(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、前記粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている微動アクチュエータとを有する磁気ディスク装置において、
前記粗動アクチュエータに対する目標軌道を発生する粗動用目標軌道発生器と、
前記微動アクチュエータに対する目標軌道を発生する微動用目標軌道発生器と、
前記粗動用アクチュエータの目標軌道とヘッド位置との偏差信号に前記微動アクチュエータの変位信号を加算した信号からフィードバック信号を生成する粗動用フィードバック制御器と、前記粗動アクチュエータの目標軌道に従ってフィードフォワード信号を生成する第１のフィードフォワード制御器とを備え、前記粗動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第１のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記粗動アクチュエータを駆動する粗動用位置制御器と、
前記微動アクチュエータの目標軌道とヘッド位置との偏差信号からフィードバック信号を生成する微動用フィードバック制御器と、前記粗動用アクチュエータの目標軌道からフィードフォワード信号を生成する第２のフィードフォワード制御器とを備え、前記微動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第２のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記微動アクチュエータを駆動する微動用位置制御器とを有することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記微動用位置制御器は、前記微動用アクチュエータの目標軌道に従ってフィードフォワード信号を生成する第３のフィードフォワード制御器を備え、前記微動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第２のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号と前記第３のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記微動アクチュエータを駆動することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気ディスク装置において、前記第１のフィードフォワード制御器は前記粗動用アクチュエータの逆モデルで構成したことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置において、前記第２のフィードフォワード制御器は前記微動用アクチュエータの逆ダイナミックスにマイナスのゲインを掛けた構成であることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置において、前記第３のフィードフォワード制御器は前記微動用アクチュエータの逆ダイナミックスで構成したことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項６】
請求項２に記載の磁気ディスク装置において、前記第３のフィードフォワード制御器内に、飽和要素を設けた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、磁気ディスク装置に係り、特に、高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決めシーク動作を実現する磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置においては、高密度に記録された情報を高速でアクセスするために、アクチュエータによって駆動される磁気ヘッドを目的のトラックへ高速に移動させ (シーク制御)、目的のトラック中心に高精度に追従させる (フォロイング制御) ことが要求される。このためには、アクチュエータの軽量化および位置決め制御系の高帯域化が必要となるが、軽量化すると剛性が低下するためにアクチュエータの機構共振周波数を上げることには一定の限界があり、位置決め制御系の帯域はこれによって制限される。
【０００３】
現在の磁気ディスク装置のトラック幅は3μｍ程度であり、位置決め精度は０.３μｍ程度である。将来の磁気ディスク装置に要求されるトラック幅は１μｍ以下であり、その時の位置決め精度は０.１μｍ以下を達成しなければならない。この位置決め精度を達成するには、制御系の帯域を現状の500Hz程度から2kHz以上に拡大する必要がある。
【０００４】
従来より、磁気ディスク装置において、ボイスコイルモータで構成される粗動アクチュエータと、ピエゾ素子等で構成される微動アクチュエータとを組み合わせて磁気ヘッドを高精度に位置決めする技術が知られている。例えば、特開平4-368676号公報には、粗動アクチュエータの制御系と微動アクチュエータの制御系とを協調させて全体の制御系の高帯域化を実現する技術が開示されている。
【０００５】
一方、従来より、光ディスク装置においても、粗動アクチュエータと微動アクチュエータを組み合わせて光ヘッドを高速高精度に位置決めする技術が知られている。例えば、特開平5-217191号公報には、上記特開平4-368676号公報と同様に、粗動アクチュエータの制御系と微動アクチュエータの制御系とを協調させて全体の制御系の高帯域化を実現する技術が開示されている。また、特開平2-37576号公報や特開平4-319536号公報には、粗動アクチュエータと微動アクチュエータを用いて光ヘッドを高速に移動させる制御系の技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のうち特開平4-368676号公報と特開平5-217191号公報は、微動アクチュエータと粗動アクチュエータを協調させてヘッドを目標のトラック上で高精度にフォロイングさせる制御技術の問題を解決した。そこで開示されている制御系では、粗動フィードバックと微動フィードバックに印加する目標位置は一つしかない。このため、高速なヘッドの移動動作（シーク動作）を行うと、ヘッド位置信号は、目標位置に対してオーバーシュートの応答となり、高速なヘッドのシーク動作ができないことが問題であった。
【０００７】
さて、微動アクチュエータの駆動範囲は限られているため（ここでは±１μｍとする）、シーク動作にはいくつかのパターンが考えられる。１）微動アクチュエータの駆動範囲内での微小シーク動作、２）微動アクチュエータの駆動範囲外の数トラックから数百トラックシークまでの小シーク動作、３）数百トラックシーク以上の大シーク動作。
【０００８】
従来技術のうち特開平2-37576号公報については、粗動アクチュエータに対する位置目標値と、微動アクチュエータに対する速度目標値を有し、微動・粗動アクチュエータの相対速度の低周波数成分に光ヘッドの位置の高周波数成分を重ねた速度信号に基づき速度制御系でシーク動作を行うものである。しかしながら、この技術は、上記３）の大シーク動作の問題を解決する一従来技術ではあるが、速度制御系で光ヘッドを移動させているため、上記１）の微小シーク動作や２）の小シーク動作に対しては高速で高精度な応答を得ることができない。同様な問題は、特開平4-319536号公報についても存在する。
【０００９】
以上より、微動アクチュエータと粗動アクチュエータを用い高速高精度に微小シークと小シーク制御する技術については多くの課題が残されている。
【００１０】
本発明の目的は、高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速で高精度な上記１）の微小シーク動作と上記２）の小シーク動作とを実現する磁気ディスク装置を供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、磁気ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、前記粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている微動アクチュエータとを有する磁気ディスク装置において、
前記粗動アクチュエータに対する目標軌道を発生する粗動用目標軌道発生器と、
前記微動アクチュエータに対する目標軌道を発生する微動用目標軌道発生器と、
前記粗動用アクチュエータの目標軌道とヘッド位置との偏差信号に前記微動アクチュエータの変位信号を加算した信号からフィードバック信号を生成する粗動用フィードバック制御器と、前記粗動アクチュエータの目標軌道に従ってフィードフォワード信号を生成する第１のフィードフォワード制御器（粗動用フィードフォワード制御器）とを備え、前記粗動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第１のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記粗動アクチュエータを駆動する粗動用位置制御器と、
前記微動アクチュエータの目標軌道とヘッド位置との偏差信号からフィードバック信号を生成する微動用フィードバック制御器と、前記粗動用アクチュエータの目標軌道からフィードフォワード信号を生成する第２のフィードフォワード制御器（粗動用目標軌道から微動用フィードバック制御器へのフィードフォワード制御器）とを備え、前記微動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第２のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記微動アクチュエータを駆動する微動用位置制御器とを有するものである。
【００１２】
前記微動用位置制御器に、前記微動用アクチュエータの目標軌道に従ってフィードフォワード信号を生成する第３のフィードフォワード制御器を備え、前記微動用フィードバック制御器で生成したフィードバック信号と前記第２のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号と前記第３のフィードフォワード制御器で生成したフィードフォワード信号とを加算した信号により前記微動アクチュエータを駆動するとよい。
【００１３】
前記第１のフィードフォワード制御器は前記粗動用アクチュエータの逆モデルで構成するとよい。
前記第２のフィードフォワード制御器は前記微動用アクチュエータの逆モデルにマイナスのゲインを掛けた構成にするとよい。
前記第３のフィードフォワード制御器は前記微動用アクチュエータの逆モデルで構成するとよい。
【００１４】
さらに、本発明は、前記微動用フィードフォワード制御器内に、飽和要素を設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に関わるディスク装置の一実施例を示すハードウエアの構成図である。
【００１７】
上位コントローラ７１からマイクロプロセッサ７０にシークの命令が発行されると、マイクロプロセッサ内の各制御器は、粗動用アクチュエータと微動用アクチュエータを協調制御させてヘッド５１を高速高精度に目標の移動距離（トラック）に位置決めさせることを行う。
【００１８】
磁気ディスク５８は、スピンドルモータ６１により高速に一定回転し、トラックのセクタの先頭にはあらかじめ位置情報５９、６０が記録されている。磁気ヘッド５１から得られた信号はヘッドアンプ７２により増幅される。磁気ヘッド５１は、ばね５２によって支えられ、ばね５２は、ピエゾ素子５３とピエゾ素子５４によって駆動され、ピエゾ素子５３、５４は、キャリッジ５５に支持される。ピエゾ素子５３が伸び、ピエゾ素子５４が縮むと、ヘッドは微小移動する。逆に、ピエゾ素子５４が伸び、ピエゾ素子５３が縮むと、ヘッドは逆方向に微小移動する。キャリッジ５５は一体となってボイスコイルモータ５７により駆動される。ボイスコイルモータ５７の移動にともない、キャリッジ５５は、ピボット軸５６を中心にディスクの外周から内周方向あるいはその逆方向に移動する。なお、以下では、ピエゾ素子５３、５４を微動アクチュエータ、ボイスコイルモータ５７を粗動アクチュエータとして記述する。
【００１９】
ディスク５８には、時刻Tｓ毎に位置情報を予め記録させておく。ここでは、一例として二種類の位置情報５９と位置情報６０を記録させた。位置情報５９は、セクタの先頭を示すマーカ部、AGC(オートマティック・ゲイン・コントロール)引き込み部、トラック番号、相対位置を検出するためのバースト信号を記録する。位置情報６０は、マーカ部およびバースト信号のみを記録しておく。すべてのセクタにAGCやトラック番号を記録させないことで、データ領域の拡大を図ることができる。
【００２０】
位置信号復調回路７３は、ヘッド位置信号Y：８０を生成する。位置信号８０は、粗動用制御器６６と微動用制御器６７に印加される。一方、上位コントローラ７１からマイクロプロセッサ７０に対し、シーク命令が発行されると、上位コントローラ７１は、粗動用目標軌道発生器６８と微動用目標発生器６９に目標の移動距離(トラック番号)８７を指示する．粗動用目標軌道発生器６８は、粗動用制御器６６に粗動用目標軌道Ｒv８４および微動用制御器６７にも粗動用目標軌道８５を印加する。また、微動用目標軌道発生器６９は、微動用制御器６７に微動用目標軌道Ｒp８１を印加する。すなわち、粗動制御器によって粗動アクチュエータがほぼ完全に粗動用目標軌道に追従できたとすると、微動用制御器はその粗動用目標軌道が印加されているため、粗動用アクチュエータとほぼ同じ動作の信号を遅れなく入手することが可能となる。粗動用制御器６６は、粗動用操作量Ｕv８３を演算し、Ｄ／Ａ変換回路６４に送出し、粗動用アンプ６２で増幅して、ボイスコイルモータ５７を駆動する。
【００２１】
一方、微動用制御器６７は、微動用操作量Ｕp８２を演算し、それをＤ／Ａ変換回路６５に送出し、微動用アンプ６３で増幅して、ピエゾアクチュエータ５３、５４を駆動する。なお、微動アクチュエータの変位を粗動用制御器６６に印加する必要があるが、ここでは微動用操作量８２を用いて推定した微動アクチュエータ変位信号８６を粗動用制御器６６に印加する。承知のようにピエゾアクチュエータは、駆動電圧から変位までの関係はほぼゲインとして近似できるため、微動用操作量８２を用いた変位信号８６の推定は容易である。あるいは、他のタイプの微動アクチュエータの場合は、オブザーバ理論等を用いて、微動用操作量８２より推定すればよい。マイクロプロセッサ７０内の各制御器および信号線の接続の詳細は、後に図２および図３を用いて説明する。
【００２２】
さて、本発明を説明する前に、図８を用いて従来技術の粗動アクチュエータと微動アクチュエータの協調制御について説明する。図８は、特開平4-368676号公報および特開平5-217191号公報にて開示された従来技術の微動・粗動アクチュエータの制御系の構成である。
【００２３】
ここで、Ｐv４は図１におけるＤ／Ａ変換回路６４から粗動用アンプ６２、ボイスコイルモータ５７、キャリッジ５５までの伝達関数である。その出力信号ＹV３は、粗動用アクチュエータの変位信号である。ＣFBV１０は、粗動用アクチュエータを駆動するためのフィードバック制御器で、通常、位相進み補償と位相遅れ補償より構成される。粗動用アクチュエータ単体の開ループ特性として、クロスオーバ周波数で５００Ｈｚ、位相余裕で４０度程度に粗動用フィードバック制御器１０を設計する。
【００２４】
一方、Ｐp１６は図１におけるＤ／Ａ変換回路６５から微動用アンプ６３、ピエゾアクチュエータ５３、５４、バネ５２、ヘッドまでの伝達関数である。その出力信号Ｙp１５は、微動用アクチュエータの変位信号である。粗動用アクチュエータの変位３と微動用アクチュエータの変位１５を加算２することにより、ヘッド５１の位置１信号Ｙが得られる。我々が観測できるのは、ヘッド位置１とディスク５８に予め記録された位置信号５９、６０の相対的な変位であるが、ここではヘッド位置信号Ｙが直接観測できるものとして説明する。
【００２５】
ヘッド位置信号Ｙは、目標位置Ｒ４１と比較され、偏差信号Ｅ４２を生成する。偏差信号４２を減少させるように微動用アクチュエータのフィードバック制御器ＣFBP２２は、操作量ＵP１７を演算する。微動用フィードバック制御器２２は、例えば、一定値外乱を圧縮することを目的として、積分補償器などで構成する。また、微動用アクチュエータ単体の開ループ特性として、クロスオーバ周波数で２ｋＨｚ，位相余裕で７０度程度に微動用フィードバック制御器２２を設計する。クロスオーバ周波数の設計は、ピエゾアクチュエータやバネなどの機構共振特性を考慮して設計する。機構共振が無視できない場合には、ノッチフィルタなどを挿入して、機構共振を抑圧するなどの工夫が必要となる。
【００２６】
さて、従来技術の特徴は、微動アクチュエータの変位１５を粗動アクチュエータへの偏差信号４２に加算１１していることである。目標位置４１に対し、現在のヘッド位置１がずれた場合、ストロークが限られているが高応答の微動アクチュエータはヘッドを目標位置４１にすばやく位置決めすることを行う。しかし、このままでは、微動アクチュエータは可動範囲の中心から大きくずれた位置にいることになる。このため、その変位１５を粗動用フィードバック制御器１０にフィードバック信号２６して加算１１することで、粗動用フィードバック制御器１０は微動アクチュエータにより、偏差信号が零となった後でも引き続き微動アクチュエータの変位量を減少させるようにフィードバック動作が行われる。
【００２７】
これに伴って、微動用フィードバック制御器２２も動作するので、ヘッド位置１を目標位置４１に保ったまま、微動アクチュエータの変位１５が減少し、やがて零、すなわち可動範囲の中心位置に微動アクチュエータを保持できる。ディスク上に記録されたデータへの読み書きは、微動アクチュエータが目標位置に到達した時点で実行可能である。なお、実際には、微動アクチュエータの変位１５は検出することができないので、微動用フィードバック制御器の操作量１７を用いて推定した信号を粗動用フィードバック制御器へのフィードバック信号２６として用いればよい。
【００２８】
ヘッド位置信号１は、粗動アクチュエータの変位ＹV３と微動アクチュエータの変位ＹP１５とを加算した信号であることから、次式が成り立つ。
【００２９】
【数１】
0003679956.tif 000002
【００３０】
目標位置Ｒ４１から粗動用アクチュエータの変位３までの伝達関数は、
【００３１】
【数２】
0003679956.tif 000003
【００３２】
となる。さらに、目標位置４１からヘッド位置１までの伝達関数は、
【００３３】
【数３】
0003679956.tif 000004
【００３４】
となる。
【００３５】
先に述べたように、上記従来技術は、ヘッドを目標位置に位置決めし、かつ可動範囲が限られている微動アクチュエータを可動範囲の中心位置に定常的に位置決めすることが可能であるため、目標位置の中心に追従するフォロイング動作時には有効に働く。しかし、上位コントローラ７１から発行された目標位置４１への移動命令に対するシーク動作時には応答にオーバシュートが発生し、せっかくの高応答の微動アクチュエータで移動したにもかかわらず、データの読み出し、書き込みの時間を十分に短縮することができない。
【００３６】
目標位置は、図８の目標位置４３のごとく一定値の目標位置が発生される。図９に、この時の微動アクチュエータの位置１５と粗動アクチュエータの位置３とそられを加算した検出可能な実際のヘッド位置１の応答波形を示す。ここで、微動アクチュエータの可動範囲は±１μｍとする。目標位置４１として、１μｍの移動を行う。まず、高応答の微動アクチュエータが移動を開始し、その応答を打ち消すように粗動アクチュエータが移動し、ヘッド位置１が目的の１μｍにオーバーシュートをして、約０．８ｍｓで到達していることが分かる。先に説明したように、最終的に（２ｍｓ以降）微動アクチュエータの変位１５は零に収束する。このように従来技術では、シーク動作時にオーバシュートが発生し、高速なヘッドの移動ができないことが問題である。
【００３７】
以下では、この問題を解決するいくつかの本発明の一実施例について詳細に述べる。
【００３８】
図２および図３は、図１の構成をより詳細に記述したブロック線図である。図２に本第一の発明と本第二の発明の構成を示す。本第一の発明は実線で記載しており、本第二の発明はさらに点線で構成されたブロック２１および加算点１８を加えた構成である。
【００３９】
従来技術では、図８に示す通り、目標位置４１は、一つしかなく、それを粗動アクチュエータと微動アクチュエータの制御系に印加していた。一方、第一の発明では、粗動アクチュエータに対する目標軌道ＲV１４と微動アクチュエータに対する目標軌道Ｒp２５を二つ設けそれぞれ独立に設定したものである。図８の構成に、各々独立な目標軌道１４と２５を加えると、図２となる（但し、ブロック９とブロック２１はないものとする）。それぞれの目標軌道は、ヘッド位置１と比較され１３、２４、ぞれぞれ、粗動用偏差信号ＥV１２と微動用偏差信号ＥP２３を生成する。このとき、数２に対応する目標軌道１４から粗動アクチュエータの変位３までの伝達関数は、次式となる。
【００４０】
【数４】
0003679956.tif 000005
【００４１】
また、式３に対応するそれぞれの目標軌道からヘッド位置１までの伝達関数は、
【００４２】
【数５】
0003679956.tif 000006
【００４３】
となる。
【００４４】
ここで、図９の粗動アクチュエータのオーバシュートの応答をなくすために、粗動用目標軌道１４を用いた粗動用フィードフォーワード制御器ＣFFV９を構成し、フィードフォワード信号８を粗動用フィードバック制御器のフィードバック信号７と加算６する。このとき、粗動用アクチュエータへの目標軌道は応答波形２８に示すように、なめらかな目標軌道を与えるものとする。粗動用フィードフォーワード制御器は粗動用アクチュエータ４の逆モデルで制御系を構成する。これらのフィードフォワード制御系の設計は、公知技術を用いて設計できる。一方、微動アクチュエータに対する目標軌道Ｒp２５は、図９と同様に一定値信号２７を印加する。このとき、数４に対応する目標軌道１４から粗動アクチュエータの変位３までの伝達関数は次式となる。
【００４５】
【数６】
0003679956.tif 000007
【００４６】
これは、粗動アクチュエータの変位３は、目標軌道１４に従って移動できることを意味する。
【００４７】
一方、式５に対応するぞれぞれの目標軌道からヘッド位置１までの伝達関数は、
【００４８】
【数７】
0003679956.tif 000008
【００４９】
となる。
【００５０】
このときの応答波形を図４に示す。上記通りに、粗動用アクチュエータの変位はオーバーシートなく、離散信号で示した目標軌道１４に追従できていることが分かる。微動アクチュエータの応答も、図９と比較して粗動アクチュエータのオーバーシュートを打ち消すための無駄な動きがなくなっていることが分かる。
【００５１】
ところで、この第１の発明では、ヘッド位置信号１には、依然としてオーバーシュートが残っている。そこで、第２の発明では、図２において、粗動用目標軌道１４から微動用フィードバック制御器へのフィードフォワード制御器ＣFFVP２１を設け、フィードフォワード信号２０を微動フィードバック制御器のフィードバック信号１９と加算１８する構成とする。
【００５２】
そして、この粗動用目標軌道から微動用フィードバック制御器へのフィードフォワード制御器２１を、微動用アクチュエータの逆ダイナミックスにマイナスのゲインを掛けたものとして設計する。微動用アクチュエータがピエゾアクチュエータの場合には、単純に逆ゲインとなる。微動アクチュエータが駆動電圧に対し、ヒステリシスの特性を持つ場合には、予めこのヒステリシス特性を測定し、テーブルに記憶させる。移動の方向に応じてこのテーブルから、逆ゲインを読み出すことでヒステリシス特性を補償することができる。また、チャージアンプ等を用いることで、ピエゾアクチュエータのヒステリシス特性を補償することができる。以上により、粗動用目標軌道１４から粗動アクチュエータの変位３までの伝達関数は、数６と同様に、
【００５３】
【数８】
0003679956.tif 000009
【００５４】
となるが、数７に対応するそれぞれの目標軌道からヘッド位置１までの伝達関数は、
【００５５】
【数９】
0003679956.tif 000010
【００５６】
となる。
【００５７】
粗動用目標軌道１４は遅れなく粗動アクチュエータの変位３を再現することができるため、ヘッド位置１から粗動アクチュエータの変位３の影響をフィードフォワード補償器２１を用いることで打消すことが可能となる。このことは、ヘッド位置１は、粗動用目標軌道１４の影響を受けないことを意味する。粗動用アクチュエータの変位３は粗動用目標軌道１４にしたがって動作するため、本第二の発明により、ヘッド位置１は粗動用アクチュエータの動作に干渉されることなく移動可能となる。
【００５８】
このときの応答波形を図５に示す。ヘッド位置１の応答は、オーバーシュートがなく、約０.２５ｍｓで目標位置に移動を完了していることが分かる。
【００５９】
図３に本第三の発明に基づいたシーク制御系の構成を示す。本第二の発明に対し、微動用フィードフォーワード制御器３０を新たに設ける。この微動用フィードフォワード信号３１を微動用フィードバック信号１９と粗動用目標軌道からのフィードフォワード信号２０に加算１８する。微動用フィードフォワード制御器３０の設計は、微動アクチュエータ１６の逆ダイナミックスとして設計する。さらに、微動用目標軌道Ｒp：２５を時間に対し滑らかな軌道３２に設定する。以上により、粗動用目標軌道１４から粗動アクチュエータの変位３までの伝達関数は、数６と同様に、
【００６０】
【数１０】
0003679956.tif 000011
【００６１】
となるが、数９に対応する目標軌道からヘッド位置１までの伝達関数は、
【００６２】
【数１１】
0003679956.tif 000012
【００６３】
となり、ヘッド位置１は、微動用目標軌道２５に追従して動作することが分かる。本第三の発明により、ヘッド位置１は、粗動アクチュエータのシーク動作の影響を受けることなく、あらかじめ定めた微動用目標軌道に従ってシーク動作を高速に行うことができる。
【００６４】
このときの応答波形を図６に示す。微動用目標軌道２５には、余弦波の滑らかな軌道を与えている。０．２ｍｓで目標位置に収束するように軌道を与えたため、０．２ｍｓでヘッド位置１は目標軌道に到達し、この時点で、データの書き込み動作等を実行することができる。任意に、目標軌道を設計することができるため、例えば、微動アクチュエータの機構共振を、ゆすりにくい目標軌道を設計することが可能となる。微動アクチュエータの高応答の立ち上がりで、ヘッド位置１は応答し、ヘッド位置が目標位置に到達した以降は、粗動用アクチュエータの位置３を打ち消すように微動用アクチュエータは再びストローク中心に向かってアンダーシュートの応答なく移動していることが分かる。
【００６５】
さて、微動アクチュエータの可動範囲は、±１μｍと限られているため、ヘッド位置を１μｍよりも移動させようとすると図３のままの構成では、ヘッド位置１にオーバーシュートが生じてしまう。本発明では、これを図３の微動用フィードフォワード制御器３０に微動アクチュエータと同様の±１μｍのリミッタ補償器を設けた。また、微動用フィードバック制御器２２の積分要素には、公知技術のアンチワインドアップ補償を設け、微動アクチュエータのリミッタに対する補償を行うこともできる。これは、積分器が飽和に達したら、その方向の積分を停止する手法である。逆に未飽和領域に戻る方向の積分は継続する。
【００６６】
図７は、このときの応答波形である。図３に示す構成において目標移動距離を２μｍとした。ただし、微動アクチュエータは１μｍで応答は制限される。また、微動用フィードフォワード制御器３０には±１μｍのリミッタを設けた。この応答は、微動アクチュエータの応答が飽和するまで、ほぼヘッド位置１の動作を微動アクチュエータで立ち上がらせ、微動アクチュエータが飽和している間、粗動アクチュエータの動作で目標位置近傍まで移動する、目標位置と粗動アクチュエータ位置との偏差が１μｍに到達した後は、粗動アクチュエータの動きを打ち消すように微動アクチュエータは動作する。このため、ヘッド位置１は、目標位置にとどまることができる。この手法により、微動アクチュエータのストロークが限られた場合においても、ヘッドの移動の開始と終了時に微動アクチュエータを働かせることができるため、高速なヘッドの移動が可能となる。
【００６７】
なお、上述した実施例では、磁気ディスク装置を取り上げたが、本発明は、他の記憶媒体、例えば、光ディスクやDVD-RAMを用いる場合にも同様に実現が可能である。
【００６８】
また、上述した実施例では、いくつかの数値を具体化して説明したが、本発明は、数値による制限は受けない。
【００６９】
さらに、本発明においては、粗動アクチュエータの応答３を模擬するために、粗動アクチュエータの目標軌道１４の信号をフィードフォワード補償器２１を用いて微動アクチュエータにフィードフォワードしていたが、粗動アクチュエータの応答の作成は、通常のオブザーバ等を用いて推定しても同様に実現が可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明では、高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決めシーク動作を実現するディスク装置を提供した。本発明によると、微動アクチュエータの駆動範囲内での微小シーク動作の高速化、微動アクチュエータの駆動範囲外の数トラックから数百トラックシークまでの小シーク動作の高速化が可能となるため、データの転送速度の高速化や、ヘッド切り換え時のシーク動作の高速化に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディスク装置のハードウエアの構成図。
【図２】本第一の発明と本第二の発明の構成を示す図。
【図３】本第三の発明の構成を示す図。
【図４】本第一の発明による応答波形。
【図５】本第二の発明による応答波形。
【図６】本第三の発明による応答波形。
【図７】本第三の発明による微動アクチュエータが飽和した時の応答波形。
【図８】従来技術の構成を示す図。
【図９】従来技術による応答波形。
【符号の説明】
１…ヘッド位置、３…粗動アクチュエータの変位、４…粗動アクチュエータの伝達関数、９…粗動用フィードフォワード補償器、１０…粗動用フィードバック制御器、１４…粗動用目標軌道、１５…微動アクチュエータの変位、２１…粗動用目標軌道から微動アクチュエータへのフィードフォワード補償器、２２…微動用フィードバック補償器、２５…微動用目標軌道、３０…微動用フィードフォワード補償器、５１…ヘッド、５３，５４…ピエゾアクチュエータ、５７…ボイスコイルモータ、５８…ディスク、６６…微動アクチュエータ用位置制御器、６７…粗動アクチュエータ用位置制御器、６８…微動用目標軌道発生器、６９…粗動用目標軌道発生器、７０…マイクロプロセッサ、７１…上位コントローラ、８０…位置信号。
【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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