JP2001006305A

JP2001006305A - 位置決め制御装置

Info

Publication number: JP2001006305A
Application number: JP11170168A
Authority: JP
Inventors: Jun Ishikawa; 潤石川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-12
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: JP3387451B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動や衝撃に強い高精度な位置決め制御をす
る。【解決手段】開示される位置決め制御装置は、ヘッド
移動機構１の微動部から供給される位置誤差信号Ｄ_Ｅに
基づいて、微動部を位置決めするための出力データＤ
_Ｃ１を出力する微動コントローラ２４と、出力データＤ
_Ｃ１を微動アクチュエータ１３の可動範囲に対応した制
限内になるように飽和処理するリミッタ２６と、リミッ
タ２６の出力データＤＬと出力データＤ_Ｃ１との差に基
づいて、出力データＤ_Ｃ１を補正するための出力データ
ＤＡを生成する減算器２７及び乗算器２８とを備えてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、粗動アクチュエ
ータと、この粗動アクチュエータにより駆動される粗動
部の一端に固定された微動アクチュエータとを協調制御
することにより、微動アクチュエータの一端に取り付け
られた微動部の位置決めを行う位置決め制御装置に関
し、特に、光ディスク装置や磁気ディスク装置等のヘッ
ドの位置決め制御を行う位置決め制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置や磁気ディスク装置等の
ディスク装置の中には、最近、近年の記憶容量の大容量
化に伴う高記録密度化に対処するため、例えば、特開平
６−９６５４５号公報や特開平９−２５１７３９号公報
に開示されているように、２ステージ協調位置決め機
構、あるいは２段アクチュエータと呼ばれるヘッド移動
機構により、光ディスクや磁気ディスクの所定の位置に
ヘッドが位置決めされるものがある。この種のヘッド移
動機構は、可動範囲はセンチメートル・オーダと大きい
が位置決め精度の低い粗動アクチュエータと、この粗動
アクチュエータにより駆動されるアームの一端に固定さ
れ、可動範囲はミリメートル・オーダ又はナノメートル
・オーダと小さいが位置決め精度の高い微動アクチュエ
ータとからなり、これらを協調制御することにより、セ
ンチメートル・オーダの大きな可動範囲とナノメートル
・オーダの高い位置決め精度とを両立させている。

【０００３】このうち、光ディスク装置においては、粗
動アクチュエータ及び微動アクチュエータのいずれにも
ボイスコイル・モータを使用しているため、微動アクチ
ュエータを構成するボイスコイル・モータの可動範囲は
数ｍｍであり、３０ｎｍ程度の位置決め精度を実現して
いる。これに対し、磁気ディスク装置においては、粗動
アクチュエータにはボイスコイル・モータを使用してい
るが、微動アクチュエータにはピエゾ素子等の電歪素子
を使用しているため、微動アクチュエータを構成する電
歪素子の可動範囲は５００ｎｍ前後と非常に狭く、５０
ｎｍ以下の位置決め精度を実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したデ
ィスク装置のヘッドの位置決め制御においては、通常、
ヘッドの目標位置と実際の位置との誤差がなくなるよう
に、フィードバック制御を行うと共に、外部からの影響
を抑圧するために、そのフィードバック・ループに積分
器を挿入している。この積分器が挿入された制御系は、
応答が遅い傾向がある。したがって、ヘッドを目標位置
に追従させている状態において、外部から加えられる振
動や衝撃が微動アクチュエータの可動範囲を越えた場
合、応答の遅い上記積分器がいわゆるワインドアップを
起こして制御系が発振し、ヘッドが暴走してしまう場合
がある。この制御系が発振するという不都合は、ディス
ク装置のヘッドの位置決め制御だけでなく、微動アクチ
ュエータの可動範囲が実用上制限される機構の位置決め
制御において、一般的に起こり得ることがよく知られて
いる。

【０００５】この点、特開平８−１４２８８６号公報に
は、電動パワーステアリング装置におけるステアリング
ホイールの位置決め制御について、制御系を構成する積
分器の内部状態に補正を加えるアンチ・ワインドアップ
制御が開示されている。しかし、この技術は、１ステー
ジの一般的な位置決め制御に関するものであり、光ディ
スク装置や磁気ディスク装置等のディスク装置のヘッド
の位置決め制御のように、２個のアクチュエータを協調
させてヘッドの位置決めを制御する場合には適用できな
い。

【０００６】これに対し、「アンチワインドアップ制御
による磁気ディスク装置の外乱抑圧特性向上」（日本機
械学会ＩＩＰ、’９８情報・知能・精密機器部門講演会
講演論文集、Ｎｏ．９８−２６、ｐｐ．２７−２９）に
は、制御系を構成する積分器の内部状態そのものを観測
し、積分器の出力信号をリミッタを用いて修整すること
により、磁気ディスク装置のヘッドが目標位置近傍に移
動した後の過渡応答の整定を速くする技術が開示されて
いる。しかし、この技術は、ヘッドを目標位置に追従さ
せている状態において、外部から加えられた振動や衝撃
が微動アクチュエータの可動範囲を越えることにより、
上記積分器がワインドアップを起こした場合には、適用
できない。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、粗動アクチュエータと、この粗動アクチュエー
タにより駆動される粗動部の一端に固定された微動アク
チュエータとを協調制御して、微動アクチュエータの一
端に取り付けられた微動部を位置決めする場合、外部か
ら加えられる振動や衝撃が微動アクチュエータの可動範
囲を越えても、振動や衝撃の影響を低減して高精度な位
置決め制御をすることができる位置決め制御装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【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１記載の発明は、粗動アクチュエータと、こ
の粗動アクチュエータにより駆動される粗動部の一端に
固定された微動アクチュエータとを協調制御することに
より、微動アクチュエータの一端に取り付けられた微動
部の位置決めを行う位置決め制御装置に係り、上記微動
部から供給される位置誤差信号に基づいて、上記微動部
を位置決めするための微動制御信号を生成する微動制御
手段と、上記微動制御信号を上記微動アクチュエータの
可動範囲に対応した制限内になるように飽和処理して上
記微動アクチュエータに供給する飽和処理手段と、上記
飽和処理手段の出力信号と上記微動制御信号との差に基
づいて、上記微動制御信号を補正するための補正信号を
生成する補正手段とを備えてなることを特徴としてい
る。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の位置決め制御装置に係り、上記微動制御手段は、上
記微動制御信号を積分補償する積分補償手段を有し、上
記補正信号に基づいて、前段積分補償手段の内部状態を
変更することを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の位置決め制御装置に係り、上記微動制御手段は、上
記微動制御信号を位相補償する位相補償手段を有し、上
記補正信号に基づいて、前段位相補償手段の内部状態を
変更することを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか１に記載の位置決め制御装置に係り、上
記補正手段は、上記飽和処理手段の出力信号と上記微動
制御信号との差を求める減算器と、該減算器の減算結果
に所定定数を乗算して乗算結果を上記補正信号とする乗
算器とからなることを特徴としている。

【００１２】また、請求項５記載の発明は、請求項２乃
至４のいずれか１に記載の位置決め制御装置に係り、上
記補正信号の符号は、上記微動制御信号が上記飽和処理
手段の出力信号より大きい場合には、上記積分補償手段
の内部状態が減少する方向でフィードバックがかかるよ
うに設定され、上記微動制御信号が上記飽和処理手段の
出力信号より小さい場合には、上記積分補償手段の内部
状態が増加する方向でフィードバックがかかるように設
定されていることを特徴としている。

【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至５のいずれか１に記載の位置決め制御装置に係り、上
記微動制御信号又は上記飽和処理手段の出力信号に基づ
いて、上記粗動アクチュエータに供給するための粗動制
御信号を生成する粗動制御手段を備えてなることを特徴
としている。

【００１４】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至６のいずれか１に記載の位置決め制御装置に係り、上
記粗動アクチュエータはボイスコイル・モータからな
り、上記微動アクチュエータは電歪素子からなり、上記
粗動部はキャリッジアームからなり、上記微動部は磁気
ヘッドからなることを特徴としている。

【００１５】

【作用】この発明の構成によれば、外部から加えられる
振動や衝撃が微動アクチュエータの可動範囲を越えた場
合でも、振動や衝撃の影響を低減して高精度な位置決め
制御をすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である磁
気ディスク装置のヘッド移動機構１の位置決め制御装置
２の電気的構成を示すブロック図である。ヘッド移動機
構１は、図２に示すように、キャリッジアームからなる
粗動部１１と、ボイスコイル・モータからなる粗動アク
チュエータ１２と、ピエゾ素子等の電歪素子からなる微
動アクチュエータ１３と、サスペンション付きの磁気ヘ
ッドからなる微動部１４とから概略構成されている。ま
た、粗動部１１は、その一端に粗動アクチュエータ１２
が固定されていると共に、その他端に微動アクチュエー
タ１３を介して微動部１４が取り付けられている。粗動
アクチュエータ１２は、位置決め制御装置２から供給さ
れる制御信号Ｓ_Ｃ１に基づいて、粗動部１１を駆動する
ことにより、微動アクチュエータ１３及び微動部１４を
ピボット１１ａを中心に図中Ｘ方向（図示せぬ磁気ディ
スクの半径方向）に移動させる。また、微動アクチュエ
ータ１３は、位置決め制御装置２から供給される制御信
号Ｓ_Ｃ２に基づいて図中Ｙ方向に伸縮して、微動部１４
を図中Ｘ方向に微動させる。微動部１４は、位置決めの
対象である磁気ヘッドの位置と目標のトラックの位置と
の誤差を示す位置誤差信号Ｓ_Ｅを出力し、位置決め制御
装置２に供給する。

【００１７】ここで、図３及び図４にヘッド移動機構１
の周波数特性の一例を示す。図３は、粗動アクチュエー
タ１２の入力端から微動部１４の出力端（トラックラン
ナウトを零とした場合は磁気ヘッドの位置に相当）まで
の周波数特性の一例であり、（ａ）はゲイン特性の一
例、（ｂ）は位相特性の一例である。図３（ａ）及び
（ｂ）から分かるように、低周波数域のゲイン特性が−
４０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有し、位相特性が略−１８０
度であるので、制御信号Ｓ_Ｃ１は、磁気ヘッドの位置の
加速度の次元に相当している。したがって、制御信号Ｓ
_Ｃ１の振幅に制限があった場合でも、それは加速度に対
する制限であり、物理的にストッパーなどにぶつかるま
でが粗動アクチュエータ１２の可動範囲となるだけであ
り、事実上、磁気ヘッドの位置の変位には制限が加わら
ない。図４は、微動アクチュエータ１３の入力端から微
動部１４の出力端（トラックランナウトを零とした場合
は磁気ヘッドの位置に相当）までの周波数特性の一例で
あり、（ａ）はゲイン特性の一例、（ｂ）は位相特性の
一例である。図４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、
低周波数域のゲイン特性が略水平であり、位相特性が略
０度であるので、制御信号Ｓ_Ｃ２は、直接、磁気ヘッド
の位置の次元に対応していることがわかる。したがっ
て、制御信号Ｓ_Ｃ２の振幅に電源電圧等により制限があ
った場合には、それがそのまま微動アクチュエータ１３
の可動範囲の制限となる。以上説明したように、典型的
な磁気ディスク装置の場合では、電源電圧（例えば、±
３０Ｖなど）等による制御信号Ｓ_Ｃ２の振幅の制限は、
微動アクチュエータ１３の可動範囲の制限（例えば、±
５００ｎｍ）となり、非常に狭い。

【００１８】また、位置決め制御装置２は、図１に示す
ように、サンプラ２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、符号反
転器２３と、微動コントローラ２４と、粗動コントロー
ラ２５と、リミッタ２６と、減算器２７と、乗算器２８
と、Ｄ／Ａ変換器２９及び３０と、フィルタ３１及び３
２とから概略構成されている。これらのうち、符号反転
器２３、微動コントローラ２４、粗動コントローラ２
５、リミッタ２６、減算器２７及び乗算器２８は、いず
れもデジタル回路で構成されている。サンプラ２１は、
ヘッド移動機構１の微動部１４から供給される位置誤差
信号Ｓ_Ｅを所定周期でサンプリングしてＡ／Ｄ変換器２
２に供給する。Ａ／Ｄ変換器２２は、サンプラ２１の出
力信号を離散的な位置誤差データＤ_Ｅにデジタル変換し
て符号反転器２３に供給する。符号反転器２３は、位置
誤差データＤ_Ｅの符号を反転して微動コントローラ２４
に供給する。

【００１９】微動コントローラ２４は、位置誤差データ
（−Ｄ_Ｅ）に基づいて、磁気ヘッドを磁気ディスクの目
標のトラックに位置決めするための出力データＤ_Ｃ１を
生成するものであり、図５に示すように、積分補償器４
１と、位相補償器４２と、加算器４３とから概略構成さ
れている。積分補償器４１は、加算器４４と、ユニット
・ディレイ４５と、乗算器４６とから概略構成されてい
る。加算器４４は、乗算器２８の出力データＤＡと、位
置誤差データ（−Ｄ_Ｅ）と、ユニット・ディレイ４５の
出力データとを加算して加算結果をユニット・ディレイ
４５に供給する。ユニット・ディレイ４５は、加算器４
４の出力データを所定時間（１／ｚ）遅延した後、加算
器４４及び４６に供給する。乗算器４６は、ユニット・
ディレイ４５の出力データに所定定数（ＫｉＦ）を乗算
して乗算結果を加算器４３に供給する。

【００２０】位相補償器４２は、乗算器４７〜５０と、
加算器５１及び５２と、ユニット・ディレイ５３とから
概略構成されている。乗算器４７及び４８は、それぞれ
位置誤差データ（−Ｄ_Ｅ）に所定定数（ＢＦ）及び（Ｄ
Ｆ）を乗算して乗算結果を加算器５１及び５２に供給す
る。加算器５１は、乗算器４７の出力データと、乗算器
４９の出力データとを加算して加算結果をユニット・デ
ィレイ５３に供給する。ユニット・ディレイ５３は、加
算器５１の出力データを所定時間（１／ｚ）遅延した
後、乗算器４９及び５０に供給する。乗算器４９及び５
０は、それぞれユニット・ディレイ５３の出力データに
所定定数（ＡＦ）及び（ＣＦ）を乗算して乗算結果を加
算器５１及び５２に供給する。乗算器４９の所定定数
（ＡＦ）は、位相補償器４２の極を決定するフィードバ
ック・ゲインである。加算器５２は、乗算器４８の出力
データと、乗算器５０の出力データとを加算して加算結
果を加算器４３に供給する。加算器４３は、積分補償器
４１の出力データと、位相補償器４２の出力データとを
加算して加算結果を出力データＤ_Ｃ１として粗動コント
ローラ２５、リミッタ２６及び減算器２７に供給する。
図６は、微動コントローラ２４の周波数特性の一例であ
り、（ａ）はゲイン特性の一例、（ｂ）は位相特性の一
例である。図６から分かるように、微動コントローラ２
４は、積分補償を基本的な役割としている。

【００２１】粗動コントローラ２５は、微動コントロー
ラ２４の出力データＤ_Ｃ１を微動アクチュエータ１３の
変位とみなしてこれを零とするように粗動アクチュエー
タ１２を駆動するための出力データＤ_Ｃ２を生成するも
のであり、図７に示すように、積分補償器６１と、位相
補償器６２と、加算器６３とから概略構成されている。
積分補償器６１は、加算器６４と、ユニット・ディレイ
６５と、乗算器６６とから概略構成されている。加算器
６４は、微動コントローラ２４の出力データＤ _Ｃ１と、
ユニット・ディレイ６５の出力データとを加算して加算
結果をユニット・ディレイ６５に供給する。ユニット・
ディレイ６５は、加算器６４の出力データを所定時間
（１／ｚ）遅延した後、加算器６４及び乗算器６６に供
給する。乗算器６６は、ユニット・ディレイ６５の出力
データに所定定数（ＫｉＣ）を乗算して乗算結果を加算
器６３に供給する。

【００２２】位相補償器６２は、乗算器６７〜７０と、
加算器７１及び７２と、ユニット・ディレイ７３とから
概略構成されている。乗算器６７及び６８は、それぞれ
微動コントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１に所定定数
（ＢＣ）及び（ＤＣ）を乗算して乗算結果を加算器７１
及び７２に供給する。加算器７１は、乗算器６７の出力
データと、乗算器６９の出力データとを加算して加算結
果をユニット・ディレイ７３に供給する。ユニット・デ
ィレイ７３は、加算器７１の出力データを所定時間（１
／ｚ）遅延した後、乗算器６９及び７０に供給する。乗
算器６９及び７０は、それぞれユニット・ディレイ７３
の出力データに所定定数（ＡＣ）及び（ＣＣ）を乗算し
て乗算結果を加算器７１及び７２に供給する。加算器７
２は、乗算器６８の出力データと、乗算器７０の出力デ
ータとを加算して加算結果を加算器６３に供給する。加
算器６３は、積分補償器６１の出力データと、位相補償
器６２の出力データとを加算して加算結果を出力データ
Ｄ_Ｃ２としてＤ／Ａ変換器２９に供給する。図８は、粗
動コントローラ２５の周波数特性の一例であり、（ａ）
はゲイン特性の一例、（ｂ）は位相特性の一例である。
図８から分かるように、粗動コントローラ２５は、周波
数５００Ｈｚ付近で位相を６０度程度回復させる位相補
償を基本的な役割としている。

【００２３】また、図１に示すリミッタ２６は、微動コ
ントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１を微動アクチュエー
タ１３を構成するピエゾ素子の可動範囲に対応した制限
内になるように処理し、処理結果を出力データＤＬとし
てＤ／Ａ変換器３０及び減算器２７に供給する。減算器
２７は、リミッタ２６の出力データＤＬから微動コント
ローラ２４の出力データＤ_Ｃ１を減算して減算結果を乗
算器２８に供給する。また、乗算器２８は、減算器２７
の出力データに所定定数（ＡＷＧ）を乗算して乗算結果
を出力データＤＡとして、微動コントローラ２４を構成
する積分補償器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）を修整するた
めに、微動コントローラ２４にフィードバックする。こ
のフィードバックされる出力データＤＡの符号は、微動
コントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１がリミッタ２６の
出力データＤＬより大きい場合には、微動コントローラ
２４を構成する積分補償器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）が
減少する方向でフィードバックがかかるように設定さ
れ、出力データＤ_Ｃ１が出力データＤＬより小さい場合
には、積分補償器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）が増加する
方向でフィードバックがかかるように設定されているも
のとする。

【００２４】また、Ｄ／Ａ変換器２９は、粗動コントロ
ーラ２５の出力データＤ_Ｃ２を連続的な信号にアナログ
変換してフィルタ３１に供給する。Ｄ／Ａ変換器３０
は、リミッタ２６の出力データＤＬを連続的な信号にア
ナログ変換してフィルタ３２に供給する。フィルタ３１
は、Ｄ／Ａ変換器２９の出力信号の周波数帯域を５００
Ｈｚ程度に制限して機械共振を減衰させた後、制御信号
Ｓ_Ｃ１としてヘッド移動機構１の粗動アクチュエータ１
２に供給する。フィルタ３２は、Ｄ／Ａ変換器３０の出
力信号の周波数帯域を２ｋＨｚ前後に制限して機械共振
を減衰させた後、制御信号Ｓ_Ｃ２としてヘッド移動機構
１の微動アクチュエータ１３に供給する。

【００２５】次に、上記構成の位置決め制御装置２の動
作について説明する。まず、外部から加えられた振動や
衝撃等によって生じる変位が微動アクチュエータ１３の
可動範囲内である定常状態時の動作について説明する。
ヘッド移動機構１を構成する微動部１４から位置決め制
御装置２に供給された位置誤差信号Ｓ_Ｅは、サンプラ２
１においてサンプリングされた後、Ａ／Ｄ変換器２２に
おいて位置誤差データＤ_Ｅに変換され、さらに、符号反
転器２３において符号が反転されて位置誤差データ（−
Ｄ_Ｅ）として微動コントローラ２４に供給される。これ
により、微動コントローラ２４において、位置誤差デー
タ（−Ｄ_Ｅ）に基づいて、磁気ヘッドを磁気ディスクの
目標のトラックに位置決めするための出力データＤ_Ｃ１
が生成され、出力データＤ_Ｃ１は、粗動コントローラ２
５、リミッタ２６及び減算器２７に供給される。微動コ
ントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１は、リミッタ２６に
おいて、微動アクチュエータ１３を構成するピエゾ素子
の可動範囲に対応した制限内になるように処理された
後、出力データＤＬとしてＤ／Ａ変換器３０及び減算器
２７に供給される。リミッタ２６の出力データＤＬは、
Ｄ／Ａ変換器３０において、アナログ変換された後、フ
ィルタ３２において、その周波数帯域が２ｋＨｚ前後に
制限され、制御信号Ｓ_Ｃ２としてヘッド移動機構１の微
動アクチュエータ１３に供給される。これにより、微動
部１４を構成するサスペンション付きの磁気ヘッドは、
２ｋＨｚ前後の帯域で高精度に位置決め制御される。な
お、今の場合、外部から加えられた振動や衝撃等によっ
て生じた変位は微動アクチュエータ１３の可動範囲内に
あるので、微動コントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１と
リミッタ２６の出力データＤＬとは等しい。したがっ
て、減算器２７の減算結果は零であり、微動コントロー
ラ２４には、乗算器２８の出力データＤＡはフィードバ
ックされず、微動コントローラ２４を構成する積分補償
器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）は修整されない。

【００２６】一方、粗動コントローラ２５において、微
動コントローラ２４の出力データＤ _Ｃ１に基づいて、微
動アクチュエータ１３の変位を零とするように粗動アク
チュエータ１２を駆動するための出力データＤ_Ｃ２が生
成される。粗動コントローラ２５の出力データＤ
_Ｃ２は、Ｄ／Ａ変換器２９において、アナログ変換され
た後、フィルタ３１において、その周波数帯域が５００
Ｈｚ程度に制限され、制御信号Ｓ_Ｃ１としてヘッド移動
機構１の粗動アクチュエータ１２に供給される。これに
より、粗動部１１を構成するキャリッジアームは、微動
部１４を構成するサスペンション付きの磁気ヘッドを追
いかけるように制御される。

【００２７】このように、外部から加えられた振動や衝
撃が微動アクチュエータ１３を構成するピエゾ素子の可
動範囲内である定常状態時においては、サスペンション
付きの磁気ヘッドを磁気ディスクの目標のトラックに精
密に位置決めするために移動したピエゾ素子を追いかけ
てボイスコイル・モータによりキャリッジアームが移動
する協調制御が実現される。したがって、本来のピエゾ
素子の可動範囲（キャリッジアームが固定されている場
合に相当）では位置決めできないような大きなトラック
の揺れに対しても、大まかな動きはボイスコイル・モー
タによりカバーされるので、ピエゾ素子の高精度な位置
決め状態が維持できる。また、粗動コントローラ２５
は、微動コントローラ２４の出力データＤ_Ｃ１に基づい
て予見的な制御が可能となるので、リミッタ２６におい
て飽和処理された後の出力データＤＬを利用する場合と
比べて、はるかに制御系の安定度が向上する。

【００２８】次に、外部から加えられた振動や衝撃等に
よって粗動アクチュエータ１２を構成するボイスコイル
・モータの応答速度では対応できない大きな変位が生
じ、その変位が微動アクチュエータ１３を構成するピエ
ゾ素子の可動範囲を越えた場合の動作について説明す
る。ヘッド移動機構１から供給された位置誤差信号Ｓ_Ｅ
は、サンプラ２１、Ａ／Ｄ変換器２２及び符号反転器２
３において順次処理され、その処理結果が位置誤差デー
タ（−Ｄ_Ｅ）として微動コントローラ２４に供給され
る。これにより、微動コントローラ２４において、位置
誤差データ（−Ｄ_Ｅ）に基づき出力データＤ_Ｃ _１が生成
されるので、出力データＤ_Ｃ１は、リミッタ２６におい
て、ピエゾ素子の可動範囲に対応した制限内になるよう
に処理された後、出力データＤＬとしてＤ／Ａ変換器３
０及び減算器２７に供給される。出力データＤＬは、Ｄ
／Ａ変換器３０において、アナログ変換された後、フィ
ルタ３２において、その周波数帯域が２ｋＨｚ前後に制
限され、制御信号Ｓ_Ｃ２としてヘッド移動機構１の微動
アクチュエータ１３に供給される。これにより、微動部
１４を構成するサスペンション付きの磁気ヘッドは、２
ｋＨｚ前後の帯域で高精度に位置決め制御される。

【００２９】今の場合、外部から加えられた振動や衝撃
等によって生じた変位は微動アクチュエータ１３の可動
範囲外にあるので、微動コントローラ２４の出力データ
Ｄ_Ｃ _１の絶対値は、リミッタ２６の出力データＤＬの絶
対値より大きい。したがって、減算器２７において、リ
ミッタ２６の出力データＤＬから微動コントローラ２４
の出力データＤ_Ｃ１が減算され、この減算結果は、乗算
器２８において、所定定数（ＡＷＧ）が乗算された後、
その乗算結果が出力データＤＡとして微動コントローラ
２４を構成する積分補償器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）を
修整するために、微動コントローラ２４にフィードバッ
クされる。上記したように、微動コントローラ２４の出
力データＤ_Ｃ１がリミッタ２６の出力データＤＬより大
きい場合には、微動コントローラ２４を構成する積分補
償器４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）が減少する方向でフィー
ドバックがかかるように、出力データＤＡの符号が設定
されているので、このフィードバックにより積分補償器
４１の内部状態（ｘ_Ｆ２）が減少し、微動コントローラ
２４の出力データＤ_Ｃ１が小さくなる。以上説明した一
連の動作は、減算器２７の減算結果が零となるまで繰り
返される。これにより、外部から加えられた振動や衝撃
等によって生じた変位がヘッド移動機構１の微動アクチ
ュエータ１３を構成するピエゾ素子の可動範囲外となる
ことにより発生する積分補償器４１のワインドアップが
抑制される。したがって、ヘッド移動機構１の微動部１
４を構成する磁気ヘッドの暴走を防止することができ
る。

【００３０】一方、粗動コントローラ２５において、微
動コントローラ２４の出力データＤ _Ｃ１に基づいて、微
動アクチュエータ１３の変位を零とするように粗動アク
チュエータ１２を駆動するための出力データＤ_Ｃ２が生
成される。粗動コントローラ２５の出力データＤ
_Ｃ２は、Ｄ／Ａ変換器２９において、アナログ変換され
た後、フィルタ３１において、その周波数帯域が５００
Ｈｚ程度に制限され、制御信号Ｓ_Ｃ１としてヘッド移動
機構１の粗動アクチュエータ１２に供給される。これに
より、粗動部１１を構成するキャリッジアームは、微動
部１４を構成するサスペンション付きの磁気ヘッドを追
いかけるように制御される。

【００３１】ここで、図９に、上記構成の磁気ディスク
装置のヘッド移動機構１の位置決め制御装置２における
実験結果の一例を示す。図９（ａ）はヘッド移動機構１
の微動アクチュエータ１３から出力される位置誤差信号
Ｓ_Ｅの特性の一例、図９（ｂ）はヘッド移動機構１の微
動アクチュエータ１３に供給される制御信号Ｓ_Ｃ２の特
性の一例である。この実験においては、時刻０からその
約０．０１秒後までの間に、磁気ディスク装置の筐体を
叩くなどして人為的に数回衝撃が加えられている。図９
（ｂ）からも分かるように、制御信号Ｓ_Ｃ２の制限は電
圧換算で±３０Ｖであるので、粗動アクチュエータ１２
を構成するボイスコイル・モータは、上記衝撃による微
動アクチュエータ１３を構成するピエゾ素子の大きな変
位を吸収できない。したがって、上記衝撃が加えられる
ことにより発生した磁気ヘッドの大きな位置誤差は、ピ
エゾ素子を駆動することによってすべて吸収されなけれ
ばならず、微動コントローラ２４は値の大きな出力デー
タＤ_Ｃ１（制御信号Ｓ_Ｃ２の電圧に換算して±３０Ｖ相
当以上の値）を出力する。これにより、上記出力データ
Ｄ_Ｃ１はリミッタ２６によって±３０Ｖに制限されるの
で、図９（ｂ）から分かるように、制御信号Ｓ_Ｃ２は、
衝撃が加えられた直後瞬時にして、±３０Ｖに飽和して
しまう。また、今の場合、外部から加えられた衝撃によ
って生じた変位は微動アクチュエータ１３の可動範囲外
にあるので、位置決め制御装置２は当然本来の位置決め
精度を維持することはできず、離散的な位置誤差データ
Ｄ_Ｅは、図９（ａ）から分かるように、３μｍ以上の誤
差を生じている。しかし、衝撃が加えられた直後から乗
算器２８の出力データＤＡに基づいて微動コントローラ
２４を構成する積分補償器４１のワインドアップが抑制
されるので、衝撃が加えられた後０．０２秒経過したあ
たりからは、本来の位置決め精度１００ｎｍ以下に復帰
していることが分かる。

【００３２】一方、図１０は、上記構成の位置決め制御
装置２において、乗算器２８の出力データＤＡを微動コ
ントローラ２４にフィードバックせず、上記と同様の実
験を行った場合の結果の一例を示している。図１０
（ａ）はヘッド移動機構１の微動アクチュエータ１３か
ら出力される位置誤差信号Ｓ_Ｅの特性の一例、図１０
（ｂ）はヘッド移動機構１の微動アクチュエータ１３に
供給される制御信号Ｓ_Ｃ２の特性の一例である。乗算器
２８の出力データＤＡを微動コントローラ２４にフィー
ドバックしないと、衝撃が加えられた直後に積分補償器
４１においてワインドアップが発生し、これにより、ピ
エゾ素子が可動範囲内に入っている間に、積分補償器４
１は積分した内部状態（ｘ_Ｆ２）を放出しきれないため
に、図１０（ｂ）から分かるように、制御信号Ｓ_Ｃ２が
±３０Ｖの間で激しく変動するので、制御系が発振し、
磁気ヘッドが暴走してしまう。

【００３３】このように、この例の構成によれば、磁気
ヘッドの暴走の原因となる微動コントローラ２４を構成
する積分補償器４１のワインドアップを抑制するため
に、減算器２７及び乗算器２８からなるアンチ・ワイン
ドアップ手段を設けているので、微動部１４を駆動する
微動アクチュエータ１３の可動範囲が狭い場合でも、外
部からの衝撃などに強い位置決め制御装置を提供するこ
とができる。また、この例の構成によれば、リミッタ２
６により飽和処理される前の出力データＤ_Ｃ１を粗動コ
ントローラ２５による粗動アクチュエータ１２の予見的
な制御に使用しているので、アンチ・ワインドアップ制
御を行う乗算器２８の設計範囲を広くすることができ、
安定余裕が大きい。

【００３４】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、微動コントローラ２４の出力デー
タＤ_Ｃ１を粗動コントローラ２５に供給する例を示した
が、これに限定されず、リミッタ２６の出力データＤＬ
を粗動コントローラ２５に供給するように構成しても良
い。また、上述の実施例においては、乗算器２８の出力
データＤＡを微動コントローラ２４を構成する積分補償
器４１だけに供給する例を示したが、これに限定され
ず、微動コントローラ２４の位相補償器４２を構成する
乗算器４９の所定定数（ＡＦ）が１に近い場合には、位
相補償器４２の内部状態（ｘ_Ｆ１）の修整を行うために
乗算器２８の出力データＤＡを位相補償器４２に供給す
るように構成しても良い。

【００３５】さらに、上述の実施例においては、符号反
転器２３、微動コントローラ２４、粗動コントローラ２
５、リミッタ２６、減算器２７及び乗算器２８をデジタ
ル回路で構成する例を示したが、これに限定されず、こ
れらをいずれもアナログ回路で構成しても良い。この場
合には、Ａ／Ｄ変換器２２、Ｄ／Ａ変換器２９及び３０
は不要となる。また、上述の実施例においては、この発
明を磁気ディスク装置のヘッド移動機構の位置決め制御
装置に適用する例を示したが、これに限定されない。こ
の発明は、粗動アクチュエータと、この粗動アクチュエ
ータにより駆動される粗動部の一端に固定された微動ア
クチュエータとを協調制御することにより、微動アクチ
ュエータの一端に取り付けられた微動部の位置決めを行
う位置決め制御装置であればどのようなものにも適用す
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、微動部から供給される位置誤差信号に基づい
て、微動部を位置決めするための微動制御信号を生成す
る微動制御手段と、微動制御信号を微動アクチュエータ
の可動範囲に対応した制限内になるように飽和処理して
微動アクチュエータに供給する飽和処理手段と、飽和処
理手段の出力信号と微動制御信号との差に基づいて、微
動制御信号を補正するための補正信号を生成する補正手
段とを備えているので、外部から加えられる振動や衝撃
が微動部の可動範囲を越えても、振動や衝撃の影響を低
減して高精度な位置決め制御をすることができる。ま
た、この発明の別の構成によれば、微動制御信号に基づ
いて、粗動アクチュエータに供給するための粗動制御信
号を生成する粗動制御手段を備えているので、粗動アク
チュエータの予見的な制御が可能となり、補正手段を構
成する乗算器の設計範囲を広くすることができ、安定余
裕が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である磁気ディスク装置の
ヘッド移動機構の位置決め制御装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図２】ヘッド移動機構の機械的構成を示す平面図であ
る。

【図３】粗動アクチュエータの入力端から微動部の出力
端までの周波数特性の一例であり、（ａ）はゲイン特性
の一例、（ｂ）は位相特性の一例である。

【図４】微動アクチュエータの入力端から微動部の出力
端までの周波数特性の一例であり、（ａ）はゲイン特性
の一例、（ｂ）は位相特性の一例である。

【図５】微動コントローラの電気的構成を示すブロック
図である。

【図６】微動コントローラの周波数特性の一例であり、
（ａ）はゲイン特性の一例、（ｂ）は位相特性の一例で
ある。

【図７】粗動コントローラの電気的構成を示すブロック
図である。

【図８】粗動コントローラの周波数特性の一例であり、
（ａ）はゲイン特性の一例、（ｂ）は位相特性の一例で
ある。

【図９】同装置における実験結果の一例であり、（ａ）
は微動アクチュエータから出力される位置誤差信号Ｓ_Ｅ
の特性の一例、（ｂ）は微動アクチュエータに供給され
る制御信号Ｓ_Ｃ２の特性の一例である。

【図１０】同装置において、出力データＤＡを微動コン
トローラにフィードバックせずに実験した場合の結果の
一例であり、（ａ）は微動アクチュエータから出力され
る位置誤差信号Ｓ_Ｅの特性の一例、（ｂ）は微動アクチ
ュエータに供給される制御信号Ｓ_Ｃ２の特性の一例であ
る。

【符号の説明】

１ヘッド移動機構２位置決め制御装置１１粗動部１２粗動アクチュエータ１３微動アクチュエータ１４微動部２４微動コントローラ（微動制御手段）２５粗動コントローラ（粗動制御手段）２６リミッタ（飽和処理手段）２７減算器（補正手段）２８乗算器（補正手段）３１，３２フィルタ４１積分補償器（積分補償手段）４２位相補償器（位相補償手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粗動アクチュエータと、この粗動アクチ
ュエータにより駆動される粗動部の一端に固定された微
動アクチュエータとを協調制御することにより、微動ア
クチュエータの一端に取り付けられた微動部の位置決め
を行う位置決め制御装置において、前記微動部から供給される位置誤差信号に基づいて、前
記微動部を位置決めするための微動制御信号を生成する
微動制御手段と、前記微動制御信号を前記微動アクチュエータの可動範囲
に対応した制限内になるように飽和処理して前記微動ア
クチュエータに供給する飽和処理手段と、前記飽和処理手段の出力信号と前記微動制御信号との差
に基づいて、前記微動制御信号を補正するための補正信
号を生成する補正手段とを備えてなることを特徴とする
位置決め制御装置。
【請求項２】前記微動制御手段は、前記微動制御信号
を積分補償する積分補償手段を有し、前記補正信号に基
づいて、前段積分補償手段の内部状態を変更することを
特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】前記微動制御手段は、前記微動制御信号
を位相補償する位相補償手段を有し、前記補正信号に基
づいて、前段位相補償手段の内部状態を変更することを
特徴とする請求項２記載の位置決め制御装置。
【請求項４】前記補正手段は、前記飽和処理手段の出
力信号と前記微動制御信号との差を求める減算器と、該
減算器の減算結果に所定定数を乗算して乗算結果を前記
補正信号とする乗算器とからなることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】前記補正信号の符号は、前記微動制御信
号が前記飽和処理手段の出力信号より大きい場合には、
前記積分補償手段の内部状態が減少する方向でフィード
バックがかかるように設定され、前記微動制御信号が前
記飽和処理手段の出力信号より小さい場合には、前記積
分補償手段の内部状態が増加する方向でフィードバック
がかかるように設定されていることを特徴とする請求項
２乃至４のいずれか１に記載の位置決め制御装置。
【請求項６】前記微動制御信号又は前記飽和処理手段
の出力信号に基づいて、前記粗動アクチュエータに供給
するための粗動制御信号を生成する粗動制御手段を備え
てなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に
記載の位置決め制御装置。
【請求項７】前記粗動アクチュエータはボイスコイル
・モータからなり、前記微動アクチュエータは電歪素子
からなり、前記粗動部はキャリッジアームからなり、前
記微動部は磁気ヘッドからなることを特徴とする請求項
１乃至６のいずれか１に記載の位置決め制御装置。