JP3368745B2 - 回転円盤型記憶装置 - Google Patents
回転円盤型記憶装置Info
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- JP3368745B2 JP3368745B2 JP07583196A JP7583196A JP3368745B2 JP 3368745 B2 JP3368745 B2 JP 3368745B2 JP 07583196 A JP07583196 A JP 07583196A JP 7583196 A JP7583196 A JP 7583196A JP 3368745 B2 JP3368745 B2 JP 3368745B2
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- Japan
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- signal
- head
- actuator
- information
- friction
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
や光ディスク装置等、回転する円盤に情報を記録し、あ
るいは回転する円盤から情報を再生する情報記憶装置、
又は磁気ディスク装置にサーボ情報を書き込むサーボ情
報書き込み装置に係り、特に円盤上で情報の記録あるい
は再生を行うヘッドを目標トラックに追従させる技術に
関する。
や光ディスク装置等、回転する円盤に情報を記録し、あ
るいは回転する円盤から情報を再生する情報記憶装置、
又は磁気ディスク装置にサーボ情報を書き込むサーボ情
報書き込み装置に係り、特に円盤上で情報の記録あるい
は再生を行うヘッドを目標トラックに追従させる技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置等のヘッドアクチュエ
ータの位置決め機構には直動型とよばれるリニアアクチ
ュエータと揺動型と呼ばれるロータリーアクチュエータ
があるが、いずれも転がり軸受で案内される。ヘッドの
精密位置決めに対する要求は小型化、高記録密度化に伴
って厳しくなっており、アクチュエータの微小位置変動
によって生じる転がり軸受部で発生する非線形摩擦が問
題となってきた。これに関しては吉川(東芝)らによる
JSMEでの講演に詳しい(日本機械学会第72期通常
総会講演論文集(IV)19-20)。この現象はベアリング
球、ころ等の転動体の微小回転領域において、転動体と
軌道面の接触面の弾性変形等により摩擦力が変位に依存
する領域(転がりだし摩擦領域)が存在することが原因
となっている。
ータの位置決め機構には直動型とよばれるリニアアクチ
ュエータと揺動型と呼ばれるロータリーアクチュエータ
があるが、いずれも転がり軸受で案内される。ヘッドの
精密位置決めに対する要求は小型化、高記録密度化に伴
って厳しくなっており、アクチュエータの微小位置変動
によって生じる転がり軸受部で発生する非線形摩擦が問
題となってきた。これに関しては吉川(東芝)らによる
JSMEでの講演に詳しい(日本機械学会第72期通常
総会講演論文集(IV)19-20)。この現象はベアリング
球、ころ等の転動体の微小回転領域において、転動体と
軌道面の接触面の弾性変形等により摩擦力が変位に依存
する領域(転がりだし摩擦領域)が存在することが原因
となっている。
【0003】従来、摩擦力を含む外力を補償する方法と
しては、特開平3-30156号公報に記載されたものがあ
る。この技術においては、ディスク面に記録されたサー
ボ情報からヘッドの位置に関する情報を検出し、ヘッド
位置信号を得る。そして、このヘッド位置信号とモータ
駆動信号を入力とし、位置および速度を推定するオブザ
ーバよりなる外力推定手段により外力を補償する方法が
ある。
しては、特開平3-30156号公報に記載されたものがあ
る。この技術においては、ディスク面に記録されたサー
ボ情報からヘッドの位置に関する情報を検出し、ヘッド
位置信号を得る。そして、このヘッド位置信号とモータ
駆動信号を入力とし、位置および速度を推定するオブザ
ーバよりなる外力推定手段により外力を補償する方法が
ある。
【0004】また、特開昭63-42073号公報では、ピボッ
ト軸回りの回転角加速度信号をヘッド位置決め制御系に
フィードバックすることにより、ピボット部の弾性変形
に起因する共振を大きく抑制し、高精度のヘッド位置決
めを行う制御装置が開示されている。この制御装置で
は、これは共振ピークを抑圧するために加速度をフィー
ドバックする手段を備えている。
ト軸回りの回転角加速度信号をヘッド位置決め制御系に
フィードバックすることにより、ピボット部の弾性変形
に起因する共振を大きく抑制し、高精度のヘッド位置決
めを行う制御装置が開示されている。この制御装置で
は、これは共振ピークを抑圧するために加速度をフィー
ドバックする手段を備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の転がりだし摩擦
力は、ばね力と粘性摩擦力のような粘弾性体に支持され
るような特性を示すため、アクチュエータ質量とばね定
数、粘性摩擦係数で決まる固有振動数と減衰比をもつ2
次系の特性を示し、固有振動数以下の領域ではゲインが
一定となり位置決め精度を悪化させる。さらに変位に対
する摩擦力の勾配は、変位が微小な場合ほど急になると
いう非線形性を持つため、変位が微小になるほど固有振
動数が高く、減衰比が小さくなる。この傾向は小型化に
よる質量低下と相乗して顕著になる傾向にあり、位置決
め精度向上のためには摩擦力を補償することによる固有
振動数以下の領域のゲインの回復が重要となる。
力は、ばね力と粘性摩擦力のような粘弾性体に支持され
るような特性を示すため、アクチュエータ質量とばね定
数、粘性摩擦係数で決まる固有振動数と減衰比をもつ2
次系の特性を示し、固有振動数以下の領域ではゲインが
一定となり位置決め精度を悪化させる。さらに変位に対
する摩擦力の勾配は、変位が微小な場合ほど急になると
いう非線形性を持つため、変位が微小になるほど固有振
動数が高く、減衰比が小さくなる。この傾向は小型化に
よる質量低下と相乗して顕著になる傾向にあり、位置決
め精度向上のためには摩擦力を補償することによる固有
振動数以下の領域のゲインの回復が重要となる。
【0006】上記特開平3-30156号公報に記載された技
術においては、ヘッド位置信号はディスク面に記録され
たサーボ情報から検出されるため、本来のヘッド位置に
ディスク振動が重畳したものになる。より精密な摩擦力
の推定には、軸と軸受の相対変位あるいは相対速度、加
速度またはヘッドアクチュエータと一体となっているヘ
ッド支持系の位置、速度あるいは加速度のいずれかの情
報が必要である。
術においては、ヘッド位置信号はディスク面に記録され
たサーボ情報から検出されるため、本来のヘッド位置に
ディスク振動が重畳したものになる。より精密な摩擦力
の推定には、軸と軸受の相対変位あるいは相対速度、加
速度またはヘッドアクチュエータと一体となっているヘ
ッド支持系の位置、速度あるいは加速度のいずれかの情
報が必要である。
【0007】また、特開昭63-42073号公報に記載された
技術においては、ピボット軸回りの回転角加速度信号を
ヘッド位置決め制御系にフィードバックしているが、ア
クチュエータに生じる外力に関する情報をフィードバッ
クする構成にはなっていない。従って、前記公報に記載
された技術では、転がりだし摩擦領域での摩擦力によっ
て生じる低域ゲインの損失を回復させる構成にはなって
いない。
技術においては、ピボット軸回りの回転角加速度信号を
ヘッド位置決め制御系にフィードバックしているが、ア
クチュエータに生じる外力に関する情報をフィードバッ
クする構成にはなっていない。従って、前記公報に記載
された技術では、転がりだし摩擦領域での摩擦力によっ
て生じる低域ゲインの損失を回復させる構成にはなって
いない。
【0008】上述のように、小型化、高記録密度化が進
む磁気ディスク装置においては、軸受部での摩擦の発生
が微小位置決め時における低域ゲインを不足させ、これ
によって位置決め精度の低下を引き起こす。
む磁気ディスク装置においては、軸受部での摩擦の発生
が微小位置決め時における低域ゲインを不足させ、これ
によって位置決め精度の低下を引き起こす。
【0009】本発明の目的は、ヘッドの位置決め制御に
おける低域ゲインの回復を図り、高い位置決め精度を実
現することによって、回転円盤を用いる情報記録装置に
おける高記録密度化を図ることにある。
おける低域ゲインの回復を図り、高い位置決め精度を実
現することによって、回転円盤を用いる情報記録装置に
おける高記録密度化を図ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ディスクに記録されたサーボ情報から
ヘッドの位置に関する第1の位置情報を検出し、さらに
軸と軸受の相対変位、または相対速度、または加速度、
あるいはヘッドアクチュエータと一体となっているヘッ
ド支持系の位置、または速度、または加速度のいずれか
一つの情報をヘッド位置に関する第2の位置情報として
検出する。
に、本発明では、ディスクに記録されたサーボ情報から
ヘッドの位置に関する第1の位置情報を検出し、さらに
軸と軸受の相対変位、または相対速度、または加速度、
あるいはヘッドアクチュエータと一体となっているヘッ
ド支持系の位置、または速度、または加速度のいずれか
一つの情報をヘッド位置に関する第2の位置情報として
検出する。
【0011】ヘッドを位置決めする目標位置とヘッドの
位置との誤差を小さくするためには、ヘッド目標位置と
第1の位置情報の差分である位置誤差信号を位相補償器
に入力する。位相補償器の出力に後述する摩擦力の補償
信号を加算してヘッド駆動信号を得ることにより、摩擦
力の補償を行ってヘッドを駆動する。このとき、摩擦力
の補償信号は、第2の位置情報と前記のヘッド駆動信号
(操作信号)を用いて、摩擦力のモデルから導かれる力
推定オブザーバの演算を行うことによって得ることがで
きる。
位置との誤差を小さくするためには、ヘッド目標位置と
第1の位置情報の差分である位置誤差信号を位相補償器
に入力する。位相補償器の出力に後述する摩擦力の補償
信号を加算してヘッド駆動信号を得ることにより、摩擦
力の補償を行ってヘッドを駆動する。このとき、摩擦力
の補償信号は、第2の位置情報と前記のヘッド駆動信号
(操作信号)を用いて、摩擦力のモデルから導かれる力
推定オブザーバの演算を行うことによって得ることがで
きる。
【0012】前記のヘッド駆動信号(操作信号)は外力
を補償する成分とヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含んでおり、このヘッド駆動信号(操作
信号)と、やはりヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含む第2の位置情報とを用いて演算する
ことにより、摩擦力の推定が可能になる。
を補償する成分とヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含んでおり、このヘッド駆動信号(操作
信号)と、やはりヘッド移動のためにアクチュエータを
駆動する成分を含む第2の位置情報とを用いて演算する
ことにより、摩擦力の推定が可能になる。
【0013】これにより摩擦力の推定と補償が可能とな
り、摩擦の粘弾性特性による低域ゲインの低下を補償で
きる。
り、摩擦の粘弾性特性による低域ゲインの低下を補償で
きる。
【0014】以下、本発明の好ましい態様について列挙
する。
する。
【0015】情報を記録するディスクから少なくとも情
報を検出するヘッドと、転動体及びこの転動体を案内す
る軸受け面を有して、前記ヘッドをディスクの半径方向
に駆動するアクチュエータと、ディスクから前記ヘッド
で検出したサーボ情報に基づいて、ヘッドとディスクと
の相対位置関係を検出し、位置信号を出力する位置検出
手段と、前記位置信号を処理して位置決め補償信号を出
力する位置決め補償手段と、前記アクチュエータの運動
状態に関する物理量を検出するセンサと、前記アクチュ
エータの軸受け部で発生する摩擦力を推定する摩擦力推
定手段を有し、推定した摩擦力に基づいて前記位置決め
補償信号を補正して、前記アクチュエータを駆動する操
作信号を生成する摩擦力補償手段とを備え、前記摩擦力
推定手段は、前記センサの出力と前記操作信号を用いて
摩擦力を推定する。
報を検出するヘッドと、転動体及びこの転動体を案内す
る軸受け面を有して、前記ヘッドをディスクの半径方向
に駆動するアクチュエータと、ディスクから前記ヘッド
で検出したサーボ情報に基づいて、ヘッドとディスクと
の相対位置関係を検出し、位置信号を出力する位置検出
手段と、前記位置信号を処理して位置決め補償信号を出
力する位置決め補償手段と、前記アクチュエータの運動
状態に関する物理量を検出するセンサと、前記アクチュ
エータの軸受け部で発生する摩擦力を推定する摩擦力推
定手段を有し、推定した摩擦力に基づいて前記位置決め
補償信号を補正して、前記アクチュエータを駆動する操
作信号を生成する摩擦力補償手段とを備え、前記摩擦力
推定手段は、前記センサの出力と前記操作信号を用いて
摩擦力を推定する。
【0016】このとき、前記摩擦力補償手段は、ローパ
スフィルタとハイパスフィルタとを備え、前記操作信号
をローパスフィルタに、前記センサの出力をハイパスフ
ィルタにそれぞれ入力し、各フィルタの出力を加算した
信号で前記位置決め補償信号を補正する。
スフィルタとハイパスフィルタとを備え、前記操作信号
をローパスフィルタに、前記センサの出力をハイパスフ
ィルタにそれぞれ入力し、各フィルタの出力を加算した
信号で前記位置決め補償信号を補正する。
【0017】また、前記各フィルタは、アクチュエータ
の等価質量mと、転動体及び軸受け面の弾性変形をばね
要素と仮定したときの等価ばね定数kと、転動体及び軸
受け面の弾性変形を粘性摩擦と仮定したときの等価粘性
摩擦係数cとを含む演算式で与えられる。
の等価質量mと、転動体及び軸受け面の弾性変形をばね
要素と仮定したときの等価ばね定数kと、転動体及び軸
受け面の弾性変形を粘性摩擦と仮定したときの等価粘性
摩擦係数cとを含む演算式で与えられる。
【0018】上記構成において、前記センサは、前記ア
クチュエータを支持する支持体に対するアクチュエータ
の変位、速度又は加速度のいずれかを検出するとよい。
クチュエータを支持する支持体に対するアクチュエータ
の変位、速度又は加速度のいずれかを検出するとよい。
【0019】上記構成によれば、前記センサの出力に基
づいて前記アクチュエータの軸受け部で発生する摩擦力
を推定する摩擦モデルを備えることにより、この摩擦モ
デルで推定した摩擦力に基づいて前記操作信号を補正す
ることができる。
づいて前記アクチュエータの軸受け部で発生する摩擦力
を推定する摩擦モデルを備えることにより、この摩擦モ
デルで推定した摩擦力に基づいて前記操作信号を補正す
ることができる。
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施例を図1を用
いて説明する。
いて説明する。
【0028】図1は本発明のヘッド位置決め制御を適用
した磁気ディスク装置のブロック線図である。ディスク
1上にはサーボ信号が記録されており、ヘッド2で読み
出されたサーボ信号はアンプ7で増幅され、復調回路8
に送られる。復調回路8では、主位置誤差信号PESN
(図示せず)と90度位相の異なる副位置誤差信号PE
SQ(図示せず)を作成し、これらの誤差信号からトラ
ック番号に応じて極性の整った位置誤差信号21を作成
し出力する。
した磁気ディスク装置のブロック線図である。ディスク
1上にはサーボ信号が記録されており、ヘッド2で読み
出されたサーボ信号はアンプ7で増幅され、復調回路8
に送られる。復調回路8では、主位置誤差信号PESN
(図示せず)と90度位相の異なる副位置誤差信号PE
SQ(図示せず)を作成し、これらの誤差信号からトラ
ック番号に応じて極性の整った位置誤差信号21を作成
し出力する。
【0029】作成された位置誤差信号21はAD変換器
12により一定のサンプリング間隔で補償信号生成手段
34にとりこまれる。また、トラック横断パルス発生回
路18は、位置誤差信号26を受けて隣接するトラック
の境界でトラック横断パルス22を発生する。また、デ
ィファレンスカウンタ19は、トラック横断パルス22
の数をカウントして目標トラックまでのディジタル残ト
ラック数23を出力する。
12により一定のサンプリング間隔で補償信号生成手段
34にとりこまれる。また、トラック横断パルス発生回
路18は、位置誤差信号26を受けて隣接するトラック
の境界でトラック横断パルス22を発生する。また、デ
ィファレンスカウンタ19は、トラック横断パルス22
の数をカウントして目標トラックまでのディジタル残ト
ラック数23を出力する。
【0030】コントローラ20が移動コマンド24を位
置決め補償器16に発行すると、位置決め補償器16は
位置決め補償信号25を出力する。この位置決め補償信
号25の演算方法としては、たとえばMEE & DANIEL "MA
GNETIC RECORDING",Vol.2,McGraw-Hillの53-84頁に記載
のもののほか、種々の方法が知られている。
置決め補償器16に発行すると、位置決め補償器16は
位置決め補償信号25を出力する。この位置決め補償信
号25の演算方法としては、たとえばMEE & DANIEL "MA
GNETIC RECORDING",Vol.2,McGraw-Hillの53-84頁に記載
のもののほか、種々の方法が知られている。
【0031】前記文献に記載されたものは、位置誤差信
号26、ディジタル残トラック数23、トラック横断パ
ルス22を入力とし、ヘッド2が目標トラックの近くに
到達するまでのシーク動作に対しては速度制御系により
演算し、目標トラック近くになってからのフォロイング
動作に対しては位置制御系により演算する。本実施例に
おいて、このような方法を用いて位置決め補償信号25
の演算を行うことも可能である。
号26、ディジタル残トラック数23、トラック横断パ
ルス22を入力とし、ヘッド2が目標トラックの近くに
到達するまでのシーク動作に対しては速度制御系により
演算し、目標トラック近くになってからのフォロイング
動作に対しては位置制御系により演算する。本実施例に
おいて、このような方法を用いて位置決め補償信号25
の演算を行うことも可能である。
【0032】摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器15
は、ピボット軸受部に設置された回転変位センサ(図示
せず)からの変位センサ出力27をアンプ6で増幅し、
AD変換器13により一定サンプリング間隔で取りこみ
変位情報29と、操作信号31を入力として演算を行い
外力補償信号30を生成する。外力補償信号30と位置
決め補償信号25を加算器17により加算することによ
って得られた操作信号31はDAコンバータ14によっ
て駆動回路5に出力される。駆動回路5から出力された
駆動電流32はボイスコイルモータ4に入力され、ヘッ
ド2を駆動し所定の位置に位置決めする。以下に摩擦力
推定器15で行われる演算について詳細に説明する。
は、ピボット軸受部に設置された回転変位センサ(図示
せず)からの変位センサ出力27をアンプ6で増幅し、
AD変換器13により一定サンプリング間隔で取りこみ
変位情報29と、操作信号31を入力として演算を行い
外力補償信号30を生成する。外力補償信号30と位置
決め補償信号25を加算器17により加算することによ
って得られた操作信号31はDAコンバータ14によっ
て駆動回路5に出力される。駆動回路5から出力された
駆動電流32はボイスコイルモータ4に入力され、ヘッ
ド2を駆動し所定の位置に位置決めする。以下に摩擦力
推定器15で行われる演算について詳細に説明する。
【0033】図2は、図1の実施例のヘッド制御系を等
価な機能ブロック図で示したブロック線図である。摩擦
推定器15内のブロック図は離散時間系の伝達関数で記
述されており、z-1は1サンプルの遅延を意味する演算
子である。その他の構成要素は、連続時間系の伝達関数
として表現されており、ラプラス演算子をsで、ヘッド
2を搭載したアクチュエータのピボット軸回りの慣性モ
ーメントをJで、駆動回路5のゲインをKa(A/V)で、ボ
イスコイルモータ4のゲインをKt(N・m/A)で、回転角速
度をθ(rad/s)で、回転角度をθ(rad)で、ピボット軸か
らヘッドまでの回転半径をr(m)で、ヘッド位置からヘッ
ド位置信号までのゲインをKp(V/m)で、回転角度から回
転変位情報28までのゲインをKs(V/rad)で、AD変換器
12のゲインをgadp(count/V)で、AD変換器13のゲ
インをgadt(count/V)で、DA変換器14のゲインをgda
(V/count)として表している。また、転がり出し摩擦力
の作用するモデルをFc45で表している。ヘッド位置
信号21はヘッド位置xにトラック位置変動(ランアウ
ト)D1が加算され、Kp倍された信号として得られる。
価な機能ブロック図で示したブロック線図である。摩擦
推定器15内のブロック図は離散時間系の伝達関数で記
述されており、z-1は1サンプルの遅延を意味する演算
子である。その他の構成要素は、連続時間系の伝達関数
として表現されており、ラプラス演算子をsで、ヘッド
2を搭載したアクチュエータのピボット軸回りの慣性モ
ーメントをJで、駆動回路5のゲインをKa(A/V)で、ボ
イスコイルモータ4のゲインをKt(N・m/A)で、回転角速
度をθ(rad/s)で、回転角度をθ(rad)で、ピボット軸か
らヘッドまでの回転半径をr(m)で、ヘッド位置からヘッ
ド位置信号までのゲインをKp(V/m)で、回転角度から回
転変位情報28までのゲインをKs(V/rad)で、AD変換器
12のゲインをgadp(count/V)で、AD変換器13のゲ
インをgadt(count/V)で、DA変換器14のゲインをgda
(V/count)として表している。また、転がり出し摩擦力
の作用するモデルをFc45で表している。ヘッド位置
信号21はヘッド位置xにトラック位置変動(ランアウ
ト)D1が加算され、Kp倍された信号として得られる。
【0034】次に離散補償器の係数LA2、LA3、LB1、LB
2、LB3、HA2、HA3、HB1、HB2、HB3計算について述べ
る。ここでK1=gda*ka*kt、K2=Ks*gadtとする。
2、LB3、HA2、HA3、HB1、HB2、HB3計算について述べ
る。ここでK1=gda*ka*kt、K2=Ks*gadtとする。
【0035】
【数1】
【0036】
【数2】
【0037】上式に対して例えば双一次変換法によりs
の多項式からzの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式3を式1、式2に代入し、
整理すると
の多項式からzの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式3を式1、式2に代入し、
整理すると
【0038】
【数3】
【0039】式4、式5が得られる。
【0040】
【数4】
【0041】
【数5】
【0042】式4、式5の分母、分子のzの各項の係数
が図2の各ブロックの係数に相当する。式1、式2のζ
およびωはオブザーバの推定の速さ、および減衰比を表
す。l1、l2はζ、ωから下式により決定される。
が図2の各ブロックの係数に相当する。式1、式2のζ
およびωはオブザーバの推定の速さ、および減衰比を表
す。l1、l2はζ、ωから下式により決定される。
【0043】
【数6】
【0044】
【数7】
【0045】kおよびcは転がり出し摩擦力を粘弾性力で
仮定したときのばね定数および粘性摩擦係数であり、機
構系の周波数特性を測定することによって求められる固
有振動数ωpと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2
により求める。
仮定したときのばね定数および粘性摩擦係数であり、機
構系の周波数特性を測定することによって求められる固
有振動数ωpと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2
により求める。
【0046】次に、フォロイング制御の演算を図2のブ
ロック図と図3のフローチャートに基づいて説明する。
特に、摩擦力推定器における外力補償信号の演算に関し
て詳細に説明し、位置決め補償器内の演算については説
明しない。
ロック図と図3のフローチャートに基づいて説明する。
特に、摩擦力推定器における外力補償信号の演算に関し
て詳細に説明し、位置決め補償器内の演算については説
明しない。
【0047】STEP100:サンプル(kサンプリング時点)
した位置誤差信号21Y1(k)から位置決め補償信号25V
(k)を計算する。
した位置誤差信号21Y1(k)から位置決め補償信号25V
(k)を計算する。
【0048】STEP101:V(k)と1サンプル前の外力補償
信号30W(k-1)から操作信号31U(k)の計算を行う。
信号30W(k-1)から操作信号31U(k)の計算を行う。
【0049】STEP102:DAコンバータ14により駆動
回路に操作信号31を出力する。
回路に操作信号31を出力する。
【0050】STEP103:kサンプリング時点の変位情報2
9Y2(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。
9Y2(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。
【0051】STEP104:操作信号31U(k)にゲインLB1を
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。
【0052】STEP105:HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号30W(k)を得る。
補償信号30W(k)を得る。
【0053】STEP106:Y2(k)にHB2を乗じた結果にHPX
(k)にHA2を乗じた結果を加算し、さらにHPX2(k)を加算
することによりHPX1(k+1)を得る。
(k)にHA2を乗じた結果を加算し、さらにHPX2(k)を加算
することによりHPX1(k+1)を得る。
【0054】STEP107:Y2(k)にHB3を乗じた結果にHPX
(k)にHA3を乗じた結果を加算することによりHPX2(k+1)
を得る。
(k)にHA3を乗じた結果を加算することによりHPX2(k+1)
を得る。
【0055】STEP108:U(k)にLB2を乗じた結果にLPX(k)
にLA2を乗じた結果を加算し、さらにLPX2(k)を加算する
ことによりLPX1(k+1)を得る。
にLA2を乗じた結果を加算し、さらにLPX2(k)を加算する
ことによりLPX1(k+1)を得る。
【0056】STEP109:U(k)にLB3を乗じた結果にLPX(k)
にLA3を乗じた結果を加算することによりLPX2(k+1)を得
る。
にLA3を乗じた結果を加算することによりLPX2(k+1)を得
る。
【0057】STEP110:STEP100に戻る。
【0058】以上がkサンプリング時点における磁気デ
ィスクフォロイング制御器の計算アルゴリズムである。
ィスクフォロイング制御器の計算アルゴリズムである。
【0059】次に、外力補償信号Wの推定演算の実行に
ついて説明する。Wの演算と補償動作はヘッドの移動前
から常に行っているのが望ましいが、ヘッドの移動開始
からWの推定を行うには、移動のともなう全トラック上
へのヘッド位置を推定できるような、演算語長の長いCP
Uか浮動小数点演算を行うCPUが必要となり、CPU
としては高価なものとなる。そこで、固定小数点演算を
行う安価なCPUでも、目標トラックのデータのリード
ライト中の外乱や振動を抑制する方法として、目標トラ
ックの数トラック前から推定手段を動作させ、さらにデ
ータを読み書きする前に補正手段を動作させる方法があ
る。例えば、目標トラックの1トラック前から推定手段
を動作させ、目標トラックの4分の1トラック手前から
補正動作を行うと、推定手段の演算レンジは1トラック
分を演算するだけなので、安価な固定小数点CPUでも
十分な性能を引き出せる。
ついて説明する。Wの演算と補償動作はヘッドの移動前
から常に行っているのが望ましいが、ヘッドの移動開始
からWの推定を行うには、移動のともなう全トラック上
へのヘッド位置を推定できるような、演算語長の長いCP
Uか浮動小数点演算を行うCPUが必要となり、CPU
としては高価なものとなる。そこで、固定小数点演算を
行う安価なCPUでも、目標トラックのデータのリード
ライト中の外乱や振動を抑制する方法として、目標トラ
ックの数トラック前から推定手段を動作させ、さらにデ
ータを読み書きする前に補正手段を動作させる方法があ
る。例えば、目標トラックの1トラック前から推定手段
を動作させ、目標トラックの4分の1トラック手前から
補正動作を行うと、推定手段の演算レンジは1トラック
分を演算するだけなので、安価な固定小数点CPUでも
十分な性能を引き出せる。
【0060】ここで、以上の計算アルゴリズムを磁気デ
ィスクフォロイング制御系に適用した場合、どのような
効果が得られるかを、トラック位置変動D1(ランアウ
ト)からヘッド位置Xまでの開ループの周波数応答(目
標トラックに対する追従特性を示す)に基づいて示す。
ィスクフォロイング制御系に適用した場合、どのような
効果が得られるかを、トラック位置変動D1(ランアウ
ト)からヘッド位置Xまでの開ループの周波数応答(目
標トラックに対する追従特性を示す)に基づいて示す。
【0061】図4は、転がり出し摩擦力が存在する場合
の磁気ディスク機構系の周波数特性(メカ特性)で、図
2において摩擦力推定器がない場合のUからXまでの特性
である。それぞれのメカ特性は加振振幅を0.05、0.1、
0.2、0.5、1.0μmと変えて求めている。加振振幅が小さ
いほど制御対象の固有振動数が高く減衰が小さくなって
いることがわかる。この制御対象に対して摩擦推定オブ
ザーバをオブザーバの極ω=2・π・2000、ζ=4、制御対象
の特性としては0.2μm加振時の対象に合わせて、ωp=2・
π・90、ζp=0.3で設計した。また位置決め補償器は比例
要素と安定性を確保する微分要素から構成し、ゼロクロ
ス周波数550Hzとして設計した。サンプリングタイムは5
0μsとした。
の磁気ディスク機構系の周波数特性(メカ特性)で、図
2において摩擦力推定器がない場合のUからXまでの特性
である。それぞれのメカ特性は加振振幅を0.05、0.1、
0.2、0.5、1.0μmと変えて求めている。加振振幅が小さ
いほど制御対象の固有振動数が高く減衰が小さくなって
いることがわかる。この制御対象に対して摩擦推定オブ
ザーバをオブザーバの極ω=2・π・2000、ζ=4、制御対象
の特性としては0.2μm加振時の対象に合わせて、ωp=2・
π・90、ζp=0.3で設計した。また位置決め補償器は比例
要素と安定性を確保する微分要素から構成し、ゼロクロ
ス周波数550Hzとして設計した。サンプリングタイムは5
0μsとした。
【0062】このとき、D1からXまでの開ループを求
めると図5のようになる。これによれば、全体として転
がり出し摩擦による低域ゲインの損失は回復し、固有振
動数のピークもなくなっている。オブザーバの効果は0.
2から1.0μmの範囲では低域ゲインが40dB/decで回復し
ており、摩擦のない1/s2の特性となっている。0.1μm以
下では、その効果が徐々に減じているが、固有振動数と
思われるピークは現れていない。またゼロクロス周波数
は設計値通り550Hzとなっている。
めると図5のようになる。これによれば、全体として転
がり出し摩擦による低域ゲインの損失は回復し、固有振
動数のピークもなくなっている。オブザーバの効果は0.
2から1.0μmの範囲では低域ゲインが40dB/decで回復し
ており、摩擦のない1/s2の特性となっている。0.1μm以
下では、その効果が徐々に減じているが、固有振動数と
思われるピークは現れていない。またゼロクロス周波数
は設計値通り550Hzとなっている。
【0063】この方法によれば、振幅1.0μm周波数10Hz
のトラック位置変動に対して、開ループゲインで49dBを
もっていることから、追従誤差は3.5nm以下にできる。
これに対して本方法のようにアクチュエータ変位をオブ
ザーバの位置信号とせず、ヘッドで検出したポジション
信号をオブザーバの位置信号として用いる従来の方法
で、ランアウトD1からヘッド位置Xまでの開ループ周波
数特性を求めたものが図6である。これによれば転がり
出し摩擦力を原因とする固有振動数のピークはそのまま
現れ、低域におけるゲインの回復も20dB/decと1/sの特
性が得られるだけである。また、ゼロクロス周波数は70
0Hzになっており設計値から150Hzも高くなっており、こ
のままでは相補感度関数のピーク周波数が高くなり位置
決め補償器のゲインを再調整する必要が出てくる。ここ
までは、摩擦推定オブザーバの設計においてωp、ζpに
値を持たせて設計してきたが、通常の外乱オブザーバと
して、ζp=0、ωp=0として設計してもよい。
のトラック位置変動に対して、開ループゲインで49dBを
もっていることから、追従誤差は3.5nm以下にできる。
これに対して本方法のようにアクチュエータ変位をオブ
ザーバの位置信号とせず、ヘッドで検出したポジション
信号をオブザーバの位置信号として用いる従来の方法
で、ランアウトD1からヘッド位置Xまでの開ループ周波
数特性を求めたものが図6である。これによれば転がり
出し摩擦力を原因とする固有振動数のピークはそのまま
現れ、低域におけるゲインの回復も20dB/decと1/sの特
性が得られるだけである。また、ゼロクロス周波数は70
0Hzになっており設計値から150Hzも高くなっており、こ
のままでは相補感度関数のピーク周波数が高くなり位置
決め補償器のゲインを再調整する必要が出てくる。ここ
までは、摩擦推定オブザーバの設計においてωp、ζpに
値を持たせて設計してきたが、通常の外乱オブザーバと
して、ζp=0、ωp=0として設計してもよい。
【0064】ところで、ここまでは回転角度センサの形
については特に規定しなかったが、例えば軸受け回転角
1mrad当たり、1周期の正弦波で90度位相の異なる2相
の位置信号が必要であるとすると、ピボット軸に取り付
けるエンコーダ板の半径を5mmとすると、0.5μm周期の
位置信号をパターンとして描く必要がある。この場合エ
ンコーダ板のパルス数としては一回転あたり6300パルス
となる。このような微細なパターンを作成するためには
コンパクトディスク装置で用いられるような方法で、ス
タンパにより所望のピッチでピットを設けたディスク面
にアルミ蒸着により反射膜を設け、反射光量を光ピック
アップ装置で検出することにより位置信号を得る。但
し、光ピックアップ装置にはフォーカシング制御器が必
要となるかもしれない。これらのセンサ系には光ディス
クで得られた成果が応用される。フォーカシング制御を
行わない代わりに透明基板、潤滑剤等の保護層を介して
光ピックアップをパターン面に接触させる構造にしても
よい。
については特に規定しなかったが、例えば軸受け回転角
1mrad当たり、1周期の正弦波で90度位相の異なる2相
の位置信号が必要であるとすると、ピボット軸に取り付
けるエンコーダ板の半径を5mmとすると、0.5μm周期の
位置信号をパターンとして描く必要がある。この場合エ
ンコーダ板のパルス数としては一回転あたり6300パルス
となる。このような微細なパターンを作成するためには
コンパクトディスク装置で用いられるような方法で、ス
タンパにより所望のピッチでピットを設けたディスク面
にアルミ蒸着により反射膜を設け、反射光量を光ピック
アップ装置で検出することにより位置信号を得る。但
し、光ピックアップ装置にはフォーカシング制御器が必
要となるかもしれない。これらのセンサ系には光ディス
クで得られた成果が応用される。フォーカシング制御を
行わない代わりに透明基板、潤滑剤等の保護層を介して
光ピックアップをパターン面に接触させる構造にしても
よい。
【0065】特開平7-218239号公報では「軸受の回動輪
側に格子パターンを設け、格子パターンに対向させて光
源および光検出素子を設けることによって回転に伴う光
検出素子の出力の周期的変化から回転角度を検出するこ
とができる。高い分解能を必要とする場合には、化学エ
ッチングやレーザーマーキングにより直接パターニング
をしたりすることが有効である。また、光学ヘッド側に
も放射状の透過型格子を設けることでS/Nが改善でき
る。」としている。このような方法を用いてもよい。
側に格子パターンを設け、格子パターンに対向させて光
源および光検出素子を設けることによって回転に伴う光
検出素子の出力の周期的変化から回転角度を検出するこ
とができる。高い分解能を必要とする場合には、化学エ
ッチングやレーザーマーキングにより直接パターニング
をしたりすることが有効である。また、光学ヘッド側に
も放射状の透過型格子を設けることでS/Nが改善でき
る。」としている。このような方法を用いてもよい。
【0066】光を用いる他の方法としては、アクチュエ
ータに搭載したミラーとレーザー測長器を組み合わせる
方法もある。
ータに搭載したミラーとレーザー測長器を組み合わせる
方法もある。
【0067】ここまでは、光を位置検出に用いる方法と
して考えたが、磁気パターンを位置信号として用いる方
法もある。この方法であれば、磁気パターン検出用のヘ
ッドは常にパターンに接触させておけばよく、光の場合
のように焦点制御を考える必要はない。ただし、耐摺動
性確保のためにパターン上に保護層、潤滑層を設ける必
要がある。磁気ヘッドとしては、低速回転であるためMR
ヘッドを用いる必要がある。
して考えたが、磁気パターンを位置信号として用いる方
法もある。この方法であれば、磁気パターン検出用のヘ
ッドは常にパターンに接触させておけばよく、光の場合
のように焦点制御を考える必要はない。ただし、耐摺動
性確保のためにパターン上に保護層、潤滑層を設ける必
要がある。磁気ヘッドとしては、低速回転であるためMR
ヘッドを用いる必要がある。
【0068】図1の補償信号生成手段34において、位
置誤差信号21及び変位情報28をAD変換器12及び
13でアナログ信号からディジタル信号に変換した後、
操作信号31をDA変換器14でディジタル信号からア
ナログ信号に変換するまでの処理は、電気回路等で構成
するハ−ド的手段によっても、またはマイクロコンピュ
−タや制御専用に用いられるDSP(ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ)等でプログラムを処理することによ
っても行うことができる。後で説明する図7及び図10
において、変位情報28の代わりに、速度情報53加速
度情報59を用いる場合も同様である。
置誤差信号21及び変位情報28をAD変換器12及び
13でアナログ信号からディジタル信号に変換した後、
操作信号31をDA変換器14でディジタル信号からア
ナログ信号に変換するまでの処理は、電気回路等で構成
するハ−ド的手段によっても、またはマイクロコンピュ
−タや制御専用に用いられるDSP(ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ)等でプログラムを処理することによ
っても行うことができる。後で説明する図7及び図10
において、変位情報28の代わりに、速度情報53加速
度情報59を用いる場合も同様である。
【0069】本発明の第2の実施例を図7を用いて説明
する。
する。
【0070】図7は本発明のヘッド位置決め制御を適用
した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示し
た第1の実施例とは変位センサ出力信号27とそれをア
ンプ6により増幅して得られる変位情報28と摩擦力を
推定する摩擦力推定器15が、速度センサ出力信号52
と、それをアンプ6により増幅して得られる速度情報5
3と、摩擦力推定器55に置き換えられる。
した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示し
た第1の実施例とは変位センサ出力信号27とそれをア
ンプ6により増幅して得られる変位情報28と摩擦力を
推定する摩擦力推定器15が、速度センサ出力信号52
と、それをアンプ6により増幅して得られる速度情報5
3と、摩擦力推定器55に置き換えられる。
【0071】以下、変更部分について詳細に説明する。
【0072】摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器55
には、ピボット軸受部に設置された回転角速度センサ
(図示せず)からの速度センサ出力信号52をアンプ6
で増幅し、AD変換器13により一定サンプリング間隔
でとりこみ速度情報54を得る。摩擦力推定器55には
速度情報54と操作信号31が入力され、演算が行われ
外力補償信号30を演算する。
には、ピボット軸受部に設置された回転角速度センサ
(図示せず)からの速度センサ出力信号52をアンプ6
で増幅し、AD変換器13により一定サンプリング間隔
でとりこみ速度情報54を得る。摩擦力推定器55には
速度情報54と操作信号31が入力され、演算が行われ
外力補償信号30を演算する。
【0073】次に摩擦力推定器55内で行われる演算の
詳細を示す。図8のブロック線図は、図2に示したもの
と同様、第2の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロ
ック図で示したものである。第1の実施例において、回
転角度から回転変位情報28までのゲインKs(V/rad)と
変位情報28から29までのAD変換器13のゲインga
dp(count/V)と、摩擦力推定器15のブロック図が除か
れ、代わりに回転角速度から回転角速度情報53までの
ゲインKv(V・s/rad)と速度情報53から54までのAD
変換器13のゲインgadv(count/V)と、摩擦力推定器5
5が加えられている。
詳細を示す。図8のブロック線図は、図2に示したもの
と同様、第2の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロ
ック図で示したものである。第1の実施例において、回
転角度から回転変位情報28までのゲインKs(V/rad)と
変位情報28から29までのAD変換器13のゲインga
dp(count/V)と、摩擦力推定器15のブロック図が除か
れ、代わりに回転角速度から回転角速度情報53までの
ゲインKv(V・s/rad)と速度情報53から54までのAD
変換器13のゲインgadv(count/V)と、摩擦力推定器5
5が加えられている。
【0074】次に摩擦力推定器55に示される離散補償
器の係数LB1、LB2、LA2、HB1、HB2、HA2の計算について
述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Kv*gadvとする。
器の係数LB1、LB2、LA2、HB1、HB2、HA2の計算について
述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Kv*gadvとする。
【0075】
【数8】
【0076】
【数9】
【0077】上式に対して例えば双一次変換法によりs
の多項式からzの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式3を式8、式9に代入し整
理すると式10、式11が得られる。
の多項式からzの多項式に置換すると、すなわちサンプ
リングタイムをTとおいて式3を式8、式9に代入し整
理すると式10、式11が得られる。
【0078】
【数10】
【0079】
【数11】
【0080】式10、式11の分母、分子のzの各項の
係数が図8の各ブロックの係数に相当する。式8、式9
のl1はオブザーバの推定の速さを決定する極を配置する
パラメータで、オブザーバの極は-(c/m+l1/m)(rad/s)と
なる。kおよびcは転がり出し摩擦力を粘弾性力で仮定し
たときのバネ定数および粘性摩擦係数であり、機構系の
周波数を測定することによって求められる固有振動数ω
pと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2により求め
られる。
係数が図8の各ブロックの係数に相当する。式8、式9
のl1はオブザーバの推定の速さを決定する極を配置する
パラメータで、オブザーバの極は-(c/m+l1/m)(rad/s)と
なる。kおよびcは転がり出し摩擦力を粘弾性力で仮定し
たときのバネ定数および粘性摩擦係数であり、機構系の
周波数を測定することによって求められる固有振動数ω
pと減衰比ζpからc=2・J・ζp・ωp、k=J・ωp2により求め
られる。
【0081】次に摩擦力推定器における外力補償信号の
演算を図8のブロック図と図9のフローチャートに基づ
いて説明する。この演算は今回サンプル(kサンプリン
グ時点)した位置信号21Y1(k)から計算されるV(k)と
外力補償信号30W(k-1)から操作信号31U(k)の計算を
行い、DAコンバータ14により駆動回路に操作信号3
1が出力された後に行われる。
演算を図8のブロック図と図9のフローチャートに基づ
いて説明する。この演算は今回サンプル(kサンプリン
グ時点)した位置信号21Y1(k)から計算されるV(k)と
外力補償信号30W(k-1)から操作信号31U(k)の計算を
行い、DAコンバータ14により駆動回路に操作信号3
1が出力された後に行われる。
【0082】STEP200:kサンプリング時点の速度情報5
4Y3(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。
4Y3(k)にゲインHB1を乗じて、HPX1(k)を加算しHPX(k)
を得る。
【0083】STEP201:操作信号31U(k)にゲインLB1を
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。
乗じて、LPX1(k)を加算しLPX(k)を得る。
【0084】STEP202:HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号30W(k)を得る。
補償信号30W(k)を得る。
【0085】STEP203:Y3(k)にHB2を乗じた結果にHPX
(k)にHA2を乗じた結果を加算しHPX1(k+1)を得る。
(k)にHA2を乗じた結果を加算しHPX1(k+1)を得る。
【0086】STEP204:U(k)にLB2を乗じた結果にLPX(k)
にLA2を乗じた結果を加算しLPX1(k+1)を得る。
にLA2を乗じた結果を加算しLPX1(k+1)を得る。
【0087】以上がkサンプリング時点における摩擦力
推定器55における計算アルゴリズムである。
推定器55における計算アルゴリズムである。
【0088】本発明の第3の実施例を図10を用いて説
明する。
明する。
【0089】図10は本発明のヘッド位置決め制御を適
用した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示
した第1の実施例とは変位センサ出力信号27とそれを
アンプ6により増幅して得られる変位情報28と摩擦力
を推定する摩擦力補償器15が、加速度センサ出力信号
58と、それをアンプ6により増幅して得られる加速度
情報59と、摩擦力推定器61に置き換えられる。
用した磁気ディスク装置のブロック線図である。先に示
した第1の実施例とは変位センサ出力信号27とそれを
アンプ6により増幅して得られる変位情報28と摩擦力
を推定する摩擦力補償器15が、加速度センサ出力信号
58と、それをアンプ6により増幅して得られる加速度
情報59と、摩擦力推定器61に置き換えられる。
【0090】以下、変更部分について詳細に説明する。
摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器61には、ピボッ
ト軸受部に設置された回転角加速度センサ(図示せず)
からの加速度センサ出力信号58をアンプ6で増幅し、
AD変換器13により一定サンプリング間隔でとりこみ
加速度情報60を得る。摩擦力推定器61には加速度情
報60と操作信号31を入力し、外力補償信号30を演
算する。
摩擦力を推定し補償する摩擦力推定器61には、ピボッ
ト軸受部に設置された回転角加速度センサ(図示せず)
からの加速度センサ出力信号58をアンプ6で増幅し、
AD変換器13により一定サンプリング間隔でとりこみ
加速度情報60を得る。摩擦力推定器61には加速度情
報60と操作信号31を入力し、外力補償信号30を演
算する。
【0091】摩擦力推定器61内で行われる演算の詳細
を示す。図11のブロック線図は、図2に示したものと
同様、第3の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロッ
ク図で示したものである。第1の実施例において、回転
角度から回転変位情報28までのゲインKs(V/rad)と変
位情報28から29までのAD変換器13のゲインgadp
(count/V)と、摩擦力推定器15のブロック図が除か
れ、代わりに回転角加速度から回転角加速度情報59ま
でのゲインKa(V・s2/rad)と加速度情報59から60まで
のAD変換器13のゲインgada(count/V)と、摩擦力推
定器61が加えられている。
を示す。図11のブロック線図は、図2に示したものと
同様、第3の実施例のヘッド制御系を等価な機能ブロッ
ク図で示したものである。第1の実施例において、回転
角度から回転変位情報28までのゲインKs(V/rad)と変
位情報28から29までのAD変換器13のゲインgadp
(count/V)と、摩擦力推定器15のブロック図が除か
れ、代わりに回転角加速度から回転角加速度情報59ま
でのゲインKa(V・s2/rad)と加速度情報59から60まで
のAD変換器13のゲインgada(count/V)と、摩擦力推
定器61が加えられている。
【0092】次に摩擦力推定器内の係数LB1、HB1につい
て述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Ka*gadaとする。
このとき
て述べる。ここで、K1=gda*ka*kt、K2=Ka*gadaとする。
このとき
【0093】
【数12】
【0094】
【数13】
【0095】次に摩擦力推定器における外力補償信号の
演算を図11のブロック図と図12のフローチャートに
基づいて説明する。この演算は今回サンプル(kサンプ
リング時点)した位置信号21Y1(k)からV(k)の演算を
行い、V(k)とW(k-1)から操作信号31U(k)の計算が終了
し、DAコンバータ14により駆動回路に操作信号が出
力された後に行われる。
演算を図11のブロック図と図12のフローチャートに
基づいて説明する。この演算は今回サンプル(kサンプ
リング時点)した位置信号21Y1(k)からV(k)の演算を
行い、V(k)とW(k-1)から操作信号31U(k)の計算が終了
し、DAコンバータ14により駆動回路に操作信号が出
力された後に行われる。
【0096】STEP300:kサンプリング時点の加速度情報
60Y4(k)にゲインHB1を乗じてHPX(k)を得る。
60Y4(k)にゲインHB1を乗じてHPX(k)を得る。
【0097】STEP301:操作信号31U(k)にゲインLB1を
乗じてLPX(k)を得る。
乗じてLPX(k)を得る。
【0098】STEP302:HPX(k)とLPX(k)を加算して外力
補償信号30W(k)を得る。
補償信号30W(k)を得る。
【0099】以上がkサンプリング時点における摩擦力
推定器61における計算アルゴリズムである。
推定器61における計算アルゴリズムである。
【0100】本発明の第4の実施例を図13を用いて説
明する。図13は第4の実施例のヘッド制御系を等価な
機能ブロック図で示したものである。第1の実施例に運
動方向検出器62と非線形摩擦モデル63、加算器64
を新たに追加した構成となっている。運動方向検出器6
2では、今回サンプリングのY2(k)から前回サンプリン
グのY2(k-1)の差分△Y2(k)=Y2(k)-Y2(k-1)を計算し、そ
の符号を出力する。非線形摩擦モデル63ではY2(k)とs
ign(△Y2(k))を用いて以下の式を計算することにより摩
擦力推定値feを求める。
明する。図13は第4の実施例のヘッド制御系を等価な
機能ブロック図で示したものである。第1の実施例に運
動方向検出器62と非線形摩擦モデル63、加算器64
を新たに追加した構成となっている。運動方向検出器6
2では、今回サンプリングのY2(k)から前回サンプリン
グのY2(k-1)の差分△Y2(k)=Y2(k)-Y2(k-1)を計算し、そ
の符号を出力する。非線形摩擦モデル63ではY2(k)とs
ign(△Y2(k))を用いて以下の式を計算することにより摩
擦力推定値feを求める。
【0101】
【数14】
【0102】
【数15】
【0103】上式でY2'は運動方向が反転する直前のY2
の値、zは運動方向が反転してからの移動距離、fc'は運
動方向が反転したときのfeの絶対値、fmaxはころがり摩
擦力の最大値である。feの符号はsign(△Y2(k-1))<0か
らsign(△Y2(k))≧0となった時点で負、 sign(△Y2(k-
1))>0からsign(△Y2(k))≦0となった時点で正とする。
式15の係数a0、b0、c0、d0は、変位と力の関係を求めた
実験結果に基づいて最少二乗法等を用いて決定すればよ
い。またオブザーバの離散補償器の係数はc=k=0の条件
で設計したものを用いる。feの推定アルゴリズムは、第
1の実施例の演算アルゴリズムのSTEP101とSTEP102の間
に以下のSTEP120からSTEP125を挿入することによって完
成される。
の値、zは運動方向が反転してからの移動距離、fc'は運
動方向が反転したときのfeの絶対値、fmaxはころがり摩
擦力の最大値である。feの符号はsign(△Y2(k-1))<0か
らsign(△Y2(k))≧0となった時点で負、 sign(△Y2(k-
1))>0からsign(△Y2(k))≦0となった時点で正とする。
式15の係数a0、b0、c0、d0は、変位と力の関係を求めた
実験結果に基づいて最少二乗法等を用いて決定すればよ
い。またオブザーバの離散補償器の係数はc=k=0の条件
で設計したものを用いる。feの推定アルゴリズムは、第
1の実施例の演算アルゴリズムのSTEP101とSTEP102の間
に以下のSTEP120からSTEP125を挿入することによって完
成される。
【0104】
STEP120:sign(ΔY2(k))=sign(Y2(k)-Y2(k-1))を計算
STEP121:if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 then
Y2'=Y2(k-1),fc'=fe(k-1) STEP122:if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and s
ign(ΔY2(k-1))<0 thensignfc<0 else if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and sign
(ΔY2(k-1))>0 thensignfc>0 STEP123: 数14を演算 STEP124: 数15を演算 STEP125: fe(k)=signfc・fe 以上がkサンプリング時点の演算アルゴリズムである。
Y2'=Y2(k-1),fc'=fe(k-1) STEP122:if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and s
ign(ΔY2(k-1))<0 thensignfc<0 else if sign(ΔY2(k))・sign(ΔY2(k-1))≦0 and sign
(ΔY2(k-1))>0 thensignfc>0 STEP123: 数14を演算 STEP124: 数15を演算 STEP125: fe(k)=signfc・fe 以上がkサンプリング時点の演算アルゴリズムである。
【0105】ここまでの実施例では磁気ディスク装置に
関する適用例を示してきた。実施例5として、サーボ信
号書き込み装置への適用を説明する。
関する適用例を示してきた。実施例5として、サーボ信
号書き込み装置への適用を説明する。
【0106】サーボ信号(情報)書き込み装置は、その
ベースに、スピンドルモータに組み込んだ磁気ディスク
と、この磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッド
と、転動体及びこの転動体を案内する軸受け面を有して
前記磁気ヘッドを前記磁気ディスクの半径方向に移動可
能に支持するヘッド支持体とを備えたヘッド・ディスク
・アセンブリ(組立体)を固定し、サーボ情報を書き込
む装置である。このサーボ情報の書き込みは、一般に
は、ヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘッドによ
って行うが、サーボ信号書き込み装置に備えられたクロ
ックヘッドによって、ヘッド・ディスク・アセンブリの
磁気ディスクに予めクロック信号を記録し、このクロッ
ク信号を基準としてサーボ情報を書き込む。また、レー
ザ測長器等でヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘ
ッドの位置を検出しながら、所定のトラック位置に位置
決め制御するとともに、次のトラック位置に磁気ヘッド
を移動する送り機構を備えている。サーボ信号書き込み
装置に備えられた磁気ヘッドでサーボ情報を記録する場
合もある。さらに、サーボパターンを発生するパターン
発生器を備え、このパターン発生器は種々のサーボ情報
を記録できるように、パターンの設定が可能なものもあ
る。
ベースに、スピンドルモータに組み込んだ磁気ディスク
と、この磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッド
と、転動体及びこの転動体を案内する軸受け面を有して
前記磁気ヘッドを前記磁気ディスクの半径方向に移動可
能に支持するヘッド支持体とを備えたヘッド・ディスク
・アセンブリ(組立体)を固定し、サーボ情報を書き込
む装置である。このサーボ情報の書き込みは、一般に
は、ヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘッドによ
って行うが、サーボ信号書き込み装置に備えられたクロ
ックヘッドによって、ヘッド・ディスク・アセンブリの
磁気ディスクに予めクロック信号を記録し、このクロッ
ク信号を基準としてサーボ情報を書き込む。また、レー
ザ測長器等でヘッド・ディスク・アセンブリ上の磁気ヘ
ッドの位置を検出しながら、所定のトラック位置に位置
決め制御するとともに、次のトラック位置に磁気ヘッド
を移動する送り機構を備えている。サーボ信号書き込み
装置に備えられた磁気ヘッドでサーボ情報を記録する場
合もある。さらに、サーボパターンを発生するパターン
発生器を備え、このパターン発生器は種々のサーボ情報
を記録できるように、パターンの設定が可能なものもあ
る。
【0107】磁気ディスクでは位置決め信号として、デ
ィスク上に記録されたサーボ信号とヘッド位置の差信号
が得られたが、サーボ信号書き込み装置では、レーザー
測長計等によりヘッドが搭載されたアクチュエータ位置
を直接検出して位置決めしサーボ信号を書き込んでゆ
く。したがって得られる位置信号はヘッドの絶対位置の
情報で、前記までの実施例1と実施例4で摩擦力補償に
用いていた信号と等しい、したがって実施例1と実施例
4の摩擦力推定器がそのまま適用できる。
ィスク上に記録されたサーボ信号とヘッド位置の差信号
が得られたが、サーボ信号書き込み装置では、レーザー
測長計等によりヘッドが搭載されたアクチュエータ位置
を直接検出して位置決めしサーボ信号を書き込んでゆ
く。したがって得られる位置信号はヘッドの絶対位置の
情報で、前記までの実施例1と実施例4で摩擦力補償に
用いていた信号と等しい、したがって実施例1と実施例
4の摩擦力推定器がそのまま適用できる。
【0108】図14は実施例1と同一の摩擦力推定器を
備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図であ
る。ここでは実施例1と異なるのは位置決め補償器70
への入力信号がアクチュエータ位置信号29と移動コマ
ンド69からなることである。また摩擦力推定器15の
補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施例1
の場合と同じである。
備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図であ
る。ここでは実施例1と異なるのは位置決め補償器70
への入力信号がアクチュエータ位置信号29と移動コマ
ンド69からなることである。また摩擦力推定器15の
補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施例1
の場合と同じである。
【0109】図15は実施例4と同一の摩擦力推定器6
5を備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図で
ある。ここで、実施例4と異なるのは位置決め補償器7
0への入力信号がアクチュエータ位置信号29と移動コ
マンド69からなることである。また、摩擦力推定器6
5の補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施
例4の場合と同じである。
5を備えたサーボ信号書き込み装置の機能ブロック図で
ある。ここで、実施例4と異なるのは位置決め補償器7
0への入力信号がアクチュエータ位置信号29と移動コ
マンド69からなることである。また、摩擦力推定器6
5の補償器の係数の計算および演算アルゴリズムは実施
例4の場合と同じである。
【0110】上述の各実施例において説明した装置また
はそれを用いた制御方法では、磁気ディスクを光ディス
ク、磁気ヘッドを光学手段を有する光ヘッドとして、光
ディスク装置でも同様に実施することができる。
はそれを用いた制御方法では、磁気ディスクを光ディス
ク、磁気ヘッドを光学手段を有する光ヘッドとして、光
ディスク装置でも同様に実施することができる。
【0111】
【発明の効果】摩擦力の推定と補償が可能となり、ヘッ
ドの位置決め制御における低域ゲインの回復を図り、高
い位置決め精度を実現することによって、回転円盤を用
いる情報記録装置における高記録密度化を図ることがで
きる。
ドの位置決め制御における低域ゲインの回復を図り、高
い位置決め精度を実現することによって、回転円盤を用
いる情報記録装置における高記録密度化を図ることがで
きる。
【図1】本発明の第一実施例の構成図。
【図2】本発明の第一実施例の機能ブロック図。
【図3】摩擦力推定器15の演算フローチャート例。
【図4】転がり出し摩擦をもつ制御対象の周波数特性
(メカ特性)。
(メカ特性)。
【図5】本発明の制御系の周波数特性図。
【図6】ポジションエラー信号をオブザーバ入力とした
時の周波数特性。
時の周波数特性。
【図7】本発明の第二実施例の構成図。
【図8】第二実施例の機能ブロック図。
【図9】摩擦力推定器55の演算フローチャート例。
【図10】本発明の第三実施例の構成図。
【図11】第三実施例の機能ブロック図。
【図12】第三実施例の演算フローチャート。
【図13】第四実施例の機能ブロック図。
【図14】第五実施例の機能ブロック図の一例。
【図15】第五実施例の機能ブロック図の一例。
1…ディスク、2…ヘッド、5…ヘッド駆動回路、8…
位置信号復調回路、9…ボールベアリング、10…ピボ
ット軸受け外輪、11…軸受け内輪、15…摩擦力推定
器、16…位置決め補償器。
位置信号復調回路、9…ボールベアリング、10…ピボ
ット軸受け外輪、11…軸受け内輪、15…摩擦力推定
器、16…位置決め補償器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G11B 21/08 - 21/10
G11B 7/08 - 7/10
Claims (2)
- 【請求項1】情報を記録するディスクから少なくとも情
報を検出するヘッドと、 転動体及びこの転動体を案内する軸受け面を有して、前
記ヘッドをディスクの半径方向に駆動するアクチュエー
タと、 ディスクから前記ヘッドで検出したサーボ情報に基づい
て、ヘッドとディスクとの相対位置関係を検出し、位置
信号を出力する位置検出手段と、 前記位置信号を処理して位置決め補償信号を出力する位
置決め補償手段と、 前記アクチュエータの運動状態に関する物理量を検出す
るセンサと、 前記アクチュエータの軸受け部で発生する摩擦力を推定
する摩擦力推定手段を有し、推定した摩擦力に基づいて
前記位置決め補償信号を補正して、前記アクチュエータ
を駆動する操作信号を生成する摩擦力補償手段とを備
え、前記摩擦力補償手段は、ローパスフィルタとハイパスフ
ィルタとを備え、前記操作信号をローパスフィルタに、
前記センサの出力をハイパスフィルタにそれぞれ入力
し、各フィルタの出力を加算した信号で前記位置決め補
償信号を補正し、 前記各フィルタは、アクチュエータの等価質量と、転動
体及び軸受け面の弾性変形をばね要素と仮定したときの
等価ばね定数と、転動体及び軸受け面の弾性変形を粘性
摩擦と仮定したときの等価粘性摩擦係数とを含む演算式
で与えられる ことを特徴とする回転円盤型記憶装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の回転円盤型記憶装置にお
いて、前記センサは、前記アクチュエータを支持する支
持体に対するアクチュエータの変位、速度又は加速度の
いずれかを検出することを特徴とする回転円盤型記憶装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07583196A JP3368745B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 回転円盤型記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07583196A JP3368745B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 回転円盤型記憶装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09265748A JPH09265748A (ja) | 1997-10-07 |
JP3368745B2 true JP3368745B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=13587537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07583196A Expired - Fee Related JP3368745B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 回転円盤型記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3368745B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4769141B2 (ja) * | 2006-08-03 | 2011-09-07 | 東芝ストレージデバイス株式会社 | ヘッド位置制御方法、ヘッド位置制御装置およびディスク装置 |
JP4241785B2 (ja) | 2006-08-31 | 2009-03-18 | 株式会社東芝 | サーボ制御装置 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP07583196A patent/JP3368745B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09265748A (ja) | 1997-10-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |