JPH07271446A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JPH07271446A JPH07271446A JP6242294A JP6242294A JPH07271446A JP H07271446 A JPH07271446 A JP H07271446A JP 6242294 A JP6242294 A JP 6242294A JP 6242294 A JP6242294 A JP 6242294A JP H07271446 A JPH07271446 A JP H07271446A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- acceleration feedforward
- acceleration
- positioning
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Moving Of Head For Track Selection And Changing (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】加速度フィードフォワード調整器27が、操作
信号24に基づいて、加速度フィードフォワードテーブ
ル21を調整する。 【効果】目標値追従能力に優れた加速度フィードフォワ
ードテーブルを作成でき、目標値への追従誤差を低減
し、高精度位置決めが可能となる。
信号24に基づいて、加速度フィードフォワードテーブ
ル21を調整する。 【効果】目標値追従能力に優れた加速度フィードフォワ
ードテーブルを作成でき、目標値への追従誤差を低減
し、高精度位置決めが可能となる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置や光
ディスク装置のヘッド位置決め制御系,半導体製造装置
用XYステージの位置決め制御系,ロボットの関節角制
御系やモータ制御系等の位置決め制御系に係り、特に、
フィードバック制御系の目標位置信号に対する位置信号
の追従遅れを低減する加速度フィードフォワード補償を
備えた位置決め制御系において、加速度フィードフォワ
ード信号を学習的に調整することにより、目標位置信号
に対する位置信号の追従誤差を低減可能な位置決め制御
装置に関する。
ディスク装置のヘッド位置決め制御系,半導体製造装置
用XYステージの位置決め制御系,ロボットの関節角制
御系やモータ制御系等の位置決め制御系に係り、特に、
フィードバック制御系の目標位置信号に対する位置信号
の追従遅れを低減する加速度フィードフォワード補償を
備えた位置決め制御系において、加速度フィードフォワ
ード信号を学習的に調整することにより、目標位置信号
に対する位置信号の追従誤差を低減可能な位置決め制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の位置決め制御装置は、キャリッジ
の目標位置に実際の位置を追従させるために、位置信号
をフィードバックし、目標位置と実際の位置との偏差を
演算し、この偏差を低減するように、位置決め補償器が
演算を行い、演算結果を駆動回路に入力する、いわゆる
フィードバック制御を行っていた。一般に位置決め補償
器としては、PID(比例・積分・微分)補償器や位相
補償器から成る。しかし、このフィードバック制御系で
は、目標位置信号の変化に対し、現在位置信号は追従誤
差を生じてしまう。この課題を解決するための従来技術
は、特開平4− 159669号公報のように、目標位置信号
を2階微分した加速度フィードフォワード信号を操作信
号の一部として入力する方式が従来から発明されてい
る。また、目標速度信号に速度信号を追従させる速度制
御系でも、同様に、目標速度信号を一階微分した信号を
加速度フィードフォワード信号として操作信号の一部と
して入力方式が考案されている。
の目標位置に実際の位置を追従させるために、位置信号
をフィードバックし、目標位置と実際の位置との偏差を
演算し、この偏差を低減するように、位置決め補償器が
演算を行い、演算結果を駆動回路に入力する、いわゆる
フィードバック制御を行っていた。一般に位置決め補償
器としては、PID(比例・積分・微分)補償器や位相
補償器から成る。しかし、このフィードバック制御系で
は、目標位置信号の変化に対し、現在位置信号は追従誤
差を生じてしまう。この課題を解決するための従来技術
は、特開平4− 159669号公報のように、目標位置信号
を2階微分した加速度フィードフォワード信号を操作信
号の一部として入力する方式が従来から発明されてい
る。また、目標速度信号に速度信号を追従させる速度制
御系でも、同様に、目標速度信号を一階微分した信号を
加速度フィードフォワード信号として操作信号の一部と
して入力方式が考案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】加速度フィードフォワ
ード信号は、キャリッジが目標位置信号あるいは目標速
度信号通りに動くような加速度信号であるが、制御対象
の入力ゲインを正確に知っていないと、理想的な加速度
フィードフォワード信号を作り出せない。また、制御開
始時点で、加速度フィードフォワード信号が理想的な信
号であっても、制御対象の入力ゲインが経時的に変動し
た場合、理想的な加速度フィードフォワード信号からず
れてしまい、目標位置信号あるいは目標速度信号に対
し、追従誤差が発生してしまい、位置決め精度を劣化さ
せてしまうという問題があった。
ード信号は、キャリッジが目標位置信号あるいは目標速
度信号通りに動くような加速度信号であるが、制御対象
の入力ゲインを正確に知っていないと、理想的な加速度
フィードフォワード信号を作り出せない。また、制御開
始時点で、加速度フィードフォワード信号が理想的な信
号であっても、制御対象の入力ゲインが経時的に変動し
た場合、理想的な加速度フィードフォワード信号からず
れてしまい、目標位置信号あるいは目標速度信号に対
し、追従誤差が発生してしまい、位置決め精度を劣化さ
せてしまうという問題があった。
【0004】本発明の目的は、フィードバック制御系に
おける目標値への追従誤差を低減する加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整し、目標値への追従誤差を低減
する位置決め制御装置を提供することにある。
おける目標値への追従誤差を低減する加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整し、目標値への追従誤差を低減
する位置決め制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、加速度
フィードフォワードテーブルのデータが理想的な信号か
らずれている場合でも、加速度フィードフォワードテー
ブルを理想的なデータに調整する加速度フィードフォワ
ードテーブル調整器を設けることにより達成される。
フィードフォワードテーブルのデータが理想的な信号か
らずれている場合でも、加速度フィードフォワードテー
ブルを理想的なデータに調整する加速度フィードフォワ
ードテーブル調整器を設けることにより達成される。
【0006】
【作用】加速度フィードフォワードテーブルが理想的な
加速度フィードフォワード信号を発生しない時、位置決
め補償器もしくは速度補償器は、追従誤差を低減する補
償信号を生成し、加速度フィードフォワード信号と補償
信号が加算され、操作信号として、制御対象に加えられ
る。この操作信号は、加速度フィードフォワード信号の
持つ目標値追従能力よりも改善されたものである。そこ
で、加速度フィードフォワードテーブル調整器は、操作
信号を用いて加速度フィードフォワードテーブルを調整
する。調整された加速度フィードフォワードテーブルを
用いて位置決め動作を行うと、目標位置信号に対する追
従誤差が低減することが可能となる。
加速度フィードフォワード信号を発生しない時、位置決
め補償器もしくは速度補償器は、追従誤差を低減する補
償信号を生成し、加速度フィードフォワード信号と補償
信号が加算され、操作信号として、制御対象に加えられ
る。この操作信号は、加速度フィードフォワード信号の
持つ目標値追従能力よりも改善されたものである。そこ
で、加速度フィードフォワードテーブル調整器は、操作
信号を用いて加速度フィードフォワードテーブルを調整
する。調整された加速度フィードフォワードテーブルを
用いて位置決め動作を行うと、目標位置信号に対する追
従誤差が低減することが可能となる。
【0007】
(実施例1)以下、磁気ディスク装置における請求項1
〜3に記載の本発明の一実施例を図面により詳細に説明
する。
〜3に記載の本発明の一実施例を図面により詳細に説明
する。
【0008】図2は、従来方式のヘッド位置決め制御系
のブロック図である。図2の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ(VCM)2が用いられて
いる。VCM2は、スピンドルモータ3により回転駆動
されるディスク4上の任意のトラックまでヘッド1を搭
載したキャリッジ5をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス6上に搭載されている。位置検出器10は、ディスク
4に対向したヘッド1から読みだされたサーボ信号を位
置信号11に変換する。目標位置テーブル12は、コン
トローラ13から出力される移動コマンド14に応じて
目標位置信号16をクロック信号15に基づいて時間関
数として出力する。減算器17は、目標位置信号16か
ら位置信号11を減算した位置偏差信号18を位置決め
補償器19に送っている。位置決め補償器19は、通
常、PID(比例・積分・微分)補償器や、リードラグ
(位相進み遅れ)補償器から構成され、目標位置信号1
6に位置信号11が追従するように位置決め補償信号2
0を出力する。
のブロック図である。図2の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ(VCM)2が用いられて
いる。VCM2は、スピンドルモータ3により回転駆動
されるディスク4上の任意のトラックまでヘッド1を搭
載したキャリッジ5をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス6上に搭載されている。位置検出器10は、ディスク
4に対向したヘッド1から読みだされたサーボ信号を位
置信号11に変換する。目標位置テーブル12は、コン
トローラ13から出力される移動コマンド14に応じて
目標位置信号16をクロック信号15に基づいて時間関
数として出力する。減算器17は、目標位置信号16か
ら位置信号11を減算した位置偏差信号18を位置決め
補償器19に送っている。位置決め補償器19は、通
常、PID(比例・積分・微分)補償器や、リードラグ
(位相進み遅れ)補償器から構成され、目標位置信号1
6に位置信号11が追従するように位置決め補償信号2
0を出力する。
【0009】一般に、フィードバック制御系では、低周
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図2の制御系では、あらかじめ定められた時間
関数で変化する目標位置信号16に位置信号11が追従
するように、加速度フィードフォワードテーブル21が
加速度フィードフォワード信号22を出力している。加
算器23は、加速度フィードフォワード信号22と位置
決め補償信号20を加算した操作信号24をパワーアン
プ25に出力している。パワーアンプ25は、操作信号
24に比例した電流を駆動信号26としてVCM2に流
している。VCM2は駆動信号26に比例した力を発生
し、ヘッド1を搭載したキャリッジ5を移動位置決めし
ている。
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図2の制御系では、あらかじめ定められた時間
関数で変化する目標位置信号16に位置信号11が追従
するように、加速度フィードフォワードテーブル21が
加速度フィードフォワード信号22を出力している。加
算器23は、加速度フィードフォワード信号22と位置
決め補償信号20を加算した操作信号24をパワーアン
プ25に出力している。パワーアンプ25は、操作信号
24に比例した電流を駆動信号26としてVCM2に流
している。VCM2は駆動信号26に比例した力を発生
し、ヘッド1を搭載したキャリッジ5を移動位置決めし
ている。
【0010】コントローラ13から出力される移動コマ
ンド14として、d(m)の移動命令が発せられた場
合、キャリッジ5の目標位置関数として、数1のような
時間関数rp(t)を仮定する。
ンド14として、d(m)の移動命令が発せられた場
合、キャリッジ5の目標位置関数として、数1のような
時間関数rp(t)を仮定する。
【0011】
【数1】
【0012】ただし、ここで、τは、移動終了の時刻を
表す。数1は時刻0(秒)から時刻τ(秒)までの間
に、目標位置関数rp(t)が、0(m)からd(m)ま
で、なめらかに変化することを意味している。
表す。数1は時刻0(秒)から時刻τ(秒)までの間
に、目標位置関数rp(t)が、0(m)からd(m)ま
で、なめらかに変化することを意味している。
【0013】この時、キャリッジ5の目標加速度関数r
α(t)は、数1を2階微分した数2に示す時間関数と
なる。
α(t)は、数1を2階微分した数2に示す時間関数と
なる。
【0014】
【数2】
【0015】操作信号24をu(t),位置信号11を
y1(t),キャリッジ5の加速度をα(t)とした時の
制御対象の運動方程式は、数3のようになる。
y1(t),キャリッジ5の加速度をα(t)とした時の
制御対象の運動方程式は、数3のようになる。
【0016】
【数3】
【0017】ただし、KA は、パワーアンプ25の電圧
−電流変換ゲイン(A/V)、KF はVCM2の電流−
推力変換ゲイン(N/A)、Mはキャリッジ5の質量
(kg)、そして、KP は位置検出器10の検出ゲイン
(1/m)を表している。
−電流変換ゲイン(A/V)、KF はVCM2の電流−
推力変換ゲイン(N/A)、Mはキャリッジ5の質量
(kg)、そして、KP は位置検出器10の検出ゲイン
(1/m)を表している。
【0018】キャリッジ5の位置及び加速度が、数1及
び数2となるためには、数3の運動方程式のモデルか
ら、目標位置テーブル12及び加速度フィードフォワー
ドテーブル21が、それぞれ、数4で表される目標位置
信号ry1(t)及び数5で表される加速度フィードフォ
ワード信号ru(t)を出力する。
び数2となるためには、数3の運動方程式のモデルか
ら、目標位置テーブル12及び加速度フィードフォワー
ドテーブル21が、それぞれ、数4で表される目標位置
信号ry1(t)及び数5で表される加速度フィードフォ
ワード信号ru(t)を出力する。
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】本実施例では、目標位置テーブルの関数と
して、7次関数を適用したが、もちろん、任意の時間関
数を適用することが可能である。
して、7次関数を適用したが、もちろん、任意の時間関
数を適用することが可能である。
【0022】数4及び数5の演算を行う回路として、ア
ナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現する
方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線形
演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回路
での実現では、一定時間間隔における数4および数5の
結果を時系列データとして、目標位置テーブル12及び
加速度フィードフォワードテーブル21内に、あらかじ
め記憶しておき、移動コマンド14が発せられた時、ク
ロック信号15に同期して、目標位置信号16と加速度
フィードフォワード信号22を出力する。
ナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現する
方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線形
演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回路
での実現では、一定時間間隔における数4および数5の
結果を時系列データとして、目標位置テーブル12及び
加速度フィードフォワードテーブル21内に、あらかじ
め記憶しておき、移動コマンド14が発せられた時、ク
ロック信号15に同期して、目標位置信号16と加速度
フィードフォワード信号22を出力する。
【0023】目標位置テーブル12及び加速度フィード
フォワードテーブル21の実現方法として、たとえば、
図3に示すように、CPU31,ROM32、そして、
RAM33を備えたマイコン30とDA変換器(DA
C)34,35により達成される。
フォワードテーブル21の実現方法として、たとえば、
図3に示すように、CPU31,ROM32、そして、
RAM33を備えたマイコン30とDA変換器(DA
C)34,35により達成される。
【0024】マイコン30は、移動コマンド14を受け
とると、あらかじめ、ROM32もしくはRAM33に
記憶された移動量dについての目標位置信号データ、及
び、加速度フィードフォワードデータをDAC34,3
5を介して目標位置信号16と加速度フィードフォワー
ド信号22を出力する。目標位置信号データおよび加速
度フィードフォワードデータは、あらかじめ、ROM3
2に記憶しておいても良いし、電源投入直後、マイコン
30上で演算し、それをRAM33に記憶しても良い。
とると、あらかじめ、ROM32もしくはRAM33に
記憶された移動量dについての目標位置信号データ、及
び、加速度フィードフォワードデータをDAC34,3
5を介して目標位置信号16と加速度フィードフォワー
ド信号22を出力する。目標位置信号データおよび加速
度フィードフォワードデータは、あらかじめ、ROM3
2に記憶しておいても良いし、電源投入直後、マイコン
30上で演算し、それをRAM33に記憶しても良い。
【0025】加速度フィードフォワードテーブル21内
のデータを導出する数5には、制御対象モデル、すなわ
ち、パワーアンプ25の電圧−電流変換ゲインKA(A/
V),VCM2の電流−推力変換ゲイン(N/A)及び
キャリッジ質量M(kg)が含まれる。このモデルのゲイ
ンが、実際の制御対象と等しければ、位置信号11は目
標位置信号16に一致するが、モデルと制御対象が等し
くなければ追従誤差が生じる。図4はモデル誤差がある
状態で、移動量10μmの距離を移動時間10msで移
動位置決めしようとした時の位置偏差信号18,位置信
号11と操作信号24の応答結果である。図4の結果を
見てわかるように、10ms以上経過した以降も追従誤
差が残っていることがわかる。
のデータを導出する数5には、制御対象モデル、すなわ
ち、パワーアンプ25の電圧−電流変換ゲインKA(A/
V),VCM2の電流−推力変換ゲイン(N/A)及び
キャリッジ質量M(kg)が含まれる。このモデルのゲイ
ンが、実際の制御対象と等しければ、位置信号11は目
標位置信号16に一致するが、モデルと制御対象が等し
くなければ追従誤差が生じる。図4はモデル誤差がある
状態で、移動量10μmの距離を移動時間10msで移
動位置決めしようとした時の位置偏差信号18,位置信
号11と操作信号24の応答結果である。図4の結果を
見てわかるように、10ms以上経過した以降も追従誤
差が残っていることがわかる。
【0026】そこで、本発明の磁気ディスク装置ヘッド
位置決め制御系では、図1に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器27が、所定の移動量dを移動中の
操作信号24により、加速度フィードフォワードテーブ
ル21を更新する。所定の移動量dを移動中の位置決め
補償信号24は、加速度フィードフォワード信号22と
位置決め補償信号20を加算した信号であるが、位置決
め補償信号20は、加速度フィードフォワード信号22
で、目標位置信号16に追従しきれずに残った追従誤差
を、さらに、低減しようとする信号である。すなわち、
加速度フィードフォワード信号22と位置決め補償信号
20を加算した信号は、更新前の加速度フィードフォワ
ードテーブルの持つ目標値追従能力よりも改善された信
号となる。
位置決め制御系では、図1に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器27が、所定の移動量dを移動中の
操作信号24により、加速度フィードフォワードテーブ
ル21を更新する。所定の移動量dを移動中の位置決め
補償信号24は、加速度フィードフォワード信号22と
位置決め補償信号20を加算した信号であるが、位置決
め補償信号20は、加速度フィードフォワード信号22
で、目標位置信号16に追従しきれずに残った追従誤差
を、さらに、低減しようとする信号である。すなわち、
加速度フィードフォワード信号22と位置決め補償信号
20を加算した信号は、更新前の加速度フィードフォワ
ードテーブルの持つ目標値追従能力よりも改善された信
号となる。
【0027】ここで、加速度フィードフォワード調整器
が加速度フィードフォワードテーブルの更新を繰り返せ
ば、次第に、目標値追従能力が改善されていく。図5
は、加速度フィードフォワード調整器により一度の加速
度フィードフォワードテーブルを調整した後の応答波形
である。さらに、図6は、さらに、もう一度の加速度フ
ィードフォワードテーブルの調整を行った後での応答波
形である。図4,図5、そして、図6と調整回数を増す
に従い、位置偏差信号が小さくなり、図6の場合では、
10ms経過した時の位置偏差信号は、ほぼゼロにする
ことが可能である。
が加速度フィードフォワードテーブルの更新を繰り返せ
ば、次第に、目標値追従能力が改善されていく。図5
は、加速度フィードフォワード調整器により一度の加速
度フィードフォワードテーブルを調整した後の応答波形
である。さらに、図6は、さらに、もう一度の加速度フ
ィードフォワードテーブルの調整を行った後での応答波
形である。図4,図5、そして、図6と調整回数を増す
に従い、位置偏差信号が小さくなり、図6の場合では、
10ms経過した時の位置偏差信号は、ほぼゼロにする
ことが可能である。
【0028】上記の結果は、移動量が10μmの場合に
ついてであるが、異なる移動量についても同様に調整を
行えば、目標位置信号16に対する追従誤差を低減する
ことができる。
ついてであるが、異なる移動量についても同様に調整を
行えば、目標位置信号16に対する追従誤差を低減する
ことができる。
【0029】また、VCM2の発生する推力は、電流−
推力変換ゲインKF(N/A)により決定されるが、VC
M2の温度上昇に伴い、VCM2のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器27
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル21を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
推力変換ゲインKF(N/A)により決定されるが、VC
M2の温度上昇に伴い、VCM2のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器27
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル21を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
【0030】以上、本発明を磁気ディスク装置ヘッド位
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用XYステージ
位置決め制御系,ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用XYステージ
位置決め制御系,ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
【0031】(実施例2)以下、磁気ディスク装置にお
ける請求項4,5記載の本発明の一実施例を図面により
詳細に説明する。
ける請求項4,5記載の本発明の一実施例を図面により
詳細に説明する。
【0032】図8は、従来方式のヘッド位置決め制御系
のブロック図である。図8の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ(VCM)2が用いられて
いる。VCM2は、スピンドルモータ3により回転駆動
されるディスク4上の任意のトラックまでヘッド1を搭
載したキャリッジ5をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス6上に搭載されている。位置検出器10は、ディスク
4に対向したヘッド1から読みだされたサーボ信号を位
置信号11に変換する。速度検出器70は、駆動信号1
7と位置信号11から、キャリッジ速度に相当する速度
信号71を演算し出力する。減算器17は、コントロー
ラ13から発せられた移動コマンド14から位置信号1
1を減算した位置偏差信号18を出力する。目標速度テ
ーブル72は、位置偏差信号18の関数として、目標速
度信号73を出力する。減算器74は、目標速度信号7
3から速度信号71を減算した速度偏差信号75を速度
補償器76に送っている。速度補償器76は、通常、P
ID(比例・積分・微分)補償器や、リードラグ(位相
進み遅れ)補償器から構成され、目標速度信号73に速
度信号71が追従するように速度補償信号77を出力す
る。
のブロック図である。図8の制御系では、アクチュエー
タとしてボイスコイルモータ(VCM)2が用いられて
いる。VCM2は、スピンドルモータ3により回転駆動
されるディスク4上の任意のトラックまでヘッド1を搭
載したキャリッジ5をディスク半径方向に移動位置決め
することが可能である。これらの構成要素は、全てベー
ス6上に搭載されている。位置検出器10は、ディスク
4に対向したヘッド1から読みだされたサーボ信号を位
置信号11に変換する。速度検出器70は、駆動信号1
7と位置信号11から、キャリッジ速度に相当する速度
信号71を演算し出力する。減算器17は、コントロー
ラ13から発せられた移動コマンド14から位置信号1
1を減算した位置偏差信号18を出力する。目標速度テ
ーブル72は、位置偏差信号18の関数として、目標速
度信号73を出力する。減算器74は、目標速度信号7
3から速度信号71を減算した速度偏差信号75を速度
補償器76に送っている。速度補償器76は、通常、P
ID(比例・積分・微分)補償器や、リードラグ(位相
進み遅れ)補償器から構成され、目標速度信号73に速
度信号71が追従するように速度補償信号77を出力す
る。
【0033】一般に、フィードバック制御系では、低周
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図8の制御系では、あらかじめ定められた目標
速度信号73に速度信号71が追従するように、加速度
フィードフォワードテーブル21が加速度フィードフォ
ワード信号22を出力している。加算器23は、加速度
フィードフォワード信号22と速度補償信号77を加算
した操作信号24をパワーアンプ25に出力している。
パワーアンプ25は、操作信号24に比例した電流を駆
動信号26としてVCM2に流している。VCM2は駆
動信号26に比例した力を発生し、ヘッド1を搭載した
キャリッジ5を移動位置決めしている。コントローラ1
3から出力される移動コマンド14として、d(m)の
移動命令が発せられたとすると、目標速度テーブル72
は、位置偏差信号18の関数として目標速度信号73を
出力する。位置偏差e(m)の関数として、数6のよう
な目標速度関数rv(e)を仮定する。
波数の目標値変化に対しては追従誤差が現れないが、目
標値変化が高周波成分を持つと、追従誤差が発生する。
そこで、図8の制御系では、あらかじめ定められた目標
速度信号73に速度信号71が追従するように、加速度
フィードフォワードテーブル21が加速度フィードフォ
ワード信号22を出力している。加算器23は、加速度
フィードフォワード信号22と速度補償信号77を加算
した操作信号24をパワーアンプ25に出力している。
パワーアンプ25は、操作信号24に比例した電流を駆
動信号26としてVCM2に流している。VCM2は駆
動信号26に比例した力を発生し、ヘッド1を搭載した
キャリッジ5を移動位置決めしている。コントローラ1
3から出力される移動コマンド14として、d(m)の
移動命令が発せられたとすると、目標速度テーブル72
は、位置偏差信号18の関数として目標速度信号73を
出力する。位置偏差e(m)の関数として、数6のよう
な目標速度関数rv(e)を仮定する。
【0034】
【数6】
【0035】数6の目標速度関数rv(e)にキャリッジ
5の速度が到達した後、目標速度関数rv(e)にキャ
リッジ速度が追従するには、キャリッジ5を、−αmax
なる一定の減速度で減速すればよい。すなわち、数7に
示す目標加速度関数をフィードフォワード信号として制
御対象に加える必要がある。数7は、速度偏差ve がし
きい値εより大きい時は一定加速度αmax を、速度偏差
ve がしきい値εより小さい時は一定減速度−αmax を
制御対象に加えている。
5の速度が到達した後、目標速度関数rv(e)にキャ
リッジ速度が追従するには、キャリッジ5を、−αmax
なる一定の減速度で減速すればよい。すなわち、数7に
示す目標加速度関数をフィードフォワード信号として制
御対象に加える必要がある。数7は、速度偏差ve がし
きい値εより大きい時は一定加速度αmax を、速度偏差
ve がしきい値εより小さい時は一定減速度−αmax を
制御対象に加えている。
【0036】
【数7】
【0037】実際には、操作信号24をu(t),位置
信号11をy1(t),速度信号71をy2(t),キャリ
ッジ加速度をα(t),キャリッジ速度をv(t)とし
た時の制御対象の運動方程式は数8のようになる。
信号11をy1(t),速度信号71をy2(t),キャリ
ッジ加速度をα(t),キャリッジ速度をv(t)とし
た時の制御対象の運動方程式は数8のようになる。
【0038】
【数8】
【0039】ただし、KA は、パワーアンプ25の電圧
−電流変換ゲイン(A/V)、KF はVCM2の電流−
推力変換ゲイン(N/A)、Mはキャリッジ5の質量
(kg)、KP は位置検出器10の検出ゲイン(1/
m)、KV は速度検出器70の検出ゲイン(1/(m/
s))を表している。
−電流変換ゲイン(A/V)、KF はVCM2の電流−
推力変換ゲイン(N/A)、Mはキャリッジ5の質量
(kg)、KP は位置検出器10の検出ゲイン(1/
m)、KV は速度検出器70の検出ゲイン(1/(m/
s))を表している。
【0040】キャリッジ5の速度及び加速度が、数6及
び数7となるためには、数8の運動方程式のモデルか
ら、目標速度テーブル72及び加速度フィードフォワー
ドテーブル21が、それぞれ、数9で表される目標速度
信号ry2(e)および数10で表される加速度フィード
フォワード信号ru(e)を出力する。
び数7となるためには、数8の運動方程式のモデルか
ら、目標速度テーブル72及び加速度フィードフォワー
ドテーブル21が、それぞれ、数9で表される目標速度
信号ry2(e)および数10で表される加速度フィード
フォワード信号ru(e)を出力する。
【0041】
【数9】
【0042】
【数10】
【0043】本実施例では、加速度フィードフォワード
テーブルの関数として、一定の加速度で減速する関数を
適用したが、もちろん、任意の関数を適用することが可
能である。
テーブルの関数として、一定の加速度で減速する関数を
適用したが、もちろん、任意の関数を適用することが可
能である。
【0044】数9及び数10の演算を行う回路として、
アナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現す
る方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線
形演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回
路での実現では、数9および数10の結果を位置偏差信
号18のデータとして、目標位置テーブル12及び加速
度フィードフォワードテーブル21内に、あらかじめ記
憶しておき、移動コマンド14が発せられた時、位置偏
差信号18に応じて、目標速度信号73と加速度フィー
ドフォワード信号22を出力する。
アナログ回路で実現する方法とディジタル回路で実現す
る方法が考えられる。アナログ回路での実現では、非線
形演算を含み、実現が困難である。一方のディジタル回
路での実現では、数9および数10の結果を位置偏差信
号18のデータとして、目標位置テーブル12及び加速
度フィードフォワードテーブル21内に、あらかじめ記
憶しておき、移動コマンド14が発せられた時、位置偏
差信号18に応じて、目標速度信号73と加速度フィー
ドフォワード信号22を出力する。
【0045】目標速度テーブル72及び加速度フィード
フォワードテーブル21の実現方法として、たとえば、
図9に示すように、AD変換器(ADC)80,目標速
度信号発生用メモリ81,加速度フィードフォワード発
生用メモリ82とDA変換器34,35により達成され
る。
フォワードテーブル21の実現方法として、たとえば、
図9に示すように、AD変換器(ADC)80,目標速
度信号発生用メモリ81,加速度フィードフォワード発
生用メモリ82とDA変換器34,35により達成され
る。
【0046】AD変換器80は、位置偏差信号18をデ
ィジタル信号に変換する。さらに、目標速度信号発生用
メモリ81と加速度フィードフォワード発生用メモリ8
2は、ディジタル化された位置偏差信号についての目標
速度信号データ、及び、加速度フィードフォワードデー
タをDAC34,35を介して目標速度信号73と加速
度フィードフォワード信号22を出力する。
ィジタル信号に変換する。さらに、目標速度信号発生用
メモリ81と加速度フィードフォワード発生用メモリ8
2は、ディジタル化された位置偏差信号についての目標
速度信号データ、及び、加速度フィードフォワードデー
タをDAC34,35を介して目標速度信号73と加速
度フィードフォワード信号22を出力する。
【0047】加速度フィードフォワードテーブル21内
のデータを導出する数10には、制御対象モデル、すな
わち、パワーアンプ25の電圧−電流変換ゲインK
A(A/V),VCM2の電流−推力変換ゲインKF(N
/A)及びキャリッジ質量M(kg)が含まれる。このモデ
ルのゲインが、実際の制御対象と等しければ、速度信号
71は目標速度信号73に一致するが、モデルと制御対
象が等しくなければ追従誤差が生じる。図10はモデル
誤差がある状態で、移動量10μmの距離を移動位置決
めしようとした時の目標速度信号73,速度信号71と
速度偏差信号75の応答結果である。図10の結果を見
てわかるように、減速時に、追従誤差が残っていること
がわかる。
のデータを導出する数10には、制御対象モデル、すな
わち、パワーアンプ25の電圧−電流変換ゲインK
A(A/V),VCM2の電流−推力変換ゲインKF(N
/A)及びキャリッジ質量M(kg)が含まれる。このモデ
ルのゲインが、実際の制御対象と等しければ、速度信号
71は目標速度信号73に一致するが、モデルと制御対
象が等しくなければ追従誤差が生じる。図10はモデル
誤差がある状態で、移動量10μmの距離を移動位置決
めしようとした時の目標速度信号73,速度信号71と
速度偏差信号75の応答結果である。図10の結果を見
てわかるように、減速時に、追従誤差が残っていること
がわかる。
【0048】そこで、本発明の磁気ディスク装置ヘッド
位置決め制御系では、図7に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器27が、キャリッジ5の移動中の操
作信号24により、加速度フィードフォワードテーブル
21を更新する。キャリッジ5移動中の位置決め補償信
号24は、加速度フィードフォワード信号22と速度補
償信号77を加算した信号であるが、速度補償信号77
は、加速度フィードフォワード信号22で、目標速度信
号73に追従しきれずに残った追従誤差を、さらに、低
減しようとする信号である。すなわち、加速度フィード
フォワード信号22と速度補償信号77を加算した信号
は、更新前の加速度フィードフォワードテーブルの持つ
目標値追従能力よりも改善された信号となる。
位置決め制御系では、図7に示すように、加速度フィー
ドフォワード調整器27が、キャリッジ5の移動中の操
作信号24により、加速度フィードフォワードテーブル
21を更新する。キャリッジ5移動中の位置決め補償信
号24は、加速度フィードフォワード信号22と速度補
償信号77を加算した信号であるが、速度補償信号77
は、加速度フィードフォワード信号22で、目標速度信
号73に追従しきれずに残った追従誤差を、さらに、低
減しようとする信号である。すなわち、加速度フィード
フォワード信号22と速度補償信号77を加算した信号
は、更新前の加速度フィードフォワードテーブルの持つ
目標値追従能力よりも改善された信号となる。
【0049】ここで、速度誤差信号75が、ある一定値
以下の(すなわち、目標速度信号73に速度信号71が
十分追従している)時の操作信号24を用いて、加速度
フィードフォワード調整器27が加速度フィードフォワ
ードテーブル21内のαmax の調整を繰り返せば、次第
に、目標値追従能力が改善されていく。図11は、加速
度フィードフォワード調整器により、加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整した後の応答波形である。図1
0と図11を比較してわかるように、調整により、速度
偏差信号を小さくすることが可能である。
以下の(すなわち、目標速度信号73に速度信号71が
十分追従している)時の操作信号24を用いて、加速度
フィードフォワード調整器27が加速度フィードフォワ
ードテーブル21内のαmax の調整を繰り返せば、次第
に、目標値追従能力が改善されていく。図11は、加速
度フィードフォワード調整器により、加速度フィードフ
ォワードテーブルを調整した後の応答波形である。図1
0と図11を比較してわかるように、調整により、速度
偏差信号を小さくすることが可能である。
【0050】上記の結果は、移動量が10μmの場合に
ついての結果であるが、異なる移動量についても同様に
調整を行えば、目標速度信号73に対する追従誤差を低
減することができる。
ついての結果であるが、異なる移動量についても同様に
調整を行えば、目標速度信号73に対する追従誤差を低
減することができる。
【0051】また、VCM2の発生する推力は、電流−
推力変換ゲインKF(N/A)により決定されるが、VC
M2の温度上昇に伴い、VCM2のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器27
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル21を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
推力変換ゲインKF(N/A)により決定されるが、VC
M2の温度上昇に伴い、VCM2のコイル抵抗値が変動
する。このため、加速度フィードフォワードテーブル内
のデータも時間の経過に伴い、理想的なデータからずれ
てくる。そこで、加速度フィードフォワード調整器27
は、装置の電源投入直後とその後の所定の時間に、加速
度フィードフォワードテーブル21を調整する。この結
果、制御対象の変動がある場合でも、追従能力に優れた
加速度フィードフォワードテーブルを実現し、位置決め
精度の向上を図ることが可能になる。
【0052】以上、本発明を磁気ディスク装置ヘッド位
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用XYステージ
位置決め制御系,ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
置決め制御系に適用した場合について説明したが、磁気
ディスク装置に限らず、半導体製造装置用XYステージ
位置決め制御系,ロボットの関節角制御系やモータ制御
系等の位置決め制御系でも実施することができる。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、加速度フィードフォワ
ード調整器が、加速度フィードフォワードテーブルの調
整を行うことで、目標値への追従誤差を低減でき、高精
度位置決めができる。
ード調整器が、加速度フィードフォワードテーブルの調
整を行うことで、目標値への追従誤差を低減でき、高精
度位置決めができる。
【図1】本発明を適用した磁気ディスク装置ヘッド位置
決め制御系のブロック図。
決め制御系のブロック図。
【図2】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
のブロック図。
のブロック図。
【図3】目標位置テーブルおよび加速度フィードフォワ
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
【図4】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
の応答図。
の応答図。
【図5】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系において、調整を1度行った時のヘッドの応答波形
図。
系において、調整を1度行った時のヘッドの応答波形
図。
【図6】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系において、調整を2度行った時のヘッドの応答波形
図。
系において、調整を2度行った時のヘッドの応答波形
図。
【図7】本発明を適用した磁気ディスク装置ヘッド位置
決め制御系のブロック図。
決め制御系のブロック図。
【図8】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御系
のブロック図。
のブロック図。
【図9】目標速度テーブルおよび加速度フィードフォワ
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
ードを実現するディジタル回路のブロック図。
【図10】従来の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制御
系の応答図。
系の応答図。
【図11】本発明の磁気ディスク装置ヘッド位置決め制
御系において、調整を1度行った時のヘッドの応答波形
図。
御系において、調整を1度行った時のヘッドの応答波形
図。
1…ヘッド、2…ボイスコイルモータ(VCM)、4…
ディスク、5…キャリッジ、10…位置検出器、11…
位置信号、12…目標位置テーブル、13…コントロー
ラ、14…移動コマンド、19…位置決め補償器、20
…位置決め補償信号、21…加速度フィードフォワード
テーブル、25…パワーアンプ、27…加速度フィード
フォワード調整器。
ディスク、5…キャリッジ、10…位置検出器、11…
位置信号、12…目標位置テーブル、13…コントロー
ラ、14…移動コマンド、19…位置決め補償器、20
…位置決め補償信号、21…加速度フィードフォワード
テーブル、25…パワーアンプ、27…加速度フィード
フォワード調整器。
Claims (1)
- 【請求項1】キャリッジと、前記キャリッジを駆動する
アクチュエータと、入力信号に応じて駆動信号を出力し
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、前記キャリ
ッジの位置を表す位置信号を発生する位置検出器と、移
動コマンドに応じて目標位置信号を時間関数として発生
する目標位置テーブルと、前記移動コマンドに応じて加
速度フィードフォワード信号を時間関数として発生する
加速度フィードフォワードテーブルと、前記目標位置信
号と前記位置信号の偏差に応じて位置決め補償信号を発
生する位置決め補償器と、前記加速度フィードフォワー
ド信号と前記位置決め補償信号を加算して操作信号とし
て前記駆動回路へ入力する加算器と、前記移動コマンド
を発生し装置を制御するコントローラを具備した位置決
め制御装置において、 前記操作信号に基づいて、前記加速度フィードフォワー
ドテーブルの内容を補正する加速度フィードフォワード
調整器を設け、電源投入直後と電源投入直後の一定時間
毎に、可動部が所定の移動量を移動する際、前記加速度
フィードフォワード調整器が、所定の移動量についての
前記加速度フィードフォワードテーブルの補正を行い、
補正後の移動・位置決め動作時は、前記補正された加速
度フィードフォワードテーブル内の加速度フィードフォ
ワード信号を出力することを特徴とする位置決め制御装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6242294A JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6242294A JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07271446A true JPH07271446A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13199708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6242294A Pending JPH07271446A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07271446A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0878800A2 (en) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
EP0989549A1 (en) * | 1998-09-21 | 2000-03-29 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
US7030585B2 (en) | 2003-01-07 | 2006-04-18 | Fanuc Ltd | Controller |
JP2009043336A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | 磁気ディスク装置及び磁気ヘッドの制御方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6242294A patent/JPH07271446A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0878800A2 (en) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
EP0878800A3 (en) * | 1997-05-12 | 1999-06-09 | Fujitsu Limited | Disk device and disk device calibrating method |
US6239940B1 (en) | 1997-05-12 | 2001-05-29 | Fujitsu, Limited | Disk device and disk device calibrating method |
EP0989549A1 (en) * | 1998-09-21 | 2000-03-29 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
US6320721B1 (en) | 1998-09-21 | 2001-11-20 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for controlling a voice control motor in a hard disk drive |
US7030585B2 (en) | 2003-01-07 | 2006-04-18 | Fanuc Ltd | Controller |
JP2009043336A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | 磁気ディスク装置及び磁気ヘッドの制御方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031128 |