(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の目標位置を入力し、制御対象の位置検出信号と前記目標位置との位置誤差を求め、前記位置誤差から操作量を求めてアクチュエータを制御する位置決め制御装置を備えた磁気ディスク装置において、
前記位置決め制御装置は、
制御対象のモデルを備え、
前記制御対象のモデルの出力である位置と目標位置との差分である目標位置誤差を位相進み特性をもつ第３の補償器に入力し、前記第３の補償器で演算により第１の操作量を求め、
前記第１の操作量を用いて前記制御対象のモデルの出力を演算し、
前記目標位置誤差と前記位置誤差との差分を、状態量の上下限を制限する機能を有する積分特性を有する第１の補償器と、位相進み特性をもつ第２の補償器とに入力し、前記第１及び第２の２つの補償器の演算結果の和である第２の操作量を求め、前記第１の操作量と第２の操作量を加算した操作信号により前記アクチュエータを駆動し、制御対象の位置制御を行うことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置とそれを用いたヘッドの位置決め方法に係り、特に磁気ヘッドを目標トラックに追従させる動作に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気ディスク装置の制御方法として、特開平３−２８８９１３号公報に示される方法がある。これには目標位置との差が大きいときは、速度制御系で制御し、ヘッドが目標位置に近づくと現在位置と目標位置の差に基づく位置決め制御系に切換えて制御する場合、速度制御系から位置制御系に切り換える時に切り換え時の位置、速度、加速度の状態量に対して適切な係数を乗じ、加算することにより位置制御系の補償器の初期値を設定することが開示されている。これにより切り換え時の条件が変動しても、オーバーシュートのない、望ましい過渡応答が得られる。
【０００３】
前記した切換後のフォロイング制御系は目標位置への追従誤差をなくすため、積分特性を有する制御系としている。しかし、シーク制御からフォロイング制御への切り換え時に速度検出誤差があったり、温度上昇等によるコイル抵抗や電流検出抵抗の増加で制御対象のループゲインが変動すると、フォロイング補償器の積分特性による遅い応答が過渡応答として現れ、セトリング性能が悪化する。そのため、シーク制御系とフォロイング制御系の間に遅い応答となって現れる閉ループ極を持たない制御系としてセトリング制御系を介在させることにより、切り換え時の検出誤差やゲイン変動があっても応答の安定性を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記セトリング制御系の補償器は位相進み補償器となり、補償器の特性として積分効果をもたないため外力が制御対象に作用する場合に追従特性が低下する。
【０００５】
本発明はセトリング制御系を介さずにシーク制御からフォロイング制御へ切り換えができ、かつ切り換え時の検出誤差やゲイン変動、また外力等の外乱が作用する場合にもセトリング性能を悪化させない制御方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題に対する解決方法として、以下の制御方法を用いる。
【０００７】
アクチュエータに望ましいセトリング応答を行わせるためフィードフォワードで目標位置とそれに対応する操作量をアクチュエータに与える。目標位置に対するアクチュエータの追従誤差をフォロイング補償器で補償する。フォロイング補償器で追従誤差を低減しようとする場合には、補償器の積分特性による遅い応答が現れセトリング性能を低下させてしまうので、フォロイング補償器を位相進み特性からなる補償器と積分特性からなる補償器の２つに並列化する。積分補償器に大きな追従誤差が入力する場合には、積分器の状態量をリミッタで制限することにより積分補償器を飽和させて、もう一方の位相進み補償器だけによって制御するようにする。
【０００８】
これにより、ゲイン変動時のように大きな追従誤差が入力する場合には積分補償器を飽和させて位相進み補償器のみで制御し遅い応答が現れるのを防ぎ、外力変動時のように小さな追従誤差が入力する場合には、積分補償器を正常に動作させ外力の影響の抑制効果を向上する。このような構成をとることにより、種々の外乱が作用してもセトリング性能を低下させない制御系を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を用いた磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系の一実施例の構成図である。
【００１０】
スピンドルモータ８には、記録媒体である磁気ディスク４が保持されており、定められた回転数により回転される。また、磁気ディスク４の側方向には、ピボット軸受３が、スピンドルモータ８の軸に平行になるように設けられている。キャリッジ１１はピボット軸受３に揺動可能に固定されている。磁気ヘッド１はキャリッジ１１の先端に固定されている。磁気ヘッド１を移動させるための動力はボイスコイルモータ(VCM)２により発生する。
【００１１】
磁気ヘッド１は、磁気ディスク４上のサーボセクター１２に記録されている位置信号を検出して現在位置を知ることが可能である。磁気ヘッド１が検出した位置信号は、ヘッド信号増幅器１３により増幅され、サーボ信号復調器１４により復調される。
【００１２】
サーボセクター１２に記録されている情報を図２を用いて説明する。
【００１３】
磁気ディスク４面には、同心円状に複数のトラックが形成されており、そのうち＃ｉ−１、＃ｉ、＃ｉ＋１トラックを代表して示す。サーボセクター１２は、マーカー４０、トラック番号４１、４種類のＡ４２、Ｂ４３、Ｃ４４、Ｄ４５のサーボパターンを円周方向に記録している。
【００１４】
マーカー４０はサーボセクター１２の開始位置を示す。トラック番号４１は、例えばグレーコード等によりトラック番号を記録している。サーボパターンは、ディスク半径方向についてパターンＡ、Ｂを１トラックずつ交互に記録し、またパターンＣ、Ｄも同様に１トラックずつ交互に記録し、パターンＡ、ＢとパターンＣ、Ｄでは0.5トラックずらしている。このようなサーボパターンから得られる信号を、後述する方法により復調することによって、右側に示すようにパターンＡ、Ｂの差からヘッド位置信号Ｎ４６を復調し、同時にパターンＣ，Ｄの差からヘッド位置信号Ｑ４７を復調する。
【００１５】
ヘッド位置信号Ｎ４６、Ｑ４７は０．５トラック位相のずれた信号であり、通常２相サーボと呼ばれる。すなわち、ヘッド位置信号Ｎは＃ｉ−１、＃ｉ、＃ｉ＋１で示すトラックセンターを中心に、ヘッドの半径方向に対して直線的に変化し、トラック境界で飽和した特性となる。これに対してヘッド位置信号Ｑ４７は、トラック境界を中心に直線的に変化し、トラック中心で飽和した特性となる。このため、トラックセンタを中心とした所定範囲ではヘッド位置信号Ｎを使用し、トラック境界部分ではヘッド位置信号Ｑ４７を使用することで、全トラック範囲に亘りヘッド位置を示すヘッド位置信号を得ることができる。
【００１６】
次に、図３を用いて図１のサーボ信号復調器１４で行う操作を説明する。図３には、＃ｉトラックの中心を磁気ヘッド１に設置されたリードヘッドのコア部が通過するときのヘッド読み取り信号２２を示している。
【００１７】
読み取られたＡ４２、Ｂ４３、Ｃ４４、Ｄ４５の各サーボ信号は、全波整流し積分することにより、信号Ｖａ５３、Ｖｂ５４、Ｖc５５、Ｖｄ５６として検出される。各信号はＡＤ変換器２６によりＡＤ変換されてバス１５を介してＭＰＵ１９に取り込まれるか、または図４に示すような抵抗５９〜６２と加算器５８、又は抵抗６３〜６６と加算器５７からなる減算回路を用いてヘッド位置信号Ｎ４６とヘッド位置信号Ｑ４７を求め、ＡＤ変換器２６によりＡＤ変換してバス１５を介して位置信号７１を得る。このヘッド位置信号を図１のＭＰＵ１９で処理し、以下の方法でＶＣＭ制御信号６８を生成する。
【００１８】
図１において、ＭＰＵ１９に対してはバス１５を介してＲＯＭ１８、ＲＡＭ１７が設けられる。ＲＯＭ１８にはＭＰＵ１９で実行する本発明のシーク制御を含む各種の制御プログラムが格納され、また各種の制御に必要なパラメータも格納されている。
【００１９】
ＭＰＵ１９に対しては、バス１５を介してインターフェースコントローラ２０が接続され、ホストコントローラ２１のコマンドを受けて、ＭＰＵ１９に対してリード、ライトのアクセス要求を出す。ＭＰＵ１９はアクセス要求を受けて、ＲＯＭ１８に記録される位置決め制御方法を実行し、ＶＣＭ制御信号６８を生成する。本発明の位置決め方法の計算順序を図５を用いて説明する。
【００２０】
図５は本発明の位置制御系の数式モデルによるブロック線図である。説明上制御対象６７の数式モデルをNp(z)/Dp(z)で表わす。ここで制御対象６７とは、図１において、ＭＰＵ１９で計算される操作量６８から、ＭＰＵ１９による処理が可能となるように生成した位置信号７１までのハード部を数式に置き換え、入出力特性を表わしたものが伝達関数Np(z)/Dp(z)である。ホストコントローラ２１からデータのリードライトを要求するコマンドが発行されると、現在のヘッド位置７１から目標位置７３までの距離に対応して目標速度を与え、図示しない速度制御系（シーク制御）により制御する。
【００２１】
磁気ヘッド１が目標位置７３に近づくと、図５に示す位置制御系に切換え、現在位置と目標位置の差に基づいて位置決めする。フィードフォワード補償生成部７４は、望ましい過渡応答を実現する閉ループ系のモデルからなる。前記速度制御から位置制御への切り換え時に、閉ループ系モデルのセトリング補償器７６の初期値を、後述する補償器の初期値設定法に基づいて設定した後、セトリング補償器７６よりフィードフォワード信号６９を生成する。
【００２２】
フィードフォワード補償生成部７４の制御対象のモデル７５の出力である位置７８に目標位置７３加算し望ましい目標位置誤差７７を求める。この目標位置誤差７７に位置誤差７２を加算して求めた追従誤差７９を、積分補償器８６と位相進み補償器８４からなるフィードバック補償器に入力し、積分補償器８６と位相進み補償器８４の出力８０を加算してフィードバック操作量８５を生成する。このように生成したフィードフォワード信号６９とフィードバック操作量８５を加算して操作量６８を生成する。
【００２３】
このようにして生成した操作量６８を用いて、図１に示すようにＤＡ変換器２７にてパワーアンプ制御信号２５を生成し、パワーアンプ１６に与える。
【００２４】
次に、本発明の位置決め制御方法の設計法および構成の詳細を説明する。
【００２５】
制御対象のモデル７５を導出する方法は次のようになる。操作量ｕ６８から位置信号ｙ７１までのゲインをＫとすれば、制御対象の状態方程式は数１で記述される。
【００２６】
【数１】
0003663298.tif 000002
【００２７】
ＤＡ変換器２７からの操作量の計算結果の出力はある周期で更新されるが、その間の値が一定に保持されるものを零次保持特性と呼ぶ。さらにＤＡ変換器２７への操作量の出力周期が位置信号の検出周期Ｔｓと一致している場合には、数２により制御対象の状態方程式の離散時間表現を得る。
【００２８】
【数２】
0003663298.tif 000003
【００２９】
実際には位置信号の検出からＤＡ変換器２７による操作信号の出力までには、演算時間や変換時間が必要で、操作信号の出力が遅れる。遅れ時間をｍ・Ｔｓとするとき、数２は次のように書き直される。
【００３０】
【数３】
0003663298.tif 000004
【００３１】
数３をｚ変換することにより、ｕ６８からｙ７１までの制御対象のパルス伝達関数Np(z)/Dp(z)は数４となる。
【００３２】
【数４】
0003663298.tif 000005
【００３３】
ＡＤ変換器２６から電流出力までには、高周波数領域の機構共振の影響が現れないようにバンドエリミネーションフィルタ（ノッチ）やローパスフィルタが接続されており、これが位相遅れの原因となる。この位相遅れを時間遅れに換算し、等価無駄時間として数３の時間遅れに含ませてもよい。このとき等価無駄時間をＴｄｅ、着目する周波数をｆｃ、その時の位相遅れをＰｄとすることにより、等価無駄時間は例えば次式により表わすことができる。
【００３４】
【数５】
0003663298.tif 000006
【００３５】
次にフィードフォワード補償生成部７４の設計について説明する。この部分は数４で表わした制御対象６７の離散時間表現Np(z)/Dp(z)とセトリング補償器７６Ns(z)/Ds(z)で表わされる。セトリング補償器７６の導出には、例えば以下に示すような極配置手法を用いて、制御系が遅いモードを持たないように設計できる。閉ループ制御系の伝達関数は次の数６で表わされる。
【００３６】
【数６】
0003663298.tif 000007
【００３７】
この時、数６の特性方程式は数７で表わされ、Ns(z)/Ds(z)の係数を適切に決めることにより極配置が達成される。配置する極としては、例えば0.9以下となるようにする。
【００３８】
【数７】
0003663298.tif 000008
【００３９】
速度制御系から位置制御系に切り換える時に、フィードフォワード補償生成部７４のセトリング補償器７６の初期値を設定するが、その設定法の設計について説明する。
【００４０】
初期値設定は、切り換え後の位置制御系の応答を、切り換え時の状態量の初期値からの初期値応答とみなし、補償器の初期値を適切に指定することにより、初期値から制御量ｙまでの閉ループ伝達関数の零点を、閉ループ伝達関数の遅い極を相殺するように指定し、応答の整定を速やかにする。
【００４１】
まず、Ns(z)/Ds(z)で表わされる補償器を数８のような差分方程式で表わす。
【００４２】
【数８】
0003663298.tif 000009
【００４３】
次に、数２と数８をｚ変換することにより、制御系切り換え時の制御対象の初期値Xp(0)と補償器の初期値Xc(0)から位置信号yまでの伝達関数を数９のように求める。
【００４４】
【数９】
0003663298.tif 000010
【００４５】
次に切り換え後の過渡応答を望ましい応答とする補償器の初期値を制御対象の初期条件から求めるために、Xc(0)=K・Xp(0)の関係を満足するＫを導入する。このとき、数９は数１０のように表わされる。
【００４６】
【数１０】
0003663298.tif 000011
【００４７】
数１０において、制御系の特性多項式はD(z)となり、D(z)=0の根が前記した閉ループ系の極を表す。このうち消去したい遅い極をr1、r2、・・・と取り上げ、Np(z)、Nc(z)において、z=r1、z=r2、・・・と置いて、数１１を満足するようなKを求めれば切り換え条件の変動によらず、応答を速やかに整定させる補償器の初期値を得る。
【００４８】
【数１１】
0003663298.tif 000012
【００４９】
係数Ｋ導出の一例として、例えばXp(0)が２行１列で、Xc(0)が２行１列とすればKは２行２列で数１２のように表わされ、閉ループ系の極のうち遅い方の２つを消去可能である。
【００５０】
【数１２】
0003663298.tif 000013
【００５１】
ここで、消去したい極をr1、r2とすると、Kの要素は数１３の関係式により求めることができる。
【００５２】
【数１３】
0003663298.tif 000014
【００５３】
ただし、Np(z)=[Np1(z)、Np2(z)]、Nc(z)=[Nc1(z)、Nc2(z)]とし、Np1、Np2、Nc1、Nc2はスカラである。以上が初期値補償の設計法である。
【００５４】
次に位相進み補償器８４と積分補償器８６の和の特性からなるフィードバック補償器の設計について説明する。フィードバック補償器は、フィードフォワード補償生成部７４からの望ましい位置の応答と実位置との誤差を補償するように位相進み遅れ特性を持つように指定される。その伝達関数をNf(z)/Df(z)で表わしておく。次に、次式を満たすような、Npa(z)/Dpa(z)を導出し、２つの並列な位相進み補償器８４と積分補償器８６を合成した特性がNf(z)/Df(z)となるようにする。
【００５５】
【数１４】
0003663298.tif 000015
【００５６】
Nf(z)/Df(z)は、外力が制御系に作用する場合にも定常偏差を生じないように積分特性をもち、かつ制御系の一巡伝達関数Np(z)/Dp(z)・Nf(z)/Df(z)のクロスオーバー周波数（入出力の振幅比が１となる周波数）を例えば５００Ｈｚとし、そのとき35deg〜40degの位相余裕がとれるような位相進み特性をもつ補償器として設計する。追従誤差補償器の一方は位相進み特性のみをもつNs(z)/Ds(z)とし、他方のNpa(z)/Dpa(z)はNf(z)/Df(z)−Ns(z)/Ds(z)から求めるので、結果として積分特性をもつ。
【００５７】
ここで、積分特性を有するかどうかの定義として１つはNf(z)/Df(z)またはNs(z)/Ds(z)とNp(z)/Dp(z)で構成する閉ループ制御系の極の実部の絶対値が0.9より大きい場合には積分特性を有し、0.9より小さい場合には積分特性を有しないとする。また、もう１つの定義として、補償器Nf(z)/Df(z)またはNf(z)/Df(z)の周波数特性として、例えば100Hz以下の領域で周波数が低くなるほどゲインが増加する場合、積分特性をもつとする。
【００５８】
並列補償器の導出としては、逆にNpa(z)/Dpa(z)を指定し、Ns(z)/Ds(z)を数１４の関係を用いて導出することもできる。Npa(z)/Dpa(z)の次数はNf(z)/Df(z)の次数＋Ns(z)/Ds(z)の次数の和となり、次数が高くなるため計算量が多くなる。そのため求めたNpa(z)/Dpa(z)の極と零点を解析し、必要な極と零点からNpa(z)/Dpa(z)を低次元化してもよい。
【００５９】
次に、求めたNpa(z)/Dpa(z)に対して状態量が、制限値以上に増加するのを防止するワインドアップ制御の構成を示す。ワインドアップ制御のためには積分補償器８６をNpa(z)８１と1/Dpa(z)のブロックに分割し、1/Dpa(z)のブロックに図５に示すようにリミッタ８３を挿入する。すなわち1−Dpa(z)をフィードバック補償器８２としてリミッタ８３を前向きに入れる。このとき、Dpa(z)はmonic多項式とする。
【００６０】
今、積分補償器８６Npa(z)/Dpa(z)を積分器として、ワインドアップ制御を導入した場合の出力例を示す。
【００６１】
図６に矩形波eを積分補償器８６に与えた時の補償器出力の時間応答u1の例を示す。図６には、比較のため、ワインドアップ制御を行わない場合のNpa(z)/Dpa(z)の出力の時間応答u2の例および、Npa(z)/Dpa(z)の出力に直列にリミッタを入れた場合の出力の時間応答u3の例を示す。状態量を制限するようにリミッタを入れた場合の応答u1だけが出力制限がなされ、かつ誤差入力の変化に応答しており、応答u2は操作量が制限されず、応答u3は操作信号は制限されるが、入力ｅの符号の反転に対して応答が遅れることがわかる。
【００６２】
ワインドアップ制御のリミット値１０８と１０９の決め方については、ある期間、例えば切換後の１ｍｓ程度、リミット値を小さくし、一定期間経過後はリミット値を大きくする方法を用いる。リミット値の与え方については、上限値と下限値の絶対値を変えたり、経過時間により段階的に変更していくこともできる。
【００６３】
次に、本発明を適用した場合の効果を表わす観測信号を示す。観測信号としては、図２に示したヘッド位置信号４６又は４７とする。図１のホスト側コントローラにより指定トラックへのシークコマンドを発行し、ヘッドを目標トラックへシークさせる。このときのヘッド位置信号を観測する。
【００６４】
本発明の効果は、外力の作用下において目標トラックへのセトリング応答を改善することである。外力としては、ピボット軸受部３で発生する転がり摩擦力やヘッドの信号をやり取りしたり、ＶＣＭ２に電流を供給するケーブルの変形によってアクチュエータに作用する力がある。
【００６５】
図７はヘッド位置換算で１０ｍＮの力が作用した条件で目標トラックへシークさせた場合の位置信号の応答で、特にシークモードが終了し、セトリングモードへの移行時からの応答である。
【００６６】
図７（１）は、本発明の制御方式を用いた場合の応答である。セトリングからフォロイングへの切り換えがないため、応答９０と９１が一様に収束していることが特徴である。図７（２）には、従来の制御方式を用いた場合の応答９３、９４を示す。
【００６７】
従来方式では、２ｍｓ時点でセトリングモードからフォロイングモードへ移行するが、その時位置が滑らかに収束せず、応答の整定が本発明の方法に対して遅くなることがわかる。効果を定量化すると、本発明では、行き過ぎ量で４０％、０．４マイクロメートル以下への到達時間で０．６ms短縮することができる。
【００６８】
図８には本発明の積分補償器８６の出力upa７０の応答９６と９７を示す。出力upa７０は外力の影響を補償するため徐々に増加している。また積分補償器は飽和していないため外力の影響の低減が可能となっている。
【００６９】
次に、制御対象のループゲインが変動する場合の本発明の効果を示す。磁気ディスク装置において、装置の温度上昇による電流検出抵抗の変化や磁気ヘッドを最外周に位置決めする時等の、ＶＣＭで発生する磁束の漏れによる発生力の低下により制御系のループゲインが変動する。これは、目標トラックへのヘッドの整定応答に影響を与える。ここでは、その現象を模擬するため、パワーアンプの増幅率を抵抗を交換することにより変更し、制御対象のループゲインを−１０％および＋１０％と変化させて、目標トラックへのシーク時の位置信号を観測する。
【００７０】
図９は位置信号の応答波形で、特にシークモードが終了し、セトリングモードへの移行時からの応答である。図９（１）は、本発明の制御方法を用いた場合の応答である。通常、積分特性をもつ補償器により位置決めする場合、ゲインの変動により積分特性による遅い応答が現れ、大きなオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。しかし、本方法では大きな誤差が入力する場合に積分補償器が飽和し、位相進み補償器のみにより制御されるため、積分特性による遅い応答が現われず、位置の応答が９９や１００のように速やかに整定する。図９（２）には従来のセトリングモードを用いた場合の応答１０２、１０３を示すが、（１）と比較すると、本発明の方がセトリングモードをもつ場合と同等のゲイン変動の補償効果を有することがわかる。
【００７１】
実際に積分補償器が飽和していることを示すため、図１０に積分補償器の出力upa７０の応答１０５と１０６を示す。シーク終了後のある期間は、積分補償器の状態量は値１１０と１１１で指定される値に制限しており、１〜１．３ｍｓの期間出力が飽和していることがわかる。
【００７２】
ここまでは、目標トラックへのシーク時の応答波形を見てきた。次にトラック追従時における本方式の効果を示す。
【００７３】
トラック追従時には、外部からキャリッジ１１にパルス状の力（加速度外乱）が作用したり、ディスク支持系に力が作用して磁気ヘッド１の位置がディスク面上の目標トラックから相対的にずれたりする場合がある。キャリッジ１１に作用する加速度外乱を模擬するため、パワーアンプに対して印加外乱３６としてパルス状の電圧を一定時間与える。この操作はキャリッジ１１を叩いてインパルス外乱を与える方法と等しく、もちろん可能ならば、直接キャリッジを叩いてインパルス外乱を与える方法をとってもよい。
【００７４】
印加外乱３６の電圧レベルは作用する加速度外乱の大きさを表わし、印加時間は加速度外乱の持続時間を表わす。このとき図４に示した方法で検出できるヘッド位置信号４６又は４７の観測結果を図１１に示す。
【００７５】
図１１（１）は加速度１．３m/s/sに相当する印加外乱３６の電圧の換算値を1msの期間加えた場合の位置信号４６の応答である。また、図１１（２）は前記の１０倍に相当する加速度１３m/s/sの電圧３６の換算値を同じく1msの期間加えた場合の位置信号４６の応答である。
【００７６】
図１１（１）のように与える外乱の振幅が小さい場合には、本発明を適用した場合の応答１１２と従来の応答１１３は一致している。
【００７７】
しかし、図１１（２）に示すように与える外乱のレベルが相対的に大きくなると、本発明を適用した場合の応答１１４は従来の応答１１５に比較して応答が逆ぶれなく速やかに整定している。
【００７８】
以上を図１２に加速度外乱印加により本発明の制御系を用いた場合の位置信号応答の特徴を検出するフローチャートとしてまとめる。
【００７９】
これより、本発明の制御方式を適用した場合の位置信号波形１１２、１１４の特徴として外乱のレベルにより応答波形の形状が異なり、外乱のレベルが大きいほど従来に対して改善効果が大きくなる。これに対して従来の応答波形１１３および１１５は振幅の絶対値は異なるが、両者の波形は相似となることがわかる。これは線形系においては当然である。
【００８０】
次に外部からのディスク支持系に力が作用し、ディスク面上の目標トラックからヘッド位置がある距離ずれた場合の応答を示す。図１３（１）は２ｍｓ経過後に0.24マイクロメートルだけヘッド位置がずれた場合のヘッド位置の復帰の応答であり、図１３（２）は２ｍｓ経過後に24マイクロメートルだけヘッド位置がずれた場合のヘッド位置の復帰の応答である。
【００８１】
図１３（１）に示すように、ヘッド位置のずれが小さい場合には、本発明の応答と従来の応答は一致する。それに対して、図１３（２）に示すようにヘッドの位置のずれが大きい場合には、本発明は従来に対してオーバーシュートが低減し、アンダーシュートも小さくなっている。また、図１３（１）、図１３（２）から従来の応答波形は、相似となっているが、本発明によれば、ヘッドの位置ずれが大きくなるほど従来に対して応答が改善される。これは、本発明の積分補償器に対するワインドアップ制御により、作用する外乱が大きくなった時に積分効果が抑制され、制御系の遅いモードが現れるのを防ぐためである。
【００８２】
本実施例の制御方式の動作開始は、シーク終了時からフォロイングへ切り換える時点としているが、シーク開始から適用することも可能である。その場合には、図１のフィードフォワード補償生成部７４において、制御対象モデル７５の状態量をシーク開始時の制御対象６７の状態量に設定し、セトリング補償器７６の状態量を初期値補償で設定すればよい。又は、フィードフォワード生成部７４は制御対象モデル７５、モデルの速度目標値生成手段、モデルの速度検出手段等で構成されるシーク制御系のモデルで構成してもよい。又は、フィードフォワード生成部は望ましい位置の軌跡７８と軌跡７８を生成するためのフィードフォワード信号６９を生成する構成であればよい。
【００８３】
【発明の効果】
磁気ディスク装置の位置決め制御系において、閉ループモデルを用いたフィードフォワード制御と積分補償器に対するワインドアップ制御を用いて位置制御系を構成することにより、目標トラックへのシーク時およびトラックフォロイング時に制御対象に外力が作用したり、シークモードからフォロイングモードへの切り換え時に、速度検出誤差や制御対象のゲイン変動があっても、位置の応答が速やかに整定し、目標トラックへ高速にシークすることが可能となり、データ書き込み時のシーク時間の向上およびトラック追従性能の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の磁気ディスク装置の構成図。
【図２】セクターに記録される磁気パターンと復調信号。
【図３】＃ｉトラック中心をリードヘッドが通過する時のサーボ読み取り信号。
【図４】位置信号Ｎ、Ｑ生成用の演算回路の一例。
【図５】本発明の位置決め制御方法を示すブロック図。
【図６】ワインドアップ制御を導入した積分器８６の出力応答特性図。
【図７】外力が作用した場合の位置信号の応答の比較。
【図８】外力が作用した場合に本発明の制御方式の並列補償器が出力波形。
【図９】制御対象のゲインに変動が生じた場合のトラックシーク時の位置信号応答波形。
【図１０】制御対象のゲインに変動が生じた場合に本発明の制御方式の並列補償器の出力波形。
【図１１】キャリッジに小振幅の加速度外乱を印加する時の位置信号の応答特性図。
【図１２】加速度外乱印加時の位置信号応答特性を検出するフローチャート。
【図１３】ディスクに外乱を印加し、ヘッド位置を目標トラックからずらした時の位置信号の応答特性図。
【符号の説明】
１…磁気ヘッド、２…ボイスコイルモータ、３…ピボット軸受、４…磁気ディスク、８…スピンドルモータ、１１…キャリッジ、１２…サーボセクタ、１３…ヘッド信号増幅器、１４…サーボ信号復調器、１５…バス、１６…パワーアンプ、１７…ＲＡＭ、１８…ＲＯＭ、１９…ＭＰＵ、２０インターフェースコントローラ、２１…ホスト側コントローラ、２６…ＡＤ変換器、２７…ＤＡ変換器、６７…制御対象、７４…フィードフォワード補償生成部、７５…制御対象のモデル、７６…セトリング補償器、８４…位相進み補償器、８６…積分補償器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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