JPH03192584A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、サーボ制御による磁気ヘッドの位置決め機
構を備えた磁気ディスク装置に係り、特に、トラック振
れに対する磁気ヘッドの追従性に優れる磁気ディスク装
置に関する。

「従来の技術」 第４図は、セクタ・サーボ制御方式によるヘッド位置決
め機構を備えた従来の磁気ディスク装置の概略構成を示
すブロック図である。

この図において、符号１は磁気ディスクでありこの磁気
ディスク１の面上には、多数の同心円状のトラックが形
成されている。上記各トラックは、複数のセクタに分け
られ、各セクタは、各種データが書き込まれるデータ・
フィールドとサーボ情報が書き込まれたサーボ・フィー
ルドとからなっている。また、２はスピンドル・モータ
の回転軸、３は回転時の上記トラック上を走査し、デー
タの読み書きおよびサーボ情報の読出しを行う磁気ヘッ
ドである。上記各トラックには、上述したように、デー
タ・フィールドおよびサーボ・フィールドが交互に設定
されているので、サーボ情報の続出しは間欠的に行われ
ることになる。４は磁気ヘッド３を支持するキャリア、
５はキャリア４を直結駆動するＶＣＭ（ボイス・コイル
・モータ）である。また、６は装置各部を制御すると共
に、後述の補償器（ＰＩＤコントローラ）としても機能
するＣＰＵ（中央処理装置）、７はスピンドル・モータ
の回転駆動を制御するスピンドル・モータ制御回路、８
は磁気ヘッド３から読出されるサーボ情報に基づき磁気
ヘッド３の現在位置を示す位置信号を生成する位置信号
生成回路（サーボ・デモシュレータ）である。９は、Ｃ
ＰＵ６からの電流指令に基づきＶＣＭ５に加える電流を
制御して、磁気ヘッド３の位置ずれを補正する位置決め
回路、ＩＯは、記録／再生信号を作成する記録再生回路
である。

第５図は、上記従来の磁気ディスク装置に適用されるサ
ーボ制御系の信号伝達の様子を示すブロック線図である
。

この図において、１１は制御対象システム１２から出力
される制御量Ｃ（Ｓ）を増幅し、フィードバック量Ｂ　
（Ｓ）として帰還させるフィードバック増幅要素、１３
は目標値（目標位置γ（Ｓ））からフィードバックＩ　
Ｂ　（Ｓ）を差し引いて、（目標トラック位置に対する
磁気ディスク３の位置ずれ量を示す）位置偏差Ｅ　（Ｓ
）を生成する加え合わせ点、１４は位置偏差Ｅ　（Ｓ）
の供給に基づいて制御対象システム１２に対してＰＩＤ
（比例−積分−微分）制御動作を行う補償器である。な
お、ＶＣＭ５およびキャリア４が上記制御対象システム
１２である。ディスク面上のトラックＴＲは、真円に形
成されるのが理想であるが、実際には、第４図に示すよ
うに、磁気ディスク１の偏心などに起因してうねりが生
じているのが普通である。第３図（ａ）は、サーボ制御
を行わない場合のトラック振れを示す信号波形である。

そこで、上記サーボ制御方式においては、うねりがある
トラックＴＲに追従すべく、トラック振れ量が上記目標
位置γ（Ｓ）になると考えられる。

上記構成のサーボ制御系においては、補償器１４の積分
補償用時定数は、ディスク基本回転周期り以下に設定さ
れ、これにより、ディスク基本回転周波数付近の振動を
抑圧、すなわちディスク基本回転周波数程度のトラック
振れにも追従できるようになっていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記従来の磁気ディスク装置にあっては、デ
ィスク基本回転周波数付近での抑圧率はたかだかｌＯ〜
２０ｄＢ程度に過ぎなかった（第３図（ｂ）にその信号
波形を示す。）。抑圧率を上げるために、無理に、補償
器１４のゲインを上げる。

と、補償器１４は（主）ループ内にあるため、サーボ制
御系の安定性が悪化するという問題があった。

この発明は、トラック振れのうち、ディスク基本回転周
波数付近の成分は、磁気ディスクｌの偏心などに起因し
て生じる再現性（繰り返し性）の高いものであることに
着目して、上記課題を解決するためになされたもので、
サーボ制御系の安定性を悪化させることなく、トラック
追従性に優れる磁気ディスク装置を提供することを目的
としている。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、請求項！記載の発明は、ト
ラック中央からの磁気ヘッドの位置ずれ量を表す位置偏
差信号を生成する位置偏差生成回路と、該位置偏差生成
回路から供給を受けた位置偏差信号に基づいて磁気ヘッ
ドの位置決めを行うサーボ制御回路とを備えた磁気ディ
スク装置において、入力信号を磁気ディスクの基本回転
周期に等しい時間遅らせて出力するむだ時間要素および
該むだ時間要素の出力を自身の入力側に正帰還させる帰
還要素からなる閉ループ回路と、前記閉ループ回路の出
力信号をＫ（Ｋは正数）倍にする比例要素とから構成さ
れる装置偏差補正回路を設け、該位置偏差補正回路に前
記位置偏差信号を入力させると共に、該位置偏差補正回
路から出力される補正信号を、前記位置偏差生成回路か
ら構成される装置偏差信号に加え合わせて前記サーボ制
御回路に供給するものであることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、トラック中央からの磁気ヘッド
の位置ずれ量を表す位置偏差信号を生成する位置偏差生
成回路と、該位置偏差生成回路から供給を受けた位置偏
差信号に基づいて磁気ヘッドの位置決めを行うサーボ制
御回路とを備えた磁気ディスク装置において、磁気ディ
スクの基本回転周期のＩ／ｎ（ｎは正の整数）に等しい
サンブリ、ング周期毎に前記位置偏差信号を通過させる
サンプラと、入力信号を前記サンプリング周期に等しい
時間遅らせて出力する遅延器をｎ個、縦続接続して閉ル
ープ回路を形成し、かつ第１段の遅延器の入力側に前記
サンプラを通過した前記位置偏差信号を取り込む入力端
を持ち、最終段の遅延器の出力側に出力端を持つ閉ルー
プ遅延回路と、前記閉ループ遅延回路の出力端から出力
される前記閉ループ遅延回路の出力信号をに倍（Ｋは正
数）にする比例要素と、前記比例要素の出力信号を零次
ホールドする零次ホールド要素とにより構成される位置
偏差補正回路を設け、該位置偏差補正回路に前記位置偏
差信号を人力させると共に、前記位置偏差生成回路の出
力信号を前記位置偏差生成回路から構成される装置偏差
信号に加え合わせて前記サーボ制御回路に供給するもの
であることを特徴としている。

「作用」 上記請求項１記載の構成によれば、位置偏差信号を閉ル
ープ回路に通すことにより、位置偏差信号のうち、ディ
スク基本回転周波数成分については、当該周期、その１
周期前、２周期前、・・・、Ｎ周期前のものが多重化さ
れ、フィードフォワード制御的効果が得られるので、上
記サーボ制御回路のゲインを無理やり上げることなく、
当該成分を抑圧することができる。したがって、サーボ
制御系が不安定となることを防止することができる。

また、請求項２記載の構成においても、位置偏差信号を
閉ループ遅延回路に通すことにより、多重化されたディ
スク基本回転周波数成分を得ることができるので、請求
項１記載の構成と同様の効果を得ることができる。

「実施例」 以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

（第１実施例） 第１図は、請求項１記載の発明の一実施例である磁気デ
ィスク装置に適用されるサーボ制御系の信号伝達の様子
を示すブロック線図である。第１図１！おいて、第５図
に示す各部と対応する部分には同一符号を付して説明を
省略する。

なお、この例に適用される磁気ディスク装置の概略構成
は、第４図に示す従来の概略構成と同一である。

この例に適用される磁気ディスク装置が、上記従来のも
のと異なるところは、サーボ制御系において、上記加え
合わせ点１３と補償器１４との間に、位置偏差補正回路
１５を並列的に付加した点である。

この位置偏差補正回路１５は、閉ループ回路１６と比例
要素！７とからなっている。上記閉ループ回路１６は、
その出力を入力端にポジティブ・フィードバックするよ
うになされているむだ時間要素Ｉ８によって構成されて
いる。このむだ時間要素Ｉ８は、入力信号（すなわち、
位置偏差Ｅ　（Ｓ））をディスク基本回転周期りだけ遅
延させて出力する要素である。上記むだ時間要素１８は
、上述したように、その出力がその入力側にポジティブ
・フィードバックされるため、ディスク基本回転周波数
１／Ｌのｋ（ｋは正の整数）倍の周波数に／Ｌでは、開
ループゲインが無限大になる。比例要素１７は、入力信
号のに倍の大きさ（値）の信号を出力する要素である。

この例の動作は次の通りである。

サーボ制御が開始した直後は、従来のサーボ制御と同じ
特性しか得られない。なぜならば、伝達関数がｅ−８Ｌ
であるむだ時間要素があるためである。このため、開始
直後においては、位置偏差Ｅ（Ｓ）は、第３図（ｂ）に
示す信号波形となる。しかしながら、開始からＬ時間経
過後においては、位置偏差Ｅ　（Ｓ）は、第３図（ｃ）
に示す信号波形となり、大幅に抑圧される。トラック振
れは、ディスク基本回転周波数１／Ｌのｋ（ｋは正の整
数）倍の周波数に／Ｌの成分で大部分が構成されている
からである。さらに、Ｌ時間経過後においては、位置偏
差Ｅ（ｓ）は、第３図（ｄ）に示す信号波形となる。さ
らに、Ｌ時間経過後においては、位置偏差Ｅ（ｓ）は、
第３図（ｅ）に示す信号波形となる。

上記したように、この例のサーボ制御方式によれば、学
習的制御（第３図（ｂ）〜（ｅ））が行われる、ことに
より、制御の抑圧率を５０〜６０ｄＢ程度まで向上させ
ることができる。

また、補償器１４のゲインを無理に上げることをしない
ため、常に、安定性を維持することができる。

また、制御対象システム１２に外乱Ｄ　（Ｓ）が加わっ
た場合でも、上記と同程度に抑圧することができる。

（第２実施例） 第２図は、請求項２記載の発明の一実施例に適用される
サーボ制御系の位置偏差補正回路の構成を示すブロック
図である。

この例の位置偏差補正回路が第１実施例の位置偏差補正
回路１５と異なるところは、第１実施例の位置偏差補正
回路！５がアナログ構成であるのに対し、この例の位置
偏差補正回路はデジタル構成となっている点である。

第２図において、Ｉ９が位置偏差補正回路であり、この
位置偏差補正回路１９は、サンプラ２０、閉ループ遅延
回路２１１比例要素２２、零次ホールド要素２３、およ
び加え合わせ点２４などから構成されている。上記サン
プラ２０は、サンプリング間隔Ｔ毎に位置偏差Ｅ（ｓ）
を通過させるスイッチ動作をする。サンプリング間隔Ｔ
は、磁気ディスクｌのセクタ数がｒｎＪで、ディスク基
本回転時間がｒＬＪのときは、Ｌ　／　ｎに定められる
。この例においては、セクタ数は「４０」程度に、サン
プリング間隔Ｔは４００μｓｅｃ程度に設定されている
。また、上記閉ループ遅延回路２！は、加え合わせ点２
５と、ｎ個の遅延要素２６．２Ｂ、・・・とからなって
いる。これらの遅延要素２６．２６゜・・は、全て同一
構成のもので、入力信号をサンプリング間隔Ｔと同じ時
間だけ、遅延させる。これらの遅延要素２６，２６．・
・・は、縦続に接続されており、最終段の遅延要素２６
からの出力信号は、加え合わせ点２５を介して、第１段
の遅延要素２６にポジティブ・フィードバックされるよ
うになっている。上記加え合わせ点２５は、ポジティブ
・フィードバックされた最終段の遅延要素２６の上記出
力信号とサンプラ２０を通過した位置偏差Ｅ（ｓ）とを
加え合わせて、第１段の遅延要素２６に供給する。上記
比例要素２２は、最終段の遅延要素２６からの出力信号
をに倍にする。上記零次ホールド要素２３は、比例要素
２２からの出力信号を当該サンプリング周期の間ホール
ドする。上記加え合わせ点２４は、零次ホールド要素２
３からの出力信号と加え合わせ点１３（第１図）から構
成される装置偏差Ｅ（ｓ）とを加え合わせて補償器１４
（第１図）に供給する。

上記構成において、閉ループ遅延回路２１は、サンプラ
２０を介して位置偏差Ｅ（ｓ）の供給を受けると、位置
偏差Ｅ（ｓ）を、ｎ個の遅延要素２６゜２６、・・・内
を逐次通過させる。こうして、最終段の遅延要素２６を
通過した位置偏差Ｅ（ｓ）は、ディスク基本回転周期り
に相当する分の遅れが生じたものとなる。最終段の遅延
要素２６からの出力信号は、ポジティブ・フィードバッ
クされて、再び、第１段の遅延要素２６に入力される。

以下、順次遅延・正帰還を繰り返し、結局、Ｌ時間前、
２Ｌ時間前、・・・の各位置偏差Ｅ（ｓ）が重畳された
信号が、閉ループ遅延回路２１の出力信号として出力さ
れる。この出力信号は、比例要素２２でに倍にされ、零
次ホールド要素２３で、ホールドされた状態で、加え合
わせ点２４を介して、主ループに戻される。

上記第２実施例の構成によっても、第３図に示したと同
様の学習的制御がなされ、位置偏差Ｅ（ｓ）が抑圧され
る。

上記第２実施例の構成によれば、時定数りのむだ時間要
素１８の作成（第１実施例）に比べて、作成が容易であ
るという利点がある。

なお、第２実施例において、主ループ自身が離散系にな
っていれば、位置偏差補正回路１９内のサンプラ２０お
よび零次ホールド要素２３は不要である。

また、上述の実施例においては、セクタ・サーボ方式の
場合について説明したが、サーボ面サーボにも適用し得
るものである。たとえば、ディスク基本回転周期りの１
／ｎ（ｎはセクタ数）でＯＮ動作するサンプラで離散化
すれば可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、請求項１または２記載の発明の磁
気ディスク装置によれば、学習的制御が行われることに
より、位置偏差の抑圧率を従来の１０〜２０ｄＢから５
０〜６０ｄＢ程度まで、すなわちｌＯＯ倍程度まで向上
させることができる。

また、補償器のゲインを無理に上げることをしないため
、常に、安定性した状態で、磁気ディスクの回転から生
じるトラック振れを小さくすることができる。

また、ループゲインを上げないため、ＶＣＭなどの駆動
系の機械共振に起因する発振が問題にならないので、設
計が容易である。

また、制御対象システムに外乱が加わった場合でも、ト
ラック振れと同様に抑圧することができる。

上記の効果を有するため、トラックの高密度化が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項！記載の発明の一実施例である磁気ディ
スク装買に適用されるサーボ制御系の信号伝達の様子を
説明するためのブロック図、第２図は請求項２記載の発
明の一実施例に適用される位置偏差補正回路の信号伝達
の様子を説明するブロック線図、第３図はこの発明の実
施例のトラック振れの様子を説明するためのトラック振
れ波形図、第４図は従来の磁気ディスク装置の概略構成
を示すブロック図、第５図は従来の磁気ディスクに適用
されるサーボ制御系の信号伝達の様子を示すブロック線
図である。 ■・・・・・・磁気ディスク、３・・・・・・磁気ヘッ
ド、５・・・・・・ＶＣＭ、６・・・・・・ＣＰＵ　（
中央処理装置）、８・・・・・・位置信号生成回路、９
・・・・・・位置決め回路、１２・・・・・・制御対象
システム、１３・・・・・・加え合わせ点（位置偏差生
成回路）、１４・・・・・・補償器（サーボ制御回路）
、１５．１９・・・・・・位置偏差補正回路、１６・・
・・・・閉ループ回路、１７．２２・・・・・・比例要
素、１８・・・・・・むだ時間要素、２０・・・・・・
サンプラ、２１・・・・・・閉ループ遅延回路、２３・
・・・・・零次ホールド要素、２４．２５・・・・・・
加え合わせ点、２６・・・・・・遅延要素（遅延器）、
γ（Ｓ）・・・・・・目標位置、Ｂ　（Ｓ）・・・・・
・フィードバック量、Ｅ　（Ｓ）・・・・・・位置偏差
（位置偏差信号）、Ｃ（Ｓ）・・・・・・制御量、ＴＲ
・・・・・・トラック。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トラック中央からの磁気ヘッドの位置ずれ量を表
   す位置偏差信号を生成する位置偏差生成回路と、該位置
   偏差生成回路から供給を受けた位置偏差信号に基づいて
   磁気ヘッドの位置決めを行うサーボ制御回路とを備えた
   磁気ディスク装置において、 入力信号を磁気ディスクの基本回転周期に等しい時間遅
   らせて出力するむだ時間要素および該むだ時間要素の出
   力を自身の入力側に正帰還させる帰還要素からなる閉ル
   ープ回路と、前記閉ループ回路の出力信号をＫ（Ｋは正
   数）倍にする比例要素とから構成される位置偏差補正回
   路を設け、該位置偏差補正回路に前記位置偏差信号を入
   力させると共に、該位置偏差補正回路から出力される補
   正信号を、前記位置偏差生成回路から出力される位置偏
   差信号に加え合わせて 前記サーボ制御回路に供給するものであることを特徴と
   する磁気ディスク装置。
2. （２）トラック中央からの磁気ヘッドの位置ずれ量を表
   す位置偏差信号を生成する位置偏差生成回路と、該位置
   偏差生成回路から供給を受けた位置偏差信号に基づいて
   磁気ヘッドの位置決めを行うサーボ制御回路とを備えた
   磁気ディスク装置において、 磁気ディスクの基本回転周期の１／ｎ（ｎは正の整数）
   に等しいサンプリング周期毎に前記位置偏差信号を通過
   させるサンプラと、入力信号を前記サンプリング周期に
   等しい時間遅らせて出力する遅延器をｎ個、縦続接続し
   て閉ループ回路を形成し、かつ第１段の遅延器の入力側
   に前記サンプラを通過した前記位置偏差信号を取り込む
   入力端を持ち、最終段の遅延器の出力側に出力端を持つ
   閉ループ遅延回路と、前記閉ループ遅延回路の出力端か
   ら出力される前記閉ループ遅延回路の出力信号をＫ倍（
   Ｋは正数）にする比例要素と、前記比例要素の出力信号
   を零次ホールドする零次ホールド要素とから構成される
   位置偏差補正回路を設け、 該位置偏差補正回路に前記位置偏差信号を入力させると
   共に、前記位置偏差補正回路から出力される補正信号を
   前記位置偏差生成回路から出力される位置偏差信号に加
   え合わせて 前記サーボ制御回路に供給するものであることを特徴と
   する磁気ディスク装置。