、出力不足量の最大値Smaxと出力不足量の最小値Smin(負の出力で不足する最大量)を出力する。最大値Smaxと最小値Sminは反転加算部49で加算され、符号を反転して出力される。
【0148】
共通指令値計算部42の動作は、図8に示される共通指令値計算部42と同様の働きをするが、出力不足量をトラッキングコイル21についてのみ考えるのではなく、全てのコイルについて求め、出力不足量skの最大値および最小値を最大値検出部8および最小値検出部9で検出する点が図8に示される共通指令値計算部42とは異なる。
【0149】
なお、本実施形態では、3個のコイルを駆動する場合について述べたが、コイルは4個あるいはそれ以上を駆動させる場合にも好適に本発明を適用できる。n個のコイルを駆動するためには(n+1)個の駆動回路を準備すれば良い。またコイル1つあたりの回路を簡単にすることができるため、本発明の実施は容易である。
【0150】
また、以上の実施形態は、駆動部34および制御部36を公知のアナログ回路を用いた演算処理によって実現しているが、マイコンあるいはDSP(Digital Signal Processor)を用い、ソフトウエアによるタイマー処理によって入出力ポートのビットを周期的に反転させた信号を、スイッチング駆動部30へ出力することによっても実現することができる。この場合、n個のコイルあるいは回路素子を駆動するのに必要なビット数は(n+1)である。
【0151】
(第4の実施形態)
本発明の回路素子駆動装置の第4の実施形態を以下に説明する。
【0152】
本実施形態の回路素子駆動装置は、図8に示される回路素子駆動装置と同じ構成を備えており、共通指令値計算部42における演算方法が異なっている。本実施形態では、入力指令値ukが大きく、出力不足が発生する場合に、出力不足の割合を、特定のコイルに偏らないように共通指令値αを決定する。本実施形態における演算にはDSPを用いる。以後の説明は、共通指令値αを演算する手順について説明する。
【0153】
まず、以後の説明において、kはコイル番号を表す整数とする。電圧指令値ukは与えられるとし、共通指令値αは演算により求める未知パラメータである。出力不足量skを共通指令値αを含む次式(数16)で定義する。
【0154】
【数16】
【0155】
ここで、sgn(x)は(数1)で定義される符号関数である。qは定数0.5である。出力不足量skが負であれば、k番目のコイルは電圧指令値ukどおりに駆動され、出力不足量skが正であれば、k番目のコイルは電流の駆動不足状態となる。
【0156】
次に、出力不足量skを引数とする評価関数を(数17)で定義する。
【0157】
【数17】
【0158】
wkは重み係数であり、評価関数J(α)は重み係数wkをかけたskの中で最大値を出力する。重み係数wkは、予め設計者がシステムへの影響度を見積もった定数であっても良く、電圧指令値ukの時間に関するノルムより求めた値でも良い。例えば、重み係数wkを電圧指令値ukの最大振幅の逆数とすれば、(wk・sk)は、k番目のコイルにおける電圧指令値の最大振幅に占める不足割合を表す。(数17)で定義する評価関数を最小にすれば、特定のコイルにおいて電圧指令値の最大振幅に占める不足割合が際だって大きくなることはない。即ち、駆動電圧の不足が特定のコイルに集中することがなくなる。
【0159】
次に、上記(数17)で定義される評価関数を最小にする共通指令値αを求める手順を説明する。まず、整数iと整数jをコイルの番号とする。電圧指令値uiと、電圧指令値uiと符号の異なる電圧指令値ujについて、共通指令値の候補αijを(数2)を用いて求める。
【0160】
引き続き、求めたαijの中から、(数17)で定義される評価関数を最小にするαを選出する。以上が、共通指令値αを求める手順である。なお、電圧指令値が同符号(sgn(ui)・sgn(uj)=1)の場合を演算過程で省略するのは、無意味な解を求めるステップを省き、計算速度を向上させるためである。
【0161】
なお、(数2)は第1の実施形態と深く関連しており、(数3)を拡張した計算式である。例えば、全てのwkが等しい場合に(数2)が得られる。即ち、本実施形態の演算は、第1の実施形態の演算において信号の重みを考慮したものになっている。
【0162】
以下に本実施形態の共通指令値計算部42における演算の例を説明する。(表1)に電圧指令値ukの振幅、重み係数wk、電圧指令値ukを示す。(表1)によって与えられた数値を用いて(wk・sk)を計算した結果を図16に示す。図16は、本実施形態における(wk・sk)と共通指令値αの関係を示している。図16において、縦軸は(wk・sk)の値を示し、横軸は共通指令値αを示している。
【0163】
【表1】
【0164】
一方、(数2)を用いて共通指令値αの候補αijを求めると(表2)となる。(表2)において、(i、j)の組み合わせが(1、2)、(1、3)、(1、4)の場合にuiとujが互いに異符号となる。求めたαijについて評価関数を求めると(i、j)=(1、2)の場合に評価関数J(α)が最小となる。図16より明らかなように、各(wk・sk)の最大値が最小となる点を探索すれば、点Q1であり、計算結果に一致する。求めたα=−0.035を共通指令値として出力する。以上で計算手続きは終了である。
【0165】
【表2】
【0166】
このようにして求めた共通指令値αの値の効果を共通指令値αがゼロである場合と比較する。(表3)は(wk・sk)の値をα=−0.035と、α=0とについて計算した結果である。補正が無いα=0の場合、k=1のコイルの出力不足は(w1・s1)=0.33であり、電圧指令値の振幅0.9の33%が不足である。同様にk=2のコイルの出力不足は、(w2・s2)=0.25であり、電圧指令値u2の振幅0.8に対して25%の不足である。
【0167】
【表3】
【0168】
一方、α=−0.035の場合、k=1のコイルとk=2のコイルの出力不足はそれぞれ0.29となり、電圧指令値の振幅の29%が不足となる。つまり、k=1のコイルの駆動電圧を他のk=2およびk=3のコイルから分配することによって、k=1およびk=2のコイルの不足量が同程度になる。
【0169】
以上の計算では(数17)で表される評価関数J(α)を最小にするようにαを定めた。次に、出力不足量の2乗和が最小になる評価関数について述べる。出力不足量の2乗和は不足エネルギの和に相当し、複数のコイル駆動が同時に出力不足となる場合に、出力不足の総エネルギを最小に抑えて安定化をはかるのである。具体的に式で表すと、(数18)で与えられる正値関数を用いて表される(数19)の評価関数を最小にする共通指令値αを計算する。
【0170】
【数18】
【0171】
【数19】
【0172】
ここで、mは適当な正数であり、m=2とする。m=2以外の場合は後述する。mは設計者が適宜定めることのできるパラメータである。
【0173】
(数19)に示す評価関数Jを最小にするαの演算手順は、探索によって行う。探索部は公知の手法を用いることができるので、ここではその説明を省略する。なお、探索の初期値α0は(数17)を用いて選出すれば、解に近い点より探索を開始するので効率が良い。また、解はα=0近傍に存在する場合が多いので、初期の探索方向はα=0に向かって行えば、さらに効率がよい。
【0174】
(数19)で定義した評価関数の計算結果を(表3)と図17を用いて説明する。図17は、共通指令値αと評価関数の値との関係を示している。図17において、横軸は共通指令値αであり、縦軸は評価関数J(α)の値である。黒三角印は(数17)の評価関数をプロットした線であり、点Q1で最小となる。白四角印「□」は(数19)の評価関数においてm=2の場合のプロットであり、点Q2で最小となる。点Q2では、αの値は−0.009であり、このαを共通指令値として出力すれば、不足エネルギの和が最小という意味で、システムがより安定になる。
【0175】
次に「×」印は(数19)の評価関数でm=4の場合のプロットであり、点Q3で最小となる。点Q3ではαの値は−0.03である。各評価関数のプロットを比較すると、mが大きな数になれば、(数19)は(数17)へ漸近する。(数19)で与えられる評価関数は(数17)を拡張した計算式だからである。(表3)の点Q1(α=−0.035)と、点Q2(α=−0.009)と、点Q3(α=−0.03)とについて計算した結果を比較すると、出力不足skの値が点Q1と点Q2の間に点Q3の結果がある。即ち、個々のコイル毎の出力不足量を最小にすることを重視するのか、トータルのエネルギ不足量を最小にすることを重視するのかを、mの値を適宜決定することにより行うことができる。
このように、本実施形態によれば、出力不足が生じる場合、(数17)や(数19)を用いて共通指令値αを決定することによって、特定のコイルに出力不足が偏ってしまうようなシステムへの悪影響を抑制できる。
【0176】
上記第1から第4の実施形態では、本発明の回路素子駆動装置が駆動する回路素子として、モータのコイルおよびレンズ駆動装置のコイルを例示したが、その他の種々の回路素子を本発明の回路素子駆動装置によって駆動してもよい。
【0177】
例えば、複数のモータを備えた多関節ロボットを駆動する場合に本発明の回路素子駆動装置を好適に用いることができる。多関節ロボットは数多くのモータを内蔵するが、モータが関節の自由度の数以上に必要となるため、モータに接続される配線数が多くなる。一方、多関節ロボットのモータはトルクを多く必要とするため、各モータに印加する電圧を低く出来ない。このような場合、本発明の回路素子駆動装置を用いることによって、印加電圧を低下させずに配線数を減らすことができる。また、多関節ロボットに限らず、本発明による制御方法は、他のさまざまな分野においても適用が可能である。
【0178】
【発明の効果】
本発明の回路素子駆動装置によれば、配線数削減のために共通端子を備えた複数の回路素子を駆動する場合に、1つの回路素子に印加できる瞬時の最大電圧を低下させず、各々の回路素子を独立に駆動できる。また、出力が不足する回路素子に対して、電力を再配分する機能をもつ。特に出力が全般に不足する場合は、駆動装置への影響が最小になるように回路素子への給電割合を変化させることができる。特に、レンズ駆動装置で3つのコイルを独立に駆動したい場合、必要な端子の数を4つにすることができる。したがって、余分な配線を必要とせず、レンズを支持する導電性弾性体への悪影響をなくすことができる。さらに、配線の工数を削減できる。
【0179】
また、入力指令値から駆動部の指令値を作成する場合に、駆動部の指令値のノルムを最小に設定することができるので、出力飽和が起こりにくいという利点がある。また指令値の演算を乗算部および加算部のみで構成される線形行列演算部によって行えるので、指令値の演算を高速に行うことができる。
【0180】
また、駆動部の出力不足量を求める非線形な演算処理を内蔵することにより、駆動部の出力飽和を効果的に避けることができる。さらに出力不足量を設計者の意図する重み付けした評価関数を用いて評価することにより、電力の再配分を詳細に設定することができる。評価関数を適宜選択することによって、個々の回路素子の出力不足量を最小にすることを重視したり、全体のエネルギ不足量を最小にすることを重視したりすることができる。そして、評価関数を最小にする共通指令値αを効率よく求めることができる。
【0181】
また、本発明の回路素子駆動装置は、スピンドルモータの駆動にも利用できる。共通端子を一定電圧に固定した場合に比べて、約16%波高の高い電流で駆動できる。さらに、スピンドルモータを駆動する場合のように、周期信号によって回路素子を駆動する場合、共通指令値などをメモリに蓄えておけば、演算回路の削減と、演算処理に要する時間節約と、消費電力削減が行えるという利点がある。
【0182】
また、本発明によれば、n個の回路素子を駆動するために、(n+1)個の駆動回路を準備すればよい。このため、2n個の駆動回路が必要であった従来技術に比べ、回路素子1つあたりの回路を簡素に構成できる。さらに、スイッチング指令をDSPやマイコンのI/Oポートで行う場合、n個のコイルを駆動するのに必要なビット数は(n+1)だけで良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回路素子駆動装置の第1の実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示す回路素子駆動装置の動作を説明するため波形を示している。
【図3】本発明の回路素子駆動装置の第2の実施形態実施であって、レンズ駆動装置を示す斜視図である。
【図4】図3に示すレンズ駆動装置を駆動する回路素子駆動回路を示すブロック図である。
【図5】図5に示す回路素子駆動装置の線形行列演算部に用いられるパラメータを決定するパラメータ決定部の構成を示すブロック図である。
【図6】(a)、(b)、(c)は図4に示す回路素子駆動装置の動作を説明するための波形を示している。
【図7】図4に示す回路素子駆動装置の線形行列演算部の変形例を示すブロック図である。
【図8】本発明による回路素子駆動装置の第3の実施形態を示すブロック図である。
【図9】図8に示す回路素子駆動装置の共通指令値計算部の具体的な構成を示す回路図である。
【図10】図9における電流指令値u1との中間計算値βとの関係を示すグラフである。
【図11】図9における電流指令値u1との出力不足量s1との関係を示すグラフである。
【図12】図9における電流指令値u1との共通指令値αとの関係を示すグラフである。
【図13】(a)、(b)、(c)は、トラッキングコイル21へ印加される電圧を生成するための動作を説明する波形を示している。
【図14】(a)、(b)、(c)は、フォーカスコイル22へ印加される電圧を生成するための動作を説明する波形を示している。
【図15】図8に示す回路素子駆動装置の制御部の変形例を示すブロック図である。
【図16】本発明による回路素子駆動装置の第4の実施形態における(wk・sk)と共通指令値αの関係を示すグラフである。
【図17】本発明による回路素子駆動装置の第4の実施形態における共通指令値αと評価関数との関係を示すグラフである。
【図18】従来の2端子回路素子の駆動方法を説明する回路図である。
【図19】他の従来の2端子回路素子の駆動方法を説明する回路図である。
【符号の説明】
1 スピンドルモータ
2、3、4 コイル
5、24 共通端子
6 駆動部
7、36、56 制御部
8 最大値検出部
9 最小値検出部
10 反転平均部
11、12、13、29、43、44、45 加算部
α 共通指令値
r1、r2、r3 補正指令値
Vcom 共通端子への印加電圧
V1 個別端子2aへの印加電圧
V2 個別端子3aへの印加電圧
V3 個別端子4aへの印加電圧
20 レンズ駆動部
21 トラッキングコイル
22 フォーカスコイル
23 チルトコイル
25 線形行列演算部
26 重み算出部
27 一般化逆行列計算部
28 乗算部
30 スイッチング駆動部
31、32、33、34 反転素子
35 デューティ可変部
37 基準信号発生器
38、39、40、41 コンパレータ
42、52 共通指令値計算部
46、47、48 オペアンプ
49 反転加算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for driving a circuit element and a method for driving the circuit element.
[0002]
[Prior art]
In order to apply a voltage to a two-terminal circuit element typified by a coil or a resistor, two wires are required for each circuit element. Therefore, for example, if a voltage is to be applied independently to three coils, six wires are required.
[0003]
As an example of a device that should apply a voltage independently to a plurality of two-terminal circuit elements, there is a lens driving device used in an optical disk device. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-65397, a technique for correcting the tilt between a disk and the optical axis of an optical head with the tilt of an objective lens driven by a lens driving device is conventionally known. .
[0004]
In such an apparatus, three types of coils are used to drive the objective lens with three degrees of freedom. Specifically, a tracking coil that drives the objective lens in the tracking direction, a focus coil that drives the objective lens in the focus direction, and a tilt coil that drives the objective lens with respect to the disk are used.
[0005]
In general, power is supplied to these coils through four conductive springs that hold an objective lens. For example, when three coils are driven individually, the tracking coil and the focus coil are energized through four conductive springs, and the remaining tilt coils are energized by drawing a thin line to an external circuit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a connection is made, the wiring for energizing the tilt coil acts as a load on the four conductive springs supporting the objective lens, which causes the spring constant to vary. End up. In addition, it is necessary to connect the wiring to the tilt coil or to fix the wiring so that the connected wiring becomes an equal load on the four conductive springs.
[0007]
On the other hand, when one end of each of the three coils is connected as a common terminal, and three wires connected to one end of each coil and one wire connected to the common terminal are assigned to four conductive springs, the above-described problem is Solved. However, in this case, there arises a problem that the maximum voltage that can be applied to the coil is reduced to half. This problem is described in detail below.
[0008]
For example, consider a case where a coil is driven using a 5V DC power supply as a power supply voltage. As shown in FIG. 18, three
[0009]
On the other hand, as shown in FIG. 19, when one end of the three
[0010]
Thus, in the above lens driving device, when one end of three coils is connected as a common terminal and each coil is driven, the instantaneous maximum voltage that can be applied to one coil is reduced to half. . As a result, the thrust of the lens driven by each coil is reduced. For example, when a disk having a track eccentricity larger than a standard value is mounted on the disk device, the lens driving thrust in the tracking direction is insufficient. Further, when a disc having a disc surface shake amount larger than a standard value is mounted on the disc device, the lens driving thrust in the focus direction is insufficient. When such a disc is used, for example, when the disc is reproduced at a high speed, there arises a problem that information cannot be correctly reproduced from the disc.
[0011]
The present invention solves such problems of the prior art, and can reduce the wiring required to drive a plurality of circuit elements while not reducing the instantaneous maximum voltage that can be applied to the circuit elements. The present invention relates to a driving device and a driving method of a circuit element.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The circuit element driving device of the present invention receives n first command values for generating a voltage to be applied to n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals, and the n Control means for generating and outputting p second command values (p is an integer of (n + 1) or more and less than 2n) based on the first command values, and the p second commands Driving means for generating and outputting p drive voltages based on the command value, wherein at least one of the p drive voltages is based on at least one of the first command values. And is applied in common to one terminal of each of the two or more circuit elements.
[0013]
In a preferred embodiment, the control means sets the second command value so that an evaluation function related to the drive voltage is substantially minimized.
[0014]
In a preferred embodiment, the control means substantially minimizes a difference between a voltage to be applied to the circuit element based on the first command value and the drive voltage generated by the drive means. Then, the second command value is generated.
[0015]
In a preferred embodiment, the control means includes linear matrix calculation means.
[0016]
In a preferred embodiment, the linear matrix calculation means multiplies the n first command values by a general inverse matrix of size p × n and outputs the p second command values.
[0017]
In a preferred embodiment, the general inverse matrix is a general inverse matrix that minimizes the norm of the second command value.
[0018]
In a preferred embodiment, the general inverse matrix is a general inverse matrix that minimizes a norm with a weight coefficient of the second command value.
[0019]
In a preferred embodiment, the control means changes the weighting factor based on a history of the first command value.
[0020]
In a preferred embodiment, the weighting factor is determined using a norm related to the time of the first command value.
[0021]
In a preferred embodiment, the drive means includes p duty variable means for outputting a switching signal for changing the duty based on the second command value, and a maximum power supply voltage or a power supply voltage by the switching signal. And p switching driving means for alternately switching and outputting the minimum value of each.
[0022]
In a preferred embodiment, the duty variable means includes a microcomputer or a digital signal processor (DSP), and a signal obtained by periodically inverting the bit of the input / output port by software timer processing using the microcomputer or DSP. Is output to the switching drive means.
[0023]
In a preferred embodiment, the first command value is a periodic signal, and at least one of the second command values calculated in advance is stored in a predetermined storage device, and the first command value The second command value is extracted from the storage device in synchronization with the cycle and output to the driving means.
[0024]
In a preferred embodiment, the n is 3, the p is 4, and one of the four drive voltages is commonly applied to one end of each of the three two-terminal circuit elements.
[0025]
In a preferred embodiment, p is an integer larger than n, and the driving means connects a common terminal to which one end of each of the n circuit elements is connected, and another end of each of the n circuit elements. (N + 1) drive voltages to be respectively applied to n individual terminals provided independently are generated, and the control means receives the n first command values and receives the (n + 1) drive voltages. (N + 1) second command values are output to the driving means so as to generate a voltage.
[0026]
In a preferred embodiment, k is an integer from 1 to n that represents the number of the circuit element, and the control means includes the n first command values u. k The maximum value u max And a maximum value detecting means for detecting the n first command values u k Minimum value u min Minimum value detecting means for detecting at least u max And u min Are used to generate the second command value α for generating a drive voltage to be applied to the common terminal, and the second command value α is used as the n first command values u. k N number of second command values r given to the individual terminals k Is generated.
[0027]
In a preferred embodiment, the control means has a maximum value u. max And the minimum value u min And the second command value α is generated.
[0028]
In a preferred embodiment, the driving means includes a non-saturation range that generates the driving voltage proportional to the second command value, and a saturation that generates a constant driving voltage regardless of the second command value. A non-linear function having a range, and the control means calculates the (n + 1) second command values using a non-linear relationship from the n first command values, and k is the circuit element. In the control means, when the (n + 1) second command values are larger than the maximum value of the non-saturation range or smaller than the minimum value, The n first command values u for the non-saturation range k N output deficiencies s k The output shortage amount calculating means given as k The second command value α to be given to the common terminal is generated using at least one of the first command value u and the second command value α is used as the n first command values u. k And the n second command values r given to the individual terminals k Is generated.
[0029]
In a preferred embodiment, the control means includes the n output deficiencies s. k Is used to determine the second command value α so as to minimize the evaluation function.
[0030]
In a preferred embodiment, the evaluation function is the output shortage amount s. k This function outputs the maximum value of.
[0031]
In a preferred embodiment, the evaluation function is a weighting factor w. k It is a function weighted by.
[0032]
In a preferred embodiment, the procedure for obtaining the second command value α includes the first command value u of the i-th circuit element. i And the command value u i The first command value u of the j-th circuit element having a sign different from that of the first command value u j A plurality of second command value candidates α using a predetermined calculation formula relating to ij The plurality of second command value candidates α ij To select the second command value α that minimizes the evaluation function.
[0033]
In a preferred embodiment, the command value candidate α ij Is a weighted coefficient w k And a predetermined constant q and a sign function sgn (x) defined by (Equation 1), is expressed as (Equation 2).
[0034]
In a preferred embodiment, the evaluation function includes an output shortage amount s. k Use the norm of
[0035]
In a preferred embodiment, the procedure for obtaining the second command value α includes the first command value u of the i-th circuit element. i And the command value u i The first command value u of the j-th circuit element having a sign different from that of the first command value u j A plurality of initial value candidates α using a predetermined calculation formula relating to ij The initial value candidate α ij The initial value α that minimizes the evaluation function 0 Is selected in the first iteration procedure, and then the initial value α 0 Is used as a starting point, and the second command value α at which the evaluation function is minimized is searched using a second iterative procedure in which α = 0 is the initial search direction.
[0036]
In a preferred embodiment, the control means includes the n output deficiencies s. k The maximum value s max And a maximum value detecting means for detecting the n output deficiencies s k Minimum value s min Minimum value detecting means for detecting at least the maximum value s max And the minimum value s min Are used to generate the second command value α to be given to the common terminal.
[0037]
In a preferred embodiment, the maximum value s max And the minimum value s min The addition inverted output is the second command value α.
[0038]
Further, another circuit element driving device of the present invention provides n first command values for generating a voltage to be applied to n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals. Control means for receiving and generating p second command values (p is an integer less than or equal to (n + 1) and less than 2n) based on the n first command values; Driving means for generating and outputting p driving voltages based on the second command values, and the control means commonly connects one terminal of each of the two or more circuit elements. The second command value corresponding to the drive voltage to be applied to the common terminal is generated based on at least one of the first command values.
[0039]
In a preferred embodiment, the control means outputs the second command value corresponding to a drive voltage to be applied to each other individual terminal that is not the common terminal of the two or more circuit elements. Generate based on the command value.
[0040]
The disk device of the present invention includes any one of the circuit element driving devices described above and a lens driving device including an objective lens, a tracking coil, a focus coil, and a tilt coil.
[0041]
In a preferred embodiment, the disk device includes a conductive elastic body commonly connected to one end of each of the tracking coil, the focus coil, and the tilt coil, and each of the other ends of the tracking coil, the focus coil, and the tilt coil. And three conductive elastic bodies connected to each other.
[0042]
The circuit element driving method of the present invention is a method of driving n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals based on n first command values. generating n drive voltages that vary based on n first command values and one common drive voltage that varies based on at least one of the n first command values, The common driving voltage is commonly applied to one end of each of the circuit elements, and the n driving voltages are applied to the other end of each of the n circuit elements.
[0043]
In a preferred embodiment, the common drive voltage is generated based on a maximum value and a minimum value of the n first command values.
[0044]
In a preferred embodiment, a difference between each voltage to be applied to the circuit element based on the first command value and each potential difference applied to both ends of the circuit element is substantially minimized. The n driving voltages and the common driving voltage are determined.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the circuit element driving apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing a circuit element driving circuit according to the present embodiment.
[0046]
The circuit element driving device of the present embodiment drives the
[0047]
The circuit element driving apparatus according to the present embodiment includes a driving unit 6 and a control unit 7, and a voltage command value u that is a first command value. 1 , U 2 And u Three And a voltage V which is a drive voltage applied to the
[0048]
Voltage command value u 1 , U 2 And u Three Contains information on the voltage to be applied to the
[0049]
Within a predetermined range of possible ranges of the second command value, the drive voltage is proportional to the corresponding second command value. For example, it is assumed that the second command value can take a value in the range of −1.0 to +1.0, and the range in which the drive voltage is proportional is in the range of −0.5 to +0.5. Further, the range in which the drive voltage is proportional is made to correspond so that the drive voltage ranges from the minimum value of the power supply voltage applied to the drive unit 6 to the maximum value of the power supply voltage. In this case, the correction command value r 1 When V is 0, voltage V 1 Outputs half the power supply voltage. Specifically, when the power source is a single power source having a value from 0V to + 5V, the correction command value r 1 Is 0, the voltage V 1 Becomes 2.5V.
[0050]
The drive unit 6 cannot output a voltage exceeding the range of the power supply voltage, and the voltage range that the drive unit 6 can output is restricted by the voltage range of the power supply. Therefore, the correction command value r 1 Is +0.5 or more, the maximum value of the power supply voltage +5 V is output. Conversely, the correction command value r 1 Is less than −0.5, the minimum value of the power supply voltage is 0V. That is, the correction command value r 1 When the absolute value of exceeds 0.5, the output voltage is saturated. Correction command value r 1 And voltage V 1 However, the relationship between the other second command value and the drive voltage is the same.
[0051]
In the following description, k is an integer from 1 to 3 indicating the number of the circuit element, and each command value is represented by a symbol k. For example, the voltage command value which is the first command value is u k And the three command values u 1 , U 2 And u Three Indicates. Similarly, the second command value and the drive voltage are set to the command value r. k And voltage V k It expresses.
[0052]
Below, the structure of the control part 7 is demonstrated. As shown in FIG. 1, the control unit 7 includes a maximum value detection unit 8, a minimum
[0053]
[Equation 3]
[0054]
The
[0055]
[Expression 4]
[0056]
In the conventional circuit element driving device, a voltage fixed at the midpoint value of the power supply voltage is applied to the common terminal. That is, in the prior art, the voltage applied to the common terminal does not change. On the other hand, in the circuit element driving device of the present invention, the
[0057]
FIG. 2 shows the first command value received by the control unit 7 of the circuit element driving device and the second command value to be output. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the passage of time and is normalized so that one cycle of motor driving is 1. The vertical axis is the voltage command value u k , Correction command value r k The size of the common command value α is also normalized in the same manner. Voltage command value u 1 Is a sine wave with a maximum amplitude of 0.58. Voltage command value u 2 Is the voltage command value u 1 Is a sine wave with a time lag of 1/3. Voltage command value u Three Is the voltage command value u 2 Is a sine wave with a time lag of 1/3.
[0058]
As shown in FIG. 1, the maximum value calculator 8 and the
[0059]
The
[0060]
The common command value α generated in this way and the correction command value r 1 , R 2 And r Three Is input to the drive unit 6 shown in FIG. 1 and is a voltage V which is a drive voltage proportional to these command values. com , V 1 , V 2 And V Three Will occur. For example, the value of 5 times the command value shown in FIG. com , V 1 , V 2 And V Three As output from the drive unit 6.
[0061]
Since the common command value α takes a value in the range of −0.14 to +0.14, the voltage V com Takes a value in the range of -0.7V to + 0.7V. Further, the correction command value r 1 , R 2 And r Three Takes a value from -0.5V to + 0.5V, so the voltage V 1 , V 2 And V Three Takes a value in the range of -2.5V to + 2.5V. These values are all less than or equal to the midpoint value of the power supply voltage.
[0062]
As shown in FIG. 1, the voltages applied to the
[0063]
In the conventional driving in which the
[0064]
That is, the
[0065]
In the present embodiment, the voltage command value u 1 , U 2 And u Three Is shifted by 1/3 period, but the voltage command value u 1 , U 2 And u Three If the phases are in phase, the maximum voltage that can be applied to each coil can be 5V.
[0066]
Further, when the waveform of the command value for driving the circuit element is periodic, such as when driving the coil of the spindle motor, the waveform of the common command value α is also periodic. The common command value α is a voltage command value u. k Is proportional to the amplitude of. Therefore, the common command value α for one cycle is recorded in the memory, and the voltage command value u k If the value is called from the memory according to this, the calculation is not necessary. The time and power consumption required for calculation can be reduced.
[0067]
In the present embodiment, the drive unit 6 and the control unit 7 and the components such as the maximum value detection unit 8 included therein are known electronic circuits using electronic components, as is apparent from the above description. You may comprise by. The functions described above may be realized by using a microcomputer or DSP and performing signal processing by software.
[0068]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the circuit element driving apparatus of the present invention will be described below. In the present embodiment, a disk device having a lens driving device and a circuit element driving device that controls the lens driving device will be described. FIG. 3 shows the
[0069]
One end of each of these three types of coils is commonly connected to the conductive
[0070]
The
[0071]
FIG. 4 shows a circuit element driving device for driving the
[0072]
The circuit element driving apparatus of the present embodiment includes a drive unit 6 and a linear matrix calculation unit 25 as a control unit, and a voltage command value u that is a first command value. 1 , U 2 And u Three And a voltage V that is a drive voltage applied to the common terminal 24 and the
[0073]
Voltage command value u 1 , U 2 And u Three Includes information on voltages to be applied to the tracking
[0074]
The voltage range that can be output by the drive unit 6 is limited by the voltage range of the power supply, and the common command value α and the correction command value r 1 , R 2 And r Three When the absolute value of exceeds 0.5, the output voltage is saturated. When the output voltage does not saturate, the voltage applied to each of the
[0075]
[Equation 5]
[0076]
Here, E is a constant determined by the voltage of the power source. In the case of a one-side power source that can take from 0V to + 5V, E = 5V. If the power supply is a double-sided power supply that can take from -5V to + 5V, E = 10V. The left side of (Formula 5) is a voltage applied to both ends of the three coils. The matrix of (Equation 5) is determined by the wiring between the three coils and the drive unit 6. The wiring is wired so that voltage application to the three coils can be controlled independently. A matrix determined by the wiring is represented by a matrix A as shown in (Expression 6).
[0077]
[Formula 6]
[0078]
Next, the configuration of the linear matrix calculation unit 25 will be described. The linear matrix calculation unit 25 calculates the voltage command value u 1 , U 2 , U Three Based on the common command value α and the correction command value r 1 , R 2 , R Three Is output. Specifically, as represented by (Equation 7), the linear matrix calculation unit 25 multiplies three input signals by a matrix B having a size of 4 × 3 to generate four output signals.
[0079]
[Expression 7]
[0080]
The calculation by (Equation 7) is realized by
[0081]
Next, the 12 parameters (b 11 ~ B 13 , B twenty one ~ B twenty three , B 31 ~ B 33 , B 41 ~ B 43 ) Will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the parameter determination unit that determines the parameters of the linear matrix calculation unit 25 described above. 5, the configuration of the linear matrix calculation unit 25 is the same as that in FIG. 4. The parameter determination unit includes a
[0082]
[Equation 8]
[0083]
However, k = 1, 2, and 3. The
[0084]
[Equation 9]
[0085]
Next, the calculation according to (Equation 10) is performed using the weight matrix R, and the matrix B is calculated.
[0086]
[Expression 10]
[0087]
Here, T on the right shoulder of the matrix A represents transposition. As described above, the matrix B generated by the generalized inverse
[0088]
The matrix B given by the above (Equation 10) minimizes the norm of the command value input to the drive unit 6. That is, the evaluation function J given by (Equation 11) is minimized.
[0089]
[Expression 11]
[0090]
As for the weight of the common command value α, the designer appropriately determines a standard value. If the variable J of the evaluation function (Equation 11) is small, the command value output to the drive unit 6 is small, and the output saturation is as small as possible.
[0091]
That is, the evaluation function (Equation 11) is an evaluation function for determining the magnitude of the voltage output from the drive unit 6, and when the evaluation function (Equation 11) is minimized, the voltage command value u k Accordingly, the difference between the voltage to be generated in accordance with the driving voltage output from the driving unit 6 is substantially minimized.
[0092]
The operation of the circuit element driving apparatus configured as described above will be described. As an example of operation, consider a case in which the
[0093]
Specifically, the voltage command value u k Consider the case where is (Equation 12).
[0094]
[Expression 12]
[0095]
In this case, the weighting coefficient is determined as the value of (Equation 13) from the maximum amplitude value of (Equation 12).
[0096]
[Formula 13]
[0097]
When (Equation 10) is calculated using the above values, the matrix B that is the output of the generalized inverse
[0098]
[Expression 14]
[0099]
Subsequently, the voltage command value u in (Equation 12) k The operation of the circuit element driving apparatus when given is given. FIG. 6A shows the waveform of the voltage command value input to the circuit element driving device of the present embodiment. FIG. 6B shows the voltage command value u. k The linear matrix unit 25 performs an operation based on the common command value α and the correction command value r that are output based on the operation result. k The waveform is shown. Common calculation command value α and correction command value r k Based on the voltage V com And voltage V k Is output. FIG. 6C shows the potential difference V applied to the
[0100]
As shown in FIG. 6 (a), the voltage command value u 1 Is a sine wave with an amplitude of 0.8, and the absolute value of the maximum value exceeds 0.5. However, as shown in FIG. 6B, the correction command value r k And the absolute value of the common command value α does not always exceed 0.5, and is within the range of ± 0.5. That is, the output does not saturate in the drive unit 6.
This is because the matrix B is determined so that the variable J of the evaluation function given by (Equation 14) is minimized in order to make output saturation less likely.
[0101]
Each correction command value r k In order not to reduce the maximum voltage that can be applied to the
[0102]
Voltage command value u 2 And u Three As will be understood from FIGS. 6A and 6B, the correction command value r 2 And r Three Is the voltage command value u 2 And u Three And the phase is different, and the correction command value r 2 And r Three The absolute value of the maximum value is the voltage command value u 2 And u Three Is bigger than. However, as shown in FIG. 6C, the voltage V applied to both ends of the
[0103]
As described above, in the conventional driving method in which the common terminal is fixed at the midpoint of the power supply voltage, the maximum amplitude cannot be 2.5 V or more. However, according to the present embodiment, a voltage of 4 V can be applied. It becomes possible.
[0104]
In the above embodiment, the importance of the voltage command value is calculated based on the past voltage command value, and the values of the matrix B are changed. When such a matrix is used, the compatibility between the input voltage command value and the potential difference between the voltages applied to both ends of the
[0105]
A constant can also be used as the matrix B. For example, when the weight matrix R is a unit matrix, the matrix B has a form with good symmetry as shown in (Expression 15).
[0106]
[Expression 15]
[0107]
When the symmetry of the matrix B is good, the configuration of the linear matrix calculation unit that is a control unit can be simplified using the linearity of the calculation. FIG. 7 is a block diagram showing a modification of the present embodiment. The linear matrix calculation unit 25 includes addition units 29e to 29h and a multiplication unit 28m. As shown in FIG. 7, the adding unit 29e is configured to output the voltage command value u 1 , U 2 , U Three Is added to the multiplication unit 28m. The multiplier 28m multiplies this value by -1/4 and outputs the result as a common command value α.
[0108]
In the
[0109]
In the present embodiment, the drive unit 6, the linear matrix calculation unit 25, the
[0110]
(Third embodiment)
Similarly to the second embodiment, the circuit element driving device of this embodiment also drives a lens driving device such as an optical disk drive device. The circuit element driving device performs PWM control.
[0111]
FIG. 8 is a block diagram showing the circuit element driving apparatus of the present embodiment. Similar to the second embodiment, the
[0112]
The circuit element driving apparatus according to the present embodiment includes a
[0113]
As in the first and second embodiments, the
[0114]
Common command value α and correction command value r 1 , R 2 , R Three The
[0115]
The
[0116]
The switching
[0117]
Each circuit includes two transistors, two diodes, and one signal inverting element. For example, the switching signal Yc is received and the voltage V com Is output to the common terminal 24, the switching signal Yc is input to the transistor Q1 and the inverting
[0118]
Receives switching signals Y1, Y2 and Y3 and voltage V 1 , V 2 , V Three Are also connected as described above to signal
[0119]
Next, the configuration of the
[0120]
In the present embodiment, one of the current command values u 1 Is input to the common command
[0121]
As an example of the common command
[0122]
The
[0123]
In the above configuration, the resistors R1, R2, R3, R4, and R5 all have approximately the same resistance value. The
ing.
[0124]
The operation of the circuit element driving apparatus configured as described above will be described. FIG. 10 shows the current command value u in the common command
[0125]
The
[0126]
Current command value u 1 When the absolute value of is less than 0.5, the current command value u 1 And the inverted value is output as the intermediate calculation value β. On the other hand, if the absolute value of the current command value u1 is greater than 0.5, the sign of the current command value u1 is inverted, and a signal having an absolute value of 0.5 is output as the intermediate calculation value β.
[0127]
The purpose of creating an intermediate calculation value β that saturates at an absolute value of 0.5 is to provide a voltage saturation model of the drive unit 34 (duty
[0128]
FIG. 11 shows the current command value u 1 And the output shortage amount s1. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the current command value u. 1 The vertical axis indicates the output shortage s1. All of these values represent normalized voltages. As is apparent from the figure, the current command value u 1 Is in the range of −0.5 to 0.5, the output shortage amount s1 is zero. In other ranges, the output shortage amount s1 is equal to the current command value u. 1 It increases in proportion to.
[0129]
By generating the common command value α using the output shortage amount s1 thus obtained and controlling the voltage at the common terminal 24, the shortage of the drive voltage of the tracking
[0130]
When the output shortage amount s1 of the tracking
[0131]
The common command value α is also input to the adding
[0132]
Next, the voltage applied to both ends of the tracking
[0133]
In FIG. 13A, the time on the horizontal axis is divided into a section T1, a section T2, and a section T3 with the period of the reference signal rt as a section. When the time changes in order of section T1, section T2, and section T3, current command value u 1 Changes to -0.2, +0.2, and +0.8. In the section T1 and the section T2, the current command value u 1 Is within ± 0.5, the common command value α is zero. On the other hand, in the section T3, the current command value u 1 Is +0.8, the constant +0.5 is exceeded by 0.3. Accordingly, α is −0.3 from the input / output relationship of FIG.
[0134]
In the
[0135]
FIGS. 13B and 13C show the voltage V output by the
[0136]
First, referring to FIGS. 13A and 13B, the voltage V com Will be explained. Since rt <α in the first half of the section T1, the switching signal Yc is at a high level. When the switching signal Yc is at a high level, the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off. At this time, the voltage V of the common terminal 24 com Is the maximum value VDD level of the power supply voltage. On the other hand, since rt> α in the second half of the section T1, the switching signal Yc is at a low level. When the switching signal Yc is at a low level, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on. Therefore, the voltage V of the common terminal 24 com Becomes the minimum value GND level of the power supply voltage. The same operation is performed in the section T2. As a result, V at the midpoint of the section T1 and the midpoint of the section T2. com Is switched from VDD to GND. Voltage V com Is switched when the magnitude relationship between the duty command value α and the reference signal rt is switched. Similarly in the section T3, the voltage V from VDD to GND com However, since α is −0.3, the switching point becomes earlier in the section T3.
[0137]
Next, referring to FIGS. 13A and 13C, the voltage V 1 Will be explained. Voltage V com Similarly to the current command value u in the section T1 1 Is −0.2, so the voltage V in the first half of the section T1 1 Switches from VDD to GND. In section T2, current command value u 1 Is +0.2, so that the voltage V 1 Switches from VDD to GND. In section T3, current command value u 1 Is +0.8, so the current command value u 1 And the correction command value r which is the sum of the common command value α 1 Is 0.5 (+0.8 + (− 0.3)). At this time, the voltage V 1 Switching does not occur, so the voltage V 1 Becomes VDD.
[0138]
FIG. 13 (d) shows the voltage V 1 And voltage V com And the voltage applied to both ends of the tracking coil 21 (V 1 -V com ). In the section T1, a voltage (−VDD) is applied to both ends of the tracking
Further, in the section T3, the applied voltage time is extended by the amount corrected by the common command value α (−0.3), so that the voltage (+ VDD) is applied in the time of 80% of the section width. Current command value u 1 It is clear that the same operation is performed even when takes a value other than the above-described value, and the time taken at both ends of the tracking
[0139]
Next, driving of the
[0140]
14 (b) and 14 (c) show the voltage V com And voltage V 2 FIG. 14D shows a voltage (V) applied to both ends of the
[0141]
As described with reference to FIGS. 13A, 13B, and 13C, in the sections T1 and T2, the current command value u 2 And the voltage V based on the common command value α. 2 And voltage V com Therefore, the voltage (+ VDD) is applied to both ends of the
[0142]
However, since the common command value is −0.3 in the section T3, the current command value u 2 There is a limit to the current that can be output. Specifically, the maximum time during which the voltage (+ VDD) can be applied to the
[0143]
As is clear from the above description, the voltage V applied to the common terminal 24 com Is generally fixed at the midpoint VDD / 2 of the power supply voltage. In the present embodiment, the voltage V com It differs greatly from the prior art in that it is applied to. Voltage V com By switching alternately, there is an advantage that the instantaneous maximum voltage that can be applied to one circuit element can be ± VDD. Also, the voltage V com The switching duty of the current command value u is not fixed to 50%. 1 By correcting the common command value α using the output shortage amount s1 obtained from the above, the time ratio for applying the voltage to the tracking
[0144]
According to the present embodiment, a current is mainly applied to the tracking
[0145]
When information is recorded / reproduced using a disk with a lot of surface blur and little eccentricity, the current to the
[0146]
Below, the modification of this embodiment is demonstrated. FIG. 15 is a block diagram illustrating a control unit 56 that is a modification of the
[0147]
As shown in FIG. 15, the common command value calculation unit 52 includes three output
[0148]
The operation of the common command
[0149]
In the present embodiment, the case where three coils are driven has been described. However, the present invention can also be suitably applied to a case where four or more coils are driven. In order to drive the n coils, (n + 1) drive circuits may be prepared. Moreover, since the circuit per coil can be simplified, implementation of the present invention is easy.
[0150]
In the above embodiment, the
[0151]
(Fourth embodiment)
A circuit element driving apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described below.
[0152]
The circuit element driving apparatus of the present embodiment has the same configuration as the circuit element driving apparatus shown in FIG. 8, and the calculation method in the common command
[0153]
First, in the following description, k is an integer representing a coil number. Voltage command value u k Is given, and the common command value α is an unknown parameter obtained by calculation. Output shortage s k Is defined by the following equation (Equation 16) including the common command value α.
[0154]
[Expression 16]
[0155]
Here, sgn (x) is a sign function defined by (Equation 1). q is a constant 0.5. Output shortage s k Is negative, the k-th coil has a voltage command value u k The output is deficient k Is positive, the k-th coil is in an insufficient current drive state.
[0156]
Next, the output shortage s k An evaluation function with the argument is defined by (Equation 17).
[0157]
[Expression 17]
[0158]
w k Is a weighting factor, and the evaluation function J (α) is a weighting factor w k Multiplied by k The maximum value is output. Weighting factor w k May be a constant that the designer has estimated in advance the degree of influence on the system, and the voltage command value u k It may be a value obtained from the norm related to the time. For example, weighting factor w k The voltage command value u k If the reciprocal of the maximum amplitude of (w k ・ S k ) Represents a deficiency ratio in the maximum amplitude of the voltage command value in the k-th coil. If the evaluation function defined by (Equation 17) is minimized, the shortage ratio in the maximum amplitude of the voltage command value in a specific coil does not increase significantly. That is, the shortage of drive voltage does not concentrate on a specific coil.
[0159]
Next, a procedure for obtaining the common command value α that minimizes the evaluation function defined by (Equation 17) will be described. First, an integer i and an integer j are set as coil numbers. Voltage command value u i And the voltage command value u i Voltage command value u with different sign j Common command value candidate α ij Is calculated using (Equation 2).
[0160]
Continued α ij Α that minimizes the evaluation function defined by (Equation 17) is selected. The above is the procedure for obtaining the common command value α. The voltage command value has the same sign (sgn (u i ) ・ Sgn (u j ) = 1) is omitted in the calculation process in order to improve the calculation speed by omitting a step for obtaining a meaningless solution.
[0161]
Note that (Equation 2) is deeply related to the first embodiment, and is a calculation formula obtained by extending (Equation 3). For example, all w k (Equation 2) is obtained when they are equal. That is, the calculation of the present embodiment takes into account the signal weight in the calculation of the first embodiment.
[0162]
Below, the example of the calculation in the common command
[0163]
[Table 1]
[0164]
On the other hand, the candidate α of the common command value α using (Equation 2) ij (Table 2). In Table 2, if the combination of (i, j) is (1, 2), (1, 3), (1, 4), u i And u j Are different from each other. Sought α ij When the evaluation function is obtained for, the evaluation function J (α) is minimized when (i, j) = (1, 2). As is clear from FIG. 16, each (w k ・ S k If the point where the maximum value of) is minimum is searched, it is point Q1, which matches the calculation result. The obtained α = −0.035 is output as a common command value. This completes the calculation procedure.
[0165]
[Table 2]
[0166]
The effect of the value of the common command value α thus obtained is compared with the case where the common command value α is zero. (Table 3) is (w k ・ S k ) Is calculated for α = −0.035 and α = 0. When α = 0 without correction, the output shortage of the coil with k = 1 is (w1 · s1) = 0.33, and 33% of the amplitude 0.9 of the voltage command value is insufficient. Similarly, the output shortage of the coil with k = 2 is (w2 · s2) = 0.25, and the voltage command value u 2 This is a 25% shortage with respect to an amplitude of 0.8.
[0167]
[Table 3]
[0168]
On the other hand, when α = −0.035, the output shortage of the coil of k = 1 and the coil of k = 2 is 0.29, and 29% of the amplitude of the voltage command value is insufficient. That is, by distributing the drive voltage of the coil with k = 1 from the other coils with k = 2 and k = 3, the shortage of the coil with k = 1 and k = 2 becomes approximately the same.
[0169]
In the above calculation, α is determined so as to minimize the evaluation function J (α) represented by (Equation 17). Next, an evaluation function that minimizes the sum of squares of the output shortage will be described. The sum of squares of the output shortage corresponds to the sum of the shortage energy, and when a plurality of coil drives are short of output at the same time, the total energy of the shortage of output is minimized to achieve stabilization. More specifically, the common command value α that minimizes the evaluation function of (Equation 19) expressed using the positive value function given by (Equation 18) is calculated.
[0170]
[Expression 18]
[0171]
[Equation 19]
[0172]
Here, m is an appropriate positive number, and m = 2. A case other than m = 2 will be described later. m is a parameter that can be appropriately determined by the designer.
[0173]
The calculation procedure of α that minimizes the evaluation function J shown in (Equation 19) is performed by searching. Since the search unit can use a known method, the description thereof is omitted here. The initial value α of the search 0 If is selected using (Equation 17), the search starts from a point close to the solution, which is efficient. Further, since the solution often exists in the vicinity of α = 0, it is more efficient if the initial search direction is directed toward α = 0.
[0174]
The calculation result of the evaluation function defined by (Equation 19) will be described with reference to (Table 3) and FIG. FIG. 17 shows the relationship between the common command value α and the value of the evaluation function. In FIG. 17, the horizontal axis is the common command value α, and the vertical axis is the value of the evaluation function J (α). The black triangle mark is a line in which the evaluation function of (Equation 17) is plotted, and is the minimum at the point Q1. The white square mark “□” is a plot when m = 2 in the evaluation function of (Equation 19), and is the minimum at the point Q2. At the point Q2, the value of α is −0.009. If this α is output as a common command value, the system becomes more stable in the sense that the sum of the shortage of energy is minimized.
[0175]
Next, “x” marks are plots in the case where m = 4 in the evaluation function of (Equation 19), which is the minimum at the point Q3. At the point Q3, the value of α is −0.03. When plots of the evaluation functions are compared, if m becomes a large number, (Equation 19) gradually approaches (Equation 17). This is because the evaluation function given by (Equation 19) is a calculation formula obtained by extending (Equation 17). When the results calculated for point Q1 (α = −0.035), point Q2 (α = −0.009) and point Q3 (α = −0.03) in Table 3 are compared, output shortage s k The result of the point Q3 is between the point Q1 and the point Q2. In other words, it is possible to determine whether to place importance on minimizing the output shortage for each individual coil or on minimizing the total energy shortage by appropriately determining the value of m.
As described above, according to the present embodiment, when output shortage occurs, the output shortage is biased to a specific coil by determining the common command value α using (Equation 17) or (Equation 19). Adverse system impacts can be suppressed.
[0176]
In the first to fourth embodiments, the motor element and the lens driving device are exemplified as the circuit elements driven by the circuit element driving device of the present invention. However, other various circuit elements are used as the circuit elements of the present invention. You may drive by an element drive device.
[0177]
For example, when driving an articulated robot having a plurality of motors, the circuit element driving device of the present invention can be suitably used. The multi-joint robot has a large number of built-in motors, but the number of wires connected to the motor increases because the motor is required to have more than the number of degrees of freedom of joints. On the other hand, since the motor of an articulated robot requires a lot of torque, the voltage applied to each motor cannot be lowered. In such a case, by using the circuit element driving device of the present invention, the number of wirings can be reduced without reducing the applied voltage. Further, the control method according to the present invention is not limited to the articulated robot, and can be applied to various other fields.
[0178]
【The invention's effect】
According to the circuit element driving device of the present invention, when driving a plurality of circuit elements having a common terminal to reduce the number of wires, the instantaneous maximum voltage that can be applied to one circuit element is not reduced, Circuit elements can be driven independently. It also has a function of redistributing power to circuit elements that lack output. In particular, when the output is generally insufficient, the power supply ratio to the circuit element can be changed so that the influence on the driving device is minimized. In particular, when it is desired to drive three coils independently by the lens driving device, the number of necessary terminals can be reduced to four. Therefore, no extra wiring is required, and the adverse effect on the conductive elastic body supporting the lens can be eliminated. Furthermore, the number of wiring steps can be reduced.
[0179]
Further, when the command value of the drive unit is created from the input command value, the norm of the command value of the drive unit can be set to the minimum, so that there is an advantage that output saturation hardly occurs. Further, since the command value can be calculated by a linear matrix calculation unit including only a multiplication unit and an addition unit, the command value can be calculated at high speed.
[0180]
Further, by incorporating a non-linear calculation process for determining the output shortage of the drive unit, output saturation of the drive unit can be effectively avoided. Further, the power redistribution can be set in detail by evaluating the output shortage using a weighted evaluation function intended by the designer. By appropriately selecting the evaluation function, it is possible to place importance on minimizing the output shortage amount of each circuit element, or on minimizing the overall energy shortage amount. The common command value α that minimizes the evaluation function can be obtained efficiently.
[0181]
The circuit element driving device of the present invention can also be used for driving a spindle motor. Compared with the case where the common terminal is fixed at a constant voltage, the driving can be performed with a current of about 16% higher wave height. In addition, when driving circuit elements using periodic signals, such as when driving a spindle motor, if common command values are stored in the memory, the number of arithmetic circuits can be reduced, time required for arithmetic processing, and power consumption can be reduced. There is an advantage that it can be reduced.
[0182]
Further, according to the present invention, (n + 1) drive circuits may be prepared to drive n circuit elements. For this reason, compared with the prior art which required 2n drive circuits, the circuit per circuit element can be comprised simply. Furthermore, when a switching command is issued through the DSP or microcomputer I / O port, the number of bits required to drive n coils is only (n + 1).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a circuit element driving apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows waveforms for explaining the operation of the circuit element driving apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a lens driving device according to a second embodiment of the circuit element driving device of the present invention;
4 is a block diagram showing a circuit element driving circuit that drives the lens driving device shown in FIG. 3; FIG.
5 is a block diagram showing a configuration of a parameter determination unit that determines parameters used in a linear matrix calculation unit of the circuit element driving device shown in FIG. 5;
6A, 6B, and 6C show waveforms for explaining the operation of the circuit element driving device shown in FIG.
7 is a block diagram showing a modification of the linear matrix calculation unit of the circuit element driving apparatus shown in FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of a circuit element driving apparatus according to the present invention.
9 is a circuit diagram showing a specific configuration of a common command value calculation unit of the circuit element driving device shown in FIG. 8;
10 is a current command value u in FIG. 9; 1 Is a graph showing the relationship with the intermediate calculation value β.
11 is a current command value u in FIG. 9; 1 It is a graph which shows the relationship with output shortage amount s1.
12 is a current command value u in FIG. 9; 1 Is a graph showing the relationship with the common command value α.
FIGS. 13A, 13B, and 13C show waveforms for explaining an operation for generating a voltage applied to the tracking
FIGS. 14A, 14B, and 14C show waveforms for explaining an operation for generating a voltage applied to the
15 is a block diagram showing a modification of the control unit of the circuit element driving device shown in FIG.
FIG. 16 is a circuit element drive device according to a fourth embodiment of the present invention (w k ・ S k ) And a common command value α.
FIG. 17 is a graph illustrating a relationship between a common command value α and an evaluation function in the fourth embodiment of the circuit element driving apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a conventional method for driving a two-terminal circuit element.
FIG. 19 is a circuit diagram illustrating another conventional two-terminal circuit element driving method.
[Explanation of symbols]
1 Spindle motor
2, 3, 4 coils
5, 24 Common terminal
6 Drive unit
7, 36, 56 Control unit
8 Maximum value detector
9 Minimum value detector
10 Inversion average part
11, 12, 13, 29, 43, 44, 45 Adder
α Common command value
r 1 , R 2 , R Three Correction command value
V com Applied voltage to common terminal
V 1 Applied voltage to
V 2 Applied voltage to individual terminal 3a
V Three Applied voltage to individual terminal 4a
20 Lens drive unit
21 Tracking coil
22 Focus coil
23 Tilt coil
25 Linear matrix calculation unit
26 Weight calculator
27 Generalized inverse matrix calculator
28 Multiplier
30 Switching drive unit
31, 32, 33, 34 Inversion element
35 Duty variable section
37 Reference signal generator
38, 39, 40, 41 Comparator
42, 52 Common command value calculator
46, 47, 48 operational amplifier
49 Inversion adder
Claims (16)
前記p個の第2の指令値に基づいて、p個の駆動電圧を発生し、出力する駆動手段とを備え、
前記制御手段は、線形行列演算手段を含み、
前記線形行列演算手段は、前記n個の第1の指令値を、大きさp×nの一般逆行列に乗じ、前記p個の第2の指令値を出力し、
前記p個の駆動電圧のうち、少なくとも1つは、前記第1の指令値の少なくとも1つに基づいて変動する電圧であって、2つ以上の前記回路素子のそれぞれ一端子へ共通に印加される、回路素子駆動装置。 N first command values for generating a voltage to be applied to n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals are received and based on the n first command values Control means for generating and outputting p second command values that are one greater than n;
Drive means for generating and outputting p drive voltages based on the p second command values;
The control means includes a linear matrix calculation means,
The linear matrix computing means multiplies the n first command values by a general inverse matrix of size p × n, and outputs the p second command values ,
At least one of the p drive voltages is a voltage that varies based on at least one of the first command values, and is commonly applied to one terminal of each of the two or more circuit elements. The circuit element driving device.
前記p個の第2の指令値に基づいて、p個の駆動電圧を発生し、出力する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記n個の回路素子の一端をそれぞれ接続した共通端子と、前記n個の回路素子の他端をそれぞれ独立に設けたn個の個別端子とにそれぞれ印加するべき(n+1)個の駆動電圧を発生し、
前記制御手段は、前記n個の第1の指令値を受け取り、前記(n+1)個の駆動電圧を発生するよう前記駆動手段へ(n+1)個の前記第2の指令値を出力し、
kは前記回路素子の番号を表す1からnまでの整数であって、
前記制御手段は、前記n個の第1の指令値ukのうちの最大値umaxを検出する最大値検出手段と、前記n個の第1の指令値ukのうちの最小値uminを検出する最小値検出手段とを備え、少なくとも前記umaxと前記uminとを用いて、前記共通端子に印加すべき駆動電圧を発生させる前記第2の指令値αを生成し、前記第2の指令値αを前記n個の第1の指令値ukのそれぞれに加算して前記個別端子に与えるn個の第2の指令値rkを発生させ、
前記p個の駆動電圧のうち、少なくとも1つは、前記第1の指令値の少なくとも1つに基づいて変動する電圧であって、2つ以上の前記回路素子のそれぞれ一端子へ共通に印加される、回路素子駆動装置。 N first command values for generating a voltage to be applied to n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals are received and based on the n first command values Control means for generating and outputting p second command values that are one greater than n;
Drive means for generating and outputting p drive voltages based on the p second command values;
The driving means should apply to a common terminal connected to one end of each of the n circuit elements and n individual terminals provided with the other ends of the n circuit elements independently (n + 1). Drive voltage,
The control means receives the n first command values and outputs the (n + 1) second command values to the drive means to generate the (n + 1) drive voltages;
k is an integer from 1 to n representing the number of the circuit element,
Wherein said control means includes a maximum value detection means for detecting a maximum value u max of the n first command value u k, the minimum value u min of the n first command value uk Minimum value detecting means for detecting, and using at least u max and u min to generate the second command value α for generating a drive voltage to be applied to the common terminal, the command value α to generate a second command value r k of n give added to the individual terminals on each of said n first command value u k,
At least one of the p drive voltages is a voltage that varies based on at least one of the first command values, and is commonly applied to one terminal of each of the two or more circuit elements. The circuit element driving device.
前記p個の第2の指令値に基づいて、p個の駆動電圧を発生し、出力する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記n個の回路素子の一端をそれぞれ接続した共通端子と、前記n個の回路素子の他端をそれぞれ独立に設けたn個の個別端子とにそれぞれ印加するべき(n+1)個の駆動電圧を発生し、
前記制御手段は、前記n個の第1の指令値を受け取り、前記(n+1)個の駆動電圧を 発生するよう前記駆動手段へ(n+1)個の前記第2の指令値を出力し、
前記駆動手段は、前記第2の指令値に比例した前記駆動電圧を発生する非飽和範囲と、前記第2の指令値にかかわらず一定の値の駆動電圧を発生する飽和範囲とを有する非線形関数を備え、前記制御手段は、前記n個の第1の指令値より非線形な関係を用いて前記(n+1)個の第2の指令値を算出し、
kは前記回路素子の番号を表す1からnまでの整数として、
前記制御手段において、前記(n+1)個の第2の指令値が前記非飽和範囲の最大値よりも大きいかまたは最小値よりも小さい場合に、前記非飽和範囲に対する前記n個の第1の指令値ukの超過量をn個の出力不足量skとして与える出力不足量算出手段を備え、
前記n個の出力不足量skのうちの少なくとも1つを用いて前記共通端子に与える前記第2の指令値αを生成すると共に、前記第2の指令値αを前記n個の第1の指令値ukに加算して前記個別端子に与える前記n個の第2の指令値rkを発生し、
前記p個の駆動電圧のうち、少なくとも1つは、前記第1の指令値の少なくとも1つに基づいて変動する電圧であって、2つ以上の前記回路素子のそれぞれ一端子へ共通に印加される、回路素子駆動装置。 N first command values for generating a voltage to be applied to n (n is an integer of 2 or more) circuit elements having two terminals are received and based on the n first command values Control means for generating and outputting p second command values that are one greater than n;
Drive means for generating and outputting p drive voltages based on the p second command values;
The driving means should apply to a common terminal connected to one end of each of the n circuit elements and n individual terminals provided with the other ends of the n circuit elements independently (n + 1). Drive voltage,
The control means receives the n first command values and outputs the (n + 1) second command values to the drive means to generate the (n + 1) drive voltages ;
The drive means has a non-saturation range that generates the drive voltage proportional to the second command value, and a non-saturation function that generates a constant drive voltage regardless of the second command value. The control means calculates the (n + 1) second command values using a non-linear relationship from the n first command values,
k is an integer from 1 to n representing the number of the circuit element,
In the control means, when the (n + 1) second command values are larger than the maximum value of the non-saturation range or smaller than the minimum value, the n first commands for the non-saturation range. Output shortage calculating means for giving an excess of the value u k as n output shortages s k ;
The second command value α to be given to the common terminal is generated using at least one of the n output deficiencies s k , and the second command value α is set to the n first command values α. is added to the command value u k to generate the n second command value r k given to the individual terminals,
At least one of the p drive voltages is a voltage that varies based on at least one of the first command values, and is commonly applied to one terminal of each of the two or more circuit elements. The circuit element driving device.
前記n個の出力不足量skのうちの最大値smaxを検出する最大値検出手段と、
前記n個の出力不足量skのうちの最小値sminを検出する最小値検出手段とを備え、
少なくとも前記最大値smaxと前記最小値sminとを用いて共通端子に与える前記第2の指令値αを生成する請求項8に記載の回路素子駆動装置。The control means includes
Maximum value detecting means for detecting a maximum value s max of the n output deficiencies s k ;
Minimum value detecting means for detecting a minimum value s min of the n output deficiencies s k ,
9. The circuit element driving device according to claim 8 , wherein the second command value α to be given to a common terminal is generated using at least the maximum value s max and the minimum value s min .
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