JPH10255418A - 二重アクチュエータの制御システム - Google Patents

二重アクチュエータの制御システム

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JPH10255418A
JPH10255418A JP9063440A JP6344097A JPH10255418A JP H10255418 A JPH10255418 A JP H10255418A JP 9063440 A JP9063440 A JP 9063440A JP 6344097 A JP6344097 A JP 6344097A JP H10255418 A JPH10255418 A JP H10255418A
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JP
Japan
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actuator
control system
microactuator
coarse
micro
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JP9063440A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Takaishi
和彦 高石
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
    • G11B5/54—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head into or out of its operative position or across tracks
    • G11B5/55—Track change, selection or acquisition by displacement of the head
    • G11B5/5521—Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
    • G11B5/5552—Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks using fine positioning means for track acquisition separate from the coarse (e.g. track changing) positioning means

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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ディスク装置のヘッドの位置決めにおいて、マ
イクロアクチュエータと粗動アクチュエータとの制御手
段のサーボ帯域比を自由に設定できるようにする。 【解決手段】マイクロアクチュエータ４４の変位を推定
して粗動アクチュエータ４８の制御へ入力することをし
ないモデルとする。これは、システムの設計時に、マイ
クロアクチュエータおよび粗動アクチュエータの全体の
制御系の特性を設計してから粗動アクチュエータ単独の
制御系の特性を設計し、その差にマイクロアクチュエー
タの逆特性を掛けたものに基づいてマイクロアクチュエ
ータの制御系を設計することで実現できる。従来に比べ
て粗動アクチュエータのサーボ帯域の割合を大幅に高め
ることができ、マイクロアクチュエータの制御が飽和し
たとしても粗動アクチュエータのみである程度の精度で
安定して動作するシステムを設計することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はディスク装置用二重
アクチュエータの制御システムに関する。磁気ディスク
装置の磁気ヘッドを移動させるアクチュエータが、ボイ
スコイルモータ（ＶＣＭ）を駆動手段にした粗動アクチ
ュエータの上に、磁気ヘッドを微小移動させるマイクロ
アクチュエータを搭載した二重構造を有する、いわゆる
二重アクチュエータが知られている。
【０００２】このような二重アクチュエータを駆動する
には従来とは異なる制御システムが必要であり、粗動ア
クチュエータ制御手段とマイクロアクチュエータ制御手
段を適切に制御して、磁気ヘッドの正確なシーク制御及
びトラッキング制御を達成する二重アクチュエータの制
御システムが要望されている。
【０００３】
【従来の技術】従来の磁気ディスク装置においては、磁
気ヘッドを移動させる手段としてＶＣＭのみを搭載した
アクチュエータが一般的に用いられている。しかし、数
千、数万のトラックを横切って磁気ヘッドを高速に移動
させるためのアクチュエータで、１トラックの数十分の
１といった精度で磁気ヘッドの位置決め制御（トラッキ
ング制御）を行わせるには限界がある。
【０００４】そこで、磁気ディスク装置において、ＶＣ
Ｍを駆動手段とした粗動アクチュエータ上にピエゾ素子
を駆動手段としたピエゾアクチュエータを搭載した、二
重アクチュエータが提案されている。
【０００５】また最近では、ピエゾ素子の代わりに静電
気を駆動手段に用いたマイクロアクチュエータや、ＶＣ
Ｍと類似構造を有する電磁型マイクロアクチュエータも
提案されている。
【０００６】これらの二重アクチュエータを駆動する際
には従来とは異なる制御手段が必要である。具体的には
自動制御理論で与えられる制御手段の伝達関数を設計し
なければならない。
【０００７】粗動アクチュエータとマイクロアクチュエ
ータの２つを制御する必要があるので、２つの制御手段
が必要になる。２つの制御手段が１つの磁気ヘッドを位
置決め制御するのだから、これら２つの制御手段の間の
関係が重要になる。
【０００８】図１は二重アクチュエータを具備した磁気
ディスク装置の回路構成図である。ハードディスクコン
トローラ１はインタフェース３を制御すると共に、キャ
ッシュ用のＲＡＭ５を具備している。
【０００９】マイクロコントローラユニット７がディス
ク装置上の個々の回路を制御する。制御プログラムはＲ
ＯＭ９に格納されている。リード／ライト回路１１が磁
気ヘッド１３を制御して、磁気ディスクからのデータの
読み出し及び磁気データへのデータの書き込みを行う。
【００１０】スピンドルモータ駆動回路１５がスピンド
ルモータ２１を制御する。ＶＣＭ駆動回路２３がボイス
コイルモータ（ＶＣＭ）２５を制御する。更にマイクロ
アクチュエータ駆動回路３９がマイクロアクチュエータ
４１を制御する。
【００１１】このような二重アクチュエータの制御シス
テムとして、図２及び図３のシステムが提案されてい
る。まず図２を参照すると、ブロック４４はマイクロア
クチュエータであり、ブロック４６はマイクロアクチュ
エータコントローラである。
【００１２】ブロック４８は粗動アクチュエータであ
り、ブロック５０は粗動アクチュエータコントローラで
ある。ブロック５２はマイクロアクチュエータ４４の式
と同じものを入れたマイクロアクチュエータモデルを示
しており、ブロック５２の出力は疑似的にマイクロアク
チュエータだけの変位を推定する。
【００１３】Ｐｍはマイクロアクチュエータの伝達関
数、Ｐｖは粗動アクチュエータの伝達関数、Ｃｍはマイ
クロアクチュエータ制御用の補償器の伝達関数、Ｃｖは
粗動アクチュエータ制御用の補償器の伝達関数である。
【００１４】また、Ｐ′ｍはマイクロアクチュエータの
変位を推定するための等価フィルタ、Ｕｍはマイクロア
クチュエータの駆動値、Ｕｖは粗動アクチュエータの駆
動値である。
【００１５】マイクロアクチュエータコントローラ４６
からはマイクロアクチュエータ駆動値Ｕｍが出力され、
駆動値Ｕｍに基づいてマイクロアクチュエータ４４が駆
動される。
【００１６】マイクロアクチュエータコントローラ４６
の出力、即ちマイクロアクチュエータ４４の駆動値Ｕｍ
からマイクロアクチュエータの変位を推定する。この推
定手段として、マイクロアクチュエータ４４の特性を近
似したフィルタを用いる。
【００１７】マイクロアクチュエータモデル５２から推
定したマイクロアクチュエータの変位が出力され、粗動
アクチュエータコントローラ５０に入力される。粗動ア
クチュエータコントローラ５０からは粗動アクチュエー
タ駆動値Ｕｖが出力され、この駆動値Ｕｖに基づいて粗
動アクチュエータ４８が駆動される。
【００１８】このように制御することで、マイクロアク
チュエータ４４は目標トラックに追従し、粗動アクチュ
エータ４８はマイクロアクチュエータ４４の変位を常に
０に保つように動作する。即ち、ヘッドの観測位置ｙが
フィードバックされて、目標位置ｒに一致するように制
御される。
【００１９】この制御システムは最大変位量の小さいピ
エゾマイクロアクチュエータに特に有効であり、マイク
ロアクチュエータ制御系の帯域よりも粗動アクチュエー
タ制御系の帯域を十分に小さくしなければ位相余裕が確
保できない。
【００２０】図２に示した制御システムの開ループ特性
（一巡伝達関数）は、 ＣｍＰｍ（１＋ＣｖＰｖ） となる。
【００２１】この式の中で１＋ＣｖＰｖは低帯域のゲイ
ンはＣｖＰｖの特性と同一となり、高帯域のゲインは０
ｄＢとなるような特性を有している。即ち、１＋ＣｖＰ
ｖは比例積分レギュレータ（ＰＩレギュレータ）であ
り、低帯域ゲインのみを持ち上げる働きをする。この特
性はＰＩ2 又はＰＩ3 の特性になる。
【００２２】一方、ＣｍＰｍはマイクロアクチュエータ
制御系の開ループ特性である。マイクロアクチュエータ
がピエゾアクチュエータの場合には、Ｐｍはほぼ一定ゲ
インとみなせ、Ｃｍは１重積分器とする構成、又は２重
積分器×位相補償器とする構成が既に発表されている。
【００２３】一方、マイクロアクチュエータが電磁型マ
イクロアクチュエータの場合には、リードラグフィルタ
を使用する方法が光ディスク装置の分野で発表されてい
る。さて、ＰＩ2 又はＰＩ3 の特性を持つ補償器は、低
帯域で位相が遅れることになる。即ち、粗動アクチュエ
ータ制御系ＣｖＰｖの帯域を高く設定すればするほど、
それに連れて位相余裕が低下する。よって、この制御シ
ステムでは、マイクロアクチュエータ制御系ＣｍＰｍと
粗動アクチュエータ制御系ＣｖＰｖとの間のサーボ帯域
を離さなければならない。
【００２４】図３を参照して、他の従来の二重アクチュ
エータ制御システムについて説明する。本制御システム
では、マイクロアクチュエータモデル５２でマイクロア
クチュエータ４４の変位を推定し、この推定変位と目標
位置ｒと観測位置ｙとの位置誤差の和を粗動アクチュエ
ータコントローラ５０に入力する。
【００２５】この制御システムによると、粗動アクチュ
エータは位置誤差とマイクロアクチュエータの変位との
和に追従する。感度関数がマイクロアクチュエータ制御
系と粗動アクチュエータ制御系の積になる制御系の帯域
と、粗動アクチュエータ制御系の帯域と離さなければな
らないが、どちらの帯域が高くてもよい。
【００２６】本制御システムの開ループ特性は、 (1＋ＣｍＰｍ)(１＋ＣｖＰｖ）−１＝ＣｍＰｍ＋ＣｖＰ
ｖ＋ＣｍＰｍＣｖＰｖ となる。即ち、図２の制御システムにＣｖＰｖが加わっ
た式となっている。よって、感度関数は以下のように表
せる。
【００２７】 １／｛（１＋ＣｍＰｍ）（１＋ＣｖＰｖ）｝ 即ち、この制御システムの開ループ特性は、マイクロア
クチュエータのみを動かす制御系の感度関数と、粗動ア
クチュエータのみを動かす制御系の感度関数との積で表
せる。
【００２８】開ループ特性の低帯域はほぼＣｍＰｍＣｖ
Ｐｖとなり、高帯域はＣｍＰｍ＋ＣｖＰｖとなる。式が
対称の形になるので、マイクロアクチュエータのサーボ
帯域及び粗動アクチュエータのサーボ帯域のどちらのサ
ーボ帯域が大きくてもよい。但し、マイクロアクチュエ
ータにピエゾアクチュエータを使用する場合には、最大
変位量が小さいので帯域の配分には細心の注意が必要に
なる。
【００２９】マイクロアクチュエータに電磁型アクチュ
エータを採用した場合について考察する。ＣｍＰｍ及び
ＣｖＰｖはそれぞれリードラグフィルタで位相補償を行
うとする。更に、それぞれの制御系の帯域は等しいとし
ておく。
【００３０】このとき、サーボ帯域付近ではＣｍＰｍ及
びＣｖＰｖは−２０ｄＢ／ｄｅｃのカーブに漸近し、従
ってＣｍＰｍＣｖＰｖは−４０ｄＢ／ｄｅｃのカーブに
漸近するようになる。よって、ＣｍＰｍＣｖＰｖが加わ
る分だけ位相余裕が減少する。
【００３１】従って、本制御システムでは、粗動アクチ
ュエータのサーボ帯域をマイクロアクチュエータのサー
ボ帯域から離さないと位相余裕が取れなくなる。本制御
システムでは、図２に示した制御システムと同様に、マ
イクロアクチュエータの変位を推定する。両者の制御シ
ステムで異なるのは、粗動アクチュエータコントローラ
の入力である。
【００３２】本制御システムでは、マイクロアクチュエ
ータの変位と、磁気ヘッドの観測位置と目標位置との差
との和を粗動アクチュエータコントローラ５０に入力す
る。このような入力を粗動アクチュエータコントローラ
に与えることで、粗動アクチュエータの制御を行う。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
二重アクチュエータの制御システムには次のような欠点
がある。即ち、粗動アクチュエータコントローラとマイ
クロアクチュエータコントローラのサーボ帯域（０クロ
ス周波数）を近づけると、安定な制御システムの設計が
できなくなる。
【００３４】粗動アクチュエータで外乱を抑圧するため
に粗動アクチュエータ制御システムのゲインを高く設定
すればするほど二重アクチュエータ制御システム全体の
位相余裕が取れなくなる。
【００３５】更に図２に示した従来の制御システムで
は、マイクロアクチュエータ制御システムの帯域を粗動
アクチュエータ制御システムの帯域よりも低く設定する
ことはできない。
【００３６】マイクロアクチュエータを利用したいの
は、駆動手段としてＶＣＭを利用した従来型のアクチュ
エータでは目標位置の変動に追従するのが困難であるか
らである。しかし、目標位置の変動はなにも数ｋＨｚの
ような高い周波数のみではない。
【００３７】例えば、回転速度が７２００ｒｐｍの場合
には回転周波数である１２０Ｈｚ及びその整数倍の低い
周波数成分の外乱も大きい。いくら制御をかけるとはい
え、これらの低い外乱成分を１００％完全に除去するこ
とは不可能である。また、マイクロアクチュエータには
変位可能な距離に限界があり、ＶＣＭを利用した粗動ア
クチュエータのように数千トラックも移動できない。
【００３８】従って、粗動アクチュエータコントローラ
のサーボ帯域を低く設定すると、マイクロアクチュエー
タのみで大きな偏心に追従しなければならない。しか
し、マイクロアクチュエータの変位距離の制限でそれが
困難な場合がある。
【００３９】よって、マイクロアクチュエータの特性及
び外乱の大きさ・周波数に応じて、マイクロアクチュエ
ータコントローラと粗動アクチュエータコントローラの
サーボ帯域の比を変えて、より効果的に外乱を除去する
ことが必要になる。
【００４０】また、従来の制御システムではマイクロア
クチュエータのモデルを駆動値から推定しているが、完
全な開ループ制御であり、実際の誤差をフィードバック
していなかった。
【００４１】従って、マイクロアクチュエータモデルと
実際のマイクロアクチュエータとの機械特性の誤差や制
御を開始する際の初期状態によって、マイクロアクチュ
エータモデルが推定する位置と、実際のマイクロアクチ
ュエータの位置との間に大きな相違が生じる場合があっ
た。
【００４２】よって、本発明の目的は、マイクロアクチ
ュエータ制御手段と粗動アクチュエータ制御手段のサー
ボ帯域比を自由に設定することができ、高精度で安定し
たヘッドの位置決め制御を実現できる二重アクチュエー
タの制御システムを提供することである。
【００４３】
【課題を解決するための手段】本発明によると、ベース
を有するディスク装置用二重アクチュエータの制御シス
テムであって、前記ベースに取り付けられたボイスコイ
ルモータを駆動手段とする粗動アクチュエータと、前記
粗動アクチュエータ上に搭載され、先端部でヘッドを担
持するマイクロアクチュエータと、前記粗動アクチュエ
ータの駆動を制御する第１制御手段と、前記マイクロア
クチュエータの駆動を制御する第２制御手段と、前記ヘ
ッドの目標位置と観測位置との位置誤差を計算し、該位
置誤差を前記第１及び第２制御手段に入力するフィード
バック手段とを具備し、前記粗動アクチュエータに対す
る前記マイクロアクチュエータの変位を前記第１制御手
段に入力しないことを特徴とする二重アクチュエータの
制御システムが提供される。
【００４４】好ましくは、マイクロアクチュエータコン
トローラのＤＣゲインは有限の値に設定される。更に、
粗動アクチュエータ制御システムのサーボ帯域は二重ア
クチュエータ制御システムのサーボ帯域の１／３以上で
あることが望ましい。
【００４５】本発明はマイクロアクチュエータの変位を
推定して粗動アクチュエータ制御手段の入力にフィード
バックしていないので、マイクロアクチュエータ制御手
段のサーボ帯域と、粗動アクチュエータ制御手段のサー
ボ帯域の比を自由に設定できる。
【００４６】本発明の他の側面によると、ディスク装置
のベースに取り付けられたボイスコイルモータを駆動手
段とする粗動アクチュエータと、前記粗動アクチュエー
タ上に搭載され、先端部でヘッドを担持するマイクロア
クチュエータと、前記粗動アクチュエータの駆動を制御
する第１制御手段と、前記マイクロアクチュエータの駆
動を制御する第２制御手段と、前記ヘッドの目標位置と
観測位置との位置誤差を計算し、該位置誤差を前記第１
及び第２制御手段に入力するフィードバック手段とを具
備し、前記粗動アクチュエータに対する前記マイクロア
クチュエータの変位を前記第１制御手段に入力しない二
重アクチュエータ制御システムの設計方法であって、前
記粗動アクチュエータと前記マイクロアクチュエータの
両方を同時に制御するときの第１制御系を設計し、前記
粗動アクチュエータ単独で制御するときの第２制御系を
設計し、前記第１制御系と第２制御系との間の差を求め
て前記マイクロアクチュエータの機械特性で割った特性
を前記第２制御手段の特性とすることを特徴とする二重
アクチュエータ制御システムの設計方法が提供される。
【００４７】
【発明の実施の形態】まず図４を参照して、本発明の二
重アクチュエータの制御システムが適用可能な磁気ディ
スク装置について説明する。磁気ディスク装置のベース
２にはシャフト４が固定されており、シャフト４の周り
にはインナーハブモータによって回転される図示しない
スピンドルハブが設けられている。
【００４８】スピンドルハブには磁気ディスク６と図示
しないスペーサーが交互に挿入され、ディスククランプ
８をスピンドルハブに対してネジ締結することにより、
複数枚の磁気ディスク６が所定間隔離間してスピンドル
ハブに取り付けられる。
【００４９】符号１０は粗動アクチュエータ１２と、粗
動アクチュエータ１２上に搭載されたマイクロアクチュ
エータ１４とから構成されるロータリー二重アクチュエ
ータを示している。粗動アクチュエータ１２はベース２
に固定したシャフト１６回りにベアリングを介して回転
可能に取り付けられたアクチュエータブロック１７を含
んでいる。
【００５０】アクチュエータブロック１７には複数のア
クチュエータアーム１８が一体的に形成されている。回
転中心であるシャフト１６に対してアクチュエータアー
ム１８と反対側にはコイル支持部材１９がアクチュエー
タブロック１７と一体的に形成されている。
【００５１】フラットコイル２０がコイル支持部材１９
により支持されている。ベース２上には磁気回路２２が
取り付けられており、フラットコイル２０と磁気回路２
２とでボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５４を構成する。
【００５２】マイクロアクチュエータ１４はアクチュエ
ータアーム１８の先端部に搭載されている。即ち、マイ
クロアクチュエータ１４はロードビーム（サスペンショ
ン）２６を含んでおり、ロードビームの基端部が弾性連
結手段２４によりアクチュエータアーム１８の先端部に
弾性的に連結されている。
【００５３】ロードビーム２６の先端部にはフレクスチ
ャ（ジンバル）２７が形成されており、このフレクスチ
ャ２７上に図６に示すように磁気ヘッドを担持したスラ
イダ２８が取り付けられている。
【００５４】図５乃至図７を参照すると、弾性連結手段
２４はロードビーム２６の基端部に固定されたスペーサ
３０と、スペーサ３０にスポット溶接された十字板ばね
３２とを含んでいる。
【００５５】図９（Ａ）に最もよく示されるように、十
字板ばね３２は中央固定部３２ａと、中央固定部３２ａ
からロードビーム２６の長手方向に伸長する一対のアー
ム３２ｂと、該アーム３２ｂと直交する方向に伸長する
一対のアーム３２ｃとを含んでいる。
【００５６】十字板ばね３２の中央固定部３２ａとシャ
フト３４とがスポット溶接され、このシャフト３４はア
クチュエータアーム１８の先端部に形成された穴３３内
に挿入されて接着されている。これにより、ロードビー
ム２６は十字板ばね３２及びスペーサ３０を介してアク
チュエータアーム１８に弾性的に取り付けられているこ
とになる。
【００５７】図１０に示されているように、スペーサ３
０はその一端部にストッパとして作用する一対の突出部
３０ａを有しており、中央部分には概略十字形状の切り
欠き３０ｂが形成されている。切り欠き３０ｂの各頂部
にはスリット３０ｃが切り欠き３０ｂに連続して形成さ
れている。
【００５８】図１１を参照すると十字板ばね３２の展開
平面図が示されている。十字板ばね３２はスペーサ３０
の切り欠き３０ｂと概略対応する形状の切り欠き３３を
有している。
【００５９】十字板ばね３２は各アーム３２ｂ及び３２
ｃを点線３５，３７に沿って紙面垂直に折り曲げて形成
されている。具体的には、厚さ２５μｍのステンレス鋼
板を所定形状にエッチングして形成したものであり、ア
ーム３２ｂ，３２ｃの幅は約０．２７ｍｍである。これ
により、シャフト３４の中心軸回りのばね定数値を約１
×１０-2Ｎｍ／ｒａｄに設計した。
【００６０】十字板ばね３２のアーム３２ｂ及び３２ｃ
がシーク方向とその直交方向に伸長していたため、シー
ク方向及びシーク方向と直交方向の並進モードの共振周
波数が高くなる。シャフト３４の中心軸回りの回転剛性
は低くなるように設計されている。
【００６１】図９（Ａ）に最もよく示されるように、十
字板ばね部材３２上にコイル４０が接着等により固定さ
れている。コイル４０に対向するようにアクチュエータ
アーム１８に永久磁石３６が取り付けられている。
【００６２】この磁石３６は約０．６ｍｍの厚さを有し
ており、アクチュエータアーム１８の厚さ方向に着磁さ
れている。好ましくは、磁石３６は２極に着磁されてい
る。永久磁石３６上にはヨーク３８が接着されている。
【００６３】図１２に示されるように、磁石３６はアク
チュエータアーム１８に形成された切り欠き１８ａ中に
挿入されて接着されている。この固定方法により、３個
以上のアクチュエータアームを有するヘッドアクチュエ
ータであっても、各磁石を容易にヘッドアクチュエータ
に固定することができる。この磁石のエネルギー積は３
ＭＧＯｅである。
【００６４】上述したように、スペーサ３０の一端には
一対の突起３０ａが形成されており、これらの突起３０
ａの間に多少の隙間を開けてピン４２が配置されるよう
に、ピン４２がアクチュエータアーム１８に突設されて
いる。
【００６５】即ち、突起３０ａがピン４２に衝突するこ
とによりストッパとして機能する。これにより、アクチ
ュエータの暴走時にスライダがディスクから飛び出した
り、スピンドルハブに衝突したりすることを防止してい
る。
【００６６】ロードビーム２６、スペーサ３０及び十字
板ばね３２とから構成されるマイクロアクチュエータ１
４の揺動中心はその重心位置に概略合致するように設計
されている。
【００６７】これにより、ボイスコイルモータ５４によ
り駆動されるアクチュエータアーム１８のシーク加速度
やストッパ衝突時の加速度に起因するマイクロアクチュ
エータ１４の回転力をなくすことができる。
【００６８】図８を参照すると、アクチュエータアーム
１８の先端部に２つのスペーサ３０及び十字板ばね３２
を取り付けた場合の断面図が示されている。シャフト３
４の上下に十字板ばね３２をそれぞれ固定し、それぞれ
のコイル４０が磁石３６に対向するように十字板ばね３
２が各スペーサ３０に接着されている。
【００６９】図８に示した実施形態によると、図１３に
示すような磁気回路が構成される。各コイル４０にそれ
ぞれ通電することにより、それぞれのスペーサ３０が矢
印Ａ方向に揺動され、ロードビーム２６も同一方向に揺
動される。
【００７０】上述したマイクロアクチュエータ１４は磁
石３６が固定でコイル４０が移動する可動コイル型であ
るが、アクチュエータアーム１８にコイルを取り付け、
スペーサ３０に磁石を取り付けるように構成してもよ
い。
【００７１】この変形例は可動磁石型であり、図１４に
示すような磁気回路が構成される。コイル４０に通電す
ることにより、各スペーサ３０が矢印Ｂ方向に揺動され
る。この変形例の場合、コイル４０が固定子となるの
で、コイル４０に接続された配線の引き回しが容易であ
る。
【００７２】以下、上述した二重アクチュエータを制御
する本発明の制御システムについて説明する。図１５を
参照すると、本発明の制御システムの原理ブロック図が
示されている。ブロック４４はマイクロアクチュエータ
を示しており、ブロック４８は粗動アクチュエータを示
している。
【００７３】マイクロアクチュエータコントローラ４６
から駆動値Ｕｍが出力され、この駆動値Ｕｍに基づいて
マイクロアクチュエータ４４が駆動される。一方、粗動
アクチュエータコントローラ５０から駆動値Ｕｖが出力
され、この駆動値Ｕｖに基づいて粗動アクチュエータ４
８が駆動される。
【００７４】図１５において、ｒは目標位置、ｙは磁気
ヘッドの観測位置、Ｐｍはマイクロアクチュエータの伝
達関数、Ｐｖは粗動アクチュエータの伝達関数、Ｃｍは
マイクロアクチュエータ制御用の補償器の伝達関数、Ｃ
ｖは粗動アクチュエータ制御用の補償器の伝達関数であ
る。
【００７５】本発明の制御システムは、マイクロアクチ
ュエータコントローラ４６と粗動アクチュエータコント
ローラ５０とを完全に並列に配置した点に特徴がある。
即ち図２及び図３に示した従来の制御システムとの相違
点は、粗動アクチュエータ４８に対するマイクロアクチ
ュエータ４４の変位を粗動アクチュエータコントローラ
５０に入力しない点である。
【００７６】このように構成すれば、制御システムを設
計するときの制限がより緩くなり、マイクロアクチュエ
ータコントローラ４６のサーボ帯域と、粗動アクチュエ
ータコントローラ５０のサーボ帯域の比を自由に設定で
きるはずである。
【００７７】注意しなければならないのは、粗動アクチ
ュエータ４８の出力が絶対位置を示すのに対して、マイ
クロアクチュエータ４４の出力は粗動アクチュエータ４
８に対する相対位置を示している点である。よって、粗
動アクチュエータコントローラ５０とマイクロアクチュ
エータコントローラ４６を同じ設計にすることはできな
い。
【００７８】具体的には、粗動アクチュエータコントロ
ーラ５０に積分要素を含ませ、この積分要素により無限
大のＤＣゲインを持たせる。この無限大のゲインのお蔭
で、外部から加わる一定のバイアス力やアンプの持つオ
フセット電流を補正して磁気ヘッドを目標位置に静止さ
せることができる。
【００７９】マイクロアクチュエータコントローラ４６
で制御できるのは粗動アクチュエータ４８に対するマイ
クロアクチュエータ４４の相対位置である。従って、二
重アクチュエータ全体に加わる一定のバイアス力をマイ
クロアクチュエータで打ち消すことは機構上できない。
【００８０】このことはマイクロアクチュエータコント
ローラ４６のＤＣゲインが無限大であってはならないこ
とを意味する。もしＤＣゲインが無限大になるようにマ
イクロアクチュエータコントローラ４６に積分要素を含
ませると、マイクロアクチュエータがバイアス力を打ち
消そうとして駆動値を増加させていく。しかし、バイア
ス力を打ち消すことができないので更に駆動値を増加
し、最終的にはマイクロアクチュエータが変位範囲を超
えてしまう。
【００８１】具体的にはマイクロアクチュエータがスト
ッパに当たったり、マイクロアクチュエータの駆動電圧
が飽和したりする。このような状況下では、変位範囲内
で正しく動作するように設計された二重アクチュエータ
の制御システムはもはや正常には動作せず、ヘッド位置
が目標位置から大幅にずれてデータの読み書きができな
くなる。
【００８２】従ってマイクロアクチュエータコントロー
ラ４６のＤＣゲイン（０ＨＺのゲイン）は無限大ではな
く、有限値でなければならない。但し、粗動アクチュエ
ータコントローラ５０のＤＣゲインに比べて十分に小さ
ければよいので、ＤＣゲインが０である必要はない。
【００８３】本発明の制御システムによると、粗動アク
チュエータ４８及びマイクロアクチュエータ４４の双方
が目標に追従する。これは図２及び図３に示した従来の
制御システムと同様である。大きな相違点は以下の点で
ある。
【００８４】まず、マイクロアクチュエータのモデルを
開ループ制御で動かして位置を推定していない。即ち、
初期条件及びゲインが不正確なモデルを使用しないの
で、より制御システムの構造が簡単になり、動作が正確
になる。
【００８５】本制御システムの開ループ特性は、 ＣｍＰｍ＋ＣｖＰｖ となる。低域のゲインは従来の２つの制御システムに比
べて低くなる。一方で位相余裕は設計によっては高くで
きる。
【００８６】例えば、ＣｍＰｍとＣｖＰｖが同一の場合
には、 ＣｍＰｍ＋ＣｖＰｖ＝２ＣｍＰｍ となる。
【００８７】よって、制御システム全体の開ループ特性
を先に設計して、次に粗動アクチュエータ制御システム
を設計し、全体特性から粗動アクチュエータ制御システ
ムの特性を引いた残りをマイクロアクチュエータの制御
システムとするような設計ができる。このように制御シ
ステム全体の特性を先に決めることが容易なので、設計
者の希望通りの位相特性を得ることができる。
【００８８】本発明の制御システムによると、マイクロ
アクチュエータ制御システムと粗動アクチュエータ制御
システムのサーボ帯域比を任意に設定できる。即ち、種
々の条件に応じて、粗動アクチュエータとマイクロアク
チュエータとで分担割合を違えさせることができる。
【００８９】これらの条件は、マイクロアクチュエータ
の変位範囲、マイクロアクチュエータ駆動回路出力の範
囲、位置外乱及び加速度外乱の大きさ及び周波数成分、
マイクロアクチュエータの特性等を含んでいる。
【００９０】従来の制御システムでは、粗動アクチュエ
ータ制御システムとマイクロアクチュエータ制御システ
ムとのサーボ帯域の比を自由に設定できないという制限
があり、最適な条件を選択することができなかった。
【００９１】また、粗動アクチュエータコントローラ５
０のみで安定して動作するように制御システムを構成し
ておき、粗動アクチュエータ４８とマイクロアクチュエ
ータ４４の両方制御する場合でも、粗動アクチュエータ
４８のみを制御するときの制御システムをそのまま利用
することができる。
【００９２】制御システムをこのように設計すると、仮
にマイクロアクチュエータ４４の駆動値が飽和したり、
変位が飽和したりした場合でも、粗動アクチュエータ４
８単独で安定して目標に追従でき、位置決め精度は若干
悪くなるが、目標から大きく外れることはない。
【００９３】以下、本発明制御システムの設計方法につ
いて説明する。基本的設計方法 まず、二重アクチュエータ制御システム全体の伝達関数
を設計する。制御システム全体の特性は位置外乱や加速
度外乱の特性により決める。次に、粗動アクチュエータ
制御システムの特性を決める。即ち、マイクロアクチュ
エータを制御せずに、粗動アクチュエータの制御のみで
安定して動作するように設計する。
【００９４】最後に２つの制御システムの伝達関数の差
分を取り、この差分にマイクロアクチュエータの伝達関
数の逆特性を掛け合わせ、マイクロアクチュエータコン
トローラ４６の伝達関数を設計する。
【００９５】もちろん、粗動アクチュエータ制御システ
ムの設計を先にするのではなく、マイクロアクチュエー
タ制御システムの設計を先にして、最後に粗動アクチュ
エータ制御システムの設計を行うようにしてもよい。
【００９６】更に、二重アクチュエータ制御システムを
構成する粗動アクチュエータ制御システムは、それ単独
では安定して動作しない設計にしてもよい。具体的に
は、マイクロアクチュエータ制御システムは高帯域のゲ
インを高くし、粗動アクチュエータ制御システムは低帯
域のゲインを高くするように設計する。
【００９７】この設計は、二重アクチュエータ制御シス
テム全体で安定であればよいという知見に基づいてい
る。但し、この場合には、マイクロアクチュエータの駆
動値が飽和したり、変位が飽和したりすると、制御でき
ずに目標位置から大きく外れることになるので注意が必
要になる。
【００９８】以下、ピエゾマイクロアクチュエータと電
磁型マイクロアクチュエータとを採用した場合について
考察する。但し、静電マイクロアクチュエータは、駆動
電圧に対して変位が二次関数の形になるが、変位がほぼ
線形な区間を利用すればピエゾマイクロアクチュエータ
の場合と概略同一となるので、制御システムの設計はピ
エゾマイクロアクチュエータと同様でよい。
【００９９】ピエゾマイクロアクチュエータ ピエゾマイクロアクチュエータはそれ自身の共振周波数
よりも小さい周波数領域では、駆動電圧に比例した位置
を得ることができる。また、設計によっては、ピエゾ素
子自体の持つヒステリシスの影響を小さくするができ
る。即ち、ピエゾマイクロアクチュエータのモデルは、
最も簡単には一定ゲインを有していると見なせる。
【０１００】また、高帯域の共振周波数を考慮に入れる
と、ピエゾマイクロアクチュエータのモデルを二次関数
の形で表現することができる。但し、共振周波数はサー
ボ帯域に比べて十分に高いので、サーボ帯域付近でほぼ
一定ゲインと見なして制御システムを設計してもよい。
共振の影響の除去はノッチフィルタやローパスフィルタ
を使い、振動が発生したり、制御が不安定にならないよ
うにする。
【０１０１】後述する電磁型マイクロアクチュエータに
見られるのと同様に、粗動アクチュエータの回転移動に
よる粗動アクチュエータとピエゾマイクロアクチュエー
タとの相対位置の変化があるが、元々ピエゾマイクロア
クチュエータの共振周波数が高いので、粗動アクチュエ
ータの回転移動による影響はほとんどない。
【０１０２】電磁型マイクロアクチュエータ 電磁型マイクロアクチュエータの構造は、従来の粗動ア
クチュエータに用いられているボイスコイルモータ（Ｖ
ＣＭ）と同等である。従ってそのモデル（伝達関数）も
粗動アクチュエータのモデルと同じと見なせる。つま
り、電磁型マイクロアクチュエータは入力電流の二重積
分に比例した位置を得る。ここで注意すべきは、電磁型
マイクロアクチュエータでも共振周波数を高くすること
ができる。
【０１０３】上述したように、電磁型マイクロアクチュ
エータは粗動アクチュエータにバネで固定されている。
従って、低い周波数領域では電流と変位とが比例するバ
ネ特性を示すので、正確には二重積分とはならず、二次
関数の形になる。
【０１０４】ロータリー二重アクチュエータの場合に
は、仮にバネ力が０であり、摩擦力が０の場合でも、粗
動アクチュエータが移動すると、電磁型マイクロアクチ
ュエータの回転中心が移動して電磁型マイクロアクチュ
エータと粗動アクチュエータとの相対距離（角度）が変
化する。
【０１０５】よって、粗動アクチュエータと電磁型マイ
クロアクチュエータとの相対位置関係を考慮する必要が
ある。この相対位置関係は、粗動アクチュエータの回転
中心から磁気ヘッドまでの距離と、電磁型マイクロアク
チュエータの回転中心から磁気ヘッドまでの距離との比
で決まる。
【０１０６】次に、制御システムの具体的な設計方法に
ついて説明する。まず、粗動アクチュエータ制御手段と
して、最も簡単なＰＩ×Ｌｅａｄ・Ｌａｇの制御システ
ムを設計する。次いでマイクロアクチュエータモデルに
適した二重アクチュエータ制御システムを設計する。
【０１０７】ここでは設計仕様を以下のように仮定す
る。 二重アクチュエータ制御システム全体のサーボ帯域：２
ｋＨｚ 粗動アクチュエータ制御システム単独のサーボ帯域：約
７００Ｈｚ これらのサーボ帯域はあくまでも設計が確実に実現でき
ることを証明するための仮定である。
【０１０８】現実には、先に説明したように、マイクロ
アクチュエータの駆動電流の飽和や、変位距離制限、位
置外乱及び加速度外乱の大きさ・周波数制限の影響があ
り、最適な制御システムの定数や伝達関数は条件に応じ
て異なることになる。
【０１０９】モデル（伝達関数）は次のようにおく。 粗動アクチュエータモデル：１／ｓ2 マイクロアクチュエータモデル：１又は１／ｓ2 （ｓは
ラプラス演算子） モデルの形が現実的な値であれば、駆動回路のゲイン設
定によりゲインは変更することができるので、設計の有
効性の証明のためのモデルでは、上記のようなモデルを
設定しておく。実際の設計では、機械定数にあったゲイ
ンをモデルに含めるべきである。
【０１１０】尚、粗動アクチュエータからマイクロアク
チュエータへの影響及び粗動アクチュエータのバネ特性
を考慮したモデルは、基本的には１／ｓ2 の場合に置き
換えられる。但し、その場合には後述するように、***
振の影響を考慮に入れる（補償する）必要がある。
【０１１１】（１）マイクロアクチュエータモデルが１
の場合（共振周波数が高い場合） この場合の周波数特性が図１６（Ａ）〜図１８（Ｂ）に
示されている。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）はピエゾ
マイクロアクチュエータ搭載二重アクチュエータ制御シ
ステムの開ループ特性を示している。
【０１１２】図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、図１６
（Ａ）及び図１６（Ｂ）の制御システム中の粗動アクチ
ュエータ制御システムの周波数特性を示している。図１
８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、図１６（Ａ）及び図１６
（Ｂ）の制御システム中のピエゾマイクロアクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示している。
【０１１３】図１６（Ａ）において、Ｇｍはゲインマー
ジン（ゲイン余裕）であり、Ｐｍはフェイズマージン
（位相余裕）を示している。まず、二重アクチュエータ
制御システムの開ループ特性を次のように設計する。
【０１１４】 （ｓ＋ω１）2 ／｛ｓ×（ｓ＋ω２）｝×（１／ｓ2 ）
＝（ｓ2 ＋２×ω１×ｓ＋ω１2 ）／｛ｓ3 ×（ｓ＋ω
２）｝ ここで、ω１，ω２は角周波数を示している。
【０１１５】更に、粗動アクチュエータ制御システムを
次のように設計する。 （２×ω１×ｓ＋ω１2 ）／｛ｓ×（ｓ＋ω２）｝×
（１／ｓ2 ） これは二重アクチュエータ制御システムの開ループ特性
を示す式から分子側のｓ2 のみを除いた式である。
【０１１６】次に、ピエゾアクチュエータの補償器は、
２つの式の差、即ち １／｛ｓ（ｓ＋ω２）｝ と設計する。
【０１１７】ここで、ピエゾアクチュエータ制御システ
ムのＤＣゲインを無限大にしないようにするためには、
積分器をローパスフィルタ（カットオフ角周波数：ω
３）に変更して、次のようにおけばよい。
【０１１８】１／｛（ｓ＋ω３）（ｓ＋ω２）｝ （２）マイクロアクチュエータモデルが１／ｓ2 の場合
（共振周波数が低い場合） この場合はマイクロアクチュエータとして電磁型アクチ
ュエータを採用した場合であり、周波数特性が図１９
（Ａ）〜図２１（Ｂ）に示されている。図１９（Ａ）及
び図１９（Ｂ）は電磁型マイクロアクチュエータ搭載二
重アクチュエータ制御システムの開ループ特性を示して
いる。
【０１１９】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、図１９
（Ａ）及び図１９（Ｂ）の制御システム中の粗動アクチ
ュエータ制御システムの周波数特性を示している。図２
１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、図１９（Ａ）及び図１９
（Ｂ）の制御システム中の電磁型マイクロアクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示している。
【０１２０】まず、上述した（１）の場合と同様に、二
重アクチュエータ制御システムの開ループ特性を次のよ
うに設計する。 Ｋ（ｓ＋ω１）2 ／｛ｓ×（ｓ＋ω２）｝×（１／
ｓ2 ）＝（ｓ2 ＋２×ω１×ｓ＋ω１2 ）／｛ｓ3 ×
（ｓ＋ω２）｝ 次に、粗動アクチュエータ制御システムを次のように設
計する。
【０１２１】Ｋ（２×ω１×ｓ＋ω１2 ）／｛ｓ×（ｓ
＋ω２）｝×（１／ｓ2 ） この式も二重アクチュエータ制御システムの開ループ特
性を示す式から分子側のｓ2 を除いた式である。
【０１２２】マイクロアクチュエータの制御システム
は、２つの式の差、即ち Ｋｓ2 ／｛ｓ（ｓ＋ω２）｝×（１／ｓ2 ） と求まる。
【０１２３】（３）マイクロアクチュエータモデルが１
／ｓ2 の場合（共振周波数が低い第２の場合） この場合はマイクロアクチュエータとして電磁型アクチ
ュエータを採用したのは上述した（２）と同様である。
しかし、この制御システムの構成では、マイクロアクチ
ュエータの駆動手段が飽和したり、マイクロアクチュエ
ータ自身が変位可能範囲を越えたために飽和したりした
ときでも、粗動アクチュエータのみで安定して動作す
る。
【０１２４】この場合の周波数特性が図２２（Ａ）〜図
２４（Ｂ）に示されている。図２２５（Ａ）及び図２２
（Ｂ）は、電磁型マイクロアクチュエータ搭載二重アク
チュエータ制御システムの開ループ特性を示している。
【０１２５】図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、図２２
（Ａ）及び図２２（Ｂ）の制御システム中の粗動アクチ
ュエータ制御システムの周波数特性を示している。図２
４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、図２２（Ａ）及び図２２
（Ｂ）の制御システム中の電磁型マイクロアクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示している。
【０１２６】二重アクチュエータ制御システムの開ルー
プ特性は、上述した（１）及び（２）の場合と同様に次
のように設計する。 Ｋ（ｓ＋ω１）2 ／｛ｓ×（ｓ＋ω２）｝×（１／
ｓ2 ）＝（ｓ2 ＋２×ω１×ｓ＋ω１2 ）／｛ｓ3 ×
（ｓ＋ω２）｝ 一方、粗動アクチュエータ単独で安定して制御できるよ
うに、粗動アクチュエータ制御システムをＰＩ×Ｌｅａ
ｄＬａｇ構成にして、次のように設計する。
【０１２７】Ｋ′（ｓ＋ω４）2 ／｛ｓ×（ｓ＋ω
２）｝×（１／ｓ2 ） マイクロアクチュエータ制御システムは、２つの式の
差、即ち Ｋ″｛２×（ω１−ω４）×ｓ＋（ω１2 −ω４2 ）｝
／｛ｓ×（ｓ＋ω２）｝×（１／ｓ2 ）と求まる。
【０１２８】しかし、先の条件からマイクロアクチュエ
ータ制御システムのＤＣゲインを無限大にしないように
する必要がある。そこで、積分器をローパスフィルタ
（カットオフ周波数：ω３）に変更して、次のように置
けばよい。
【０１２９】Ｋ″｛２×ω１−ω４）×ｓ＋（ω１2 −
ω４2 ）｝／｛（ｓ＋ω３）×（ｓ＋ω２）｝×（１／
ｓ2 ） 上述したように、（３）の制御システムでは、粗動アク
チュエータのみで安定して動作する。もちろん位置決め
精度自体は粗動アクチュエータとマイクロアクチュエー
タを両方とも制御したときよりは悪くなる。しかし、制
御不能に陥ることはない。
【０１３０】一方、図２及び図３に示した従来の制御シ
ステムでは、マイクロアクチュエータモデルが開ループ
で動いていて推定変位が不正確であり、且つその不正確
な推定変位に対して粗動アクチュエータが追従している
ので、マイクロアクチュエータが飽和すると制御不能に
陥る危険性が高かった。
【０１３１】従来の光ディスク装置では、粗動アクチュ
エータ制御システムのサーボ帯域は、二重アクチュエー
タ制御システムのサーボ帯域の約１０分の１程度の１０
０Ｈｚ〜２００Ｈｚに設定していた。このようにサーボ
帯域を設定すると、実質的にはマイクロアクチュエータ
側から見ると粗動アクチュエータはほぼ静止しているよ
うに見える。
【０１３２】また、ピエゾアクチュエータを用いた磁気
ディスク装置の場合には、粗動アクチュエータ制御シス
テムのサーボ帯域を二重アクチュエータ制御システムの
サーボ帯域の１／３以下に設定していた。
【０１３３】本発明の並列制御方法を採用することによ
り、粗動アクチュエータ制御システムのサーボ帯域を二
重アクチュエータ制御システムのサーボ帯域の１／３以
上に設定することが可能になる。
【０１３４】具体的にはサーボ帯域比が１／２といった
値を実現することが可能になる。このような高いサーボ
帯域比は、マイクロアクチュエータ制御システムと粗動
アクチュエータ制御システムを並列に配置することで全
体の制御システムを容易に設計できるために、初めて実
現できるものである。
【０１３５】図２５を参照すると、偏心補償の第１実施
形態ブロック図が示されている。スピンドルシャフトの
偏心等が原因で、磁気ディスク上に記録された同心円上
の位置決め情報が偏心するので、これを補正する必要が
ある。
【０１３６】マイクロアクチュエータは変位範囲の制限
があるために、この偏心に追従することは困難である。
よって、粗動アクチュエータ側で偏心に追従させる。そ
こで本実施形態では、粗動アクチュエータコントローラ
５０から出力される駆動値Ｕｖに、フィードフォワード
電流発生器５６により事前に測定しておいた偏心補正用
電流を加える。事前に測定しておいた偏心補正用電流は
例えばＲＯＭに磁気ディスクのアドレスに対応して記憶
しておくようにする。
【０１３７】図２６を参照すると、偏心補償の第２実施
形態ブロック図が示されている。本実施形態では、粗動
アクチュエータコントローラ５０と直列に偏心による位
置誤差信号の揺れの周波数付近のゲインがピークを持つ
ようなフィルタ５８を挿入し、粗動アクチュエータ４８
側で大部分の偏心を補償するようにする。このフィルタ
による偏心補償も、マイクロアクチュエータ４４では大
きな偏心には追従できないので、粗動アクチュエータ側
にのみ挿入する。
【０１３８】次に図２７を参照して、高帯域の共振周波
数を考慮に入れたモデルについて検討する。この場合、
マイクロアクチュエータ４４の伝達関数は１／（ｓ2 ＋
２ζ m ωm ｓ＋ωm 2 ）と表せ、粗動アクチュエータ４
８の伝達関数は１／ｓ2 と表せる。
【０１３９】図２７において、Ｋｍはマイクロアクチュ
エータの加速度定数、Ｋｖは粗動アクチュエータの加速
度定数、Ｋｖｍは粗動アクチュエータの移動量に比例し
た逆方向加速度定数である。また、ζm はダンピング定
数であり、ωm は共振周波数を示している。
【０１４０】このモデルでは、粗動アクチュエータ４８
の加速度に一定ゲイン（−Ｋｖｍ）を掛けた値がマイク
ロアクチュエータ側に加わる。逆に、マイクロアクチュ
エータ側から粗動アクチュエータ側への影響もあるが、
ほぼ無視できる。
【０１４１】ロータリーアクチュエータを具備した磁気
ディスク装置においては、粗動アクチュエータ加速度に
１以下のゲインを掛けた値がマイクロアクチュエータの
加速度として加わることになる。このときの周波数特性
を図２８（Ａ）〜図３１（Ｂ）に描いてみる。一方、直
進型のアクチュエータの場合にはこのゲインは１とな
り、***振は現れない。
【０１４２】図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）はｙ／Ｕｍ
の周波数特性を表しており、２００Ｈｚに共振があるこ
とを示している。この周波数特性は電磁型マイクロアク
チュエータの周波数特性そのものである。
【０１４３】図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）はｙ／Ｕｖ
の周波数特性を表している。電磁型マイクロアクチュエ
ータの共振が２００Ｈｚ付近に現れていると共に、その
***振の影響が２５０Ｈｚ付近に現れていることが観測
される。
【０１４４】今、粗動アクチュエータ単独でこの二重ア
クチュエータを制御することを考えてみる。すると、反
共振周波数付近の位相・ゲインが大きく変化しているこ
とがわかる。
【０１４５】例えば７００Ｈｚ或いは８００Ｈｚ付近に
サーボ帯域を持つような制御システムを設計しようとし
ても、２５０Ｈｚ付近の***振の影響で、位相余裕を確
保することができず、容易に発振してしまう。そこで、
この***振を抑える何らかの対策が必要になる。
【０１４６】図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）は、***振
の影響を相殺するように極を定めた***振補正フィルタ
の周波数特性を示している。図３１（Ａ）及び図３１
（Ｂ）は図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）に示したｙ／Ｕ
ｖに直列に***振補正フィルタを挿入したときの周波数
特性を示している。
【０１４７】この図を観測すると、位相は変化している
がゲインは急激な落ち込みがなくなり、***振周波数付
近で発振しなくなっていることが理解される。適正な制
御を行うには、更にＰＩ×ＬｅａｄＬａｇのようなゲイ
ン及び位相を補償するフィルタを付加する必要がある。
【０１４８】***振を補償する方法としては、上述した
以外にも粗動アクチュエータの加速度による電磁型マイ
クロアクチュエータの相対位置の変動を丁度打ち消すよ
うな電流を電磁型マイクロアクチュエータ側に流す方法
が考えられる。
【０１４９】しかし、この場合には、電磁型マイクロア
クチュエータの出力は粗動アクチュエータに対する電磁
型マイクロアクチュエータの相対位置であるので、***
振補正用として電磁型マイクロアクチュエータに流す電
流からＤＣ成分を取り除くことが必要になる。
【０１５０】
【発明の効果】本発明によれば、二重アクチュエータを
搭載した磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータ制
御手段と粗動アクチュエータ制御手段のサーボ帯域比を
自由に設定することができ、外乱の性質、マイクロアク
チュエータの性質及び変位距離に応じた設計が可能とな
り、高精度で安定したヘッドの位置決め精度を実現でき
る二重アクチュエータの制御システムを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二重アクチュエータを具備した磁気ディスク装
置の回路構成図である。
【図２】従来の二重アクチュエータの制御システムを示
すブロック図である。
【図３】他の従来の二重アクチュエータの制御システム
を示すブロック図である。
【図４】磁気ディスク装置平面図である。
【図５】二重アクチュエータ平面図である。
【図６】二重アクチュエータ側面図である。
【図７】図６の部分拡大断面図である。
【図８】２つのスペーサーを取り付けた場合の拡大断面
図である。
【図９】図９（Ａ）はマイクロアクチュエータの平面図
であり、図９（Ｂ）はマイクロアクチュエータの側面図
である。
【図１０】スペーサーの斜視図である。
【図１１】十字バネ平面図である。
【図１２】磁石取付部拡大図である。
【図１３】可動コイル型の原理を示す図である。
【図１４】可動磁石型の原理を示す図である。
【図１５】本発明の制御システムの原理を示すブロック
図である。
【図１６】ピエゾマイクロアクチュエータ搭載二重アク
チュエータ制御システムの開ループ特性を示す図であ
る。
【図１７】図１６の制御システム中の粗動アクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示す図である。
【図１８】図１６の制御システム中のピエゾマイクロア
クチュエータ制御システムの周波数特性を示す図であ
る。
【図１９】電磁型マイクロアクチュエータ搭載二重アク
チュエータ制御システムの開ループ特性を示す図であ
る。
【図２０】図１９の制御システム中の粗動アクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示す図である。
【図２１】図１９の制御システム中の電磁型マイクロア
クチュエータ制御システムの周波数特性を示す図であ
る。
【図２２】電磁型マイクロアクチュエータ搭載二重アク
チュエータ制御システムの開ループ特性を示す図であ
る。
【図２３】図２２の制御システム中の粗動アクチュエー
タ制御システムの周波数特性を示す図である。
【図２４】図２２の制御システム中の電磁型マイクロア
クチュエータ制御システムの周波数特性を示す図であ
る。
【図２５】偏心補償の第１実施形態ブロック図である。
【図２６】偏心補償の第２実施形態ブロック図である。
【図２７】***振補償方法の説明図である。
【図２８】ｙ／Ｕｍの周波数特性を示す図である。
【図２９】ｙ／Ｕｖの周波数特性を示す図である。
【図３０】***振補正フィルタの周波数特性を示す図で
ある。
【図３１】ｙ／Ｕｖに直列に***振補正フィルタを挿入
したときの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ 二重アクチュエータ １２ 粗動アクチュエータ １４ マイクロアクチュエータ ４４ マイクロアクチュエータ ４６ マイクロアクチュエータコントローラ ４８ 粗動アクチュエータ ５０ 粗動アクチュエータコントローラ ５６ フィードフォワード電流発生器 ５８ 偏心補償フィルタ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースを有するディスク装置用二重アク
    チュエータの制御システムであって、 前記ベースに取り付けられたボイスコイルモータを駆動
    手段とする粗動アクチュエータと；前記粗動アクチュエ
    ータ上に搭載され、先端部でヘッドを担持するマイクロ
    アクチュエータと；前記粗動アクチュエータの駆動を制
    御する第１制御手段と；前記マイクロアクチュエータの
    駆動を制御する第２制御手段と；前記ヘッドの目標位置
    と観測位置との位置誤差を計算し、該位置誤差を前記第
    １及び第２制御手段に入力するフィードバック手段とを
    具備し；前記粗動アクチュエータに対する前記マイクロ
    アクチュエータの変位を前記第１制御手段に入力しない
    ことを特徴とする二重アクチュエータの制御システム。
  2. 【請求項２】 前記第２制御手段は有限の値のＤＣゲイ
    ンを有していることを特徴とする請求項１記載の二重ア
    クチュエータの制御システム。
  3. 【請求項３】 前記粗動アクチュエータの特性と前記第
    １制御手段の特性とを掛け合わせて得られる粗動アクチ
    ュエータ制御システムのサーボ帯域は、前記二重アクチ
    ュエータ制御システムのサーボ帯域の１／３以上である
    ことを特徴とする請求項１記載の二重アクチュエータの
    制御システム。
  4. 【請求項４】 前記第１制御手段は比例要素と積分要素
    とを含み微分要素を含まず、前記第２制御手段は比例要
    素と微分要素とを含み積分要素を含んでいないことを特
    徴とする請求項１記載の二重アクチュエータの制御シス
    テム。
  5. 【請求項５】 前記ディスク装置は位置決め情報が記録
    されたディスクを含んでおり、前記第１制御手段は前記
    ディスクの偏心により生じる位置誤差を補償する偏心補
    償手段を含んでいることを特徴とする請求項１記載の二
    重アクチュエータの制御システム。
  6. 【請求項６】 前記偏心補償手段はディスクの偏心に前
    記ヘッドが遅れることなく追従するだけの電流を前記粗
    動アクチュエータに供給する電流供給手段から構成され
    ることを特徴とする請求項５記載の二重アクチュエータ
    の制御システム。
  7. 【請求項７】 前記偏心補償手段は偏心の周波数のゲイ
    ンを高く設定したフィルタから構成されることを特徴と
    する請求項５記載の二重アクチュエータの制御システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記マイクロアクチュエータは電磁型マ
    イクロアクチュエータから構成されることを特徴とする
    請求項１記載の二重アクチュエータの制御システム。
  9. 【請求項９】 前記第１制御手段は、前記粗動アクチュ
    エータの移動により前記マイクロアクチュエータとの間
    の相対位置関係が変化することにより生じる***振の影
    響を補正するフィルタを含んでいることを特徴とする請
    求項８記載の二重アクチュエータの制御システム。
  10. 【請求項１０】 ディスク装置のベースに取り付けられ
    たボイスコイルモータを駆動手段とする粗動アクチュエ
    ータと、前記粗動アクチュエータ上に搭載され、先端部
    でヘッドを担持するマイクロアクチュエータと、前記粗
    動アクチュエータの駆動を制御する第１制御手段と、前
    記マイクロアクチュエータの駆動を制御する第２制御手
    段と、前記ヘッドの目標位置と観測位置との位置誤差を
    計算し、該位置誤差を前記第１及び第２制御手段に入力
    するフィードバック手段とを具備し、前記粗動アクチュ
    エータに対する前記マイクロアクチュエータの変位を前
    記第１制御手段に入力しない二重アクチュエータ制御シ
    ステムの設計方法であって、 前記粗動アクチュエータと前記マイクロアクチュエータ
    の両方を同時に制御するときの第１制御系を設計し；前
    記粗動アクチュエータ単独で制御するときの第２制御系
    を設計し；前記第１制御系と第２制御系との間の差を求
    めて前記マイクロアクチュエータの機械特性で割った特
    性を前記第２制御手段の特性とすることを特徴とする二
    重アクチュエータ制御システムの設計方法。
  11. 【請求項１１】 ディスク装置のベースに取り付けられ
    たボイスコイルモータを駆動手段とする粗動アクチュエ
    ータと、前記粗動アクチュエータ上に搭載され、先端部
    でヘッドを担持するマイクロアクチュエータと、前記粗
    動アクチュエータの駆動を制御する第１制御手段と、前
    記マイクロアクチュエータの駆動を制御する第２制御手
    段と、前記ヘッドの目標位置と観測位置との位置誤差を
    計算し、該位置誤差を前記第１及び第２制御手段に入力
    するフィードバック手段とを具備し、前記粗動アクチュ
    エータに対する前記マイクロアクチュエータの変位を前
    記第１制御手段に入力しない二重アクチュエータ制御シ
    ステムの設計方法であって、 前記粗動アクチュエータと前記マイクロアクチュエータ
    の両方を同時に制御するときの第１制御系を設計し；前
    記マイクロアクチュエータ単独で制御するときの第２制
    御系を設計し；前記第１制御系と前記第２制御系との間
    の差を求めて前記粗動アクチュエータの機械特性で割っ
    た特性を前記第１制御手段の特性とすることを特徴とす
    る二重アクチュエータ制御システムの設計方法。
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