(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、
サーボ制御の減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に応じて変化する適応型のフィードフォワード値を発生するようにしたフィードフォワード部を備え、
該フィードフォワード部が、
速度命令値を受けて、現在の速度命令値と遅延手段による前の速度命令値との速度差ΔＶを求めて出力する速度差計算手段と、
アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔＶを入力変数とする適応型のフィードフォワード計算を実行し、前記フィードフォワード値を提供するフィードフォワード計算手段と、
該フィードフォワード計算手段の出力端に接続され、トラック探索時のサーボ制御減速区間でオンするスイッチと、
利得関数計算を行う利得関数部からの電流制御値と前記スイッチを通し提供される前記フィードフォワード値とを加算して前記電流命令値を生成する加算手段と、からなり、
フィードフォワード計算手段において次式１（式中のＪ：アクチュエータ慣性、ＫT ：トルク係数、Ａrml ：アーム長、Ｖmax ：モータ最大速度、Ｉmax ：モータに供給される最大電流、Δｔ：サーボサンプル間隔、ΔＶ：現在の速度命令値−前の速度命令値）によりフィードフォワード値を計算することを特徴とする、フィードフォワード装置。
【数１】
〔（Ｊ×Ｖmax ）／（Ａrml ×ＫT ×Ｉmax ×Δｔ）〕×ΔＶ
【請求項２】
サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、
サーボ制御のための速度命令値を発生する速度命令部と、
該速度命令部による速度命令値を受けて、現在の速度命令値と遅延手段による前の速度命令値との速度差ΔＶを求めて出力する手段を有し、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔＶを入力変数とするフィードフォワード計算を実行して、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に対し適応的に変化して線形的傾きをもつ適応型のフィードフォワード値を発生するフィードフォワード部と、を備え、
前記フィードフォワード計算において次式２（式中のＪ：アクチュエータ慣性、ＫT ：トルク係数、Ａrml ：アーム長、Ｖmax ：モータ最大速度、Ｉmax ：モータに供給される最大電流、Δｔ：サーボサンプル間隔、ΔＶ：現在の速度命令値−前の速度命令値）によりフィードフォワード値を計算することを特徴とする、フィードフォワード装置。
式２：    〔（Ｊ×Ｖmax ）／（Ａrml ×ＫT ×Ｉmax ×Δｔ）〕×ΔＶ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハードディスクドライブに係り、特に、そのサーボ制御系のフィードフォワード(feed-forword)装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、サーボ制御時のコントロールエラーを減らすためのフィードフォワード装置５０を含んでいるハードディスクドライブのサーボ制御系のブロック図である。このサーボ制御系は、サーボ制御の対象となるプラント(plant) ２、角度／位置変換器４、プラント２のサーボ制御を処理する制御部のＤＳＰ(Digital Signal Processor)６、ＤＡＣ(Digital to Analog Converter) ８、及び加算器１０で構成されている。
【０００３】
プラント２における１／Ｓ2 はＤＣモータ特性をラプラス関数で表現したものである。このプラント２からはモータ回転による角度情報（ラジアン値）θが発生し、角度／位置変換器４へ印加される。角度／位置変換器４は、印加される角度情報θを位置情報Ｘに変換してＤＳＰ６へ出力する。
【０００４】
ＤＳＰ６は、推定部１２、速度命令部１４、加算部１６、利得関数部１８、及びフィードフォワード部５０で構成されている。推定部１２は、角度／位置変換器４から出力される位置情報Ｘと、利得関数部１８及びフィードフォワード部５０から出力された前の電流命令値Ｕ（ｎ−１）とを入力として、位置、速度、及び外乱の推定のための所定推定計算関数に基づいて位置推定値Ｘ１、速度推定値Ｘ２、外乱推定値Ｘ３を計算して出力する。速度命令部１４は、位置推定値Ｘ１に応じて速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄを加算部１６へ出力する。加算部１６では、速度命令部１４の速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄから推定部１２の速度推定値Ｘ２を減算して求めた速度エラー値Ｖｅｒｒを利得関数部１８へ出力する。利得関数部１８は、加算部１６から出力される速度エラー値Ｖｅｒｒ、推定部１２から出力される位置推定値Ｘ１及び外乱推定値Ｘ３を受け、利得伝達関数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３で表現される所定の計算式に基づいてそれぞれの利得を制御して出力する。この利得関数部１８からは通常、プラント２のサーボ制御のための電流命令値が出力される。
【０００５】
図１では、利得関数部１８の出力端に、コントロールエラーを減らすためのフィードフォワード部５０が設けられている。即ち、このフィードフォワード部５０により電流命令値Ｕのノイズが減らされて出力される。
【０００６】
フィードフォワード部５０は、貯蔵手段２０、スイッチ２２、及び加算手段２４で構成される。貯蔵手段２０は、一定値のフィードフォワード値を記憶している。スイッチ２２は、外からのフィードフォワード制御信号ＦＦＣに基づいてオンオフする。加算手段２４は、利得関数部１８の出力に、スイッチ２２を介して印加される貯蔵手段２０からの一定のフィードフォワード値を加算し、電流命令値Ｕとして出力する。電流命令値Ｕは、ＤＡＣ８を通じてアナログ値に変換され、駆動電流値ｉがプラント２へ出力される。プラント２はその駆動電流値ｉに応じて駆動制御される。なお図１においてＷは外乱を示す。
【０００７】
このようにフィードフォワード部５０がサーボ制御系内に設けてある理由を図３を参照して説明する。図３は、フィードフォワード値を説明するための、速度命令値(velocity command value)、実際速度(actual velocity) 、電流命令値(courrent command value)の関係を示したグラフである。
【０００８】
サーボ制御時の探索動作（ヘッドシーク）は、実際速度が速度命令値にまで達するまでの加速区間Ｘと、速度命令値に従い実際速度が減速していく減速区間Ｙとに分けられる。これに対するＤＳＰ６の電流命令値Ｕは、加速区間Ｘでは一定の正の値で印加され、そして減速区間Ｙでは、最初に大きく負の値で印加された後に徐々に減少していく。この減速区間Ｙにおける電流命令値の初期値ＩLEV は、図３に示すように大きな負の値である。従ってもし、その負の初期値をフィードフォワード値２０無しで与えることになると、利得関数部１８の信号利得を大きくしなければならない。しかし、利得を大きくすると、ノイズも一緒に増加するという短所がある。例えば、信号を“１０”、この信号に含まれたノイズを“２”、このときの利得を“３”と仮定すると、出力値は“３０”であるが、実際の信号部分は“２４”であり、残りの“６”はノイズになる。即ち、利得を増やすとノイズも増加する。
【０００９】
この電流制御のノイズを減らす方式として、フィードフォワード値２０を提供するものである。つまり減速のため一定のフィードフォワード値２０が減速区間Ｙの所定期間で加算手段２４へ印加されるように、スイッチ２２がフィードフォワード制御信号ＦＦＣによってオンする。フィードフォワード値２０が加算手段２４に印加されれば、利得関数部１８での信号利得を高くしなくてもすみ、ＤＳＰ６から出力される電流命令値Ｕに含まれるノイズは小さくなる。これにより、電流制御のノイズは抑制されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のフィードフォワード技術では、図３を参照すればわかるようにフィードフォワード値２０は一定値なので、例えば図３中に一点鎖線で示す２０’のように大きく設定しておくと減速区間Ｙの開始直後の僅かな期間でしか使用できず、結果的に利得低減効果は得られなくなる。従って、フィードフォワード値２０はある程度の値に止めておかなくてはならないが、すると今度は、減速区間Ｙにおける電流命令値Ｕとフィードフォワード値２０との間の差である電流制御エラー値(current control error) がＡからＡ’へ大きく変化することになる。この場合、利得関数部１８は電流制御エラー値Ａの方の利得に合わせて大きめに設計しなくてはならないし、電流制御エラー値がＡからＡ’へ大きく変化するために毎回の閉ループによる利得調整を実施しなくてはならない。
【００１１】
そこで本発明では、より利得を小さくして電流制御のノイズを抑制することができ、また頻繁な閉ループ利得調整を実施しなくてもよいフィードフォワード装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的のために本発明は、減速区間の電流命令値に応じて変化するフィードフォワード値を発生する適応型(adaptive)のフィードフォワード装置を提供する。即ち、本発明によれば、サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、サーボ制御の減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に応じて変化する適応型のフィードフォワード値を発生するようにしたフィードフォワード部を備え、該フィードフォワード部が、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に速度命令値を入力変数とする適応型のフィードフォワード計算を実行し、前記フィードフォワード値を提供するフィードフォワード計算手段と、該フィードフォワード計算手段の出力端に接続され、トラック探索時のサーボ制御減速区間でオンするスイッチと、利得関数計算を行う利得関数部からの電流制御値と前記スイッチを通し提供される前記フィードフォワード値とを加算して前記電流命令値を生成する加算手段と、からなることを特徴とする。
【００１３】
このようなフィードフォワード装置は、フィードフォワード部のフィードフォワード計算手段において、次式２（式中のＪ：アクチュエータ慣性、ＫT ：トルク係数、Ａrml ：アーム長、Ｖmax ：モータ最大速度、Ｉmax：モータに供給される最大電流、Δｔ：サーボサンプル間隔、ΔＶ：現在の速度命令値−前の速度命令値）によりフィードフォワード値を計算することができる。
【数２】
〔（Ｊ×Ｖmax ）／（Ａrml ×ＫT ×Ｉmax ×Δｔ）〕×ΔＶ
【００１４】
また、本発明によれば、サーボ制御時に電流制御のノイズを低減させるフィードフォワード値を提供するハードディスクドライブのサーボ制御系に設けられるフィードフォワード装置において、サーボ制御のための速度命令値を発生する速度命令部と、該速度命令部による速度命令値を受けて、現在の速度命令値と前の速度命令値との速度差ΔＶを求めて出力する手段を有し、アクチュエータ慣性、トルク係数、アーム長、モータ最大速度、モータに供給される最大電流、及びサーボサンプル間隔の各値を定数とすると共に前記速度差ΔＶを入力変数とするフィードフォワード計算を実行して、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、速度減少を指示する電流命令値に対し適応的に変化して線形的傾きをもつ適応型のフィードフォワード値を発生するフィードフォワード部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図２は、適応型フィードフォワード装置１００を含んだサーボ制御系のブロック図である。この例では、ＤＳＰ６内の適応型フィードフォワード部１００が従来と異なる部分で、その他は同様の構成を使用してある。
【００１７】
適応型フィードフォワード部１００は、遅延手段３０、加算手段３２、フィードフォワード計算手段３４、スイッチ３６、及び加算手段３８で構成されている。速度命令部１４から出力される速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄが、加算手段３２に直接及び遅延手段３０を介して印加される。加算手段３２の出力がフィードフォワード計算手段３４へ送られ、そしてフィードフォワード計算手段３４の出力がスイッチ３６を通じて加算手段３８へ印加される。
【００１８】
図４に、この例の適応型フィードフォワード値４０を説明した図３相当のグラフを示してある。図示のように、適応フィードフォワード値４０は、電流命令値Ｕに対し適応的に変化し、線形的な傾きを有して減少していくようになっている。これにより、本例の電流制御エラー値Ｂ，Ｂ’は、従来技術の電流制御エラー値よりも小さくてすんでいる。また、電流制御エラー値のＢとＢ’はほぼ均一な値であり、従って、小さい利得で、しかも毎回の閉ループによる利得調整が別に無くても電流制御が可能である。
【００１９】
図４のようなフィードフォワード値４０は、図２の適応型フィードフォワード部１００のフィードフォワード計算手段３４で計算される。このフィードフォワード計算手段３４は、下記の式３に従う計算で適応型フィードフォワード値４０を生成する。なお、式中、Ｊ：アクチュエータ慣性、ＫT ：トルク係数、Ａrml ：アーム長、Ｖmax ：モータ最大速度、Ｉmax ：モータに供給される最大電流、Δｔ：サーボサンプル間隔、ΔＶ：現在の速度命令値（ｎ）−前の速度命令値（ｎ−１）である。
【数３】
適応型フィードフォワード値４０
＝〔（Ｊ×Ｖmax ）／（Ａrml ×ＫT ×Ｉmax ×Δｔ）〕×ΔＶ
【００２０】
この数式３中の変数のうち、Ｊ，ＫT ，Ａrml ，Ｖmax ，Ｉmax ，△ｔは一定の値であるが、△Ｖは時間により変化する値である。即ち、△Ｖ｛＝現在の速度命令値（ｎ）−前の速度命令値（ｎ−１）｝は、図２の速度命令部１４から出力される速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄに従い生成される。
【００２１】
図２を参照すると、適応フィードフォワード部１００の加算手段３２は、速度命令部１４から出力される速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄを現在の速度命令値（ｎ）として入力する。また一方、その速度命令値Ｘ２＿ｃｍｄを遅延手段３０で一度遅延することにより前の速度命令値（ｎ−１）として入力する。そして、現在の速度命令値（ｎ）から前の速度命令値（ｎー１）を引いて△Ｖを出力する。この△Ｖがフィードフォワード計算手段３４の入力源となる。
【００２２】
フィードフォワード計算手段３４は、△Ｖを受けて数式３に基づく計算を行い、減速のための適応型フィードフォワード値４０をスイッチ３６へ出力する。スイッチ３６は、外からのフィードフォワード制御信号ＦＦＣによりサーボ制御時の減速区間でオンし、フィードフォワード値４０を加算手段３８へ送り出す。加算手段３８は、フィードフォワード値４０と利得関数部１８からの電流制御値とを加えて電流命令値Ｕとして出力する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、トラック探索時のサーボ制御減速区間で、電流命令値に応じて線形的な傾きとした適応型フィードフォワード値を提供することにより、電流制御エラー値を小さくし且つ均一化することが可能であり、利得を小さくしてノイズを抑制すると共に頻繁な利得調整を実施せずにすませられ、制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィードフォワード装置を含んだ従来のサーボ制御系のブロック図。
【図２】適応型フィードフォワード装置を含んだ本発明に係るサーボ制御系のブロック図。
【図３】従来方式によるフィードフォワード値を説明するグラフ。
【図４】本発明の方式による適応型フィードフォワード値を説明するグラフ。
【符号の説明】
６  ＤＳＰ
３０  遅延手段
３２，３８  加算手段
３４  フィードフォワード計算手段
３６  スイッチ
１００  適応型フィードフォワード部
【図１】
0004209480.tif 000002
【図２】
0004209480.tif 000003
【図３】
0004209480.tif 000004
【図４】
0004209480.tif 000005