(57)【要約】【課題】装置個体間または温度変動などで変化する機構共振周波数を簡便なアルゴリズムで短時間に同定し、機構共振を制振する目標軌道を振動周波数の変動に合わせて修正し、使用環境条件の変動によらずシーク時間を常に最小化する。【解決手段】通常のシーク時間より短時間で移動させ、１〜数トラック距離をシークさせ、主要な機構共振の振動成分を励起し、電流値および位置誤差をサンプリングする。想定周波数範囲のバンドパスフィルタでその電流値と位置誤差信号とを処理し、最小２乗法などで機構共振モデルを推定する。ヘッド移動時の加速度パターンは、ステップ入力に対する軌道発生器を伝達関数モデルや多項式などの演算式で記述し、推定した機構共振周波数に基づいて、重ね合わせ時間を変化させ、軌道発生器のステップ応答を加算し、機構共振を励起させずにヘッドを駆動する目標軌道を生成し、フィードフォワード制御により、制御対象を速やかに目標トラックに移動させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号により磁気ヘッドを移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータと、磁気ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、目標位置との差信号である位置誤差信号から位置決め制御対象を駆動する制御信号を生成する演算制御手段とを有し、
前記演算制御手段が、前記磁気ヘッドの現在位置と目標位置との間の全移動距離をもとに目標軌道を算出する目標軌道生成手段と、目標軌道にしたがって前記ヘッドアクチュエータを駆動する制御信号を生成するフィードフォワード制御手段とを含む磁気ディスク装置において、
前記演算制御手段が、前記ヘッドアクチュエータにシーク動作をさせた際のヘッドアクチュエータへの操作量と位置誤差とを取り込む手段と、想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタと、通過した信号によりヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段とを備えた
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、
前記ヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段が、前記ヘッドアクチュエータ共振モデルの係数値と共振周波数値とを対応付ける参照テーブルを備え、前記ヘッドアクチュエータ共振モデルの同定結果である係数値に基づき演算処理した結果から前記参照テーブルにより機構系の共振周波数を求める手段である
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
制御信号により磁気ヘッドを移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータと、磁気ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、目標位置との差信号である位置誤差信号から位置決め制御対象を駆動する制御信号を生成する演算制御手段とを有し、
前記演算制御手段が、前記磁気ヘッドの現在位置と目標位置との間の全移動距離をもとに目標軌道を算出する目標軌道生成手段と、目標軌道にしたがって前記ヘッドアクチュエータを駆動する制御信号を生成するフィードフォワード制御手段とを含む磁気ディスク装置において、
前記演算制御手段が、前記ヘッドアクチュエータにシーク動作をさせた際のヘッドアクチュエータへの操作量と位置誤差とを取り込む手段と、想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタと、通過した信号によりヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段とを備え、
ヘッドシーク動作時の駆動パターンから同定された前記共振周波数での加振力を除いた目標軌道を生成し、当該目標軌道から前記ヘッドアクチュエータに対するフィードフォワード制御入力を生成し、共振周波数の同定と共振周波数の加振成分の最小化とをしながらヘッドシーク動作をする
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気ディスク装置において、
前記ヘッドアクチュエータ共振モデルの係数値と所定時間ｄＴとを対応付ける参照テーブルを備え、
前記ヘッドアクチュエータ共振モデルの同定結果である係数値に基づき演算処理した結果から前記参照テーブルにより所定時間ｄＴを求め、
前記目標軌道の生成時にステップ応答で与えられた軌道を所定時間ｄＴずらして加算した結果を新たな軌道として与える
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気ディスク装置において、
前記同定するヘッドアクチュエータ共振周波数が２個あるとき、前記帯域通過フィルタを共振周波数の個数だけ用意し、
それぞれの共振周波数についてヘッドアクチュエータモデルを同定し、
ステップ目標値の重ね合わせ時間ｄＴ１，ｄＴ２（ｄＴ１＞ｄＴ２）を求め、
時間ｄＴ１ずらしたステップ目標値のそれぞれを更にｄＴ２ずらしてステップ目標値を生成し目標軌道とする
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか一項に記載の磁気ディスク装置において、
ヘッドアクチュエータ共振周波数と温度測定値とを対応付ける参照テーブルを備え、
温度測定値に基づいて前記参照テーブルにより機構系の共振周波数を同定し、ヘッドシーク動作時の駆動パターンから同定された共振周波数の加振力を除いた目標軌道を生成する
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、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】
コンピュータの外部記憶装置である磁気ディスク装置は、回転している磁気ディスク面上の目的トラックに磁気ヘッドが移動してデータを記録／再生している。データアクセスの処理速度を高めるには、磁気ヘッドを高速に移動させかつ高精度に位置決めすることが必要である。
【０００３】
ヘッドの高速，高精度位置決めの阻害要因は、ヘッドアクチュエータ機構系の共振振動である。移動後の目標位置への整定時間を短縮し、高精度に位置決めするには、機構共振振動を抑制するシーク時の加速度パターンの設計と機構共振のピークゲインを安定化する設計が重要である。
【０００４】
機構共振振動を抑制するヘッドの移動方法としては、ヘッドを搭載した機構部の特定の共振周波数を加振しないように加速／減速するような移動軌道をデジタル演算により求め、その移動軌道に追従するように、フィードバックおよびフィードフォワード制御をする制御方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この制御方式は、機構共振の逆モデルを有するローパスフィルタからなる伝達関数モデルのステップ応答を制御対象が追従すべき位置の目標軌道とし、その微分値から速度，加速度の目標軌道を生成する。それらの軌道に基づいてシーク制御により、特定共振成分の加振力を低減し、目標位置に速やかに整定させる。
【０００６】
機構共振のピークゲインを安定化する方法としては、ノッチフィルタによりその遮断周波数と共振周波数とを一致させ、サーボ系の一巡伝達特性においてゲイン余裕を確保する方法が一般的である。
【０００７】
この方法では、ノッチフィルタの周波数を機構共振周波数に一致させることが重要である。しかし、機構共振周波数は、装置個体間または特定装置内の温度変動などの環境条件により変動する。
【０００８】
そのため、位置決め装置の制御入力に正弦波を加算してヘッドを加振し、位置誤差信号の振幅を測定し、ゲインを求め、ゲインが最大となる共振周波数を探索し、共振ゲインを低減するようにフィルタ定数を設定する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２００１−２４９７０２号公報
（第３〜５頁，図２）
【特許文献２】
特開平５−１０９２１７号公報
（第３，４頁，図１，２，３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の方法により、温度変動や装置毎に発生する機構共振周波数のばらつきがあっても、制振効果を最適に維持するには、何らかの手段で現在の機構共振周波数を推定し、伝達関数モデルにおける逆モデルの周波数を変更する必要がある。そのため機構共振の推定方法として、特許文献２の方法を使用することは可能である。
【００１１】
しかし、機構共振周波数の同定に、正弦波を入力して入出力間のゲインを求める方式を採るので、周波数を精度良く決定するには、所望の分解能となるまで正弦波の周波数を細かく設定し、同定精度を高めるため十分な時間加振を続ける必要がある。
【００１２】
このように機構共振の推定に長時間を要する方法では、実際の装置の使用環境に応じて時々刻々変動する機構共振周波数を推定することは、実質的に不可能である。
【００１３】
また、特許文献１の伝達関数モデルにおける逆モデルを変更する方法は、変動範囲内において適切な分解能で制振周波数を設定するには、設定分解能に応じた数の伝達関数モデルの係数値またはテーブル値を予め記憶しておき、そのテーブル値に基づいて目標軌道を変更すること必要となり、要求メモリ量が大きくなるので、推定結果に基づいて軌道を変更することは、実質的に困難である。
【００１４】
本発明の目的は、装置個体間または温度変動などで変化する機構共振周波数を簡便なアルゴリズムで短時間に同定し、機構共振を制振する目標軌道を振動周波数の変動に合わせて修正し、使用環境条件の変動によらずシーク時間を常に最小化する手段を備えた磁気ディスク装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、制御信号により磁気ヘッドを移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータと、磁気ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、目標位置との差信号である位置誤差信号から位置決め制御対象を駆動する制御信号を生成する演算制御手段とを有し、前記演算制御手段が、磁気ヘッドの現在位置と目標位置との間の全移動距離をもとに目標軌道を算出する目標軌道生成手段と、目標軌道にしたがってヘッドアクチュエータを駆動する制御信号を生成するフィードフォワード制御手段とを含む磁気ディスク装置において、前記演算制御手段が、ヘッドアクチュエータにシーク動作をさせた際のヘッドアクチュエータへの操作量と位置誤差とを取り込む手段と、想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタと、通過した信号によりヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段とを備えた磁気ディスク装置を提案する。
【００１６】
前記ヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段は、ヘッドアクチュエータ共振モデルの係数値と共振周波数値とを対応付ける参照テーブルを備え、ヘッドアクチュエータ共振モデルの同定結果である係数値に基づき演算処理した結果から参照テーブルにより機構系の共振周波数を求める手段とすることができる。
【００１７】
本発明は、また、制御信号により磁気ヘッドを移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータと、磁気ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、目標位置との差信号である位置誤差信号から位置決め制御対象を駆動する制御信号を生成する演算制御手段とを有し、前記演算制御手段が、磁気ヘッドの現在位置と目標位置との間の全移動距離をもとに目標軌道を算出する目標軌道生成手段と、目標軌道にしたがってヘッドアクチュエータを駆動する制御信号を生成するフィードフォワード制御手段とを含む磁気ディスク装置において、前記演算制御手段が、ヘッドアクチュエータにシーク動作をさせた際のヘッドアクチュエータへの操作量と位置誤差とを取り込む手段と、想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタと、通過した信号によりヘッドアクチュエータ共振モデルを同定する手段とを備え、ヘッドシーク動作時の駆動パターンから同定された共振周波数での加振力を除いた目標軌道を生成し、当該目標軌道からヘッドアクチュエータに対するフィードフォワード制御入力を生成し、共振周波数の同定と共振周波数の加振成分の最小化とをしながらヘッドシーク動作をする磁気ディスク装置を提案する。
【００１８】
ヘッドアクチュエータ共振モデルの係数値と所定時間ｄＴとを対応付ける参照テーブルを備え、ヘッドアクチュエータ共振モデルの同定結果である係数値に基づき演算処理した結果から参照テーブルにより所定時間ｄＴを求め、目標軌道の生成時にステップ応答で与えられた軌道を所定時間ｄＴずらして加算した結果を新たな軌道として与えることも可能である。
【００１９】
同定するヘッドアクチュエータ共振周波数が２個あるときは、帯域通過フィルタを共振周波数の個数だけ用意し、それぞれの共振周波数についてヘッドアクチュエータモデルを同定し、ステップ目標値の重ね合わせ時間ｄＴ１，ｄＴ２（ｄＴ１＞ｄＴ２）を求め、時間ｄＴ１ずらしたステップ目標値のそれぞれを更にｄＴ２ずらしてステップ目標値を生成し目標軌道とする。
【００２０】
ヘッドアクチュエータ共振周波数と温度測定値とを対応付ける参照テーブルを備え、温度測定値に基づいて前記参照テーブルにより機構系の共振周波数を同定し、ヘッドシーク動作時の駆動パターンから同定された共振周波数の加振力を除いた目標軌道を生成するようにしてもよい。
【００２１】
本発明において、機構共振周波数を推定するには、１〜数トラック距離をシークさせ、その時の電流値および位置誤差をサンプリングする。このとき通常のシーク時間より短時間で移動させ、主要な機構共振の振動成分が励振されるようにする。
【００２２】
想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタで、入手した電流値と位置誤差信号を処理し、通過した信号を最小２乗法などにより処理し、機構共振モデル（ＡＲＸモデル）のパラメータを推定する。予めバンドパスフィルタ処理をしているためＡＲＸモデルの次数は、２次でよい。
【００２３】
推定されたモデルの係数値に基づいて、テーブルを参照し、機構共振周波数を確定する。
【００２４】
次に、ヘッド移動時の加速度パターンは、ステップ入力に対する軌道発生器を伝達関数モデルや多項式などの演算式で記述し、その軌道発生器のステップ応答をテーブルに記録するか、装置内のＭＰＵにより実時間演算で入手する。
【００２５】
推定した機構共振周波数に基づいて、２つ以上のステップ応答の重ね合わせ時間を変化させて加算し、特定周波数の振動を励起しない１つの目標軌道を生成する。
【００２６】
この目標軌道をもとに制御対象に対するフィードフォワード制御入力を与えると、機構共振周波数が変動しても目標トラックを高速にシークすることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系の基本的構成を示すブロック図である。
スピンドルモータ８は、図示しないベースに固定されており、所定速度で回転する。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が固定されている。スピンドルモータ８に保持された磁気ディスク４の側方には、ピボット軸受３がスピンドルモータ軸に平行になるように設けられている。
【００２８】
磁気ヘッド１の保持部材は、ヘッド支持ばね５とキャリッジ７とからなり、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を移動させる動力は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２により発生する。
ボイスコイルモータ２内の駆動コイルは、キャリッジ７に固定されている。
【００２９】
磁気ヘッド１を位置決めするヘッドアクチュエータは、磁気ヘッド１，ヘッド支持ばね５，キャリッジ７，ピボット軸受３，ＶＣＭ２からなる。
【００３０】
演算制御手段は、ＭＰＵ１９と、バス１５と、ＲＯＭ１８と、ＲＡＭ１７とからなる。ＲＯＭ１８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を格納し、各種の制御に必要なパラメータを格納している。ＭＰＵ１９には、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、ホスト側コントローラ２１のコマンドを受けて、ＭＰＵ１９にリード／ライトのアクセス要求を出す。ＭＰＵ１９には、バス１５を介して、ヘッドアクチュエータの駆動電流を制御するパワーアンプ１６と、サーボ信号復調器１４とが設けられている。
【００３１】
磁気ディスク４上に放射状に配置されたサーボセクタ１２領域には、サーボ情報２２が書き込まれている。
【００３２】
サーボ信号復調器１４は、増幅器１３を介して、ヘッド１で読み取ったサーボ情報２２を取り込み、トラック番号およびヘッド位置信号を復調する。ＭＰＵ１９は、トラック番号およびヘッド位置信号に基づき、パワーアンプ１６に出力する操作信号６８を計算する。
【００３３】
操作信号６８は、ＤＡ変換器２７により電圧に変換され、パワーアンプ１６への電流指令値２５として出力され、ボイスコイルモータ駆動電流６を規定する。
【００３４】
【実施形態１】
図２は、本発明の目標軌道を用いて制御対象を目標位置まで移動させる制御方法を説明する図である。
【００３５】
与えられた位置，速度の軌道からフィードフォワード制御のための加速度軌道３４とフィードバック制御のための目標位置軌道３８とを生成する。
【００３６】
制御対象の数式モデル９は、Ｇｐ（ｓ）で表しておく。Ｇｐ（ｓ）は、ＡＤ変換器の電圧指令値からヘッド位置までの周波数特性を表す伝達関数である。特に、ＶＣＭ電流から位置までの伝達特性を機構系モデルとし、数式１のように高次の振動モードの和で表す。
【００３７】
【数１】
2004303307.tif 000003
数式１において、Ｋは、推力定数，慣性モーメントなどから求められる信号４１から信号４３までの前向きゲインを表す。
【００３８】
制御対象９の出力である位置は、サーボ信号復調器１４により一定サンプリング周期Ｔｓで検出され、位置信号４３となる。
【００３９】
Ｇｃ（ｚ）は、位相補償手段３６であり、制御系の安定性を確保するための微分器と定常特性を改善するための積分器とからなり、位相進み遅れ補償の機能を持っている。Ｇｃ（ｚ）の前向きゲインを調整し、信号３９から信号４３の一巡伝達特性を調整し、サーボ帯域を設計する。
【００４０】
Ｇｃ（ｚ）の出力４０は、Ｔｓ／Ｎ周期毎に計算され、ＤＡ変換器でＴｓ／Ｎ期間は一定値に保持される。このようなＤＡ変換器の動作モデルをＺＯＨ（ゼロ次ホールダ）で表す。
【００４１】
Ｇｆｆ（ｚ）は、本発明において求められた目標軌道３２から制御対象を駆動する加速度フィードフォワード電流指令を与える信号３４を計算するための数式モデルである。Ｇｆｆ（ｚ）は、制御対象の逆モデルで与えられる。逆モデルを得る際の制御対象モデルは、例えば二重積分器で表す。
【００４２】
Ｇｐ０（ｚ）は、加速度フィードフォワード電流指令３４から目標位置軌道を計算するための伝達特性モデルであり、図２の信号４１から信号４３までの伝達特性をモデル化している。具体的には、Ｇｐ（ｓ）を移動周波数帯域まで高次の振動モードを正確に同定した機構モデルと、位置検出から制御入力信号４１出力までの時間遅れとＶＣＭアンプなどの位相遅れの特性を時間遅れに換算して求めた等価時間遅れＬとして同定したモデルとで表す。
【００４３】
次に、目標トラックへのシークを例に図２の信号の流れを説明する。シーク開始命令を与えると、３０のステップ目標値が設定される。
【００４４】
ステップ３１は、ステップ目標値により、予め規定されたローパスフィルタ特性を示す伝達関数モデルのステップ応答または多項式で記述されるステップ応答などで、ヘッドが目標トラックに速やかに整定するための望ましい目標軌道３２を出力する信号発生器である。
【００４５】
目標軌道３２は、位置軌道または必要に応じて位置軌道および速度軌道などからなる。
【００４６】
計算結果の目標軌道３２からステップ３３では、加速度フィードフォワード入力３４を計算する。
【００４７】
ステップ３５では、加速度フィードフォワード入力３４をもとに、目標値位置３８を計算する。
【００４８】
目標位置３８と実際のヘッド位置の検出値４３の差信号３９を求め、外乱などに起因して発生する差信号３９を小さくするために、位相補償手段３６で制御信号４０を計算する。
【００４９】
加速度フィードフォワード入力３４と制御信号４０とを加算した信号４１を制御入力としてＤＡ変換器３７に出力し、ヘッドを所望の軌道に追従して移動させるように、ヘッド位置を制御する。
【００５０】
図３は、本発明の機構共振周波数推定および目標軌道変更の処理手順を示すフローチャートである。
【００５１】
ステップ１２１において、移動時間を通常シーク時よりも短くして、数トラックのシークを実行する。
【００５２】
ステップ１２２において、複数回のシーク動作を平均化処理して、ＶＣＭ電流（Ｉｖｃｍ）と位置誤差（ＰＥＳ）を収集する。
【００５３】
ステップ１２３において、想定される周波数範囲を通過域とするバンドパスフィルタを用い、Ｉｖｃｍ＿ｆとＰＥＳ＿ｆとを求める。
【００５４】
ステップ１２４において、逐次最小２乗法などによりＡＲＸモデルのパラメータを推定する。
【００５５】
ステップ１２５において、ＡＲＸモデルのパラメータに基づいて、現在の機構共振周波数ｆｄを決定する。
【００５６】
ステップ１２６において、現在の機構共振周波数ｆｄに基づいて、パラメータｄＴを決定する。
【００５７】
機構共振周波数推定は、図２のシーク制御系によりヘッドアクチュエータにシーク動作をさせ、その時のＶＣＭ電流値と位置誤差信号とを収集し、機構共振モデルを同定する。
【００５８】
まず、推定時のシーク動作について説明する。
【００５９】
図４は、コントローラ３６の構成の一例を示すブロック図である。コントローラ３６は、通常、図４に示すような位相進み遅れ特性を有する位相補償器４４を有している。
【００６０】
図３のステップ１２１において、本発明の機構共振モデル推定時には、機構共振周波数近傍を遮断周波数とし、共振周波数における一巡伝達関数のゲインを十分低減するノッチフィルタ４５を追加する。
【００６１】
このとき、一巡伝達特性のゲイン交差周波数も、機構共振周波数のゲインを十分下げるために通常の位置決め制御時より低く設定するほうがよい。これは、推定時において機構共振にサーボ系による減衰が付与されるのを防ぎ、高精度な共振パラメータ推定のために必要である。
【００６２】
また、推定時のシーク移動時間は、通常シークより短く設定し、機構共振を励振するようにする。
【００６３】
図３のステップ１２２において、このシーク動作により得られたＶＣＭ電流および位置誤差信号を収集し、複数回のシーク動作の平均値を求めると、ＲＲＯやＮＲＲＯの影響を除いたシーク時のＶＣＭ電流Ｉｖｃｍおよび位置誤差信号ＰＥＳが得られる。
なお、ブロック１２１の処理の代案としては、制御系の目標値３８として直接ステップ入力を与える方法やインパルス入力を与える方法も、機構系に与える加振力としては、ブロック１２１の方法に劣るものの、その時の駆動電流Ｉｖｃｍと位置誤差信号ＰＥＳを収集すれば、図３のステップ１２２以後の処理を同様に実行できる。
【００６４】
図３のステップ１２３において、得られたＩｖｃｍ，ＰＥＳに対してバンドパスフィルタ処理し、機構共振周波数を含む時間応答成分を抽出する。ここでフィルタ処理後のＶＣＭ電流をＩｖｃｍ＿ｆ，位置誤差をＰＥＳ＿ｆとする。バンドパスフィルタの通過域は、機構共振周波数の変動範囲を想定して設定し、遮断域では、十分な減衰性を確保する。
【００６５】
図５は、バンドパスフィルタの周波数特性の１例を示す図である。バンドパスフィルタは、ＦＩＲタイプの直線位相特性を有するものとし、ゲイン特性４６が示すように４０００〜４５００Ｈｚを通過域としている。また、群遅延時間を補正し、位相特性４７が示すように通過域における位相遅れをゼロとしている。
【００６６】
図６は、１トラックシーク動作により入手する電流波形５０と位置誤差波形５３とを示す図である。それぞれを一定周期Ｔｓでサンプリングすると、Ｉｖｃｍ，ＰＥＳが得られる。これに対してバンドパスフィルタにより処理すると、Ｉｖｃｍ＿ｆ，ＰＥＳ＿ｆが得られる。
【００６７】
図３のステップ１２４において、得られたＩｖｃｍ＿ｆ，ＰＥＳ＿ｆをもとに機構共振の伝達関数を推定する。フィルタの通過域が狭く設定されていれば、伝達関数モデルは、低い次数で、精度良く推定できる。ここでは、数式２で表される２次のＡＲＸモデルを用いる。本モデルにおいては、Ｉｖｃｍ＿ｆを入力ｕに、ＰＥＳ＿ｆを出力ｙとする。
【００６８】
数式２のＡＲＸモデルを差分方程式表現で数式３のように記述する。ＡＲＸモデルのパラメータをベクトルにまとめ数式４のように表現する。数式３のうち、サンプリング周期毎に得られるデータをベクトル（ｒｅｇｒｅｓｓｏｒ）にまとめ、数式５のように表現する。
【００６９】
数式４，数式５により、ｋサンプリング時点の出力ｙの１段先予測値は、数式６のように表される。また、ｋサンプリング時点のｙの観測値と数式６の１段先予測値から、推定誤差を数式７で表す。ここまでの結果を用いて、数式８により最小２乗法でパラメータベクトルを推定する。
【００７０】
【数２】
2004303307.tif 000004
【００７１】
【数３】
2004303307.tif 000005
【００７２】
【数４】
2004303307.tif 000006
【００７３】
【数５】
2004303307.tif 000007
【００７４】
【数６】
2004303307.tif 000008
【００７５】
【数７】
2004303307.tif 000009
【００７６】
【数８】
2004303307.tif 000010
数式８の処理には、大容量のメモリが必要となり、望ましくないので、サンプリング毎に更新されるデータベクトルから数式８と等価な処理をする。逐次最小２乗法により、数式９〜数式１１で推定する。逐次最小２乗法は、必要なメモリ容量が少なく済み、磁気ディスク装置内のマイクロプロセッサを利用してパラメータを推定するのに適している。
【００７７】
【数９】
2004303307.tif 000011
【００７８】
【数１０】
2004303307.tif 000012
【００７９】
【数１１】
2004303307.tif 000013
図７は、機構共振パラメータ推定値の時間応答を示す図である。Ｉｖｃｍ＿ｆとＰＥＳ＿ｆとを用いて、サンプル毎に数式９〜数式１１を演算し、数式４のパラメータベクトルの各要素ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２を５４，５５，５６，５７のように求める。この場合は、３ｍＳ程度のサンプリングデータから、収束性良くパラメータを推定している。
【００８０】
図８は、機構共振モデルの推定結果の周波数特性を示す図である。すなわち、数式１で表される複数の機構共振を有するヘッドアクチュエータの伝達関数の周波数応答５８を示す図である。図８は、ヘッドアクチュエータについて、５４，５５，５６，５７のように係数を推定した時に、数式４で表されるＡＲＸモデルの周波数応答５９を併せて示している。
【００８１】
推定したい最低次の機構共振周波数が精度良く推定されている。
【００８２】
図３のステップ１２５においては、得られたパラメータベクトル数式４を機構共振周波数に変換する。連続時間領域での機構共振モデルを数式１２で表す。数式１２をサンプリング周期Ｔｓでゼロ次ホールドサンプリングしたときのパルス伝達関数は、数式２において以下の係数値をもつとして表される。ただし、ｄ＝０とする。
【００８３】
【数１２】
2004303307.tif 000014
【００８４】
【数１３】
2004303307.tif 000015
【００８５】
【数１４】
2004303307.tif 000016
【００８６】
【数１５】
2004303307.tif 000017
【００８７】
【数１６】
2004303307.tif 000018
ここで求めたい共振周波数は、数式１７のようになるので、係数ａ１とａ２から数式１８が得られる。数式１７と数式１８とから、サンプリング周期Ｔｓを介して、ａ１，ａ２とｗｄとが１対１に対応する。
【００８８】
【数１７】
2004303307.tif 000019
【００８９】
【数１８】
2004303307.tif 000020
図９は、機構共振モデル推定結果と共振周波数およびｄＴとの関係を示す図である。この関係をテーブル化すると、ＡＲＸモデルによる推定結果から補間によりｗｄ値を求めることが可能になる。
【００９０】
ここで求めたｗｄ値は、使用環境などにより変動する。中でも温度との関係が非常に大きい。そのため、磁気ディスク装置に温度センサが内蔵されていれば、温度測定値と共振周波数ｗｄとを組み合わせて磁気ディスク装置のメモリに記憶，テーブル化，逐次更新し、温度が急激に変化しかつ推定動作が連続データアクセス中のため機構共振を推定できない場合には、温度測定値から共振周波数ｗｄをテーブル参照により簡便に求めるブロック１２５までの処理を代替することが有効である。
【００９１】
また、共振周波数ｗｄの検出に関しては、検出精度は劣るものの、図３のステップのブロック１２３で得られたフィルタ処理後のＰＥＳ＿ｆについて、極大値または極小値の周期をカウントし、周波数を簡便に求める方法もある。
【００９２】
図１０は、２段階でステップ目標値を与える制振方法を示す図である。
【００９３】
本発明では、図２の信号発生器３１に与える目標値３０として、図１０のステップ入力６５を与えたときに得られる信号を目標軌道３２にする。
【００９４】
図１０のｄＴおよびＫは、制振したい周波数ｗｄと減衰係数とを入力すると、数式１９，数式２０で与えられる。
【００９５】
【数１９】
2004303307.tif 000021
【００９６】
【数２０】
2004303307.tif 000022
図３のステップ１２６の処理は、図９により求めたｗｄから数式２０で表されるｄＴをサンプリング周期Ｔｓで規格化したｄＴ／Ｔｓをテーブル補間により求める処理である。
【００９７】
図１１は、数式１９，２０で得た値からｄＴ／Ｔｓを求めた特性を示す図である。
【００９８】
図１２は、数式１８で得た値から直接ｄＴ／Ｔｓを求めた特性を示す図である。
【００９９】
図１３は、位置のステップ応答７０，７１を時間ｄＴずらして与えると、位置の目標軌道７２がその和として得られることを示す図である。すなわち、目標入力３０として６５を与えた時に信号発生器３１が発生する信号３２の目標位置軌道を生成する処理である。
【０１００】
図１４は、位置のステップ応答７０，７１の微分値７３，７４を時間ｄＴずらして与えると、速度軌道７５がその和として得られることを示す図である。なお、ｗｄの推定精度に比較して減衰係数ζの推定精度は高くないものとして、ζ＝０．０とし、Ｋ＝１と簡単化した。
【０１０１】
ステップ目標値６５は、軌道発生用の信号生成器３１に与えるのではなく、図２の信号３８として、直接フィードバック制御系の目標値として与えることも可能である。その時は、信号３４をゼロとする。
【０１０２】
しかし、その際には、問題となる機構振動のほかに、ブロック３６，３７，９とそれを結ぶ信号線からなるフィードバック制御系の減衰の小さな極に対応する周波数ｆｓｖに対して、残留振動を低減するために、時間ｄＴを設定する必要がある。  周波数ｆｓｖは、機構共振周波数よりも低いので、必然的に目標値への到達が遅くなる。ヘッドを目標位置に高速に到達させるには、図２の構成のように、ステップ目標値を信号発生器３１に与え、フィードフォワード制御によりヘッドを移動させなけれなならない。
【０１０３】
図１５は、図７に示した機構共振のゲイン特性５８および位相特性６０を示す実際の磁気ディスク装置において、目標入力３０として、従来のステップ目標値を入力してシークさせた場合のセトリング応答すなわち整定応答８３と、制振のために図１０のステップ目標値６５を入力してシークさせた場合のセトリング応答８２を示す図である。
【０１０４】
実施形態１によれば、特定周波数の振動が低減され、セトリング応答８２では、セトリング残留振動が減少している。
【０１０５】
図１６は、機構共振周波数が当初の設定値から２００Ｈｚ低下した場合のセトリング応答を示す図である。
【０１０６】
それぞれの時間応答は、目標入力３０を従来のステップ目標値としたセトリング応答８６，ｄＴを調整前のステップ目標値６５によりシークさせた場合のセトリング応答８５，機構共振周波数の低下に合わせてｄＴを調整した場合のセトリング応答８４を示している。
【０１０７】
セトリング応答８５は、セトリング応答８６よりも改善されており、設定値がずれても、従来の目標入力と比較して、良好なセトリング応答を示している。
【０１０８】
セトリング応答８４は、セトリング応答８５，８６よりも改善されており、制振周波数を推定論理により再設定すれば、更に良好なセトリング応答が得られることを表している。
【０１０９】
図１７は、セトリング応答８４，８５，８６に対応する電流波形８７，８８，８９を示す図である。
【０１１０】
【実施形態２】
次に、第１共振周波数ｗｄだけでなく、第２共振周波数ｗｄ２に対しても同時に制振する実施形態２を説明する。なおｗｄ≦ｗｄ２とする。
【０１１１】
第１共振周波数ｗｄに対しては、実施形態１と同様な方法で制振し、第２共振周波数ｗｄ２に対しては、バンドパスフィルタの特性４６，４７を第２共振周波数の変動範囲に設置し、実施形態１と同様な手順で共振周波数ｗｄ２を推定する。ここでｗｄ２は、固定値としてもよい。
【０１１２】
図１８は、第１共振周波数ｗｄと第２共振周波数ｗｄ２とを制振するステップ目標値９０を示す図である。
【０１１３】
２周波数を制振するため、ステップ目標値９０は、第１共振周波数ｗｄから定まるｄＴだけずらして与える２つの目標ステップ入力のそれぞれに対して、更にｄＴ２だけずらして与えるステップ目標入力を生成する畳み込み演算により、４回のステップ目標値を与える。ｗｄ＝ｗｄ２の場合は、２回目と３回目のステップが重なるので、みかけ上３回のステップ目標値を与えることになる。この方法により第１共振周波数ｗｄと第２共振周波数ｗｄ２とを同時に制振する。
【０１１４】
【数２１】
2004303307.tif 000023
【０１１５】
【数２２】
2004303307.tif 000024
【０１１６】
【数２３】
2004303307.tif 000025
【０１１７】
【数２４】
2004303307.tif 000026
図１９は、最初のステップ入力から時間ｄＴ２，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＴ２ずらして位置のステップ応答９１，９２，９３，９４を与えると、位置の目標軌道９５がその和として得られることを示す図である。
【０１１８】
目標入力３０として９０を与えた時の信号発生器３１が発生する信号３２のうち、目標位置軌道を生成する処理を示している。
【０１１９】
図２０は、最初の入力から時間ｄＴ２，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＴ２ずらして位置のステップ応答の微分値である９６，９７，９８，９９を与えると、目標速度軌道１００がその和として得られることを示す図である。
【０１２０】
なお、機構共振周波数ｗｄ，ｗｄ２の推定精度に比べて減衰係数ζの推定精度が高くないとして、ζ＝０．０，Ｋ＝Ｋ２＝１とした。
【０１２１】
図２１は、図８に示した機構共振のゲイン特性５８および位相特性６０を示す実際の磁気ディスク装置において、目標入力３０として、従来のステップ目標値を入力してシークさせた場合のセトリング応答１１１と、制振のために図１８のステップ目標値９０を入力してシークさせた場合のセトリング応答１１０とを示す図である。
【０１２２】
実施形態２においても、特定周波数の振動が低減され、セトリング応答１１０では、セトリング残留振動が減少している。
【０１２３】
図２２は、機構共振周波数ｗｄが当初の設定値から２００Ｈｚ低下した場合のセトリング応答を示す図である。
【０１２４】
それぞれの応答は、目標入力３０を従来のステップ応答としたセトリング応答１１４，ｄＴを調整前のステップ目標値９０によりシークさせた場合のセトリング応答１１３，機構共振周波数の低下に合わせてｄＴを調整した場合のセトリング応答１１２を示す。
【０１２５】
セトリング応答１１３は、セトリング応答１１４よりも改善されており、設定値がずれても、従来の目標入力と比較して、良好なセトリング応答を示している。
【０１２６】
セトリング応答１１２は、セトリング応答１１３，１１４よりも改善されており、制振周波数を推定論理により再設定すれば、更に良好なセトリング応答が得られることを表している。
【０１２７】
図２３は、セトリング応答１１２，１１３，１１４に対応する電流波形１１５，１１６，１１７を示す図である。
【０１２８】
【実施形態３】
実施形態３では、主共振周波数成分に対して制振効果を得るために、ヘッドアクチュエータの駆動パターンの目標位置／目標速度軌道を次のように生成する。
【０１２９】
数式２５が位置の目標値応答を決定する規範伝達関数モデルにおいて、分子に帯域除去特性を指定する。数式２５の伝達関数のステップ応答は、オーバーシュート無しに、目標値に整定する。これを目標位置軌道とし、数式２５を１階微分したすなわち数式２５にｓを乗じた伝達関数のステップ応答を目標速度軌道とする。この軌道から得られる加速度フィードフォワード制御入力は、特定周波数成分のパワーを低くできるので、シーク時に主共振周波数の振動を抑制する効果が得られる。
【０１３０】
【数２５】
2004303307.tif 000027
τｉは応答の時定数であり、ζｒは抑制したい振動周波数であり、ωｒは減衰係数である。Ｗｒを推定した共振周波数と一致させると、環境変動により機構共振周波数が変動しても、機構系残留振動を最小化してシークできる。
【０１３１】
ここまでは、推定した機構共振をシーク時の特定振動の励起を抑制する駆動パターンの生成に用いたが、ノッチフィルタの周波数変更に用いることも可能である。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によれば、装置個体間または特定装置内の温度変動などにより変動する機構共振周波数を簡便なアルゴリズムで短時間に同定し、機構共振を制振する目標軌道を振動周波数の変動に合わせて修正できるので、装置個体間または特定装置内の使用環境条件の変動によらず、シーク時間を常に最小化する磁気ディスク装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系の基本的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の目標軌道を用いて制御対象を目標位置まで移動させる制御方法を説明する図である。
【図３】本発明の機構共振周波数推定および目標軌道変更の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】位相補償手段３６の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】バンドパスフィルタの周波数特性の１例を示す図である。
【図６】１トラックシーク動作により入手する電流波形５０と位置誤差波形５３とを示す図である。
【図７】機構共振パラメータ推定値の時間応答を示す図である。
【図８】機構共振モデルの推定結果の周波数特性を示す図である。
【図９】機構共振モデル推定結果と共振周波数およびｄＴとの関係を示す図である。
【図１０】２段階でステップ目標値を与える制振方法を示す図である。
【図１１】数式１９，２０で得た値からｄＴ／Ｔｓを求めた特性を示す図である。
【図１２】数式１８で得た値から直接ｄＴ／Ｔｓを求めた特性を示す図である。
【図１３】位置のステップ応答７０，７１を時間ｄＴずらして与えると、位置の目標軌道７２がその和として得られることを示す図である。
【図１４】位置のステップ応答７０，７１の微分値７３，７４を時間ｄＴずらして与えると、速度軌道７５がその和として得られることを示す図である。
【図１５】図７に示した機構共振のゲイン特性５８および位相特性６０を示す実際の磁気ディスク装置において、目標入力３０として、従来のステップ目標値を入力してシークさせた場合のセトリング応答すなわち整定応答８３と、制振のために図１０のステップ目標値６５を入力してシークさせた場合のセトリング応答８２を示す図である。
【図１６】機構共振周波数が当初の設定値から２００Ｈｚ低下した場合のセトリング応答を示す図である。
【図１７】セトリング応答８４，８５，８６に対応する電流波形８７，８８，８９を示す図である。
【図１８】第１共振周波数ｗｄと第２共振周波数ｗｄ２の両方を制振するステップ目標値９０を示す図である。
【図１９】最初のステップ入力から時間ｄＴ２，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＴ２ずらして位置のステップ応答９１，９２，９３，９４を与えると、位置の目標軌道９５がその和として得られることを示す図である。
【図２０】最初の入力から時間ｄＴ２，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＴ２ずらして位置のステップ応答の微分値である９６，９７，９８，９９を与えると、速度軌道１００がその和として得られることを示す図である。
【図２１】図８に示した機構共振のゲイン特性５８および位相特性６０を示す実際の磁気ディスク装置において、目標入力３０として、従来のステップ目標値を入力してシークさせた場合のセトリング応答１１１と、制振のために図１８のステップ目標値９０を入力してシークさせた場合のセトリング応答１１０とを示す図である。
【図２２】機構共振周波数ｗｄが当初の設定値から２００Ｈｚ低下した場合のセトリング応答を示す図である。
【図２３】セトリング応答１１２，１１３，１１４に対応する電流波形１１５，１１６，１１７を示す図である。
【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
５  ヘッド支持ばね
６  ボイスコイルモータ駆動電流
７  キャリッジ
８  スピンドルモータ
９  数式モデル
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
２２  サーボ情報
２３  ヘッド信号
２４  サーボ信号
２５  電流指令値
２６  ＡＤ変換器
２７  ＤＡ変換器
２８  デジタル電流指令値
２９  デジタルサーボ情報
３０  目標入力
３１  伝達関数モデル
３２  目標軌道
３３  加速度フィードフォワード計算手段
３４  加速度軌道
３５  伝達特性モデル
３６  位相補償手段
３７  ＤＡ変換器動作モデル
３８  目標位置軌道
３９  差信号
４０  制御信号
４１  加算信号
４３  位置信号
４４  位相補償器
４５  ノッチフィルタ
６８  操作信号
【図１】
2004303307.tif 000028
【図２】
2004303307.tif 000029
【図３】
2004303307.tif 000030
【図４】
2004303307.tif 000031
【図５】
2004303307.tif 000032
【図６】
2004303307.tif 000033
【図７】
2004303307.tif 000034
【図８】
2004303307.tif 000035
【図９】
2004303307.tif 000036
【図１０】
2004303307.tif 000037
【図１１】
2004303307.tif 000038
【図１２】
2004303307.tif 000039
【図１３】
2004303307.tif 000040
【図１４】
2004303307.tif 000041
【図１５】
2004303307.tif 000042
【図１６】
2004303307.tif 000043
【図１７】
2004303307.tif 000044
【図１８】
2004303307.tif 000045
【図１９】
2004303307.tif 000046
【図２０】
2004303307.tif 000047
【図２１】
2004303307.tif 000048
【図２２】
2004303307.tif 000049
【図２３】
2004303307.tif 000050