(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置であって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
請求項１において、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数の位相から１８０度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数の位相から１８０度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかの請求項において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。
【請求項６】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数の位相から１８０度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れ、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。
【請求項７】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項８】
請求項７において、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数での位相から１８０度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れていることを特徴とする位置決め方法。
【請求項９】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数での位相から１８０度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れていることを特徴とする位置決め方法。
【請求項１０】
請求項７ないし９の何れかの請求項において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項１１】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項１２】
加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する２重積分特性を有する剛体モードに少なくとも１つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−２７０度から−４５０度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第１の共振モード周波数での位相から１８０度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢを越える前記第１の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第２の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第２の共振モードにおける位相は、前記第１の共振モードの位相から１８０度遅れ、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが０ｄＢの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の０．５倍から２倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御器からの入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の次元となる２重積分特性を持った剛体モードと、１つもしくは複数の共振モードとを有する制御対象の位置決めを行う位置決め装置に関し、特にボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で駆動されるディスク装置のヘッドの位置決め装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置は、一般に、図１９に示すような構成となっており、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３で駆動力を発生しピボット２周りに回転するキャリッジアーム４を介してヘッド６をディスク５上の所望のトラックへ位置決めする機構系を有している。
【０００３】
ＶＣＭ３への入力は制御量である目標トラックからの偏差信号をサンプリングしデジタル制御器で適切な制御入力として計算され、ホルダ回路やドライバを介してＶＣＭ３へと伝達される。これにより制御ループが構成される。一方、ＶＣＭ３の発生トルクからヘッド６の位置までの制御対象周波数応答は一般に２重積分器で表される剛体モードと複数（場合によっては１つ）の共振モードの合成された結果として式（１）のように記述される。
【０００４】
【数１】
0004139065.tif 000002
【０００５】
厳密には１００Ｈｚ前後に剛体モードも共振を持つと見なさなければならない場合もあるが（ＤＣゲインが無限大にはならない）、後述する本発明の結果はこの低周波数域の共振の有無には左右されないので、以下共振と言えば、その数も含めて式（１）の右辺第２項のみを指す。
【０００６】
従来、この共振モードは３ｋＨｚ以上に顕著に現れ、そのため制御帯域（制御系の開ループ周波数応答ゲインが０ｄＢを横切る最も低い周波数）が制限され、位置決め精度の向上を阻むひとつの要因となっていた。磁気ディスク装置では、この共振に対して、ゲインを特定の周波数のみで減衰させるノッチフィルタと呼ばれるフィルタを用いて、開ループ周波数応答ゲイン線図において共振のピークが０ｄＢを越えないように設計することが広く一般に行われている。
【０００７】
また、近年では、制御器のデジタル化によってシングルレートではナイキスト周波数以上の機械共振に対応できなくなったため、制御量のサンプリング周波数の２倍や４倍のサンプリングレートで計算されるマルチレートデジタルフィルタを実装する技術が米国特許５，３２５，２４７号に開示されている（公知例としてはノッチフィルタ部分をアナログフィルタ回路として実装することが一般的）。
【０００８】
また、さらに最近では、文献「電気学会産業計測制御研究会資料ＩＩＣ−００−５７」に記載されているように、４ｋＨｚ前後の低い周波数の共振モードに対して全くノッチフィルタ対策を行わずにデジタル制御器のみでアクティブに共振に減衰をかける方法（機械制御で用いられる専門用語。ノッチフィルタによる方法は外乱特性では共振振動が残留するためパッシブと呼ばれ、この方法はそれと対をなす）が提案されている（制御系の開ループ周波数応答ゲイン線図において共振のピークが０ｄＢを越えていることが特徴）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許５，３２５，２４７号を含むノッチフィルタを用いる方法の問題点は、制御系の位相余裕を大きくとれず、ひいては感度関数（誤差圧縮特性）のピーク値を低く押させることができず位置決め精度が劣化することである。その理由は、ノッチフィルタは、その実装法（アナログ回路・マルチレートデジタルフィルタ）によらず、制御帯域付近では必ず位相を遅らせる特性を有しているからである。
【００１０】
また、前記文献「電気学会産業計測制御研究会資料ＩＩＣ−００−５７」の問題点は、アクティブに減衰させる共振モードの周波数が高くなると十分な安定余裕が確保できず、また複数の共振モードを同時に減衰できないことである。その理由は、共振（特にナイキスト周波数付近の高域）に対処する方法が無く、また、複数の共振モードの同時最適化には言及しておらず、これは当該技術者の知識をもってしても推定困難であるからである。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御器からの入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の次元となる２重積分特性を持った剛体モードと、１つもしくは複数の共振モードとを有する制御対象の位置決めを行う位置決め装置、特にボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で駆動されるディスク装置のヘッド位置決め装置において、制御量サンプリング周波数で決まるナイキスト周波数付近の共振をアクティブに減衰させ、かつさらに高周波数の共振モードも同時に減衰させることで高い位置決め精度を達成できる位置決め装置及び位置決め方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明の請求項１は、剛体モード（低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない）に１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、デジタル制御器とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲイン線図が０ｄＢを越える共振モード（剛体モードに付属するものは数に加えない）のうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数に着目し、その周波数での位相が実質的に−２７０度から−４５０度に近づくように位相を調整する位相調整フィルタを制御ループに設けたものである。これにより、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、より高精度な位置決めが可能となる。
【００１３】
また、本発明の請求項２は、デジタル制御器（零次ホルダの特性も含む）とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答における第１の共振モード周波数での位相がさらに１８０度遅れる周波数と、開ループ周波数応答のゲイン線図での０ｄＢを越える第２の共振モードの周波数とをほぼ一致するようにし、かつ制御対象は第２の共振モードでこの制御対象単独の位相が第１の共振モードの位相よりさらに１８０度遅れるような機械特性を有するように構成する。これにより、第１の共振モードより高い周波数のゲインが０ｄＢを越える第２の共振モードにおいても、第１の共振モードと同時にアクティブに減衰させることが可能となる。すなわち、制御帯域を更に拡大できる。
【００１４】
さらに、本発明の請求項３は、剛体モード（低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない）に１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、その入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域（開ループ周波数応答の０ｄＢクロス周波数）の０．５倍から２倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するように構成する。これにより、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る位置決め装置の構成を、図１及び図１９を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１に示す位置決め装置は、図１のアクチュエータ・ドライバ１０２によって駆動される図１９のボイスコイルモータ３（このモータ自体はアクチュエータとして図１のアクチュエータ・ドライバ１０２に含まれる）と、図１９のキャリッジアーム４と、図１９のヘッド６などから構成される。制御対象１０１からは制御量である制御対象の位置（ヘッド位置）が、所望のトラックとの相対位置の形で出力される。ここでは、デジタルコントローラを仮定しており、制御量はサンプリング周期Ｔｓで動作する図１のサンプラＳＴｓ１０３を介してサンプリングされ、デジタル部（図１に示す位相調整フィルタ１０４、アップサンプラ１０５、デジタル制御器１０６）で演算後、サンプリング周期Ｔｓの１／２の周期Ｔｈで動作する零次ホールド回路ＨＴｈ（零次ホルダＨＴｈ）１０３を通してアクチュエータ・ドライバ１０２へ制御入力を伝達する。
【００１７】
また、前記デジタル部は、サンプリング周期Ｔｓで動作する通常の制御器（ＰＩＤ制御器や位相進み補償器）１０６と、アップサンプラ１０５を通して２倍のレート、すなわち周期Ｔｈで動作する位相調整フィルタ１０４とにより構成される。これに対して、従来のデジタル部は、図１５に示されるように、位相調整フィルタ１０４の代わりにノッチフィルタ３０４が使用されている。
【００１８】
（第１の実施の形態）
以上のように構成された本発明の位置決め装置の第１の実施の形態を示す動作を図２ないし図５を参照して詳細に説明する。
図２は、位相調整フィルタ１０４を除いたデジタル制御器１０６とその演算時間遅れ（機能ブロックとしては図示せず）、アクチュエータ・ドライバ１０２および制御対象１０１の全てをあわせた開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。この開ループ周波数応答は具体的には次のようにして求める。すなわち、制御対象１０１の伝達関数を前述の式（１）で求め、かつサンプラＳＴｓ１０７＋ホルダＨＴｈ１０３を式（２）、即ち
【００１９】
【数２】
0004139065.tif 000003
【００２０】
で求め、さらに演算時間遅れを式（３）、即ち
【００２１】
【数３】
0004139065.tif 000004
【００２２】
により求める。
そして、デジタル制御器１０６のパルス伝達関数をＨｄｃ（ｚ）とすれば、式（４）、即ち
【００２３】
【数４】
0004139065.tif 000005
【００２４】
により、周波数応答を求めることができるため、式（５）、即ち
【００２５】
【数５】
0004139065.tif 000006
【００２６】
のように結合して求めることができる。ただし、Ｔｓ＝１／１２ｋＨｚ、Ｔｈ＝Ｔｓ／２である。
【００２７】
図２の位相線図は、縦軸のレンジは−１８０度から＋１８０度であり２ｋＨｚ付近で−１８０度をまわり、さらに遅れていくことを示している（位相は３６０度で一回りするので図的には＋１８０度側へ戻っているが）。すなわち、問題とする５．７ｋＨｚ（ゲインが０ｄＢ以上の）の共振モードの位相はほぼ−３６０度から−５４０度にかけて存在している。そこで本発明では図３に周波数応答が示されるマルチレート（周期Ｔｈで動作）の位相調整フィルタ１０４を制御ループに挿入している。その結果、この位相調整フィルタ１０４挿入後の開ループ周波数応答は図４のように変化する。
【００２８】
図４では、問題とする５．７ｋＨｚの共振モードの位相はほぼ−２７０度から−４５０度にかけて存在するようになっている（制御対象１０１による制御量の入力時点を起点として２７０度から４５０度の範囲の位相の遅れ）。結果として、十分な安定余裕をもって（制御帯域（開ループ周波数応答のゲインが０ｄＢを横切る最も低い周波数）９２０Ｈｚ、位相余裕３７度）、ほぼナイキスト周波数付近の共振をアクティブに減衰させることができており、図５（破線が理論値、実線が実験値）の感度関数（誤差圧縮特性）周波数応答に示されるように、５．７ｋＨｚでも感度関数が圧縮可能（０ｄＢ以下）を示している。ただし、実験では共振モードのエリアスが発生したため１．５ｋＨｚで感度関数に小さなピークが生じた。この解決方法は後述する第３の実施の形態で説明する。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本位置決め装置の第２の実施の形態の動作について図６ないし図８を参照して詳細に説明する。
図６は、デジタル制御器（零次ホルダの特性も含む）１０６とその演算時間遅れ、アクチュエータ・ドライバ１０２および位相調整フィルタ１０４の全てをあわせた制御部周波数応答を示す図である。簡単のため第１の共振モードが６ｋＨｚ（機構設計時のノミナル値）にあったとすると、そこから更に図６の位相が１８０度遅れるのは１０．５ｋＨｚ付近である。したがって、この周波数付近に第２の共振モードが来るように機構を設計することで２つの共振を同時にアクティブに減衰できる。
【００３０】
ただし、１０．５ｋＨｚでの制御対象の位相特性は、図７に示したように６ｋＨｚの共振よりさらに１８０度遅れるように設計する。このような特性の機構系を有することで、第２の共振モードでの制御系開ループ周波数応答の位相は、−６３０度から−８１０度に来るようになり安定化できる。図８はこの条件を満たしていない周波数応答の例であるが、この場合、１０．５ｋＨｚで位相を１８０度変化させる補償が必要となり、実質的に制御不能である。図２〜図５に示す設計結果は、この条件を満足するように作られた機構系である。理論推奨値より第２の共振モードの周波数が下がり９．２ｋＨｚとなってしまい（設計精度の問題）、９．２ｋＨｚでの位相が−６３０度から−８１０度より回復気味の所に来てしまったが、実験結果は図７より同時にアクティブダンピングができていることが実証されている。
【００３１】
（第３の実施の形態）
次に、本位置決め装置の第３の実施の形態の動作について図９ないし図１３を参照して詳細に説明する。
前述の第１及び第２の実施の形態では、サンプリング周期Ｔｓ＝１／１２ｋＨｚに選択したため１０．５ｋＨｚの共振モード（９．２ｋＨｚの隣の小さな共振）がエリアスをおこして制御帯域付近の１．５ｋＨｚに折り返したため、図５の感度関数周波数応答に望ましくないピークが発生した。この現象を抑止するためには例えばサンプリング周期Ｔｓ＝１／１３．５ｋＨｚのように選べばよい。このとき、９．２ｋＨｚの共振は４．３ｋＨｚへ、１０．５ｋＨｚの共振は３ｋＨｚへ折り返されるので、安定性に関係する制御帯域付近へは影響しない。そこで、サンプリング周期Ｔｓ＝１／１３．５ｋＨｚに選び、図９の位相調整フィルタを除く開ループ周波数応答に対して図１０の特性で示される位相調整フィルタを設計することにより、全体として図１１に示す開ループ周波数応答が得られるようになった。
【００３２】
図１２は感度関数の周波数応答を示している。周波数応答のシミュレーションは１ｋＨｚ以上で行ったが、点線の理論値に一致した結果が得られた（図１１中の実線）。同図に破線でエリアスの問題を起こした１２ｋＨｚサンプリング時のシミュレーション結果を並記すると１．５ｋＨｚのピークが認められるが、１３．５ｋＨｚサンプリング設計では無くなっている。このため、図１３に示すごとく、例えばサンプリング周期Ｔｓ＝１／１３．５ｋＨｚ、制御帯域１ｋＨｚに対してならば、エリアスが５００Ｈｚから２ｋＨｚに発生しないように図中の共振排除周波数帯に共振モードを持たない機構系、もしくはそのようにサンプリング周期Ｔｓを選択することである。
【００３３】
このような特徴を有する本位置決め装置の効果を、ノッチフィルタを使用する従来の図１５の位置決め装置と比較して説明する。従来装置では、図１６に示すマルチレートデジタルノッチフィルタを使用し、制御帯域が本発明と同じとなるように図１７の開ループ特性を設計し、図１８の感度関数周波数応答を得た（点線が理論値、実線が実験値）。
【００３４】
本発明では、図２に示される開ループ周波数応答で制御帯域９２０Ｈｚに対して位相余裕が３７度となり、結果として図５のようなピークの低い感度関数が達成された。実験では、３．５インチ、４０００ｒｐｍの磁気ディスク装置を用いたが、達成された位置決め精度は、位置決め誤差の標準偏差の３倍値（３シグマ値）で５８ナノメートルであった。一方、従来装置では、図１７に示される開ループ周波数応答で制御帯域９２０Ｈｚに対して位相余裕が２７度となり、結果として図１８のようなピークの低い感度関数が達成された。同一の機構系を持つ装置で達成された位置決め精度は、位置決め誤差の標準偏差の３倍値（３シグマ値）で６５ナノメートルであった。
【００３５】
なお、位相調整フィルタとしては、図１４に示すような、アナログ位相調整フィルタ２０４として実装しても良い。
【００３６】
このように本位置決め装置は、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、より高精度な位置決めができることである。その理由は、剛体モード（低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない）に１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるアクチュエータおよびそのドライバと、制御量をサンプリングする回路とから、制御対象の位置を制御するように構成し、デジタル制御器とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび制御対象の全てあわせた開ループ周波数応答において、そのゲイン線図が０ｄＢを越える共振モード（剛体モードに付属するものは数に加えない）のうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数に着目し、その周波数での位相が実質的に−２７０度から−４５０度に近づくように位相を調整する位相調整フィルタを制御ループに具備しているからである。
【００３７】
また、本位置決め装置は、第１の共振モードより高い周波数が０ｄＢを越える第２の共振モードも同時にアクティブに減衰させることができることである。その理由は、デジタル制御器（零次ホルダの特性も含む）とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答において、第１の共振モード周波数での制御部周波数応答の位相がさらに１８０度遅れる周波数と開ループ周波数応答のゲイン線図における０ｄＢを越える第２の共振モードの周波数がほぼ一致するようにし、かつ制御対象は、第２の共振モードでの制御対象単独の位相が第１の共振モードの位相よりさらに１８０度遅れるような機械特性を有するからである。
【００３８】
また、本位置決め装置は、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことができることである。その理由は、剛体モード（低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない）に１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるアクチュエータおよびそのドライバと、制御量をサンプリングする回路とから、制御対象の位置を制御するようにした位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域（開ループ周波数応答の０ｄＢクロス周波数）の０．５倍から２倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するように構成したからである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、剛体モードに１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、デジタル制御器とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲイン線図が０ｄＢを越える共振モードのうち最も周波数の低い第１の共振モードの周波数の位相が実質的に−２７０度から−４５０度に近づくように位相調整する位相調整フィルタを制御ループに設けるようにしたので、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、したがってより高精度な位置決めが可能となる。
【００４０】
また、デジタル制御器（零次ホルダの特性も含む）とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答における、第１の共振モード周波数での位相がさらに１８０度遅れる周波数と、開ループ周波数応答のゲイン線図での０ｄＢを越える第２の共振モードの周波数とがほぼ一致するようにし、かつ制御対象は第２の共振モードでこの制御対象単独の位相が第１の共振モードの位相よりさらに１８０度遅れるような機械特性を備えるようにしたので、第１の共振モードより高い周波数のゲインが０ｄＢを越える第２の共振モードにおいても、第１の共振モードと同時にアクティブに減衰させることが可能となり、これより、制御帯域を更に拡大できる。
また、剛体モードに１つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、その入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域の０．５倍から２倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するようにしたので、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】  位相調整フィルタを除く制御系開ループ周波数応答（１２ｋＨｚ）を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図３】  位相調整フィルタの周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図４】  最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図５】  達成された感度関数周波数応答（破線が理論値、実線が実験値）を示すゲイン線図である。
【図６】  デジタル制御器（零次ホルダの特性も含む）とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図７】  第２の共振モードをアクティブに減衰できる制御対象周波数応答の例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図８】  第２の共振モードをアクティブに減衰できない制御対象周波数応答の例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図９】  位相調整フィルタを除く制御系開ループ周波数応答（１３．５ｋＨｚ）を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１０】  位相調整フィルタの周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１１】  最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１２】  達成された感度関数周波数応答（破線が理論値、実線が実験値）を示すゲイン線図である。
【図１３】  サンプリング周波数１３．５ｋＨｚ時の好適な共振周波数配置例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１４】  本発明の他の構成を示す図である。
【図１５】  従来装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】  ノッチフィルタの周波数応答（１２ｋＨｚ）を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１７】  従来装置の最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図１８】  従来装置で達成された感度関数周波数応答（破線が理論値、実線が実験値）を示すゲイン線図である。
【図１９】  一般的な磁気ディスク装置の機構部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…磁気ディスク装置カバー、２…ピボット、３…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、４…キャリッジアーム、５…ディスク、６…ヘッド、７…固定用ねじ、１０１…制御対象、１０２…アクチュエータ・ドライバ、１０３…Ｔｈで動作するホルダ、１０４…位相調整フィルタ、１０５…アップサンプラ、１０６…デジタル制御器、１０７…Ｔｓで動作するサンプラ、２０３…Ｔｓで動作するホルダ、２０４…アナログ位相調整フィルタ、３０４…ノッチフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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