【手続補正書】
【提出日】平成18年3月6日(2006.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  ダイナミックシステム制御方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  位置−速度テーブルを使用してダイナミックシステムを制御する方法であって、
システムに対する位置変数を生成し、
この位置変数に基づいて、位置−速度テーブルを使用してシステムに対する速度命令を決定し、
整形された速度命令を発生するために速度命令を整形し、
整形された速度命令に基づいてシステムを制御する
諸ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステム制御方法。
【請求項２】  データ記憶デバイスのヘッドより成るダイナミックシステムの部品を制御するステップを含み、そして
前記の制御ステップが、ヘッドを、データ記憶デバイス内のデータ記憶媒体の種々のトラック間において動くように制御する
請求項１に記載の方法。
【請求項３】  前記の生成ステップが、位置変数を決定するために、前記部品のプリセット位置を部品の測定された位置と比較することを含み、そして更に、
測定された位置をプリセット位置に比較する前に、測定された位置上で逆整形を遂行するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】  前記の整形ステップ及び逆整形ステップが、部品の運動から生ずる望ましくない振動を低減する請求項３に記載の方法。
【請求項５】  前記部品の測定された位置が、前記の制御ステップが部品を制御した後に決定され、
部品の測定された位置が制御ステップに続く決定ステップにフィードバックされる請求項３に記載の方法。
【請求項６】  ダイナミックシステムを制御するのに使用される位置−速度テーブルに包含するための軌跡を生成する方法であって、
システム位置に関するシステム速度及び１又は複数の追加の変数を定めるダイナミックシステムに対する軌跡を生成し、
Ｎ次元(Ｎ＞２)を有する位置−速度テーブル内にこの軌跡を記憶し、
位置−速度テーブル内に記憶された軌跡に従ってダイナミックシステムを制御する
諸ステップを含むことを特徴とする軌跡生成方法。
【請求項７】  データ記憶デバイスのヘッドより成るダイナミックシステムの部品を制御し、そして更に
前記制御ステップが、ヘッドを、データ記憶デバイス内のデータ記憶媒体の種々のトラック間で動かすように制御する
請求項６に記載の方法。
【請求項８】  前記変数の一つが、部品の所望の移動距離より成る請求項７に記載の方法。
【請求項９】  前記軌跡が、ダイナミックシステムの挙動を定める部分分数展開式に基づきリアルタイムで生成される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】  システム変数内の変動に従ってダイナミックシステムを制御する方法であって、
少なくとも一つのシステム変数に従って生成されるところの、システム位置に関するシステム速度を定める複数の軌跡を生成し、
この複数の軌跡を単一の位置−速度テーブル内に記憶し、
前記少なくとも一つのシステム変数の値を検出し、
前記システム変数の検出された値と位置−速度テーブルに記憶される軌跡とに従ってダイナミックシステムを制御する
諸ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステム制御方法。
【請求項１１】  前記位置−速度テーブルが、種々の部品移動距離に対応する一連の軌跡をふくみ、
前記の制御ステップが、前記システム変数の検出された値に基づき位置−速度テーブルから前記軌跡の一つを選択し、選択された軌跡に従ってダイナミックシステムの部品を制御する
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】  前記の制御ステップが、前記複数の軌跡及びシステム変数に基づき関数を生成し、該関数に基づき部品に対する単一の軌跡を定め、該単一の軌跡に基づきダイナミックシステムの部品を制御することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】  前記の生成ステップが、
ダイナミックシステムの部品の動きに関係するシステムパラメータを推定し、
システムパラメータが予定されたシステムパラメータから変動されたかどうかを決定し、
決定されたシステムパラメータの変動に基づき軌跡を変更し、
この変更された軌跡を位置−速度テーブル内に記憶する
諸ステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】  ダイナミックシステムを制御するのに使用される位置−速度テーブルに包含するための軌跡を生成するための方法であって、
ダイナミックシステム内で使用するための軌跡を生成し、
この軌跡を位置−速度テーブル内に記憶し、
位置−速度テーブル内に記憶された軌跡に従ってダイナミックシステムを制御する
諸ステップを含み、そして前記の生成ステップが、ダイナミックシステム内の望ましくない振動を低減する技術に従って前記軌跡を生成する
ことを特徴とする軌跡生成方法。
【請求項１５】  データ記憶デバイスのヘッドより成るダイナミックシステムの部品を制御し、そして更に
前記の制御ステップが、前記ヘッドを、データ記憶デバイス内のデータ記憶媒体の種々のトラック間で動かすように制御する
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、システム振動を制限する制約条件とシステム感度の制約条件を考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】  システム振動を制限する制約条件及び感度の制約条件が、部品の運動中振動を１００％以下だけ低減する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、部品の移動距離の関数である１又は複数の制約条件を考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、システム振動を制限する制約条件のみを考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、予定された整形関数に従って整形された入力に基づき軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】  前記入力が、過度部分と定常状態部分の両方を含み、そして
該入力の過度部分のみが予定された整形関数に従って整形されている
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、システムの実質的に極近傍にあるゼロを有するフィルタを使用して予定された軌跡を濾波することによって軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、システムの熱的制限、システムの電流の制限及びシステムのデューティサイクルに関する制約条件の一つを考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、
軌跡がシステム内の予定されたレベルよりも大きい振動を励起するかどうかを決定し、
軌跡が予定されたレベルよりも大きい振動を励起する場合、軌跡に入力整形を適用する請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、Posicast入力に基づき軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。 
【請求項２６】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、対称入力に基づき軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、時間及び部品位置の少なくとも一方の関数として変る対称的制約条件に基づいて軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】  前記部品の望ましくない振動を低減する技術が、制御電流により制御された電圧に従って軌跡を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】  前記の生成ステップが、
システムパラメータを実時間で識別し、
この識別ステップで識別されるシステムパラメータに従って軌跡を実時間で変更する
ことを含む請求項１４〜２８の何れか１つに記載の方法。
【請求項３０】  剛性モード及び柔軟モードにより表現できるダイナミックシステムの運動を制御する方法であって、
ダイナミックシステムに対する剛体入力を発生し、
この剛体入力を処理して、システムの柔軟モードにおける振動を補償する被処理入力を発生し、
この被処理入力を適用してダイナミックシステムを制御する
諸ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステムの運動制御方法。
【請求項３１】  前記の生成段階が、(i) モード分析に基づきダイナミックシステムの剛性モードのモデルを作り出し、(ii)モード分析に基づき剛体入力を決定することを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】  前記剛体入力がシステムの基本的制限パラメータに対応し、システムのこの基本的制限パラメータが、飽和に移行するシステムの第１のパラメータより成る請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】  前記の処理ステップが、システム振動を制限する制約条件及びシステム感度の制約条件に従って剛体入力を処理する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】  システム振動を制限する制約条件及び感度の制約条件が、ダイナミックシステムの部品の運動中の振動を１００％以下だけ低減する請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】  前記の処理ステップが、ダイナミックシステムの部品の運動距離の関数である１又は複数の制約条件に従って、剛体入力を処理する請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】  前記の処理ステップが、システム振動を制限する制約条件に従って剛体入力を処理する請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】  前記の処理ステップが、予定された整形関数を使用して剛体入力を整形する請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】  前記剛体入力が、過渡部分と定常状態部分の両者を含み、そして剛体入力の過渡部分のみが予定された整形関数に従って整形される請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】  前記の処理ステップが、システムの実質的に極近傍にあるゼロを有するフィルタを使用して入力を濾波することによって剛体入力を処理する請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】  前記の処理ステップが、システムの熱的制限、システムの電流制限及びシステムのデューティサイクルの少なくとも一つに従って剛体入力を処理する請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】  前記の処理ステップが、ダイナミックシステムの部品の運動距離を決定し、この運動距離に基づき剛体入力を変更する請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】  前記剛体入力がPosicast入力より成る請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】  前記剛体入力が対称入力より成る請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】  前記の処理ステップが、時間及びダイナミックシステムの部品の位置の少なくとも一方の関数として変る対称的制約条件に従って剛体入力を処理する請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】  前記剛体入力が、電流を制御することによって制御された電圧より成る請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】  前記の処理ステップが、
システムパラメータを実時間で識別し、
この識別ステップで識別されるシステムパラメータに従って剛体入力を実時間で変更する
ことを含む請求項３０〜４５の何れか１つに記載の方法。
【請求項４７】  前記の決定ステップが、不感度の制約条件に従って剛体入力を決定する請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】  システムのモデルがシステムに対する複数の式より成り、そして
特定のシステムパラメータに対する不感度の制約条件が、不感度の制約条件に関するシステム式の導関数を取り、０に等しい導関数を設定することによって
システムに加えられる請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】  前記システムのモデルがシステムに対する複数の式より成り、そして
特定のシステムパラメータに対する不感度の制約条件が、システムパラメータの振動を制限するように、システムパラメータの異なる値に対する一連の制約条件を設定することによってシステムに加えられる請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】  前記剛体入力がフィードバック信号により決定され、そして前記フィードバック信号に準静的修正ファクタを加えるステップを更に含み、この準静的修正ファクタが運動中の部品の偏向を修正する請求項３１に記載の方法。
【請求項５１】  ダイナミックシステムの部品の質量中心を決定するステップを更に含み、そして
前記剛体入力が、部品の質量中心に基づくフィードバック信号に従って決定される請求項３１に記載の方法。
【請求項５２】  複数のモードを有するダイナミックシステムへの電圧入力に対する複数の切替え時間を決定する方法であって、
複数のモードの各々のモデル分析に基づきダイナミックシステムのモデルを生成し、
モデル内のモデル分析によりダイナミックシステムの応答を決定し、
対応する応答に基づき、電圧入力に対する切替え時間に基づくところの、システムの最終位置への複数のモードの各々の寄与についての式を決定し、
複数の切替え時間に関する値を推定し、
複数のモードの各々の寄与についての式及びダイナミックシステムのモデル内の分析を使用して、推定値に基づいて複数の切替え時間に関する値の概略値を計算する
諸ステップを含むことを特徴とする複数の切替え時間決定方法。
【請求項５３】  前記値の先行の概算値に基づいて値の概算値を再計算するステップを更に含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】  前記の再計算ステップが、値の先行の概算値として値の再計算された概算値をその都度使用して、複数回反復される請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】  複数の切替え時間を含むテーブルを生成しするステップを更に含み、そして
前記の推定ステップがこの表を使用して値を推定することを含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】  前記複数の切替え時間に対応する少なくとも一つ曲線を生成するステップを更に含み、そして
前記の推定ステップが、この少なくとも一つの曲線を使用して値を推定することを含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】  前記ダイナミックシステムがデータ記憶デバイスより成り、そして前記電圧入力が、このデータ記憶デバイスに対する入力電圧より成る請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】  電圧入力に対する切替え時間が計算された後、電圧入力についての入力整形を遂行するステップを更に含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】  前記の推定ステップが、パラメータ推定装置を使用して遂行される請求項５２に記載の方法。
【請求項６０】  ダイナミックシステム内の望ましくない振動を低減する方法であって、
予定レベルよりも大きな振動がシステム入力により励起されるかどうかを決定し、
予定されたレベルよりも大きな振動が励起される場合ダイナミックシステムに対する入力を変更する
諸ステップを含み、システム内の変動レベルを予定された振動レベル以下に低減するようにダイナミックシステムへの入力が変更される
ことを特徴とする望ましくない振動の低減方法。
【請求項６１】  前記の変更ステップが、入力整形装置、逆整形装置及びフィルタの少なくとも一つを使用してダイナミックシステムに対する入力を変更することを含む請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】  位置−速度テーブルを使用して当該データ記憶デバイスの部品の動きを制御するデータ記憶デバイスであって、
位置−速度テーブル及びコンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) 部品に対する位置変数を生成し、(ii)位置−速度テーブルを使用して部品に対する速度命令を決定し、(iii) 整形された速度命令を生成するために速度命令を整形し、(iv)整形された速度命令に基づいて移動するように部品を制御するため、メモリに記憶されたプログラムを実行しかつ位置変数に基づいて速度命令を決定するプロセッサと
を備えることを特徴とするデータ記憶デバイス。
【請求項６３】  前記部品がデータ記憶デバイスのヘッドより成り、そして前記プロセッサが、ヘッドを、データ記憶デバイスのデータ記録媒体の種々のトラック間において動かすように制御する請求項６２に記載のデータ記憶デバイス。
【請求項６４】  前記部品に対する位置変数を生成するために、前記プロセッサが、部品のプリセット位置を測定された部品位置に比較し、そして
前記プロセッサが更に、測定された位置をプリセット位置に比較する前に、測定された位置について逆整形を遂行する
請求項６２に記載のデータ記憶デバイス。
【請求項６５】  前記プロセッサにより遂行される整形及び逆整形で、部品の運動から生ずる望ましくない振動を低減する請求項６４に記載のデータ記憶デバイス。
【請求項６６】  前記プロセッサが、部品の制御後部品の測定された位置を決定し、そして部品の先に測定された位置を使用して位置変数を決定する請求項６４に記載のデータ記憶デバイス。
【請求項６７】  ダイナミックシステムを制御するために使用される位置−速度テーブルに包含するための軌跡を生成する装置であって、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶しかつＮ次元(Ｎ＞２)を有する位置−速度テーブルを記憶するメモリと、
(i) システム位置に関するシステム速度と１又は複数の追加の変数を定めるシステムのための軌跡を生成し、(ii)この軌跡を位置−速度テーブルに記憶し、(iii) 位置−速度テーブルに記憶される軌跡に従ってシステムを制御するために、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサと
を備えることを特徴とする軌跡生成装置。
【請求項６８】  データ記憶デバイスのヘッドより成るダイナミックシステムの部品を制御し、そして更に
前記プロセッサが、ヘッドを、データ記憶デバイス内のデータ記憶媒体の種々のトラック間を移動するように制御する
請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】  前記変数の一つが、部品の所望の移動距離より成る請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】  前記プロセッサが、ダイナミックシステムの挙動を定める部分分数展開式に基づき前記軌跡を実時間で生成する請求項６８に記載の装置。
【請求項７１】  システム変数の変動に従ってダイナミックシステムを制御する装置であって、
位置−速度テーブル及びコンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) 位置に関する速度を定め、かつ少なくとも一つのシステム変数に従って生成される複数の軌跡を生成し、(ii)この複数の軌跡を位置−速度テーブルに記憶し、(iii) 少なくとも一つのシステム変数の値を検出し、(iv)システム変数の検出された値及び位置−速度テーブルに記憶される軌跡の両者に従ってダイナミックシステムを制御するために、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサと
を備えることを特徴とするダイナミックシステム制御装置。
【請求項７２】  位置−速度テーブルが、種々の部品移動距離に対応する一連の軌跡を含み、そして
前記プロセッサが、システム変数の検出された値に基づき位置−速度テーブルから前記軌跡の一つを選択し、この選択された軌跡に従って部品を制御することによってダイナミックシステムの部品を制御する
請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】  前記複数の軌跡及びシステム変数に基づいて関数を発生し、この関数に基づいて部品に対する単一の軌跡を決定し、該単一の軌跡に基づいて部品を制御することによってダイナミックシステムの部品を制御する請求項７１に記載の装置。
【請求項７４】  前記プロセッサが、(i) ダイナミックシステムの部品の運動に関するシステムパラメータを推定し、(ii)このシステムパラメータが予定されたシステムパラメータから変動したかどうかを決定し、(iii) 決定されたシステムパラメータの変動に基づいて軌跡を変更し、(iv)この変更された軌跡を位置−速度テーブルに記憶することによって、複数の軌跡を生成する請求項７１に記載の装置。
【請求項７５】  ダイナミックシステムを制御するのに使用される位置−速度テーブルに包含するための軌跡を生成する装置であって、
位置−速度テーブル及びコンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) システムに対する軌跡を生成し、(ii)この軌跡を位置−速度テーブル内に記憶し、(iii) 位置−速度テーブル内に記憶された軌跡に従ってシステムを制御するため、メモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサと
を備え、該プロセッサがシステム内の望ましくない振動を低減するための技術に従って軌跡を生成する
ことを特徴とする軌跡生成装置。
【請求項７６】  データ記憶デバイスのヘッドより成るダイナミックシステムの部品を制御し、そして
前記プロセッサが、ヘッドを、ディスクドライブ内の磁気ディスクの種々のトラック間において移動するように制御する
請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、システム振動を制限する制約条件とシステム感度の制約条件の両者を考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】  システム振動を制限する制約条件と感度の制約条件が、部品の移動中の振動を１００％以下だけ低減する請求項７７に記載の装置。
【請求項７９】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、部品の移動距離の関数である１又は複数の制約条件を考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８０】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、システム振動を制限する制約条件のみを考慮に入れることによって軌跡を生成する請求項７７に記載の装置。
【請求項８１】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、予定された整形関数に従って整形された入力に基づいて軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８２】  前記入力が過渡部分と定常状態部分の両者を含み、そして  入力の過渡部分のみが予定された整形関数に従って整形されている請求項８１に記載の装置。
【請求項８３】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、システムの実質的に極近傍のゼロを有するフィルタを使用して予定された軌跡を濾波することによって軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８４】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、システムの熱的制限、システムの電流制限及びシステムのデューティサイクルに関係する制約条件の少なくとも一つを考慮に入れることによって軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８５】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、
軌跡が、予定されたレベルより大きい振動をシステム内に励起するかどうかを決定し、
軌跡が予定されたレベルより大きい振動を励起する場合のみ軌跡に入力整形を適用する請求項７６に記載の装置。
【請求項８６】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、Posicastに基づき軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８７】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、対称的入力に基づき軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８８】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、時間及び部分位置の少なくとも一方の関数として変る対称的制約条件に基づき軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項８９】  前記の部品の望ましくない振動を低減するための技術が、電流を制御することにより制御された電圧に従って軌跡を生成することを含む請求項７６に記載の装置。
【請求項９０】  前記プロセッサが、(i) システムパラメータを実時間で識別し、(ii)プロセッサにより識別されるシステムパラメータに従ってこの軌跡を実時間で変更することを含む請求項７５〜８９の何れか１つに記載の装置。
【請求項９１】  剛性モード及び柔軟モードにより表現できるダイナミックシステムを制御する装置であって、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) ダイナミックシステムに対する剛体入力を生成し、(ii)システムの柔軟モードでの振動を補償する被処理入力を生ずるように剛体入力を処理し、(iii) ダイナミックシステムを制御するように被処理入力を適用するために、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサと
を備えるダイナミックシステム制御装置。
【請求項９２】  前記プロセッサが、(i) システムのモデル分析に基づきダイナミックシステムの剛性モードのモデルを作り出し、(ii)モデル分析に基づきダイナミックシステムへの入力を決定することによって剛体入力を生成する請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】  前記剛体入力が、飽和に移行するシステム内の第１のパラメータに対応するシステムの基本的制限パラメータより成る請求項９１に記載の装置。
【請求項９４】  前記プロセッサが、システム振動を制限する抑制条件とシステム感度の抑制条件に従って剛体入力を処理する請求項９３に記載の装置。
【請求項９５】  システム振動を制限する制約条件及び感度の制約条件が、部品の運動中の振動を１００％以下だけ低減する請求項９４に記載の装置。
【請求項９６】  前記プロセッサが、ダイナミックシステムの部品の移動距離の関数である１又は複数の制約条件に従って剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項９７】  前記プロセッサが、システム振動を制限する制約条件のみに従って剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項９８】  前記プロセッサが、予定された整形関数を使用して剛体入力を整形する請求項９１に記載の装置。
【請求項９９】  前記剛体入力が過度部分と定常状態部分の両方を含み、そして
前記プロセッサが、予定された整形関数に従って剛体入力の過度部分のみを整形する請求項９８に記載の装置。
【請求項１００】  前記プロセッサが、システムの実質的に極近傍にあるゼロを有するフィルタを使用して入力を濾波することによって剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０１】  前記プロセッサが、システムの熱的制限、システムの電流制限及びシステムのデューティサイクルに関する制約条件の少なくとも一つに従って剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０２】  前記プロセッサが、ダイナミックシステムの部品の移動距離を決定し、移動距離に基づき入力を変更することによって剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０３】  前記剛体入力がPosicast入力より成る請求項９１に記載の装置。
【請求項１０４】  前記剛体入力が対称入力より成る請求項９１に記載の装置。
【請求項１０５】  前記プロセッサが、時間及びダイナミックシステムの部品の位置の少なくとも一方の関数として変る対称的制約条件に従って剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０６】  前記プロセッサが、電流を制御することにより制御された電圧に基づき剛体入力を処理する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０７】  前記プロセッサが、(i) システムパラメータを実時間で識別し、(ii)プロセッサにより識別されたこのシステムパラメータに従って入力を実時間で変更することによって剛体入力を処理する請求項９１〜１０６の何れか１つに記載の装置。
【請求項１０８】  前記プロセッサが、不感度の制約条件に従って剛体入力を生成する請求項９１に記載の装置。
【請求項１０９】  前記システムのモデルがシステムに対する複数の式よりなり、そして
特定のシステムパラメータに対する不感度の制約条件が、不感度の制約条件に関するシステム式の導関数を取り、導関数を０に等しく設定することによってシステムに加えられる
請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】  前記システムのモデルがシステムに対する複数の式より成り、そして
特定のシステムパラメータに対する不感度の制約条件が、システム内における変動を制限するようにシステムパラメータの異なる値に対する一連の制約条件を設定することによってシステムに加えられる
請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１１】  前記プロセッサがフィードバック信号に従って剛体入力を生成し、そして
前記プロセッサが、運動中の部品の偏向を修正する準静的修正ファクタをフィードバック信号に加える
請求項９０に記載の装置。
【請求項１１２】  前記プロセッサがダイナミックシステムの部品の質量中心を決定し、そして
前記プロセッサが、部品の質量中心に基づくフィードバック信号に従って剛体入力を生成する
請求項９０に記載の装置。
【請求項１１３】  複数のモードを有するダイナミックシステムへの電圧入力に対する複数の切替え時間を決定する装置であって、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) 複数のモードの各々のモデル分析によりダイナミックシステムのモデルを生成し、(ii)モデル内のモデル分析によりダイナミックシステムの応答を決定し、(iii) 対応する応答に基づき、電圧入力に対する切替え時間に基づくところの、システムの最終位置への複数のモードの各々の寄与についての式を決定し、(iv)複数の切替え時間に対応する値を推定し、(v)複数のモードの各々の寄与についての式及びダイナミックシステムのモデル内のモデル分析を使用して、推定値に基づいて複数の切替え時間に対応する値の概略値を計算するため、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサと
を備えることを特徴とする切替え時間決定装置。
【請求項１１４】  前記プロセッサが、前記値の先行の概算値に基き値の概算値を再計算する請求項１１３に記載の装置。
【請求項１１５】  前記プロセッサが、前記値の先行の概算値として値の再計算された概算値をその都度使用して、値の概算値を複数回再計算する請求項１１４に記載の装置。
【請求項１１６】  前記プロセッサが複数の切替え時間を含むテーブルを生成し、そしてこの表を使用して値を推定する請求項１１３に記載の装置。
【請求項１１７】  前記プロセッサが前記複数の切替え時間に対応する少なくとも一つ曲線を生成し、そしてこの少なくとも一つの曲線を使用して値を推定する請求項１１３に記載の装置。
【請求項１１８】  前記ダイナミックシステムがデータ記憶デバイスより成り、そして
前記電圧入力が、このデータ記憶デバイスに対する入力電圧より成る
請求項１１３に記載の装置。
【請求項１１９】  電圧入力に対する切替え時間が計算された後、電圧入力についての入力整形を遂行するステップを更に含む請求項１１３に記載の装置。
【請求項１２０】  ダイナミックシステム内の望ましくない振動を低減する装置であって、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) システムへの入力により予定されたレベルより大きな振動が励起されるかどうかを決定し、(ii)予定されたレベルより大きな振動が励起された場合、ダイナミックシステムへの入力を変更するため、前記メモリに記憶されたプログラムを実行し、かつシステムにおける振動のレベルを予定された振動レベル未満に低減するようにダイナミックシステムへの入力を変更するプロセッサと
を備える振動低減装置。
【請求項１２１】  前記プロセッサが、入力整形装置、逆整形装置及びフィルタの少なくとも一つを使用してダイナミックシステムへの入力を変更する請求項１２０に記載の装置。
【請求項１２２】  システム内の望ましくない振動を低減するため時間の関数である入力に従ってダイナミックシステムを制御する方法であって、
ダイナミックシステムのモデルであって、時間及びシステム入力の両方によりシステム位置を定め、前記望ましくない振動に関する１又は複数の制約条件に従ってシステムを制約するモデルを生成し、
前記の生成ステップにおいて生成されるモデルに基づき望ましくない振動を低減するダイナミックシステムへの入力を決定し、そして
前記の決定ステップにおいて決定される入力に従ってダイナミックシステムを制御する
諸ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステム制御方法。
【請求項１２３】  前記システムのモデルが、システムを定める３次式の部分分数展開より成る請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】  前記の部分分数展開式が、下記の式、即ち
【数１】
2002516423.tif 000001
より成る、ここでFinalposはダイナミックシステムの部品の最終位置、ＴendFinalposが到達する時間、Ａ、ａ及びｂはシステムパラメータに基づき、Ｖiはシステムに対する電圧入力、ＴiはＶiが入力される時点、そしてΔｔはＶｉが入力される時間間隔である、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】  前記の決定ステップにおいて決定される入力が、飽和に移行するシステム内の第１のパラメータに対応するシステムの基本制限パラメータより成る請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２６】  電源に接続された電流コントローラを具備し、物理的制限パラメータを有するシステムを制御するため電流命令を使用する方法であって、
電流命令をシステムに入力し、
システム内の電流コントローラが飽和に移行するように単位の大きさの整形装置を使用して電流命令を整形し、
電源から飽和状態で電流コントローラを介してシステムに電圧を供給する
諸ステップを含むことを特徴とする電流命令使用方法。
【請求項１２７】  ダイナミックシステムに対する位置−速度テーブルを生成する方法であって、
ダイナミックシステムを部分分数展開式によりモデル化し、
ダイナミックシステムに対する軌跡を発生するように部分関数展開式を時間的に前方に積分し、
システムに対する軌跡を位置−速度テーブルに記憶する
諸ステップを含むことを特徴とする位置−速度テーブル生成方法。
【請求項１２８】  ダイナミックシステムをモデル化する部分分数展開式が下記の式、即ち
【数２】
2002516423.tif 000002
より成る、ここでFinalposはダイナミックシステムの部品の最終位置、ＴendはFinalposが到達する時点、Ａ、ａ及びｂはシステムパラメータに基づき、Ｖiはシステムに対する電圧入力、ＴiはＶiが入力される時点、そしてΔｔはＶｉが入力される時間間隔である、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】  位置−速度テーブルが非次元位置−速度テーブルより成る請求項７５に記載の装置。
【請求項１３０】  １又は複数のフィードフォワード入力であって、その一つがシステムの基本的制限パラメータに対応するものを有するダイナミックシステムを制御する方法であって、
システムの望ましくないダイナミクスを低減するようにシステムの基本的制限パラメータに対応するフィードフォワード入力の形式を変更する
ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステム制御方法。
【請求項１３１】  飽和に移行するシステムの第１パラメータを識別することによって、システムの基本的制限パラメータを決定するステップを更に含む請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】  前記の変更ステップが、フィードフォワード入力を整形することを含む請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３３】  整形がInput ShapingTM(登録商標)を使用して遂行される請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】  前記の整形が１又は複数のフィルタを使用して遂行される請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３５】  システム内の非線形要素を識別するステップを含み、そして
この整形が前記の識別ステップにおいて非線形要素が識別された後遂行される請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３６】  前記の変更ステップが、フィードフォワード入力を予飽和し、ついでフィードフォワード入力を整形することを含む請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３７】  前記のダイナミックシステムがデータ記憶デバイスシステムより成り、そして
前記の基本的制限パラメータが電圧より成る請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３８】  １又は複数のフィードフォワード入力を有し、その一つがシステムの基本的制限パラメータに対応する、フィードフォワード入力を有するデータ記憶デバイスシステムにおいて、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
システムの望ましくないダイナミクスを低減するため、システムの基本的制限パラメータに対応するフィードフォワード入力の形式を変更するようにメモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサと
を含むことを特徴とするデータ記憶デバイスシステム。
【請求項１３９】  前記プロセッサが、飽和に移行するシステムの第１のパラメータを識別することによって、システムの基本的制限パラメータを決定するようにプログラムを実行する請求項１３８に記載のシステム。
【請求項１４０】  前記フィードフォワード入力が、フィードフォワード入力を整形することによって変更される請求項１３８に記載のシステム。
【請求項１４１】  前記の整形がInput ShapingTM(登録商標)を使用して遂行される請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４２】  前記の整形が１又は複数のフィルタを使用して遂行される請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４３】  前記プロセッサが、システム内の非線形要素を識別するようにプログラムを実行し、そして
前記の整形がプロセッサにより非線形要素が識別された後に遂行される
請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４４】  前記のプロセッサが、フィードフォワード入力を予飽和し、ついでフィードフォワード入力を整形することによってフィードフォワード入力を変更する請求項１３８に記載のシステム。
【請求項１４５】  システム内の望ましくないダイナミクスを低減するように、予定された周波数でサンプルされたディジタルデータより成るダイナミックシステムへの入力を整形する方法であって、
システムに対するNyquist周波数で起こりかつ単位周期当たり二つのサンプル点を有する正弦波に対応するシステム振動を識別し、
入力に３パルス整形装置を適用する
諸ステップを含み、３パルス整形装置の第１及び第２のパルスが、入力の第１の周期の二つのサンプル点にて適用され、３パルス整形装置の第３のパルスが入力の第２の周期の第１のサンプル点にて適用される
ことを特徴とするダイナミックシステム入力の整形方法。
【請求項１４６】  コントローラから被制御ハードウェアへのフィードフォワード入力のみに対する専用の径路を有するコンピュータ制御ダイナミックシステムへの入力を、該ダイナミックシステム内の振動を抑制するように生成する方法であって、
抑制されるべき振動周波数を決定するステップを含み、
抑制されるべき振動の周波数がダイナミックシステムに対するサーボレート以下の場合、
システムに対するサーボ計算を実行し、
サーボ計算に基づきサーボ出力を決定し、そして
サーボ出力をダイナミックシステムへの入力として出力する
諸ステップを含み、
そして周波数がダイナミックシステムに対するサーボレートより高い場合、
軌跡値を決定し、
軌跡を整形し、そして
整形された軌跡をダイナミックシステムへの入力として出力する
諸ステップを含むことを特徴とするコンピュータ制御ダイナミックシステムへの入力生成方法。
【請求項１４７】  フィードフォワード入力及びその他の信号がコントローラから被制御ハードウェアへ出力される径路を有するコンピュータ制御ダイナミックシステムへの入力を、該ダイナミックシステム内の振動を抑制するように、生成する方法であって、
システムに対するサーボ計算を実行し、
サーボ計算に基づきサーボ出力を決定し、
サーボ出力をメモリに記憶し、
フィードフォワード入力に対する軌跡値を決定し、
該軌跡値を整形し、そして
フィードフォワード入力を生成するため、メモリに記憶されるサーボ出力を整形された軌跡値に加える
諸ステップを含むことを特徴とするコンピュータ制御ダイナミックシステムへの入力生成方法。
【請求項１４８】  データ記憶デバイスの動作に影響を及ぼすコントローラを提供するグラフィカルユーザインターフェース(ＧＵＩ)であって、データ記憶デバイスのシーク時間とデータ記憶デバイスのノイズレベルの少なくとも一方を変更する第１のコントローラを備えることを特徴とするグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１４９】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイスのノイズレベル及びシーク時間に漸進的変化を引き起こし、そして
前記第１コントローラが、データ記憶デバイスのノイズレベルを増すとき、データ記憶デバイスのシーク時間を減少させ、前記第１コントローラが、データ記憶デバイスのノイズレベルを減ずるとき、データ記憶デバイスのシーク時間を増加させる
請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５０】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイスノイズレベル及びシーク時間が逆に変化する連続体に沿って移動するスライディングバーを具備し、該連続体の第１の端部が高ノイズレベル／低シーク時間を指示し、第２の端部が低雑音レベル／高シーク時間を指示する請求項１４９に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５１】  前記第１コントローラにより設定されるデータ記憶デバイスのノイズレベル及び／又はシーク時間に対応する別個の値を表示する表示領域を更に備える請求項１５０に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５２】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイスの電力消費を低減せしめる請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５３】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイスの電力消費及びシーク時間に漸進的変化を惹起し、そして
前記第１コントローラが、データ記憶デバイスの電力消費を低減せしめるとき、データ記憶デバイスのシーク時間を増大せしめ、そして前記第１コントローラが、データ記憶デバイスの電力消費を増大せしめるとき、データ記憶デバイスのシーク時間を低減せしめる
請求項１５２に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５４】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイス電力消費及びシーク時間が逆に変化し得る連続体に沿って移動するスライディングバーを具備し、該連続体の第１の端部が高電力消費／低シーク時間を指示し、第２の端部が低電力消費／高シーク時間を指示する請求項１５３に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５５】  前記第１コントローラにより設定されるデータ記憶デバイスのシーク時間及びデータ記憶デバイス内に残る電力量に対応する別個の値を表示する表示領域を更に備える請求項１５４に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５６】  前記第１コントローラが、データ記憶デバイスのノイズレベル及び／又はシーク時間を変更するために選択可能な別個の値を具備する請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５７】  前記第１コントローラと別個のコントローラであって、データ記憶デバイスを電力節約モードに移行せしめる第２のコントローラを更に備え、この電力節約モードが、データ記憶デバイスが予定された量だけその消費電力を低減する状態より成る請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５８】  前記第２コントローラがチェックボックスより成る請求項１５７に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１５９】  グラフィカルユーザインターフェース内の設定が、データ記憶デバイス内の先行の設定を無効化する請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１６０】  プレビューコントローラを更に備え、該プレビューコントローラが、第１コントローラにより設定されたノイズレベルを使用してデータ記憶デバイスを動作せしめる請求項１４８に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
【請求項１６１】  データ記憶デバイスの動作を制御する方法であって、
データ記憶デバイスのシーク時間及びデータ記憶デバイスのノイズレベルの少なくとも一方を制御するための第１のコントローラを提供するグラフィカルユーザインターフェースを生成し、
データ記憶デバイスのシーク時間及びノイズレベルの少なくとも一方に対してグラフィカルユーザインターフェース内の設定を変更するように第１コントローラを操作し、そして
グラフィカルユーザインターフェース内の変更された設定に従ってデータ記憶デバイスの動作を変更せしめる命令をデータ記憶デバイスに出力する
諸ステップを含むことを特徴とするデータ記憶デバイス動作制御方法。
【請求項１６２】  前記第１コントローラが、更にデータ記憶デバイスによる電力消費を制御し、そして
前記の操作ステップが、データ記憶デバイス電力消費に関するグラフィカルユーザインターフェースの設定を変更するように第１コントローラを操作することを含む請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６３】  前記グラフィカルユーザインターフェースが、データ記憶デバイスによる電力消費を制御するための第２のコントローラを更に具備し、そして
前記の出力ステップ前に、第２コントローラを使用してデータ記憶デバイス電力消費に関係するグラフィカルユーザインターフェースにおける設定を変更するステップを更に含む請求項１６１に記載の方法。
【請求項１６４】  コンピュータ読取り可能な媒体上に記憶され、データ記憶デバイスの動作を制御するコンピュータで実行可能なプログラムであって、
データ記憶デバイスのシーク時間及びデータ記憶デバイスのノイズレベルの少なくとも一方を制御するための第１のコントローラを提供するグラフィカルユーザインターフェースを生成するコードと、
データ記憶デバイスのシーク時間及びノイズレベルの少なくとも一方に対するグラフィカルユーザインターフェースにおける設定を変更するように第１コントローラを操作するコードと、
グラフィカルユーザインターフェースにおける変更された設定に従ってデータ記憶デバイスの動作を変更せしめるように命令をデータ記憶デバイスに出力するコードと
を含むことを特徴とするコンピュータで実行可能なプログラム。
【請求項１６５】  前記第１コントローラが、更にデータ記憶デバイスによる電力消費を制御し、そして
前記の操作コードが、データ記憶デバイス電力消費に関するグラフィカルユーザインターフェースの設定を変更するように第１コントローラを操作する
請求項１６４に記載のプログラム。
【請求項１６６】  前記グラフィカルユーザインターフェースが、データ記憶デバイスによる電力消費を制御するための第２のコントローラを更に具備し、そして
この第２コントローラを操作してデータ記憶デバイス電力消費に関係するグラフィカルユーザインターフェースにおける設定を変更するコードを更に含む請求項１６５に記載のプログラム。
【請求項１６７】  データ記憶デバイスの動作を制御するための装置であって、
コンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
(i) データ記憶デバイスのシーク時間及びデータ記憶デバイスのノイズレベルの少なくとも一方を制御するための第１のコントローラを提供するグラフィカルユーザインターフェース(ＧＵＩ)を生成し、(ii)第１コントローラを操作して、データ記憶デバイスのシーク時間及びノイズレベルの少なくとも一方に対するＧＩＵにおける設定を変更し、(iii) ＧＵＩ内における変更された設定に従ってデータ記憶デバイスの動作を変更せしめる命令をデータ記憶デバイスに出力するようにプログラムを実行するプロセッサと
を備えることを特徴とするデータ記憶デバイスの動作制御装置。
【請求項１６８】  前記第１コントローラが、更にデータ記憶デバイスによる電力消費を制御し、そして
前記の操作ステップが、データ記憶デバイス電力消費に関するグラフィカルユーザインターフェースにおける設定を変更するように第１コントローラを操作することを含む請求項１６７に記載の装置。
【請求項１６９】  前記グラフィカルユーザインターフェースが、データ記憶デバイスによる電力消費を制御するための第２のコントローラを更に具備し、そして
前記プロセッサが、前記の出力ステップを実行する前に、この第２コントローラを使用して、データ記憶デバイス電力消費に関係するグラフィカルユーザインターフェースにおける設定を変更するプログラムを実行する
請求項１６８に記載の装置。
【請求項１７０】  入力命令を使用してダイナミックシステムを制御する方法であって、
入力命令を飽和状態に整形し、
第１の予定された状態が検出されるまで飽和された命令を入力し、
飽和状態からの減速中、第２の予定された状態が生ずるまで、入力命令の遷移を整形し、そして
ダイナミックシステムがその最終状態の予定された近傍まで来るまでプリセットされた軌跡に追従する
諸ステップを含むダイナミックシステム制御方法。
【請求項１７１】  プリセットされた軌跡がＰＶテーブル内の曲線より成る
請求項１７０に記載の方法。
【請求項１７２】  データ記憶デバイスを低減された振動で制御するための複数の方法に対応するコンピュータで実行可能なプログラムを記憶するメモリと、
前記方法の一つに対応するメモリからのプログラムを選択するための手動スイッチと、
データ記憶デバイスを制御するように、選択されたプログラムを実行するプロセッサと
を備えることを特徴とするデータ記憶デバイス。
【請求項１７３】  ダイナミックシステムのための命令であって、第２のパラメータがダイナミックシステムの基本制限パラメータより成る場合、その第２のパラメータで制限を維持する命令を第１パラメータ内に生成する方法であって、
ダイナミックシステム内において、第１パラメータ内の単位命令に対する第２パラメータの応答を決定し、
この決定ステップ内で決定された応答に基づいて第２パラメータ内に命令を生成する
諸ステップを含むことを特徴とする命令生成方法。
【請求項１７４】  第１パラメータが電流であり、第２パラメータが電圧であり、そして
ダイナミックシステムがディスクドライブより成る
請求項１７３に記載の方法。
【請求項１７５】  前記応答が、少なくとも第２パラメータを知って、第１パラメータに対する１組の式を反復的に解くことによって決定される請求項１７３に記載の方法。
【請求項１７６】  前記１組の式が、下記の式、即ち
【数３】
2002516423.tif 000003
より成り、ここでＡは各時間間隔における第１パラメータ内の命令の振幅、Ｎは最後の時間間隔、即ち
【数４】
2002516423.tif 000004
より成り、ここでＶはシステム速度より成り、Ｃvscaleは定数、即ち  
【数５】
2002516423.tif 000005
より成り、そしてＰfinalはシステムの最終状態であり、そして
【数６】
2002516423.tif 000006
ここで、Ｒはシステムの第２パラメータに対するパルス応答であり、Ｖlimは第２パラメータにおける制限である、
となることを特徴とする請求項１７５に記載の方法。
【請求項１７７】  Ａが電流であり、Ｖが電圧であり、Ｒがシステムの電圧応答である請求項１７６に記載の方法。
【請求項１７８】  Ｒ(ｉ)の値が、システム応答のピーク値を採用し、後続の時間増分にてシステム応答の値をサンプルすることによって決定される請求項１７６に記載の方法。
【請求項１７９】  第２のパラメータ(Ｖ)がダイナミックシステムの基本制限パラメータより成る場合、ダイナミックシステムに対する命令を、第２のパラメータ(Ｖ)に制限を維持する第１パラメータ(Ａ)に生成する方法であって、
下記の関係、即ち
【数７】
2002516423.tif 000007
ここで、Ｒは第２パラメータ内のシステムのパルス応答である、に基づき時間間隔(ｉ)で第１パラメータ(Ａ)内の命令に対する値を決定し、
この決定ステップにおいて決定されたＡ(ｉ)値に基づき第１パラメータ(Ａ)内において時間に関する命令を形成する
諸ステップを含むことを特徴とする命令生成方法。
【請求項１８０】  Ａが電流より成り、Ｖが電圧より成る請求項１７９に記載の方法。
【請求項１８１】  移動から生ずる振動を有するダイナミックシステムを制御する方法であって、
ダイナミックシステムに対する入力命令の遷移を識別し、
低減された振動をもって入力命令に対するシステム応答を生ずるように入力命令の遷移を整形する
諸ステップを含むことを特徴とするダイナミックシステム制御方法。
【請求項１８２】  第２のパラメータがダイナミックシステムの基本制限パラメータより成る場合、第１のパラメータと第２のパラメータの両者で命令を使用して望ましくないダイナミクスを減ずるようにシステムを制御する方法であって、
第１のシステム動作モードの間は第１パラメータでシステムに命令し、
第２のシステム動作モードの間は第２パラメータでシステムに命令する
諸ステップを含むことを特徴とするシステム制御方法。
【請求項１８３】  システムがディスクドライブより成り、そして
前記第１動作モードがディスクドライブにより遂行されるトラッキングより成り、
前記第２動作モードがディスクドライブにより遂行されるシーク動作より成る
請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８４】  Ｖlimがｉに従って変る請求項１７６、１７８又は１７９の何れか１つに記載の方法。
【請求項１８５】  パラメータスルーレートの制限に制約条件が加えられ、そして前記の生成ステップが、加えられた制約条件に従って命令を生成する請求項１７３〜１７９の何れか１つに記載の方法。
【請求項１８６】  振動制限入力の振幅を線形的にスケーリングして、スケーリングされた信号制限入力を発生するステップを含むことを特徴とする、ダイナミックシステムに対する振動制限入力を再スケーリングする方法。
【請求項１８７】  データ記憶デバイスの動作を制御する方法であって、
前記データ記憶デバイスのシーク時間及び前記データ記憶デバイスのノイズレベルの少なくとも一方を制御するためのコントローラを提供し、
前記データ記憶デバイスの前記シーク時間及び前記データ記憶デバイスの前記ノイズレベルの少なくとも一方に対して前記コントローラにおける設定を変更するように前記コントローラを操作し、
変更された設定に従ってデータ記憶デバイスの動作を変更せしめる命令をデータ記憶デバイスに出力する
諸ステップを含むことを特徴とするデータ記憶デバイス動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、ダイナミック(動的)システムにおける望ましくない振動を低減するために、動的システムへの入力を変更し、かつそのシステムに対してフィードフォワード信号を発生する技術に関する。本発明は、もしも未チェックの場合にはディスクの読取り／書込みエラー又は過剰のノイズをもたらすような望ましくない振動を減ずることによって、コンピュータのディスクドライブの高速化に特別の有用性を有する。
【０００２】
従来の技術
ダイナミックシステム内における運動は、普通、本質的に機械的及び音響的である望ましくない振動を生ずる。これらの振動は、この種のシステムの動作に有害な影響を及ぼす。望ましくない振動に特に敏感な一つのダイナミックシステムは、コンピュータディスクドライブである。 
【０００３】
コンピュータディスクドライブは、アクチュエータアームを具備し、その末端に、磁気ディスク上のトラックからの読取りとトラックへの書込みを行うためのヘッドが取り付けられる。このヘッドは、ディスク上においてトラックからトラックへとアームにより移動される。システム内の振動はこの運動から生ずる。即ち、ヘッドとアクチュエータアームは、公称の最終位置に達した後に振動する。これらの振動が所定のレベル以下になるまで、読取り及び書込みはディスクドライブにより行い得ない。そうでなければ、読取り／書込みエラーが生ずる。これらの振動は、ノイズを引き起こす場合もある。
【０００４】
ディスクドライブがこれらの振動が容認できるレベルに達するのを待つ期間(即ち整定時間)は、ディスクドライブのシーク時間を増す。ドライバのシーク時間は、ドライブヘッドが特定のトラック上において読取り／書込み動作を遂行することができる位置にドライバヘッドが休止するに至るに要する時間を含む。シーク時間の増大は、磁気ディスクのインチ当りのトラック密度が高い場合に特に鋭敏である。即ち、これらのディスク内のトラックは比較的密接しているから、ヘッドの僅かの振動でも、ディスクドライブの精度に由々しい影響を及ぼし、或いは、又はそれに加えてドライブの雑音を増す。小さな振動でも許容され得ないから、整定時間は更に増大され、ディスクドライブのシーク時間を増す。
ディスクドライブ及びダイナミックシステムの両面において上述の問題を解決しようとする従来の試みは、一般的に満足に足らないものであった。即ち、かかる試みは、計算機処理上強烈過ぎて実際的でなく、コンピュータディスクドライブのような高精度の位置付け装置で使用するには振動の十分な低減をもたらすことができず、最適以下の軌道しか生ぜず、加えて／或いはシステムのパラメータの振動に対して過度に敏感である。
【０００５】
他の関連する問題も、従来のディスクドライブを悩ませた。例えば、従来のディスクドライブにおいては、トラック上にディスクドライブヘッドを位置付けるために、二つの異なるコントローラが使用される。第１のコントローラは、ドライブヘッドが採集位置の近傍の予定された位置に達するようにドライブヘッドを制御し、その位置にて第２のコントローラが役割を引き継ぐ。この第２のコントローラは、ヘッドを最終位置に動かし、トラック上にてヘッドを調節する。これらの二つのコントローラ間に置ける切替えは、整定時間を増し、その結果としてシーク時間を増大させる。また、従来のディスクドライブにおいては、これらのコントローラの誘導において、振動に関する制御は全然又は少ししか含まれていない。従って、従来形式のディスクドライブは、運動の過度状態中の重要な振動を識別できないことがあり得る。
【０００６】
上述の点を考慮に入れると、コンピュータディスクドライブを制御する方法、更に一般的には、過度の計算上の努力を要せず、かつ運動速度に実質的な減少を伴うことなく機械的及び音響的振動を減ずる動的システムの必要性が存在する。
【０００７】
発明の概要
本発明は、ダイナミックシステム内の望ましくない機械的及び／又は音響的な振動を減ずるために、ダイナミックシステム内における運動を制御する方法を提供することによって上述の必要性の解決を図る。これらの方法は、比較的遂行容易であり、好結果が得られ、僅かの副次的影響しか及ぼさず、従って従来技術に比してそれらに相当の改善をもたらす。
【０００８】
本発明は、その一側面として、どのパラメータがダイナミックシステムを飽和せしめるかを決定する。例えば、コンピュータディスクドライブの場合、電流命令でシステムを制御する。しかしながら、電圧はシステムの基本的な制限パラメータである。何故ならば、ドライバ電源により供給される電圧は、システム内の電流量を制限するからである。この側面において、システムを飽和せしめることなく振動を減ずるシステムのための命令を発生するのに、基本的制限パラメータが使用される。ディスクドライブの特定の場合、システムの電圧限界を越えない電流命令を発生するのにも、基本的制限パラメータ(即ち電圧)が使用される。
【０００９】
本発明の他の側面においては、ディスクドライブシステムは、部分分数展開式を使用してモデル化出来る。これらの式の数字式は下記のように表わせる。
【数８】
2002516423.tif 000008
ここでFinalposはシステムＡの最終位置、Ａはスケーリングファクタ、ａ及びｂは逆時間定数、ｔendは動きが完了する時点、Ｖiはシステムに対する電圧入力、ＴiはＶiが入力される時点、そしてΔｔはＶｉが入力される時間間隔である。上述の式を使うと、低減された振動を生ずるシステム入力を決定出来る。これらの式は、その基本制限パラメータに関してシステム入力を解くのに使用されるとき特に有効である。上述の式には、システムのより精確なモデルを提供するために追加の制約を包含し得る。
【００１０】
本発明の更に他の側面として、種々のモードにおけるシステム振動を減ずるための技術が提供される。これらの技術は、それのみで或いは上述の概念と一緒に使用される。一つのかかる技術は、振動を特定のレベルに減ずるため、振動の制限や感度の制約を部分分数展開式モデルに組み込むことを含む。他の技術は、所望出力を生ずるために部分分数展開式を使って決定される命令を整形(例えば畳込み又はフィルタリング)することを含む。全命令が整形されてもよいし、振動を生ずる選択された部分のみが整形されてもよい。選択整形は、全命令を整形することに比してシーク時間を減ずるから好ましい。他の技術は、電圧の飽和を生ずるように、電流で命令することを包含する。これをなすことにより、電圧器切替えを命令することができる。そのとき、切替えが行われる時点は、システム振動を減ずるようにセット出来る。他の技術も提供される。これらの技術としては、他のもあるが、動きの始点、中点及び／又は終点において過渡部分を変更すること及びPosicast入力を使用することを含む。
【００１１】
更に他の側面として、本発明は、システムに対して、制限された(又は低減された)振動を生ずる入力を決定し、その入力をシステムに対するフィードフォワード軌道として使用する。部分分数展開式上において最適化法を遂行することを含め、入力を発生する数種の手法が提供される。一つの手法として、入力を発生する問題が、剛体モードの問題と柔軟ないしたわみモードの問題とに分離される。詳述すると、システムの剛体モードと関連する項は部分分数展開式から決定され、システムの振動又は柔軟モードと関連する項は、システム分析に基づき決定される。剛体項は、システムの剛体の抑制を満足するようにシステムを駆動する入力について解かれる。この入力は、ついで、例えば、システムの柔軟モードを保証するように設計されたInput ShaperTM(登録商標)を使って整形される。この手法を使うと、解を得る上での計算上の困難性は、最適化の手法に比して低減され、なおかつシステムの関連するモードにおける振動レベルの十分の低減をもたらす。入力を発生する他の手法としては、システムの閉鎖ループモデルを作り出すことを含む。ついで、減ぜられた振動をもたらす入力を、このモデルに基づいて発生し得る。更に他の手法においては、振動を減ずるバングバング入力に対する電圧切替え時点が、部分分数展開式に基づいて決定される。ついでInput ShaperTM(登録商標)による整形を、振動を更に低減するようにその入力に加えることができる。
【００１２】
本発明の他の側面においては、種々の位置−速度(「ＰＶ」)テーブルの表示が、システムの振動を減ずるように提供される。一つの手法として、システムの振動を減ずる軌道が上述の技術の１又は複数のものに従って生成され、その軌跡がＰＶテーブルに記憶される。ついでこの軌道を、システムの動きを制御するのに使用できる。他の手法においては、ＰＶテーブルの出力に整形器がもうけられ、システムのフィードバック路に沿ってその逆径路が提供される。この配置は、フィードフォワード方向を介してのシステムダイナミックスを減じ、フィードバック方向におけるループ安定性を復旧する。更に他の手法においては、Ｎ次元ＰＶ(ここでＮ>２)テーブルが系を制御するのに使用されるが、ここでは、速度は、位置及び、移動距離、抵抗、温度等の１又は複数の他の変数の関数である。更に他のＰＶ手法にあっては、電流命令が、所望の振動レベルを生ずるように、遷移点(例えば減速点)にて整形される。非遷移状態中、ＰＶテーブル中の軌跡を追う。
【００１３】
上に要約された方法は、コンピュータディスクドライブ及びその他のデータ記憶デバイスのようなダイナミックシステムの動作を相当に向上させるが、最終ユーザにシステム動作に関する若干の制御を許容することが好ましい。例えば、ユーザは、比較的短いシーク時間(即ち、迅速なディスクドライブ)を有するディスクドライブを欲するかもしれないが、音響に関しては無関心であるかもしれない。同様に、ユーザはシーク時間よりも音響により焦点を置くかもしれない。かくして、最終ユーザがディスクドライブの動作を制御し得る方法の必要性が起こる。特に、他の特徴に加えてユーザがシーク時間及び音響レベルのような動作パラメータを選択することを可能にするディスクドライブ動作を制御する簡単な方法の必要性が存在する。
【００１４】
本発明は、これに制限されるものではないがドライブシーク時間、ノイズレベル及び電力消費を含むディスクドライブの動作パラメータを最終ユーザが変更し得るＧＵＩ及び／又は機械的スイッチを提供することによってこれらのニーズを解決する。本発明は、これらの特徴を提供することによって、ユーザが、意味のあるハードウェア及び／又はソフトウェアの変更を必要とすることなく、ディスクドライブの動作を比較的容易にカストマイズすることを可能とする。
【００１５】
以上、本発明の性質を迅速に理解できるように本発明の概略を述べた。本発明のより完全な理解は、添付の図面を参照して行った以下の詳細な説明を参照することによって得ることができよう。
【００１６】
好ましい実施例の詳細な説明
本発明は、ディスクドライブ、又は、更に一般的には動的システムの動作制御のためのコンピュータで実行可能なコード(即ち、コンピュータで実行可能なプログラム)から成る。特にディスクドライブの場合、本発明はＧＵＩを生成するコードを含み、ＧＵＩは入力を受け入れ、ＧＵＩ入力にその動作を一致させるディスクドライブへのコマンドを出力する。本発明は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又は類似のもののような任意のタイプのコンピュータ／ディスクドライブシステムでも使用できる。しかし、簡潔さのために、本発明はデスクトップコンピュータシステムの状況についてのみ記載される。
【００１７】
図１は、本発明が実施されるコンピュータシステム１の代表的な実施例を示す。図１に示されるように、パーソナルコンピュータ(ＰＣ)２は、インターネット、ＡＴＭネットワーク、又は類似のもののようなネットワークにインターフェースするためのネットワーク接続４、並びにディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ、及び類似のもののような他の遠隔装置とインターフェースするためのＦＡＸ／モデム接続５を含む。ＰＣ２はまた、情報をユーザに表示するためのディスプレイスクリーン６、テキスト及びユーザコマンドを入力するためのキーボード７、ディスプレイスクリーン６でカーソルを位置決めするため及びユーザコマンドを入力するためのマウス９、並びに取り付けられたフロッピーディスクに読み書きするためのディスクドライブ１０を含む。ＰＣ２はまた、テキスト、グラフイックス、イメージ、又は類似のものを入力するため、及び／又はイメージを出力するために取り付けられた１つ又は複数の周辺装置(図示されていない)も含む。
【００１８】
図２はＰＣ２の内部構造を示す。図２に示されるように、ＰＣ２はメモリ１１を含み、メモリ１１はコンピュータハードディスクのようなコンピュータが読み取り可能な媒体から成る。メモリ１１は他のものの間にデータ１２、アプリケーション１４、及びオペレーティングシステム１５を記憶する。本発明の好ましい実施例では、オペレーティングシステム１５はMicrosoft社のWindows98又はWindows NTのようなウィンドー処理オペレーティングシステムであるが、同様に本発明は他のオペレーティングシステムを用いても使用できる。本発明を実施するためのコンピュータコード、即ちディスクドライブエンジン１６は、メモリ１１に記憶されたアプリケーションの間にある。或いは、ディスクドライブエンジン１６は、ディスクドライブ１０のための他のファームウェアと一緒にリードオンリーメモリ(ＲＯＭ)、又は類似のものに記憶される。簡単にいえば、ディスクドライブエンジン１６は、特に、ディスクドライブ１０の動作を制御するためにＧＵＩを生成し、ＧＵＩでの設定にその動作を一致させるディスクドライブ１０へのコマンドを出力するコンピュータで実行可能なプロセス段階から成る。ディスクドライブエンジン１６の詳細は以下で提供される。
【００１９】
ＰＣ２にはまた、ディスプレイインターフェース１７、キーボードインターフェース１９、マウスインターフェース２０、ディスクドライブインターフェース２１、コンピュータバス２２、ＲＡＭ２４、プロセッサ２５、及びプリンタインターフェース２６が含まれる。プロセッサ２５は、ＲＡＭ２４からの上記のようなアプリケーションを実行するためのマイクロプロセッサ又は類似のものから成る。そのようなアプリケーションは、(上記のように)メモリ１１、或いは、ディスクドライブ１０中のフロッピーディスクに記憶できる。プロセッサ２５は、フロッピーディスクに記憶されたアプリケーション(又は他のデータ)にディスクドライブインターフェース２１を経由してアクセスする。
【００２０】
アプリケーションの実行、及びＰＣ２の他のタスクはキーボード７又はマウス９を使用して開始され、キーボード７又はマウス９からのコマンドは、キーボードインターフェース１９及びマウスインターフェース２０を経由してプロセッサ２５にそれぞれ伝達される。同様に、アプリケーションの実行は、例えば、ネットワークインターフェース４及びネットワークインターフェースカード(図示されない)を経由してリモートで開始できる。ＰＣ２でアプリケーションを実行した結果からの出力はディスプレイインターフェース１７により処理され、次にネットワークインターフェース４を経由して出力されるか、或いは、ディスプレイ６上でユーザに表示される。このために、コンピュータバス２２を通してプロセッサ２５によって提供されるビデオデータに基づくビデオイメージを形成するため、及びそれらのイメージをディスプレイ６へ出力するために、ディスプレイインターフェース１７は好ましくはディスプレイプロセッサから成る。ＰＣ２で実行される他のアプリケーションからの結果出力は、プリンタインターフェース２６を経由して、付属のプリンタから提供される。
【００２１】
ディスクドライブエンジン１６に戻ると、このアプリケーションは、複数の既知従来方法の１つ、又は本明細書で記載する１つ又は複数の方法の何れかによりディスクドライブ１０の動作を制御するためのコンピュータコードから成る。ディスクドライブエンジン１６は更に、シークタイム、ノイズレベル、及びディスクドライブの消費電力の少なくとも１つを相互に制御するためのＧＵＩを生成するためのコードを含む。１つ又は複数のこれらパラメータに対するＧＵＩ中の設定を変更できるように、ＧＵＩはユーザにより操作されるコントローラを含む。その後、ディスクドライブエンジン１６はディスクドライブに対するコマンドを生成して出力し、ＧＵＩ中の変更された設定に従って、ディスクドライブの動作をコマンドに一致させる。
【００２２】
１．０  ユーザインターフェース
図３は、ディスクドライブエンジン１６を使用してディスクドライブの動作を制御するためのフローチャートである。最初に、ステップＳ３０１はＧＵＩを生成し、ディスプレイ６によってＧＵＩをユーザに表示する。図４は、そのようなＧＵＩ２７を示す。ＧＵＩ２７は、制御されるディスクドライブを選択するためのウィンドウ７０を含む。即ち、図１に示されるコンピュータシステムは１つのディスクドライブしか含まないが、多くのシステムは１つ以上のディスクドライブを含む。ウィンドウ７０は、制御するディスクドライブを選択する方法をユーザに提供する。図９は、ウィンドウ７０の拡大図である。ディスクドライブは、ウィンドウ７０中のドライブ上に(マウスを)単に位置決めしてクリックすることにより選択できる。図示されるように、選択されたドライブは強調表示される。
【００２３】
図４に示されるように、ＧＵＩ２７はまたコントローラ２９を含む。コントローラ２９は、ディスクドライブ１０のシークタイム及びノイズレベルを変更するために使用される。この特定の実施例では、コントローラ２９は、相対的に高ノイズレベル／低シークタイム(“Quick”)端部３２及び相対的に低ノイズレベル／高シークタイム(“Quiet”)端部３４の間の連続領域３１に沿って動くスライディングバー３０から成る。ディスクドライブのノイズレベル及びシークタイムは連続領域に沿って逆に変化し、ディスクドライブのノイズレベルが次第に増加するにつれて、ディスクドライブのシークタイムは次第に減少することを意味する。同様に、ディスクドライブのノイズレベルが次第に減少するにつれて、ディスクドライブのシークタイムは次第に増加する。スライディングバー３０を動かすことにより、シークタイム及びノイズレベルのパラメータ両方を同時に変化させることが可能である。
【００２４】
本発明の好ましい実施例では、スライディングバー３０は、連続領域３１上の離散した位置の間、例えば、高ノイズレベル／低シークタイム(“Quick”)端部３２に対応する第１の位置、連続領域３１上の２つの端部の間の中間点に対応する第２の位置、及び低ノイズレベル／高シークタイム(“Quiet”)端部３４に対応する第３の位置の間を移動する。或いは、３つ以上の離散したレベルがあってもよく、又はノイズ及びシークタイムが連続領域３１の２つの端部の間で連続的に変化してもよい。
【００２５】
ディスクドライブ中のノイズのレベルは、６．６ＫＨｚ、６．０ＫＨｚ、５．０ＫＨｚ、４．２ＫＨｚ、及び１．３ＫＨｚのような特定の周波数における振動による。他方、(シークタイムを減少させる)機械的振動は、３．３ＫＨｚのような異なる周波数における振動に起因する。連続領域に沿ってコントローラ２９のスライディングバーを動かすことにより、エンドユーザは上記周波数のどれを減少させるべきか、及び／又はどれだけ減少させるべきかを効果的に決定する。例えば、振動を減少させるために(以下に記載する)Input Shapingが使用される場合、スライディングバー３０を動かすことにより、ユーザは特定周波数における振動を減少させるための１つ又は複数の整形関数を効果的に選択し、所望する振動減少を実施するために、ディスクドライブエンジン１６にそれらの関数を適切なディスクドライブ入力でたたみこませる。
【００２６】
ＧＵＩ２７では、シークタイム及びノイズレベル間の効果的なトレードオフがあるので、ノイズレベル及びシークタイムは連続領域３１に沿って逆に変化する。即ち、シークタイムが増加するにつれてノイズレベルは減少し、逆も同様である。振動は線形かもしれないが、そうである必要はない。スライディングバー３０の代わりとして、ＧＵＩが個別のノイズレベル及び／又はシークタイムが入力されるボックスを含んでもよい。例えば、図５に示されるように、ＧＵＩはノイズレベル値が入力される入力ボックス３７、及びシークタイムの対応する数値を表示する表示ボックス３９を含んでもよい。この場合、ＧＵＩはまた、好ましくは種々のノイズレベル値を選択するために使用される上／下矢印４１を含む。他方、これらの値は、マウス９及びキーボード７により直接入力してもよい。他の選択肢として、シークタイムが入力ボックス３７により設定可能であり、対応するノイズレベルが表示ボックス３９により表示されてもよい。何れの場合も、表示ボックスに表示される数値は、入力ボックスで設定された値に基づいて、ディスクドライブエンジン１６により計算される。
【００２７】
図４に戻ると、ＧＵＩ２７はまた、チェックボックス４２のような第２のコントローラを含む。このコントローラは、ディスクドライブを節電モードにする。節電モードは、ディスクドライブが予め定められた量だけ消費電力を減少させる間の状態から成る。節電モードは、シークタイム及びノイズレベルを変化させることと関連して設定できる。即ち、節電モードでは、設定されたシークタイム及びノイズレベルは、他の方法で必要な電力より少ない電力を使用して達成される。これは、例えば、１つ又は複数の予め定められた関数をディスクドライブ中のボイスコイルモータに入力されたコマンドでたたみこむことにより達成される。
【００２８】
他方、消費電力の削減は、図６に示されるコントローラ４４のようなコントローラにより達成される。コントローラ４４は、相対的に高消費電力／低シークタイム端部４７及び相対的に低消費電力／高シークタイム端部４９の間の連続領域４６に沿って動くスライディングバー４５から成る。上記の場合と同様に、スライディングバー４５は連続領域に沿う離散値の間を動ける。従って、この実施例では、ディスクドライブの消費電力及びシークタイムは連続領域に沿って逆方向に変化する。即ち、ディスクドライブの消費電力が次第に増加するにつれて、ディスクドライブのシークタイムは次第に減少する。同様に、ディスクドライブの消費電力が次第に減少するにつれて、ディスクドライブのシークタイムは次第に増加する。
【００２９】
スライディングバー４５を動かすことにより、シークタイム及び消費電力の両方を同時に変化させることが可能である。例えば、消費電力を変化させることは、１つ又は複数の予め定められた関数をディスクドライブ中のボイスコイルモータに入力されたコマンドでたたみこむことにより達成される。予め定められた関数の選択は、スライディングバーの設定に基づいて行われる。もちろん、関数は、(このアプリケーションの場合と同様に)他の方法でも設定できる。例えば、関数は、以下に記載するように位置−速度(ＰＶ)表中の予め定められた軌跡から選択してもよい。
【００３０】
図７は、ＧＵＩに対する更に他の代替形状を示す。図７に示されるように、ＧＵＩは、シークタイムの関数として消費電力及びノイズレベルの両方をそれぞれ減少させるために別々のコントローラ５０、５２を含む。従って、(i)ノイズレベルが増加するにつれてシークタイムは減少し、逆も同様であり、(ii)消費電力が増加するにつれてシークタイムは減少し、逆も同様である。図７に示されるスライディングバーは、好ましくは図４に示される全ての特性を有する。図８に示されるように、ノイズレベル及び消費電力に対する数値は図５のように実施される。ここで、数値は、ノイズレベル及び消費電力の設定に基づきシークタイムに対して計算され、図示されるようにＧＵＩに表示される。
【００３１】
図４に戻ると、ＧＵＩ２７はまた、ディスクドライブをコントローラ２９により設定されたパラメータにより動作させるためのプレビューコントローラ５４を含む。このプレビューコントローラはボタン又は類似のものから成り、ユーザがクリックすることができ、ディスクドライブを「プレビュー」モードで動作させる。ユーザがノイズレベル及びシークタイムの設定をＧＵＩで経験できるように、プレビューモードはディスクドライブにディスク上の種々のトラックの間をシークさせる。もし、これらのレベルが不適格であれば、ユーザはＧＵＩ入力を変更し、新たに設定された入力に基づいてドライバの動作をプレビューできる。このプロセスは、ユーザが所望する設定を達成するまで、所望するたび毎に繰り返すことができる。プレビューモードはまた、ＧＵＩの設定が変更される各時間に自動的に実行するように予め設定できる。
【００３２】
ＧＵＩ２７はまた、図４に示されるように１つ又は複数の表示領域５５を含んでもよい。これらの表示領域は、ディスクドライブのノイズレベル、シークタイム、及び／又は消費電力率の数値表示を提供できる。これらのような表示領域は一般に、例えば、図４、６、７の場合のようにスライディングバーを使用してパラメータが設定される場合に最も有益である。同様に、(例えば、ラップトップ)コンピュータが既存の電源で作動できる時間をユーザに知らせる表示領域も提供できる。この値を決定するために、ディスクドライブエンジン１６はコンピュータの電源を直接モニタするか、又は他の関連するパラメータ及び既存の電源でコンピュータが作動した全時間に基づいて残された電力量を推定する。
【００３３】
図３に戻ると、ＧＵＩが表示されるステップＳ３０１に続いて、処理はステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、ユーザが所望する設定をＧＵＩへ入力する。これらの設定は、もちろん、ＧＵＩの中の利用可能なオプションに依存し、それらの実施例は上に記載される。例えば、ユーザは、新しいシークタイム、消費電力率、ノイズレベル等の組合せを入力できる。ステップＳ３０２はローカルで、又はネットワークインターフェース４を介してリモートで実行できる。即ち、ＧＵＩはリモートネットワーク接続されたＰＣ上に表示でき、従って、設定はローカルＰＣに適用される。何れにしても、ステップＳ３０２でいったん新しいパラメータ設定が入力されたら、それらは“OK”ボタン６０で確認されるか、“Cancel”ボタン６１でキャンセルされるか、又は“Apply”ボタン６２でディスクドライブに適用される。“OK”ボタン６０及び“Apply”ボタン６２の違いは、“OK”ボタン６０は単に新しい設定をメモリ(例えば、メモリ１１)に記憶するだけであるのに対して、“Apply”ボタン６２は設定をディスクドライブに適用し、ハードウェア又はソフトウェアの任意の以前の設定とも置き換えることである。
【００３４】
次に、ステップＳ３０３では、コマンド(例えば、電気信号)が、ＧＵＩで設定された設定に従ってディスクドライブ１０を制御するために生成される。正確には、これらのコマンドがどのように生成されるかは、ディスクドライブが制御される方法により変化する。図示のために、ディスクドライブがInput Shapingにより制御されることを仮定すると、ステップＳ３０３は、ディスクドライブへの種々の入力をＧＵＩで指定された結果を達成するディスクドライブ入力を生成するためにＧＵＩ中の設定に基づいて選択された予め定められた関数でたたみこむことから成る。これらの関数は、例えば、メモリ１１又はシステム上の他のメモリに記憶される。以下のセクション２からセクション１１は、ディスクドライブの動作を制御するために使用される種々の方法を記載し、そのうちの何れでも、ＧＵＩ設定及び他の要因に基づいてステップＳ３０３で使用できる。
【００３５】
いったん必要なコマンドが生成されたら、処理はステップＳ３０４へ進み、そこではこれらのコマンドがディスクドライブの動作を制御するために提供される。その後、例えばマウス７を使用してＧＵＩを呼び出し、所望する動作パラメータを入力することだけにより、ユーザは再度ドライバの動作を変更できる。次のステップＳ３０４で処理が終了する。
【００３６】
この点において、ＧＵＩが図に示された特徴の組合せに限定されないことに注意する必要がある。即ち、ＧＵＩは、１つ又は複数の前記特徴を含み、システムに固有な一定の束縛を受けながら、ステップＳ３０１で生成される。同様に、ここで記載されていないが当業者には周知の追加的特徴もまたＧＵＩに含まれてよい。ＧＵＩの替わり、又はＧＵＩへの補足として、ディスクドライブは、上記の方法でドライバ動作の前部又は一部を制御するための１つ又は複数の電気機械式手動スイッチを含んでもよい。本発明の目的のために、「ジャンパ」が電気機械式手動スイッチの定義の範囲内であると考えられる。
【００３７】
２．０  システム制御
ドライブ１０のようなディスクドライブ中で高速移動を引き起こすように、以下で述べる制御方法は、ディスクドライブエンジン１６中のコンピュータで実行可能なプロセス段階により好ましくは実施される。しかし、これらの方法がディスクドライブを用いて使用されることに限定されないことに注意しなければならない。逆に、ここに記載される方法は、１つの状態から他の状態へ移行する任意のタイプの動的システムを制御するためにも使用できる。実際、数学的表現で定量化できる任意の動的振る舞いも、本発明により減少させることができる。例えば、本発明を使用して、独立ドライブの冗長アレイ(ＲＡＩＤ)中のディスクドライブは、実質的に存在する隣接ドライブ無しに、従来から可能であった時間よりも短時間で移動するように命令されることができ、同時にノイズの原因になる音響振動を減少させる。設計者は単に、どの振動又は動的振る舞いが問題になるか選択し、制約条件を特定し、ここで提供される技術を使用して、それらの振動又は動的振る舞いを減少させる最適の又は最適に近い移動を生成するための幾つかのアプローチから選択するだけである。ここで使用されるように、用語「振動」は、ノイズの原因になる機械的及び／又は音響振動を意味する。
【００３８】
図１０Ａ、１０Ｂは、ディスクドライブ１０の拡大図を示す。図示されるように、ディスクドライブ１０はロータ(図示されない)、アクチュエータアーム７４、センサ７５、及びヘッド７６を有するボイスコイルモータ７２を含む。これらの構成要素はディスクドライブエンジン１６又はその一部により制御され、コントローラ／プロセッサ７３上で稼働する。このプロセッサは、前記プロセッサ２５、或いは、プロセッサ２５からのコマンドを受信するディスクドライブ専用の別のコントローラから成る。ヘッド７６は、ドライブ１０中に取り付けられた磁気ディスク７７上のトラック(図示されない)と読み取り／書き込みする。ヘッド７６が取り付けられたアクチュエータアーム７４は、磁気ディスク７７上のトラック間のヘッド７６の動きを制御する。モータ７２は、プロセッサ７３から受信した制御信号に従って、アクチュエータアーム７４を駆動する。これらの制御信号は、ヘッド７６の所望する位置、及び信号７９により提供されるヘッド７６の実際の測定された位置に(少なくとも部分的に)基づいて生成される。最初の位置から所望する位置へのヘッド７６の移動は、デバイスのシークタイムの範囲内で起こる。ディスクドライブ１０に対するシークタイムは、ヘッド７６が最初の位置からヘッド７６が磁気ディスク７７の特定のトラックに読み取り／書き込み動作を実行できる位置への残りまで移動するために要する時間から成る。
【００３９】
コンピュータディスクドライブ１０に対するシークタイムは、機械的振動、音響振動、及びドライブ取付振動に関する制約、又は前記制約の組合せ、物理的制限、及び／又はパラメータの変動を満足させながら、１つの位置から他の位置へ移動するようにヘッド７６のようなディスクドライブ１０中の構成要素に命令することにより減少させることができる。そのような振動を減少させるための幾つかの異なる方法が、以下に詳細に記載される。そのような技術の１つは、時間の関数として指定されるシステム入力の変更を必要とする。他の技術は、減少した振動をもたらすＰＶ表軌跡を生成するように、例えば、制約又は類似のもののような動的要素を使用する位置−速度(以後は「ＰＶ」「位置速度」)表の生成を必要とする。この点に関して、用語「入力」及び「軌跡」は、コントローラを従わせる参照コマンド、又はコントローラ内部のフィードフォワード信号のどちらかを意味する。更に他の技術は、改良されたＰＶ表が構成されて使用されるように、現在業界標準のＰＶ表を修正する必要がある。ＰＶ表を生成する幾つかの方法がまた、所望しない振動を減少させるためにＰＶ表と組み合わせてInput Shaperを使用する方法と共に提供される。異なるレベルの最適性及び実施の容易性を有する前記実施例に対する幾つかの修正もまた示される。
【００４０】
プロセッサ７３は、ＧＵＩへのユーザ入力、及びディスクドライブの識別のような種々の要因に基づいて、これらの技術のうちどれを適用するかを決定する。例えば、時間は振動減少量、及びパラメータ変動に対する頑強性に対してトレードオフできる。所定のアプリケーションでは、許容できる移動終了状態をつくるのに必要な振動減少量は、移動距離又は他のパラメータの関数で有り得る。これが本当であるとき、(i)機械的振動及び音響振動の両方が(過度に減衰させられずに)受容可能なレベルまで減少され、(ii)振動が過度に減衰させられた場合よりも整形時間が短くなるように、整形時間を整形器の有効性(振動減少量を意味する)とトレードオフすることが有利である。更に大きな振動減少が必要なとき、より長い整形器が使用でき、更に小さな振動減少が必要なとき、より短い整形器が使用でき、振動減少が必要でないとき、整形器は使用されない(長さゼロ)。この実施例では、整形器の選択は整形器の別々のコレクションから選択される。例えば、パルス間の時間間隔が短縮された単一の調節可能な整形器を使用することも可能であり、所望するより短い整形時間、及び振動の減少を生じる。
【００４１】
３．０  基本的な制限パラメータ
本発明により利用される技術の１つは、最適な方法で飽和しており、同時に所望しない動作を更に減少させているシステムに命令するための方法である。全てのシステムが同じ方法で飽和するので、第１にシステムのための基本的な制限パラメータを決定し、第２にそのパラメータに整形又は全軌跡生成技術コマンドを適用し、第３に整形コマンドがシステムに出力されるようにスケジュールする、コマンドプロファイリング法を設定するための方法がここに示される。
【００４２】
システムの基本的な制限パラメータは、システムを飽和させるパラメータである。コンピュータディスクドライブの場合、電流コマンドがシステムを制御する。しかし、ドライバの電源により供給された電圧がシステム内の電流の量を制限するので、基本的な制限パラメータは電圧である。この方法でシステムの基本的な制限パラメータを特定し、ここで提供される技術に従ってそのパラメータを処理することにより、従来提供することが可能であった制御よりも更に優れたシステム動作全体の制御を提供することが可能である。
【００４３】
この点に関して、コマンドプロファイリングのために基本的な制限パラメータを使用しないことに対する幾つかの短所がある。第１に、システムを飽和させないコマンド信号を生成するアプリオリな方法がない。もし、コマンドプロファイリング技術が適用された後にいつでも信号を飽和させることをシステムが許されていたら、コマンドプロファイリングの振動(又は、所望しない動作)減少の利点は低下する。低下の量は、信号がどれだけ飽和しているかに依存する。従って、しばしば次善の軌跡が生じる。実施例として、１トラック及び３０００トラック移動に対するディスクドライブシステムのための最適な剛体電圧コマンドが、図２３Ａ及び図２３Ｂにそれぞれ示される(剛体対柔軟システムモードの議論のためにセクション６．３以下を参照のこと)。この電圧に対応する最適な電流コマンドは非常に複雑である。何故ならば、それがシステムの状態(この場合、ドライバのモータの逆起電力による速度)に依存するからである。もし、設計者がシステムは飽和しないことを保証すれば、任意の簡単な電流コマンドも必ず次善である。セクション３．１以下は、これがどのように達成されるかを記載する。
【００４４】
最適移動のために、システムは、制限を越えることなくシステムを飽和制限までにする入力で命令されなければならない。基本的な制限パラメータを選択しない第２の短所は、これらの飽和制限が全体のシステム動作を含むこと無しに決定できないことである。従って、問題に対する解は著しく複雑である。加えて、いったん振動制約が問題に含まれたら、再び解は更に複雑になる。いったん基本的な制限パラメータの正しい選択が為されたら、制限を越えることを知らずに試みること無しに飽和に近づく入力が生成できる。
【００４５】
(飽和のような)非線形性の存在をフィードフォワード経路に沿って扱う他のアプローチは、非線形素子の後に整形モジュールを配置することである。例えば、もし信号がフィードフォワード経路に沿って飽和できたら、信号は整形動作の前に飽和されなければならない。ディジタル−アナログ変換(Ｄ／Ａコンバータ)飽和の場合、フィードフォワード計算の出力は、プラス又はマイナス１６，０００回に制限される必要がある。もし整形技術が振動減少の利点を保持すれば、出力は１６，０００回に制限され、整形されなければならない。
【００４６】
ここで提示された種々の技術の振動減少の利点を保持しながら、パラメータの飽和を扱う更に他のアプローチは、信号を予め飽和させることである。これが必要な状態の１つは、飽和した素子が設計者の制御の範囲外であるときである(例えば、飽和はハードウェア増幅器内で起こる)。この場合、飽和の後に整形を行うことは実用的ではない。この状態では、信号は予め飽和されなければならず、その後に整形される。予め飽和させることは、移動の間にシステムが飽和する条件に対する数学的表現を決定すること、及び信号を整形される前に飽和させることを含む。
【００４７】
任意の非線形ブロックの後に整形動作を配置するこのアプローチは、セクション９で提示されるようにInput Shapers及びInverse Shapersをループ内に入れる技術に適用可能である。任意の飽和又は非線形動作に適用する全ての同じ規則は、Shaper及びInverse Shaper間の経路の外側で発生しなければならない。もしループが開放され、Shaper及びInverse Shaper間の全ての動的要素が抽出されたら、動的要素は全て線形(又は、ほぼ線形)でなければならず、さもなければ所望しない動作の減少の効果が低下する。加えて、予め飽和させる技術は、飽和素子がShaper及びInverse Shaperの間にある必要がある状況で使用できる。
【００４８】
３．１  異なるパラメータでフィードフォワード信号を生成しながら基本的な制限パラメータの使用
ディスクドライブでは、電流は通常、相互コンダクタンス増幅器へ命令される。ディスクドライブに対する基本的な制限パラメータは電圧である。しかし、電圧の制限を保持する電流コマンドを生成することも可能である。このセクションは、そのようなコマンドを如何に生成するかを説明する。
【００４９】
(システムの電圧制限を越えない)電流コマンドを生成するための第１の方法は、コマンド入力(この場合、フィードフォワード信号から相互コンダクタンス増幅器への)に対する１組の方程式を直接解くことである。次の方程式は、システムをゼロ最終速度にする入力を生成するために使用される。
【数９】
2002516423.tif 000009
ただし、Ａは区間ｉにおける電流コマンドの振幅から成り、Ｎは最後の時間間隔から成る。次の方程式は各時間区間における速度ｖを決定する。
【数１０】
2002516423.tif 000010
ただし、Ａは電流入力から成り、Ｃvscaleはディスクドライブに依存する定数から成る。システムの最終的に所望する位置／状態(Ｐfinal)は次のように決定される。
【数１１】
2002516423.tif 000011
電圧限界制約(Ｖlim)は命令される最大電圧(通常、駆動供給電圧)から成る。ディスクドライブに対して、これは通常１２Ｖである。Ｖlimは、Ａの値を次の方程式により制限する。
【数１２】
2002516423.tif 000012
ここで、Ｒiは電圧コマンドに対する増幅器及びドライブシステムのパルス応答である。電圧パルス応答は、単位パルスをディスクドライブに接続された増幅器に出力し、増幅器の電圧応答を測定することにより決定できる。Ｒiの値は、以下に概説される多くの部分からなるステッププロセスにより選択される。
【００５０】
この点に関して、図３５はコンピュータシミュレーションからの電圧パルス応答を示す。なめらかな曲線は連続的な電圧応答である。四角いステップ曲線は、システムのディジタルサンプリングレート(又は、出力レート、以下のセクション７参照)ＤＴを表す。第１のピークＴpeakは、最初のパルスがシステムに送出された後に起こる。Ｒの第１の値は、このピーク値を測定し、第１のＲをこのピーク値と等しく設定することにより決定される。Ｒの全ての後続値は、この最初のピークの後にＤＴインターバルでサンプリングすることにより決定される。図中のステップ曲線は、この特定の実施例に対する現実の値を示す。この場合、複雑な電圧曲線は、以下に記載される幾つかの解決技術の１つで使用される比較的少ないサンプル点まで減らされる。
【００５１】
或いは、パルス応答Ｒはディスクドライブ中の較正ステップとして計算できるか、又は設計時に生成される。最適な電流コマンドを生成するために必要な全情報は、このパルス応答に含まれる(以下で論じられるスルーレート限界を除く)。増幅器は適度に線形である。従って、増幅器の飽和は、パルス応答から容易に予測できる。また、パルス応答は、測定又は推定されたパラメータ変化の関数として変更できる。
【００５２】
ドライバのボイスコイルモータの逆起電力の上記計算上の効果は注目に値する。もし、電圧パルス応答Ｒが解析的に(又は、モデルから)計算されたら、電圧は一定で定常状態においてゼロではない。何故ならば、システムが加速しているパルスから有限な速度に到達するからである。図３５では、パルス応答は(プロットされた解像度では見えない)小さなプラスの値に到達する。実験的に、摩擦及びフレキシブル回路スプリング効果がこの一定速度を除去し、ドライバのヘッドに移動を止めさせる。この場合、定数項が逆ＥＭＦの効果を含み、より強力なコマンドを許容するように、ＫBEMFＣVSCALEに等しい安定したユニット中の定数項は、電圧パルス応答Ｒに加えられなければならない。
【００５３】
Ａの値に対して上記方程式１から４を解くために使用されるＧＡＭＳに書かれたコンピュータコードの例が、以下の付録Ｂで提供される。付録Ｂの１組の方程式を解くことにより、時間最適化された整形されていない電流コマンドが生成される。この１組の方程式は多くの異なる方法で解ける。例えば、方程式全体を、最小時間解を生成することが目的である条件付き最適化として解くことができる。これはまた、実効解(例えば、シンプレックス解の第１ステップ)に対して解き、次に答えが見つからなくなるまで(ここでは、バイナリサーチが使用できる)解ベクトルの長さＮを減少させることにより、最適化無しで実行できる。他の方法は、解の長さを予測する関数を決定し、繰り返し無しで実効解を見つけることである。そのような予測解の１つは、以下に記載される付録Ａにあるスイッチ時間方程式から成る。他のアプローチは、曲線をそのような解に適合させることである。この場合、曲線予測関数が解の長さを多く見積もりすぎ、解の長さを決して少なく見積もらない限り、厳密解は必要とされない。
【００５４】
システムの基本的な制限パラメータに無い最適、非整形コマンドをリアルタイムで解くことも可能である。例えば、基本的な制限パラメータの最終値(ここでは電圧Ｖ)を次のように設定することにより電流(Ａ)を解くことができる(もちろん、本発明は電流及び電圧の使用に限定されるものではなく、如何なるパラメータでも使用できる)。このアプローチは、最大電流コマンド出力値が前の出力値と次の方程式により関係づけられるという事実に基づく。
【数１３】
2002516423.tif 000013
ただし、Ｒは電圧パルス応答であり、Ｖmaxは加速中のＶlimの(又は、Ａi+1＞Ａiの条件下の)最大電圧、及び−Ｖlimは減速中の(又は、Ａi+1＜Ａiの条件下の)最大電圧である。［数１３］は、ドライバのボイスコイルモータの逆起電力が既にＲ(ｊ)に含まれていることを仮定している。必要ならば、逆起電力項は上記のようにＲ(ｊ)に加えられてもよい。２、３のサンプルの後Ｒ(ｊ)の値は微小になるので、［数１３］は更に簡単にできる。従って、効率的な近似は、Ｒ(ｊ)級数の２、３のサンプルを使用するだけである。効率的な近似のためにサンプルが落とされたら、ドライバのボイスコイルモータの逆起電力は、その値が有意とみなされたら更に正確な結果を達成するために［数１３］に加えてもよい多くの落とされたサンプルに合わせる。
【００５５】
剛体電流コマンドは［数１３］からステップ・バイ・ステップ方式で生成され、各応答は前の値だけに依存する。第１に、システムは加速される。各電流ステップは［数１３］から計算される。次に、システムは減速される。この減速は移動の中間を慣走する一定速度のためにゼロであるか、又は次に停止するための負の減速への遷移である。減速はＶmaxの符号を反転させることにより、［数１３］から計算される。慣走条件下で、(再度、Ｖmaxに対する反転値を有する［数１３］を使用して)第２の減速フェーズが開始される。最後に、減速が完了したとき、ゼロ電流に戻る変化は、再度Ｖmaxに対する正の値を有する［数１３］により制御される。
【００５６】
前の方程式で不明であるのは、領域間の遷移に対する時間である。これらの問題を解くために幾つかの方法がある。如何なる曲線適合又はルックアップ表でも十分であるが、以下のセクション６．９で導出されるShapedスイッチ時間が、遷移時間に対する合理的な予測として使用できる。多くのディスクドライブ上で１つの電流プロファイルがしばしば一般に使用され、シーク距離の範囲に対して調整されることを仮定すると、このルックアップは特に有用である。加えて、このアプローチを使用すると、最終的な位置は正確ではなく、ゼロ速度が保証されなければならない。ゼロ速度の問題は、追加の制約が最終値の計算に使用されなければならないことを意味する。［数１３］は電流値の限界を定める。従って、減速では、例えば、その値より負である如何なる値も限界を超えること無しに使用できる。結果として、電流値の総和がゼロと等しくなるように(残留速度なし)、最終値は選択できる。移動した距離は不正確である(しかし、非常に近い)。最後のステップは、最終値が正確であるように、百分率誤差だけ波形を線形に調整することである。この動作は、整形動作である次のステップの一部としてさえ実行できる。整形器は調整され、次に剛体電流コマンドでたたみこまれる。他の選択肢は、Ｎの値を増加させることであり、従って、余分の点を追加し、速度がゼロに等しくなり、位置が「最終位置」に等しくなるように余分のＡ(ｉ)値を直接解く。
【００５７】
より少ない計算量を生成する上記アプローチに対する多くの変形がある。また、如何なる振動抑制技術も剛体電流コマンドに続いて適用可能である。更に、スケーリングを最適化するために較正が進むにつれて、Ｖmaxが変化できる。例えば、電流コマンドが整形される(及び、それにより振幅が減少する)ことを知ることにより、より強力な値(より高いＶmax)が計算できる。
【００５８】
物理的な増幅器は、電圧が変化できるレートに有限の限界を有する。上で計算されたパルス応答は、そのような限界を含まない。電流増幅機中の電圧変化のレート制約は、他の全ての制約と同じ方法で数値解の間に方程式に付加されることに注意しなければならない。入力の急激な遷移が可能なとき、スルーレートが重要になる。スルーレート方程式は簡単である。例えば、増幅器チップは１．２５ボルト／ミリ秒で制限される。入力計算で使用される電圧制約は、上記電圧限界制約から生成された電圧、又は正確な単位変換を用いた(old_voltage+(A(I)-A(I-1))*Volt_Rate_Limit)の何れかの最小である。
【００５９】
３．２  電流入力のリスケーリング
前のセクションで生成された電流コマンドは、完全にスケーラブルである。もし、例えば、ａ  ５トラックシークが最適電流コマンドの生成によりつくり出され、次にそれを整形すれば、ａ  ４トラックの整形された移動が、単に入力を４／５だけリスケールすることによりなすことができる。移動時間は４トラックシークと同じであるが、しかし、計算は簡単である。大事な点は、整形された移動は振幅において調整可能であり、振動及び音響ノイズを減少させるために継続することである。
【００６０】
４．０  部分分数展開方程式システムモデル
【００６１】
いったん基本的な制限パラメータのようなシステム中のパラメータが特定されたら、そのパラメータでシステムへの入力を生成できる。システム振動を減少させる入力を生成するために、システムを定める簡単な方程式を最初に生成することが必要である。そのようなシステム方程式の生成の第１のステップは、システムの簡単なモデルに対する遷移関数を書くことである。
【００６２】
図１１は、図１０Ａ、１０Ｂで示されるようなディスクドライブシステムに対する３次のモデルを示す。図１１に示されるシステム８０に対して、記録媒体上の特定のトラックに対してヘッド９の動きを制御するために、電圧Ｖが入力される。このために、システム８０中のブロックが電圧Ｖを電流ｉに変換し、電流ｉをトルクτに変換し、トルクτを周波数ωに変換し、周波数ωを速度ｖに変換し、速度ｖをメートル／秒からトラック／秒に変換し、及びトラック／秒を磁気ディスクのような記録媒体上の特定トラックの位置に変換する。
【００６３】
従って、システム８０に対する１組の方程式を生成するために、伝達関数Ｈ(ｓ)が最初に決定されなければならない。システム８０に対する伝達関数Ｈ(ｓ)は次のようである。
【数１４】
2002516423.tif 000014
ここで、Ｋtはモータトルク定数であり、Ｋbは逆起電力定数であり、ｌはアクチュエータアームの半径であり、ｋは記録媒体上のトラック密度に対応し、Ｉeはモータ中のボイスコイルのインダクタンスであり、Ｊmはモータのロータの慣性に関連し、Ｒmはモータ中の粘性摩擦の量に対応し、及びＲeはシステム中の電気抵抗の量に対応する。
【００６４】
次に、Ｈ(ｓ)は、３つのパラメータ(即ち、Ａ、ａ、及びｂ)に関する等価伝達関数として次のように書かれる。
【数１５】
2002516423.tif 000015
ここで、Ａは目盛係数に対応し、ａ及びｂは逆時定数に対応する。特に、［数１４］のパラメータに関して、Ａは次のように定義される。
【数１６】
2002516423.tif 000016
変数ａ及びｂは、［数１４］からの次の２次特性方程式に対するｓの２つの解(即ち、ｓ1及びｓ2)に対応する。
【数１７】
2002516423.tif 000017
Ｈ(ｓ)を等価伝達関数Ｈeq(ｓ)によって書いた後、システムの各極が異なる項にあるように、モデル解析又は部分分数展開がＨeq(ｓ)上で実行される。Ｈeq(ｓ)に対する部分分数展開は次のようである。
【数１８】
2002516423.tif 000018
［数１８］のＨeq(ｓ)に対する展開式の各項は次のように書ける。
【数１９】
2002516423.tif 000019
［数１９］から、単位ステップ(例えば、単位電圧)入力に対する各項の時間領域応答が決定できる。この時間領域応答は次のようである。
【数２０】
2002516423.tif 000020
単位インパルスに対するシステム応答もまた、時間に対する上記「ステップ応答」方程式を微分することにより得られる。
【００６５】
システム入力に対する［数２０］を解くために、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ)に対して値が決定されなければならない。Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ)に対する数式の検討は、システムに対する入力がゼロである場合に“ｔ”が無限大に近づくとき、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)に対する数式がゼロになることを明らかにし、その場合は移動の終了時間である(これ以降、時間“ｔend”とする)。時間ｔendにおける入力はゼロなので、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)の応答は、時間ｔendの後に減衰する。従って、残りの状態でシステムを正しい位置に移動させるシステム入力を求めるために、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)は時間ｔendでゼロに設定されなければならない。更に、入力が時間ｔendの後にゼロになるので、Ｆ1(ｔ)の値は時間ｔendで変化を止める。上記２つの条件は、移動の終わりにおけるゼロ速度及びゼロ加速度(又は電流)と等価である。
【００６６】
従って、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ)に対する方程式において、移動の終わりでゼロ速度及びゼロ加速度である場合、Ｆ1(ｔ)を含む項のみが最終位置に寄与する。１つの数式が、ｔ0における電圧入力Ｖ0に対して、ｔ1及びｔ2における遷移を有し、移動の終わりに対応する時間(即ち、ｔend)における各モード(即ち、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ))の応答を含んで書ける。このために、以下に示されるＸＦ1(ｔend)は時間ｔendにおける位置に対するＦ1(ｔ)の寄与を定め、以下に示されるＸＦ2(ｔend)は時間ｔendにおける位置に対するＦ2(ｔ)の寄与を定め、以下に示されるＸＦ3(ｔend)は時間ｔendにおける位置に対するＦ3(ｔ)の寄与を定める。
【数２１】
2002516423.tif 000021
従って、時間ｔendにおける全移動距離は次のように表される。
【数２２】
2002516423.tif 000022
上記のように、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)に対する数式は、入力がゼロである場合(即ち、移動の終わりにおいて)に“ｔ”が無限大に近づくとき、ゼロになる。従って、［数２１］では、時間が無限大に近づくとき、Ｆ1(ｔ)を含む項だけが最終位置に寄与する。これは、３次システムが実質的に最小時間で、実質的にゼロ速度及びゼロ加速度で所望する最終位置に到達するために満たさなければならない次の３つの制約方程式になる。
【数２３】
2002516423.tif 000023
ここで、Ｆｉｎａｌｐｏｓはシステムの“ｆｉｎａｌ”ｐｏｓｉｔｉｏｎを表す。これらの方程式は剛体モード動作に対応する。何故ならば、それらは実質的にゼロ速度及びゼロ加速度で３次モデルの最終位置を達成するからである。単位インパルスに対するディスクドライブシステムの応答のディジタルモデルは、先の記述に基づいて導出される。図２４は、ディジタル電圧入力波形を示す。図２４の波形は、図２５に示されるようにパルスの級数として概念化できる。これら各パルスは、図２６に示されるように、１組のパルスとして表すことができる。第１のディジタル制約は、システムの最終位置(Ｆｉｎａｌｐｏｓ)が電圧波形に囲まれた領域(即ち、電圧波形の積分)に比例することを実現することにより形成される。電圧波形の領域は、図２４に示される波形の検査により決定できる。特に、領域は次のように決定される。
【数２４】
2002516423.tif 000024
ここで、“Ｖ1Δｔ”は、パルス“ｉ”の領域に対応する。Ｖiの負の値は全体の総和から引く。
【００６７】
残る２つのディジタル制約は、図２６に示される電圧波形のインパルス総和形式を使用して形成できる。特に、上記のように、システムのインパルス応答は、ステップ応答方程式の導関数を求めることにより決定できる。上記Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)に対して、インパルス応答方程式は次のようである。
【数２５】
2002516423.tif 000025
［数２０］に従って、時間ｔendで計算された電圧波形の電圧総和形式のインパルスの級数の応答は、次のような第２及び第３のディジタル制約を形成するためにゼロに設定される。
【数２６】
2002516423.tif 000026
従って、単位インパルスに対するa ディスクドライブシステムの応答のディジタルモデルに対応する部分分数展開方程式は次式から成る。
【数２７】
2002516423.tif 000027
ここで、Ｆｉｎａｌｐｏｓ、Ａ、ａ、ｂ、及びｔendは前に定めた通りである。Ｖiはシステムへの電圧入力であり、ＴiはＶiが入力される時間であり、及びΔｔはＶiが入力される時間インターバルである。
【００６８】
［数２７］は、移動の終わりにおいて実質的にゼロ速度及びゼロ加速度になるシステム入力Ｖiを求めるために使用できる。これらの方程式は多くの方法で解くことができる。例えば、方程式は単独で又は他の種々の制約と一緒に線形プログラミング法を使用して解くことができる。そのような制約の例は振動制約、及び消費電力又は熱上昇、等のような物理的制約を含む。また、方程式の形式の制約は、以下に記載されるように、電圧スイッチ時間に対して解くことができる。
【００６９】
５．０  「良い移動」の生成
【００７０】
上記セクション３及び４で示された技術は、システムアクチュエータの全機能を利用し、(機械的及び音響の両方の)システム振動を減少させるシステムに対する入力を決定する。システム振動を更に減少させるためのシステム入力を生成(又は改良)するために、いくつかの技術が単独で、又は以前に記載された技術と一緒に使用できる。
【００７１】
従属する応用のために、「良い移動」は、構成要素がその定格の最終位置に到達する時間に、できるだけ１つ又は複数の予め定められた制約により、構成要素が許容可能なレベル以下で振動しているように、最初の位置から定格の最終位置への軌跡に沿ったシステム構成要素の動きとして定められる。コンピュータディスクドライブの状況では、これは、ドライバのヘッドが定格の最終位置に到達するとすぐ、ヘッドが記録媒体への読み取り／書き込み動作を実行する用意ができることを意味する。良い移動ではまた、移動により起こされた音響ノイズが許容可能なしきい値以下である。対照的に、「悪い移動」は、例えば、構成要素がその定格の最終位置に到達したとき、許容できないレベルで構成要素が振動している移動である。コンピュータディスクドライブの状況では、これは、ドライバのヘッドが定格の最終位置に到達する時間に、ヘッドが読み取り／書き込み動作を正確に実行するには高すぎるレベルで振動していることを意味する。悪い移動ではまた、移動により起こされた音響ノイズが許容可能なしきい値以上である。
【００７２】
ここで概説されたアプローチの強力な結果は、剛体コマンドが［数２７］又はセクション３．１の電流モード技術を含む多くの技術の１つにより計算できることである。次に、フレキシブルモード、音響モード、又は他の動的効果のような他の動作が、以下に記載される方法により続いて修正できる。ディスクドライブに対して、そのプロセスは、例えば、ドライバ全体にわたって、及び各移動距離(又は、移動距離の範囲)に対して、どの周波数が聞こえ、どれが時間設定に影響するか決定することを含む。そういうわけで、それら周波数又はその一部の振幅を制限する移動が生成される。ドライブの一部に現れる周波数はまた、選択的に含まれるか又はオンにされる。選択された周波数の効果は、以下に示される技術の何れかを適用することにより減少させられる。
【００７３】
５．１  振動制限及び感度制約
良い移動を生成するためのこの技術は、物理的な制約をシステムモデルに取り入れる。そのようなモデルの１つは、上記で導出された部分分数展開方程式［数２７］から成る。この技術に従って良い移動を生成するために、第１のステップは１つ又は複数の物理的制約を選択することである。物理的制約の例は、(機械的及び音響の両方の)振動を制限する制約、及びパラメータ変数に対して感受性のない制約を含む。
【００７４】
パラメータ変数に対して感受性のない制約は、幾つかの方法でシステム方程式に付加できる。例えば、部分分数展開方程式の導関数は特定のパラメータに対して求められ、制約方程式に付加される。この技術は米国特許第５，６３８，２６７号に詳細に示され、その内容は本明細書に完全に取り入れられ、米国特許第４，９１６，６３５号の内容もまた、本明細書に完全に取り入れられる。加えて、サンプリング技術が、パラメータの変化に対して解を制限するように、所定のパラメータの異なる値に対する制約の級数を設定するために使用できる。例えば、この技術を使用して、制約を９００Ｈｚ、９２０Ｈｚ、等、少なくとも最高１１００Ｈｚに設定することにより、１０００Ｈｚにおける１０％の不感受性が達成できる。この技術の１つの変形が、米国特許第５，６３８，２６７号に示されている。
【００７５】
本発明に従って、実質的に１００％又は１００％以下(例えば、５０％から７０％の間)であるシステム振動の限界減少までシステム振動を減少させるように、制約は選択できる。システム振動をそのような量だけ減少させるためにどの制約が使用されるかは、実験的又はシステムに対するコンピュータシミュレーションを行うことにより決定できる。１００％以下(例えば、５０％から７０％の範囲)だけシステム振動を減少させる制約の選択は、過度の振動がシステムに発生しない場合、及び(ノイズを誘導する振動を含む)振動における大きな減少を要求されない場合に、特に有用である。これらの場合、制約は更に緩和されるので、結果のシステム入力は持続時間においてより短くなる。結果として、システムは他の場合より速く移動する。一般に、移動時間及び厳しい制約の使用の間にはトレードオフがある。即ち、更に厳しい制約の使用が振動を減少させる一方、厳しい制約の使用の結果、移動時間は遅くなる。
【００７６】
振動制約方程式はまた、所望する振動減少を達成するために調整される必要がある。特に、ディスクドライブシステムの前記モデルに関して、振動振幅に対する方程式は相対的である。これは、剛体モード方程式が弾性体方程式(以下のセクション６．３で記載される)を考慮に入れていないからである。もし、全ての方程式(即ち、剛体方程式及び弾性体包帯式の両方)がシステムに対して導出され、部分分数展開が適用されたら、振動項の係数は問題に対して変倍する。しかし、方程式は別々に導出され、ここに記載される技術を使用して後で組み合わされるので、上記の方程式に対する相対的なスケーリングはわからず、問題は手作業で調整されなければならない。ゼロ振動の場合、スケーリングは必要ない。他の場合に対しても、幾つかのスケーリング法の１つが使用できる。例えば、任意のゲインが選択され、その結果の手順がシステムに適用される。結果の振動は次に測定でき、予測された振動レベルを実際に測定された振動レベルで割った率が振動制約方程式に掛けられる。
【００７７】
実施例として、［数２８］で示される４次の伝達関数を考える。伝達関数は、力の入力に対する簡単な質量−バネ−質量システムの位置応答に対応する。
【数２８】
2002516423.tif 000028
伝達関数の第１項、即ち
【数２９】
2002516423.tif 000029
は剛体運動に対応し、一方、第２項、即ち
【数３０】
2002516423.tif 000030
は、不減衰固有周波数“ω”及び減衰比“ｚ”を有する振動モードに対応する。伝達関数［数２８］が部分分数形式に展開されるとき、次の３つの項が生じる。
【数３１】
2002516423.tif 000031
［数３１］からの第３項、即ち
【数３２】
2002516423.tif 000032
は振動モードの伝達関数に対応し、元の伝達関数に含まれる２次の振動項と比較されなければならない。逆ラプラス変換を使用して、振動モードの時間領域インパルス応答は次のように決定される。
【数３３】
2002516423.tif 000033
適切な三角恒等式を使用して、［数３３］の振動モードの時間領域応答は次のように簡略化できる。
【数３４】
2002516423.tif 000034
又は、共通項を前に出して
【数３５】
2002516423.tif 000035
ここで、“ωd”は減衰固有周波数である。
【数３６】
2002516423.tif 000036
上記で導出されたインパルス応答展開は、定量化された制約方程式を形成するために直接使用できる。即ち、制約関数の振幅は、正しい位置の実際の振動レベル以下に設定できる。
【００７８】
［数３５］の一般的な形式は、周波数ωdの移相されたサイン波であることに注意しなければならない。サイン波は更に、時定数を有する減衰指数包絡線に従う。
【数３７】
2002516423.tif 000037
［数３５］は、移相φ及び目盛係数Ｃ1を含んで次のように書き直すことができる。
【数３８】
2002516423.tif 000038
［数３５］のこの形式は、(元の伝達関数Ｈ(ｓ)の第２項により定められるような)分離された２次のシステムのインパルス応答に対する式と比較されなければならない。
【数３９】
2002516423.tif 000039
以下に示す。
【数４０】
2002516423.tif 000040
残余振動の振幅に関心があるだけなので、移相は重要でなく、分離された２次システムに対する式は、もし目盛係数ω／ωdがＣ1と取り替えられたら、定量化された制約の定式化で使用できる。パラメータＣ1、ｚ、及びωdは、(ｉ)実際のシステムをインパルス入力及び実験データに従属させ、(ｉｉ)振動の周期を予測し、ωdを次のように計算し、
【数４１】
2002516423.tif 000041
ここで、τは周期である(ｉｉｉ)ｚ、ωを決定するために減衰包絡線を予測し、(ｉｖ)Ｃ1を決定するために実際の振幅を予測することにより実験的に決定される。
【００７９】
前記基準に基づいて制約が選択された後、軌跡はディジタル化され、選択された制約に従属する時間の各軌跡コマンド値に対して解かれる。軌跡のディジタル化は、完全なシステム軌跡に対して容易に解くことができる、より簡単で線形の方程式を生じさせる。しかし、本発明は、この方法でシステム方程式を解くことに限定されない。即ち、システム方程式を解くための如何なる既知の技術も、本発明の状況で利用できる。ディジタル化レートの使用は、本発明の正常な実施に寄与する要因である。この問題は、以下のセクション７．１で論じられる。
【００８０】
５．２  入力シェーピング(Input Shaping)
良質な移動を生成するためのこの技術は入力シェーピング(Input Shaping)(又は、入力成形)及びそれに実質的に同等な技術を使用する。入力シェーピング(又は、入力成形)の１つの例は、望まれないシステム(又は、装置)の振動を減少させるために、関数をシステムの入力と共に畳み込むこと(convolving)から成る。システムの入力の例は電流及び電圧を含む。具体的な入力シェーピングの方法は、米国特許第５，６３８，２６７号及び第４，９１６，６３５号に詳細に記述されており、それは、ここで参照として組み込まれる。
【００８１】
この技術によって、電圧命令や速度等の、システムへの入力は、所望の出力を生成するためにシェーピングされる(又は、成形される)。例えば、入力は、それの柔軟モード(flexible mode)を含む、システムの望まれない振動を減少させる一続きのインパルス(以下、インパルスシーケンスと呼ぶ)を持った入力を畳み込むことによって入力成形される(Input Shaped)。或いは、入力は、ここで説明されるろ波技術の１つ又は複数を使用するか、他の既知の輪郭成形技術(profiling technique)を使用して成形されてもよい。
【００８２】
５．３  ろ波
入力シェーピング(又は、入力成形)に加え、上述したように、良質な移動をもたらす入力を生成するために、全てのタイプの従来の成形方法を使用することができる。例えば、以下に説明されるような、システムの極付近にゼロが存在するフィルタを含む、無限インパルス応答(「ＩＩＲ(infinite impulse response)」)や有限インパルス応答(「ＦＩＲ(finite impulse response)」)フィルタを用いて軌跡(又は、軌道)をろ波することによって良質な移動を生成することが可能である。
【００８３】
５．４  周波数サンプリングの最小二乗法による解法
従来の最小二乗法の手法も、コンピュータディスクドライブシステムの良質な移動を生じる入力を生成するために使用することができる。そのような手法の１つの例は米国特許第５，６３８，２６７号に開示されている。この手法はまた、高モード励振(high mode excitation)を制限するために使用することができる。
【００８４】
５．５  選択的シェーピング
入力シェーピング、ろ波、及び同様なものは、場合によっては、シークタイムを増大させることがある。しかしながら、入力シェーパー(Input Shaper)の長さは、減少させられる振動の周期に直接関係する。低い周波数、即ち長い周期に対する、入力シェーパーによって生じるシークタイムの増大は全シークタイムの実質的な部分になり得る。これは、コンピュータのディスクドライブにとっては特に重要である。即ち、コンピュータのディスクドライブでは、ドライブをそれの密閉容器に取り付けることに適合させることにより、低い周波数の振動が発生しやすい。例えば、取り付けによる２００Ｈｚの共振は５ｍｓの周期を持つ。この場合、３パルス入力シェーパーもまた５ｍｓの周期を持つ。よって、コンピュータのディスクドライブが平均的な１０ｍｓのシークタイムを持った場合、全ての移動に対して入力シェーパーが適用されると、ドライブの平均のシークタイムは５０％増す。
【００８５】
上記の事から、入力シェーピングを選択的に適用することが有用である。全ての移動が望まれない振動を生じるわけではないので、これは可能である。即ち、いくらかの移動は、ほとんど振動を発生せず、本質的に良質であり、同様に、いくらかの移動は過剰な振動を発生し、本質的に悪質である。任意の移動に対して制約方程式(constraint equation)を評価することにより、候補となる移動が良質であるか悪質であるかを前もって予想することができる。即ち、移動が予め決められたシステムの振動レベルより大きく励振するかを決めるために移動を評価することができる。入力シェーピングはそれにより、予め決められた振動レベルより大きく励振する移動にだけ適用することができる。よって、予め決められた振動レベル、例えば、移動の下方の３０％より大きく励振する、これらの移動だけが成形される必要がある。
【００８６】
前述の特徴により、本発明は、入力シェーピングを使用することにより、他の方法により達成されるよりも、シークタイムを増大させずに有用性を与える。更に、本発明に従うと、入力シェーピングのレベルや、制約の数やタイプは、どの程度、移動が良質又は悪質であるか、即ち、移動が励振する振動レベルに依存して、変更されてもよい。例えば、移動が、最小の入力シェーピングだけを必要とする場合、移動の入力成形(Input Shape)に使用されるインパルスシーケンスの長さは縮小されてもよい。
【００８７】
コンピュータのディスクドライブとの関連で述べると、対象となっている任意の周波数に対し、移動の良質性の測定は、その対象となっている周波数の入力の構成要素の重ね合わせ(superposition)を調べることによって評価することができる。そのような重ね合わせの例は図１２のグラフに示されており、そこにおいて、対象となっている周波数は２００Ｈｚであり、移動の良質／悪質の閾値は８１でラベルされている。閾値８１を調べることにより、１８００トラックと７０００トラックの周辺の範囲内の移動距離が本質的に良質であることは明白である。反対に、振動減少を必要とする移動距離は、図１２において、クロスハッチングで示されている。これらの移動距離に対して、必要とされる振動減少の量は、移動の良質のレベルと良質／悪質の閾値との比を取ることによって決定される。各移動距離に対して必要とされる入力シェーパーの大きさはこの比に基づいて決定される。
【００８８】
詳細に述べると、入力シェーパーの応答の大きさは、修正された入力シェーパーの数式を導き出すために、振動(「マグ(ｍａｇ)」)の所望の減少に等しくすることができる。修正された２パルスシェーパーの周期τの数式は以下のようになる。
【数４２】
2002516423.tif 000042
上記の数式は閉じた形式(closed form)であり、それゆえ、オンラインの、リアルタイムでの実施に適していることは注意すべきである。振動減少が起きない単位強度のシェーパー(ｍａｇ＝１)に対し、上の数式は、
【数４３】
2002516423.tif 000043
を導き出し、２つのパルスは時間ｔ＝０で同時発生する。１００％の振動減少が起きるゼロ強度のシェーパー(ｍａｇ＝０)に対し、上述の数式は、
【数４４】
2002516423.tif 000044
を導き出し、又は、１／２周期になる。マグ(ｍａｇ)の中間の値では、数式はシェーパー周期τの中間の値を導き出す。例えば、ｍａｇ＝０．５の場合、
【数４５】
2002516423.tif 000045
ここで、２つ及び３つのインパルスの入力シェーパーが説明されてきたが、本発明が３つ以上のインパルスを持った入力シェーパーや、他の技術を使用して設計されたシェーパーも使用できることに注意しなければならない。更に、本発明は入力シェーピングと共に説明されてきたが、どのようなシェーピング技術でも使用できることにも注意しなければならない。例えば、本発明の目的に到達するために、悪質の移動と見なされる移動は、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、他のシェーパーを使用したり、更には、任意の方法で拡張されただけのものを使用したりして選択的に成形することもできるだろう。更に、移動が良質であるか悪質であるかに基づいて、振動制限制約や同様なもの等の制約がシステムの方程式に選択的に加えられてもよく、その結果としての方程式の組を完成した移動の軌跡のために解くことができる。移動はまた、オフラインで解かれ、同様な利点を達成するために表化されてもよい。
【００８９】
５．６  切り替え時間の強制による電圧制御
ディスクドライブは電流命令モードで動作する(即ち、それらの動作は電流命令によって制御される)。飽和状態は電圧で起きるので、(第３節で記述されたにもかかわらず)従来までは、特定の電流命令がシステムを飽和させた場合に、それを調べる方法はなかった。従って、システムに電流で命令することでは、所望の移動の生成に失敗する可能性もあった。本発明は、システムへの電圧入力を飽和させることを保証する電流を命令することによって、この問題に対処する。この方法で、本発明は両方向に電圧を命令することができる。即ち、システムに電流命令を与えることは可能であるが、実際には電圧の切り替えを命令することである。
【００９０】
更に詳細に述べると、多くのディスクドライブシステムは、ボイスコイルモーター(voice coil motor)を通る電流を制御するために、閉ループの電流制御システムを利用する。そのようなシステムの閉ループ制御器は、モーターに入力されたとき一定のトルクを生じる電流命令を規定することを可能にする。詳しく述べると、閉ループ制御器は所望の電流レベルを保持するために、モーターの電圧を調節する。しかしながら、そのような制御には限界がある。詳しく述べると、制御器に有効な最大電圧はディスクドライブに使用される電源によって制限される。よって、特定の電流を達成するために必要な電圧が電源の最大電圧より大きい場合、制御器は最大電圧で飽和し、所望の電流を達成しない。
【００９１】
上述の問題は欠点として受け取られるが、飽和は、電源電圧を単にモーターの端子に印加するだけの代替モード(alternative mode)で電流制御器を動作させるために使用することができるので、それは実際には長所となる。即ち、制御器は、閉ループ電流制御システムとしてではなく、開ループ電圧切り替えシステムとして動作する。結果として、制御機構及び動作成形(motion profile)のために代替的な公式(又は、定式)を生成することが可能である。電圧の命令をするために電流制御を使用するこの技術は、ディスクドライブのシーク中に電圧命令を使用できるという付加的な利益を持つが、しかしながら、トラッキングのための通常の電流命令モードも、システムのハードウエアを変更せずに、利用可能である。
【００９２】
上述の開ループ電圧制御技術の使用は、振動抑制効果を達成するために、正確に時間合わせされた一連の命令を必要とするだろう。以下の第７．１節では、そのような正確に時間合わせされた命令を実施するための多様な技術を説明する。命令がシステムの原理的な制限をするパラメーターでない場合、第３．１節をそのような命令を生成するために使用することもできる。命令が原理的な制限をするパラメーターの場合、第４節及び第５節の技術を使用することができる。
【００９３】
この点に関して、原理的な制限をするパラメーターは、たいていの場合、ハードウエアの制約によりシステムに命令するためには使用されない(例えば、ディスクドライブデジタルのトラッキング制御器は電圧命令ではなく電流命令のために使用される)。ディスクドライブの場合、ドライブの増幅器を変更することにより、例えば、ドライブシーク動作等の１つの動作モード中に電圧命令を使用すること、更に、例えば、ドライブのトラッキング動作等のもう１つの動作モード中の電流命令に切り替えることが可能になる。よって、例えば、第３．１節の技術を、トラッキング動作中に使用することが可能であり、第４及び第５節の技術をシーク動作中に使用することが可能である。
【００９４】
５．７  その他の技術
前述の技術に加え、その他の技術を、良質な移動を作り出すための入力を生成(又は、増強)するために使用してもよい。例えば、システムパラメーターのリアルタイムでの識別(又は、確認)を利用して上述の技術を調整することが可能である。詳しく述べると、温度や抵抗等の、システムパラメーターを識別し(又は、確認し)、良質な移動を生成するときに、そのパラメーターに対処してもよい。更に、対称的でマルチステップ(即ち、ポジキャスト(Posicast))の入力を良質な移動を生成するために使用することができる。以下の第１１節で記述されるように、移動から生じる振動を減少するために、移動の開始、中間、及び(／又は)終了時に入力やフィードフォワード信号の過渡的な部分を、変化させることもできる。振動を制御するために付加的な制約をシステムに加えてもよい。例えば、これらの制約は対称的であってもよく、時間か位置の関数でもよく、更に(／又は)、温度制限、電流制限、デューティーサイクル、及び(／又は)ディスクドライブのＺＶ制約に関連してもよい。更に、入力の各遷移は、それの(又は、それ自身の)完全な移動に対応するので、上述された良質な移動を生成するための上述の技術の全てはリアルタイムで実施することができ、更に、上述の成形(又は、シェーピング)及びろ波の方法は移動の急速な遷移部分だけに実施されてもよい。上述の詳しい説明は以下の第１１節を参照。
【００９５】
上述のシェーパー及びフィルタは好まれるものとして、コンピュータ実行可能ステップとしてメモリに記憶され、システム内のプロセッサによって実行される。しかしながら、本発明はまた、入力シェーパー、又はシステムの制約方程式の直接の解法をファジイ論理ブロックに埋め込むことによってファジイ論理制御器で実施することもできる。同様に、本発明は、入力シェーパー、又はシステムの制約方程式の直接の解法をニューラルネットワークに内蔵することによって、ニューラルネットワークで実施することもできる。ファジイ制御及びニューラルネットワークＰＶ制御は両方とも、システムのための方程式の中に入力される非線形のシステムパラメーターの変動を扱うために設計することができる。
【００９６】
６．０  時間の関数としての軌跡の制御
本発明のこの側面は、時間の関数として規定される軌跡の制御によって、動的システム上の望まれない振動を減少させるための制御技術に向けられている。更に詳細に述べると、本発明のこの側面において、良質な移動に対応する入力は、システムに対するフィードフォワード軌跡として使用される。良質な移動に対応する入力を生成するための上述の全ての技術を以下の制御システムの入力を修正するために使用することができるだろう。しかしながら、簡潔さのために、入力シェーピング(又は、入力成形)だけを詳細に説明する。更に、本発明は、いかなる動的システムを制御するために使用されてもよいが、同様に簡潔さのために、コンピュータのディスクドライブシステムだけを説明する。
【００９７】
６．１  最適化
コンピュータのディスクドライブの素早い応答の結果となる入力を生成するための１つの手法は部分分数展開方程式(partial fraction expansion equation)１９を使用した最適化を実施することである。最適化を実施するために、これらの方程式はシステムの多様なモードでの振動に対処するために制約条件の組を含めることにより増強又は改良される。更に、予期された振動モードに近いモードでの振動に対し、また電圧制限等の現実の条件に対して制約条件が加えられてもよい。これらの制限の全てを線形にし、それにより、それらの解法をより簡単にするために、問題のデジタルでの公式(又は、定式)をモデル化することができる。デジタル化の割合は第７節で説明される技術を使用して選択される。
【００９８】
本発明はここで説明される最適化の実施のための方法だけには限定されない。むしろ、いかなる最適化技術が利用されてもよい。例えば、本発明と関連して使用することができる最適化の実施の方法は、オフライン計算(off-line computation)やディスクドライブ制御器での効率的な線形解決コード(efficient linear solving code)の使用を含む。更に、一続きのオフラインの解を生成し、その解に曲線を適合又は、合わせることも可能である。付録Ｃは、電圧が命令される入力である問題での、ＺＶＤ制約に対して解くことができるＧＡＭＳに書かれた線形方程式である。
【００９９】
６．２  関連する手法
上で示されたディスクドライブシステムの部分分数展開モデルもまた、システムの入力を生成するために入力シェーピングとの関連で使用することができる。例えば、１９９７年のＩＥＥＥのHai T.Hoによる「Fast Servo Bang-Bang Seek Control」というタイトルの記事には、移動の終了間際にシステムの瞬間的な状態を測定できることが実証されており、ここでも参照として本出願の中に取り込まれている。そこで、システムを制限された振動と共にそれの最終的な位置に動かすために、システムへの入力が計算される。その記事で説明されているこの技術の欠点は、２次システムのモデルが仮定されているので、ディスクドライブシステムの方程式に対する正確な解が得られないことである。ディスクドライブシステムは３次システムとしてより正確にモデル化されるので、この技術は、十分に振動を制限できない入力の結果となるか、或いは、停止することなく基準上の最終点に達するシステムの結果となり得る。第４節で説明された部分分数展開モデルの使用により、システム方程式に対するより正確な解を得ることができ、それにより、システムが最終位置に達したとき、より少ない振動の結果となる。更に、例えば、(第６．７節で説明される)サンプリングや、(米国特許第４，９１６，６３５号で説明されているように)導関数を導くこと、又は、他の手法等の多様な技術によって前述の方程式に不感受性の制約を加えることができ、それにより、方程式の堅固な解を導くことができ、より小さい振動の結果となる。
【０１００】
６．３  剛性及び柔軟モードの問題
第４節の部分分数展開モデルと共に入力シェーピングを使用するもう１つの問題解決の手法は、問題を剛性モード(又は、剛体モード)の問題と柔軟モードの問題とに分割することである。ディスクドライブに関連したモードの項の試験は、例えば、方程式１２からのＦ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)等の、３次システムと同様な項に加え、例えば、Ｆ４(ｔ)、Ｆ5(ｔ)、その他(図示せず)等の発振又は振動のモードに関連した付加的な項を明らかにする。本発明はこれらの項を２つの組に分割する。システムの剛性モードを規定する第１の組は３次システムのモードの項、即ち、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)を含む。システムの柔軟モードを規定する第２の組は他のモードの項、即ち、Ｆ４(ｔ)、Ｆ5(ｔ)、その他を含む。第４節の部分分数展開方程式は、剛体の動きの制約Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)を満たし、それにより、実質的に速度ゼロかつ加速度ゼロで最終地点に達するようにシステムを駆動する入力に対して解くことができる。しかしながら、他のモードから発生する振動、即ち、Ｆ４(ｔ)、Ｆ5(ｔ)、その他等からの振動はまだ不確定である。
【０１０１】
詳細に述べると、部分分数展開方程式は、各付加的なモードに対して付加的な制約を加えることなく、柔軟モードの振動を減少させる入力のために解くことができない。しかしながら、付加的な制約を加えることは、解を得ることに対して複雑さを増大させる。更に、曲線の適合や経験的な解決が得られることになっている場合、解法は課される各付加的な制約に対して更に複雑になる。それゆえ、解を得るための複雑さを実質的に増大させずに柔軟モードでの振動を減少させるため、本発明はシステムの入力を決定するために、最初に剛性モードの方程式を解く。次に、決定されたシステム入力は、システムの柔軟モードのために設計された入力シェーパー(Input Shaper)を使用して成形される。例えば、入力シェーパーは、上述のＦ４(ｔ)やその他等の周波数や減衰比に基づいて設計されてもよい。
【０１０２】
Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)及びＦ3(ｔ)を剛性モードに、Ｆ４(ｔ)、Ｆ5(ｔ)、その他を柔軟モードに分割することは、システムのモデル化されたモードを分割するための１つの方法の例にすぎない。本発明はそのような定義には限定されない。実際、モードの分割は考慮中のシステムに依って変化するとともに、他の要因によっても変化する。例えば、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)だけを剛性モードに含めたシステムモデルに基づいて２次システムの入力を取得し、入力シェーピングを使用して対処するモードにＦ3(ｔ)、Ｆ４(ｔ)、その他等を含めることも可能である。入力シェーピングはシステムの電気的な時間の制約の変動を修正するために使用することができるので、そのような定式化は、Ｆ3(ｔ)がシステムの電気的な時間の制約に対応する場合に特に有用である。
【０１０３】
６．４  質量中心
システムの剛性モードでは、システムの多様な構成要素(又は、部品)が互いに相対的に動くために、問題が持ち上がる。例えば、コンピュータのディスクドライブの場合、モーターの回転子は、読み取り／書き込みヘッド等の端点と位相がずれて(又は、非同期に)動いているので、システムに振動が誘発される。剛体モデルが仮定された場合、これはフィードバック中に問題を引き起こす。即ち、端点だけがフィードバックとして使用された場合、観測されるゆがみや振れがフィードバックされ、必要でない修正を引き起こし、システムの動作に不利益をもたらす可能性がある。そのような誤差を減少させるために、本発明はシステムの質量の中心(重心)を見積もり(又は、推定し)、システムのフィードバックとして、端点ではなく、推定された重心を使用する。システムの重心を推定するための１つの方法は、最新の技術を使用して状態推定量(state estimator)を計算することである。重心の座標の推定を改善するために、以下に説明されるものと同様な擬似静的修正要因(quasi-static correction factor)等の、多様な範囲の修正要因を適用することができる。
【０１０４】
上述の推定された重心の座標は、回転子やこれらの端点の振動に影響されないだろう。結果として、システムの剛体の振る舞いは、従来から可能だったもの以上に正確なフィードバック制御を可能にするために、(音響によるものを含む)ほとんど全ての振動から切り放される。
【０１０５】
６．５  擬似静的修正
これに反して、システムで、重心によるフィードバックではなく、端点によるフィードバックが使用された場合、ここで記述される技術に従って生成されるような、システムへの振動減少入力(vibration-reducing input)は特殊な副作用を引き起こす可能性がある。例えば、(例えば、ディスクドライブの場合のヘッド等の)端点の部分は振動しないが、その部分は移動中ゆがむ。加速中のゆがみはある方向に起こり、更に減速中のゆがみは別の方向に発生する。制御器へのフィードバック信号はこのゆがみに基づいて測定される。結果として、システムの制御器が軌跡との比較に、このフィードバック信号を使用した場合、制御器は、例え誤差がない場合でも誤差を検出してしまう。この問題(又は、影響)を修正するために、加速度の大きさ及び方向に依存して、フィードバック信号に対し擬似静的修正要因が加えられるか、又は引かれる。
【０１０６】
６．６  閉ループ制御
軌跡が時間の関数として規定される制御方針を採用する場合、閉ループシステムの定式化がなされる。例えば、図１１に示されるように、フィードバックループはシステムの状態のどの組み合わせで閉じられてもよい。ディスクドライブの場合、これらの状態は電圧、電流、加速度、速度、及び位置を含む。良質な移動に対応する入力は、そこで、閉ループの定式化に基づいて生成される。(コンピュータのディスクドライブの場合は電圧入力である)この「良質」な入力は閉ループのいくつか、又は全てへのフィードフォワード信号を生成するために使用される。
【０１０７】
フィードフォワード項として使用される各パラメーターのためのフィードフォワード軌跡は「良質」な移動として選択された軌跡から得られる。フィードフォワード軌跡を生成するための技術は、システムの単純なシミュレーションに基づいてもよいし、第４節で記述された部分分数展開モデル(partial fraction expansion model)に基づいてもよい。良質な入力を生成しているとき、低めの電圧(或いは、その他の現実性によって制限される物理変数)が有効であると仮定して移動を計算することが望ましい。これは、システムが良質な移動に対応する軌跡に留まる確立を増大させる。良質な入力を生成するためのもう１つの手法は、最大電圧(或いは、その他の現実性によって限定される物理変数)を仮定することと、モデルで使用される物理的なシステムパラメーターに対する安全な値を仮定することである。この場合、パラメーターが考えられる最悪のケースであったときだけ、最大電圧が使用される。その他の全てのケースでは、低めの電圧が使用される。
【０１０８】
閉ループ制御モデルにおいて、各ループに対するフィードフォワード項は、外側のループに対しフィードフォワード(又は、入力)が１つだけ置き換えられることができ、そこにおいて、この１つのフィードフォワード項は他の各々のフィードフォワード項の組み合わせとして計算される、更に、システムに対するフィードフォワード入力は、各システムパラメーターに対し異なったスケーリングをすることができる。例えば、異なったゲインが速度、位置、加速度、電流、及び、電圧のフィードフォワード項に使用されてもよい。ゲインの選択は各フィードフォワード項にゼロを加える。入力シェーピング(又は、入力成形)は制約に基づいた技術を使用して特定の位置にゼロを置く方法であるので、フィードフォワード項のために選択されたゲインが入力シェーピングを増強するために利用されるゼロを加えるために選択できることが理解される。この技術は、使用される入力シェーパーの要求を減らすか、又は、より少ない制約を使用して完全な軌跡を導出することを可能にする。
【０１０９】
図２７に示されているのは、単純なシステム、即ち、伝達関数で零点調整を成し遂げるためにフィードフォワード信号の修正がどのように使用されるかを実証するために使用されるシステム８２のブロック図である。システム８２において、制御される変数は出力位置ｘであり、フィードフォワード入力ＦＦが存在し、更に、３つの命令入力、即ち、位置入力ｘd、速度入力ｖd、及び加速度入力ａdが存在する。更に、位置ｘ、速度ｖ、及び加速度ａの完全な状態フィードバックが存在する。理想的な場合、フィードフォワード入力ＦＦはシステムを状態空間全体を通して、所望の軌跡(ｘ，ｖ，ａ)に追従させる。実際の軌跡が所望の軌跡とマッチしない場合、誤差項(ｘd−ｘ)、(ｖd−ｖ)、及び(ａd−ａ)は修正用の入力を生成するためにゲインｋx、ｋv、及びｋaが掛けられる。入力ｖd、ａd、及びＦＦは全てゼロに設定され、システムは、おそらく大きめの位置の誤差を持った、残りの命令入力ｘdを「追跡」する。
【０１１０】
命令入力ｘd、ｖd、及びａd、及び、フィードフォワード入力ＦＦは他のもう１つの処理によって生成される、システムへの単純な入力である。しかしながら、命令入力ｘd、ｖd、及びａdは導関数として数学的に関係している。それらの関係は、ラプラス微分演算子「ｓ」を繰り返しｘd入力信号に適用することにより、図２８に示されているブロック図で示されている。対応する極を持たずに、「ｓ」演算子に対応するゼロを実施することは物理的に不可能であることが知られている。入力信号ｖd及びａdは実際に導関数であるので、図２８の「ｓ」表記の使用は直感力を促すための表記の容易性のためであり、実施の手段ではない。
【０１１１】
図２８に示されているブロック図にブロックダイアグラム代数(block diagram algebra)を適用することによって、すべての入力(ｘd、ｖd、ａd、及びＦＦ)のスケーリングされた変形(又は、バージョン)は、図２９に示されているように、１つの点で閉ループシステムに入ることを示すことができる。図２９に示されている(規格上の閉ループシステムへの)３つの並列入力の組み合わせは、図３０に示されているように、ブロックダイアグアラム代数を使用して更に縮小することができる。図３０に示されているブロックの分子は３次のゼロである。このシステムに対し、フィードフォワード項の組み合わせに関連するゼロは、規格上の閉ループシステムの極にマッチする(そして、相殺する)。よって、これらのゼロはモデル化されたシステムの運動を相殺するために利用される。ゼロの位置は、各項ｖd、ａd、及びＦＦの、それぞれの、重みづけ要因Ｗv、Ｗa、及びＷfを含めることによって、調整することができる。相似性のブロック図(analogous block diagram)を続行することにより、縮小は図３１に示されている結果を生み出す。
【０１１２】
(重みづけＷv、Ｗa、及びＷfを調節することにより、)ゼロの配置に付加的な自由度を可能にすることにより、ゼロは、例えば、振動や他の望まれない動的な応答に関連した極等の、システムの(モデル化されないが計測される)極の１次の相殺を成し遂げるために配置することができる。ＦＩＲ入力シェーパーは「全てゼロ」のフィルタとして見ることができるので、重みづけされたフィードフォワード入力に関連したゼロはＦＩＲ入力シェーパーのゼロの動作を置き換え、又は増強するために使用することができる。よって、いくつかのゼロは重みづけされたフィードフォワード入力によって供給されるので、シェーパーによって供給されなければならないゼロの数が少なくなり、結果として、シェーパーの期間は短くなる。全体としての時間の有利性は、重みづけされたフィードフォワードに関連したゼロが時間の損失なしに(即ち、不利益なしに)実施されるという事実にある。
【０１１３】
６．７  付加的な制約
システムの剛性モード部分の比較的速い移動に備えるために、第４節の部分分数展開方程式に制約を加えることが可能である。例えば、システムのパラメーターの変化に対する不感受性に関連した制約を加えることが可能である。これを行うために、方程式１９の連続形式(continuous form)の１つ又は複数の制約方程式はシステムパラメーターで微分され、その結果がゼロに設定される。これは、方程式の解がそのパラメーターの変化に対して不感受性であることを確実にする。方程式を解くことにより同様な結果を得ることができ、それに対し、システムパラメーターに対する異なった値と共に不感受性が複数回要求される。例えば、上述の部分分数展開方程式１９の２番目は、それの解がトルクの広範囲の制約に対し上手く働くことを確実にするために、異なったトルク制約値に対し繰り返し解くことができる。そのような方程式は、トルク制約の全ての値に対して解が正確にゼロになることを要求することなく、いくつかの自由度が与えられなければならない。
【０１１４】
６．８  切り替え時間
上述のように、部分分数展開方程式の連続形式は更に、システムの振動を減少させる電圧の切り替え時間に対しても解くことができる。電圧の切り替え時間は、システムへの電圧入力の最大正から最大負への遷移時間に対応する。これらの切り替え時間に対する解において、他のいかなる制約も含まれない場合、システムは第４節で示された３つの部分分数展開方程式１９を使用してモデル化することができる。これらの方程式の連続バージョンを使用することにより、以下に記述されるような３つの遷移時間、即ち、ｔ1、ｔ2、及びｔendに対して解くことが可能である。
【０１１５】
方程式１９は、それらの連続形式で非線形である。しかしながら、それらは限られた処理能力によって制御器で容易に解くことができるように操作することができる。第１の方程式は線形なので、第１の方程式を他の方程式に代入し、２つの未知数を持った２つの方程式を作ることができる。単純な固定小数点反復(fixed-point iteration)を実施することにより、解を得ることができる。機械(又は、装置)の精密さに対する解を得るために数回の反復があれば十分である。付加的に、単純な曲線適用(curve fit)により反復に対する開始時の推量が得ることができるので、更に計算処理の速度は増大する。更に、デジタル制御器での使用に対し十分な解を達成するために、切り替え時間を移動距離の関数として定義し、そのデータを経験的な公式(又は、定式)に合わせることによりこれらの方程式の解を生成することも可能である。
【０１１６】
このために、デジタル制御器で連続的な切り替え時間を使用するために実施される付加的なステップは、切り替え時間を最も近いデジタル時間間隔に丸めることである。しかしながら、切り替え時間の丸めによってかなり大きい誤差が生じることもあるので、もう１つの手法がよく使われる。同じ方程式の解を達成するために、切り替え時間が上方に丸められ、各領域での電圧レベルが調整される。或いは、同じ結果を得るために、解法の一部だけで電圧レベルが調整される。例えば、丸めを修正するために数個のデジタル出力だけが調整される。
【０１１７】
付録Ａに示されている擬似のコードは、(ｉ)連続した切り替え時間の計算、(ｉｉ)連続した切り替え時間を離散的な時間間隔に丸めるための方法、及び、(ｉｉｉ)離散的な切り替え時間を含む元の制約方程式を満足するための電圧レベルの再計算、を図示している。擬似コードの第１部分で、物理的なシステムパラメーター(Ｖmax、ｋt、ｋb、ｌ、ｋ、Ｒe、Ｒm、及びＪm)は伝達関数パラメーター(Ａ、ａ、ｂ)を計算するために使用される。理論的には、このステップは必要でないが(元の公式ではシステムの物理的パラメーターが使用できる)、結果としての方程式はより簡単であり、リアルタイムでの実施により適している。
【０１１８】
付録Ａで示されている公式で、元のデジタル切り替え時間の適用は、制約方程式を満たすために３つのステップの各々の全体の電圧レベルが修正されることを必要とする。電圧の３つのステップの観点からの特定の公式のために、全ステップの修正が生じる。例えば、部分的分数展開方程式１９(便宜上、以下(４６)にもう一度示す)に対応する離散インパルス応答(discrete impulse response)等で、問題が最公式化された場合、電圧波形の更に柔軟な修正が可能である。
【数４６】
2002516423.tif 000046
付録Ａに示されている擬似コードは、(連続的なものから丸められた)デジタル切り替え時間と、電圧レベルの最終的な調整のためだけに使用される制約方程式のインパルス応答形式を計算するために使用することができ、最公式化された電圧調整問題に対する電圧変数は独立変数Ｖiを選択するか、或いは、Ｖiの従属変数の組(例えば、Ｖ1＝Ｖ2＝Ｖ3＝Ｖfirst)を選択することによって形成することができる。３つの制約方程式は３つの変数の３つの線形方程式の組を形成し、線形方程式に適した方法を使用しても解くことができる。３つ以上の変数が選択された場合、解は一意的には決まらず、可能な解から選択するために付加的な判断基準が使用される可能性がある。
【０１１９】
６．９  成形された切り替え
よく知られたバンバン原理(bang-bang principle)に従うと、コンピュータのディスクドライブのような電圧制限システムに対する時間最適システムの命令は一連の最大正及び最大負電圧命令から成る。そのような場合、電圧レベルは既知であるが、それらの最適な切り替え時間は既知ではない。システムに対する最適な切り替え時間はわかっていないので、電圧命令がシステムへ入力されたとき、望まれない振動が起きる。そこで、望まれないシステムの振動を減少させるいくつかの技術を実施することができる。例えば、振動の制約、不感受性の制約、又は、望まれない動的又は物理的なシステムの数ある制約等の多様な制約に分析的に従属する切り替えシーケンスを決めることが可能である。使用可能な付加的な技術は、ここで説明される技術を使用して切り替え時間を決めること、システムの移動を考慮するためにリアルタイムで切り替え時間を調整することを含む。ディスクドライブが動くように命令するためのもう１つの効果的な技術は、バンバン時間最適命令を入力シェーピングの長所に組み合わせることである。このために、剛性のシステムへの入力のための切り替え時間は分析的に決定され、望まれない振動が実質的に抑制されるように入力を形づくるために、入力に入力シェーパーが適用される。この技術は少なくとも２つの長所を持つ。第１に、問題が２つの問題、即ち、単純なシステムのための良質な入力を生成することと、それとは独立して、柔軟、及びいくらかの剛性モードを扱うために良質なシェーパーを生成することに分割されるので、計算の観点から見たとき、それは実施することが比較的に容易である。第２に、解がシェーピングによって独立して得られ、入力はシステムパラメーターの変化に対し、より不感受性になる。入力の成形は、入力シェーパー、フィルタ、その他等を使用して上で説明された方法で実施されてもよい。従って、入力の成形の詳細な説明は簡潔さのために、ここでは省略される。良質な入力を生成する件に関して述べると、入力に対する電圧レベルは既に既知であるので(即ち、電圧レベルは最大正か最大負のどちらか)、決められなければならない唯一の変数は電圧入力に対する切り替え時間である。切り替え時間は方程式１９等の、システムの部分分数展開モデルを使用することによって決められ、そこにおいて、Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ)はシステムの各モードの単位電圧のステップ応答に対応する。このような３次モデルに対して、最大正と最大負との間に３つの遷移が要求される。遷移のための切り替え時間、即ち、ｔ1、ｔ2、及びｔendは以下のように決められる。以下に４７として再び示された方程式２２、
【数４７】
2002516423.tif 000047
及び、４８として再び示された制約方程式２３を使用して、
【数４８】
2002516423.tif 000048
３つの未知の遷移時間ｔ1、ｔ2、及びｔendに対して解くことが可能である。変数の変更、即ち、
【数４９】
2002516423.tif 000049
は、更に切り替え時間のための解法を簡単にする。この場合、ｅｔ1は第１ステップの始まりから移動の終わりまでの経過時間に対応し、ｅｔ2は第２ステップの始まりから移動の終わりまでの経過時間に対応し、更にｅｔ3は第３ステップの始まりから移動の終わりまでの経過時間に対応する。
【０１２０】
前述した観点から、方程式３９は以下のように縮小される。
【数５０】
2002516423.tif 000050
Ｆ1(ｔ)、Ｆ2(ｔ)、及びＦ3(ｔ)に対する方程式は指数項を含んでいるので、ＸＦ1(ｔｅｎｄ)、ＸＦ2(ｔｅｎｄ)、及びＸＦ3(ｔｅｎｄ)に対する上の方程式の数値計算による解法は容易ではない。しかしながら、反復的な数値計算による解法を得るために、方程式にいくらかの単純化を行うことができ、従って、それらを遷移時間ｔ1、ｔ2、及びｔendに対してリアルタイムで解くことが可能になる。詳細に述べると、３次のシステムへの入力の第３のステップの継続時間は比較的長い移動に対して大きくは変化しない。それゆえ、長い移動に対しては、第３ステップの継続時間はｅｔ1及びｅｔ2の値に対してほぼ独立している。従って、(ＸＦ2(ｔend)に対して、)第２の方程式はｅｔ1及びｅｔ2に対する推量を使用して、ｅｔ3について解くことができる。この方法で得られるｅｔ3の値はそれの正確な値にかなり近接している。(ＸＦ1(ｔend)に対する)第１方程式は(ＸＦ3(ｔend)に対する)第３方程式からｅｔ1を消去するために使用され、その後、第３方程式はｅｔ3の関数としてｅｔ2について解かれる。ｅｔ2に対して得られる値もまた、それの正確な値にかなり近接している。次に、ｅｔ2及びｅｔ3に近接した値に基づいてｅｔ１に近接した値を計算するために第１方程式が使用される。それ以上の正確さが望まれる場合は、方程式を利用してもう１つの試みがなされてもよい。即ち、ｅｔ1及びｅｔ2に対して計算された近接値を前述の方程式に代入し直し、何回か処理を繰り返し、その度に正確さを増大させることができる。実際には、方程式を利用して４回反復すると、ｅｔ1、ｅｔ2、及びｅｔ3に対し１６桁の正確さの結果となる。これらの値が一度決定されると、遷移時間ｔ1、ｔ2、及びｔendの値を上述の方程式を使用して計算することができる。
【０１２１】
切り替え時間を決定するために上で説明された反復による解法は、ｅｔ1及びｅｔ2の初期のより良い推量を素早く収束させるだろう。特に短い移動においては、ｅｔ1及びｅｔ2に対する推量が良くないと、収束は遅くなりやすい。従って、良質な初期の推量を与えるための方法に対する要求が存在する。そのような技術の１つは、短い移動の特定の範囲に対する解を表にすることである。そして、良質な推量を得るために、例えば、推量を検索するか、補間法によって、表が使用されてもよい。或いは、短い移動の特定の範囲に対し、解に対し曲線が適用され、その曲線に基づいて初期の推量が決められてもよい。例えば、第１切り替え時間が移動距離に対する単調増加の関数であると、実験的に決められてもよい。他の切り替え時間に対する曲線も同様な方法で決められてもよい。
【０１２２】
切り替え時間を決定するための前述の技術は、移動距離以外のパラメーターを含めるために拡張されてもよい。例えば、解法に抵抗の変化が含まれることになっている場合、切り替え時間の値に対する初期の推量は移動距離と抵抗に基づいて決定される。初期の推量を決定するために、システムパラメーターをいくつでも使用することができる。そのような場合、初期の推量は、これらのパラメーターを含む多次元の表に基づくか、又は実験的に生成された関数を使用して決定することができる。切り替え時間は上述されたもの以外のシステムパラメーターを考慮することによって作成することもできる。そのような場合、実際のシステムが、切り替え時間に基づいた理論的なモデルより速く動くように、保存的なパラメーターが使用されてもよい。即ち、この場合では、フィードバックは出力電圧を縮小し、システムはまず、限界値を超えて命令されることは無い。
【０１２３】
上述の初期の推量に依存する手法の代替案として、短い移動は部分分数展開方程式に基づいて決めることができる。詳細に述べると、部分分数展開方程式の指数部は級数の形式で現すことができる。その方程式はそこで、切り替え時間の問題のために短い移動に対して解くことできる。
【０１２４】
本発明のこの実施例のハードウエアによる実施は、多数のディスクドライブ制御器の設計と共に示される。詳細に述べると、そのようなディスクドライブ制御器において、制御器のプロセッサの更新速度は、望まれる正確な時間間隔で電圧を出力するために十分な程度に速くはない。従って、ハードウエアによる解法が実施される場合、各々の次の切り替え時間がハードウエアカウンターチップにロードされ、高周波数クロックが所望の切り替え時間が達成されるまで時間間隔を計測する。そのような時間で、カウンターチップの出力が変化し、新しい電圧値がディスクドライブシステムへ出力される。
【０１２５】
システムの入力に対する切り替え時間を決定するための前述の方法に対するもう１つの代替案は、１９９８年３月５に出願された米国の暫定出願No.60/076,951「Creating Time-Optimal Commands For Linear Systems」及び、この出願と同時に出願されたそれに対応する国内出願に開示されている。これら２つの出願の内容は、それが全文ここで書かれているものとして、ここでも組み込まれている。
【０１２６】
７．０  ナイキスト(Nyquist)付近又は、ナイキストを超えたシェーピング
上述されたように、軌跡が時間の関数として規定された制御技術は、良質な移動を生成する入力の決定(又は、生成)を含む。また、同様に上述されたように、この入力は、例えば、シェーピング(又は、成形)、ろ波等の、どのような技術を使用して決定される。これらの技術に加え、本発明は更に、ナイキスト(nyquist)周波数付近、又はそれを超えた周波数を持った入力を成形するための技術を与える。この成形を実施するために使用されるシェーパーはここで、「ＮＢＮ」シェーパーとして参照される。
【０１２７】
離散的な時間、又はデジタル制御を使用するシステムはサンプリングの影響による原理的な限界に直面する。即ち、サンプリングの原理は、サンプリング周波数(又は、ナイキスト周波数)より大きい周波数が他の周波数にエイリアシング(aliasing)を起こすことを示している。それゆえ、システムのフィードバック制御はナイキスト周波数より大きい周波数で起きる振動を抑制することができない。入力シェーピングはフィードフォワード技術なので、この制限を持たない。入力シェーパーは、ナイキスト周波数付近、或いはそれ以上の振動の周波数を抑制するために設計することができる。この節では、ナイキスト周波数付近やそれ以上の振動の周波数を制限する入力シェーパーの設計の仕方を実証する。
【０１２８】
背景として、サーボ情報の埋め込まれたディスクドライブシステムは、サーボ情報の密度とディスクドライブの回転速度によって決まる最大の位置更新速度を持つ。入力シェーパーに対する解法での難しさを実証するために、例としてのドライブが示される。そのようなディスクドライブのサーボ情報が５ＫＨｚで更新され、ドライブの第１共振モードが２ＫＨｚであると仮定すると、各振動のサイクルに対して、たった２＋のサーボサイクルしか存在しない。これは計算上の問題を呈示する。即ち、サーボサイクルに対してたった２つの未知数が存在し、(数あるなかで、最小の振動なし制約で)多数の解かれなければならない制約が存在する。従って、問題は制約の多すぎである。
【０１２９】
しかしながら、システムの入力に対して解くために、１つ以上のサイクルを使用することができる。問題が解決可能になるまで未知数の数を拡張することにより、解が得られる。振動を容認できるレベルに減少させるために１つ以上のサイクルを使うので、得られた解は特異なものになる。更に、ＮＢＮ解法は、相殺の前に数回の振動のサイクルしか起こることが許されないため、従来の解法より感受性が少なくなるので、不感受性の制約に対し多大な注意が払われなければならない。この手法の代替的案は、サーボ速度とは異なる出力、又はフィードフォワード命令速度を使用することである。この技術は第７．１節で説明される。
【０１３０】
ＮＢＮシェーパーの基本的な原理はゼロ減衰を持った連続したシステムに対して３パルスシェーパーの設計を調べることにより理解することができる。システムが連続的であると仮定した場合、シェーパーのインパルスは正確な時間に発生することができる。減衰比がゼロのとき、３パルスシェーパーのインパルスの振幅は［．２５  ．５０  ．２５］であり；第１のパルスは時間ゼロで起き、第２のパルスは振動の周期の半分で起き、更に第３のパルスは１周期で起きる。図３２は不減衰振動(undamped vibration)を表すサイン波と共に３パルスシェーパーのインパルスのグラフを示している。この組み合わされたグラフはサイン波に対するインパルスの位相を示している。(システムが)連続的である場合には、パルスは図３２で示されている時間に発生する。(システムが)デジタルである場合には、パルスはサンプル周期の整数倍、即ち、サンプル時間で発生するという制約を受ける。サンプル周期が振動の周期に比べ十分小さい場合、(連続的な場合と)同じ効果を達成するために、シェーパーの各パルスは最も近いサンプル時間の間に分割することができる。
【０１３１】
ナイキストレートはサンプリング速度の半分に等しく、デジタルシステムによってアライシング無しでサンプルすることができる最低の周波数を表している。よって、ナイキストレートで起きている振動は、入力がアライシング無しでデジタルシステムによって処理することができる理論的な限界であり、サイン波の１周期当り、２つのサンプルポイントの結果となる。周期当りの２つのサンプルポイントは、まさに、３パルスシェーパーに対する理想的な間隔である。図３３は３パルスシェーパーに対するデジタルパルスの間隔のグラフを示しており、そこにおいて、デジタルサンプルレート(４ＫＨｚ)はナイキストレート(サンプリングレート／２＝２ＫＨｚ)が振動周波数(２ＫＨｚ)に等しいという結果になる。よって、３パルスシェーパーは周波数を減衰するためにナイキストレートで容易に実施される。
【０１３２】
ナイキストレートより大きい周波数の振動はアライシング無しでデジタルシステムによりサンプリングできないことが知られており、それゆえ、閉ループデジタルサンプルデータシステムは(ナイキストレートより高い)高周波数の振動を減衰するために閉ループ制御技術を使用できない。しかしながら、ナイキストレートより高い周波数の振動を減衰するために、開ループ(フィードフォワード)シェーピング技術を適用することができる。図３４に示されているのは、３パルスシェーパーの間隔を開けたパルスと、振動を表しているサイン波である。この組み合わせのグラフはサイン波の位相に対するシェーパーパルスのタイミングを示している。振動の周波数はここでも２ＫＨｚであり、この例でのサンプリングレートは１．３３３ＫＨｚであり、更に、関連するナイキストレートは１．３３３ＫＨｚ／２＝０．６６６ＫＨｚである。この場合の振動の周波数はナイキストレートよりはるかに高い(２ＫＨｚ／０．６６６ＫＨｚ＝３)。
【０１３３】
シェーパーパルスのタイミングに対するサイン波の位相を調べることにより、ナイキストレートの例と同様なナイキストレート以下の(sub-Nyquist rate)例の関係が明らかになる。即ち、第１シェーパーパルスは０°で発生し、第２シェーパーパルスは１８０°及びその後、３６０°ごとに発生し、更に、第３シェーパーパルスは３６０°及びその後、３６０°ごとに発生する。サイン波の位相は３６０°ごとに繰り返すので、応答の重ね合わせは両方の場合に同じ結果をもたらす。ナイキストレート以下のシェーパーが振動周波数の推定の際に誤差に対し、より敏感になることは注意しなければならない。増大した敏感さ(又は、感受性)はパルス間に、より多い振動の周期が経過すると、(周波数の任意の誤差に対し)より大きい誤差が蓄積するという事実によるものである。
【０１３４】
７．１  命令出力の速度の影響
システムに対しデジタル命令を出すために選択される速度(又は、レート)は非常に重要である。レートは、考慮されている特定のシステムに対し意味をなすように選択される。いくつかの場合、このレートは単純に、制御システムのサーボレートになる。しかしながら、ディスクドライブに対しては、制御のために埋め込まれたサーボ情報の使用によって課される制約のために、このレートは通常高めでなければならない。抑制されるべき振動の最高周波数がサーボレートよりかなり低いシステムに対して、サーボレートは出力レートとしての使用のために適当な値になる。(通常のディスクドライブ等の)第７節で考慮されたシステム等に対しては、レートは高くなければならない。
【０１３５】
１つの手法は、出力命令をサーボレートの倍数でシステムに送ることである。この定式化では、物理的システムへの出力はサーボのレートの２、３、又は、それ以上の倍数で実施されるだろう。我々のシステムの例では、サーボレートは５ＫＨｚである。抑制されるべき最も高いモードは２ＫＨｚである。システムへの出力が３倍のサーボレート(１５ＫＨｚ)で実施された場合、振動サイクル中に７回以上のデジタル出力が存在し、それゆえ、シェーピングの公式(又は、定式)は単純になる。いくつかの可能な構成が考えられる。２つの可能性が以下に説明される。
【０１３６】
第１の例では、フィードフォワードの目的のために、制御コンピュータチップからハードウエアに対し独立した出力経路が存在する。この例の１つは、電圧命令がアンプに直接供給(フィードフォワード)されるのに対し、電流命令は閉ループサーボによる出力であるディスクドライブである。これを実際に実施するために、次のステップが実施されなければならない。サーボレート(５ＫＨｚ)で、これらのステップは、センサーの読み取り、サーボ計算の実行、サーボ出力の計算、及びこの値のサーボ出力チャンネルへの出力を行う。高めのレート(１５ＫＨｚ)で、ステップは、次の軌跡の値の計算又は検索、(望まれない動作が軌跡にまだ含まれていない場合)シェーピング方法の実行、及びフィードフォワード出力チャンネルへのフィードフォワード項の出力を行う。
【０１３７】
第２の例では、制御コンピュータチップからハードウエアに対し出力経路が１つだけ存在する。この例の１つは、電流が閉ループサーボによって生成された出力であり、更に電流がフィードフォワード項でも使用されるディスクドライブである。これを実際に実施するために、次のステップが実施される。サーボレート(５ＫＨｚ)で、これらのステップは、センサーの読み取り、サーボ計算の実行、サーボ出力の計算、及び以下の部分での使用のためのこの値の保存を行う。高めのレート(１５ＫＨｚ)で、これらのステップは、次の軌跡の値の計算又は検索、(望まれない動作が軌跡にまだ含まれていない場合)シェーピング方法の実行、及び前記の計算されたサーボ出力にフィードフォワード項を加えることを行う。
【０１３８】
上述の２つの手法の組み合わせや、これらの手法の変更である多数の関連した構成が存在する。そのような変更の１つは、フィードフォワード項からの、連続又はほぼ連続した時間出力を使用する。出力が時間どおりにスケジュールできるように、ディスクドライブや他の機械の制御ハードウエアが構築された場合、フィードフォワード出力はサーボループから本質的に非同期で伝わることができる。そのような実施の１つにおいて、ディスクドライブへの電圧は高速のクロックレート(例えば、２ＭＨｚ)の回路によって更新されるだろう。カウンタレジスタに次の電圧出力の時間をロードすることによって、ハードウエア回路は適当な時間までカウントダウンして、次の電圧値を出力できる。これは、最適な軌跡が、ここで説明された技術(又は、他の技術)を使用して計算され、サーボレートに影響することなく最適な様式で(又は、ほぼ最適な様式で)システムが動くように命令されることができるように十分大きい速度で出力されることを可能にする。
【０１３９】
ここで説明された手法の付加的な変更は、最大の電圧(又は、他のパラメーター)だけが出力されるように、切り替えられ、成形された公式(又は、定式)の１つを使用することである。例えば、剛体システムに対してだけに設計された切り替え電圧命令信号を取るために単位強度のシェーパーを使用し、切り替え電圧命令信号がほとんど振動無しでシステムを移動させるように切り替え電圧命令信号を変更することが可能である。この手法は、回路を、その出力を予め設定された時間に変化させる、単純なカウンタ駆動のスイッチにすることを可能にする。
【０１４０】
さらなる変更は、値を出力するための時間がスケジュールされ、適当な時間に(最先端のコンピュータ技術を使用して)割り込みが発生する、割り込み駆動の手法を使用することである。割り込みの時間に、制御器チップや他の装置によって適当な出力(又は、電圧スイッチ)が与えられる。ディスクドライブのＤＳＰ又はマイクロコントローラーに割り込みをかけるために、単体、又は複数のハードウエアタイマが使用されてもよい。更にもう１つの変更は、単体の命令を出され、それにより、電流ループに正確に時間合わせされた一連の命令を生成するプログラムロジックアレイ等の独立した装置を使用することである。ＤＳＰやマイクロコントローラーは、切り替え時間及び要求される遷移のリストを保持している非同期の制御ループでプログラムすることができる。
【０１４１】
８．０  ＰＶ手法
ＰＶ表は、ヘッド７６等のシステムの構成要素の速度をその構成要素の位置(即ち、構成要素がその最終地点に達するために更に進まなければならない距離)で規定する軌跡の曲線を含む。ＰＶ表を使用するために、構成要素の実際の位置がそれの所望される位置と比較される。これら２つの値の間の違いはＰＶ表で構成要素のための速度を検索するために使用される。多くのディスクドライブシステムはそれらの入力を決定するためにＰＶ表に依存している。しかしながら、これらの入力はシステムの望まれない振動の結果を生じることがある。以下に説明される技術はそのような振動を減少かつ(／又は)制限するために使用することができる。
【０１４２】
本発明のこの側面は、動的システムでの構成要素(又は、部品)の移動の制御で使用されるＰＶ表に包含されるための軌跡を生成する方法である。この方法は部品の望まれない動作の減少(即ち、良質な移動の生成)技術にしたがった軌跡を生成する。軌跡は次に、ＰＶ表に格納され、そのＰＶ表に格納された軌跡に沿って構成要素(又は、部品)が動くように制御される。
【０１４３】
詳細に述べると、システムのための良質な移動は第５節で説明された技術を使用して生成される。更に詳しく述べると、システムがモデル化され、「良質」な入力がシステムに適用され、更に、その良質な入力へのシステムの応答がシステムの軌跡としてＰＶ表に格納される。この方法で、良質な移動をシステムのためのＰＶ表の中に書き直す(又は、計算し直す)ことができ、それにより、ＰＶ公式(又は、ＰＶ定式)の中に留まりながら、システムの望まれない動作を減少させる方法(又は、経路)を与える。この手法を更に一歩進めることにより、この技術によって一続きの良質な移動を生成することができ、一続きの良質な動作を一続きのパラメーター表示されたＰＶ表に格納することができる。
【０１４４】
９．０  ＰＶフィードバック手法
従来技術のディスクドライブシステムでは、ＰＶ表から決定された速度は、例えば、図１３に示されている従来のディスクドライブシステムのブロック図に示されているように、単にシステムに供給(フィードフォワード)されるだけである。これは望まれないシステムの振動を引き起こすことがある。しかしながら、本発明のこの側面は速度がシステムに供給される前にそれを成形し、更に、システムのフィードバックループに反転したシェーピング(又は、成形)を実施し、それにより、ＰＶ表の操作に取り込まないようにフィードバックを修正する。
【０１４５】
図１４は本発明のこの側面によって制御されるディスクドライブのためのシステムのブロック図の例を示している・ディスクドライブはＰＶ表８４、シェーパー８６、及び逆の(又は、逆関数の)シェーパー(以下、逆シェーパーと呼ぶ)８７を含む。シェーパー８６は、速度の出力を成形するために、ＰＶ表８４に続いて、フィードフォワードループに配置される。シェーパー８６の逆数(又は、逆関数)から構成される逆シェーパー８７はフィードバックループに配置される。逆シェーパー８７とシェーパー８６との間の、時間領域か周波数領域のどちらかの関係は、以下のようになる。
【０１４６】
シェーパー＝Ａ／Ｂの場合、シェーパー-1＝Ｂ／Ａ
シェーパー８６と逆シェーパー８７の組み合わせは、ヘッド７６の振動等の、望まれないシステムの動作を減少させる。詳細に述べると、シェーパー８６はシステムの移動から生じるヘッド７６の振動を減少させるように、速度入力を変化させ、逆シェーパー８７はループの安定性をシェーパー８６の挿入の前のフォワードループ(の状態)に戻すために動作する。シェーパー８６及び逆シェーパー８７は、米国特許第４，９１６，６３５号及び第５，６３８，６３５号に説明さているシェーパー及び逆シェーパーに限定されない。実際、シェーパー８６及び逆シェーパー８７は極−ゼロ動的ブロック(pole-zero dynamic block)、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタ、タップ付き連続遅延ラインフィルタ(tapped continuous delay line filter)や同様なもの等のどれであってもよい。
【０１４７】
図１５及び図１６は、Ａを入力とし、ＦＩＲフィルタを使用して形成された、シェーパー(「ＩＳ」)及び逆シェーパー(「ＩＳ-1」)の、それぞれの、入力と出力との関係を示している。詳細に述べると、ＩＳとＩＳ-1の入力と出力との間の関係は以下のようになる。
【数５１】
2002516423.tif 000051
図１７及び図１８は、タップ付き連続遅延ラインフィルタを使用して形成された、シェーパー(「ＩＳ」)及び逆シェーパー(「ＩＳ-1」)の、それぞれの、入力と出力との関係を示している。詳細に述べると、ＩＳとＩＳ-1の入力と出力との間の関係は以下のようになる。
【数５２】
2002516423.tif 000052
図１９及び図２０は、ＩＩＲフィルタを使用して形成された、シェーパー(「ＩＳ」)及び逆シェーパー(「ＩＳ-1」)の、それぞれの、入力と出力との関係を示している。詳細に述べると、ＩＳとＩＳ-1の入力と出力との間の関係は以下のようになる。
【数５３】
2002516423.tif 000053
まとめると、本発明のこの側面は、ディスクドライブ１０等の、動的システムにおいて、ヘッド７６等の、構成要素(又は、部品)を制御するためにＰＶ表を使用するための方法及び対応する装置に向けられている。本発明は構成要素の位置変数を生成し、ＰＶ表を使用して構成要素のための速度命令を決定し、そこにおいて、速度命令は位置変数に基づいて決定される。速度命令は次に、成形された速度命令を生成するために、入力シェーパーか同様のものを使用して成形され、その後に、構成要素はその成形された速度命令に基づいて動くように制御される。本発明において、構成要素の現在の位置は、位置変数を決定するために構成要素の測定された位置と比較される。そして、逆シェーピングは測定された位置を現在の位置と比較する前に測定された位置に実施される。
【０１４８】
１０．０  Ｎ次元ＰＶ表
本発明はまた、前述のフィードバック手法及び前述の良質の移動を生成するための手法と関連して使用される(使用されなくてもよいが)増強されたＰＶ表を与える。背景として、特に、異なった距離の移動に対して同じＰＶ表は正確な結果を導かない。この問題に対処するために、従来のディスクドライブシステムは、通常、１つ、２つ、又は３つのＰＶ表、即ち、短い距離の移動のために１つ、中くらいの距離の移動のために１つ、更に長い距離の移動のために１つ、を備える。どの表が選択されるかは、所望の移動の距離に依存する。移動距離に対して３つの離散的な値が与えられているだけなので、システムは最終地点に満足のいく速さでは着かない。
【０１４９】
本発明はより良い手段、即ち、Ｎ(Ｎ＞２)次元のＰＶ表を与え、そこにおいて、速度は位置の関数であるとともに、移動距離、抵抗、温度等の、第３(第４、第５、その他)の変数の関数である。要求される速度の値は全ての移動距離に対してディスクドライブの物理的限界をより精密に表すので、この手法は効果的に増大した速さを与える。更に、ディスクドライブシステムが本質的に３次元なのに対し、従来のＰＶ手段は本質的に２次元なので、この方法は、特にディスクドライブの分野で、従来の定式化より意味をなす。本発明はいかなる数Ｎ(Ｎ＞２)の次元を持ったＰＶ表であってもよいが、簡潔のため、ここで与えられる例は主に３次元のＰＶ表を参照する。
【０１５０】
ＰＶ表のための軌跡を決めるために、システムの動的モデルが決定されなければならない。そのようなモデルの例は部分分数展開方程式１９である。次に、時間の関数であり、モデルを所望の距離だけ移動させるシステムの入力がそのモデルに基づいて生成される。例えば、システム入力は一続きの切り替え時間及び電圧レベル、又は電圧レベルのデジタルシーケンスから成ってもよい。入力は、システムモデルとの関連で、システムの所望の動作をシミュレートするために使用される。位置及び速度出力の両方を生じるいかなる形式のモデルも適している。例としての、３次の電圧−位置伝達関数、
【数５４】
2002516423.tif 000054
は、位置及び速度が出力として有効になるように変形及び操作することができる。乗法の可換性を利用して、伝達関数は再構成され、以下のように電圧入力及び、位置及び速度出力を持ったブロック図(式５５)を導くために分解される。
【数５５】
2002516423.tif 000055
上述の「ブロック図」は、電圧入力に対応する速度及び位置の出力を算出するコンピュータシミュレーションの基本原理として使用される。時間の順方向に積分が実施される。入力(例えば、３つの切り替え時間及び３つの電圧レベル)の形式とモデルが単純である場合、時間領域方程式(time domain equation)に対するシステムモデルの直接的な分析的解法をシミュレーションの代替手段として使用することができる。シミュレーションの速度、及び位置出力は次に、ＰＶ表の１つのバージョンを形成するために表にされる。
【０１５１】
本発明はＰＶ表の生成に対し３つの手法を可能にする。第１に、ＰＶ表を生成するために成形された入力を順方向に積分することができ、上述のブロック図では、シェーパーが電圧入力に続いて挿入される。第２に、成形されてない入力を順方向に積分することができ、そして、その積分の出力を成形し、表に格納することができる。第３に、制約に基づいた手法を使用して振動の減少した軌跡を計算することができ、この入力を順方向に積分し、それの出力を表に格納することができる。上述の部分分数展開方程式の微分の前に、システムをそれの最終目的地に移動することを保証する入力を生成する方法はなく、それゆえ、順方向の積分は実行可能な手法ではない。最終状態からの反転した積分が通常使用される。
【０１５２】
生成された入力を使用することにより、システムの出力は時間に対し、時間の関数としての位置及び、時間の関数としての速度の値を生成するように決められる。これらの値は次に、位置の関数の速度として、書き直される(又は、計算し直される)。３次のＰＶ表を生成するために、上述の処理は、速度を位置及び第３の変数の関数として生成するために第３の変数に対して繰り返される。処理は次に、付加的な変数に対して繰り返されてもよい。
【０１５３】
３次元のＰＶ表は非常に大きいメモリ空間を必要とし、それゆえ、全ての状況において現実的とういうわけではないので、本発明は、一連のＰＶ軌跡を使用した、３次元ＰＶ表の動作に近づくためのいくつかの方法を与える。例えば、本発明は多様な移動距離に対して一連のＰＶ軌跡を生成し、これらの軌跡を格納し、そして、全ての他の軌跡を無視しながら望まれた移動距離に対応する軌跡を選択する。よって、この場合、所望の移動距離に基づいて、位置−速度表から一連の軌跡の１つが選択され、システムはそれに従って制御される。
【０１５４】
３次元のＰＶ表に近づくためのもう１つの方法は、図２１のＰＶ表で示されているもの等の、ＰＶ表の一連の軌跡に曲線適合(curve fitting)を実施することである。図２１への参照で、コンピュータのディスクドライブの分野において、実際の目標速度は通常、ＰＶ表には含まれていないことに注意しなければならない。その代わりに、目標速度に加え、トラックに留まるためのアクチュエーターのアームの運動に関連した付加的な項から成る速度命令がＰＶ表に含まれる。曲線適合に関しては、図２１に示されている曲線が実質的に規則的であるので、曲線をパラメーター表示し、システムを制御するための単体のＰＶ軌跡を生成するために使用される関数を生成することが可能である。
【０１５５】
図２２は、図２１に示されている曲線から生成されたパラメーター表示された曲線の例である。図２２に示されている例に対し、最も低い曲線(３０００)と最も高い曲線(１００)との間の曲線の推定は、移動距離に基づいた最も低い曲線と最も高い曲線の重み付けした平均値を取得することにより得ることができる。結果として、この例において、全ての一連の曲線は、たった２つの曲線の重み付けした平均値を取得することと、重み付けした平均値の重み付けを調整するために本来の移動距離を使用することによって推定することができる。３次元のＰＶ表に近づくためのもう１つの方法は、各移動距離に対しリアルタイムでカスタムの(又は、専用の)ＰＶ表を生成することである。これは第４節で記述されたコンピュータのディスクドライブに対するシステム方程式１９を使用して成し遂げられる。
【０１５６】
更に、温度、抵抗、その他の変化等の、システムパラメーターの変化の測定値に基づいて、ＰＶ表の一連の軌跡を修正することも可能である。これは、動作中にシステムパラメーターを推定し、システムパラメーターが予め決められたシステムパラメーターの値から変化したかを決定することによって成し遂げられる。そして、そのシステムパラメーターの変化に基づいて、ＰＶ表の軌跡が修正され、その後に、修正された軌跡がＰＶ表に格納される。従来のパラメーター推定装置(parameter estimator)を含む、システムパラメーターを推定するための全ての方法が、本発明と共に使用されてもよい。例えば、ディスクドライブが温度上昇したときに、その中の抵抗が変化する。以前の移動の応答を調べることにより、抵抗を推定し、抵抗の変化を決定し、更に必要であれば、ドライブのＰＶ表を再計算することが可能である。
【０１５７】
更に詳細に述べると、ディスクドライブシステムにおいて、移動の最初の期間中は、システムは飽和状態にあり、ＰＶ表は無効になっている。これは、移動が可能な限り加速するように電圧にステップ命令を出していることに対応する。この加速期間中に、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するために使用されるボイスコイルモーター(voice coil motor)を通して流れる実際の電流を測定することができる。これを知ることにより、抵抗によるシステムのエネルギー損失を測るためにエネルギー収支(energy balance)の計算を実施することが可能になる。抵抗によるエネルギーの損失は、ディスクドライブへ入力されたエネルギーからボイスコイルモーターのエネルギーを引き、更に、ボイスコイルモーターのコイルインダクターに蓄積されたエネルギーを引いたものに等しい。これは、ボイスコイルモーターの慣性を仮定し、ボイスコイルモーターのインダクタンスが既知であるか、求めることができると仮定することによりなされる。
【０１５８】
リアルタイムで、抵抗を推定するために以下のステップが実施される。(ｉ)各時間ステップに対し、ドライブのボイスコイルモーターに入力される実際の電流と実際の電圧を測定すること、(ｉｉ)システムへの全エネルギー入力を求めるために、ドライブ内の電力(電圧に電流を掛けることによって求められる)を時間で積分すること、(ｉｉｉ)ボイスコイルモーターの瞬間の運動エネルギーを計算すること、(ｉｖ)モーターのインダクタンスの瞬間のエネルギーを計算すること、(ｖ)二乗されたドライブの電流の時間の積分を計算すること、(ｖｉ)エネルギー入力から運動エネルギー及びインダクターのエネルギーを引き、電流の時間積分で割ることにより抵抗の推定値を求めること。よって、各積分の後、ディスクドライブの抵抗の推定値が計算される。そして、これはＰＶ表を更新するために使用される。
【０１５９】
他のシステムパラメーターを推定するために、運動量収支方程式(momentum balance equation)の同様なエネルギーを使用することができる。例えば、モーターのトルクを推定するために、以下の方程式を使用することができる。
【数５６】
2002516423.tif 000056
この方程式はリアルタイムで解くことができ、更に、全ての移動中や、移動中の増加性の開始時に解くことができる。
【０１６０】
ＰＶ表を作成するための上述の技術はオフラインで計算でき、それにより、移動距離やシステムパラメーターの関数としてＰＶ表のパラメーター表示や曲線適合を可能にする。その結果、移動距離及びシステムパラメーターに基づいてＰＶ表を検索することが可能になる。更に、Ｎ次元のＰＶ表がここで説明されている振動減少以外の分野で使用することができることや、非次元のＰＶ表を本発明への関連と共に使用することができることは注意しなければならない。非次元ＰＶ表は、ＰＶ表のＸ軸の独立変数が予め決められたスケーリング因子を使用して目盛り付けされるＰＶ表から成る。そのような因子は、例えば、移動したトラックの最大数やそれに類似したものである。
【０１６１】
１１．０  過渡的な「ショット(ＳＨＯＴ)」のシェープ
ディスクドライブを制御するためのＰＶ手法の従来の実施は以下の多様なステップを含む：(ｉ)飽和状態まで電流を増加させること(これのために多様な技術が使用される)；(ｉｉ)何らかの抑制状態が満たされるまで最大の飽和電流を命令すること；(ｉｉｉ)ＰＶ曲線に交差するまで最大の飽和減速に遷移すること；(ｉｖ)ドライブが最終的な目的地に近づくまでＰＶ曲線に追従すること；及び、(ｖ)システムをトラックに持ってくるためにターミナルコントローラ(terminal controller)をオンにする。ＰＶの移動の開始時及び最中の急激な遷移によって、機械的、音響的の両方の多数の振動が発生する。その結果、入力シェーピング(又は、振動減少技術)を軌跡のこれらの部分にだけ適用する必要がある。
【０１６２】
ショット(ＳＨＯＴ)を使用した、動作の新しいシーケンスは以下のようになる：(ｉ)飽和状態まで電流命令を入力シェープ(Input ShapeTM)(又は、入力成形)する；(ｉｉ)なんらかの抑制状態が満たされるまで、最大の、飽和電流が命令される；(ｉｉｉ)ＰＶ曲線に交差するまで最大の、飽和減速への遷移を入力シェープする；(ｉｖ)ドライブがそれの最終目的地に近づくまでＰＶ曲線に追従する；及び、(ｖ)システムをトラックに持っていくためターミナルコントローラをオンにする。飽和への遷移は２つのステップだけなので、シェープされた遷移はシェープされたステップ(又は、段階)になる。
【０１６３】
入力が飽和の結果となり、命令生成器がその飽和に気づかない場合、シェーピングは非効果的になることがある。この状況に対処するいくつかの方法がある。以前の移動に基づいて、いつ飽和に達するかの推定を利用してシステムを飽和状態に命令することが可能である。例えば、最大の電圧及びコイルの抵抗(又は、電圧／コイル抵抗の係数か指数)を推定することによって、飽和時の最大電流を得ることができる。電流は定数によって加速度と関係し、実効電圧は逆向き起電力定数(back EMF constant)に速度を掛けた値を引いた飽和電圧であるので、一度、システムが飽和状態に成形されると、加速度及び速度を測定することによって飽和電流を計算することができる。
【０１６４】
これらの計算に基づいて、実際の飽和のレベルを計算することが可能である。そこで、システムを飽和状態に保持するために十分で(かつ、大きすぎない)入力を命令し、大きすぎる値によってこのレベルを超えることがないようにすることが重要である。この値をある程度の大きさ以上に超えてしまった場合、システムをスローダウンするために命令が反転されるときに適用される成形はその開始時に「切り放し(chopped-off)」されてしまう。例えば、ＤＡＣからの５Ｖの出力命令が、その時の速度で電流増幅器を安定状態で飽和させる場合、６Ｖの命令は望ましくない。減速への遷移の間、このエラーが修正されずにいる場合、シェーピング処理の最初の部分としてシェーパーが、例えば、５．５Ｖに電圧を減少させても、増幅器は飽和状態のままである。それゆえ、成形の効果は劣化する。
【０１６５】
ショット技術はＰＶ手法への適用に最も適しているが、それは決してＰＶには限定されない。ディスクドライブがシステムへの命令で大きな遷移を引き起こすように動くことを命令する全ての方法はショットの候補である。ユーザーは、単に、急激な、又は増大する遷移の代わりに成形された遷移を使用する必要がある。この手法のかぎは、急激な遷移が振動やノイズを引き起こし、滑らかな遷移もたびたび、(急激な遷移よりも小さいが)振動やノイズを引き起こすのに対し、成形された遷移はどのようなレベルの振動やノイズを生じるようにも構成することができることである。その効果は予想可能であり、移動はほとんど長くならないので、このことは、成形された遷移の使用を望まれるものにする。ショットはまた、命令の変化と同様に、ゲインの急激な変化によって生じる遷移に対しても使用することができる。この出願において、ゲインはここで説明されている(又は他の資料からの)シェーピング技術の１つを使用して、１つのレベルからもう１つのレベルへ成形された方法で変化させられる。
【０１６６】
１２．０  まとめ
ここで、本発明の全ての側面がハードウエア、ソフトウエア、又は、その組み合わせで実施可能であることを繰り返しておく。更に、本発明はコンピュータのディスクドライブとの関連で記述されてきたが、磁気ディスク以外の記憶媒体からの読み込みや、それへの書き込みをする光学駆動装置、テープ駆動装置、多重起動ディスクドライブ、及びホログラム記憶装置等を含む(これらだけには限定されないが)他のタイプのデータ記憶装置にも同等に適用することができる。
【０１６７】
本発明は特定の実施例に関連して説明されてきた。本発明が上述の実施例及びそれの変更だけに限定されず、また、当業者によって、付随する請求の範囲の意図及び範囲から外れることなく、多様な変更や修正がなされるだろうことは理解されなければならない。
【０１６８】
2002516423.tif 000057
2002516423.tif 000058
2002516423.tif 000059
2002516423.tif 000060
2002516423.tif 000061
2002516423.tif 000062
2002516423.tif 000063
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明が実施されるコンピュータシステムの斜視図である。
【図２】
コンピュータシステムのアーキテクチャを示す。
【図３】
本発明によってグラフィカルユーザインターフェースを生成するためのプロセス段階を示す。
【図４】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図５】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図６】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図７】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図８】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図９】
本発明により生成されるグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１０Ａ】
本発明により制御されるディスクドライブの破断図である。
【図１０Ｂ】
本発明によりディスクドライブを制御するための回路のブロック線図である。
【図１１】
コンピュータディスクドライブのフィードバック線図である。
【図１２】
コンピュータディスクドライブにより為された異なる移動に対する「良い」移動対「悪い」移動のグラフを示す。
【図１３】
従来技術のディスクドライブシステムのフィードバック線図である。
【図１４】
本発明によるディスクドライブシステムのフィードバック線図である。
【図１５】
有限インパルス応答フィルタ整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図１６】
有限インパルス応答フィルタ逆整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図１７】
連続遅延線フィルタ整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図１８】
連続遅延線フィルタ逆整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図１９】
無限インパルス応答フィルタ整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図２０】
無限インパルス応答フィルタ逆整形技術の入出力間の関係を示すブロック線図である。
【図２１】
本発明の実施例で使用された位置−速度表における軌跡の例を示す。
【図２２】
本発明による位置−速度表における軌跡のパラメータ表示を描く。
【図２３Ａ】
ディスクドライブシステムのための１トラック及び３０００トラック移動に対する最適な剛体電圧コマンドを示す。
【図２３Ｂ】
ディスクドライブシステムのための１トラック及び３０００トラック移動に対する最適な剛体電圧コマンドを示す。
【図２４】
ディジタル化された入力電圧波形を示す。
【図２５】
連続パルスとして概念化された図２４の波形を示す。
【図２６】
１組のインパルスとして表された図２５の各パルスを示す。
【図２７】
フィードバックシステムのブロック線図を示す。
【図２８】
図２７で示されるシステムへの入力に対するラプラス微分演算子の適用を示す。
【図２９】
図２８の入力の拡大版を示す。
【図３０】
図２９に示される入力のブロック線図代数を使用した変形を示す。
【図３１】
図３０に示される入力の変形を示す。
【図３２】
不減衰振動のサイン波表現と一緒に３パルス整形器のインパルスのグラフを示す。
【図３３】
不減衰振動のサイン波表現と一緒に３パルス整形器のためのディジタルパルス間隔のグラフを示す。
【図３４】
３パルス整形器及び振動のサイン波表現に対するパルス間隔を示す。
【図３５】
動的システムの電圧パルス応答を示す。
【符号の説明】
１  コンピュータシステム
１０  ディスクドライブ
１１  メモリ
１２  データ
１４  アプリケーション
１５  オペレーティングシステム
１６  ディスクドライブエンジン
１７  ディスプレイインターフェース
１９  キーボードインターフェース
２０  マウスインターフェース
２１  ディスクドライブインターフェース
２２  コンピュータバス
２５  プロセッサ
２６  プリンタインターフェース
２９  コントローラ
３０  スライディングバー
３７  入力ボックス
３９  表示ボックス
４２  チェックボックス
４４  コントローラ
４５  スライディングバー
５０  コントローラ
５４  プレビューコントローラ
５５  表示領域
６０  ボタン
６１  ボタン
６２  ボタン
７０  ウィンドウ
７２  モータ
７３  プロセッサ
７４  アクチュエータアーム
７５  センサ
７６  ヘッド
７７  磁気ディスク
７９  信号