JP2001325006A - 位置決め時の騒音を低減する位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置決め装置、特に静粛性を要求されるディス
ク装置ヘッドの位置決め装置において、低コストにソフ
トウエア的に騒音を低減するとともに、装置の使用状況
に応じて、オンラインで静粛性と高速性の優先度を切り
換えられる位置決め時の騒音を低減する位置決め装置を
提供する。 【解決手段】位置決め装置であって、基準参照加速度軌
道、基準参照速度軌道、基準参照位置軌道を生成する基
準参照軌道生成モデルと、３種類の基準参照軌道を、フ
ィルタ調整器によりオンラインで特性を変更される全く
同じ特性の３つフィルタをそれぞれ通過させて参照加速
度軌道、参照速度軌道、参照位置軌道を生成する参照軌
道生成モデルと、制御対象の速度を推定する状態推定器
と、制御対象を参照軌道に追従させて移動し位置決めを
行う制御器を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め装置に関
し、特に、入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の
次元となる２重積分特性を持った制御対象を参照軌道に
追従させて移動しディスク装置ヘッド等の位置決めを行
う位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の技術に関連する刊行物として以
下の文献等が参照される。

【０００３】（１）.米国特許５８７５０６７、米国特
許５７８１３７３：カバーを振動させないように機構的
な改良を行ったもの。

【０００４】（２）.米国特許５９０１００９：実際の
制御ループ内にフィルタを含み、フィルタの特性が直接
制御系の安定性に関係するので、位置決めの最初から最
後まで一貫してフィルタを導入することが不可能なも
の。

【０００５】（３）.特許第２７２５５４７号：ヘッド
の目標位置、目標速度および目標加速度で規定される参
照軌道を発生する参照軌道発生手段と、ディスク面に対
するヘッドの位置を検出する位置検出手段により検出さ
れてヘッドの検出位置、ヘッドの検出加速度、参照軌道
の目標位置と目標速度を用いてヘッドを参照軌道に追従
させるための誤差補正信号を加速度の次元で生成する軌
道追従型のサーボ補償器と、誤差補正信号と参照軌道の
目標加速度を加算して加速度指令を生成する加算器と、
加速度指令、検出位置、検出速度を用いてモータを加速
度指令通りに駆動するためにモータへの入力を計算して
生成する逆動力学計算による入力生成手段を備えたディ
スク装置のヘッド位置決め装置の構成。

【０００６】（５）．特開２０００−２１１０３号公
報：シーク時における制御系内部のモデル側制御系に周
波数特性を持った切替面を有するスライディングモード
制御系を構成し、モデル側の計算周期をヘッド位置が観
測されるよりも短くすることにより、モデル側制御系か
ら、ＶＣＭ駆動系に与えられる制御電流指令の出力周期
をフィードバック制御器の出力周期よりも短くして電流
指令の変化を滑らかにし、ＶＣＭ高次共振モードを励起
しない高速シーク系を実現するシーク制御方法。

【０００７】近時、磁気ディスク装置は、コンピュータ
の記憶装置としてばかりでなく、セットトップボックス
（ＳＴＢ）や、テレビ、さらには、「ハードディスクレ
コーダ」と呼ばれる家電のオーディオ・ビジュアル（Ａ
Ｖ）データを記録・再生する装置としても使われるよう
になってきた。

【０００８】磁気ディスク装置のヘッドをあるトラック
から別のトラックへ移動させる位置決め動作（「シーク
動作」という）時の騒音は、従来より、抑制すべきもの
とされてきたが、磁気ディスク装置の家電分野への適用
が加速される状況の下、静粛性への要請は、ますます高
まってきている。

【０００９】また、以下に述べるソフトエア的な方法
は、基本的にはシーク動作時の加速度プロファイルを滑
らかにすることで騒音を制御する手法であり、静粛性と
位置決めに要する時間はトレードオフの関係にある。例
えば、静粛性を優先して滑らかな加速度プロファイルを
採用すれば、位置決め時間が余計にかかる、という具合
である。

【００１０】したがって、磁気ディスク装置の使用状況
に応じて、オンラインで静粛性と高速性の優先度を切り
換えられることが望まれている。

【００１１】図１７（ａ）は、磁気ディスク装置の構成
を示す斜視図、図１７（ｂ）はカバー１を外した状態の
分解斜視図である。磁気ディスク装置のシーク動作時の
位置決め騒音の主な原因は、カバー１が、ヘッド６の位
置決め機構の回転中心であるピボット２と固定ねじ７に
よって固定されている部分より振動（力）を受けて、振
動する、ことによるものとされている。

【００１２】従来、この騒音音原因となる振動を低減す
るため、機構的な観点からみた発明がなされている。例
えば、米国特許５８７５０６７では、図１８に示すよう
に、カバー８０１の固定ねじ８０３との接点部分の厚み
を周りよりも薄くする（８０２の部分）ことで、ピボッ
トからの振動が伝わりにくいような、工夫がなされてい
る。

【００１３】また、米国特許５７８１３７３では、図１
９に示すように、固定ねじで直接ピボット接触する部分
を、別部品８１４として設け、これを弾性のある振動吸
収部材８１３を介してカバー８１２に固定する技術が開
示されている。

【００１４】一方、カバーを振動させるもとの原因であ
る、シーク動作時のピボットそのものの振動を、シーク
動作の制御によって、ソフトウエア的に抑制する方法も
提案されている。

【００１５】米国特許５９０１００９には、図２０に示
すように、ヘッドを移動させるための参照速度を参照速
度発生器９０６より生成するが、この参照速度軌道ＶＲ
ＥＦを速度指令として、直接、速度制御器９０７に伝達
せず、ローパスフィルタ９０４を介して伝達している。
ただし、速度制御ループ内にローパスフィルタを入れた
場合、制御系の安定性に影響が及ぶため、パラメータα
を用いて、目標位置（ターゲット）までの残り距離に応
じてαの値を小さくする機構９０１を備え、係数α９０
２と係数（１−α）９０３により、ローパスフィルタ９
０４の効き具合を調整し、目標位置近傍では、実質的
に、αを零として、ローパスフィルタ９０４の効果がな
くなるようにして制御系の安定性を確保している。

【００１６】また、特許第２７２５５４７号、特開２０
００−２１１０３号公報等には、図２１に示すように、
一般に、「２自由度制御」あるいは「軌道追従型制御」
と呼ばれる制御系の構成をもとに、参照軌道の生成モデ
ルに改良を加えた技術が開示されている。

【００１７】２自由度制御あるいは軌道追従型制御と
は、図２１を参照して説明すると、入力が加速度の次元
に相当し、出力は位置の次元となる制御対象１０１を参
照軌道に追従させて移動し位置決めを行う位置決め装置
であって、参照加速度軌道２０６をフィードフォワード
（FeedForward）入力として、制御対象１０１に入力
し、さらに、参照位置軌道２０８と制御対象１０１の位
置２０１との追従誤差２０９と、参照速度軌道２０７と
状態推定器１０５より求めた推定速度２０２との追従誤
差２１０とを零とするように働くフィードバック制御器
１０４を具備するこ位置決め装置の制御をいう。

【００１８】このような構成のもと、特許第２７２５５
４７号には、図２２に示すように、ＶＣＭ（ボイスコイ
ルモータ）のモデル９１１を入力生成器９１２によって
駆動して、その内部状態から、参照加速度軌道９１３、
参照速度軌道９１４、参照位置軌道９１５として生成す
るが、その間に、ローパスフィルタ９１６を導入してい
る。

【００１９】また、特開２０００−２１１０３号公報で
は、ＶＣＭのモデルをスライディングモードと呼ばれる
制御手法で駆動して、参照軌道を生成する方法が開示さ
れており、周波数特性を持ったフィルタを導入し、機構
系の共振周波数を励起しないような方法が提案されてい
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術は下記記載の問題点を有している。

【００２１】米国特許５８７５０６７、米国特許５７８
１３７３に開示されている技術の問題点は、製品コスト
が上がる、ということである。

【００２２】その理由は、機械的な加工を行う必要があ
るからである。そして、ソフトウエア的な手法を併用す
れば更に静粛性を向上できる余地も残している。

【００２３】米国特許５９０１００９に開示されている
技術の問題点は、位置決めの最初から最後まで一貫して
フィルタを導入することが不可能であり、またローパス
フィルタの特性の変更をオンラインに行うこともできな
い、ということである。

【００２４】その理由は、ローパスフィルタが速度制御
系のループに直接組み込まれているため、ローパスフィ
ルタのカットオフ周波数のような特性が、そのまま制御
系全体の安定性に影響する、からである。また、ローパ
スフィルタの特性を変更するためには、制御系の安定性
を考慮して、パラメータαの減少曲線など参照モデル全
体の再設計を行う必要があるからである。

【００２５】特許第２７２５５４７号、特開２０００−
２１１０３号公報等に開示されている技術の問題点は、
ローパスフィルタの特性の変更をオンラインに行うこと
ができない、ということである。

【００２６】その理由は、何れの方法もＶＣＭのモデル
を安定化するループを構成しているが、そのループの内
部にローパスフィルタを組み込んでおり、やはりローパ
スフィルタの特性を変更するためには、参照モデル全体
の再設計が必要となるからである。

【００２７】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、入力が加速度の
次元に相当し、出力は位置の次元となる２重積分特性を
持った制御対象を参照軌道に追従させて移動し位置決め
を行う位置決め装置、特に静粛性を要求されるディスク
装置ヘッドの位置決め装置において、低コストにソフト
ウエア的に騒音を低減し、装置の使用状況に応じて、オ
ンラインで静粛性と高速性の優先度を切り換えられる位
置決め時の騒音を低減する位置決め装置を提供すること
にある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の次元
となる制御対象を参照軌道に追従させて移動し位置決め
を行う位置決め装置であって、基準参照加速度軌道、基
準参照速度軌道、基準参照位置軌道を生成する基準参照
軌道生成モデルと、３種類の基準参照軌道を全く同じ特
性の３つフィルタをそれぞれ通過させて参照加速度軌
道、参照速度軌道、参照位置軌道を生成する参照軌道生
成モデルと、制御対象の速度を推定する状態推定器を有
し、参照加速度軌道をフィードフォワード入力として制
御対象に入力し、さらに参照位置軌道と制御対象の位置
との追従誤差と、参照速度軌道と前記状態推定器より求
めた推定速度との追従誤差とを零とするように働くフィ
ードバック制御器を具備することを特徴としている。

【００２９】本発明は基準参照加速度軌道、基準参照位
置軌道を生成する基準参照軌道生成モデルと、前記２種
類の基準参照軌道を全く同じ特性の２つフィルタをそれ
ぞれ通過させて参照加速度軌道、参照位置軌道を生成す
る参照軌道生成モデルを有し、前記参照加速度軌道をフ
ィードフォワード入力として前記制御対象に入力し、さ
らに前記参照位置軌道と前記制御対象の位置との追従誤
差を零とするように働くフィードバック制御器を備えて
いる。

【００３０】前記参照軌道生成モデルは、前記フィルタ
のカットオフ周波数などの特性をオンラインで変更する
フィルタ調整器を有する。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明は、その好ましい一実施の形態において、
図１を参照すると、入力が加速度の次元に相当し、出力
は位置の次元となる制御対象を参照軌道に追従させて移
動し位置決めを行う位置決め装置であって、基準参照加
速度軌道２１２、基準参照速度軌道２１３、基準参照位
置軌道２１４を生成する手段である基準参照軌道生成モ
デル１０８と、これら３種類の基準参照軌道を全く同じ
特性の３つフィルタ１０９、１１０、１１１をそれぞれ
通過させて参照加速度軌道２０７、参照速度軌道２０
８、参照位置軌道２０９を生成する手段である参照軌道
生成モデル１０７を備えている。

【００３２】さらに、制御対象１０１の速度を推定する
状態推定器１０５を備え、参照加速度軌道を、フィード
フォワード入力として制御対象１０１に入力し、さらに
前記参照位置軌道と制御対象１０１の位置との追従誤差
と、前記参照速度軌道と前記状態推定器１０５より求め
た推定速度との追従誤差とを零とするように制御するフ
ィードバック制御器１０４を備える。

【００３３】フィルタ１０９、１１０、１１１により特
定の（高周波数域、もしくは共振周波数付近）周波数成
分が参照軌道より除去され騒音の制御ができると同時
に、フィルタ１０９、１１０、１１１が、基準参照軌道
生成モデルと、実際の追従制御を行う制御系との間に組
み込まれるため、基準参照軌道生成モデルや制御系と無
関係に、フィルタの特性のみを変更することができる。

【００３４】本発明は、軌道追従制御にあたり、速度の
情報が必要とならない場合、入力が加速度の次元に相当
し、出力は位置の次元となる制御対象を参照軌道に追従
させて移動し位置決めを行う位置決め装置において、基
準参照加速度軌道、基準参照位置軌道を生成する基準参
照軌道生成モデルと、前記２種類の基準参照軌道を全く
同じ特性の２つフィルタをそれぞれ通過させて参照加速
度軌道、参照位置軌道を生成する参照軌道生成モデルを
有し、前記参照加速度軌道をフィードフォーワード入力
として前記制御対象に入力し、さらに前記参照位置軌道
と前記制御対象の位置との追従誤差を零とするように働
くフィードバック制御器を備えた構成としてもよい。

【００３５】本発明において、前記参照軌道生成モデル
内に、前記フィルタのカットオフ周波数などの特性を、
騒音の抑制と位置決めに要する時間のトレードオフで、
オンラインで変更するフィルタ調整器を備えた構成とし
てもよい。その結果、磁気ディスク装置を使ったコンピ
ュータや家電の設計者は、磁気ディスク装置の使用状況
に応じて、数個のパラメータ値を変更する（もしくは磁
気ディスク装置にコマンドを発行する）のみで、静粛性
優先や高速性優先といった磁気ディスク装置の仕様の変
更をオンラインで行うことができる。

【００３６】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して以下
に説明する。図１は、本発明の一実施例の構成を示す図
である。図１において、制御対象１０１は、図１７に示
されるドライバによって駆動されるボイスコイルモータ
３とキャリッジアーム４、ヘッド６などから構成され
る。

【００３７】制御対象１０１からは、位置決めの対象で
ある制御対象１０１の位置（ヘッド位置）２０１が、所
望のトラックとの相対位置の形で出力される。ここで
は、ディジタルコントローラを想定しているため、ゼロ
次ホールド回路１０２とサンプラ１０３とが、制御対象
１０１の前後に、それぞれ配設されている。

【００３８】図３は、ボイスコイルモータへの入力から
ヘッド位置２０１までの周波数応答（ゲインと位相の周
波数特性）を示す図である。図３から、高周波数域の共
振を無視すれば、ボイスコイルモータへの入力は、ヘッ
ド位置の加速度の次元、出力は位置の次元となる２重積
分器に相当していることがわかる。すなわち低周波数域
のゲインが−４０ｄＢ／ｄｅｃの傾きをもち、位相が−
１８０度であるためである。

【００３９】ＰＩＤ制御器１０４は、各参照軌道２０
６、２０７、２０８に、制御対象１０１の状態を追従さ
せるためのものである。軌道追従型の制御器であればよ
く、ＰＩＤの構成に限定されるものではない。

【００４０】ここでは、参照位置軌道２０８と、制御対
象１０１の位置２０１との位置追従誤差２０９に積分
（ディジタル系であるため加算）動作と比例動作を施
し、参照速度軌道２０７と状態推定器１０５により推定
された制御対象１０１の推定速度２０５との速度追従誤
差２１０に比例動作を施して、フィードバック制御信号
を出力する。

【００４１】なお、積分動作は過渡応答調整のため、ス
イッチ１０６により位置決め終了直前より開始しても良
い。

【００４２】また、参照加速度軌道２０６は、フィード
バック制御器の遅れを補い、追従精度を向上させるため
にフィードフォワード入力として制御信号２１１を生成
するためにＰＩＤ制御器１０４からの出力に加算され
る。

【００４３】このような構成は、２自由度制御系、もし
くは軌道追従型制御系として参照されるもので、参照軌
道に高速に制御対象の状態を追従させることができる一
般的な手法である。

【００４４】参照軌道生成モデル１０７は、基準参照加
速度軌道２１２、基準参照速度軌道２１３、基準参照位
置軌道２１４を生成する基準参照軌道生成モデル１０８
と、全く同じ特性（例えばカットオフ周波数）を有する
ローパスフィルタＡ１０９、ローパスフィルタＣ１１
０、ローパスフィルタＢ１１１より構成される。

【００４５】図４は、加速度の次元に相当するボイスコ
イルモータ（ＶＣＭ）の電流値から騒音の主因であるカ
バーの振動までの伝達特性を示す図である。ローパスフ
ィルタの役割は、この伝達特性の２ｋＨｚ前後の可聴域
の周波数成分を参照軌道から取り除き、騒音を制御する
ものである。

【００４６】例えば、このローパスフィルタは、式
（１）で表される１次のローパスフィルタである。

【００４７】 yk(i)=Af・yk(i-1）+(1-Af)・uk(i) …（1）

【００４８】ただし、式（１）において、Ａｆは、カッ
トオフ周波数を決定するパラメータであり、ディジタル
系のサンプリング時間をＴｓ、カットオフ周波数をｆと
すれば、 Ａｆ＝ｅｘｐ（−２・π・ｆ・Ｔｓ） で計算される。

【００４９】また、ｕｋ（ｉ）はフィルタへの入力、ｙ
ｋ（ｉ）はフィルタの出力、ｙｋ（ｉ−１）は前回サン
プリングのフィルタ出力である。

【００５０】例えば、サンプリング時間Ｔｓ＝８３．３
マイクロ秒、カットオフ２００ＨｚであればＡｆ＝０．
９となるので、ローパスフィルタ調整器１１２は、この
Ａｆというパラメータ一つを、０．９から０までの任意
の値に選ぶだけで、カットオフ２００Ｈｚ（静粛性大、
低速）から無限大（静粛性小、高速）まで無段階で静粛
性を、必要とされる高速性とのトレードオフで調整する
ことが可能となる。

【００５１】なお、カットオフ無限大とは、すなわちＡ
ｆ＝０であり、基準参照軌道がそのまま出力される状態
である。

【００５２】図２は、この参照軌道生成モデル１０７の
詳細を示したものである。基本的には制御対象の数値モ
デル１０１にシーク動作をさせて、その時の内部状態を
基準参照軌道として生成する基準参照軌道生成モデルと
上述の３つのローパスフィルタより構成される。

【００５３】制御対象の数値モデル３０１は、２重積分
器と見なせる制御対象１０１をサンプリング時間Ｔｓで
離散化したものである。

【００５４】例えば、式（２）や、演算時間遅れＴｄの
影響も考慮した式（３）などような状態方程式で規定さ
れる。

【００５５】

【００５６】 …(３)

【００５７】いずれのモデルも式（２）、（３）に従
い、入力ａ（ｉ）を受け、次サンプリングの状態、すな
わちモデルの位置３０２、ｐ（ｉ＋１）とモデルの速度
３０３、ｖ（ｉ＋１）を計算するためのものである。

【００５８】この数値モデル３０１に対して、速度制
御、位置制御ができるように決定された状態フィードバ
ック係数が、速度ゲイン３０５と位置ゲイン３０６が設
定される。

【００５９】速度プロファイル３０８は、例えば式
（４）で表される関数（簡易的にはテーブル引きするこ
ともある）であり、通常は、実際の制御対象のシーク動
作の制御に利用されるものである。

【００６０】

【００６１】しかし、ここでは、数値モデル３０１に対
して、この速度プロファイルを用いてシーク動作を実行
させる構成となっている。

【００６２】式（４）は、最終目標位置３０９とモデル
の位置３０２との偏差ｐｅの関数として定義され、速度
プロファイルと呼ばれる目標速度ｖｄを生成する。

【００６３】ただし、ａｄは、減速時の基準加速度、ｃ
ｓは減速の最終段階を滑らかにするための設計パラメー
タであり、通常０．０００５から０．００１程度の値が
使用される。

【００６４】この速度プロファイル３０８より生成され
た信号はモデルの速度３０３との偏差をとって速度ゲイ
ン３０５を乗じた後、ボイスコイルモータの性能を考慮
した飽和要素３０７を通して、制御対象の数値モデル３
０１にフィードバックされる。

【００６５】もし、制御対象の数値モデルを実際の制御
対象に読み替えれば既存のシーク動作と同じであり、こ
の構成は、数値モデル３０１にシーク動作を行わせるた
めのものとなっている。

【００６６】また、スイッチ３１０とスイッチ３１１は
共に接点Ａ側からシーク動作を開始し、最終目標位置３
０９とモデルの位置３０２との偏差ｐｅが、１トラック
幅以下となった時点で、接点Ｂ側に切り替わる。

【００６７】これにより、速度プロファイルの出力は、
零に固定され、さらに、モデルの位置３０２がドリフト
しないように、位置ゲイン３０６による位置制御が開始
される。

【００６８】この例では、等価的な逆起電力係数３０４
により、逆起電力による電圧降下に相当する加速度３１
３を、飽和要素３０７の出力３１２より減じたものが、
基準参照加速度軌道２１２として生成され、モデルの速
度３０３が、基準参照速度軌道２１３、モデルの位置３
０２が基準参照速度軌道２１４として生成される。

【００６９】以上、基準参照生成モデルの構成を説明し
たが、基本的には、加速度、速度、位置の次元で矛盾の
生じないよう（加速度の積分値は速度に一致するなど）
に、軌道を生成するモデルであれば、本発明による基準
参照軌道生成モデルとして採用可能である。

【００７０】その理由は、以下に述べるローパスフィル
タの構成は、基準参照軌道生成モデルの構成に因る部分
がないからである。

【００７１】最後に、参照軌道生成モデル１０７は、基
準参照軌道２１２、２１３、２１４を、それぞれ全く同
じ特性を持つローパスフィルタＡからＣを通過させた
後、参照軌道２０６、２０７、２０８を生成する。

【００７２】これらの参照軌道は、上述のように２自由
度制御系の参照軌道として使用される。

【００７３】ここで注目すべきは、本発明では全く同じ
特性の線形なローパスフィルタを使用しているため、基
準参照軌道が加速度、速度、位置として矛盾なく生成さ
れていれば（加速度軌道を積分すれば速度軌道となり、
その速度軌道を積分すれば位置軌道となる関係）、どの
ようにカットオフ（係数Ａｆ）を設定してもローパスフ
ィルタ通過後の参照軌道も加速度、速度、位置として矛
盾を生じないという点である。

【００７４】本発明の一実施例の動作について、図１、
図２、図５から図１６を参照して、以下に詳細に説明す
る。ここでは、磁気ディスク装置のヘッドをあるトラッ
クから別のトラックへ移動させるシーク動作を行う場合
について説明する。

【００７５】まず、シーク動作のターゲットとなる目標
位置３０９が決定され、基準参照軌道生成モデル１０８
に伝達される。

【００７６】また、ローパスフィルタ調整器１１２は、
上位より要求される静粛性と高速性のトレードオフによ
り、例えば０．９から０の間で式（１）の係数Ａｆを決
定する。

【００７７】目標位置３０９がシーク開始により更新さ
れると、スイッチ３１０とスイッチ３１１の接点はＡ側
（図３参照）にリセットされる。

【００７８】また、目標位置３０９と現在のモデルの位
置３０２との間に偏差を生じるので、速度プロファイル
３０８は、式（４）に従って、目標速度となる出力を計
算する。

【００７９】この計算結果と、モデルの速度３０３との
偏差に、速度ゲイン３０５を乗じた後、ボイスコイルモ
ータの物理的性能を超えないように設けられた飽和要素
３０７を通して、制御信号３１２として、制御対象の数
値モデル３０１に伝達され、これを駆動する。

【００８０】ただし、実効的に得られる加速度は、逆起
電力による電圧降下に相当する加速度３１３を減じる必
要があることから、制御信号３１２から、信号３１３
（等価的な逆起電力係数３０４により逆起電力による電
圧降下に相当する加速度）を減じたものが制御対象の数
値モデル３０１に伝達される。

【００８１】この制御対象の数値モデル３０１に伝達さ
れる信号が、基準参照加速度軌道２１２となる。

【００８２】このようにして、速度プロファイル３０８
は、制御対象の位置が目標位置３０９に到達するように
適切な目標速度を出力し続け、その結果として得られる
モデルの速度３０３と、モデル３０１の位置３０２は、
それぞれ、基準参照速度軌道２１３、基準参照速度軌道
２１４となる。

【００８３】制御対象の数値モデル３０１は、基本的に
は２重積分器であり、これらの基準参照軌道は、如何な
る状況下でも、加速度、速度、位置として矛盾を生じな
い。最終的には、モデルの位置３０２が目標位置３０９
に接近して、残り距離が１トラック幅以下という条件を
満たすので、その時点でスイッチ３１０と３１１は接点
Ｂに切り替わり、目標速度は零となり、位置フィードバ
ックがかかるので、制御対象の位置３０９は、目標位置
と一致した状態で停止する。これは、基準参照軌道の生
成が終了したことを意味する。

【００８４】上記のような過程で生成された基準参照軌
道は、一方で、リアルタイムに３つのローパスフィルタ
１０９、１１０、１１１で処理された後、参照軌道２０
６、２０７、２０８として２自由度制御系へ伝達され
る。

【００８５】ＰＩＤ制御器１０４は、参照軌道が動的に
生成さている間、各参照軌道２０６、２０７、２０８
に、実際の制御対象の状態を追従させるように動作す
る。すなわち、参照位置軌道２０８と制御対象の位置２
０１との位置追従誤差２０９に積分（ディジタル系なの
で加算）動作と比例動作を施し、参照速度軌道２０７と
状態推定器１０５により推定された制御対象の推定速度
２０５との速度追従誤差２１０に比例動作を施してフィ
ードバック制御則を出力する。

【００８６】また、参照加速度軌道２０６は、フィード
バック制御器の遅れを補い、追従精度を向上させるため
にフィードフォワード入力として制御信号２１１を生成
するためにＰＩＤ制御器からの出力に加算される。な
お、積分動作は過渡応答調整のため、スイッチ１０６に
より位置決め終了直前より開始しても良い。

【００８７】以上の動作により、ローパスフィルタのカ
ットオフに応じた騒音制御を実現したうえで、制御対象
の状態は参照軌道に精度良く追従し、シーク動作が完遂
される。

【００８８】図５から図７は、ローパスフィルタのカッ
トオフ無限大、すなわちＡｆ＝０に設定し、約８．４ｍ
ｍヘッドを移動させるための参照軌道（参照加速度軌
道、参照速度軌道、参照位置軌道）を生成した場合の例
を示す図である。この場合、Ａｆ＝０であるため、図５
から図７までの参照軌道は、基準参照軌道と一致してい
る。

【００８９】また、図８は、図５から図７の参照軌道を
用いて、シーク動作を実行した場合のカバー（図１７参
照）の振動（加速度計の出力）の時刻歴応答を示す図で
ある。

【００９０】図９から図１１は、ローパスフィルタのカ
ットオフ４００Ｈｚ、すなわちＡｆ＝０．８１に設定
し、約８．４ｍｍヘッドを移動させるための参照軌道
（参照加速度軌道、参照速度軌道、参照位置軌道）を生
成した場合の例を示す図である。ここで、基準参照軌道
は、図５から７と同一である。

【００９１】また、図１２は、図９から図１１の参照軌
道を用いて、シーク動作を実行した場合のカバーの振動
（加速度計の出力）の時刻歴応答を示す図である。

【００９２】図１２を図８の結果と比較すると、明らか
に、図１２に示す例の方が、カバーの振動が抑制されて
おり、静粛性が改善されている（騒音計による計測で約
５ｄＢ改善されている）。

【００９３】また、位置決めに要する時間は、カットオ
フ無限大（高速仕様）時と比べ、約２ミリ秒ほど伸びて
いる。

【００９４】図１３から図１５は、ローパスフィルタの
カットオフ２００Ｈｚ、すなわちＡｆ＝０．９０に設定
し、約８．４ｍｍヘッドを移動させるための参照軌道
（参照加速度軌道、参照速度軌道、参照位置軌道）を生
成した場合の例である。ここで、基準参照軌道は、図５
から図７と同一である。

【００９５】また、図１６は、図１３から図１５の参照
軌道を用いてシーク動作を実行した場合のカバーの振動
（加速度計の出力）の時刻歴応答を示す図である。

【００９６】図１６を参照すると、カットオフ４００Ｈ
ｚ時の図１２に示す例より、カバーの振動が抑制されて
おり、さらに静粛性が改善されている。また、位置決め
に要する時間は、カットオフ無限大（高速仕様）時と比
べ約５ミリ秒ほど伸びている。

【００９７】以上の例からもわかるように、本発明よれ
ば、ローパスフィルタの係数Ａｆを変更するのみで、き
わめて容易に、静粛性と高速性とのトレードオフを無段
階に調整することを可能としており、オンラインでの騒
音制御レベルの設定ができる。

【００９８】本発明の別の実施例として、制御対象の速
度を制御に使用する場合、状態推定器を用いずに、直接
タコジェネレータ等のセンサ付加して、その情報を利用
しても良い。

【００９９】フィルタ１０９、１１０、１１１は、線形
なフィルタであれば、ローパスフィルタではなく、カバ
ーなどの機械共振周波数付近を減衰させるバンドエリミ
ネイテッド（ノッチ）フィルタとしても良い。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記記載の効果を奏する。

【０１０１】本発明の第１の効果は、フィルタによりソ
フトウエア的に特定の周波数成分が参照軌道より除去さ
れて騒音の制御ができるとともに、基準参照軌道生成モ
デルや制御系と無関係に、フィルタの特性のみを変更す
ることできる、ということである。

【０１０２】その理由は、本発明においては、入力が加
速度の次元に相当し、出力は位置の次元となる制御対象
を参照軌道に追従させて移動し位置決めを行う位置決め
装置であって、基準参照加速度軌道、基準参照速度軌
道、基準参照位置軌道を生成する基準参照軌道生成モデ
ルと、３種類の参照軌道を全く同じ特性の３つフィルタ
をそれぞれ通過させて、参照加速度軌道、参照速度軌
道、参照位置軌道を生成する参照軌道生成モデルと、制
御対象の速度を推定する状態推定器を有し、参照加速度
軌道をフィードフォーワード入力として制御対象に入力
し、さらに参照位置軌道と制御対象の位置との追従誤差
と、参照速度軌道と前記状態推定器より求めた推定速度
との追従誤差とを零とするように働くフィードバック制
御器を具備しているからである。

【０１０３】本発明の第２の効果は、フィルタのみに関
係する数パラメータ値を変更するのみで、静粛性優先や
高速性優先といった磁気ディスク装置の仕様の変更をオ
ンラインで行うことができる、ということである。

【０１０４】その理由は、本発明においては、参照軌道
生成モデル内にフィルタのカットオフ周波数などの特性
を、騒音の抑制と位置決めに要する時間とのトレードオ
フで、オンラインで変更するフィルタ調整器を具備して
いるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の参照軌道生成モデル１０７
の詳細を示す図である。

【図３】本発明の一実施例における制御対象のボイスコ
イルモータへの入力からヘッド位置までの周波数応答の
一例を示す図である。

【図４】本発明の一実施例におけるボイスコイルモータ
電流値からカバー振動までの周波数応答を示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施例におけるローパスフィルタの
カットオフ無限大（Ａｆ＝０）時の参照加速度軌道の時
刻歴応答を示す図である。

【図６】本発明の一実施例におけるローパスフィルタの
カットオフ無限大（Ａｆ＝０）時の参照速度軌道の時刻
歴応答を示す図である。

【図７】本発明の一実施例におけるローパスフィルタの
カットオフ無限大（Ａｆ＝０）時の参照位置軌道の時刻
歴応答を示す図である。

【図８】本発明の一実施例におけるローパスフィルタの
カットオフ無限大（Ａｆ＝０）時のカバー振動（加速
度）の時刻歴応答を示す図である。

【図９】本発明の一実施例におけるローパスフィルタの
カットオフ４００Ｈｚ（Ａｆ＝０．８１）時の参照加速
度軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１０】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ４００Ｈｚ（Ａｆ＝０．８１）時の参照速
度軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１１】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ４００Ｈｚ（Ａｆ＝０．８１）時の参照位
置軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１２】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ４００Ｈｚ（Ａｆ＝０．８１）時のカバー
振動（加速度）の時刻歴応答を示す図である。

【図１３】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ２００Ｈｚ（Ａｆ＝０．９０）時の参照加
速度軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１４】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ２００Ｈｚ（Ａｆ＝０．９０）時の参照速
度軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１５】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ２００Ｈｚ（Ａｆ＝０．９０）時の参照位
置軌道の時刻歴応答を示す図である。

【図１６】本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
のカットオフ２００Ｈｚ（Ａｆ＝０．９０）時のカバー
振動（加速度）の時刻歴応答を示す図である。

【図１７】一般的な磁気ディスク装置の機構部分構成を
示す斜視図である

【図１８】機構的な改善により騒音を低減する従来技術
の構成を示す図である。

【図１９】機構的な改善により騒音を低減する別の従来
技術の構成を示す図である。

【図２０】ソフト的な改善により騒音を低減する従来技
術の構成を示す図である。

【図２１】一般的な２自由度制御系（軌道追従型の制御
系）の構成を示す図である。

【図２２】ソフト的な改善により騒音を低減する別の従
来技術の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 磁気ディスク装置カバー ２ ピボット ３ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ） ４ キャリッジアーム ５ ディスク ６ ヘッド ７ 固定用ねじ １０１ 制御対象 １０２ ゼロ次ホールド回路 １０３ サンプラ １０４ ＰＩＤ制御器 １０５ 状態推定器 １０６ 積分器スイッチ １０７ 参照軌道生成モデル １０８ 基準参照軌道生成モデル １０９ ローパスフィルタＡ １１０ ローパスフィルタＣ １１１ ローパスフィルタＢ １１２ ローパスフィルタ調整器 ２０１ 制御対象の位置 ２０２ 速度推定値 ２０３ ＰＩＤ制御器の積分ゲイン ２０４ ＰＩＤ制御器の比例ゲイン ２０５ ＰＩＤ制御器の微分ゲイン（速度比例ゲイン） ２０６ 参照加速度軌道 ２０７ 参照速度軌道 ２０８ 参照位置軌道 ２０９ 位置の追従誤差 ２１０ 速度の追従誤差 ２１１ 制御入力 ２１２ 基準参照加速度軌道 ２１３ 基準参照速度軌道 ２１４ 基準参照位置軌道 ３０１ 制御対象の数値モデル ３０２ モデルの位置 ３０３ モデルの速度 ３０４ 等価逆起電力係数 ３０５ 参照モデルの速度フィードバックゲイン ３０６ 参照モデルの位置フィードバックゲイン ３０７ 飽和要素 ３０８ 速度プロファイル ３０９ 目標位置 ３１０ 速度プロファイル切り替えスイッチ ３１１ 位置制御切り替えスイッチ ３１２ 飽和要素通過後の駆動信号 ３１３ 逆起電力と等価な加速度 ８０１ 磁気ディスク装置のピボット付近カバー ８０２ カバーの厚みを薄くした部分 ８０３ ピボット固定用ねじ ８１１ カバーの蓋 ８１２ 磁気ディスク装置のカバー ８１３ 振動吸収部材 ８１４ 固定ねじで直接ピボット接触する部材 ９０１ 残り距離によりパラメータαを変更するアルゴ
リズムブロック ９０２ ゲインα ９０３ ゲイン（１−α） ９０４ ローパスフィルタ ９０５ 参照速度調整器 ９０６ 速度プロファイル発生器 ９０７ 速度制御器と制御対象 ９１０ 軌道生成モデル ９１１ ＶＣＭのモデル ９１２ 入力生成器 ９１３ 参照加速度軌道 ９１４ 参照速度軌道 ９１５ 参照位置軌道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D088 PP01 PP08 TT03 TT10 UU07 5D096 AA02 DD05 GG06 HH01 HH18 KK11 RR01 RR02 5H004 GA05 GA09 GA34 GB09 HA07 HA08 HA09 HB07 HB08 JA02 JA03 JA09 JB03 KA69 KA72 KB02 KB04 KB06 KB13 KB16 KB32 KB39 KC34 KC35 KC39 LA12 LA13 LA16 LB05 LB09 MA12 MA44

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力が加速度の次元に相当し、出力は位置
   の次元となる制御対象を参照軌道に追従させて移動し位
   置決めを行う位置決め装置であって、 基準参照加速度軌道、基準参照速度軌道、及び基準参照
   位置軌道を生成する基準参照軌道生成モデルと、前記３
   種類の基準参照軌道をそれぞれ同じ特性の３つのフィル
   タを通過させて参照加速度軌道、参照速度軌道、及び参
   照位置軌道を生成する参照軌道生成モデルと、前記制御
   対象の速度を推定する状態推定器と、を有し、前記参照
   加速度軌道を、フィードフォワード入力として、前記制
   御対象に入力し、前記参照位置軌道と前記制御対象の位
   置との追従誤差と、前記参照速度軌道と前記状態推定器
   より求めた推定速度との追従誤差とを零とするように制
   御するフィードバック制御器を備えたことを特徴とす
   る、位置決め時の騒音を低減する位置決め装置。
2. 【請求項２】入力が加速度の次元に相当し、出力は位置
   の次元となる制御対象を参照軌道に追従させて移動し位
   置決めを行う位置決め装置であって、 基準参照加速度軌道、及び基準参照位置軌道を生成する
   基準参照軌道生成モデルと、前記２種類の基準参照軌道
   をそれぞれ同じ特性の２つのフィルタを通過させて参照
   加速度軌道、及び参照位置軌道を生成する参照軌道生成
   モデルと、を有し、前記参照加速度軌道をフィードフォ
   ワード入力として前記制御対象に入力し、前記参照位置
   軌道と前記制御対象の位置との追従誤差を零とするよう
   に働くフィードバック制御器を備えたことを特徴とす
   る、位置決め時の騒音を低減する位置決め装置。
3. 【請求項３】前記参照軌道生成モデルが、前記フィルタ
   の所定の特性をオンラインで変更するフィルタ調整器を
   有することを特徴とする、請求項１又は２記載の位置決
   め時の騒音を低減する位置決め装置。
4. 【請求項４】入力が加速度の次元に相当し、出力が位置
   の次元となる制御対象を参照軌道に追従させて移動させ
   位置決めを行う位置決め装置であって、 基準参照加速度軌道、基準参照速度軌道、及び基準参照
   位置軌道を生成する基準参照軌道生成手段と、 前記基準参照加速度軌道、前記基準参照速度軌道、及び
   前記基準参照位置軌道をそれぞれ入力とし、参照加速度
   軌道、参照速度軌道、及び参照位置軌道をそれぞれ出力
   する第１乃至第３のフィルタと、 前記第１乃至第３のフィルタの特性を可変させるフィル
   タ調整手段と、 を備えた参照軌道生成手段と、 前記制御対象の速度を推定する状態推定手段と、 前記参照軌道生成手段から出力される前記参照加速度軌
   道を、フィードフォワード入力として、前記制御対象に
   入力し、前記参照軌道生成手段から出力される前記参照
   位置軌道と前記制御対象の位置との追従誤差と、前記参
   照軌道生成手段から出力される前記参照速度軌道と前記
   状態推定手段より求められた推定速度との追従誤差とを
   零とするように制御するフィードバック制御手段と、 を備えたことを特徴とする位置決め装置。
5. 【請求項５】前記参照軌道生成手段において、前記制御
   対象を数値化したモデル（「制御対象モデル」という）
   に対して、速度制御、位置制御ができるように決定され
   た状態フィードバック係数が速度ゲイン手段と位置ゲイ
   ン手段とに設定され、 前記制御対象の位置決め動作の制御に利用され、最終目
   標位置と、前記制御対象モデルの位置とを入力とする第
   １の減算器から出力される偏差に基づき、目標速度を生
   成する速度プロファイル生成手段と、 前記速度プロファイル生成手段より生成された信号と前
   記制御対象モデルの速度との偏差をとる第２の減算器
   と、を備え、 前記第２の減算器の出力は、前記速度ゲイン手段に供給
   されて速度ゲインを乗じた後、前記制御対象の性能を考
   慮した飽和設定手段を通して、前記制御対象モデルにフ
   ィードバック入力され、 前記速度プロファイル生成手段の出力と、零固定値とを
   第１、第２の入力に入力しその一方を前記速度ゲイン手
   段に選択出力する第１のスイッチと、 零固定値と、前記速度プロファイル生成手段への入力
   を、第１、第２の入力に入力しその一方を前記位置ゲイ
   ン手段に選択出力する第２のスイッチと、を備え、 前記第１、及び第２のスイッチは、ともに、第１の入力
   側から位置決め動作を開始し、最終目標位置と前記制御
   対象モデルの位置との偏差が所定数トラック幅以下とな
   った時点で、第２の入力側に切り替え、前記速度プロフ
   ァイル生成手段の出力は、零に固定され、さらに、前記
   制御対象モデルの位置がドリフトしないように、前記位
   置ゲイン手段による位置制御が開始され、 前記制御対象モデルの速度を入力とし逆起電力係数によ
   り逆起電力と等価な加速度を出力する逆起電力係数手段
   と、 前記逆起電力係数手段により得られる逆起電力と等価な
   加速度を前記飽和設定手段の出力より減じる第３の減算
   器と、を備え、 前記第３の減算器の出力は、前記制御対象モデルに入力
   されるとともに、前記基準参照加速度軌道として前記第
   １のフィルタに入力され、 前記制御対象モデルの速度が前記基準参照速度軌道とし
   て前記第２のフィルタに入力され、 前記制御対象モデルの位置が前記基準参照速度軌道とし
   て前記第３のフィルタに入力される、ことを特徴とする
   請求項４に記載の位置決め装置。
6. 【請求項６】前記制御対象モデルが、磁気ディスク装置
   におけるヘッド、モータ、キャリッジアーム、ヘッドを
   含む制御対象を数値でモデル化したものである、ことを
   特徴とする請求項４又は５に記載の位置決め装置。
7. 【請求項７】前記第１乃至第３のフィルタは、周波数特
   性が互いに同一とされている、ことを特徴とする請求項
   ４乃至６のいずれか一に記載の位置決め装置。
8. 【請求項８】入力が加速度の次元に相当し、出力が位置
   の次元となる制御対象を参照軌道に追従させて移動させ
   位置決めを行う位置決め装置であって、 基準参照加速度軌道、及び基準参照位置軌道を生成する
   基準参照軌道生成手段、 前記基準参照加速度軌道、及び前記基準参照位置軌道を
   それぞれ入力し参照加速度軌道、及び参照位置軌道をそ
   れぞれ生成する第１、及び第２のフィルタと、 を備えた参照軌道生成手段と、 前記参照加速度軌道をフィードフォワード入力として前
   記制御対象に入力し、前記参照位置軌道と前記制御対象
   の位置との追従誤差を零とするように働くフィードバッ
   ク制御器と、 を備えたことを特徴とする、位置決め装置。