(57)【要約】【課題】外乱補償判断装置及び方法とそれを利用したディスクドライブを提供すること。【解決手段】プラントを制御する制御入力信号と制御入力信号に相応するプラントのサーボ出力信号とを入力して、プラントに印加された外乱値を推定する外乱観測器１０００と、外乱観測器１０００で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱の値を初期設定された条件によって評価して外乱補償オン／オフモード転換を決定する外乱評価器２７０と、外乱補償オン／オフモード転換決定によって、外乱観測器１０００で推定された外乱値のフィードバックオン／オフをプラントの制御ループにスイッチングするスイッチング手段２８０とを備えることを特徴とする外乱補償判断装置を提供する。【選択図】図２
2008016034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを制御する制御入力信号と前記制御入力信号に相応するプラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントに印加された外乱値を推定する外乱観測器と、
前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値を初期設定された条件によって評価して外乱補償オン／オフモード転換を決定する外乱評価器と、
前記外乱補償オン／オフモード転換決定によって、前記外乱観測器で推定された外乱値のフィードバックオン／オフを前記プラントの制御ループにスイッチングするスイッチング手段と、
を備えることを特徴とする外乱補償判断装置。
【請求項２】
前記外乱評価器は、
現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オフモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オンモードに転換するようにモード転換を決定することを特徴とする、請求項１に記載の外乱補償判断装置。
【請求項３】
前記外乱評価器は、
現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オンモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オフモードに転換するようにモード転換を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の外乱補償判断装置。
【請求項４】
前記外乱観測器は、
前記プラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントの制御入力信号と前記プラントに印加された外乱値との和を出力する応答特性を持つようにデザインされた公称プラント逆モデリングツールと、
前記公称プラント逆モデリングツールの出力信号から前記プラントの制御入力信号を減算する減算器と、
前記減算器出力信号の低周波帯域のみを通過させる低域通過フィルタと、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外乱補償判断装置。
【請求項５】
（ａ）プラントに印加された外乱値を推定するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値を利用して初期設定された条件によって外乱非検出状態または外乱検出状態への状態変化を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）での検出された状態変化に基づいて、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値に対するプラント制御システムでの外乱補償をするか否かを決定するステップと、
を含むことを特徴とする外乱補償判断方法。
【請求項６】
前記プラントは、ディスクドライブのヘッド駆動システムを含むことを特徴とする請求項５に記載の外乱補償判断方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）は、
前記プラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントの制御入力信号と前記プラントに印加された外乱値との和を出力する応答特性を持つようにデザインされた公称プラント逆モデリングツールを利用して、前記公称プラント逆モデリングツールの出力信号から前記プラントの制御入力信号を減算した値で前記プラントに印加された外乱値を推定することを特徴とする請求項５に記載の外乱補償判断方法。
【請求項８】
前記外乱非検出状態の判断基準と前記外乱検出状態の判断基準とを異なって設定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の外乱補償判断方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）は、
現在の状態が外乱非検出状態に設定されている場合に、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、外乱検出状態に変換されるように決定することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の外乱補償判断方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）は、
現在の状態が外乱検出状態に設定されている場合に、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、外乱非検出状態に変換されるように決定することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の外乱補償判断方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｃ）は、前記ステップ（ｂ）での検出された状態変化に基づいて、外乱検出状態では、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値をプラント制御システムで補償するように決定し、外乱非検出状態では、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値をプラント制御システムで補償しないように決定することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の外乱補償判断方法。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【請求項１３】
サーボ信号からヘッドの位置、速度及びバイアス値を含むヘッド動きの状態情報値を推定し、前記推定された状態情報値に基づいて制御入力信号を生成する制御器と、
ヘッド駆動システムをモデリングした関数の逆にデザインされたツールを利用して、前記サーボ信号から前記ヘッド駆動システムに印加された外乱を推定する外乱観測器と、
前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値を初期設定された条件によって評価して、外乱補償オン／オフモード転換を決定する外乱評価器と、
前記外乱観測器で推定された外乱値を入力して、前記外乱補償オンモードでは前記推定された外乱値を出力し、前記外乱補償オフモードでは前記推定された外乱値の出力を遮断するスイッチング手段と、
前記制御器で生成された制御入力信号から前記スイッチング手段の出力値を減算する減算器と、
前記減算器の出力信号に相応する駆動電流を生成してヘッドをディスク上で移動させ、前記ヘッドの移動によって前記サーボ信号を生成するヘッド駆動システムと、
を含むことを特徴とするディスクドライブ。
【請求項１４】
前記外乱評価器は、
現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オフモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サーボサンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オンモードに転換するようにモード転換を決定することを特徴とする請求項１３に記載のディスクドライブ。
【請求項１５】
前記外乱評価器は、
現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オンモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オフモードに転換するようにモード転換を決定することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のディスクドライブ。
【請求項１６】
前記サーボ信号は位置エラー信号を含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外乱補償判断装置、外乱補償判断方法、記録媒体及びディスクドライブに関し、特に、システムに入り込む外乱をシステムの安定性を考慮して補償する外乱補償判断装置、外乱補償判断方法、記録媒体及びディスクドライブに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明と関連して公開された技術文献には、以下の特許文献１及び２がある。特許文献１には、ハードディスクドライブで振動周波数を分析してディスクアンバランス量を測定する技術が提示されており、特許文献２には、光ディスックドライブでの外乱対応特性を改善する技術が提示されている。
【０００３】
一般的に、データ貯蔵システムの一つであるハードディスクドライブは、磁気ヘッドによりディスクに記録されたデータを判読するか、ディスクにユーザーデータを記録することによって、コンピュータシステム運営に寄与する。このようなハードディスクドライブは、順次に高容量化、高密度化及び小型化されつつディスク回転方向の記録密度であるＢＰＩ（Ｂｉｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）と厚さ方向の記録密度であるＴＰＩ（Ｔｒａｃｋ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）とが増大する勢いにあるので、それによりさらに精巧なメカニズムが要求される。
【０００４】
【特許文献１】大韓民国特許公開２００１−０１７８２６号公報
【特許文献２】特開平５−２４２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハードディスクドライブでトラック追従制御の目的は、ヘッドを目的トラックの真ん中に位置させるためである。ところが、色々な外乱によってトラック追従制御誤差が発生する。特に、携帯用ドライブであるマイクロドライブの場合、振動及び衝撃を受け易くなる。
【０００６】
これにより、ディスクドライブに外乱が印加されれば、外乱の影響が位置エラー信号に直接的に反映されてリ―ド／ライト性能を低下させる。一般的にこのような外乱がディスクドライブに印加される場合にも、リ―ド／ライト性能を安定的に維持するために印加される外乱特性を把握し、これを補償する制御器を付加的に設計して使用する。
【０００７】
ところが、このような外乱を補償するための制御器は、外乱補償性能に焦点を合せて設計するために、外乱を考慮しない制御器に比べてシステムの安定度余裕を落とすという短所があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、システム制御器での外乱補償をシステム安定性を考慮して判断することが可能な、新規かつ改良された外乱補償判断装置、外乱補償判断方法、及びそれを利用したディスクドライブを提供することにある。また、本発明の目的とするところは、前記の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を達成するために、本発明のある観点による外乱補償判断装置は、プラントを制御する制御入力信号と前記制御入力信号に相応するプラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントに印加された外乱値を推定する外乱観測器（Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ＯＢｓｅｒｖｅｒ：ＤＯＢ）と、前記ＤＯＢで推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱の値を初期設定された条件によって評価して外乱補償オン／オフモード転換を決定する外乱評価器と、前記外乱補償オン／オフモード転換決定によって、前記ＤＯＢで推定された外乱値のフィードバックオン／オフを前記プラントの制御ループにスイッチングするスイッチング手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記外乱評価器は、現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オフモードである場合に、前記ＤＯＢで推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オンモードに転換するようにモード転換を決定するものであってもよい。
【００１１】
前記外乱評価器は、現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オンモードである場合に、前記ＤＯＢで推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オフモードに転換するようにモード転換を決定するものであってもよい。
【００１２】
前記ＤＯＢは、前記プラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントの制御入力信号と前記プラントに印加された外乱値との和を出力する応答特性を持つようにデザインされた公称プラント逆モデリングツールと、前記公称プラント逆モデリングツールの出力信号から前記プラントの制御入力信号を減算する減算器と、前記減算器出力信号の低周波帯域のみを通過させる低域通過フィルタとを備えるものであってもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明のある観点による外乱補償判断方法は、（ａ）プラントに印加された外乱値を推定するステップと、（ｂ）前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値を利用して初期設定された条件によって外乱非検出状態または外乱検出状態への状態変化を検出するステップと、（ｃ）前記ステップ（ｂ）での検出された状態変化に基づいて、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値に対するプラント制御システムでの外乱補償如何を決定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記ステップ（ａ）は、前記プラントのサーボ出力信号を入力して、前記プラントの制御入力信号と前記プラントに印加された外乱値との和を出力する応答特性を持つようにデザインされた公称プラント逆モデリングツールを利用して、前記公称プラント逆モデリングツールの出力信号から前記プラントの制御入力信号を減算した値で前記プラントに印加された外乱値を推定するものであってもよい。
【００１５】
また、前記外乱非検出状態の判断基準と前記外乱検出状態の判断基準とを異なって設定するものであってもよい。
【００１６】
前記ステップ（ｂ）は、現在の状態が外乱非検出状態に設定されている場合に、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、外乱検出状態に変換されるように決定するものであってもよい。
【００１７】
前記ステップ（ｂ）は、現在の状態が外乱検出状態に設定されている場合に、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、外乱非検出状態に変換されるように決定するものであってもよい。
【００１８】
前記ステップ（ｃ）は、前記ステップ（ｂ）での検出された状態変化に基づいて、外乱検出状態では、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値をプラント制御システムで補償するように決定し、外乱非検出状態では、前記ステップ（ａ）で推定された外乱値をプラント制御システムで補償しないように決定するものであってもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明のある観点によるディスクドライブは、サーボ信号からヘッドの位置、速度及びバイアス値を含むヘッド動きの状態情報値を推定し、前記推定された状態情報値に基づいて制御入力信号を生成する制御器と、ヘッド駆動システムをモデリングした関数の逆にデザインされたツールを利用して、前記サーボ信号から前記ヘッド駆動システムに印加された外乱を推定するＤＯＢと、前記ＤＯＢで推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値を初期設定された条件によって評価して、外乱補償オン／オフモード転換を決定する外乱評価器と、前記ＤＯＢで推定された外乱値を入力して、前記外乱補償オンモードでは前記推定された外乱値を出力し、前記外乱補償オフモードでは前記推定された外乱値の出力を遮断するスイッチング手段と、前記制御器で生成された制御入力信号から前記スイッチング手段の出力値を減算する減算器と、前記減算器の出力信号に相応する駆動電流を生成してヘッドをディスク上で移動させ、前記ヘッドの移動によって前記サーボ信号を生成するヘッド駆動システムと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、前記外乱評価器は、現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オフモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値を超過するかどうかを毎サーボサンプルごとに判断し、前記上限臨界値を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オンモードに転換するようにモード転換を決定するものであってもよい。
【００２１】
また、前記外乱評価器は、現在設定されている外乱補償モードが外乱補償オンモードである場合に、前記外乱観測器で推定された外乱値の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値に達していないかを判断して、前記下限臨界値に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数以上発生すれば、前記外乱補償モードを外乱補償オフモードに転換するようにモード転換を決定するものであってもよい。
【００２２】
また、前記サーボ信号は位置エラー信号を含むものであってもよい。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明のある観点による記録媒体は、前記外乱補償判断方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、システムに現在設定されているＤＣ ＯＮ／ＯＦＦモードによって異なって設定された外乱判断条件に基づいて外乱値を評価して、ＤＣ ＯＮ／ＯＦＦモード転換を実行することによって、システム性能に影響を及ぼす外乱発生区間でのみ選別的に外乱補償を実行してシステムの安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
本発明が適用されるハードディスクドライブは、機構的な部品で構成されたＨＤＡ（Ｈｅａｄ Ｄｉｓｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と電気回路との結合からなる。
【００２７】
図１は、ハードディスクドライブのＨＤＡ１０の構成を示す。ＨＤＡ１０は、スピンドルモータ１４によって回転される少なくとも一つ以上の磁気ディスク１２を備えている。ＨＤＡ１０は、ディスク表面に隣接して位置した変換器（図示せず）も備えている。
【００２８】
変換器は、それぞれのディスク１２の磁界を感知して磁化させることによって、回転するディスク１２から／に情報を判読／記録できる。典型的に変換器は、各ディスクの表面に結合されている。たとえ単一の変換器と説明されているが、これは、ディスク１２を磁化させるための記録用変換器とディスク１２の磁界を感知するための分離された読み取り用変換器とで形成されていると理解されねばならない。読み取り用変換器は、磁気抵抗（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子から構成される。
【００２９】
変換器は、ヘッド１６に統合されうる。ヘッド１６は、変換器とディスク表面との間に空気軸受を生成する構造になっている。ヘッド１６は、ＨＳＡ（Ｈｅａｄ Ｓｔａｃｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＨＳＡ）２２に統合されている。ＨＳＡ ２２は、ボイスコイル２６を持つアクチュエータアーム２４に取り付けられている。ボイスコイル２６は、ボイスコイルモータ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ；ＶＣＭ）３０を特定するようにマグネチックアセンブリー２８に隣接して位置している。ボイスコイル２６に供給される電流は、軸受アセンブリー３２に対してアクチュエータアーム２４を回転させるトルクを発生させる。アクチュエータアーム２４の回転は、ディスク表面を横切って変換器を移動させる。
【００３０】
情報は、典型的にディスク１２の環状トラック内に保存される。各トラック３４は、一般的に複数のセクターを備えている。各セクターは、データフィールドと識別フィールドとを備えている。識別フィールドは、セクター及びトラック（シリンダー）を識別するグレーコード（Ｇｒａｙ ｃｏｄｅ）を含んでいる。変換器は、他のトラックにある情報を判読または記録するためにディスク表面を横切って移動する。
【００３１】
図２に示したように、本発明による外乱補償判断装置が適用されるサーボ制御システムは、制御器２１０、減算器２２０Ａ、２２０Ｂ、プラント２４０、公称プラント逆モデリングツール２５０、フィルタ２６０、外乱評価器２７０及びスイッチング手段２８０を備える。
【００３２】
前記の構成手段のうち、公称プラント逆モデリングツール２５０、フィルタ２６０及び減算器２２０Ｂを備えるブロックを、外乱観測器１０００と称する。
【００３３】
そして、合算器２３０Ａ、２３０Ｂは、サーボ制御システムに印加される外乱ｄ及びサーボ制御システムに存在するノイズξを等価的に表示したものである。
【００３４】
本発明による外乱補償制御装置は、多様なサーボ制御システムに適用でき、本発明では説明の便宜のためにディスクドライブのサーボ制御システムに適用される例を挙げて説明する。もちろん、本発明がこれに限定されないということは言うまでもない。
【００３５】
本発明をディスクドライブのサーボ制御システムに適用する場合に、制御対象となるプラント２４０はヘッド駆動システムになりうる。
【００３６】
制御器２１０は、プラント２４０のサーボ出力信号ｙに該当する位置エラー信号（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ：ＰＥＳ）と制御入力信号ｕとからヘッドの位置、速度及びバイアス値を推定し、それぞれの位置、速度及びバイアス推定値を組合わせ演算して制御信号Ｕｃを算出する。
【００３７】
一般的に、システムの実際プラントＰ
２４０の特性を正確に理解するのは不可能であるために、制御システム設計の便宜上、通常低次のモデルでプラントをモデリングする。このようなモデルＰｎと実際プラントＰとの差は、主に高周波帯域の不確実性に集中しており、低周波帯域の場合、両者の差は無視する程である。したがって、実際のプラントＰとモデリングしたプラントＰｎとが同じくて測定されたノイズξがないと仮定する時、外乱ｄは、制御入力信号ｕと、サーボ出力信号ｙにモデリングしたプラントの逆２５０ Ｐｎ−１を乗算した値との差を計算することによって求めることができる。しかし、一般的に物理的システムは、伝達関数の分母の次数が分子の次数より大きい特性を持つために、モデリングしたプラントの逆を計算するためには、測定された出力を、プラントモデルＰｎの伝達関数の分母次数から分子次数を減算したほど微分をせねばならない。ところが、実際システム上には高周波ノイズξが存在するようになって、微分を通じてプラントの逆Ｐｎ−１を求めることはほとんど不可能である。これを解決するためにフィルタ２６０を追加した。フィルタ２６０の伝達関数の分母次数から分子次数を減算した値の大きさを、モデリングしたプラントの伝達関数の分母次数から分子次数を減算した値の大きさ以上に設計することによって微分を回避することができる。フィルタ２６０は、システムに存在するノイズが高周波帯域であることを考慮して低域通過フィルタで設計する。
【００３８】
このような方法で、公称プラント逆モデリングツール２５０ Ｐｎ−１及びフィルタ２６０を設計する。
【００３９】
したがって、ノイズξがないと仮定し、実際プラントを正確にモデリングしたと仮定すれば、外乱観測器１０００の公称プラント逆モデリングツール２５０はプラント２４０の出力信号ｙを入力して、制御入力信号ｕに外乱ｄが加えられた信号を出力する。次いで、減算器２２０Ｂは、公称プラント逆モデリングツール２５０の出力信号（ｕ＋ｄ）から制御入力信号ｕを減算する。これにより、減算器２２０Ｂの出力は外乱ｄ値になる。
【００４０】
システムには主に高周波帯域にノイズξが存在することが一般的であり、フィルタ２６０を低域通過フィルタで設計すれば、高周波ノイズξが除去されてフィルタ２６０からは外乱ｄが出力される。
【００４１】
ところが、実際プラントをモデリングしたツールと正確に一致させることは不可能である。これにより、実際外乱観測器１０００では、外乱ｄ値に近接した推定外乱値ｄ’が計算される。
【００４２】
一般的に、外乱観測器１０００を使用して外乱を補償する制御システムは、外乱を補償しない制御システムに比べて安定度余裕が低下する特性を持つ。
【００４３】
本実施形態では、このように外乱補償による制御システムの安定度余裕が低下する短所を補完するために、推定外乱を分析して外乱補償如何を判断する。
【００４４】
単純に外乱補償如何を判断する臨界値を設定した後に、臨界値を超過する推定外乱に対しては外乱を補償し、臨界値を超過しない推定外乱に対しては外乱を補償しないように制御システムを設計してもよい。
【００４５】
一例として、実際プラント２４０をディスクドライブのヘッド駆動システムと仮定する時、出力ｙは位置エラー信号となる。ヘッド駆動システムに臨界値近くで頻繁に変化される外乱ｄが入り込んで、位置エラー信号が図３の(a)のように検出されれば、前記で言及したように単純に外乱補償如何を判断する場合に、図３の(b)に示したように、外乱補償ＯＮ／ＯＦＦが頻繁にスイッチングされて外乱抑制性能がかえって低下し、これと合せてシステムが不安定になる。
【００４６】
これにより、本発明ではこのような短所を補完して、外乱評価器２７０及びスイッチング手段２８０で次のように外乱補償如何を判断する。
【００４７】
外乱評価器２７０は、外乱観測器１０００で推定された外乱値ｄ’を一定周期内で累積しつつ、現在設定されている外乱補償モードによって設定された条件で累積された推定外乱値を評価して、外乱補償オン／オフモード（以下では、ＤＣ ＯＮ／ＯＦＦモードと称する）転換を決定する。
【００４８】
スイッチング手段２８０は、外乱観測器１０００で推定された外乱値ｄ’を入力して、外乱評価器２７０で決定されたＤＣ ＯＮ／ＯＦＦモードによって、ＤＣ ＯＮモードでは推定された外乱値ｄ’を減算器２２０Ａに出力する。すなわち、ＤＣ ＯＮモードでスイッチング手段２８０は、推定された外乱値ｄ’をプラント２４０の制御ループの一部に該当する減算器２２０Ａに供給する。これに比べて、ＤＣ ＯＦＦモードでスイッチング手段２８０は、推定された外乱値ｄ’が減算器２２０Ａに出力されることを遮断する。
【００４９】
これにより、ＤＣ
ＯＮモードで減算器２２０Ａは、制御器２１０から出力される制御信号ｕｃから推定外乱値ｄ’を減算して外乱を補償し、ＤＣ ＯＦＦモードでは、制御信号ｕｃに推定外乱値ｄ’が反映されずに外乱補償を実行しなくなる。換言すれば、ＤＣ ＯＮモードは外乱検出状態を意味し、ＤＣ ＯＦＦモードは外乱非検出状態を意味する。
【００５０】
次いで、外乱評価器２７０の細部的な動作について説明する。
外乱評価器２７０は、現在設定されている外乱補償モード（ＤＣモード）がＤＣ ＯＦＦモードである場合に、外乱観測器１０００で推定された外乱値ｄ’の絶対値を一定周期内で累積しつつ、累積された推定外乱値が初期設定された上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過するかどうかを毎サンプルごとに判断し、上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過する周期が連続して初期設定された第１臨界回数Ｎ以上発生すれば、ＤＣモードをＤＣ ＯＮモードに転換するようにモード転換を決定する。
【００５１】
一例として、Ｎ＝４に設定された場合に図８の（ａ）に示したように上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過する周期が連続して４回以上検出される場合に、外乱評価器２７０は、ＤＣ ＯＮモードへの転換を決定する。しかし、図８の（ｂ）に示したように、上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過する周期が連続して４回以上検出されない場合に、外乱評価器２７０は、ＤＣ ＯＦＦモードをそのまま維持する。
【００５２】
そして、外乱評価器２７０は、現在設定されているＤＣモードがＤＣ ＯＮモードである場合に、外乱観測器１０００で推定された外乱値ｄ’の絶対値を一定周期で累積し、一定周期間に累積された推定外乱値が初期設定された下限臨界値ＴＨ（Ｌ）に達していないかを判断して、下限臨界値ＴＨ（Ｌ）に達していない周期が連続して初期設定された第２臨界回数Ｍ以上発生すれば、ＤＣモードをＤＣ ＯＦＦモードに転換するようにモード転換を決定する。
【００５３】
一例として、Ｍ＝３に設定された場合に図９に示したように、下限臨界値ＴＨ（Ｌ）に達していない周期が連続して３回以上検出される場合に、外乱評価器２７０はＤＣ ＯＦＦモードに転換を決定し、そうでない場合にはＤＣ ＯＮモードをそのまま維持する。
【００５４】
ここで、上限臨界値ＴＨ（Ｈ）は、下限臨界値ＴＨ（Ｌ）より大きい値に設定する。
【００５５】
次いで、本発明による外乱補償制御方法について、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、システムの現在設定されているＤＣモードを確認する（Ｓ５１０）。すなわち、ＤＣ ＯＮモードに設定されているか、そうでなければＤＣ ＯＦＦモードに設定されているかを確認する。ＤＣ ＯＦＦ状態では、外乱観測器で推定された外乱を補償せず、ＤＣ ＯＮモードでは、外乱観測器で推定された外乱を補償するようにシステムを設計する。
【００５６】
システムが初期化されるＤＣモードは、一例としてＤＣ ＯＦＦモードに設定できる。
現在設定されているＤＣモードを確認した後に、確認されたＤＣモードによる評価基準に基づいて外乱を評価する（Ｓ５２０）。
【００５７】
次いで、ステップ５２０での外乱評価結果、ＤＣモード変更条件を満足させるかどうかを判断する（Ｓ５３０）。
【００５８】
ステップ５３０の判断結果、ＤＣモード変更条件を満足させる場合には、ＤＣモードの設定状態を変更する（Ｓ５４０）。しかし、ステップ５３０の判断結果、ＤＣモード変更条件を満足させない場合には、現在設定されているＤＣモードを維持する（Ｓ５５０）。
【００５９】
次いで、前記のステップ５２０〜ステップ５５０について、図６及び図７のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６０】
まず、現在システムがＤＣ ＯＮモードに設定されている場合には、図６のようなフローチャートによって外乱を評価する。
【００６１】
まず、外乱評価器２７０の内部カウンタｉ及びｍを０にリセットする（Ｓ６０１）。
次いで、カウンタｉを１増加させる（Ｓ６０２）。
【００６２】
そして、外乱観測器１０００を利用して外乱推定値ｄ’ｉを計算する（Ｓ６０３）。
次いで、ステップ６０３で計算された外乱推定値ｄ’ｉの絶対値を累積する（Ｓ６０４）。
次いで、ステップ６０４で累積された外乱推定値Ａｉが上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過するかどうかを判断する（Ｓ６０５）。
【００６３】
ステップ６０５の判断結果、累積された外乱推定値Ａｉが上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過しない場合には、カウンタｉの値と初期設定値であるＫ値とを比較する（Ｓ６０６）。ここで、Ｋ値は、ＤＣ ＯＮモードへの転換検査のために１周期に含まれたサンプルの数を意味する。そして、１周期サイズは外乱検出周期に該当し、システムの特性及び使用条件などを考慮して設定する。
【００６４】
ステップ６０６の比較結果、カウンタｉの値がＫ値より小さな場合には、１周期の検査が終了しない場合に該当するため、ステップ６０２にフィードバックさせる。
【００６５】
もし、ステップ６０６の比較結果、カウンタｉの値がＫ値より大きいか、または同じ場合には、１周期の検査が終了した場合に該当するため、次のサンプルから始まる新たな周期を検査するためにステップ６０１にフィードバックさせる。
【００６６】
ところが、もし、ステップ６０５の判断結果、累積された外乱推定値Ａｉが上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過する場合には、カウンタｍを１増加させる（Ｓ６０７）。
【００６７】
次いで、カウンタｍの値と初期設定値であるＮ値とを比較する（Ｓ６０８）。ここで、Ｎ値は、累積された外乱推定値Ａｉが上限臨界値ＴＨ（Ｈ）を超過する周期が連続して何回か発生する時にＤＣ ＯＮモードに転換するかを決定する基準となる値である。本発明の一実施形態ではＮ＝４に設定した。
【００６８】
ステップ６０８の判断結果、カウンタｍの値がＮ値より小さな場合には、まだＤＣ ＯＮモードの条件を満たせない場合に該当するため、次のサンプルから始まる新たな次の周期を検査するためにカウンタｉをリセットする（Ｓ６０９）。次いで、ステップ６０２にフィードバックさせる。
【００６９】
ところが、ステップ６０８の判断結果、カウンタｍの値がＮ値より大きいか、または同じ場合には、ＤＣ ＯＮモードの条件を満たせた場合に該当するため、ＤＣ ＯＮモードにＤＣモードを転換する（Ｓ６１０）。ＤＣ ＯＮモードに遷移されれば、図７のフローチャートによって外乱を評価する。
【００７０】
では、ＤＣ
ＯＮモードに設定された場合に外乱評価方法について、図７のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００７１】
まず、外乱評価器２７０の内部カウンタｉ及びｍを０にリセットする（Ｓ７０１）。次いで、カウンタｉを１増加させる（Ｓ７０２）。
【００７２】
そして、外乱観測器１０００を利用して外乱推定値ｄ’ｉを計算する（Ｓ７０３）。次いで、ステップ７０３で計算された外乱推定値ｄ’ｉの絶対値を累積する（Ｓ７０４）。次いで、カウンタｉの値と初期設定値であるＲ値とを比較する（Ｓ７０５）。ここで、Ｒ値は、ＤＣ ＯＦＦモードへの転換検査のために１周期に含まれたサンプルの数を意味する。そして、１周期サイズは外乱非検出周期に該当し、システムの特性及び使用条件などを考慮して設定する。
【００７３】
ステップ７０５の比較結果、カウンタｉの値がＲ値より小さな場合には、外乱非検出１周期全体のサンプルでの外乱推定値ｄ’ｉの累積演算が完了しない場合に該当するため、次のサンプル検査のためにステップ７０２にフィードバックさせる。すなわち、次のサンプルに対する外乱推定値ｄ’ｉを計算して累積させるプロセスを実行する。
【００７４】
もし、ステップ７０５の比較結果、カウンタｉの値がＲ値より大きいか、または同じ場合には、外乱非検出１周期全体のサンプルでの外乱推定値ｄ’ｉの累積演算が完了した場合に該当するため、ステップ７０４で累積された外乱推定値Ａｉが下限臨界値ＴＨ（Ｌ）未満に該当するかどうかを判断する（Ｓ７０６）。
【００７５】
ステップ７０６の判断結果、累積された外乱推定値Ａｉが下限臨界値ＴＨ（Ｌ）より大きいか、または同じ場合には、外乱非検出条件に該当しないので、ステップ７０１（Ｓ７０１）にフィードバックさせる。
【００７６】
しかし、ステップ７０６の判断結果、累積された外乱推定値Ａｉが下限臨界値ＴＨ（Ｌ）より小さな場合には、外乱非検出条件に該当するので、カウンタｍを１増加させる（Ｓ７０７）。
【００７７】
次いで、カウンタｍの値と初期設定値であるＭ値とを比較する（Ｓ７０８）。ここで、Ｍ値は、周期別に累積された外乱推定値Ａｉが下限臨界値ＴＨ（Ｌ）未満の条件を満たす周期が連続して何回か発生する時にＤＣ ＯＦＦモードに転換するかを決定する基準になる値である。本発明の一実施形態ではＭ＝３に設定した。
【００７８】
ステップ７０８の判断結果、カウンタｍの値がＭ値より小さな場合には、まだＤＯＢ ＯＦＦ条件を満たせない場合に該当するため、カウンタｉをリセットさせた後に、ステップ７０２にフィードバックさせて新たな次の周期に対して検査を続ける。
【００７９】
ところが、ステップ７０８の判断結果、カウンタｍの値がＭ値より大きいか、または同じ場合には、ＤＣ ＯＦＦ条件を満たした場合に該当するため、ＤＣ ＯＦＦモードにＤＣモードを転換する（Ｓ７１０）。ＤＣ ＯＦＦモードに遷移されれば、再び図６のフローチャートによって外乱を評価する。
【００８０】
このような方法によって、ＤＣ
ＯＮ／ＯＦＦモード転換を、制御システムの安定性を考慮して効果的に実行するように制御できる。
【００８１】
本発明による外乱補償判断方法をディスクドライブに適用する場合に、一例として、現在設定されているＤＣモードがＤＣ ＯＮモードに設定されていると仮定する。それにより、ヘッド駆動システムに頻繁に変化される外乱ｄが入り込んで、位置エラー信号が図４の(a)のように検出される場合にも、本発明の外乱評価器２７０を利用して外乱を評価して外乱補償如何を決定すれば、図４の(b)のようにＤＣ ＯＮ／ＯＦＦモードが安定的に転換される。
【００８２】
添付された図面に図示されて説明された特定の実施形態は、単に本発明の例として理解され、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明が属する技術分野で本発明に記述された技術的思想の範囲内でも多様な他の変更が発生しうるので、本発明は図示または記述された特定の構成及び配列に制限されないということは明らかである。すなわち、本発明は、ハードディスクドライブを含む各種ディスクドライブに適用できる。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、多様なデータ処理システムに適用でき、一例として、ハードディスクドライブに適用する場合に、システムの安定度低下を最小化させつつ効果的に外乱を補償してサーボ制御性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明が適用されるハードディスクドライブのヘッドディスクアセンブリーの平面図である。
【図２】本発明による外乱補償判断装置を備えるサーボ制御システムの構成図である。
【図３】本発明を説明するために簡単な構造の外乱補償判断装置を適用した場合の外乱補償オン／オフモードが変化される状態を図示した図面である。
【図４】本発明による外乱補償判断装置を適用した場合の外乱補償オン／オフモードが変化される状態を図示した図面である。
【図５】本発明による外乱補償判断方法のフローチャートである。
【図６】ＤＯＢ ＯＦＦ状態（ＤＣ ＯＦＦモード）での本発明による外乱補償判断方法の細部的なフローチャートである。
【図７】ＤＯＢ ＯＮ状態（ＤＣ ＯＮモード）での本発明による外乱補償判断方法の細部的なフローチャートである。
【図８】ＤＯＢ ＯＦＦ状態（ＤＣ ＯＦＦモード）での本発明による外乱補償判断方法の原理を説明するための図面である。
【図９】ＤＯＢ ＯＮ状態（ＤＣ ＯＮモード）での本発明による外乱補償判断方法の原理を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００８５】
１０    ＨＤＡ
１２    磁気ディスク
１４    スピンドルモータ
１６    ヘッド
２２    ＨＳＡ
２４    アクチュエータアーム
２６    ボイスコイル
２８    マグネチックアセンブリー
３０    ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
３２    軸受アセンブリー
３４    トラック
２１０    制御器
２２０Ａ、２２０Ｂ    減算器
２４０    プラント
２５０    公称プラント逆モデリングツール
２６０    フィルタ
２７０    外乱評価器
２８０    スイッチング手段
１０００    外乱観測器
【図１】
2008016034.tif 000003
【図２】
2008016034.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008016034.tif 000008
【図７】
2008016034.tif 000009
【図８】
2008016034.tif 000010
【図９】
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