(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を記録可能なディスクに対して情報の記録再生を行なうヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
前記ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、
あらかじめ与えられた目標位置に対する、検出されたヘッド位置の誤差を位置誤差信号として検出する誤差検出手段と、
前記位置誤差信号を位相進み補償および位相遅れ補償することにより制御入力を生成し、前記制御入力を前記ヘッド移動手段に与える補償制御部と、
前記位置誤差信号に含まれる周波数成分と、前記位置誤差信号の振幅とに基づいて、前記位相進み補償のゲインおよび前記位相遅れ補償のゲインの少なくとも一方を制御するゲイン制御部と、
を備え、
前記ゲイン制御部は、所定帯域を通過させる帯域通過フィルタを有し、前記帯域通過フィルタに前記位置誤差信号を入力して得られた信号の振幅に従って前記少なくとも一方のゲインを制御する
位置決め制御システム。
【請求項２】
前記ゲイン制御部は、
前記帯域通過フィルタにより得られた信号の振幅を変数として有し、かつ、上下限が設定された単調増加関数または単調減少関数を計算し、
前記単調増加関数または前記単調減少関数の出力値に基づいて前記少なくとも一方のゲインを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御システム。
【請求項３】
前記補償制御部は、あるＩＩＲ伝達関数に従って前記位相進み補償を行い
前記ゲイン制御部は、前記ＩＩＲ伝達関数における分子多項式の遅れ要素ｚの最大次数係数を、前記位相進み補償のゲインとして、制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め制御システム。
【請求項４】
情報を記録可能なディスクに対して情報の記録再生を行なうヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
前記ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、
あらかじめ与えられた目標位置に対する、検出されたヘッド位置の誤差を位置誤差信号として検出する誤差検出手段と、
前記位置誤差信号を位相進み補償および位相遅れ補償することにより制御入力を生成し、前記制御入力を前記ヘッド移動手段に与える補償制御部と、
前記位置誤差信号に含まれる周波数成分と、前記位置誤差信号の振幅とに基づいて、前記位相進み補償のゲインおよび前記位相遅れ補償のゲインの少なくとも一方を制御するゲイン制御部と、
を備え、
前記補償制御部は、前記位置誤差信号と、状態フィードバック制御により生成する制御入力とに基づいてヘッド速度を推定する状態推定器を有し、前記状態推定器を用いた前記状態フィードバック制御により前記位相進み補償を行い、
前記ゲイン制御部は、前記位相進み補償のゲインとして、状態フィードバックゲインを制御する
位置決め制御システム。
【請求項５】
前記状態推定器は、あるサンプル時刻における、前記位置誤差信号と前記制御入力とに基づいて、同サンプル時刻におけるヘッド速度を推定する濾波型状態推定器である
ことを特徴とする請求項４に記載の位置決め制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系において、同一トラックにヘッドを追従させる制御をフォロイング（トラッキング）制御と呼ぶ。一般的なフォロイング制御系の基本構造は、検出した位置誤差信号から制御入力を算出するフィードバック制御器と、ヘッドジンバルアセンブリ（アーム、サスペンション等）の機械共振励起による制御系不安定化を防止する共振フィルタとを含む。従来のフィードバック制御器の設計方法としては、PID 制御（位相進み遅れ補償）、LQG 制御、H∞制御等が用いられているが、基本的には低域補償の積分要素と、安定余裕確保のための位相進み補償と、ノッチフィルタ形状を持つ共振安定化要素とを併せ持つ線形フィードバック制御器に帰着する場合が多い。
【０００３】
磁気ディスクの大容量化にはトラックピッチの高密度化が要求されるため、ヘッド位置決め精度を左右するフォロイング制御系の性能向上は重要な課題であるといえる。
【特許文献１】特開2006-79670号公報、特開2006-179185号公報
【非特許文献１】平田・劉ほか「H∞制御理論を用いたハードディスクのヘッド位置決め制御」、計測自動制御学会論文集、Vol.29、No.1、pp.71-77、(1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォロイング制御系のヘッド位置決め精度の良し悪しは、フィードバック制御系の感度関数をどのように整形するかで決定される。一般的な制御系設計では外乱が顕著である周波数帯域（これは主に交叉周波数（感度関数と０ｄＢラインとが交叉する周波数）より十分低い低域外乱である）の感度を低減すればよいが、磁気ディスクのヘッド位置決め制御系においては低域にDC、トルク外乱、低次RRO 外乱等があり、また交叉周波数付近にはフラッター外乱、さらに高域には風乱によるメカ共振外乱が存在し、広帯域に渡って外乱が分布している。このため、従来の線形フィードバック制御器では感度関数のウォーターベッド現象による制御性能のトレードオフが避けられず、制御性能の限界が決まってしまう。
【０００５】
本発明は、ヘッドの位置決め精度をさらに向上させることを可能とした位置決め制御システムおよびその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての位置決め制御システムは、
情報を記録可能なディスクに対して情報の記録再生を行なうヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
前記ヘッドの位置を検出する位置検出手段と、
あらかじめ与えられた目標位置に対する、検出されたヘッド位置の誤差を位置誤差信号として検出する誤差検出手段と、
前記位置誤差信号を位相進み補償および位相遅れ補償することにより制御入力を生成し、前記制御入力を前記ヘッド移動手段に与える補償制御部と、
前記位置誤差信号に含まれる周波数成分と、前記位置誤差信号の振幅とに基づいて、前記位相進み補償のゲインおよび前記位相遅れ補償のゲインの少なくとも一方を制御するゲイン制御部と、
を備える。
【０００７】
本発明の一態様としての位置決め制御方法は、
情報を記録可能なディスクに対して情報の記録再生を行なうヘッドを移動させるヘッド移動ステップと、
前記ヘッドの位置を検出する位置検出ステップと、
あらかじめ与えられた目標位置に対する、検出されたヘッド位置の誤差を位置誤差信号として検出する誤差検出ステップと、
前記位置誤差信号を位相進み補償および位相遅れ補償することにより前記ヘッドの制御入力を生成する補償制御ステップと、
前記位置誤差信号に含まれる周波数成分と、前記位置誤差信号の振幅とに基づいて、前記位相進み補償のゲインおよび前記位相遅れ補償のゲインの少なくとも一方を制御するゲイン制御ステップと、
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ヘッドの位置決め精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図３は、本発明の一実施形態としてのヘッド位置決め制御システムを備えた磁気ディスク装置の概略構成を示す図である。この磁気ディスク装置はマイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processor Unit）１８を主構成要素として備え、上記本発明の一実施形態としてのヘッド位置決め制御システムはＭＰＵ１８においてソフトウェアとして実装されることができる。
【００１１】
ヘッド１１はアーム１２に支持されている。アーム１２はボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Voice Coil Motor）１３の駆動力によりヘッド１１を、情報を磁気的に記録可能な磁気ディスク１４の半径方向に移動させる。アーム１２およびＶＣＭ１３は、たとえばヘッド１１を移動させる移動手段に相当する。
【００１２】
ＶＣＭ１３はマグネット１５と駆動コイル１６とを有し、パワーアンプ１７から供給される電流により駆動される。
【００１３】
ＭＰＵ１８は、計算により得た制御入力をD/Aコンバータ１９によりアナログ信号に変換してパワーアンプ１７に与える。
【００１４】
パワーアンプ１７はMPU１８から与えられた制御入力を駆動電流に変換してVCM１３に供給する。
【００１５】
ディスク１４は一枚または複数枚設けられており、スピンドルモータ（図示せず）により高速回転させられる。ディスク上には同心円状に複数のトラックが形成されており、各トラックには一定間隔でサーボエリア（サーボセクター）２０が設けられている。サーボエリア２０にはトラックの位置情報が予め埋め込まれており、ヘッド１１がサーボエリア２０を横切ることによりヘッド１１から位置情報が読み出され、読み出された位置情報を表す信号はヘッドアンプ２１で増幅されてサーボデータ処理回路２２に供給される。
【００１６】
サーボデータ処理回路２２は増幅された信号からサーボ情報を生成し一定時間間隔でMPU１８に出力する。
【００１７】
ＭＰＵ１８は、I/O２３において取り込んだサーボ情報からヘッド位置を算出し、得られたヘッド位置と目標とすべきヘッド位置（目標位置）とからVCMに流すべき制御入力を一定時間間隔で計算する。ＭＰＵ１８は、ヘッドの位置を検出する位置検出手段を有している。
【００１８】
以下、本発明の実施形態の位置決め制御システムの詳細を説明するに先立ち、本発明者らが本発明をなすにいたった技術的背景について、説明する。
【００１９】
図２０は、一般的なフォロイング（トラッキング）制御の基本構造（従来の位置決め制御システム）を示す。ここでフォロイング制御とは、同一トラックにヘッドを追従させる制御のことである。また、このヘッド位置決め制御システムは、マイクロプロセッサ１８によるディジタル制御系として実現され、したがって離散時間制御系で構成されたものとする。
【００２０】
VCM（ボイスコイルモータ）からヘッド位置までの伝達特性を制御対象１０３、フィードバック系の観測信号をヘッド位置の信号とする。目標トラックの中心（目標位置）に対するヘッド位置の位置誤差信号（PES: Position Error Signal）y[k]が誤差検出部１０４において検出され、線形フィードバック制御器１０１に入力される。フォロイング制御のため、目標位置は一定である。線形フィードバック制御器１０１は、一般的な、低域補償の位相遅れ補償器（積分要素）、安定余裕確保のための位相進み補償器（比例要素と微分要素）をもっている。
【００２１】
線形フィードバック制御器１０１は、入力された位置誤差信号y[k]を位相遅れ補償および位相進み補償して、制御入力u[k]を生成し、共振フィルタ１０２に入力する。共振フィルタ１０２は、制御対象１０３に含まれる共振周波数に対応する成分を、制御入力信号から取り除く。これにより、ヘッドジンバルアセンブリ（アーム、サスペンション等）の機械共振励起による制御系不安定化を防止する。
【００２２】
共振フィルタにおいて該共振周波数に対応する成分が取り除かれた後の制御入力信号は、制御対象１０３に与えられ、これによりヘッド位置が制御される。制御対象１０３から、フィードバック系の観測信号（ヘッド位置の信号）が検出され誤差検出部１０４に入力される。
【００２３】
ここで磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系においては低域にDC、トルク外乱、低次RRO 外乱等があり、また中域（感度関数の交叉周波数（感度関数と０ｄＢラインとが交叉する周波数）付近）にはフラッター外乱、さらに高域には風乱によるメカ共振外乱が存在し、広帯域に渡って外乱が分布している。外乱が広範囲に渡って分布している様子を図２（Ｂ）に示す。これらの外乱が、共振フィルタ１０２の出力側で制御入力信号に加わったり制御対象１０３の出力側でヘッド位置信号などにおいて加わったりすることによりヘッド位置決め精度に大きな影響が生じる（図１７参照）。このように広範囲に渡って外乱が分布している中、ヘッドの位置決め精度は、フィードバック制御器の感度関数をどのように整形するかで決定される。
【００２４】
図２（Ａ）は感度関数の例を２つ示している。感度関数は、外乱が位置誤差信号（PES）に対してどれくらい影響を与えるかを示したものである。０ｄＢの線より下側へ行くほど外乱が抑制され、０ｄＢの線より上側へ行くほど、外乱が強められる。なお、０ｄBでは、外乱がそのまま信号に与えられる。
【００２５】
一般的な制御系設計では外乱が顕著である周波数帯域の感度を低減すればよいが（これは主に交叉周波数より十分低い低域外乱である）、磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系においては、図２（Ｂ）にも示したように、広帯域に渡って外乱が分布している。このため、図２０に示した従来の線形フィードバック制御器では、感度関数のウォーターベッド現象による制御性能のトレードオフが避けられず、制御性能の限界が決まってしまう。たとえば、図２（Ａ）において、実線で示される感度関数の場合、図２（Ｂ）の符号１１で示す外乱を有効に抑制できるものの、点線の感度関数では逆に符号１１の外乱が強められてしまう。一方、点線で示される感度関数の場合、図２（Ｂ）の符号１２で示す外乱は有効に抑制できるものの、実線の感度関数では符号１２の外乱は逆に強められてしまう。
【００２６】
このような技術的背景の下、本発明者らは、考察を重ねることにより、外乱の状況に応じて制御ゲインを変化させることで、当該外乱を積極的に抑圧するように感度関数を整形し、これにより広帯域に渡る外乱分布による制御性能のトレードオフを緩和することを知得した。以下、本実施形態に係わる位置決め制御システムについて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、外乱の状況に応じて制御ゲインを変化させる、本発明の一実施形態としてのフォロイング制御系の基本構造（位置決め制御システム）を示す。なお、磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系は、マイクロプロセッサ１８によるディジタル制御系となっているため、図１のフォロイング制御系は、離散時間制御系で構成されたものとする。
【００２８】
図１のフォロイング制御系は、フィードバック制御器３０１、共振フィルタ３０２、制御対象３０３、および誤差検出部３０４を備える。
【００２９】
フィードバック制御器３０１は、積分要素（位相遅れ補償器）３０５、可変位相進み補償器３０７、関数算出部３０６および加算部３０８を備える。
【００３０】
積分要素（位相遅れ補償器）３０５、可変位相進み補償器３０７および加算部３０８は補償制御部をなしている。関数算出部３０６はたとえばゲイン制御部に相当する。
【００３１】
共振フィルタ３０２、制御対象３０３、および誤差検出部３０４は、図２０の共振フィルタ１０２、制御対象１０３、および誤差検出部１０４と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３２】
積分要素（位相遅れ補償器）３０５は、誤差検出部３０４からの位置誤差信号（PES: Position Error Signal）y[k]を位相遅れ補償し、位相遅れ補償後の信号ui[k]を出力する。
【００３３】
可変位相進み補償器３０７は、誤差検出部３０４からの位置誤差信号（PES: Position Error Signal）y[k]を位相進み補償し、位相進み補償後の信号upl[k]を出力する。
【００３４】
加算部３０８は、積分要素（位相遅れ補償器）３０５の出力信号と、可変位相進み補償器３０７の出力信号とを加算して制御入力u[k]として出力する。
【００３５】
ここでは、積分要素（位相遅れ補償器）３０５と可変位相進み補償器３０７とを並列接続した構成を示したが、積分要素（位相遅れ補償器）３０５と可変位相進み補償器３０７とを従属接続し、積分要素（位相遅れ補償器）３０５と可変位相進み補償器３０７を通過した信号を制御入力u[k]として出力してもよい。
【００３６】
関数算出部３０６は、位置誤差信号y[k]に含まれる周波数成分と、位置誤差信号y[k]の振幅とに基づいて、位相進み補償器３０７のゲイン（位相進み補償のゲイン）を制御する。具体的には、関数算出部３０６は、高域の安定余裕を調整する可変位相進み補償器３０７の制御器演算係数（ゲイン）を、位置誤差信号（PES: Position Error Signal）y[k]と、関数ρ(y)（後述する図４参照）に基づいて連続的に変化させる。これは、図２０のフォロイング制御系と大きく異なる点であり、本実施形態の大きな特徴の１つである。このように可変位相進み補償器３０７のゲインを変化させるのは、感度関数整形で重要な交叉周波数付近のゲインおよび位相を調整する機能を位相進み補償器が受け持っているためである。なお、位相遅れ補償器３０５のゲインを同様にして変化させてもよく、これによっても感度関数を整形することが可能である。したがって本発明は位置誤差信号（PES: Position Error Signal）y[k]と、関数ρ(y)に基づいて位相遅れ補償器３０５のゲイン（位相遅れ補償のゲイン）を変化させる構成も含むものとする。
【００３７】
ここで関数ρ(y)としては、たとえば、あるサンプル時間で位置誤差信号における低域外乱（低次RRO 外乱など）の周波数成分が大きいときは、図２（Ａ）の実線のような感度関数が得られるように制御器ゲインが設定され、高域外乱の周波数成分が大きいときは点線の感度関数が得られるように制御器ゲインが設定され、これらの低周波成分および高周波成分の間の外乱では、これらの２つの感度関数の間を連続的に感度関数が変化するように制御器ゲインが設定されるようなものを選択することができる。これにより、感度関数が１つに固定（たとえば実線の感度関数に固定）される従来のフィードバック制御器と比較して、低域外乱の抑圧性能を維持しつつ、フラッターまたは共振等の高域外乱の抑圧性能、さらに交叉周波数付近の外乱抑圧性能を向上させることができる。
【００３８】
以下本実施形態におけるフィードバック制御器３０１の詳細構成を実施例１と実施例２として説明する。
【００３９】
（実施例１）
図４は、図１のフィードバック制御器３０１における、可変位相進み補償器３０７および関数算出部３０６の構成例として、状態空間構造を用いた場合の構成を示す。すなわち、図４の構成は、ヘッド位置誤差信号と制御入力とからヘッド速度を推定する状態推定器、可変の状態フィードバックゲイン、および当該可変の状態フィードバックゲインを決定する関数ρ(y)に関する処理を行う関数算出部(ρ(y))とを含む。
【００４０】
以下に、状態推定器および状態フィードバックの状態空間表現と、関数ρとを示す。
【数１】
0004919986.tif 000002
は状態変数の推定値であり、ヘッド位置の推定値とヘッド速度の推定値とを含むベクトルである。Ｆは、状態フィードバックゲインであり、位相進み補償器の比例ゲインおよび微分ゲインに相当する。
【数２】
0004919986.tif 000003
【００４１】
ここで、数式Aおよび数式B は濾波型状態推定器（オブザーバ）を用いた状態フィードバック制御であり、一般的なオブザーバ併用型状態フィードバック制御である数式D とは状態推定器の構造が異なる。
【数３】
0004919986.tif 000004
【００４２】
磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系ではナイキスト周波数付近まで比較的ハイゲインな制御器が必要とされる。しかしながら、数式D を用いると開ループ系の高域がロールオフし、十分な位相余裕を確保できなくなる。これを回避するため、数式A による離散系ループ伝達回復を用いて、開ループ系のゲインおよび位相余裕を確保している。
【００４３】
数式B は、基本的には数式A によって推定された状態推定値
【数４】
0004919986.tif 000005
による状態フィードバック制御であるが、数式C によって算出されるρによって状態フィードバックゲインが変化するようになっている。
【００４４】
数式Bにおける
【数５】
0004919986.tif 000006
は、ρが、ある変化幅における下限値及び上限値となった場合の状態フィードバックゲインである。ここで数式C が、
【数６】
0004919986.tif 000007
で変化すると、ρの下限値0 では数式B は、
【数７】
0004919986.tif 000008
となり、上限値１では、
【数８】
0004919986.tif 000009
となることは明らかである。
【００４５】
よって、所望の感度関数形状となるように2 つの状態フィードバックゲイン
【数９】
0004919986.tif 000010
をそれぞれ予め設計しておけば、数式B の可変状態フィードバック制御によって２つの感度関数の間で形状が連続的に変化することになる。
【数１０】
0004919986.tif 000011
の設計方針として、例えばρ=0、
【数１１】
0004919986.tif 000012
のときに図２（Ａ）のように点線の感度関数形状に、ρ=1、
【数１２】
0004919986.tif 000013
のときに実線の感度関数形状になるよう
【数１３】
0004919986.tif 000014
を設計しておけば、位置誤差信号の周波数成分に応じて、低域外乱と高域外乱の抑圧性能が調整されることになる。
【００４６】
数式C のρは、基本的には、位置誤差信号y[k] に応じて上述のように0 ≦ ρ ≦ 1 で連続的に変化し、位置誤差振幅（位置誤差信号の振幅）が大きい（オフトラックしている）場合はρ→１、位置誤差振幅が0（トラック中心）の場合はρ→0 となるような関数を設定する。数式C （下側の式）はその一例であり、単調増加関数であれば任意の関数を選択できる。ただし、数式Ｂの形に依存して、単調減少関数を選択することもあり得る。
【００４７】
ただし、位置誤差振幅は低域から高域まで全ての外乱によって生じるため（仮に外乱が全くないとすると位置誤差振幅は０に収束）、上記のように設計しただけでは、フラッターまたは共振等の高域外乱によって位置誤差振幅が生じてρ→１となった場合、図２（Ａ）の実線のような感度関数形状に制御系が変化してしまい、かえって位置決め精度を劣化させてしまう可能性がある。
【００４８】
そこで、位置誤差信号y[k] を、適宜設定したフィルタF(z)（帯域通過フィルタ） によってフィルタリングし、ある特定範囲（所定帯域）の周波数成分における位置誤差振幅に応じてρが変化するようにする。
【００４９】
例えばF(z) にローパスフィルタを選択すれば、低域外乱や低次RRO 成分によって位置誤差振幅が大きく生じた場合のみρ→１となり図２（Ａ）の実線のような感度関数形状に変化する。逆に、低域外乱や低次RRO 成分がない場合は、ρ→0となり図２（Ａ）の点線のような感度関数形状に変化するため、高域外乱が混入したとしてもこれを抑制することが可能となる。低域外乱や低次RRO 成分と、高域外乱との両方が混入した場合は、ρ→１となって図２（Ａ）の実線のような感度関数形状に変化し、低域外乱や低次RRO 成分の抑制性能が優先される。
【００５０】
このようにして、低域外乱と高域外乱の抑圧性能の周波数分離を行い、従来のフィードバック制御器（ゲインが固定）で問題となった感度関数のトレードオフを緩和することが出来る。
【００５１】
以下に、磁気ディスク装置の制御対象（VCM：Voice Coil Motor）を模擬した数式モデルを用いた、実施例１によるフィードバック制御器３０１の設計例を説明する。
【００５２】
磁気ディスク装置の制御対象モデルを数式H に示し、制御対象モデルの周波数応答を図５に示す。
【数１４】
0004919986.tif 000015
【００５３】
数式H は制御帯域付近で２階積分特性を持つ２次の状態空間モデルである。
【００５４】
数式H の制御対象モデルに対し設計されたPID 制御器の一例を数式I に示す。
【数１５】
0004919986.tif 000016
【００５５】
数式I のPID 制御器は、一般的なヘッド位置決め制御系の安定余裕の設定指針に基づいて設計されている。数式I のPID 制御器の周波数応答及び開ループ周波数応答を図６に示す。
【００５６】
図１に示したフォロイング制御系の構造に従えば、積分補償と位相進み補償を分離した構造となるため、数式I を積分要素（位相遅れ補償器）と位相進み補償器とに分解し、これを基準として数式A〜数式Cによって表される可変位相進み補償器を設計する。
【００５７】
数式I を積分要素（位相遅れ補償器）Ci (z) 、位相進み補償器C pd (z) に分解すると数式J が得られる。積分要素（位相遅れ補償器）Ci (z)および位相進み補償器C pd (z)の周波数応答を図７に示す。
【数１６】
0004919986.tif 000017
【００５８】
こうして得られた数式J の位相進み補償器を基準として、可変位相進み補償器（数式A〜C）を設計する。
【００５９】
今、ρ=0、
【数１７】
0004919986.tif 000018
のときの状態フィードバック制御による開ループ特性が、数式J の位相進み補償器によって得られる開ループ特性とほぼ等しくなるように
【数１８】
0004919986.tif 000019
を選択すると以下を得る。
【数１９】
0004919986.tif 000020
【００６０】
次に、数式Aの状態推定器のゲイン
【数２０】
0004919986.tif 000021
を求める。これには、状態フィードバック制御による開ループ特性を保存するように状態推定器ゲインを決定する方法であるループ伝達回復を用いる。以下にループ伝達回復を用い設定した
【数２１】
0004919986.tif 000022
を示す。
【数２２】
0004919986.tif 000023
【００６１】
数式Kおよび数式L を数式Aおよび数式B に代入し、ρ＝0 のときの可変位相進み補償器の周波数応答を求めると図８のようになる。
【００６２】
次に、ρ=1 のときの状態フィードバックゲイン
【数２３】
0004919986.tif 000024
を設計する。先に設計した
【数２４】
0004919986.tif 000025
を図２（Ａ）の点線のような高域外乱の抑圧を高めた感度関数形状が得られるときの制御器ゲインとする場合、
【数２５】
0004919986.tif 000026
は、図２（Ａ）の実線のような低域外乱の抑圧を高めた感度関数形状が得られるときの制御器ゲインとなるとなるように設計すればよい。
【００６３】
ここで、積分要素（位相遅れ補償器）と位相進み補償器とが分離され、積分要素（位相遅れ補償器）のゲイン（積分ゲイン）が一定であることを考えると、点線の感度関数形状よりも低域での感度を低くするためには、位相進み補償器における比例制御器（比例要素）に相当する部分のゲイン（比例ゲイン）Ｆを上げるようにすればよい。以上の観点より設計した
【数２６】
0004919986.tif 000027
を以下に示す。
【数２７】
0004919986.tif 000028
【００６４】
設計した
【数２８】
0004919986.tif 000029
を数式A〜C に代入した可変位相進み補償器（ρ=1）の周波数応答を図９に示す。なお、状態推定器ゲイン
【数２９】
0004919986.tif 000030
は数式L をそのまま用いる。
【００６５】
以上のように設計した可変位相進み補償器と数式J の積分要素（位相遅れ補償器）との和が、図１に示した本発明に関わるフォロイング制御器の一例となる。0 ≦ ρ ≦ 1 のときのフィードバック制御器の周波数応答の変化幅を図１０に、同じく0 ≦ ρ ≦ 1 のときの感度関数の特性（周波数応答の変化幅）を図１１に示す。図１１は図５の特性をもつ制御対象の伝達関数と、図１０の特性をもつフィードバック制御器の伝達関数とを元に計算したものである。本実施例のフィードバック制御器は、関数ρの値に基づいて比例ゲインを操作することにより、図１１中の斜線で示される範囲を、感度関数が連続的に変化する。
【００６６】
（実施例２）
実施例１で設計した可変位相進み補償器に着目すると、比例制御器（比例要素）に相当する部分のゲインがρによって変化する制御器周波数応答をもつことが分かる。かかる考察に基づき、ここでは、可変位相進み補償器の他の構成例として、伝達関数構造を持つ可変位相進み補償器を説明する。本実施例に関わる可変位相進み補償器の構成例を図１２に示す。
【００６７】
図１２に示す可変位相進み補償器の伝達関数、関数ρ及び制御入力を数式N、数式Oおよび数式P に示す。数式ＮはＩＩＲ型の伝達関数を示している。
【数３０】
0004919986.tif 000031
【００６８】
数式N〜P は、数式A〜C に示した状態空間型の可変位相進み補償器と同様に、ρの変化に基づいて伝達関数の分子多項式の遅れ要素の最大次数係数N0を変化させることにより、図９と同様の周波数応答を得ることが出来る。
【００６９】
数式N の伝達関数を2 次（n=2）とし、各パラメータを以下数式Q のように選んだ場合の周波数応答の変化幅を図１３に示す。図１３より、ρの変化に応じて位相進み補償器の比例制御器に相当する部分のゲイン（比例ゲイン）が変化することが確認できる。
【数３１】
0004919986.tif 000032
【００７０】
以上、本実施形態におけるフィードバック制御器３０１の実施例１と実施例２を説明した。
【００７１】
以下、本発明の有効性を、磁気ディスク装置の制御対象と、外乱信号を模擬した数式モデルとを用いた計算機シミュレーションによって示す。なお、ここで用いた数式モデルは電気学会産業計測制御技術委員会のワーキンググループが作成・一般公開している，ハードディスクベンチマーク問題で提示されたものである（http://mizugaki.iis.u-tokyo.ac.jp/mss/benchmark.html） 。
【００７２】
シミュレーションの概要は、制御対象モデルと、設計したフィードバック制御器とを含む位置決め制御系モデルとに対し、トルクノイズ、観測ノイズ、フラッター外乱、RRO 外乱といった各外乱を模擬した信号をデータ列として印加し、位置決め精度３σ（σは標準偏差）の値を評価するものである。
【００７３】
制御対象モデルは磁気ディスク装置のヘッドジンバルアセンブリの共振特性変動を考慮した９パターンのモデルを用意し、各々のモデルでの制御系の安定性と位置決め精度を評価した。
【００７４】
図１４に9 パターンの制御対象モデルの周波数応答を、図１５に各外乱信号の時系列データを、図１６に各外乱信号のスペクトル分布とこれらの外乱信号の合計とのスペクトル分布を示す。また上記各外乱入力を加えた位置決め制御系シミュレーションモデル全体のブロック線図を図１７として示す。
【００７５】
シミュレーションでは実施例１で示した数式A〜C で表される、状態空間型の可変位相進み補償器３０７と関数算出部３０６を用い、各パラメータとして数式K〜M の
【数３２】
0004919986.tif 000033
を用いた。数式C のαはρの変化幅を調整するパラメータであり、ここでは0.085 とした。
【００７６】
フィルタF(z) はフラッター外乱によって位置誤差振幅が生じた場合にρ→1 となるのを防ぐため、カットオフ周波数を約500[Hz]に設定したローパスフィルタと、1〜2[kHz]にピークを持つノッチフィルタとの2つを併用した数式Rに示すフィルタを選択した。図１８に数式Rの周波数応答を示す。
【数３３】
0004919986.tif 000034
【００７７】
以上の設定において、９パターンの制御対象モデルに対して、本発明に関わるフィードバック制御器と、数式I に示したPID 制御器とで、それぞれの位置決め精度シミュレーションを行った。かかるシミュレーションの結果に基づき作成したグラフを図１９に示す。図１９から、本発明に関わるフィードバック制御器は、PID 制御器と比較して、全ての制御対象モデルにおいて、位置決め精度を向上出来たことが分かる。以上、計算機シミュレーションによって本発明の有効性が確認された。
【００７８】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、従来の線形フィードバック制御器と比較して位置決め精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態としての位置決め制御システムを示す図。
【図２】感度関数と外乱分布の模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係わる磁気ディスク装置を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係わる可変位相進み補償器（状態空間型）と関数算出部のブロック線図。
【図５】制御対象モデルの周波数応答を示す。
【図６】PID 制御器と開ループの周波数応答を示す図。
【図７】積分要素（位相遅れ補償器）と位相進み補償器の周波数応答を示す図。
【図８】本発明の一実施形態においてρ=0 のときの可変位相進み補償器の特性を示す図。
【図９】本発明の一実施形態においてρ=1 のときの可変位相進み補償器の特性を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態に係わるフィードバック制御器の周波数応答の変化を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態に係わる感度関数の変化を示す図。
【図１２】本発明の一実施形態に係わる可変位相進み補償器（伝達関数型）と関数算出部のブロック線図。
【図１３】本発明の一実施形態に係わる可変位相進み補償器（伝達関数型）の周波数応答の変化を示す図。
【図１４】変動を考慮した制御対象モデルを示す図。
【図１５】外乱信号時系列の一例を示す図。
【図１６】外乱信号スペクトル分布の一例を示す図。
【図１７】本発明の一実施形態に係わる位置決め制御系シミュレーションのブロック線図。
【図１８】本発明の一実施形態に係わるフィルタF(z)の周波数応答を示す図。
【図１９】本発明とPID制御器とで位置決め精度の比較例を示す図。
【図２０】従来におけるフォロイング制御系の構造を示す図。
【符号の説明】
【００８０】
３０１：フィードバック制御器
３０２：共振フィルタ
３０３：制御対象（VCM）
３０４：誤差検出部
３０５：位相遅れ補償器（積分要素）
３０６：関数算出部（ゲイン制御部）
３０７：可変位相進み補償器
３０８：加算部
３０９：補償制御部
【図１】
0004919986.tif 000035
【図２】
0004919986.tif 000036
【図３】
0004919986.tif 000037
【図４】
0004919986.tif 000038
【図５】
0004919986.tif 000039
【図６】
0004919986.tif 000040
【図７】
0004919986.tif 000041
【図８】
0004919986.tif 000042
【図９】
0004919986.tif 000043
【図１０】
0004919986.tif 000044
【図１１】
0004919986.tif 000045
【図１２】
0004919986.tif 000046
【図１３】
0004919986.tif 000047
【図１４】
0004919986.tif 000048
【図１５】
0004919986.tif 000049
【図１６】
0004919986.tif 000050
【図１７】
0004919986.tif 000051
【図１８】
0004919986.tif 000052
【図１９】
0004919986.tif 000053
【図２０】
0004919986.tif 000054