JP2002140877A - ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御モードを切り替える制御装置を有するデ
ィスク装置において、制御モード移行動作を高速かつ安
定に行い、制御モード移行の成功率を向上させる。 【解決手段】 本発明によるディスク装置は、可動範囲
が大きい第１のアクチュエータと、第１のアクチュエー
タに、可動範囲が小さい第２のアクチュエータが搭載さ
れ、第２のアクチュエータの先端位置または速度を制御
する２段アクチュエータ制御装置を備えたディスク装置
において、第１のアクチュエータを速度制御中に、第２
のアクチュエータを第１のアクチュエータの移動方向と
同方向または逆方向に駆動することで、第２のアクチュ
エータの先端部を加速または減速するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスク装置、例えば位
置決め装置など複数の制御モードを切り替えて制御対象
を制御する制御装置を備えたディスク装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、雑誌（SONY Semiconductor I
C Data Book 1988 コンパクトディスク p.127 図４）
に示されている、コンパクトディスク装置におけるフォ
ーカシングサーボ系の引き込み方式に関するタイムチャ
ートである。図において、横軸は時間、縦軸は信号の電
圧を示す。(a) はフォーカスアクチュエータドライブ電
圧で、(b) はフォーカスエラー信号、(c) はセンス端子
電圧、(d) はフォーカス引き込み完了状態を示す信号で
ある。図中波線は、フォーカスをかけない場合を想定し
たときの波形である。対物レンズを媒体に垂直な方向に
駆動して合焦点位置を探し、時刻ｔ0 において合焦点位
置が見つかり、フォーカシングサーボ系を動作させて光
スポットを媒体の面振れに追従させる。

【０００３】図１９は、上記雑誌（SONY Semiconductor
IC Data Book 1988 コンパクトディスク p.133）に示
されている、コンパクトディスクにおける１トラックジ
ャンプ動作に関するタイムチャートである。横軸は時
間、縦軸は信号の電圧を示す。(a) はトラッキングエラ
ー信号、(b) はトラッキングエラー信号(a) のコンパレ
ート信号、(c) はトラッキングエラー信号(a) のゼロク
ロス点検出マスク信号、(d) は加速ジャンプパルス、
(e) は減速ジャンプパルス、(f) はトラッキングサーボ
のＯＮ／ＯＦＦ指令、(g) はジャンプ方向指令、(h) は
ヘッド送り（スレッド）サーボ系ＯＮ／ＯＦＦ指令、
(i) はＣＰＵのビジー信号である。トラッキングアクチ
ュエータに加減速パルスを加えて対物レンズをトラック
に垂直な方向に振り、光スポットを隣接トラックに移動
させる。光スポットが隣接トラックに到達した後に、ト
ラッキングサーボ系を動作させる。

【０００４】図２０は、雑誌（SONY Semiconductor IC
Data Book 1991フレキシブルディスク／ハードディスク
用IC p.360）に示されている、ハードディスク用IC CXA
1167AQのブロック図である。１８１はバス、１８２は磁
気ディスクコントローラ、１８３は中央演算処理装置お
よびアナログ／ディジタル変換手段、１８４はサーボデ
ータ磁気ディスク、１８５は読みだし磁気ヘッド、１８
６は読みだし信号アンプ、１８７はサーボ信号復調回
路、１８８は位置／速度変換手段、１８９は位置制御手
段、１９０と１９１はスイッチ、１９２はディジタル／
アナログ変換手段、１９３はトラック横断パルス検出手
段、１９４は信号加算手段、１９５はローパスフィル
タ、１９６は位相補償器、１９７はパワーアンプ、１９
８はボイスコイルモータなどで代表される磁気ヘッドア
クチュエータである。

【０００５】磁気ディスク装置が接続されているホスト
コンピュータからバス１８１と磁気ディスクコントロー
ラ１８２を介して、中央演算処置装置１８３にデータ検
索指令が送られると、磁気ディスク装置のスイッチ１９
１がＯＮ、スイッチ１９０がＯＦＦとされて、磁気ヘッ
ド１８５のトラック横断速度が位置／速度変換手段１８
８によって検出され、ＤＡコンバータ１９２を介して中
央演算処理装置１８２から出力される目標速度との差
が、加算手段１９４にて演算され、位相補償器１９６を
介して、パワーアンプ１９７に送られ、アクチュエータ
１９８にドライブ電圧が加えられて、磁気ヘッド１８５
のトラック横断速度が制御される。

【０００６】その後、磁気ヘッド１８５が目的トラック
に到達した瞬間にスイッチ１９０をＯＮ、スイッチ１９
１をＯＦＦとすることで、サーボ信号復調回路１８７か
ら出力されるトラッキングエラー信号に基づいて、位相
進み補償器などで代表される位置制御手段１８９の出力
に基づいて、磁気ヘッド１８５が搭載されているアクチ
ュエータ１９８が位置制御されて磁気ヘッドが目的トラ
ックの中心に位置決めされる。

【０００７】図２１は、電気学会雑誌Vol.110,No.8,p.6
65の図１に掲載されている、光ディスク装置のアクセス
制御系の構成図である。２０１は光ディスク、２０２は
ディスクモータ、２０３はリニアモータ、２０４は位相
補償回路、２０５は結合補償回路、２０６は速度制御回
路、ＳＷ１およびＳＷ２はスイッチである。ディスク上
の情報検索時には、まずＳＷ１をＯＦＦ、ＳＷ２をＯＮ
にしてリニアモータを速度制御し、光スポットが目的ト
ラックに到達した瞬間にＳＷ１をＯＮ、ＳＷ２をＯＦＦ
にして２段結合トラッキングサーボ系を動作させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ディスク装置
においては、フォーカシングサーボ系の引き込み動作に
おいて、対物レンズを光ディスク面に垂直な方向に駆動
し、合焦点位置にてフォーカシングサーボ系を動作させ
ているので、フォーカシングサーボ系の引き込み動作に
成功するかどうかは、対物レンズのサーチ速度と、フォ
ーカシングサーボ系の引き込み能力だけで決定されるた
め、サーチ速度が速い場合は、フォーカシングサーボ系
を動作させた直後にフォーカスエラー信号の線形範囲を
超える行き過ぎ量が発生し、合焦点位置へのフォーカシ
ングサーボ系の引き込み動作に失敗するという問題点が
あった。

【０００９】従来の光ディスク装置においては、例えば
１トラックジャンプ動作において、トラッキングアクチ
ュエータに加減速パルスを加え、光スポットが隣接トラ
ックの中心に到達した瞬間にトラッキングサーボ系を動
作させているので、トラックジャンプ動作に成功するか
どうかは、光スポットのトラック横断速度と、トラッキ
ングサーボ系の引き込み能力だけで決定されるため、ト
ラックジャンプ速度が速い場合は、トラッキングサーボ
系を動作させた直後に、トラッキングエラー信号の線形
範囲を超える行き過ぎ量が発生し、隣接トラックへの光
スポットの位置決め動作に失敗するという問題点があっ
た。

【００１０】従来の磁気ディスク装置においては、シー
ク動作時に磁気ヘッドを搭載したボイスコイルモータを
速度制御し、磁気ヘッドが目的トラックに到達した瞬間
に位置制御に切り替えているので、シーク動作の成否
は、磁気ヘッドのシーク速度と、位置制御系の引き込み
能力だけで決定されるため、速度制御系が乱されて目的
トラックへの到達速度が速すぎた場合、位置制御系の行
き過ぎ量が大きすぎて目的トラックへの磁気ヘッドの位
置決め動作に失敗してしまうという問題点があった。

【００１１】従来の光ディスク装置においては、シーク
動作時にリニアモータを速度制御し、光ヘッドが目的ト
ラックに到達した瞬間にリニアモータとトラッキングア
クチュエータとの２段結合トラッキングサーボ系に切り
替えるので、シーク動作の成否は、光スポットのシーク
速度と、２段結合トラッキングサーボ系の引き込み能力
だけで決定されるため、速度制御系が乱されて目的トラ
ックへの到達速度が速すぎた場合、２段結合トラッキン
グサーボ系の行き過ぎ量が大きすぎて目的トラックへの
光スポットの位置決め動作に失敗してしまうという問題
点があった。また、リニアモータの速度制御中は、トラ
ッキングアクチュエータは動作していないので、シーク
時間は、リニアモータの最大加速・最大減速による位置
決め時間より短縮できないという問題点があった。

【００１２】また、いずれの従来技術においても、後の
制御モードの操作量の初期値は０であるので、後の制御
モードにおいては、モード切り替え直後に過渡応答が発
生し、目標値に対する行き過ぎ量が大きくなりやすいと
いう問題点があった。すなわち、いずれの従来技術にお
いても２つの制御モードを独立に動作させているので、
制御動作を高速化すると制御モードの移行に失敗しやす
く、制御動作の高速化が困難であるという問題点があっ
た。

【００１３】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、制御モードの移行の成功率を向上
できるとともに、高速に動作できるモード切り替え制御
装置有するディスク装置を得ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係
るディスク装置は、可動範囲が大きい第１のアクチュエ
ータを速度制御中に、第１のアクチュエータの速度に応
じて、第２のアクチュエータを第１のアクチュエータの
移動方向と同方向または逆方向に駆動することで、第２
のアクチュエータの先端部を加速または減速する２段ア
クチュエータ制御装置を有するものである。

【００１５】本発明の第１の発明に係るディスク装置
は、、第２のアクチュエータの先端部が目的位置に到達
した時に、可動範囲が小さい第２のアクチュエータだけ
で第２のアクチュエータの先端部を目的位置に位置制御
すると同時に、可動範囲の大きい第１のアクチュエータ
を減速させる。その後、第１及び第２のアクチュエータ
による２段アクチュエータ結合位置制御モードに切り替
える２段アクチュエータ制御装置を有するものである。

【００１６】

【実施例】実施例１．図１において、１は第１の制御モ
ードにおける操作量決定手段、２は第２の制御モードに
おける操作量決定手段、３は第３の制御モードにおける
操作量決定手段、４は操作量切り替え手段、５は操作量
切り替え指令発生手段、６は制御対象、７は制御系の状
態量検出手段、ｕは制御対象への入力である操作量、ｕ
1、ｕ2、ｕ3 はそれぞれ１、２、３によって決定された
操作量、ｙは制御対象の出力である制御量、ｘは状態量
である。

【００１７】制御モード切り替え指令発生手段５から出
力される指令に基づいて制御モード１から制御モード３
へ制御モードを切り替える際に、制御モード１の動作中
に制御量ｙに基づいて制御モード１の状態量ｘを状態量
検出手段によって検出し、この状態量ｘの値に基づいて
第２の制御モードにおける操作量ｕ2 を操作量決定手段
２において決定する。第１の制御モード終了後、一旦第
２の制御モードに切り替えた後、第３の制御モードとし
てｕ3 を操作量ｕとして制御対象６に入力する。

【００１８】実施例２．図１では、状態量検出手段７に
おいて、制御量ｙから第１の制御モードにおける状態量
ｘを検出しているが、図２に示すように第１の制御モー
ドにおける操作量ｕ1 を併用して状態量ｘを検出しても
良い。

【００１９】実施例３．図３において、８、１０はそれ
ぞれ制御モード１、３における目標値ｒ1、ｒ3を発生す
る目標値発生手段、９、１１はそれぞれ制御モード１、
３における目標値ｒ1、ｒ3と制御量ｙ1、ｙ3の差を演算
する信号加算手段である。図１では、制御モード１と制
御モード３においては、単に操作量ｕ1、ｕ3を出力して
いるが、図３に示すように制御量をフィードバックし、
目標値との差に基づいて操作量を決定する構成でも良
い。図３において、制御モード２が動作中に制御モード
３における目標値発生手段１０から目標値ｒ3を出力し
ておき、制御対象６からｙ3が出力されていれば、信号
加算手段１１の出力に基づいて制御モード３における操
作量決定手段３において、操作量ｕ3を演算しておき、
制御モード３に移行した直後の操作量ｕ3として用い
る。

【００２０】実施例４．図４に示すように、制御モード
１における制御量ｙ1 だけでなく操作量ｕ1をも併用し
て制御モード１の状態量ｘを検出しても良い。 また、
制御モード１と制御モード２における制御対象は、別の
ものでも良く、制御モード１における制御対象の状態量
に基づき、制御モード２における制御対象を制御すべき
制御量を算出すれば良い。

【００２１】実施例５．図３は、実施例５を示す図であ
り、例えば安定化補償器などで構成された第３の制御モ
ードの操作量決定手段３を制御モード２の間に動作させ
ておき、信号加算手段１１において演算された目標信号
ｒ3と出力信号ｙ3の差である偏差信号に基づき、第３の
制御モードの操作量決定手段３において、制御モード３
に必要な操作量ｕ3 を常時演算しておく。その後制御モ
ード３に切り替えた直後に、制御モード２の終了直前に
演算されたｕ3を出力する。

【００２２】従来は、制御モードが切り替えられた直後
の操作量は０であり、制御対象の出力である制御量は、
フィードバック制御系の応答時定数によって決まる時間
を費やして徐々に目標値に近づいていく。これに対し、
制御モードを切り替える前に切り替え後の制御モードの
操作量を予め演算しておくことで、操作量を０ではない
適切な初期値から後の制御モードの動作を開始できるの
で、フィードバック制御系の過渡応答を避けることがで
き、目標値に対する行き過ぎ量が小さくなる。

【００２３】実施例６．図５は、この発明に基づく光デ
ィスク装置のフォーカシングサーボ引き込み系のブロッ
ク図である。５１はフォーカシングアクチュエータ、５
２はフォーカシングエラー検出手段、５３は光ビームの
合焦点位置をサーチするためのフォーカシングアクチュ
エータ駆動電圧発生手段。５４は光ビームのサーチ速度
検出手段、５５はフォーカシングアクチュエータ加減速
指令発生手段、５６はフォーカシングサーボ系安定化補
償器、５７はモード切り替え指令発生手段、５８はモー
ド切り替え手段である。ｓは光ビームの焦点位置、ｒは
光ビームの焦点を合わせるべき光ディスクの媒体面の位
置、ｅはフォーカシングエラー信号、ｖは光ビームの焦
点位置と光ディスクの媒体面との相対速度、ｕ1はフォ
ーカシングアクチュエータサーチ電圧または電流、ｕ2
は速度ｖに基づいてフォーカシングアクチュエータ加減
速指令発生手段５５において決定されたフォーカシング
アクチュエータ加減速指令電圧または電流、ｕ3 はフォ
ーカシングサーボ動作時のフォーカシングアクチュエー
タ駆動電圧または電流、ｕはｕ1、ｕ2、ｕ3 のいずれか
が選択されたフォーカシングアクチュエータ駆動電圧ま
たは電流である。

【００２４】図６に本実施例の動作波形図を示す。横軸
は時間で、図中の記号は前述の通りである。ｖは光ビー
ムの焦点位置と光ディスクの媒体面との相対速度であ
る。まず、光ビームの合焦点位置を探すため、図５のフ
ォーカシングアクチュエータ駆動電圧発生手段５３の出
力ｕ1 に基づいてフォーカシングアクチュエータ５１が
駆動され、光ビームの焦点位置ｓがディスクの媒体面ｒ
に接近すると、フォーカシングエラー信号ｅの値が図６
に示すように大きくなり、さらに接近して線形なフォー
カシングエラー検出範囲に入った時刻ｔ0からｔ1の間、
例えば、フォーカシングエラー信号ｅの単位時間あたり
の変化量として光ビームのサーチ速度検出手段５４にて
光ビームの焦点位置と光ディスクの媒体面との相対速度
ｖを検出する。

【００２５】次に、検出速度ｖに基づいて、ブレーキ電
流ｕ2 の大きさと時間を算出し、時刻ｔ2 にて光ビーム
の焦点位置が媒体面に一致すると、モード切り替え指令
発生手段５７からモード切り替え指令が発生され、モー
ド切り換え手段５８においてフォーカシングアクチュエ
ータ加減速指令発生手段５５の出力ｕ2 が選択され、フ
ォーカシングアクチュエータ５１にブレーキ電流が加え
られる。光ビームの焦点位置は、時刻ｔ3 まで行き過ぎ
て、その後方向反転し、ｔ4 までブレーキ電流ｕ2 が加
えられる。時刻ｔ5 において再び光ビームの焦点位置が
媒体面に一致した瞬間にフォーカシングサーボ系安定化
補償器５６の出力ｕ3 が選択され、フォーカシングサー
ボ系が動作し、光ビームの焦点位置は媒体面に保持され
続ける。

【００２６】図７は、上記動作をさらにわかりやすく説
明するための図である。横軸ｘは、光ビームの焦点位置
とディスクの媒体面との距離、縦軸はフォーカシングエ
ラー信号で、原点Ｏは、合焦点位置である。光ビームの
焦点位置は、初め図の左端に位置しており、徐々に右側
へ移動していく。時刻ｔ0 にてフォーカシングエラー信
号の線形範囲に到達し、時刻ｔ1 までに移動した距離ｘ
0 を検出すれば、その間の平均速度ｖ0は、 ｖ0＝ｘ0／（ｔ1−ｔ0）・・・・・・(1) として算出できる。このｖ0 を打ち消して速度をゼロに
するために必要なブレーキ電流ｕ2 の電流値ｉとブレー
キ時間Ｔは、フォーカシングアクチュエータ５１の高周
波における推力定数をＫf[N/m]、可動部質量をＭ[kg]、
発生されるブレーキ力と加速度をＦ[N]、α[m/s2]とし
て、

【００２７】

【数１】

【００２８】を満足するように決定すれば良い。ブレー
キ電流値ｉが一定であるならば、(2)式より Ｔ＝Ｍ・ｖ0／（Ｋf・ｉ）・・・・・・(3) としてブレーキ電流パルス幅を算出できる。実際には、
光ビームの速度がゼロになる瞬間には合焦点位置Ｏを大
きく行き過ぎるので、Ｔまたはｉを(2) 式または(3)式
で算出された値より大きく設定すれば良い。

【００２９】その後時刻ｔ2 にて合焦点位置Ｏに到達す
るが、その直後に予め算出されたブレーキ電流ｕ2 をフ
ォーカシングアクチュエータ５１にフィードフォワード
する。光ビームの焦点位置はなおも行き過ぎてフォーカ
シングエラー信号の線形範囲を越えてしまい、時刻ｔ3
にて速度がゼロになるが、図６に示すように時刻ｔ4ま
でブレーキ動作を続けるので、今度は光ビームの焦点位
置が逆向きに合焦点位置に向かって移動し始める。時刻
ｔ4 からｔ5 までは、フォーカシングアクチュエータの
駆動電流はゼロになっているので、光ビームの焦点位置
は惰走し、時刻ｔ5 にて再び合焦点位置に到達する。こ
のときは、光ビームの移動速度は十分に減速されている
ので、ｔ5 にて図５のｕ3 を選択してフィードバック制
御動作に切り替えても安定に焦点位置を媒体面に保持し
続けられる。上記のように、光ビームのサーチ速度が速
すぎる、あるいは媒体面の振れ速度が速すぎる場合に光
ビームが合焦点位置から大きく行き過ぎ、フォーカシン
グエラー信号の線形範囲を越えてしまっても確実にフォ
ーカシングサーボ動作に移行できる。

【００３０】実施例７．図８は、実施例６に基づく別の
実施例の動作を示す図である。横軸は時間、縦軸の記号
は前述のものと同じである。光ビームが時刻ｔ0からｔ1
の間に移動した距離ｘ0から ｖ1＝ｘ0／（ｔ1−ｔ0）・・・・・・(4) としてその間の平均速度ｖ1 を計算し、その値に基づい
てブレーキ電流ｕ 2を決定し、モード切り替え手段５８
により、時刻ｔ1 において操作量ｕをｕ1からｕ2に切り
替えて、フォーカシングサーボ系の引き込み動作が可能
な速度になるよう、フォーカシングアクチュエータ５１
を加減速する。その後再び操作量ｕをｕ2からｕ1 に切
り替えて焦点位置のサーチを続け、フォーカシングエラ
ー信号の線形範囲にて光ビームが時刻ｔ2 からｔ3 の間
に移動した距離ｘ1 に基づいて、その間の平均速度 ｖ2＝ｘ1／（ｔ3−ｔ2）・・・・・・(5) を計算し、その値に基づいてブレーキ電流ｕ2を決定
し、時刻ｔ3にて操作量ｕをｕ1からｕ2に切り替えてブ
レーキ動作を行う。その間フォーカシングサーボ系の安
定化補償器５６にて操作量ｕ3 を演算し、時刻ｔ4 にて
光ビームが合焦点位置に達したときに、モード切り替え
手段５８により操作量ｕをｕ2からｕ3に切り替える。

【００３１】上記のように、操作量ｕをｕ1からｕ2へ切
り替えた後再びｕ1 に切り替え、その後ｕ2からｕ3へと
切り替えても良い。すなわち、制御モード１と制御モー
ド１の状態量に応じた操作量を出力する制御モード２と
を交互に何回か切り替えて状態量を制御した後、最終的
な制御モード３へと移行しても良い。また、操作量ｕを
ｕ2からｕ3へ切り替えるタイミングは、必ずしも合焦点
位置である必要はなく、合焦点位置付近で、フォーカシ
ングエラー信号の線形範囲内であれば良い。

【００３２】実施例８．図９は、情報を記憶する多数の
トラックを有する磁気ディスク装置のシーク制御系のブ
ロック図である。８１は、シーク（情報検索）動作のた
めの目標速度発生手段で、目標シーク速度ｒ1 を発生す
る。８３は速度検出手段、８２は速度偏差検出手段、８
４は速度制御系の安定化補償器８４にて、８５は制御モ
ード切り替え指令発生手段、８６は制御モード切り替え
手段、８７は磁気ヘッド駆動手段、８８はブレーキ電流
発生手段、８９は磁気ディスク、９０は位置偏差検出手
段である。

【００３３】磁気ヘッド駆動手段８７の移動速度ｖを、
速度検出手段８３にてｖ1 として検出し、速度偏差検出
手段８２によって、速度偏差ｅ1 が検出される。この速
度偏差ｅ1 に基づいてゲイン補償器などで構成される速
度制御系の安定化補償器８４にて、操作量である電流ま
たは電圧をｕ1 として算出する。モード切り替え手段８
６は、シーク動作時には、モード切り替え指令発生手段
８５の出力に基づいて、操作量ｕとしてｕ1 を選択し、
磁気ヘッド駆動手段８７を目的トラックまで速度制御し
ながら移動する。同時に速度偏差ｅ1 に基づいてブレー
キ電流発生手段８８においてブレーキ電流ｕ2 を演算
し、磁気ヘッドが目的トラック位置に到達したことを、
位置偏差検出手段９０によって検出された位置偏差ｅ3
によって検知し、操作量ｕをｕ1からｕ2に切り替える。

【００３４】ブレーキ動作が完了すれば、磁気ディスク
８９のトラック中心位置ｒ3 と磁気ヘッドの位置ｙ3と
の偏差を検出する手段９０によって、位置偏差ｅ3が検
出され、安定化補償器９１の出力ｕ3 が、モード切り替
え手段８６によって操作量ｕとして選択され、磁気ヘッ
ドが目的トラック中心に追従するトラッキングサーボ動
作が行われる。また、ブレーキ電流ｕ2 を出力している
間に、制御偏差ｅ3 に基づいて安定化補償器９１にてト
ラッキングサーボ動作に必要な操作量ｕ3 を演算し、ト
ラッキングサーボモードにおける操作量ｕ3 の初期値と
して用いられる。

【００３５】図１０は、本実施例の動作を説明する図で
ある。横軸は時間ｔ、縦軸は速度偏差ｅ1、シーク中の
磁気ヘッドの検出速度ｖ1、磁気ヘッドの駆動電流また
は駆動電圧である操作量ｕである。速度制御中は、操作
量ｕ1 に基づいて磁気ヘッドが目的トラックに近づくに
つれて減速され、時刻ｔ1にて操作量ｕ2に切り替えられ
る。このブレーキ動作に必要な操作量ｕ2 は、(2) 式お
よび(3) 式のＫｆ、Ｍ、ｖ0 、ｉのそれぞれを、アクチ
ュエータに代表される磁気ヘッド駆動手段の推力定数、
可動部質量、目的トラックへの到達時の速度、駆動電流
と読みかえて、ブレーキパルス電流ｉと、そのパルス幅
Ｔを(2) 式または(3) 式に基づいて決定すれば良い。
その間にｕ3 の値が演算されているので、時刻ｔ2 にて
ブレーキ電流を終了した時点においても、ｕ3 は０でな
い初期値をもって磁気ヘッド駆動手段８７に加えられ
る。

【００３６】実施例９．図１１は、本発明に係る光ディ
スク装置のトラックジャンプ機能を実現する手段の構成
図である。１１１は光ディスク、１１２はトラッキング
エラー検出手段、１１３はトラックジャンプパルス発生
手段、１１４はモード切り替え指令発生手段、１１５は
モード切り替え手段、１１６は光ビーム駆動手段、１１
７は加速または減速パルス発生手段、１１８はトラッキ
ングサーボ系における安定化補償器である。図におい
て、光ディスク１１１のトラック中心位置ｒ3 と、光ビ
ーム駆動手段の出力である光ビームの光ディスクの半径
方向への位置ｙとの差を、トラッキングエラー検出手段
１１２においてトラッキングエラー信号ｅ3 として検出
し、トラッキングサーボ系における安定化補償器１１８
の出力である操作量ｕ3によって光ビーム駆動手段１１
６を駆動し、光ビームをトラック中心に追従させる。

【００３７】例えば、光ビームを１トラック移動させる
ときには、トラックジャンプパルス発生手段１１３から
発生された加減速パルスｕ1 が光ビーム駆動手段１１６
に加えられ、光ビームが、トラックを横断して隣接トラ
ックに移動する。この間にトラッキングエラー信号ｅ3
に基づいて加速または減速パルス発生手段１１７にて光
ビームのトラック横断速度を検出し、光ビームが目的ト
ラック中心に近づいて時に、この速度に応じた加速また
は減速パルスｕ2 を発生する。同時にモード切り替え指
令発生手段１１４の指令に基づいて、モード切り替え手
段１１５にて操作量ｕを、ｕ1からｕ2に切り替える。そ
の後、光ビームの速度がトラッキングサーボ動作への移
行のために適切な値になったときに、再びｕ3 に切り替
えてトラッキングサーボ系を動作させる。

【００３８】図１２は、本実施例の動作説明図である。
図において、横軸は時間、縦軸は、トラッキングエラー
信号ｅ3 、光ビームのトラック横断速度ｖ、光ビーム駆
動手段の操作量ｕである。初めは、トラッキングサーボ
系が動作して、光ビームは、トラック中心に追従してい
るが、トラックジャンプパルスｕ1 が加えられると、光
ビームは隣接トラックへ移動し始める。ほぼ、半トラッ
ク移動した時点でジャンプパルスｕ1 は、加速から減速
に切り替わるが、その間にトラッキングエラー信号ｅの
値がｅ01からｅ02まで変化する間に、トラック横断速度
ｖ0を例えば、 ｖ0＝（ｅ01−ｅ02）／（ｔ1−ｔ2）・・・・・・(6) として検出する。この速度が速すぎる場合には、光ビー
ムが隣接トラックに到達した際にトラッキングサーボ動
作への移行に失敗すると判断し、操作量ｕ2 によって減
速パルスを発生し、これが光ビーム駆動手段１１６に加
えられる。そして十分減速された時刻ｔ3にて、操作量
をｕ3に切り替えてトラッキングサーボ系を動作させ
る。

【００３９】また、操作量ｕ2 が選択されている間に、
安定化補償器１１８にてトラッキングサーボ系の操作量
ｕ3 を計算しておき、トラッキングモードに切り替えた
直後の初期値として用いることで、行き過ぎ量の小さい
トラッキングサーボ動作を実現できる。また本実施例で
は、光ビームの１トラックジャンプ動作について説明し
たが、１トラックだけでなく、複数トラックをジャンプ
させるときにも同様の手法を適用できる。

【００４０】実施例１０．図１３は、２段アクチュエー
タによる速度制御系のブロック図である。図１３におい
て、１２１は可動範囲が大きい第１のアクチュエータ、
１２２は該第１のアクチュエータ１２１に搭載されてい
る、可動範囲が小さい第２のアクチュエータ、１２３は
第２のアクチュエータの駆動指令発生手段、１２４は速
度検出手段、１２５は目標速度発生手段、２１６は速度
偏差検出手段、１２７は安定化補償器である。

【００４１】図において、可動範囲が大きい第１のアク
チュエータ１２１の速度ｖact1と、該第１のアクチュエ
ータ１２１に搭載されている、可動範囲が小さい第２の
アクチュエータ１２２の速度ｖact2とのベクトル和が、
第２のアクチュエータの先端位置の速度ｖactとなる。
これを速度検出手段１２４にてｖdetとして検出し、目
標速度発生手段１２５から発生された目標速度ｖref と
の差を、速度偏差検出手段１２６によってｖerr として
検出し、安定化補償器１２７の出力である、第１のアク
チュエータ駆動電流または電圧ｉact1によって第１のア
クチュエータ１２１が駆動制御される。

【００４２】また、第１のアクチュエータの速度制御中
に、第２のアクチュエータ１２２の駆動指令発生手段１
２３から、第２のアクチュエータを加速または減速する
指令ｉact2を発生することで、第２のアクチュエータの
速度を制御する。

【００４３】図１４は、図１３に示した実施例の動作を
説明する図である。図１４(a) は第１のアクチュエータ
１２１の駆動電流波形ｉact1、(b) は第２のアクチュエ
ータ１２２の駆動電流ｉact2、(c) は第１のアクチュエ
ータの移動速度ｖact1、(d)は第２のアクチュエータの
第１のアクチュエータに対する移動速度ｖact2、(e)
は第２のアクチュエータの先端部の移動速度ｖact で、
ｖact1とｖact2のベクトル和、(f) は第２のアクチュエ
ータの第１のアクチュエータに対する位置ｘact2であ
る。

【００４４】まず、第１のアクチュエータ１２１がｉac
t1によって移動方向に加速され、速度ｖact1が大きくな
り、最高速度ｖmax1に達した後減速される。目的位置に
到達直前に、第２のアクチュエータ１２２を２段アクチ
ュエータの合成速度が減速する向き、すなわち第１のア
クチュエータ１２１の移動方向と逆方向に加速する。２
段アクチュエータの合成速度ｖact は、第１のアクチュ
エータの速度ｖact1だけを減速させたときよりも急激に
減速されている。図１３(e) に示すように、第１のアク
チュエータ１２１だけを減速させれば、時刻ｔ2 にて速
度がゼロになるが、第２のアクチュエータ１２２をも駆
動して第２のアクチュエータの先端位置の速度ｖact を
減速させることで、より早い時刻ｔ1にてｖactをゼロに
できる。

【００４５】実施例１１．実施例１０に係る別の実施例
について述べる。例えば、光ディスク装置においては、
第１のアクチュエータとしてリニアモータが、第２のア
クチュエータとしてトラッキングアクチュエータが一般
的に用いられる。光ディスク装置のシーク動作時には、
第１のアクチュエータ１２１を減速中に、第２のアクチ
ュエータを第１のアクチュエータの移動方向と逆方向に
加速することで、第２のアクチュエータの先端位置の速
度ｖact は、急激に減速され、目的位置まですばやく移
動できる。２段アクチュエータの移動速度ｖact は、光
スポットのトラック横断速度ｖdet として検出される。
第２のアクチュエータの加速電流ｉact2として、電流値
ｉ[A]、時間幅Ｔ[s]のパルス電流を考える。第２のアク
チュエータの可動部質量をＭ[kg]、発生加速度をα[m/s
2]、推力定数をＫf[N/A]、発生推力Ｆ[N] とすると、

【００４６】

【数２】

【００４７】となり、実施例６にて示したものと同じと
なる。

【００４８】実施例１２．図１５に、実施例１０に係る
別の実施例の動作を示す。図１５の(a)(b)(c)(d)(e)(f)
は、図１４と同じである。まず、第１のアクチュエータ
１２１がｉact1によって移動方向に加速され、速度ｖac
t1が大きくなり、最高速度に達した後減速される。第１
のアクチュエータ１２１を速度制御中に、一旦第２のア
クチュエータ１２２を時刻ｔ0からｔ1の間に加減速し、
第２のアクチュエータが第１のアクチュエータの移動方
向に振れた状態で第１のアクチュエータの速度制御を続
け、実施例１０と同様に目的位置に到達直前の時刻ｔ2
からｔ3の間に、第２のアクチュエータ１２２を２段ア
クチュエータの合成速度が減速する向き、すなわち第１
のアクチュエータ１２１の移動方向と逆方向に加速す
る。２段アクチュエータの合成速度ｖact は、第１のア
クチュエータの速度ｖact1だけを減速させたときよりも
急激に減速されている。

【００４９】図１４(f)では、時刻ｔ2にて第２のアクチ
ュエータの第１のアクチュエータに対する位置ｘact2
が、第１のアクチュエータの移動方向と逆方向に振れた
まま速度ｖactがゼロになっているが、図１５(f)では、
第２のアクチュエータの第１のアクチュエータに対する
位置ｘact2が、ほぼゼロになった時刻ｔ3 に目的位置に
到達している。

【００５０】実施例１３．図１６に、実施例１０に係る
別の実施例を示す。図１３と、同一番号は同一のもので
ある。図１５において、第１のアクチュエータの速度制
御中に第２のアクチュエータを加速する電流ｉact2は、
直前の目標速度ｖrefと検出速度ｖdetとの差であるｖer
r に基づいて、第２のアクチュエータ駆動指令発生手段
１２３から発生される。例えば、(2)式において、ｖ0を
ｖ0＋ｖerrと置き換えれば良く、なぜなら、ｖerr＞０
であればｉact2は(2)式で計算した所定の値ｉよりも大
きく、ｖerr＜０であれば所定の値ｉよりも小さくなる
ため、その後の速度偏差ｖerrを０に近づけられ、より
精度の良い速度制御を実現できる。

【００５１】実施例１４．図１７に、２段アクチュエー
タによる位置制御系のブロック図を示す。図１７におい
て、１２１、１２２は、図１２と同じ。１６１は目標位
置発生手段、１６２および１６３は、位置制御系の安定
化補償器、１６４は制御モード切り替え指令発生手段、
１６５および１６６は制御モード切り替え指令発生手段
１６４の出力に基づいて、制御モードを切り替える手
段、１６７はブレーキ力発生手段、１６８は目標位置と
２段アクチュエータの先端の位置ｘactとの偏差を発生
する手段である。

【００５２】図１７において、第１のアクチュエータ１
２１の位置ｘact1と、第２のアクチュエータの第１のア
クチュエータに対する位置ｘact2とのベクトル和ｘact
は、目標位置ｘref に一致するよう制御される。まず、
モード切り替え指令発生手段１６４から出力される指令
に基づいて、制御モード切り替え手段１６５は上側の経
路が、同じく１６６は下側の経路が選択される。このと
き、ｘactがｘrefに追従するよう可動範囲の小さい第２
のアクチュエータ１２２単独でフィードバック位置制御
系を構成している。

【００５３】この位置制御系の特性は、安定化補償器１
６２の特性で決定され、位相進み補償器や位相遅れ補償
器などで構成される。同時に、位置制御偏差ｘerr は、
制御モード切り替え後の安定化補償器１６３にも入力さ
れ、２段アクチュエータ位置制御モードに使用される第
１のアクチュエータの操作量ｉ12および第２のアクチュ
エータの操作量ｉ21が演算され、２段アクチュエータ結
合位置制御モードへの切り替え直後の操作量の初期値と
して使用される。

【００５４】通常、位置制御モードに移行した瞬間に
は、第１または第２のアクチュエータは初速度を有して
おり、第２のアクチュエータ１２２によって位置制御を
行うと同時に、第１のアクチュエータ１２１には、位置
制御モードに移行した瞬間の初速度を打ち消すためのブ
レーキ力ｉ11が、ブレーキ力発生手段１６７から加えら
れる。

【００５５】このブレーキ力は、第１のアクチュエータ
の初速度がｖ0 であるとすると、このｖ0 を打ち消して
第１のアクチュエータ１２１を停止させるためのブレー
キ電流として例えば電流値ｉ[A]、時間幅Ｔ[s]のパルス
電流を考える。第２のアクチュエータの可動部質量をＭ
[kg]、発生加速度をα[m/s2]、推力定数をＫf[N/A]、発
生推力Ｆ[N]とすると、前述の(2)式でｉおよびＴが決定
される。

【００５６】モード切り替え指令発生手段１６４から
は、第１のアクチュエータ１２１がほぼ停止した瞬間
に、制御モードの切り替え指令を発生し、モード切り替
え手段１６５を下側に、モード切り替え手段１６６を上
側に切り替える。すなわち、第１のアクチュエータ１２
１と第２のアクチュエータ１２２はともに、位置制御偏
差ｘerr に基づいて安定化補償器１６３にて決定された
操作量ｉ12とｉ22によって駆動制御される。例えば、安
定化補償器１６３は、制御偏差ｘerr を低周波と高周波
に帯域分離し、第１のアクチュエータ１２１と第２のア
クチュエータ１２２に伝達する。

【００５７】従来は、２段アクチュエータ位置制御モー
ドだけを有していたので、第１のアクチュエータの初速
度が大きい場合、位置制御モード切り替え直後に第１の
アクチュエータが目的位置から大きく行き過ぎ、第２の
アクチュエータも第１のアクチュエータに引きずられて
大きな行き過ぎ量が発生する。目標位置ｘref の検出範
囲が狭い場合は、第２のアクチュエータの先端位置ｘac
t の位置決めに失敗していたが、上述のように、一旦第
２のアクチュエータ単独での位置制御モードを実行する
ことで、第１のアクチュエータの初速度が大きく、第１
のアクチュエータが大きく行き過ぎた場合でも、第２の
アクチュエータの先端位置は、確実に目的位置に位置決
めできる。第２のアクチュエータ停止後に、２段アクチ
ュエータ結合位置制御モードに切り替えることで、安定
に位置制御動作を続行できる。

【００５８】実施例１５．実施例１４の別の実施例とし
て、光ディスク装置の２段アクチュエータ結合トラッキ
ングサーボ系に適用した場合について、同じく図１７に
基づいて説明する。第１のアクチュエータ１２１として
リニアモータが、第２のアクチュエータ１２２としてト
ラッキングアクチュエータが一般的に用いられる。１６
１は、光ディスクであり、ｘrefは、トラック中心位置
になる。ｘactは、光ビームの先端位置で、オフトラッ
ク量ｘerr をトラッキングエラー検出手段１６８にて検
出する。安定化補償器１６３は、例えば図２１の位相補
償回路と結合補償回路を合成して実現できる。動作は、
実施例１４と同じである。

【００５９】以上の、実施例で述べた安定化補償器、モ
ード切り替え指令発生手段、モード切り替え手段など
は、すべて電子回路などのハードウェアで実現しても良
いし、ディジタル信号処理プロセッサなどに実装された
ソフトウェアで実現しても良い。

【００６０】

【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、ディスク
装置の２段アクチュエータ制御装置において、可動範囲
の大きい第１のアクチュエータの速度制御中に、可動範
囲の小さな第２のアクチュエータを、第１のアクチュエ
ータの移動方向と逆方向に加速するように構成したの
で、２段アクチュエータの先端部を急激に減速すること
ができ、素早く位置決めできる。また、２段アクチュエ
ータ制御装置において、可動範囲の大きい第１のアクチ
ュエータの速度制御中に、可動範囲の小さな第２のアク
チュエータを、第１のアクチュエータの移動方向と逆方
向に加速する際に、第１のアクチュエータの加速度およ
び加速時間を、その直前の第１のアクチュエータの速度
制御偏差に基づいて決定するように構成すれば、２段ア
クチュエータの先端部の速度を安定に制御でき、その後
の２段アクチュエータトラッキングモードへの移行の成
功率が向上する。

【００６１】本発明の第２の発明によれば、ディスク装
置の２段アクチュエータ制御装置において、一旦可動範
囲の小さな第２のアクチュエータ単独で位置制御を行
い、同時に第１のアクチュエータが有する初速度を打ち
消すように第１のアクチュエータにブレーキパルスを加
え、その後２段アクチュエータ結合位置制御モードへ移
行するように構成したので、第１のアクチュエータが大
きな初速度を有し、位置制御時に大きく行き過ぎても２
段アクチュエータ結合位置制御モードへの移行に成功す
る。また、第２のアクチュエータ単独で位置制御を行っ
ている間に、２段アクチュエータ結合位置制御モードの
安定化補償器の状態量を演算するように構成すれば、２
段アクチュエータ結合位置制御モードに切り替えた直後
の過渡応答波形の行き過ぎ量が小さく、安定に２段アク
チュエータ結合位置制御モードの動作が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に基づくモード切り替え制
御装置を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施例２に基づくモード切り替え制
御装置を示すブロック図である。

【図３】 本発明の実施例３および５に基づくモード切
り替え制御装置を示すブロック図である。

【図４】 本発明の実施例４に基づくモード切り替え制
御装置を示すブロック図である。

【図５】 本発明の実施例６に基づく光ディスク装置の
フォーカシングサーボ引き込み系を示すブロック図であ
る。

【図６】 本発明の実施例６に基づく光ディスク装置の
フォーカシングサーボ引き込み系の動作を示す波形図で
ある。

【図７】 本発明の実施例６に基づく光ディスク装置の
フォーカシングサーボ引き込み動作を示すフォーカシン
グエラー波形の図である。

【図８】 本発明の実施例７に基づく光ディスク装置の
フォーカシングサーボ引き込み系の動作を示す波形図で
ある。

【図９】 本発明の実施例８に基づく磁気ディスク装置
のシーク制御系を示すブロック図である。

【図１０】 本発明の実施例８に基づく磁気ディスク装
置のシーク制御系の動作を示す波形図である。

【図１１】 本発明の実施例９に基づく光ディスク装置
のトラックジャンプ制御系を示すブロック図である。

【図１２】 本発明の実施例９に基づく光ディスク装置
のトラックジャンプ動作を示す波形図である。

【図１３】 本発明の実施例１０に基づく２段アクチュ
エータによる速度制御系を示すブロック図である。

【図１４】 本発明の実施例１０に基づく２段アクチュ
エータによる速度制御動作を示す波形図である。

【図１５】 本発明の実施例１２に基づく２段アクチュ
エータによる速度制御動作を示す波形図である。

【図１６】 本発明の実施例１３に基づく２段アクチュ
エータによる速度制御系を示すブロック図である。

【図１７】 本発明の実施例１４に基づく２段アクチュ
エータによる位置制御系を示すブロック図である。

【図１８】 従来の光ディスク装置のフォーカシングサ
ーボ系の引き込み動作を示す波形図である。

【図１９】 従来の光ディスク装置のトラックジャンプ
動作を示す波形図である。

【図２０】 従来の磁気ディスク装置のシーク制御動作
を示す波形図である。

【図２１】 従来の光ディスク装置のシーク制御系と２
段アクチュエータ結合トラッキングサーボ系を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 第１の制御モードにおける操作量決定手段 ２ 第２の制御モードにおける操作量決定手段 ３ 第３の制御モードにおける操作量決定手段 ４ 操作量切り替え手段 ５ 操作量切り替え指令発生手段 ６ 制御対象 ７ 制御系の状態量検出手段 ８ 第１の制御モードにおける目標値発生手段 ９ 第１の制御モードにおける制御偏差演算手段 １０ 第３の制御モードにおける目標値発生手段 １１ 第３の制御モードにおける制御偏差演算手段 ５１ フォーカシングアクチュエータ ５２ フォーカシングエラー検出手段 ５３ 光ビームの合焦点位置をサーチするためのフォー
カシングアクチュエータ駆動電圧発生手段 ５４ 光ビームのサーチ速度検出手段 ５５ フォーカシングアクチュエータ加減速指令発生手
段 ５６ フォーカシングサーボ系の安定化補償器 ５７ フォーカシングサーボ系におけるモード切り替え
指令発生手段 ５８ フォーカシングサーボ系におけるモード切り替え
手段 ８１ シーク動作のための目標速度発生手段 ８２ 速度偏差検出手段 ８３ 速度検出手段 ８４ 速度制御系の安定化補償器 ８５ シーク制御系における制御モード切り替え指令発
生手段 ８６ シーク制御系における制御モード切り替え手段 ８７ 磁気ヘッド駆動手段 ８８ ブレーキ電流発生手段 ８９ 磁気ディスク ９０ 位置偏差検出手段 ９１ トラッキングサーボ系における安定化補償器 １１１ 光ディスク １１２ トラッキングエラー検出手段 １１３ トラックジャンプパルス発生手段 １１４ トラックジャンプ制御系におけるモード切り替
え指令発生手段 １１５ トラックジャンプ制御系におけるモード切り替
え手段 １１６ 光ビーム駆動手段 １１７ 加速または減速パルス発生手段 １１８ トラッキングサーボ系における安定化補償器 １２１ 可動範囲が大きい第１のアクチュエータ １２２ 可動範囲が小さい第２のアクチュエータ １２３ 第２のアクチュエータ駆動指令発生手段 １２４ 速度検出手段 １２５ 目標速度発生手段 １２６ 速度偏差検出手段 １２７ 速度制御系における安定化補償器 １６１ 目標位置発生手段 １６２ 第２のアクチュエータ単独位置制御系の安定化
補償器 １６３ ２段アクチュエータ結合位置制御系の安定化補
償器 １６４ 制御モード切り替え指令発生手段 １６５ 第２のアクチュエータにおける制御モード切り
替え手段 １６６ 第１のアクチュエータにおける制御モード切り
替え手段 １６７ ブレーキ力発生手段 １６８ 目標位置と２段アクチュエータ先端位置との位
置偏差発生手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 良喜 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社産業システム研究所内 Ｆターム(参考） 5D088 PP01 PP02 RR01 TT10 UU01 5D096 TT01 5D117 AA02 DD02 EE02 EE20 EE24 GG00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動範囲が大きい第１のアクチュエータ
   と、第１のアクチュエータに、可動範囲が小さい第２の
   アクチュエータが搭載され、第２のアクチュエータの先
   端位置または速度を制御する２段アクチュエータ制御装
   置を備えたディスク装置において、第１のアクチュエー
   タを速度制御中に、第２のアクチュエータを第１のアク
   チュエータの移動方向と同方向または逆方向に駆動する
   ことで、第２のアクチュエータの先端部を加速または減
   速することを特徴とするディスク装置。
2. 【請求項２】 可動範囲が大きい第１のアクチュエータ
   と、第１のアクチュエータに、可動範囲が小さい第２の
   アクチュエータが搭載され、第１及び第２のアクチュエ
   ータを駆動することにより、第２のアクチュエータの先
   端位置または速度を制御する２段アクチュエータ制御装
   置を備えたディスク装置において、第１のアクチュエー
   タを移動後に、目的位置に第２のアクチュエータ先端部
   が到達した直後、第２のアクチュエータ単独で第２のア
   クチュエータ先端部を位置決めする手段と、同時に第１
   のアクチュエータにブレーキ力を加える手段と、ブレー
   キ力印加終了後、第１及び第２のアクチュエータによる
   位置決め制御系に切り替えることを特徴とするディスク
   装置。