JP2001195850A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JP2001195850A JP2001195850A JP2000006255A JP2000006255A JP2001195850A JP 2001195850 A JP2001195850 A JP 2001195850A JP 2000006255 A JP2000006255 A JP 2000006255A JP 2000006255 A JP2000006255 A JP 2000006255A JP 2001195850 A JP2001195850 A JP 2001195850A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】目標トラックでのフォロイング動作において、
位置決め制御系には、位置決め精度向上を目的に、サー
ボ帯域の高帯域化が求めらる。しかし、機構系振動モー
ドがヘッド位置決めサーボ機構の安定性を確保するため
の制約となるため、制御系の帯域を高くすることには限
界がある。 【解決手段】機構系振動モードの共振周波数付近に反共
振点を持ち、共振振動周波数より高い周波数に共振点を
持つフィルタを位置決め対象と直列に接合し、機構系振
動モードの周波数特性を整形する。 【効果】機構系の振動モードの周波数が高周波数に移動
した特性と同等の効果が得られ、サーボ帯域の高帯域化
が可能となる。
位置決め制御系には、位置決め精度向上を目的に、サー
ボ帯域の高帯域化が求めらる。しかし、機構系振動モー
ドがヘッド位置決めサーボ機構の安定性を確保するため
の制約となるため、制御系の帯域を高くすることには限
界がある。 【解決手段】機構系振動モードの共振周波数付近に反共
振点を持ち、共振振動周波数より高い周波数に共振点を
持つフィルタを位置決め対象と直列に接合し、機構系振
動モードの周波数特性を整形する。 【効果】機構系の振動モードの周波数が高周波数に移動
した特性と同等の効果が得られ、サーボ帯域の高帯域化
が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
のヘッドの位置決め方法とそれを実施する装置に係り、
特に、磁気ヘッドを目標トラックに追従させる動作に関
する。
のヘッドの位置決め方法とそれを実施する装置に係り、
特に、磁気ヘッドを目標トラックに追従させる動作に関
する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータの外部記憶装置である磁気
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追従してデータ記録再生
を行っている。このような方式では、記憶容量を増加さ
せるため、年々微小になるトラック幅に対して、高精度
に位置決めするために追従制度を向上させる必要があ
る。しかし、追従精度を向上させるためには、制御系の
帯域を高くとり、アクチュエータの応答周波数を高める
ことが必要であるが、機構系振動モードの共振点がヘッ
ド位置決めサーボ機構の安定性を確保するための制約と
なり、制御系の帯域を高くすることには限界がある。こ
れに対して、従来から、機構系の共振点における振動を
制御系内で減衰させるためにノッチフィルタが用いられ
ているが位相遅れを増加させ安定性の確保を阻むことと
なる。そのため、特開平１０−２６９６７５号公報で
は、加速度センサをキャリッジアームに装着し、加速度
センサ出力をアクチュエータ駆動回路に位相補償器（加
速度フィードバック補償器）を介して電圧信号としてフ
ィードバックする。これにより、制御対象であるヘッド
位置決め機構と駆動回路に対して、加速度フィードバッ
クによるマイナーループが付与され、特に加速度フィー
ドバック補償器を３次以上の位相補償器とすることで機
構系共振点の振動のゲインを抑え、かつ位相遅れの少な
い特性とすることが可能となる。このような加速度フィ
ードバックのマイナーループを付与した特性を新たに制
御対象の特性とみなすことにより、安定性確保の制約と
なる共振点の振動には減衰が付与され、制御系の帯域を
高くすることが可能となる。
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追従してデータ記録再生
を行っている。このような方式では、記憶容量を増加さ
せるため、年々微小になるトラック幅に対して、高精度
に位置決めするために追従制度を向上させる必要があ
る。しかし、追従精度を向上させるためには、制御系の
帯域を高くとり、アクチュエータの応答周波数を高める
ことが必要であるが、機構系振動モードの共振点がヘッ
ド位置決めサーボ機構の安定性を確保するための制約と
なり、制御系の帯域を高くすることには限界がある。こ
れに対して、従来から、機構系の共振点における振動を
制御系内で減衰させるためにノッチフィルタが用いられ
ているが位相遅れを増加させ安定性の確保を阻むことと
なる。そのため、特開平１０−２６９６７５号公報で
は、加速度センサをキャリッジアームに装着し、加速度
センサ出力をアクチュエータ駆動回路に位相補償器（加
速度フィードバック補償器）を介して電圧信号としてフ
ィードバックする。これにより、制御対象であるヘッド
位置決め機構と駆動回路に対して、加速度フィードバッ
クによるマイナーループが付与され、特に加速度フィー
ドバック補償器を３次以上の位相補償器とすることで機
構系共振点の振動のゲインを抑え、かつ位相遅れの少な
い特性とすることが可能となる。このような加速度フィ
ードバックのマイナーループを付与した特性を新たに制
御対象の特性とみなすことにより、安定性確保の制約と
なる共振点の振動には減衰が付与され、制御系の帯域を
高くすることが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平１０
−２６９６７５号公報の方法では、加速度フィードバッ
クを必要とするため、加速度センサ等をキャリッジアー
ムに装着する必要があり、部品数の増加によりコストが
増加するという問題や、高速移動のため軽くなければな
らないキャリッジアームの重量が増加するという問題が
ある。
−２６９６７５号公報の方法では、加速度フィードバッ
クを必要とするため、加速度センサ等をキャリッジアー
ムに装着する必要があり、部品数の増加によりコストが
増加するという問題や、高速移動のため軽くなければな
らないキャリッジアームの重量が増加するという問題が
ある。
【０００４】本発明は、機構系の有する振動モードの制
御を、新たなセンサ等の機構部品を導入することなく行
うことにより、制御系の帯域の高帯域化を可能とする制
御方式を得ることを目的とする。
御を、新たなセンサ等の機構部品を導入することなく行
うことにより、制御系の帯域の高帯域化を可能とする制
御方式を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記した課題に対する解
決方法は、以下の構成からなる。機構系の有する振動モ
ードの共振周波数特性を整形することを目的としたフィ
ルタ（以下、共振補償フィルタと呼ぶこととする）を制
御対象に対して直列に付加する。このフィルタは、機構
系の共振周波数付近の振動をフィルタの零点による反共
振特性で相殺することで機構系の共振によるゲイン増加
を抑え、機構系の振動モードの共振周波数より通常1〜
1.5倍の周波数に共振特性を持つ極を設定することで設
定した零点による高周波数域のゲイン増加を抑制する。
この制御対象と共振補償フィルタを直列に結合したもの
を新たな制御対象とみなすとき、機構系の振動モードの
共振周波数が高周波数に移動した特性と同等になる。こ
れにより、目的とする制御系の帯域の高帯域化が可能と
なる。
決方法は、以下の構成からなる。機構系の有する振動モ
ードの共振周波数特性を整形することを目的としたフィ
ルタ（以下、共振補償フィルタと呼ぶこととする）を制
御対象に対して直列に付加する。このフィルタは、機構
系の共振周波数付近の振動をフィルタの零点による反共
振特性で相殺することで機構系の共振によるゲイン増加
を抑え、機構系の振動モードの共振周波数より通常1〜
1.5倍の周波数に共振特性を持つ極を設定することで設
定した零点による高周波数域のゲイン増加を抑制する。
この制御対象と共振補償フィルタを直列に結合したもの
を新たな制御対象とみなすとき、機構系の振動モードの
共振周波数が高周波数に移動した特性と同等になる。こ
れにより、目的とする制御系の帯域の高帯域化が可能と
なる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の位置決め制御方
法の実施例を説明するための、磁気ディスク装置のヘッ
ド位置決め制御系の構成図である。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。磁気ヘッド１は磁気ディスク上のサーボセ
クター７に記録されている位置信号を検出して現在位置
を知ることが可能となる。磁気ヘッドにより検出する位
置信号は、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を介して位置信号２０となり、
バス１３を介してＭＰＵ１６に取り込まれる。この位置
信号をＭＰＵ１６で処理し、以下の方法でＶＣＭ制御信
号２１を生成する。
法の実施例を説明するための、磁気ディスク装置のヘッ
ド位置決め制御系の構成図である。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。磁気ヘッド１は磁気ディスク上のサーボセ
クター７に記録されている位置信号を検出して現在位置
を知ることが可能となる。磁気ヘッドにより検出する位
置信号は、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を介して位置信号２０となり、
バス１３を介してＭＰＵ１６に取り込まれる。この位置
信号をＭＰＵ１６で処理し、以下の方法でＶＣＭ制御信
号２１を生成する。
【０００７】ＭＰＵ１６には、バス１３を介してＲＯＭ
１５、ＲＡＭ１４が設けられている。ＲＯＭ１５には、
ＭＰＵ１６で実行する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。
１５、ＲＡＭ１４が設けられている。ＲＯＭ１５には、
ＭＰＵ１６で実行する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。
【０００８】また、ＭＰＵ１６には、バス１３を介して
インターフェースコントローラ１７が接続されている。
インターフェースコントローラ１７は、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。ＭＰＵ１６は、デー
タのリードライトを要求するコマンドが発行されると、
ＲＯＭ１５に記録された位置決めの方法を実行して、現
在のヘッド位置２０から目標位置までの距離に対応して
目標速度を与え、図示しない速度制御系（シーク制御）
によりＶＣＭ制御信号２１を生成する。
インターフェースコントローラ１７が接続されている。
インターフェースコントローラ１７は、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。ＭＰＵ１６は、デー
タのリードライトを要求するコマンドが発行されると、
ＲＯＭ１５に記録された位置決めの方法を実行して、現
在のヘッド位置２０から目標位置までの距離に対応して
目標速度を与え、図示しない速度制御系（シーク制御）
によりＶＣＭ制御信号２１を生成する。
【０００９】ヘッドが目標位置に近づくと、位置制御系
（フォロイング制御）に切り替え、現在位置と目標位置
の差に基づいてＶＣＭ制御信号を生成する。
（フォロイング制御）に切り替え、現在位置と目標位置
の差に基づいてＶＣＭ制御信号を生成する。
【００１０】このように生成されたＶＣＭ制御信号２１
は、図１に示すようにＤＡ変換機１１を介してパワーア
ンプ制御信号２２となり、パワーアンプ１２を介して電
流２３に変換され、ＶＣＭ２へ印加される。ＶＣＭ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以上、本発明の位置決め制御装
置に関してその動作方法を説明した。本発明は、上記の
現在位置と目標位置の差に基づいてＶＣＭ制御信号２１
を生成する位置決め方法に関するものである。本発明の
位置決め制御方法における構成の詳細を以下に説明す
る。
は、図１に示すようにＤＡ変換機１１を介してパワーア
ンプ制御信号２２となり、パワーアンプ１２を介して電
流２３に変換され、ＶＣＭ２へ印加される。ＶＣＭ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以上、本発明の位置決め制御装
置に関してその動作方法を説明した。本発明は、上記の
現在位置と目標位置の差に基づいてＶＣＭ制御信号２１
を生成する位置決め方法に関するものである。本発明の
位置決め制御方法における構成の詳細を以下に説明す
る。
【００１１】図２は、本発明の位置制御系の数式モデル
によるブロック線図である。説明上制御対象の数式モデ
ル３０をＰ（ｚ）で表しておく。ここで制御対象とは、
図１において、ＭＰＵ１６で計算されるＶＣＭ制御信号
２１から、ＭＰＵ１６による処理が可能となるように生
成した位置信号２０までを表し、その入出力特性を表し
たものが伝達関数Ｐ（ｚ）である。
によるブロック線図である。説明上制御対象の数式モデ
ル３０をＰ（ｚ）で表しておく。ここで制御対象とは、
図１において、ＭＰＵ１６で計算されるＶＣＭ制御信号
２１から、ＭＰＵ１６による処理が可能となるように生
成した位置信号２０までを表し、その入出力特性を表し
たものが伝達関数Ｐ（ｚ）である。
【００１２】本実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）３０は剛
体モードと１つの振動モードからなる数３の機構系モデ
ルＰｃ（ｓ）をディジタル制御系を想定して零次ホール
ド付で離散化したものとする。
体モードと１つの振動モードからなる数３の機構系モデ
ルＰｃ（ｓ）をディジタル制御系を想定して零次ホール
ド付で離散化したものとする。
【００１３】
【数３】
【００１４】その際、サンプリング時間をＴｓとする。
例えば、αr＝−１、ζr＝０．０５、ωr＝４０００(H
z)とし、サンプリング時間Ｔｓを５０μｓとする。
例えば、αr＝−１、ζr＝０．０５、ωr＝４０００(H
z)とし、サンプリング時間Ｔｓを５０μｓとする。
【００１５】フォロイング制御部２７は、機構系の有す
る振動モードの周波数特性を望ましい形に整形する共振
補償フィルタ２９（伝達関数をＣｘ（ｚ）とする）と、
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
２８（伝達関数をＣｆ（ｚ）とする）から構成される。
以下、図２の信号の流れを説明する。目標位置２４と位
置信号２０の差分信号であるＰＥＳ２５を、フォロイン
グ補償器Ｃｆ（ｚ）２８に入力することにより、フォロ
イング補償器Ｃｆ（ｚ）の出力信号ｕｐ２６を生成し、
ｕｐ２６を共振補償フィルタＣｘ（ｚ）２９へ入力する
ことによりＶＣＭ制御信号２１を生成する。
る振動モードの周波数特性を望ましい形に整形する共振
補償フィルタ２９（伝達関数をＣｘ（ｚ）とする）と、
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
２８（伝達関数をＣｆ（ｚ）とする）から構成される。
以下、図２の信号の流れを説明する。目標位置２４と位
置信号２０の差分信号であるＰＥＳ２５を、フォロイン
グ補償器Ｃｆ（ｚ）２８に入力することにより、フォロ
イング補償器Ｃｆ（ｚ）の出力信号ｕｐ２６を生成し、
ｕｐ２６を共振補償フィルタＣｘ（ｚ）２９へ入力する
ことによりＶＣＭ制御信号２１を生成する。
【００１６】フォロイング補償器Ｃｆ（ｚ）２８は、次
のような特性を持つように設定する。外力が制御系に作
用する場合にも定常偏差を生じないように１次の積分特
性を与え、かつ所望の位相余裕として通常２０〜４０°
をとれるような１次の位相進み特性を与え、かつ所望の
ゲイン余裕として通常４〜７ｄＢを持つように、かつ制
御系の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ
周波数（入出力の振幅比が１となる周波数）が最も高く
取れるようにゲイン特性を与える。
のような特性を持つように設定する。外力が制御系に作
用する場合にも定常偏差を生じないように１次の積分特
性を与え、かつ所望の位相余裕として通常２０〜４０°
をとれるような１次の位相進み特性を与え、かつ所望の
ゲイン余裕として通常４〜７ｄＢを持つように、かつ制
御系の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ
周波数（入出力の振幅比が１となる周波数）が最も高く
取れるようにゲイン特性を与える。
【００１７】本発明の共振補償フィルタＣｘ（ｚ）２９
は数４に示す２次の離散時間フィルタとし、離散化にお
けるサンプリング時間をＴｓとする。
は数４に示す２次の離散時間フィルタとし、離散化にお
けるサンプリング時間をＴｓとする。
【００１８】
【数４】
【００１９】以下数４の係数ｐ0、ｐ1、ｐ2、ｑ1、ｑ2
の与え方を示す。次数４次の連続時間域での伝達関数Ｃ
ｘｃ（ｓ）を導入し数５で表す。
の与え方を示す。次数４次の連続時間域での伝達関数Ｃ
ｘｃ（ｓ）を導入し数５で表す。
【００２０】
【数５】
【００２１】本実施例ではディジタルフィルタにより適
用することを考えているため、数５を双一次変換するこ
とにより、数６のディジタルフィルタを得る。
用することを考えているため、数５を双一次変換するこ
とにより、数６のディジタルフィルタを得る。
【００２２】
【数６】
【００２３】これを数４と比較することでｐ0、ｐ1、ｐ
2、ｑ1、ｑ2を数７〜数１１で与えることが出来る。
2、ｑ1、ｑ2を数７〜数１１で与えることが出来る。
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
【数９】
【００２７】
【数１０】
【００２８】
【数１１】
【００２９】Ｃｘ（ｚ）２９の周波数特性は、機構系の
振動モードの極をＣｘ（ｚ）２９の零点で相殺すること
で、機構系の共振によるゲインの増加を抑え、機構系振
動モードの共振周波数より通常１〜１．５倍の周波数に
Ｃｘ（ｚ）２９の極を持つように与えるため、数５のω
1、ω2、ζ1、ζ2の調整方法は次のように行う。始め
に、Ｃｘ（ｚ）２９の零点が機構系振動モードの共振周
波数付近となるようにω1を選定する。次に、Ｃｘ
（ｚ）２９の極が機構系振動モードの共振周波数よりも
高い周波数となるようにω2を選定する。ζ1は機構系振
動モードのピークを低減させるように設定する。機構系
振動モードの減衰係数ζr＝０．０５であれば、ζ1は
０．０５〜０．５に設定する。ζ2は、設定した極によ
るフィルタの位相遅れが過度にならないようにζ1の
０．５〜２倍に設定する。
振動モードの極をＣｘ（ｚ）２９の零点で相殺すること
で、機構系の共振によるゲインの増加を抑え、機構系振
動モードの共振周波数より通常１〜１．５倍の周波数に
Ｃｘ（ｚ）２９の極を持つように与えるため、数５のω
1、ω2、ζ1、ζ2の調整方法は次のように行う。始め
に、Ｃｘ（ｚ）２９の零点が機構系振動モードの共振周
波数付近となるようにω1を選定する。次に、Ｃｘ
（ｚ）２９の極が機構系振動モードの共振周波数よりも
高い周波数となるようにω2を選定する。ζ1は機構系振
動モードのピークを低減させるように設定する。機構系
振動モードの減衰係数ζr＝０．０５であれば、ζ1は
０．０５〜０．５に設定する。ζ2は、設定した極によ
るフィルタの位相遅れが過度にならないようにζ1の
０．５〜２倍に設定する。
【００３０】次に、本発明を適用した場合の効果を示
す。その際、本発明を適用しない場合（共振補償フィル
タが無い場合）のフォロイング補償器は、Ｃｆ０（ｚ）
とし、Ｃｆ（ｚ）と同じ構造を持ち、例えば開ループ特
性Ｐ（ｚ）・Ｃｆ０（ｚ）において位相余裕を４０°、
かつゲイン余裕を７ｄＢとし、その条件下で開ループ特
性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ周波数が最高とな
る補償器とする。
す。その際、本発明を適用しない場合（共振補償フィル
タが無い場合）のフォロイング補償器は、Ｃｆ０（ｚ）
とし、Ｃｆ（ｚ）と同じ構造を持ち、例えば開ループ特
性Ｐ（ｚ）・Ｃｆ０（ｚ）において位相余裕を４０°、
かつゲイン余裕を７ｄＢとし、その条件下で開ループ特
性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ周波数が最高とな
る補償器とする。
【００３１】図３は本発明の第１の実施例に係り、共振
補償フィルタＣｘ（ｚ）２９のゲイン特性３１と位相特
性３２である。図３は、Ｃｘ（ｚ）が、機構系の共振点
がある４０００Ｈｚで反共振特性を有し、共振点より高
い５０００Ｈｚで共振特性を有し、４０００Ｈｚと５０
００Ｈｚの間で位相特性３２が凸状になる、位相進み補
償器であることを示している。
補償フィルタＣｘ（ｚ）２９のゲイン特性３１と位相特
性３２である。図３は、Ｃｘ（ｚ）が、機構系の共振点
がある４０００Ｈｚで反共振特性を有し、共振点より高
い５０００Ｈｚで共振特性を有し、４０００Ｈｚと５０
００Ｈｚの間で位相特性３２が凸状になる、位相進み補
償器であることを示している。
【００３２】従って、本発明を適用した場合のフォロイ
ング制御部２７の位相特性は、機構系の共振周波数付近
において凸形状を有するものとなる。このことは、制御
系をオープンループとしたときの制御系の一巡伝達関数
の位相特性（Ｃｆ（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）・Ｐ（ｚ））から
制御対象の位相特性（Ｐ（ｚ））を差し引くことにより
得られるものである。
ング制御部２７の位相特性は、機構系の共振周波数付近
において凸形状を有するものとなる。このことは、制御
系をオープンループとしたときの制御系の一巡伝達関数
の位相特性（Ｃｆ（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）・Ｐ（ｚ））から
制御対象の位相特性（Ｐ（ｚ））を差し引くことにより
得られるものである。
【００３３】図４は本発明の第１の実施例に係わり、制
御対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性３３と位相特性３５、及び
制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・
Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性３４と位相特性３６である。図
４は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）
に付加することにより与えられる、新たな制御対象Ｐ
（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の有する振動モードが、制御対象P
(z)の有する振動モードと比較して、共振点が４０００
Ｈｚから５０００Ｈｚに移動していることを示してい
る。
御対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性３３と位相特性３５、及び
制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・
Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性３４と位相特性３６である。図
４は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）
に付加することにより与えられる、新たな制御対象Ｐ
（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の有する振動モードが、制御対象P
(z)の有する振動モードと比較して、共振点が４０００
Ｈｚから５０００Ｈｚに移動していることを示してい
る。
【００３４】図５は本発明の第１の実施例に係わり、本
発明を適用した場合の開ループ特性Ｐ（ｚ）・Ｃｘ
（ｚ）・Ｃｆ（ｚ）のゲイン特性３８と位相特性4０、及
び本発明を適用しない場合の開ループ特性Ｐ（ｚ）・Ｃ
ｆ０（ｚ）のゲイン特性３７と位相特性３９である。図
５の開ループ特性はいずれも位相余裕４０°かつゲイン
余裕７ｄＢを満たすように与えている。本発明を適用し
ない場合の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオ
ーバ周波数は約１０００Ｈｚであり、本発明を適用した
場合の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ
周波数は約１３００Ｈｚであることを示している。本発
明により本実施例の制御系の帯域が約３０％向上するこ
とを示している。
発明を適用した場合の開ループ特性Ｐ（ｚ）・Ｃｘ
（ｚ）・Ｃｆ（ｚ）のゲイン特性３８と位相特性4０、及
び本発明を適用しない場合の開ループ特性Ｐ（ｚ）・Ｃ
ｆ０（ｚ）のゲイン特性３７と位相特性３９である。図
５の開ループ特性はいずれも位相余裕４０°かつゲイン
余裕７ｄＢを満たすように与えている。本発明を適用し
ない場合の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオ
ーバ周波数は約１０００Ｈｚであり、本発明を適用した
場合の開ループ特性におけるゲイン０ｄＢクロスオーバ
周波数は約１３００Ｈｚであることを示している。本発
明により本実施例の制御系の帯域が約３０％向上するこ
とを示している。
【００３５】図６は、本発明の第１の実施例に係わり、
本発明を適用した場合の感度関数のゲイン特性４２と、
本発明を適用しない場合の感度関数のゲイン特性４１で
ある。図６は、本発明を適用することにより１０００Ｈ
ｚ以下での感度関数のゲインを約２〜３ｄＢ圧縮できる
ことを示している。
本発明を適用した場合の感度関数のゲイン特性４２と、
本発明を適用しない場合の感度関数のゲイン特性４１で
ある。図６は、本発明を適用することにより１０００Ｈ
ｚ以下での感度関数のゲインを約２〜３ｄＢ圧縮できる
ことを示している。
【００３６】第２の実施例は、第１の実施例とほぼ同じ
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
【００３７】第１の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）は、
図４のゲイン特性３３と位相特性３５に示すように反共
振点を持たないものであった。ところで、機構系では構
成する部品のバラツキ等で反共振点を持つ場合がある。
そこで第２の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）は、共振点
及び反共振点を持つものとし、共振補償フィルタＣｘ
（ｚ）の共振点が制御対象Ｐ（ｚ）の反共振点と一致す
るように数５のω2を選定し、ζ2はＰ(ｚ)の反共振点に
よるゲインの落ち込みを低減するように選定する。その
他の構成は第１の実施例と同じである。
図４のゲイン特性３３と位相特性３５に示すように反共
振点を持たないものであった。ところで、機構系では構
成する部品のバラツキ等で反共振点を持つ場合がある。
そこで第２の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）は、共振点
及び反共振点を持つものとし、共振補償フィルタＣｘ
（ｚ）の共振点が制御対象Ｐ（ｚ）の反共振点と一致す
るように数５のω2を選定し、ζ2はＰ(ｚ)の反共振点に
よるゲインの落ち込みを低減するように選定する。その
他の構成は第１の実施例と同じである。
【００３８】図７は本発明の第２の実施例に係わり、制
御対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性４３と位相特性４５、およ
び制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）
・Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性４４と位相特性４６である。
図７は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ
（ｚ）に付加することにより与えられる、新たな制御対
象Ｐ（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の周波数特性において共振点が
無くなることを示している。このように、共振点のない
振動モードとすることにより制御する周波数帯域が拡大
する効果がある。
御対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性４３と位相特性４５、およ
び制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）
・Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性４４と位相特性４６である。
図７は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ
（ｚ）に付加することにより与えられる、新たな制御対
象Ｐ（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の周波数特性において共振点が
無くなることを示している。このように、共振点のない
振動モードとすることにより制御する周波数帯域が拡大
する効果がある。
【００３９】第３の実施例は、第１の実施例とほぼ同じ
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
【００４０】第１の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）３０
は剛体モードと１つの振動モードからなる数３の機構系
モデルＰｃ（ｓ）を零次ホールド付で離散化したもので
あった。ところで、第２の実施例と同様に機構系におい
ては、部品等のバラツキによっては、２つの共振点が顕
著に現われるものもある。そこで第３の実施例では、制
御対象Ｐ（ｚ）３０は剛体モードと２つの振動モードか
らなる数１２の機構系モデルＰｃ（ｚ）を、零次ホール
ド付で離散化したものとする。
は剛体モードと１つの振動モードからなる数３の機構系
モデルＰｃ（ｓ）を零次ホールド付で離散化したもので
あった。ところで、第２の実施例と同様に機構系におい
ては、部品等のバラツキによっては、２つの共振点が顕
著に現われるものもある。そこで第３の実施例では、制
御対象Ｐ（ｚ）３０は剛体モードと２つの振動モードか
らなる数１２の機構系モデルＰｃ（ｚ）を、零次ホール
ド付で離散化したものとする。
【００４１】
【数１２】
【００４２】数１２の第２項に示す振動モードに対して
設計する共振補償フィルタをＣｘ１（ｚ）とし、数１２
の第３項に示す振動モードに対して設計する共振補償フ
ィルタをＣｘ２（ｚ）とする。各共振補償フィルタの設
計法、及びその他の構成は第１の実施例と同じとする。
設計する共振補償フィルタをＣｘ１（ｚ）とし、数１２
の第３項に示す振動モードに対して設計する共振補償フ
ィルタをＣｘ２（ｚ）とする。各共振補償フィルタの設
計法、及びその他の構成は第１の実施例と同じとする。
【００４３】図８は本発明の第３の実施例に係り、制御
対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性４７と位相特性４９、および
制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・
Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性４８と位相特性５０である。図
８は、２つの共振補償フィルタＣｘ１（ｚ）、Ｃｘ２
（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）に付加することにより与えら
れる、新たな制御対象Ｐ（ｚ）・Ｃｘ１（ｚ）・Ｃｘ２
（ｚ）が有する２つの共振点が、制御対象Ｐ（ｚ）の有
する２つの共振点に対して、それぞれ高い周波数に存在
することを示している。このように、共振点を高周波数
側にずらすことにより、制御する周波数帯域を拡大する
ことができるという効果がある。
対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性４７と位相特性４９、および
制御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・
Ｃｘ（ｚ）のゲイン特性４８と位相特性５０である。図
８は、２つの共振補償フィルタＣｘ１（ｚ）、Ｃｘ２
（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）に付加することにより与えら
れる、新たな制御対象Ｐ（ｚ）・Ｃｘ１（ｚ）・Ｃｘ２
（ｚ）が有する２つの共振点が、制御対象Ｐ（ｚ）の有
する２つの共振点に対して、それぞれ高い周波数に存在
することを示している。このように、共振点を高周波数
側にずらすことにより、制御する周波数帯域を拡大する
ことができるという効果がある。
【００４４】第４の実施例は、第２の実施例とほぼ同じ
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
であるので、異なる点のみを説明し、同一の構成には同
じ符号をつけ説明は省略する。
【００４５】第２の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）３０
は剛体モードと共振点および反共振点を１つ持つ振動モ
ードからなる数３の機構系モデルＰｃ（ｓ）を、零次ホ
ールド付で離散化したものであった。ところで、第２の
実施例と同様に機構系によっては、それを構成する部品
等のバラツキによって、２つの共振点と、１つの反共振
点を有する振動モードを発生するものもある。そこで、
第４の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）３０は剛体モード
と２つの振動モードからなる数１２の機構系モデルＰｃ
（ｓ）を零次ホールド付で離散化したものとする。その
際、２つの共振点の間に反共振点を有するものとする。
また、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）の反共振点がＰ
（ｚ）の共振点のうち低い周波数にある共振点と一致す
るように数５のω1を選定し、Ｃｘ（ｚ）の共振点が制
御対象Ｐ（ｚ）の反共振点と一致するように数５のω2
を選定する。その他の構成は第２の実施例と同じとす
る。
は剛体モードと共振点および反共振点を１つ持つ振動モ
ードからなる数３の機構系モデルＰｃ（ｓ）を、零次ホ
ールド付で離散化したものであった。ところで、第２の
実施例と同様に機構系によっては、それを構成する部品
等のバラツキによって、２つの共振点と、１つの反共振
点を有する振動モードを発生するものもある。そこで、
第４の実施例では、制御対象Ｐ（ｚ）３０は剛体モード
と２つの振動モードからなる数１２の機構系モデルＰｃ
（ｓ）を零次ホールド付で離散化したものとする。その
際、２つの共振点の間に反共振点を有するものとする。
また、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）の反共振点がＰ
（ｚ）の共振点のうち低い周波数にある共振点と一致す
るように数５のω1を選定し、Ｃｘ（ｚ）の共振点が制
御対象Ｐ（ｚ）の反共振点と一致するように数５のω2
を選定する。その他の構成は第２の実施例と同じとす
る。
【００４６】図９は本発明の第４の実施例に係り、制御
対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性５１と位相特性５３、及び制
御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・Ｃ
ｘ（ｚ）のゲイン特性５２と位相特性５４である。図９
は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）に
付加することにより与えられる、新たな制御対象Ｐ
（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の周波数特性において、制御対象Ｐ
（ｚ）の持つ振動モードのうち低い周波数の共振周波数
のモードが無くなることを示している。このように、低
い方の共振周波数の振動モードを消すことによって制御
する周波数帯域を拡大することができる。
対象Ｐ（ｚ）のゲイン特性５１と位相特性５３、及び制
御対象に共振補償フィルタを直列結合したＰ（ｚ）・Ｃ
ｘ（ｚ）のゲイン特性５２と位相特性５４である。図９
は、共振補償フィルタＣｘ（ｚ）を制御対象Ｐ（ｚ）に
付加することにより与えられる、新たな制御対象Ｐ
（ｚ）・Ｃｘ（ｚ）の周波数特性において、制御対象Ｐ
（ｚ）の持つ振動モードのうち低い周波数の共振周波数
のモードが無くなることを示している。このように、低
い方の共振周波数の振動モードを消すことによって制御
する周波数帯域を拡大することができる。
【００４７】本実施例では、共振補償フィルタはディジ
タルフィルタとしているが、アナログフィルタとするこ
とも可能である。その場合には、共振補償フィルタは数
４で示すＣｘｃ（ｓ）となる。
タルフィルタとしているが、アナログフィルタとするこ
とも可能である。その場合には、共振補償フィルタは数
４で示すＣｘｃ（ｓ）となる。
【００４８】本実施例では、離散化の手法は双一次変換
としているが、整合Ｚ変換とすることも可能である。
としているが、整合Ｚ変換とすることも可能である。
【００４９】本実施例では、共振補償フィルタを制御対
象の前に直列結合しているが、制御対象の後ろに直列結
合することも可能である。
象の前に直列結合しているが、制御対象の後ろに直列結
合することも可能である。
【００５０】本実施例では、制御対象は一入力一出力系
としているが、多入力多出力系に対しても適用可能であ
る。その場合には、各入力から各出力までの伝達関数の
それぞれに対して直列にそれぞれの共振補償フィルタを
結合すれば良い。
としているが、多入力多出力系に対しても適用可能であ
る。その場合には、各入力から各出力までの伝達関数の
それぞれに対して直列にそれぞれの共振補償フィルタを
結合すれば良い。
【００５１】本実施例では、制御対象の振動モードの周
波数がばらつくことを想定していないが、振動モードの
周波数にばらつきがある場合にも本発明は適用可能であ
る。その場合には、ばらつきの範囲の中で最も高い周波
数の振動モードに合わせて共振補償フィルタを設計すれ
ばよい。
波数がばらつくことを想定していないが、振動モードの
周波数にばらつきがある場合にも本発明は適用可能であ
る。その場合には、ばらつきの範囲の中で最も高い周波
数の振動モードに合わせて共振補償フィルタを設計すれ
ばよい。
【００５２】
【発明の効果】磁気ディスク装置の位置決め制御系にお
いて、制御対象の持つ振動モードの周波数特性を高い周
波数に移動させる位相進みフィルタを制御対象に直列結
合することにより、制御系の帯域の高帯域化が可能とな
り、目標トラックへの追従精度の向上が可能となる。
いて、制御対象の持つ振動モードの周波数特性を高い周
波数に移動させる位相進みフィルタを制御対象に直列結
合することにより、制御系の帯域の高帯域化が可能とな
り、目標トラックへの追従精度の向上が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す磁気ディスク装置
のヘッド位置決め制御系の構成図。
のヘッド位置決め制御系の構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の位置決め制御方式のブ
ロック図。
ロック図。
【図３】本発明の第１の実施例の共振補償フィルタCx
(z)のゲイン特性と位相特性図。
(z)のゲイン特性と位相特性図。
【図４】本発明の第１の実施例の制御対象P(z)のゲイン
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
【図５】本発明の第１の実施例の開ループ特性P(z)・Cx
(z)・Cf(z)のゲイン特性と位相特性、及び開ループ特性P
(z)・Cf0(z)のゲイン特性と位相特性を示す図。
(z)・Cf(z)のゲイン特性と位相特性、及び開ループ特性P
(z)・Cf0(z)のゲイン特性と位相特性を示す図。
【図６】本発明の第1の実施例を適用した場合の感度関
数の周波数応答と、本発明を適用しない場合の感度関数
の周波数応答を示す図。
数の周波数応答と、本発明を適用しない場合の感度関数
の周波数応答を示す図。
【図７】本発明の第２の実施例の制御対象P(z)のゲイン
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
【図８】本発明の第３の実施例の制御対象P(z)のゲイン
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx1(z)・Cx2(z)のゲイン特性と位相特性
を示す図。
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx1(z)・Cx2(z)のゲイン特性と位相特性
を示す図。
【図９】本発明の第４の実施例の制御対象P(z)のゲイン
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
特性と位相特性、及び制御対象に共振補償フィルタを直
列結合したP(z)・Cx(z)のゲイン特性と位相特性を示す
図。
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、２０…位
置信号、２１…ＶＣＭ制御信号、２４…目標位置、２５
…ＰＥＳ、２８…フォロイング補償器、２９…共振補償
フィルタ、３０…制御対象。
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、２０…位
置信号、２１…ＶＣＭ制御信号、２４…目標位置、２５
…ＰＥＳ、２８…フォロイング補償器、２９…共振補償
フィルタ、３０…制御対象。
フロントページの続き (72)発明者 濱田 洋介 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 大澤 弘幸 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 小林 正人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 5D096 AA02 CC01 EE03 GG07 HH06 KK11 KK12 5H004 GA09 GB20 HA07 HB07 KB24 KB27 KB30 LA02 LA13 MA11 5H303 AA22 CC06 DD04 FF03 KK01
Claims (6)
- 【請求項１】位置決め対象の位置を表す位置信号と、目
標位置との差信号である位置誤差信号を用いて前記位置
誤差信号を小さくする操作信号を前記位置決め対象のア
クチュエータへ出力する位置決め制御装置において、 前記位置決め対象の有する振動モードの共振周波数付近
に反共振点を持ち、前記共振周波数より高い周波数に共
振点を持つフィルタを前記位置決め対象と直列に接合し
たことを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項２】位置決め対象の位置を表す位置信号と、目
標位置との差信号である位置誤差信号を用いて前記位置
誤差信号を小さくする操作信号を前記位置決め対象のア
クチュエータへ出力する位置決め制御装置において、 前記位置決め対象が共振と反共振を含む振動モードを持
つ場合、前記振動モードの共振周波数付近に反共振点を
持ち、反共振周波数付近に共振点を持つフィルタを前記
位置決め対象と直列に接合することを特徴とする位置決
め制御装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の位置決め制御装置におい
て、前記フィルタは前記反共振点と前記共振点の間で位
相を進めることを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項４】請求項１に記載の位置決め制御装置におい
て、前記振動モードが少なくとも２つ以上の共振点が存
在する場合、前記フィルタを２つ以上設けることを特徴
とする位置決め制御装置。 - 【請求項５】位置決め対象の位置を表す位置信号と、目
標位置との差信号である位置誤差信号を用いて前記位置
誤差信号を小さくする操作信号を該位置決め対象のアク
チュエータへ出力する位置決め制御装置において、 前記位置決め対象と直列に結合されるフィルタが 【数１】 の形式を含み、前記位置決め対象の有する振動モードの
周波数をωｒ、振動モードの減衰係数をζｒとしたと
き、前記フィルタを構成する各係数を 【数２】 としたことを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項６】位置決め対象の位置を表す位置信号と、目
標位置との差信号である位置誤差信号を用いて前記位置
誤差信号を小さくする操作信号を該位置決め対象のアク
チュエータへ出力する位置決め制御装置において、 前記位置決め対象と位置決め装置の一巡伝達関数の位相
特性から前記位置決め対象の位相特性を引くことにより
得られる位相特性の形状が、前記位置決め対象の有する
共振周波数の付近において凸形状を有していることを特
徴とする位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006255A JP4109812B2 (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006255A JP4109812B2 (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | 位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001195850A true JP2001195850A (ja) | 2001-07-19 |
| JP4109812B2 JP4109812B2 (ja) | 2008-07-02 |
Family
ID=18534812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000006255A Expired - Fee Related JP4109812B2 (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4109812B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006340190A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | フィルタ回路、及びそれを用いた磁気ディスク装置 |
| JP2007004910A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気ディスク装置 |
| WO2009031654A1 (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-12 | National University Corporation Yokohama National University | 駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置 |
| JP2016003934A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
| WO2016067741A1 (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御装置及びサーボ制御方法 |
-
2000
- 2000-01-12 JP JP2000006255A patent/JP4109812B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006340190A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | フィルタ回路、及びそれを用いた磁気ディスク装置 |
| JP2007004910A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気ディスク装置 |
| WO2009031654A1 (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-12 | National University Corporation Yokohama National University | 駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置 |
| JPWO2009031654A1 (ja) * | 2007-09-07 | 2010-12-16 | 国立大学法人横浜国立大学 | 駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置 |
| JP2016003934A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-01-12 | 一登 背戸 | 絶対変位センサ |
| WO2016067741A1 (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御装置及びサーボ制御方法 |
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