(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号の偶数回目のサンプリング時点の時は前記第１モデルフィードバック制御信号を、奇数回目のサンプリング時点の時は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記入力制御信号との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記入力制御信号もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号のサンプリング時点よりサンプリング周期Ｔｓの前半の（１／２）Ｔｓの間は前記第１モデルフィードバック制御信号を、後半の（１／２）Ｔｓの間は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記入力制御信号との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記入力制御信号もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号の偶数回目のサンプリング時点の時は前記第１モデルフィードバック制御信号を、奇数回目のサンプリング時点の時は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とし、さらに前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号の差の絶対値が予め定めた閾値をこえているときはそれら２つのモデルフィードバック制御信号の平均値を振動補償入力とし、前記絶対値が前記閾値をこえていないときは前記入力制御信号を振動補償入力とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記振動補償入力との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記振動補償入力もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項４】
磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号のサンプリング時点よりサンプリング周期Ｔｓの前半の（１／２）Ｔｓの間は前記第１モデルフィードバック制御信号を、後半の（１／２）Ｔｓの間は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とし、さらに前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号の差の絶対値が予め定めた閾値をこえているときはそれら２つのモデルフィードバック制御信号の平均値を振動補償入力とし、前記絶対値が前記閾値をこえていないときは前記入力制御信号を振動補償入力とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記振動補償入力との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記振動補償入力もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項５】
請求項１または２の位置決め制御装置において、前記ヘッド系の共振モデルを付加してこのモデルと前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて前記位置フィードバック用モデル位置を算出するとともに、前記切替手段は、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記共振モデルへのモデル入力とし、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記共振モデルへのモデル入力とすることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載の位置決め制御装置において、前記ヘッド系の共振モデルを付加してこのモデルと前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて前記位置フィードバック用モデル位置を算出するとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記振動補償入力を前記共振モデルへのモデル入力とし、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記共振モデルへのモデル入力とすることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項７】
請求項１、３、もしくは５の内の１つに記載の位置決め制御装置おいて、前記モデル制御手段は、時間Ｔｕを前記位置信号のサンプリング周期Ｔｓに等しい値とし、前記位置軌道及び速度軌道をそれぞれＰｔ、Ｖｔとし前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度をそれぞれＰｍ、Ｖｍとしたとき、前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号Ｕｍｆ及びＵｍｓを数式Ｕｍｆ＝（１／Ｔｕ２）（Ｐｔ−Ｐｍ）−（２／Ｔｕ）（Ｖｔ−３Ｖｍ）、及びＵｍｓ＝（１／Ｔｕ２）（−Ｐｔ＋Ｐｍ）−（２／Ｔｕ）（３Ｖｔ−Ｖｍ）により算出することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項８】
請求項２、４もしくは６の内の１つに記載の位置決め制御装置において、前記モデル制御手段は、時間Ｔｕを前記位置信号のサンプリング周期Ｔｓの半分の値とし、前記位置軌道及び速度軌道をそれぞれＰｔ、Ｖｔとし前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度をそれぞれＰｍ、Ｖｍとしたとき、前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号Ｕｍｆ及びＵｍｓを数式Ｕｍｆ＝（１／Ｔｕ２）（Ｐｔ−Ｐｍ）−（２／Ｔｕ）（Ｖｔ−３Ｖｍ）、及びＵｍｓ＝（１／Ｔｕ２）（−Ｐｔ＋Ｐｍ）−（２／Ｔｕ）（３Ｖｔ−Ｖｍ）により算出することを特徴とする位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め制御装置に係り、特に磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御に好適な位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの外部記憶装置として用いられる磁気ディスク装置は、磁気ヘッドが回転している磁気ディスク面上の目的とするトラックに移動してデータの記録再生を行っており、磁気ディスク装置に対するデータアクセスの処理速度を向上するため、磁気ヘッドを高速かつ高精度に目標とするトラック位置へ移動することが必要である。この磁気ヘッドの位置決め制御装置の従来技術としては、例えば、特開平４−０００５０８号に示されているものがある。この技術では、ヘッド位置及びヘッド移動速度を検出し、検出したヘッド位置と目標位置との偏差から目標位置へ到達するための速度軌道（プロファイル）及びヘッド駆動電流の軌道を生成し、速度軌道の示す速度と検出したヘッド移動速度の誤差及びヘッド駆動電流軌道の示す値に応じてヘッド駆動電流をフィードバック制御している。また、特開２００１−１３５０５０号には、上記と同様なフィードバック制御に加えて、ヘッド駆動電流に対応する加速度信号を入力としてヘッドをフィードフォワード制御する機能を付加し、これによってフィードバック制御で生じるオーバーミュートを防止する技術が開示されている。
【０００３】
また、論文「マルチレートサンプリングを用いた完全追従制御法による磁気ディスク装置のシーク制御」（藤本他、電気学会論文誌D産業応用部門誌１２０巻１０号、１１５７〜１１６４ページ、２０００年１０月）には図３に示す位置決め装置が開示されている。この装置では、図示しない目標位置へ到達するまでの目標位置Ｐｏが与えられると、軌道生成部３１はまず目標位置へ到達するまでの時間（シークタイム）を求める。そして、ヘッド駆動の制御周期をトラック位置検出周期２Ｔｕの半分のＴｕとしたとき、上記シークタイムを実現するための、２Ｔｕごとにその値が変化する位置軌道Ｐｔと速度軌道Ｖｔを求める。加速度生成部３２は、上記の位置軌道Ｐｔと速度軌道Ｖｔを用いて、フィードフォワード制御信号Ｕｍを次式により算出する
【数１】
0003796435.tif 000002
但しＰｔｂ、Ｖｔｂは２Ｔｕ前に算出したＰｔ、Ｖｔの値であり、ｎはシーク動作開始時点よりＴｕを一周期として何周期目かを表す整数である。モデル３３は制御対象を表すモデルで、例えば２重積分及び時間遅れを含む系として与える。このモデルは（数１）で求められたフィードフォワード制御信号Ｕｍから位置フィードバックモデル位置信号Ｐｆを算出し、これから実際に検出された制御対象３５の位置信号Ｐとの差が誤差信号ｅとして位置制御器３４へ入力され、ここでフィードバック制御信号Ｕｈが生成される。制御対象３５は、フィードフォワード制御信号Ｕｍ及びフィードバック制御信号Ｕｈの和の制御信号Ｄにより制御される。
【０００４】
また、論文“Multi-rate Two-Degree-of-Freedom Control for Fast and Vibration-less Seeking of Hard Disk Drives”（Shinsuke Nakagawaら,The American Control Conference, 25  27, July, 2001, Arlington）では、前述の藤本らによる方法に対して、機構共振特性を考慮した目標位置軌道の算出方法を提案し、更なる性能改善を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
藤本らの手法およびNakagawaらの手法は、算出した位置軌道及び速度軌道にヘッド位置を追従させるフィードフォワード制御系と、ヘッド位置と目標位置軌道の偏差を圧縮するフィードバック制御系によって構成されており、フィードフォワード制御系による電流指令値と実際のアクチュエータに流れる電流値に差異がなければ良好な追従特性を実現可能である。しかし、ヘッドの移動距離が大きいときは、大きな駆動電流を流そうとする制御信号となるために、ヘッドを起動するアクチュエータで電流飽和が生じ易い。アクチュエータでの電流飽和などにより、フィードフォワード制御系による電流指令値と実際にアクチュエータに流れる電流値との間に大きな差が生じた場合、ヘッド位置Ｐと位置フィードバック用モデル位置信号Ｐｆの偏差が増大し、アンチワインドアップ現象による追従性能の悪化が避けられない。また、フィードフォワード入力を計算する際に発生する演算誤差や数値の丸め誤差によって、位置フィードバック用モデル位置信号Ｐｆとヘッド位置Ｐの偏差が増大することも問題となる。
【０００６】
本発明は、前記したShinsuke Nakagawaらの技術を改善し、アクチュエータにおいて電流飽和が生じた場合や演算による誤差が問題となる場合にも制御性能が悪化しないようにした位置決め制御装置の実現を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号の偶数回目のサンプリング時点の時は前記第１モデルフィードバック制御信号を、奇数回目のサンプリング時点の時は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記入力制御信号との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記入力制御信号もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【０００８】
更に本発明は、磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号のサンプリング時点よりサンプリング周期Ｔｓの前半の（１／２）Ｔｓの間は前記第１モデルフィードバック制御信号を、後半の（１／２）Ｔｓの間は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記入力制御信号との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記入力制御信号もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【０００９】
更に本発明は、磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓに対して２Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号の偶数回目のサンプリング時点の時は前記第１モデルフィードバック制御信号を、奇数回目のサンプリング時点の時は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とし、さらに前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号の差の絶対値が予め定めた閾値をこえているときはそれら２つのモデルフィードバック制御信号の平均値を振動補償入力とし、前記絶対値が前記閾値をこえていないときは前記入力制御信号を振動補償入力とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記振動補償入力との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記振動補償入力もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【００１０】
更に本発明は、磁気記録媒体の記録及び再生の少なくとも一方を行うヘッドを目標とする位置へ移動させるための位置決め制御装置において、
与えられた目標位置へヘッドを移動させるシーク時間及びそのシーク時間内のヘッドの位置軌道及び速度軌道をヘッド位置検出手段により検出された位置信号のサンプリング周期Ｔｓごとに算出する軌道生成手段と、
ヘッド駆動信号が出力されてから位置信号が検出されて出力されるまでのヘッド駆動手段を含むヘッド系の剛体モデル及び無駄時間モデルと、
前記剛体モデルにより算出された剛体モデル位置及び剛体モデル速度が前記位置信号の次のサンプリング時点に於いて前記位置軌道及び速度軌道のそれぞれと一致するようにするための第１及び第２モデルフィードバック制御信号を前記サンプリング周期Ｔｓごとに算出するモデル制御手段と、
前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて算出された位置フィードバック用モデル位置と前記検出された位置信号との偏差に基づきフィードバック制御信号を算出する位置制御手段と、
ヘッド駆動手段に流れる駆動電流が飽和しているか否かを検出する飽和検出手段と、
前記位置信号のサンプリング時点よりサンプリング周期Ｔｓの前半の（１／２）Ｔｓの間は前記第１モデルフィードバック制御信号を、後半の（１／２）Ｔｓの間は前記第２モデルフィードバック制御信号を入力制御信号とし、さらに前記第１及び第２モデルフィードバック制御信号の差の絶対値が予め定めた閾値をこえているときはそれら２つのモデルフィードバック制御信号の平均値を振動補償入力とし、前記絶対値が前記閾値をこえていないときは前記入力制御信号を振動補償入力とするとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記剛体モデル入力としかつ前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号と前記振動補償入力との和を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力し、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記剛体モデルへのモデル入力としかつ前記振動補償入力もしくは前記ヘッド加速度を前記ヘッド駆動信号として前記ヘッド系へ出力する切替手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【００１１】
更に本発明は、前記ヘッド系の共振モデルを付加してこのモデルと前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて前記位置フィードバック用モデル位置を算出するとともに、前記切替手段は、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記入力制御信号を前記共振モデルへのモデル入力とし、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記共振モデルへのモデル入力とすることを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【００１２】
更に本発明は、前記ヘッド系の共振モデルを付加してこのモデルと前記剛体モデル及び無駄時間モデルを用いて前記位置フィードバック用モデル位置を算出するとともに、前記飽和検出手段により前記駆動電流が飽和していないと判定されたときには前記振動補償入力を前記共振モデルへのモデル入力とし、前記駆動電流が飽和していると判定されたときには前記駆動電流に対応するヘッド加速度から前記位置制御手段により算出されたフィードバック制御信号を差し引いた信号を前記共振モデルへのモデル入力とすることを特徴とする位置決め制御装置を開示する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図２は、本発明の位置決め制御装置と制御対象としての磁気ディスク装置ヘッド部の構成を示したもので、スピンドルモータ６には、記録媒体である磁気ディスク５が固定されており、定められた回転数により回転している。また、スピンドルモータ６に保持された磁気ディスク５の側方向には、ピボット軸受３が、スピンドルモータ軸に平行になるように設けられている。キャリッジ４はピボット軸受３に揺動可能に固定されている。磁気ヘッド１はキャリッジ４の先端に固定されている。磁気ヘッド１を移動させるための動力はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２により発生する。磁気ディスク上のサーボセクター７にはトラック位置信号が記録されている。磁気ヘッドにより読みとられた信号は、ヘッド信号増幅器８により増幅され、サーボ信号復調器９により復調される。復調されたサーボ信号１９はＡＤ変換器１０でディジタル化され、バス１３を介してＭＰＵ１６に取り込まれる。特にサーボセクタ７に記録された位置信号は、磁気ディスク２５の回転数が一定であるから、一定時間の周期で読みとられ、これはディジタル化された位置信号ＰとしてＭＰＵ１６へ入力される。ＶＣＭ２に実際に流れている電流は電流検出器２０で検出され、ＡＤ変換器２１でディジタル化されてディジタルのＶＣＭ電流信号ＩＶとしてＭＰＵ１６へ入力される。
【００１４】
ＭＰＵ１６に対してはバス１３を介してＲＯＭ１５、ＲＡＭ１４が設けられる。ＲＯＭ１５にはＭＰＵ１６で実行する本発明の機能を実行するためのプログラムを含む各種の制御プログラムが格納され、また各種の制御に必要なパラメータも格納されている。ＭＰＵ１６に対してはバス１３を介してインターフェースコントローラ１７が接続され、ホスト側コントローラ１８のコマンドを受けて、ＭＰＵ１６に対してリードライトのアクセス要求を出す。データのリードライトを要求するコマンド（シークコマンド）が発行されると、ＭＰＵ１６はＲＯＭ１５のプログラムを実行して、現在のヘッド位置から目標位置までの距離に応じて最適なＶＣＭ制御信号Ｄを生成し、ＤＡ変換器１１及びパワーアンプ１２を介してＶＣＭ２へ印加する。ＶＣＭ２はヘッドアクチュエータの駆動力を発生し、ヘッドを目標とする位置に位置決めする。
【００１５】
図１は、本発明の位置決め制御装置の構成例を示すブロック線図で、図２で説明したＭＰＵ１６の処理により実現される。図１において、制御対象２００は、図２のＭＰＵ１６で計算されるＶＣＭ制御信号Ｄを入力とし、ヘッドのトラック位置がディジタル化されて位置信号Ｐとして出力されるまでの伝達特性を指す。一方、制御部１００は、データの読み書きを行うトラックの目標位置Ｐｏ、現在のヘッド位置を示す位置信号Ｐ、及びＶＣＭ２に流れている電流の検出値ＩＶが入力され、これらの入力値に基づきヘッドを位置決めするＶＣＭ制御信号Ｄが計算され、ＶＣＭ２へ印加される。以下、制御部１００の各ブロックの動作を説明する。
【００１６】
いま、位置信号Ｐの検出周期及びフィードバック制御信号Ｕｈの切替周期をＴｓとし、ヘッド駆動の制御周期ＴｕをＴｓに等しいとする。軌道生成部４０は、データの読み書きを行う目標トラックに相当する目標位置Ｐｏと目標位置に到達するまでのシーク時間Ｔｆを算出し、２×Ｔｕ秒毎の位置軌道と速度軌道Ｖｔを発生する。そのとき、位置軌道Ｐｔ及び速度軌道Ｖｔの初期値は、それらのシーク動作開始時に於ける値とし、これらの初期値と同じくシーク動作開始時の加速度を用いて各時刻ｔ＝０、２Ｔｕ、…における軌道Ｐｔ、Ｖｔが算出される。また、ＶＣＭ電流が飽和状態から非飽和状態に回復したときや、シーク終端に近づくにつれて演算精度を高めたいときなど、位置軌道及び速度軌道を再構築することにより制御性能が向上する場合がある。そのような場合は、切り換えを行う時刻Ｔｃにおいて、後述するモデルの入出力信号を用いて、初期位置を剛体モデル位置Ｐｍに、初期速度を剛体モデル速度Ｖｍに、初期加速度を信号Ｍ１に書き換え、位置軌道Ｐｔ及び速度軌道Ｖｔを再構築する。再構築された位置軌道及び速度軌道を計算するときには、シーク時間はＴｆ−Ｔｃとし、現在時刻はｔ−Ｔｃとする。
【００１７】
制御部１００は、その内部モデルとして、剛体モデル４２と共振モデル４３および無駄時間モデル４４を有する。これらは従来技術と同様でよい。なお、制御対象の有する共振特性の影響が小さい場合やモデル化が困難な場合は、必ずしも共振モデル４３を考慮する必要は無い。剛体モデル４２は（数２）（数３）により剛体モデル位置Ｐｍ及び剛体モデル速度Ｖｍを算出する。
【数２】
0003796435.tif 000003
【数３】
0003796435.tif 000004
但しＰｍｂ及びＶｍｂは前サンプル時点における剛体モデル出力のＰｍ、Ｖｍの値であり、Ｕｍｆｂは、後述するようにモデル制御部４１により２Ｔｕごとに算出されるモデルフィードバック制御信号Ｕｍの値である。また、共振モデル４３は、入力信号から共振モデル位置までのパルス伝達関数を用いて表現した場合、連続時間系での振動モードを表す
【数４】
0003796435.tif 000005
をサンプリング周期Ｔｕで零次ホールドにより離散化したものとする。また、無駄時間モデル４４は、制御系のもつ無駄時間をＴｄとしてパルス伝達関数を用いて表現した場合、無駄時間要素の伝達関数
【数５】
0003796435.tif 000006
を有利関数に近似した後に離散時間系にて実現したものとする。本実施の形態では、有理関数に近似する方法としてＰａｄｅ一次近似を用いた。
【００１８】
位置制御器４５は、磁気ディスク装置では公知である望ましい制御性能を実現するためのフォロイング補償器から構成され、位置フィードバック用モデル位置Ｐｆと位置信号Ｐの偏差を圧縮するフィードバック制御信号Ｕｈを計算する。ここでは、位置情報Ｐのサンプリング周期およびフィードバック制御信号Ｕｈの周期はともにＴｓ秒であり、モデルフィードバック制御信号Ｕｍの周期と等しい。
【００１９】
モデル制御部４１は、位置軌道Ｐｔ、速度軌道Ｖｔと剛体モデル位置Ｐｍ、及び剛体モデル速度Ｖｍを２×Ｔｕ秒毎に参照し、２×Ｔｕ秒後において、剛体モデル位置Ｐｍが位置軌道Ｐｔと一致し、剛体モデル速度Ｖｍが速度軌道Ｖｔに一致するように、モデルフィードバック制御入力Ｕｍを（数６）により計算するもので、シーク制御開始からｎ（＝０，１，２，…）×Ｔｕ期間にｎが偶数ならＵｍをＵｍｆとし、ｎが奇数ならＵｍをＵｍｓとする。
【数６】
0003796435.tif 000007
【００２０】
係数５２は、検出したＶＣＭ電流値信号ＩＶを制御対象２００の加速度を表す加速度信号Ｕに変換する定数である。
【００２１】
切替器４７は、モデルフィードバック制御信号Ｕｍ、フィードバック制御信号Ｕｈ、及び加速度信号Ｕを入力とし、ＶＣＭ電流の飽和／非飽和を検出する検出部４８の出力に応じてその出力であるモデル入力Ｍ１、Ｍ２及びＶＣＭ制御信号Ｄの値を切りかえる。飽和検出部４８におけるＶＣＭ電流が飽和状態か非飽和状態かの判断は、ＶＣＭ制御信号Ｄと対応するＶＣＭ電流信号ＩＶとの比較により行い、両者の差が所定値以上の時を飽和状態とする。
【００２２】
図4は、ＶＣＭ電流が飽和していない場合の、切替器４７の動作例を示すブロック線図である。振動防止プログラム４７１は、モデル制御部４１で算出された２つの値の差、即ちＵｍｆ−Ｕｍｓの絶対値がある規定値より大きい場合にＵｍｆとＵｍｓの平均値を信号Ｗとして出力し、このときはＷの値は２Ｔｕごとに変化する。また、Ｕｍｆ−Ｕｍｓの絶対値がある規定値より小さい場合には、モデルフィードバック制御信号Ｕｍをそのまま信号Ｗとして出力し、この値はＴｕごとに変化する。この振動防止プログラムを挿入することにより、モデルフィードバック制御信号Ｕｍが振動的となった場合、制御対象２００及び共振モデル４３がモデルフィードバック制御信号Ｕｍによって振動されることを防ぐことができる。そして、モデル入力Ｍ１はモデルフィードバック制御信号Ｕｍとし、モデル入力Ｍ２は振動防止プログラムを通過後の信号Ｗとする。ＶＣＭ制御信号Ｄは信号Ｗとフィードバック制御信号Ｕｈの和として求める。
【００２３】
図５は、ＶＣＭ電流が飽和している場合の切替器４７の動作例を示すブロック線図で、振動防止プログラム４７１は図４の場合と同じものである。ＶＣＭ制御信号Ｄは、振動防止プログラム４７１の出力信号Ｗとし、モデル入力Ｍ１とモデル入力Ｍ２は、加速度信号Ｕからフィードバック制御信号Ｕｈを差し引いた信号として計算される。
【００２４】
図６は、ＶＣＭ電流が飽和している場合の切替器４７の別の動作例を示すブロック線図である。このブロック線図は、モデル入力Ｍ１、Ｍ２は図５の場合と同じであるが、ＶＣＭ制御信号Ｄを加速度信号Ｕとしている点が異なっている。
【００２５】
以上で図１の各ブロックの動作を述べたが、次にこれら各ブロック動作を総合した位置決め制御の動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ホスト側コントローラ１８（図２）からシークコマンドが発行されると、データの読み書きを行う目標トラックに対応した目標位置Ｐｏとシーク完了までの時間（シークタイム）Ｔｆを軌道生成部４０で算出する（ステップＳ１）。次に、シーク開始時刻から現時刻までのヘッド位置情報のサンプリング回数（シーク開始時における位置情報のサンプリングは含まない）をｎ＝１、２、…としたとき、ｎが偶数（シーク開始時はｎ＝０）である場合に、軌道生成部４０において位置軌道Ｐｔ、速度軌道Ｖｔを計算し、さらにこれらの値Ｐｔ、Ｖｔと前サンプル時にて計算済みの剛体モデル位置Ｐｍ及び剛体モデル速度Ｖｍを用いてモデル制御部４１にてモデルフィードバック制御信号Ｕｍを（数６）により計算する（ステップＳ２〜Ｓ４）。
【００２６】
次に振動防止プログラム４７１の処理を行う。まず算出した（数６）の２つの値Ｕｍｆ、Ｕｍｓの差の絶対値が所定値δより大きいかを調べ（ステップＳ５）、大きいときは振動防止プログラム４７１の出力信号Ｗを（Ｕｍｓ＋Ｕｍｆ）／２とする（ステップＳ６）。上記絶対値がδより小さいときは、サンプリング回数ｎが偶数ならＷ＝Ｕｍｆとし、奇数ならＷ＝Ｕｍｓとする（ステップＳ７〜Ｓ９）。
【００２７】
次に、位置フィードバック用モデル位置Ｐｆから検出した位置信号Ｐを差し引いた位置偏差を位置制御器４５に入力してフィードバック制御信号Ｕｈを計算する（ステップＳ１０）。次に、ＶＣＭ電流が飽和しているかどうかを飽和検出部４８で判定し（ステップＳ１１）、飽和していないときはモデル入力Ｍ１＝Ｕｍ、モデル入力Ｍ２＝Ｗ、ＶＣＭ制御信号Ｄ＝Ｗ＋Ｕｈとし（ステップＳ１２）、飽和しているときはモデル入力Ｍ１＝Ｍ２＝Ｕ−Ｕｈ、ＶＣＭ制御信号Ｄ＝Ｗ（図５の場合）又はＤ＝Ｕ（図６の場合）とする（ステップＳ１３）。モデル入力Ｍ１、Ｍ２が求められると、次に剛体モデル位置Ｐｍ、剛体モデル速度Ｖｍ、共振モデル位置Ｐｒを計算し（ステップＳ１４）、その後、剛体モデル位置Ｐｍと共振モデル位置Ｐｒの和を無駄時間モデル４４に入力し、位置フィードバック用モデル位置Ｐｆを計算する（ステップＳ１５）。そして、シーク開始から現在までの時間であるｎ×ＴｕがシークタイムＴｆ未満であれば（ステップＳ１６でＮｏ）、位置信号Ｐをサンプリングし（ステップＳ１７）、これまでの演算処理が繰り返される。
【００２８】
以上詳述したように、本発明では、制御プログラムに内部モデルとして、剛体モードを離散時間系で実現した軌道追従用モデルと、剛体モードと機構共振および等価無駄時間を含んだモデルを離散時間系で実現したヘッド位置追従用モデルを実現し、その軌道追従用モデルの位置Ｐｍと軌道追従用モデルの速度Ｖｍが、次サンプル時点において目標位置軌道Ｐｔと目標速度軌道Ｖｔに一致するようにフィードバック（軌道追従フィードバック）制御信号Ｕｍを計算する。そして、アクチュエータの電流が飽和していないときは、軌道追従用フィードバック信号Ｕｍを内部モデルおよびアクチュエータへ入力する。一方、電流飽和時は、軌道追従用モデルに対しては、軌道追従用フィードバック信号Ｕｍではなく、検出したＶＣＭ電流にもとづく加速度指令値Ｕを入力する。
次に、ヘッド位置追従用モデル位置とヘッド位置との偏差を圧縮するフィードバック（モデル追従フィードバック）制御信号Ｕｈを計算する。そして、アクチュエータの電流が飽和していないときは、モデル追従フィードバック信号Ｕｈをアクチュエータ側に入力し、電流飽和時は、符号を反転させたモデル追従フィードバック信号−Ｕｈを内部モデル側に入力する。これにより、電流非飽和時においてはヘッド位置がヘッド追従用モデル位置に追従し、電流飽和時にはヘッド追従用モデル位置がヘッド位置に追従する仕組みとなる。さらに、電流飽和時において、内部モデルにＶＣＭ電流値に基づく加速度指令値を入力することにより、電流飽和時のヘッド位置とモデル位置との偏差を抑えることが出来る。
【００２９】
図８は、図１に示した位置決め制御装置の動作例を示しており、目標位置Ｐｏ＝２ｍｍ、シークタイムＴｆ＝３ｍｓ、制御周期Ｔｕ＝Ｔｓ＝４０μｓ、モデルの遅延時間Ｔｄ＝１０μｓ、また、（数４）の共振モデルのパラメータをａ＝１．０，ζ=０．５,ωｎ=２×π×４０００とした場合で、図８（ａ）は位置軌道Ｐｔの時刻歴応答を、図８（ｂ）は速度軌道Ｖｔの時刻歴応答である。このような軌道を与えた際、位置信号Ｐの時刻歴応答は図８（ｃ）に示す結果となった。また、その際の電流波形の時刻歴応答は図８（ｄ）である。これらの結果より、本発明を適用した位置決め制御系では、位置軌道Ｐｔに対して、実際のヘッド位置である位置信号Ｐが精度良く追従している事が分かる。また、ＶＣＭ電流ＩＶの時刻歴応答から、本実施の形態においてはＶＣＭ電流が飽和している事が確認でき、本発明による位置決め制御系は電流飽和が生じた場合においても、精度良くヘッド位置を目標軌道に追従させることが分かる。
【００３０】
図９は、本発明の位置決め制御装置の別の構成例の動作を示すフローチャートで、ブロック線図としては図１と同じである。但し一部のブロックでの動作が異なっている。図７のフローチャートで示した場合には、位置情報Ｐのサンプリング周期およびフィードバック制御信号Ｕｈの周期Ｔｓとモデルフィードバック制御信号Ｕｍの切替周期Ｔｕとは同じとしていたが、図９の場合は、サンプリング周期及びフィードバック制御信号Ｕｈの周期はＴｓに対してモデルフィードバック制御信号の周期ＴｕをＴｓ／２としている。すなわち、モデルフィードバック制御信号Ｕｍを位置信号Ｐのサンプリングに対して２倍マルチレートであるとした場合である。
【００３１】
図９において、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、及びＳ２４の演算は、図７のステップＳ１、Ｓ３、Ｓ４及びＳ１０の演算とそれぞれ同じで、これらにより、毎サンプリング時（Ｔｓごと）に位置軌道Ｐｔ、速度軌道Ｖｔ、（数６）に示したモデルフィードバック制御信号Ｕｍの値Ｕｍｆ、Ｕｍｓと、フィードバック制御信号Ｕｈとを算出する。次に飽和検出部４８による飽和の判定を行い（ステップＳ２５）、飽和していないときはタイマーをスタートさせる。これはソフト的に構成したタイマーでよく、位置信号Ｐのサンプリング周期Ｔｓの半分、つまりＴｕでタイムアップするものとする（ステップＳ２６）。そして制御用パラメータｓを０とし（ステップＳ２７）、制御信号ＵｍをＵｍｆとおき（ステップＳ２８）、｜Ｕｍｆ−Ｕｍｓ｜＞δかを判定する（ステップＳ２９）。もし｜Ｕｍｆ−Ｕｍｓ｜が所定値δより大きいときは振動防止のためＷ＝（Ｕｍｆ＋Ｕｍｓ）／２とし（ステップＳ３０）、δより小さいときはＷ＝Ｕｍとする（ステップＳ３１）。そしてモデル入力Ｍ１＝Ｕｍ（＝Ｕｍｆ）、モデル入力Ｍ２＝Ｗ、ＶＣＭ制御信号Ｄ＝Ｗ＋Ｕｈとする（ステップＳ３２）。次にｓ＝１かを調べ（ステップＳ３３）、ｓ＝１でなければタイマーがタイムアップするのを待つ（ステップＳ３４）。タイムアップするとＵｍ＝Ｕｍｓのとおきｓを１として（ステップＳ３５、Ｓ３６）、ステップＳ２９へ戻る。こうしてサンプリング周期Ｔｓの前半のＴｕ間の制御が行われる。タイムアップ後のステップＳ２９以下は後半のＴｕ間の制御であり、このときはＵｍ＝Ｕｍｓとして同様の処理が行われ、ｓ＝１となっていることから次の処理へ移る。またＶＣＭ電流が飽和しているときは、２つのモデル入力Ｍ１、Ｍ２ともにＵ−Ｕｈとし、ＶＣＭ制御信号ＤをＷ（又はＵ）とする（ステップＳ３７）。ＶＣＭ制御信号が出力されたあとのステップＳ３８、Ｓ３９、Ｓ４０の処理は図７のステップＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６とそれぞれ同じである。以上に示した図９の処理によっても、図７と同様な効果が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気ディスク装置の位置決め制御系において、ＶＣＭ電流が飽和した場合においても、目標トラックへ磁気ヘッドを高速かつ高精度に位置決めすることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置決め制御装置の構成例を示すブロック線図である。
【図２】本発明の位置決め制御装置と磁気ディスクヘッド部の構成例である。
【図３】従来の位置決め制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】ＶＣＭ電流非飽和時の切替器動作を示す図である。
【図５】ＶＣＭ電流飽和時の切替器動作を示す図である。
【図６】ＶＣＭ電流飽和時の切替器の別の動作を示す図である。
【図７】図１の位置決め制御装置の全体の動作を示すフローチャート例である。
【図８】図１の位置決め制御装置の動作例を示す図である。
【図９】図１の位置決め制御装置の全体の動作を示す別のフローチャート例である。
【符号の説明】
１   磁気ヘッド
２ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
４ キャリッジ
５ 磁気ディスク
６ スピンドルモータ
１０  ＡＤ変換機
１１  ＤＡ変換機
４０  軌道生成部
４１  モデル制御部
４２  剛体モデル
４３  共振モデル
４４  無駄時間モデル
４５  位置制御器
４７  切替器
４８  飽和検出部
２００  制御対象
４７１  振動防止プログラム
Ｄ  ＶＣＭ制御信号
Ｐ  位置信号
【図１】
0003796435.tif 000008
【図２】
0003796435.tif 000009
【図３】
0003796435.tif 000010
【図４】
0003796435.tif 000011
【図５】
0003796435.tif 000012
【図６】
0003796435.tif 000013
【図７】
0003796435.tif 000014
【図８】
0003796435.tif 000015
【図９】
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