JP3796435B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents
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Description
【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】
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】
【数3】
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】
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】
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】
【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
Claims (8)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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