JP2001338477A

JP2001338477A - ディスク装置

Info

Publication number: JP2001338477A
Application number: JP2001173360A
Authority: JP
Inventors: Masato Kobayashi; 正人小林; Takashi Yamaguchi; 高司山口; Hirotake Hirai; 洋武平井; Hideaki Amano; 英明天野; Katsuhiro Tokida; 勝啓常田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘッド位置決め機構系のループゲインのばらつ
きによる性能の低下を抑えるため、複数のヘッドを有す
る機構系のループゲインを、各ヘッド毎に複数のトラッ
クで高速かつ高精度に求め、それらのゲインばらつき
を、一定とするディスク装置および制御方法を提供す
る。【解決手段】利得同定手段15は、コマンドが発生するヘ
ッド番号20に基づいて複数ののヘッド３各々に対する機
構系のループゲインの推定を行う。この時、目標位置発
生手段18は、コマンドが発生するトラック番号19に基づ
きヘッドを移動させた後、正弦波状の信号を発生する。
複数のトラックで求めた複数のヘッド毎のループゲイン
を、トラック間で補間してメモリ14に記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つ以上の位置決
めヘッドを有する磁気ディスク装置や光ディスク装置に
関し、特に高密度記録に好適な磁気ディスク装置および
光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスク装置、例えば磁気ディスク装置
では、高密度記録の達成のためデータ記録面のセクタの
先頭に記録された位置基準信号に基づいてデータヘッド
の位置決めを行うセクタサーボ方式、あるいはそれに準
拠したサーボ方式が一般に用いられている。セクタ信号
に基づいたこれらのサーボ方式は、高精度にヘッドを目
標のトラック中心に位置決めするのに適している。これ
らのサーボ方式の補償器は、位置信号が離散的に得られ
るためマイクロプロセッサ内にディジタルフィルタを構
成し制御対象の動特性を基に決定される。ここで、制御
対象の動特性とは、補償器の制御信号から補償器への検
出位置信号までのループゲインであって、ボイスコイル
モータのゲイン、アンプのゲイン、ヘッドの等価質量、
位置検出ゲインおよびサンプリング時間の二乗の積で与
えられる。

【０００３】しかし、制御対象のループゲインは、製造
公差、動作条件、動作環境、経時変化によりばらつく。
特に、ボイスコイルモータのゲインと位置検出ゲインが
以下の理由によりばらつき、高速なヘッドの移動や高精
度なヘッドの位置決め動作を妨げ、装置性能の低下を引
き起こす。

【０００４】ボイスコイルモータのゲインは、ボイスコ
イル両端の磁束のもれが原因でヘッドの動作トラック位
置によりその力定数が変化する。すなわち、ディスクの
内周と外周で力定数が小さくなり、その中間では力定数
が大きくなる。

【０００５】また、位置検出ゲインは、ヘッドが位置す
るディスクの周速、ヘッドのディスク面からの浮上量お
よびヘッドのコア幅のばらつきによりゲインが変化す
る。

【０００６】すなわち、ディスクの外周側では周速が大
きいため磁束の変化が大きく、ヘッドの読み取り電圧が
大きくなり、位置検出ゲインが大きくなる。ヘッドの浮
上量が小さいときも読み取り電圧が大きくなり、位置検
出ゲインが大きくなる。さらに、ヘッドのコア幅が設計
の基準値より大きければ読み取り電圧が大きくなり、位
置検出ゲインが大きくなる。

【０００７】従来、これらの問題を個々に解決する手段
が提案されている。例えば、ボイスコイルモータの力定
数の変化の補正方法としては、特開昭63-274395号公報
に記載されている。また、上記の問題をトータル的に解
決する手段の一例として、特開昭63-23280号公報に、機
構系のループゲインを特別な２つの速度制御中に自動推
定し、その結果に基づいて制御系の補償要素を調整する
方法が記載されている。さらに、ボイスコイルモータや
位置検出ゲインを含む開ループの一巡のループゲインを
求める方法が、特開平2-94187号公報に記載されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の中で、
特開昭63-274395号公報に記載のものは、ヘッドの位置
に対応する補正係数を制御装置に設けた記憶部にテーブ
ルとして記憶しておき、ヘッドの移動に対応してテーブ
ルから補正係数を引き出し、補償器のゲインを変化させ
る方法を用いている。しかし、この方法においては、出
荷前に既に補正係数をテーブルに記憶しておくため、装
置毎のボイスコイルモータのゲインのばらつきを補正す
ることが出来なかった。

【０００９】また、上記従来技術のなかで、特開昭63-2
3280号公報に記載のものは速度制御の加速段階中の１デ
ータと減速段階中の１データの２回の制御信号と位置信
号より機構系のループゲインの推定値を計算しているた
め、おおまかな推定値しか得られず、トラック間及びヘ
ッド毎のループゲインのバラツキを小さくすることはで
きなかった。

【００１０】また、位置検出ゲインの補正方法として
は、ディスク円板の周速とヘッド浮上量の変化に伴う読
み取り電圧の変化を補正する自動利得制御（ＡＧＣ）ア
ンプを用いる方法が知られている。しかし、この方法で
は、ヘッド毎のコア幅の製造公差に伴う位置検出ゲイン
のばらつきを補正することが出来なかった。

【００１１】さらに、上記従来技術の中の特開平2-9418
7号公報に記載のものは、零クロス周波数の330Hzの正弦
波外乱をサーボ制御ループ内に加算し、その加算点の前
後の正弦波状の信号の振幅の比が１になるまで、ループ
内のゲインを繰り返し調整する周波数応答法の自動化法
であり、これにより、開ループの一巡ループゲインを零
クロス周波数で０dBにできる。そして、この従来例で
は、この方法を全てのヘッドに対し実施することが示さ
れている。しかし、この方法ではヘッドの動作トラック
位置によるボイスコイルモータの力定数の変動を補正す
ることはできない。

【００１２】また、外乱正弦波が印加されてから加算点
前後の出力信号が定常状態におちつくまでのステップ、
信号のノイズ成分を除去するため、外乱正弦波を印加し
た状態での330Hzの加算点前後の正弦波状の信号の各々
の振幅を測定し、その測定値から外乱正弦波を印加しな
い状態での330Hzの加算点前後の信号の振幅を差し引く
ステップ、さらに上記作業に対し外乱正弦波330Hzの信
号成分だけを抽出するために加算点前後の各々の信号に
対し離散時間フーリエ変換を施すステップ、これらの各
ステップに多くの時間が必要なことから、前記周波数応
答法の自動化を複数のヘッドに対し実施することは時間
と精度の点で問題があった。

【００１３】これらは、ディスク装置の高記録密度化・
高密度実装化・高精度位置決め・高転送速度化を図るた
めに解決されるべき重要な課題である。

【００１４】高記録密度化は、トラック間隔の狭小化と
セクタ信号に基づいたサーボ方式によって達成される
が、トラックの狭小化には、ヘッドのコア幅の狭小化が
必要である。ヘッドのコア幅の狭小化に伴い、ヘッドコ
ア幅に対する製造公差の比率が増大し、従って位置検出
ゲインのばらつきが増大するという課題が生じる。

【００１５】また、高密度実装化は、ディスク面を多く
実装することで達成されるが、ディスク面のセクタ信号
に基づいたサーボ方式では、セクタ信号が記録されたデ
ィスク面の数だけ位置決めヘッドが存在し、個々のヘッ
ドの位置検出ゲインがばらつく。

【００１６】例えば、現在の典型的な大きさのディスク
である３.５インチ磁気ディスク装置では、位置決めヘ
ッドの数はディスク装置の高さが４１.３ｍｍの場合、
１０個から１４個存在し、個々の位置決めヘッドのコア
幅の製造公差はトラック間隔2000ＴＰＩ（トラック／イ
ンチ）で２０％程度存在する。さらに、ボイスコイルモ
ータの力定数は、ディスクの外周と中間でゲインが１０
％程度異なる。すなわち、高記録密度化と高密度実装化
により一個のディスク装置内における制御対象のゲイン
変動は、最大で３０％程度存在することになる。しかも
今後のディスク装置の高記録密度化・高密度実装化に伴
い制御対象のゲイン変動は増大する傾向にある。

【００１７】また、高精度位置決め化は、位置決めヘッ
ドを目的のトラックの中心へ高速かつ高精度に位置決め
することによって達成されるが、そのためには制御対象
のゲイン変動（３０％程度）を±４％にまで抑える必要
がある。特に、高速かつ高精度に位置決めするために
は、制御対象モデル化し、そのモデルに基づき制御手段
を設計する現代制御理論の適用が有力であるが、高速高
精度に位置決めするためには、制御対象のモデルを事前
に正確に知る必要がある。

【００１８】さらに、データの高転送速度化は、複数の
ディスク面に記録されている各データを全てのヘッドが
同時に読み書きすることによって達成されるが、そのた
めには、ボイスコイルモータで全てのヘッドを一体に動
かした後、各ヘッドを目的のトラック中心に位置決めす
るために各ヘッド毎にピエゾアクチュエータを用い独立
に位置決めすることが必要である。その場合、ヘッド毎
のピエゾ素子のゲイン特性がばらつき高速高精度に位置
決めすることが困難となる。また、ヘッド毎のピエゾ素
子のゲイン特性を同時に推定する必要がある。

【００１９】上記課題に鑑み、本発明の一つの目的は、
ディスク装置内で位置決めを行う異なる２つ以上のトラ
ック間および２つ以上のヘッド毎の制御信号から検出位
置信号までの制御対象のモデルの値を正確に求め、その
ばらつきを見かけ上一定とするディスク装置を提供する
ことにある。

【００２０】本発明の他の一つの目的は、ディスク装置
内で位置決めを行う異なる２つ以上のトラック間および
異なる２つ以上のヘッド毎の制御信号から検出位置信号
までの制御対象のモデルのばらつきを高速かつ高精度に
推定し、その推定値に基づき制御手段あるいは種々の状
態推定手段を補償するディスク装置およびその制御方法
を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、情報が記録されている円板と、前記円板
との間で情報の読み出しまたは書き込みを行うヘッド
と、前記ヘッドの位置を検出し検出位置信号を出力する
ヘッド位置検出手段と、前記ヘッドを微小な範囲で位置
決めするピエゾアクチュエータと、前記ヘッドと前記ピ
エゾアクチュエータとそれらを支持する部材を移動する
ボイスコイルモータとを備え、前記ヘッドを目標位置に
位置決めするための目標位置信号を発生する目標位置発
生手段と、前記目標位置信号と前記検出位置信号との差
に基づき前記ピエゾアクチュエータを駆動する調整可能
な利得を有する制御手段を備えたディスク装置におい
て、前記検出位置信号と前記ピエゾアクチュエータを駆
動する制御信号を用い、前記制御信号から前記検出位置
信号までの前記ピエゾアクチュエータのループ利得を同
定するループ利得同定手段と、前記同定したループ利得
に基づき前記調整可能なピエゾアクチュエータの制御手
段の利得を補正する利得補正手段を設けたものである。
また、情報が記録されている円板と、前記円板との間で
情報の読み出しまたは書き込みを行うヘッドと、前記ヘ
ッドの位置を検出し検出位置信号を出力するヘッド位置
検出手段と、前記ヘッドを微小な範囲で位置決めするピ
エゾアクチュエータと、前記ヘッドと前記ピエゾアクチ
ュエータとそれらを支持する部材を移動するボイスコイ
ルモータとを備え、前記ヘッドを目標位置に位置決めす
るための目標位置信号を発生する目標位置発生手段と、
前記目標位置信号と前記検出位置信号との差に基づき前
記ピエゾアクチュエータを駆動する調整可能な利得を有
する制御手段を備えたディスク装置において、コマンド
がゲイン推定を選択時に、前記ピエゾアクチュエータの
利得の推定には、ＤＡ変換器からパワーアンプ、第二の
アクチュエータ、第一のアクチュエータ、ヘッド、位置
検出手段、およびＡＤ変換器までの物理モデルからなる
同定モデルと、前記検出位置信号と前記同定モデルの出
力信号との差を同定誤差信号とし、前記同定誤差信号が
時間の経過に伴って減少するように前記同定モデルの利
得を繰り返し調整する適応調整手段と、前記適応調整手
段によって調整された後の前記同定モデルの利得を記憶
するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された利得
に基づいて前記制御手段の利得を補正する利得補正手段
とを設けたものである。また、情報が記録されている円
板と、前記円板との間で情報の読み出しまたは書き込み
を行う複数のヘッドと、前記ヘッドの位置を検出し検出
位置信号を出力するヘッド位置検出手段と、前記各々の
ヘッドを微小な範囲で位置決めする複数のピエゾアクチ
ュエータと、前記複数のヘッドと複数の前記ピエゾアク
チュエータとそれらを支持する部材を移動するボイスコ
イルモータとを備え、前記各々のヘッドを目標位置に位
置決めするための目標位置信号を発生する目標位置発生
手段と、前記目標位置信号と前記検出位置信号との差に
基づき複数の前記ピエゾアクチュエータを駆動する調整
可能な利得を有する制御手段を備えたディスク装置にお
いて、前記検出位置信号と複数の前記ピエゾアクチュエ
ータを駆動する各々の制御信号を用い、前記制御信号か
ら前記検出位置信号までの複数の前記ピエゾアクチュエ
ータのループ利得を同定するループ利得同定手段と、前
記同定したループ利得に基づき前記調整可能なピエゾア
クチュエータの制御手段の利得を補正する利得補正手段
を設けたものである。組立てを完了した磁気ディスク装
置の最初の起動時、又は適宜時にサーボトラックライタ
によりディスクの位置情報をディスクに記録する。次
に、ディスクの半径方向に複数個所、および、その位置
のトラック又はその近傍位置のトラックで合わせて複数
回、ディスク装置の機構系のループゲインの推定を行
う。これにより、半径方向代表位置におけるゲイン推定
値のばらつきに起因する推定精度の低下を防止できる。
さらに、この半径方向代表位置のゲイン推定値を各トラ
ック位置で最小２乗法等で補間することにより、各トラ
ック位置のゲインを高精度で推定できる。ここで、機構
系のループゲインの推定は、コンピュータ等によるヘッ
ド位置決め制御信号と指令されたヘッドの検出位置信号
とを比較し、機構系のループゲインが見かけ上一定とな
るように、制御手段の出力を制御して行う。これによ
り、位置検出信号のゲインを、ディスクの半径方向どの
位置でも等しく入力信号に対応づけることができ、信号
の読み取り精度を向上できる。さらに、上述の操作を同
一の制御手段を用いて各ヘッドについて行うことによ
り、どのヘッドについても、等しく信号の読み取り精度
を向上できる。各ヘッド毎に、ディスクの複数トラック
で機構系のループゲインの推定を終了した後は、ループ
ゲインの推定値をメモリ又はディスク上に記録する。こ
れにより、電源切断があっても、記録された推定値を呼
びだすことにより、ヘッドの位置決めを迅速にできると
共に、信号の読み取り精度を低下させることが無い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
より詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施例を示す磁気ディ
スクのヘッド位置決め制御装置のブロック線図である。
具体的説明にはいる前に、図１を用いて本発明の基本的
な構成を示す。この実施例の実行手順は、位置決め制御
時とゲイン推定時の２つに分かれ、コマンドの発生によ
り両者を区別する。

【００２４】図１において、スピンドルモータ１で駆動
される軸には、複数のディスク２が取り付けられてお
り、ディスク面上をヘッド３が僅かにすき間を置いて浮
上している。ヘッド３は、ヘッド支持系４により支持さ
れ、ヘッド支持系４は、ボイスコイルモータ５に固定さ
れている。ボイスコイルモータ５の移動に伴いヘッド３
は、ディスク２の外周から内周方向あるいはその逆方向
へ移動し、ディスク２のトラック上に記録された情報を
読み取りまたは書き込みする。

【００２５】この磁気ディスク装置は、高密度記録達成
のため全てのディスクのトラックのセクタの先頭に記録
された位置基準信号をヘッド３で読み取り位置決めを行
うセクタサーボ方式を採用している。したがって、全て
のヘッド３が、データヘッドとなる。

【００２６】個々のデータヘッドから得られた位置基準
信号は、ヘッド毎に設けたヘッドとヘッドからの信号を
処理する演算部を備えた位置検出手段８により位置信号
に変換される。ヘッド切換え手段９は、コマンドが発せ
られた目的のヘッド番号２０を選択する。目的のヘッド
の位置検出手段８から発生した位置信号は、ＡＤ（アナ
ログディジタル）変換器１０によりディジタル信号に変
換され、検出位置信号１１となる。目標位置発生手段１
８は、コマンドが発せられた目的のトラック番号１９を
選択し、目標位置信号を発生する。

【００２７】コマンドによりゲイン推定が選択されたと
きは、スイッチ１６を開き、スイッチ１７を閉じる。こ
の時、利得同定手段１５は制御信号１２と検出位置信号
１１を用いて目的のトラックに目的のヘッドが位置決め
されたときのトラック番号に対応した制御対象のループ
ゲインを推定する。ここで、制御対象のループゲイン
は、ＤＡ変換器７からパワーアンプ６、ボイスコイルモ
ータ５、ヘッド支持系４、ヘッド３、位置検出手段８お
よびＡＤ変換器１０までのゲインとサンプリング時間の
関数である。さらに、利得同定手段１５は、推定したル
ープゲインを用いて制御手段１３のゲインを決定する。
メモリ１４はコマンドが発生したトラック番号１９とヘ
ッド番号２０に対応してトラック番号１９とヘッド番号
２０とゲイン推定値に基づいた制御手段１３のゲインを
格納する。

【００２８】コマンドにより位置決め制御が選択されて
いる時は、スイッチ１６を閉じ、スイッチ１７を開く。
この時、メモリ１４はコマンドが指令した目的のトラッ
ク番号１９とヘッド番号２０に対応した制御系のゲイン
を選択し、制御手段１３に設定する。制御手段１３は、
検出位置信号１１と目標位置信号との偏差が零となるよ
うに制御信号１２を発生する。この制御信号１２をＤＡ
（ディジタルアナログ）変換器７でアナログ信号に変換
し、パワーアンプ６で増幅しボイスコイルモータ５に制
御信号に応じた電流を入力し、ボイスコイルモータ５を
移動させる。

【００２９】以下、図１の実施例を実現するためのハー
ドウエア構成とその実行手順を説明する。

【００３０】図２は、本発明のディスク制御装置を実現
するハードウエアの構成図である。マイクロプロセッサ
システム２４では、マイクロプロセッサ２１がバスライ
ン２７を介して、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２
２、ＲＯＭ（読みだし専用メモリ）２３に接続されてい
る。ＲＯＭ２３は、制御手段１３、目標位置発生手段１
８および利得同定手段１５のプログラムを格納する。Ｒ
ＡＭ２２は、ゲイン推定値に基づいた制御系のゲイン
と、その時選択されたトラック番号１９とヘッド番号２
０を一時格納する。

【００３１】コマンド発生器２５は、位置決め制御時か
ゲイン推定時かのコマンドを発生し、ヘッド番号２０と
トラック番号１９を決定する。

【００３２】ディスク面メモリ２６は、ゲイン推定値に
基づいた制御手段のゲインとその時選択するトラック番
号とヘッド番号をディスク面上のユーザが使用しない領
域に記録する。この記録は、上書きするまで保存され、
電源投入後にＲＡＭ２２内に格納される。このディスク
面への記録は、全てのディスク面に対し同一の情報を記
録することが望ましく、そうすることによりある一面の
情報がなんらかの原因で破壊した場合において他のディ
スク面の情報を読み出すことが可能となる。

【００３３】図３は、本発明の一実施例の実行手順を説
明するフローチャートである。ディスク装置の組立（ス
テップ３００）後、サーボトラックライターにより全て
のディスク面にセクタ信号を記録（ステップ３０１）
し、ディスク面のエラーテストと論理・物理フォーマッ
トを従来通りの手順で実行する（ステップ３０２）。フ
ォーマット終了時に、コマンドはゲイン推定のコマンド
を発生し、制御対象のループゲインの推定を実行する
（ステップ３０３）。ゲイン推定手順の詳細は図４で説
明する。フォーマット終了時にゲイン推定を実行するこ
とにより、ディスク装置が定常状態となったとき、すな
わち制御対象が安定したときのループゲインの推定が可
能となる。ゲイン推定値を、制御手段のゲインに変換
し、対応するトラック番号とヘッド番号と共にディスク
面メモリに格納する（ステップ３０４）。以上が終了し
た後に、ディスク装置を出荷する（ステップ３０５）。

【００３４】ディスク装置のユーザが電源を投入すると
（ステップ３０６）、まず、ディスク面メモリから、ゲ
イン推定値より求めた制御手段のゲインと、対応するト
ラック番号とヘッド番号をＲＡＭに書き込む（ステップ
３０７）。位置決め制御のコマンドが発生されると、ト
ラック番号とヘッド番号が選択され、それに対応する制
御手段のゲインが制御手段に設定され（ステップ３０
８）、ヘッド位置決め動作が実行される（ステップ３０
９）。

【００３５】上記実施例においては、ステップ３０７か
らステップ３０９までをユーザの初期電源投入時に行っ
ているが、出荷前工場内で実行することも可能である。
また、ユーザの電源投入毎に実行することも可能であ
る。さらに、ユーザが電源投入中、制御対象のループゲ
イン推定をヘッドあるいはトラックに関し個別に順に実
行し、ディスク面に記録した情報を新しく更新すること
も可能である。

【００３６】図４は、図３で説明した利得同定手段を用
いて、制御対象のループゲインの推定を行う手順を説明
するフローチャートである。ここでは、説明の簡略化の
ためディスク装置のトラック数は１００５トラック、ヘ
ッド数は４本とする。ループゲインの推定は、全トラッ
クで実行するのではなく、代表する０トラック（最外
周）、２５０トラック、５００トラック（中央のトラッ
ク）、７５０トラック、１０００トラック（最内周）で
実行し、予め測定したボイスコイルモータのトラック位
置に対する変化のカーブからトラック間を曲線または直
線で補間する。このループゲインの推定は、全ヘッドに
対し実行する。次に、ループゲインの推定の詳細を以下
に述べる。

【００３７】まず、代表トラック番号を０トラックとす
る（ステップ４００）。コマンドから、ヘッド番号に０
番ヘッドを（ステップ４０１）、トラック番号に代表ト
ラック番号を発生する（ステップ４０２）。この時点
で、０番ヘッドは０トラックに位置決めしている。利得
同定アルゴリズムを実行し、制御信号と検出位置信号か
ら０番ヘッド、０トラックにおける制御対象のループゲ
インを推定する（ステップ４０３）。利得同定アルゴリ
ズムの詳細を図５に示す。ここで推定した値を０トラッ
ク（最外周）における制御対象の利得推定値としてもよ
いが、ここでは数回の利得推定値の平均を推定値とす
る。

【００３８】そこで、トラック番号を一つ繰り上げ１ト
ラックに０番ヘッドを位置決めし（ステップ４０４）、
４０３ステップ、４０４ステップをトラック番号が４ト
ラックになるまで繰り返す（ステップ４０５）。得られ
た５つのゲイン推定値の最大値と最小値を取り除き、残
りの３つの推定値から平均値を算出し、０トラック、０
番ヘッドの制御対象のループゲインとする。この様に実
行することで推定時間はかかるが、推定値の信頼性が向
上する。特に、なんらかの原因である特定のトラックだ
けその周りのトラックより制御対象のループゲインが低
い、あるいは高い場合、推定値の最大値および最小値を
取り除くことで推定精度を向上させることができる。次
に、このゲイン推定値を制御手段のゲインに変換する。
ＲＡＭには、０トラック、０番ヘッドおよびゲイン推定
値に基づいた制御手段のゲインを格納する（ステップ４
０６）。制御手段のゲインを格納することでコマンドが
位置決め制御を選択した際に、制御対象のゲイン推定値
を変換することなく位置決め制御が可能となる。

【００３９】次に、ヘッド番号を一つ繰り上げ２番ヘッ
ドで０トラックに位置決めし（ステップ４０７）、上記
４０１ステップから４０６ステップまでを実行し、次い
で全ヘッドに対し同様に４０１ステップから４０６ステ
ップまでを実行する（ステップ４０８）。

【００４０】さらに、２５０トラック飛び越し代表トラ
ック番号を２５０トラックとし、上記４０１ステップか
ら４０８ステップまでの手順を実行する（ステップ４０
９）。そして、代表トラック番号が１０００トラックの
ときの推定後に、ゲイン推定を終了する（ステップ４１
０）。

【００４１】以上から、ＲＡＭには、ヘッド番号を縦軸
にトラック番号を横軸にした制御手段の設定ゲインの二
次元テーブルが作成される。上記説明では、ＲＡＭに制
御対象の推定ゲインから算出した制御手段の設定ゲイン
を格納しているが、制御対象の推定ゲインを直接格納
し、位置決め制御時に制御手段のゲインに変換してもよ
い。

【００４２】図５は、図４に記載した利得同定アルゴリ
ズムの計算手順を説明するためのフローチャートであ
る。

【００４３】まず、図１を用いて制御対象のモデル化の
手順を示す。図１では、ヘッド支持系に働く例えばリー
ド線(flexible printed circuit)ＦＰＣの剛性により生
じる外力を記載していない。外力は事前に外力推定器な
どにより推定を完了し、外力を相殺する入力を発生して
いるものとして説明する。また、モデル化の際に制御対
象を線形２次系と仮定している。この仮定は、ゲイン推
定時に発生する目標位置信号の周波数を、零クロス周波
数付近かあるいはそれ以下に設定することで多くのディ
スク装置に対して成立するものである。

【００４４】図１の場合、制御信号ｕ(k)から検出位置
信号ｙ(k)までのモデル化した離散時間伝達関数は、サ
ンプリング時間をＴとすると次式で表される。ただし、
ｚ￣1は遅延演算子、ｋはステップ数とする。

【００４５】

【数１】ただし、制御対象のループゲインθは以下で与えられ
る。

【００４６】

【数２】ここで、上式に用いられている記号の物理的意味と単位
は次の通りである。

【００４７】ｙ(k)：サンプル位置信号 (V) ｕ(k)：サンプル制御信号 (V) Ｍ：ヘッドおよびヘッド支持系の等価質量 (kg) kDA：ＤＡ変換器のゲイン (-) ｋA：パワーアンプのゲイン (A/V) ｋF：ボイスコイルモータの力定数 (N/A) ｋP：位置検出手段のゲイン (V/m) ｋAD：ＡＤ変換器のゲイン (-) 数１は、次式の同定表現に書き表せる。ｙ(k)＝θ・(ｕ(k-1)＋ｕ(k-2))＋(２ｙ(k-1)−ｙ(k-2)) ＝θζ(k)＋η(k) ・・・・・・(数3) ただし、 ζ(k)＝ｕ(k-1)＋ｕ(k-2) ・・・・・・(数
4) η(k)＝２ｙ(k-1)−ｙ(k-2) ・・・・・・(数5 ) 次に、制御対象のループゲインθの推定方法を示す。目
的は、ｙ(k)、ζ(k)およびη(k)からθのよい近似値
（推定値）であるθh(k)を推定することである。ここで
は、最小二乗法により、θの推定を行う。最小二乗法
は、制御信号ｕ(k)と検出位置信号ｙ(k)が雑音成分を含
むため、θの高精度な推定に有効である。そのために、
数３に対して次式の同定モデルを構成する。ｙh(k)＝θh(k-1)ζ(k)＋η(k) ・・・(数6) ここで、同定器誤差をε(k)を次の様に定める。 ε(k)＝ｙ(k)−ｙh(k) ＝［θ−θh(k-1)］ζ(k) ・・(数7) このとき、適応調整則は、次のアルゴリズムを用いてパ
ラメータ推定値θh(k)の更新を行う。

【００４８】

【数３】 γ(0)＞０・・・・・(数10) 以下に、上記の利得同定手段の計算ルーチンを図５を用
いて示す。

【００４９】まず、繰り返し回数を０回（ステップ５０
０）、ステップ数ｋを０ステップとする（ステップ５０
１）。制御対象のループゲインの推定パラメータの初期
値θh(0)と調整則の更新値の初期値γ(0)を決定する(ス
テップ５０２)。θh(0)は、任意の値をとれるが、γ(0)
は推定値の収束速度を決定するパラメータとなってい
て、大きくとるほど収束速度が速くなる。ここでは、θ
h(0)＝０，γ(0)＝100と設定し、収束速度を上げる。

【００５０】次に、ＡＤ変換器から検出位置信号ｙ(k)
を取り込み、制御手段により制御信号ｕ(k)を作成する
(ステップ５０３)。ここで、目標位置信号発生器は、コ
マンドが指示したトラックを中心にした微小振幅の正弦
波状の目標位置信号を発生する。目標位置信号の周波数
は、制御対象が線形な周波数帯域である必要がある。通
常零クロス周波数付近かそれ以下の周波数に設定する。
ここでは、４００Hzに設定する。また、目標位置信号の
振幅は、位置信号の線形な範囲で大きい方が望ましい。
ここでは、±(トラック間隔／４)μmとする。この値を
基にして、式４のζ(k)と式５のη(k)の計算(ステップ
５０４)、式６のｙh(k)の計算(ステップ５０５)、式７
のε(k)の計算(ステップ５０６)を順に行う。そして、
式８のθh(k)を計算し制御対象のループゲインの推定値
を求め、式９のγ(k)を更新した後(ステップ507)、ステ
ップを一つ繰り上げて(ステップ５０８)、ステップ５０
３からステップ５０８の計算を繰り返し実行する。

【００５１】ステップ数ｋが１００ステップ（ディスク
が約２／３回転）以上となったとき、繰り返し回数を一
つ繰り上げて（ステップ５１０）、ステップ５０１から
ステップ５１０の計算を繰り返し実行する。得られた５
個のゲイン推定値の最大値と最小値を取り除き残りの３
つの推定値から平均値を算出し、ゲイン推定値θh(100)
としてＲＡＭに格納する（ステップ５１２）。この繰り
返し回数の設定は、ゲイン推定の時間に直接かかわって
くるが、推定時間を短縮する場合には繰り返しを行わな
い。本実施例の場合、ステップ数ｋが５０ステップにな
った時点で推定値θh(k)はほぼ収束する。本発明者らの
実験によれば、１００ステップにおいて±２％の精度で
推定を完了することが確かめられた。この推定値を基に
トラック間を補間することで異なる２つ以上のヘッド毎
かつトラック毎の制御信号から検出位置信号までのルー
プゲインのばらつきを±４％に維持できることを確認し
ている。

【００５２】図６は、本発明の方法を実施する前のトラ
ック間およびヘッド間の零クロス周波数における開ルー
プゲインである。特定トラックに対し４つのヘッド毎に
開ループゲインが最大２dB程度ばらついていることが分
かる。これは、ヘッドのコア幅の加工公差がばらつくた
めである。また、外周（０トラック）と内周（１０００
トラック）でゲインが低く、中周（５００トラック）で
ゲインが１dB程度高いことが分かる。これは、ボイスコ
イルモータの力定数のトラック位置による変動のためで
ある。一方、図７は、本発明の方法を実施した後のトラ
ック間およびヘッド間の零クロス周波数における開ルー
プゲインである。利得同定手段を用いて、各ヘッド毎、
代表トラック毎に制御対象のループゲインを高速、高精
度に推定し、各ヘッド毎、代表トラック毎に零クロス周
波数において開ループゲインが０dBになるように制御手
段のゲインを設定している。代表トラック間のトラック
については、事前に把握しているボイスコイルモータの
力定数を、トラック番号を変数にした関数とし、これを
基にトラック間を曲線または直線で補間する。これによ
り、ディスク装置内で位置決めを行う複数の各ヘッドの
全トラックに対する開ループゲインを、零クロス周波数
において一定にすることができる。

【００５３】図８は、本発明の他の実施例を示す磁気デ
ィスクのヘッド位置決め制御装置のブロック線図であ
る。図８において、各ヘッド３を目的のトラック中心に
位置決めするため、ボイスコイルモータ５にヘッドの数
だけピエゾアクチュエータ２８が取り付けられている。
このピエゾアクチュエータ２８は、ボイスコイルモータ
５と各ヘッド３間にあればどこに取り付けてあっても良
い。これにより、複数のディスク面に記録されている各
データを全てのヘッドが同時に読み書きすることが可能
となる。その手順は、ボイスコイルモータ５で全てのヘ
ッド３を一体に動かした後、各ヘッド３を目的のトラッ
ク中心に位置決めするため、各ヘッド独立にピエゾアク
チュエータ２８を用いて位置決めを行う。

【００５４】ピエゾ素子の特性を含む制御対象の推定
は、各ヘッド毎の制御信号１２と検出位置信号１１を用
いて、同時に各ヘッド毎独立に実施される。

【００５５】コマンドがゲイン推定を選択している時
は、スイッチ１６を開き、スイッチ１７を閉じる。この
時、利得同定手段１５は制御信号１２と検出位置信号１
１を用いて、目的のトラック番号１９に対応した制御対
象のループゲインを推定する。ここで、制御対象のルー
プゲインは、ＤＡ変換器７からパワーアンプ６、ボイス
コイルモータ５、ピエゾアクチュエータ２８、ヘッド支
持系４、ヘッド３、位置検出手段８およびＡＤ変換器１
０までのゲインとサンプリング時間の関数とからなる。
さらに、利得同定手段１５は、推定したループゲインに
基づき制御手段１３のゲインを決定する。メモリ１４は
コマンドが指示したトラック番号１９に対応して、トラ
ック番号１９とゲイン推定値に基づいた制御手段１３の
ゲインとを格納する。

【００５６】推定の具体的手順は、第一の実施例と同様
に行う。ただし、ピエゾ素子の特性を含む制御対象のゲ
インを推定する場合には、正弦波状の目標位置信号の周
波数をピエゾ素子が有効に働く高周波数、例えば１ｋHz
に設定する必要がある。また、ピエゾ素子の特性を含ま
ない制御対象のゲインを推定する場合には、第一の実施
例と同様に正弦波状の目標位置信号の周波数を中域の周
波数、例えば４００Hzに設定する必要がある。

【００５７】なお、上述した実施例では、磁気ディスク
装置を取り上げたが、本発明は他の記録媒体、例えば光
ディスクを用いる場合にも同様に実現が可能である。

【００５８】また、上述した実施例では、一つの制御手
段を取り上げ、推定値に基づきその制御手段を補正する
構成となっているが、本発明は制御手段の数を限定する
ものではない。

【００５９】さらに、状態量を推定する状態推定器の内
部モデルや、外力量を推定する外力推定器の内部モデル
や、ディスク偏芯量を推定する偏芯推定器の内部モデル
など、制御対象に基づいた種々の推定器の内部モデルを
本発明の方法を用いて推定することも可能である。ま
た、本発明の方法を用いて推定することにより、推定精
度が向上することが確かめられている。

【００６０】

【発明の効果】本発明では、ディスク装置内のヘッドが
トラックに位置決めされたときに、制御対象のループゲ
インを推定する。そして、各ヘッド毎に、複数トラック
位置でこの推定を行い、その推定値を補間して、全トラ
ックでのループゲインを得ているの。これにより、位置
決めを行うヘッドの制御信号から検出位置信号までの利
得が、全てのヘッド、全てのトラックでほぼ一定となる
ディスク装置を提供できる。また、高速なヘッドの移動
やヘッドの位置決め動作のばらつきを低減することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のディスク装置のブロック線
図である。

【図２】本発明の一実施例のディスク装置のハードウエ
アのブロック線図である。

【図３】本発明の一実施例の実行手順を説明するフロー
チャートである。

【図４】図３記載の利得同定手段による推定手順を説明
するためのフローチャートである。

【図５】図４記載の利得同定アルゴリズムの計算手順を
説明するためのフローチャートである。

【図６】本発明の方法を実施する前のトラック間および
ヘッド毎の零クロス周波数における開ループゲインの図
である。

【図７】本発明の方法を実施した後のトラック間および
ヘッド毎の零クロス周波数における開ループゲインの図
である。

【図８】本発明の他の実施例を示すディスク装置のブロ
ック線図である。

【符号の説明】

１…スピンドルモータ、２…ディスク、３…ヘッド、４
…ヘッド支持系、５…ボイスコイルモータ、６…パワー
アンプ、７…ＤＡ変換器、８…位置検出手段、９…ヘッ
ド切換え手段、１０…ＡＤ変換器、１１…検出位置信
号、１２…制御信号、１３…制御手段、１４…メモリ、
１５…利得同定手段、１６…スイッチ、１７…スイッ
チ、１８…目標位置発生手段、１９…トラック番号、２
０…ヘッド番号、２１…マイクロプロセッサ、２２…Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、２３…ＲＯＭ（読み
出し専用メモリ）、２４…マイクロプロセッサシステ
ム、２５…コマンド発生器、２６…ディスク面メモリ、
２７…バスライン、２８…ピエゾアクチュエータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井洋武茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者天野英明神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (72)発明者常田勝啓神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内Ｆターム(参考） 5D096 AA02 CC01 EE03 GG06 HH01 KK05 NN03 NN07 RR01 RR18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報が記録されている円板と、前記円板と
の間で情報の読み出しまたは書き込みを行うヘッドと、
前記ヘッドの位置を検出し検出位置信号を出力するヘッ
ド位置検出手段と、前記ヘッドを微小な範囲で位置決め
するピエゾアクチュエータと、前記ヘッドと前記ピエゾ
アクチュエータとそれらを支持する部材を移動するボイ
スコイルモータとを備え、前記ヘッドを目標位置に位置
決めするための目標位置信号を発生する目標位置発生手
段と、前記目標位置信号と前記検出位置信号との差に基
づき前記ピエゾアクチュエータを駆動する調整可能な利
得を有する制御手段を備えたディスク装置において、前記検出位置信号と前記ピエゾアクチュエータを駆動す
る制御信号を用い、前記制御信号から前記検出位置信号
までの前記ピエゾアクチュエータのループ利得を同定す
るループ利得同定手段と、前記同定したループ利得に基づき前記調整可能なピエゾ
アクチュエータの制御手段の利得を補正する利得補正手
段を有することを特徴とするディスク装置。
【請求項２】情報が記録されている円板と、前記円板と
の間で情報の読み出しまたは書き込みを行うヘッドと、
前記ヘッドの位置を検出し検出位置信号を出力するヘッ
ド位置検出手段と、前記ヘッドを微小な範囲で位置決め
するピエゾアクチュエータと、前記ヘッドと前記ピエゾ
アクチュエータとそれらを支持する部材を移動するボイ
スコイルモータとを備え、前記ヘッドを目標位置に位置
決めするための目標位置信号を発生する目標位置発生手
段と、前記目標位置信号と前記検出位置信号との差に基
づき前記ピエゾアクチュエータを駆動する調整可能な利
得を有する制御手段を備えたディスク装置において、コマンドがゲイン推定を選択時に、前記ピエゾアクチュ
エータの利得の推定には、ＤＡ変換器からパワーアン
プ、第二のアクチュエータ、第一のアクチュエータ、ヘ
ッド、位置検出手段、およびＡＤ変換器までの物理モデ
ルからなる同定モデルと、前記検出位置信号と前記同定モデルの出力信号との差を
同定誤差信号とし、前記同定誤差信号が時間の経過に伴
って減少するように前記同定モデルの利得を繰り返し調
整する適応調整手段と、前記適応調整手段によって調整された後の前記同定モデ
ルの利得を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された利得に基づいて前記制御手段
の利得を補正する利得補正手段とを有することを特徴と
するディスク装置。
【請求項３】情報が記録されている円板と、前記円板と
の間で情報の読み出しまたは書き込みを行う複数のヘッ
ドと、前記ヘッドの位置を検出し検出位置信号を出力す
るヘッド位置検出手段と、前記各々のヘッドを微小な範
囲で位置決めする複数のピエゾアクチュエータと、前記
複数のヘッドと複数の前記ピエゾアクチュエータとそれ
らを支持する部材を移動するボイスコイルモータとを備
え、前記各々のヘッドを目標位置に位置決めするための
目標位置信号を発生する目標位置発生手段と、前記目標
位置信号と前記検出位置信号との差に基づき複数の前記
ピエゾアクチュエータを駆動する調整可能な利得を有す
る制御手段を備えたディスク装置において、前記検出位置信号と複数の前記ピエゾアクチュエータを
駆動する各々の制御信号を用い、前記制御信号から前記
検出位置信号までの複数の前記ピエゾアクチュエータの
ループ利得を同定するループ利得同定手段と、前記同定したループ利得に基づき前記調整可能なピエゾ
アクチュエータの制御手段の利得を補正する利得補正手
段を有することを特徴とするディスク装置。