JP2003517690A - ディスク・ドライブ内の固定小数点ディジタル信号プロセッサ上に線形の離散時間の状態空間サーボ制御装置を実現する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディスク・ドライブ（１１０）内のディジタル信号プロセッサ内にモデルに基づくサーボ・コントローラ（１７０，１７４，１９０）を実現する方法であって、サーボ・コントローラ（１７０，１７４，１９０）の離散時間の状態空間を表現するマトリクスを作成することを含む。コントローラ（１７０，１７４，１９０）のコントローラ状態をスケーリングして、コントローラ状態にかかる最悪のケースの範囲を減らす。コントローラ状態を、多数の必要な数学演算を減らす望ましい書式に変換する。また、マトリクスを固定小数点書式に転換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は一般にディスク・ドライブ内のサーボ装置に関する。より詳しくは、
本発明は、ディスク・ドライブ内でモデルに基づく強いサーボ制御装置を実現す
ることに関する。

【０００２】 （発明の背景） 一般的なディスク・ドライブはハブまたはスピンドル上に回転するよう取り付
けられた１個以上の磁気ディスクを含む。また一般的なディスク・ドライブは、
各磁気ディスクの上を飛ぶ、流体式空気軸受で支持される１個以上の変換器を含
む。変換器と流体式空気軸受を総称してデータ・ヘッドと呼ぶ。ホスト・システ
ムから受ける命令に基づいてディスク・ドライブ装置を制御するにはドライブ・
コントローラが用いられている。ドライブ・コントローラは、ディスク・ドライ
ブを制御して磁気ディスクから情報を検索しまた磁気ディスクに情報を記憶する
。

【０００３】 電気機械式アクチュエータは負フィードバック閉ループ・サーボ装置内で動作
する。アクチュエータは一般に屈曲組立体の屈曲体を支持するアクチュエータ・
アームを含み、屈曲組立体はデータ・ヘッドを支持する。アクチュエータはディ
スク面の上でデータ・ヘッドを半径方向に移動させてトラック・シーク操作を行
い、また変換器をディスク面のトラックの真上に保持してトラック・フォローイ
ング操作を行う。

【０００４】 一般に書込み信号をデータ・ヘッドに与えて、記憶するデータを表す磁束の反
転を磁気ディスク面でコード化することにより、情報を磁気ディスクに記憶する
。ディスクからデータを検索するときは、ドライブ・コントローラは電気機械式
アクチュエータを制御して、データ・ヘッドを磁気ディスクの上で飛ばして磁気
ディスクの磁束の反転を検知し、この磁束の反転に基づいて読取り信号を生成す
る。次にドライブ・コントローラは読取り信号を復号して、磁気ディスクに記憶
されている磁束の反転で表される、したがってデータ・ヘッドからの読取り信号
に含まれる、データを回復する。

【０００５】 データ・ヘッドをディスクのトラックの上に正確に位置決めすることは、ディ
スクにデータを書き込みまたディスクからデータを読み取るときに非常に重要で
ある。

【０００６】 従来の装置では、サーボ動作は専用のサーボ・ヘッドにより行っている。専用
のサーボを用いる装置では、全てのサーボ情報はディスク・ドライブ内のディス
クの或る特定の表面に書き込まれる。ディスク・ドライブ内の全てのヘッドは、
サーボ情報にアクセスするのに用いられるサーボ・ヘッドに機械的に結合されて
いる。したがって、専用のサーボ・ディスク・ドライブ内の全てのヘッドは、サ
ーボ表面から読み取られるサーボ情報に基づいて位置決めされる。この型の装置
では、ディスク・ドライブは並列の読取りおよび書込み操作を行うことができる
。言い換えると、ドライブ・コントローラ内に適当な回路を備えることにより、
アクチュエータに取り付けられた複数のデータ・ヘッドを用いて、読取りおよび
書込み操作を並列に行うことができる。データ・ヘッドは専用のサーボ表面から
読み取られるサーボ情報に基づいて同時に位置決めされる。

【０００７】 しかし磁気ディスクのトラック密度は逐年増加している。磁気ディスクのトラ
ック密度が増加すると一層正確で高い分解能の位置決めが必要になる。専用のサ
ーボ装置内のヘッド間の機械的偏りは１トラック幅より大きくなることがあるの
で、業界では応用によっては埋込みサーボ情報を用いるように変わりつつある。

【０００８】 埋込みサーボ装置では、サーボ情報は各ディスクの各面の各トラックに埋め込
まれるので、各データ・ヘッドは他のデータ・ヘッドとは関係なく位置信号を返
す。したがって、そのデータ・ヘッドがディスク面の情報にアクセスするときは
、サーボ・アクチュエータを用いて個々のデータ・ヘッドの位置決めを行う。位
置決めは、そのときにデータ・ヘッドが上を飛んでいるトラックの埋込みサーボ
・データを用いて行う。

【０００９】 これにより位置決め過程を高い精度と分解能で行うことができる（各データ・
ヘッドを他のデータ・ヘッドから独立して位置決めするので）が、増加したトラ
ック密度とその構造のために欠点もある。欠点の１つは、一般的な埋込みサーボ
装置では、複数のヘッドを用いて並列に読取りおよび書込み操作を行うことがで
きないことである。その理由は、サーボ装置は個別のデータ・ヘッドが受けた情
報に基づいて位置決めを行うが、機械的許容誤差が不十分なために、トラック密
度が高い装置では他のデータ・ヘッドを正確に位置決めすることができないから
である。また、現在のアクチュエータはデータ・ヘッドを独立に位置決めするこ
とができない。したがって現在の埋込みサーボ装置では、並列の読取りおよび書
込み操作（例えば、ディスク・ドライブ内の全シリンダを同時に読み取りまたは
書き込む操作）を行うことはできない。

【００１０】 専用と埋込みではサーボ装置にこのような違いがあるので、サーボ・サンプリ
ングレートと効率的なユーザ・データの記憶との間にはトレードオフがある。

【００１１】 更に、いずれの装置にもサーボ装置の位置決めの正確さと精度に影響を与える
多くの問題がある。重要な問題のいくつかを次に示す。 1. サーボ・サンプリングレート。サンプリングレートは、スピンドル速度と
、埋込みサーボ装置内のトラック当たりのサーボ・セクタの数により制限される
。 2. アームとヘッドの懸架の構造モード(structural mode)。 3. 外部の衝撃と振動（直線的、回転的、またはその両方） 4. トラッキング誤差に起因する書込み位置誤差。これはサーボ・トラックに
書き込むときに起こる誤差で、繰返しランナウトの原因になる。ランナウトとは
、トラック・フォローイング操作中の全位置決め誤差をいう。一般にランナウト
を、長時間にわたるトラッキング中の静的偏差と呼ぶ。書込み位置決め誤差はス
ピンドル速度と同期するので、これを繰返しランナウトと呼ぶ。 5. 軸受けの非線形性。特にアクチュエータが低速で移動中に、この非線形性
は回転ドラッグとヒステリシスの原因になる。

【００１２】 6. アクチュエータにかかる可撓回路(flex circuit)のバイアス力に起因する
非線形性。言い換えると、アクチュエータは可撓回路を介してディスク・ドライ
ブ・コントローラに結合されている。アクチュエータがディスクの異なる半径方
向の位置に変換器を位置決めするとき、アクチュエータにかかる可撓回路のバイ
アス力が変わる。 7. ディスクの揺れにより生じる非繰返しランナウト。ディスクの揺れの量は
スピンドル速度とディスク基材の堅さに従う。 8. 磁気変換器の非線形性クロストラックに起因する利得の変動。 9. 媒体の磁気的変動性、電子雑音などに起因する位置誤差サンプル雑音。

【００１３】 従来のサーボ・コントローラは、２つの構成要素（すなわち、測定器と調節器
）で構成する比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラを含む。測定器はサーボ
・セクタを横切る度に入力位置情報を受け、位置と速度を推定する。調節器は測
定された信号にフィードバックをかける。シーク・モードでは、調節器は一般に
基準速度軌道と測定された速度との誤差をゼロにする。トラック・フォローイン
グ・モードでは、調節器は望ましいトラック位置と測定されたトラック位置との
誤差をゼロにする。調節器はＰＩＤ制御方式で制御する。

【００１４】 しかしＰＩＤコントローラは必ずしも全てのディスク・ドライブ応用で優れて
いるわけではなく、また望ましいわけでもない。例えば場合によって、マイクロ
アクチュエータを、可撓組立体と変換器またはスライダ組立体の間、またはアク
チュエータ・アームの上、または懸架または可撓組立体の上に設けることが望ま
しい。マイクロアクチュエータを設けると、サーボ・アクチュエータ装置は単一
入力・単一出力（ＳＩＳＯ）装置（入力は誤差信号、出力はボイス・コイル電流
信号）から多重入力・多重出力（ＭＩＭＯ）装置（マイクロアクチュエータから
種々の入力を受け、ボイス・コイル・モータおよび各マイクロアクチュエータに
位置出力信号を与える）に変わる。かかる装置は単にＰＩＤコントローラを分散
させて制御することはできるが、これには問題がある。例えば、複数のヘッドを
同時に位置決めする場合に、１つのデータ・ヘッドの位置決めが隣接または近接
する他のデータ・ヘッドの同時位置決めにより影響を受けることがある。更に、
高帯域幅の位置決めを行うとドライブの構造モードを励振して振動やリンギング
やその他の妨害を生じて、隣接するデータ・ヘッドの位置決めを妨害しやすい。

【００１５】 更に、ディスク・ドライブ内の固定小数点ディジタル信号プロセッサ上に離散
時間システムを実現しようとすると、それ自体でいろいろの問題を生じる。例え
ば、ディスク・ドライブで用いられるディジタル信号プロセッサの計算能力は一
般に極めて限られている。このため種々の大きな問題が起こる。ディジタル信号
プロセッサ内のレジスタの大きさと数は極めて限られる場合がある。マトリクス
計算を行うとき、中間の計算結果を記憶するのに必要なビット数がディジタル信
号プロセッサ内のレジスタの容量を超えることがある。したがってオーバーフロ
ーが大きな障害になる。更に、ディジタル信号プロセッサ内の計算速度や構造や
メモリ容量によっては、単に多数の計算を行う必要があるという理由だけで、或
るマトリクス計算が事実上不可能になることがある。また実質的にすべてのディ
ジタル信号プロセッサは固定小数点プロセッサである。したがって、ディジタル
信号プロセッサ内に線形の離散時間システムを実現するのは非常に困難である。
また、従来のＤＳＰ内の量子化誤りが顕著になって、ディスク・ドライブ内のサ
ーボ装置内のＤＳＰの制御精度を高めることが不可能になることがある。 本発明はこれらの問題の少なくともいくつかに対処するものであって、従来の
方式より優れた利点を提供する。

【００１６】 （発明の概要） 本発明は上に述べた問題の１つ以上に対処する装置に関するものである。

【００１７】 ディスク・ドライブ内のディジタル信号プロセッサ内のモデルに基づくサーボ
・コントローラを実現する方法であって、サーボ・コントローラの離散時間の状
態空間を表現するマトリクスを作成することを含む。コントローラのコントロー
ラ状態をスケーリングして、コントローラ状態にかかる最悪のケースの範囲を減
らす。コントローラ状態を、多数の必要な数学演算を減らす望ましい書式に変換
する。また、マトリクスを固定小数点書式に転換する。

【００１８】 （好ましい実施の形態の詳細な説明） 図１は一般的なディスク・ドライブ１１０の平面図である。ディスク・ドライ
ブ１１０はディスク・パック１１２を含み、ディスク・パック１１２はディスク
・クランプ１１４によりスピンドル・モータ（図示せず）に取り付けられる。１
つの好ましい実施の形態では、ディスク・パック１１２は複数の個別のディスク
を含み、各ディスクは中央軸１１５の周りを共に回転するよう取り付けられる。
データを記憶する各ディスク面は関連するヘッド・ジンバル組立体（ＨＧＡ）１
１６を有し、組立体１１６はディスク・ドライブ１１０内のアクチュエータ組立
体１１８に取り付けられる。図１に示すアクチュエータ組立体は回転運動するコ
イル・アクチュエータと呼ぶ型であって、一般に１２０で示すボイス・コイル・
モータ（ＶＣＭ）を含む。ボイス・コイル・モータ１２０は取り付けられたＨＧ
Ａ１１６と共にアクチュエータ組立体１１８をピボット軸１２１の周りに回転さ
せて、ディスク・ドライブ１１０に内蔵する電子回路の制御により、関連するデ
ィスク面の所望のデータ・トラックの上にＨＧＡ１１６を位置決めする。

【００１９】 より特定して述べると、アクチュエータ組立体１１８は軸１２１の周りに回転
して、ヘッド・ジンバル組立体１１６を一般に弧１１９に沿って回転させ、各ヘ
ッド・ジンバル組立体１１６をディスク・パック１１２内のディスク面の、所望
の１つのトラックの上に位置決めする。ＨＧＡ１１６はディスクの最も内側の半
径上にあるトラックから最も外側の半径上にあるトラックまで移動することがで
きる。各ヘッド・ジンバル組立体１１６はジンバルを有する。ジンバルはスライ
ダをロード・ビームに対して弾力的に支持するので、スライダはディスクの形に
追従することができる。スライダは変換器を含む。変換器は、その上を飛ぶディ
スク面の磁束の反転を符号化し、またディスク面から磁束の反転を読み取るのに
用いられる。

【００２０】 図２はアクチュエータ組立体１１８の透視図である。アクチュエータ組立体１
１８は基部１２２と、複数のアクチュエータ・アーム１２６と、複数のロード・
ビーム１２８と、複数のヘッド・ジンバル組立体１１６を含む。好ましい実施の
形態では基部１２２は穴を含み、穴は軸１２１に結合して回転する。アクチュエ
ータ・アーム１２６は基部１２２から延びて、１個または２個のロード・ビーム
１２８の第１の端にそれぞれ結合する。各ロード・ビーム１２８の第２の端はヘ
ッド・ジンバル組立体１１６に結合する。

【００２１】 図３はヘッド・ジンバル組立体１１６の拡大図を示す。ヘッド・ジンバル組立
体１１６は、１対の支柱１３２および１３４を有するジンバル１３０と、ジンバ
ル結合トング１３６を含む。またヘッド・ジンバル組立体１１６はスライダ１３
８を含む。スライダ１３８は上面１４０と下側の空気軸受面１４２を有する。ま
た好ましくは変換器１４４をスライダ１３８の前縁に置く。スライダ１３８とジ
ンバル１３０の間の取り付けは任意の望ましい方法で行って良い。簡単に述べる
と、１つの好ましい実施の形態では、スライダ１３８の上面１４０とジンバル結
合トング１３６の下面の間に適合する薄い層を接着剤で結合することが好ましい
。適合する薄い層により、スライダ１３８とジンバル結合トング１３６とを相互
に横方向に動かすことができる。適合する薄い層は、好ましくは厚さ約１５０ミ
クロンのマイラー・フィルムである。また、ジンバル結合トング１３６の端は好
ましくは取り付けタブ１４６を持つスライダ１３８の後縁である。タブ１４６は
スライダ１３８をジンバル結合トング１３６に取り付ける面である。

【００２２】 図４はディスク・ドライブ１１０の一部のブロック図であって、本発明の１つ
の態様にかかるサーボ位置制御回路を示す。図４に示すディスク・ドライブ１１
０の部分は、アクチュエータ組立体１１８と、ディスク・パック１１２と、各ヘ
ッド・ジンバル組立体に関連するマイクロアクチュエータ（一括してマイクロア
クチュエータ１５８と呼ぶ）と、前置増幅器１６０と、データおよびクロック回
復回路１６２と、誤り検出回路１６４と、ドライブ・コントローラ１６６とデー
タ調整回路１６８と、サーボ制御プロセッサ１７０と、電力増幅器１７２と、オ
プションのマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４を含む。

【００２３】 ドライブ・コントローラ１６６は好ましくはマイクロプロセッサまたはディジ
タル・コンピュータ、またはその他の適当なマイクロコントローラであって、バ
ス１１１を介して、ホスト・システムまたは複数のドライブを制御する別のドラ
イブ・コントローラに結合する。

【００２４】 ディスク・パック１１２は、複数の同軸に配置されたディスク１７８を支持す
るスピンドル１７６を含む。各ディスク１７８は回転軸１１５の周りをスピンド
ル１７６と共に回転するよう取り付けられる。各ディスク１７８は第１の面１８
０と第２の面１８２を有する。面１８０および１８２は同心のトラックを含み、
符号化された、磁束を反転した形のデータを受けてトラック上に記憶する。

【００２５】 図２と図３に関して述べたように、アクチュエータ組立体１１８は複数のアク
チュエータ・アーム１２６を支持する基部１２２を含む。各アクチュエータ・ア
ーム１２６は少なくとも１個のロード・ビーム１２８に結合する。ロード・ビー
ム１２８は対応するディスク面１８０または１８２の上にそれぞれ１個の、ディ
スク面のトラック内のデータにアクセスするためのヘッド・ジンバル組立体１１
６（図３を参照）を支持する。また各ジンバル組立体は少なくとも１個のマイク
ロアクチュエータ１５８を含み、ヘッド・ジンバル組立体の変換器を、ディスク
１７８の１つのトラック内にまたは複数の異なるトラックの１つの上に位置決め
する。図４に示すように、マイクロアクチュエータ１５８は、アクチュエータ・
アーム１２６の上、ロード・ビーム１２８、ジンバル（またはその他の屈曲体１
３０）の上、ジンバル１３０とその関連するスライダの間、または任意の他の適
当な位置に設けて良い。マイクロアクチュエータ１５８は、ＰＺＴ材料、容量的
、流体的、電磁的、静磁気的、熱的に活動状態になって曲がる静電材料で形成し
て良い。

【００２６】 動作を説明すると、ドライブ・コントローラ１１２は一般にホスト・システム
から、１個以上のディスク１７８の或る部分にアクセスするよう指示する命令信
号を受ける。この命令信号に応じて、ドライブ・コントローラ１６６はサーボ制
御プロセッサ１７０に特定のシリンダ（そのシリンダの上にアクチュエータ組立
体１１８はヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めする）を示す位置（または
参照）信号１６５を与える。サーボ制御プロセッサ１７０はこの位置信号をアナ
ログ信号に変換し、これを電力増幅器１７２で増幅して、アクチュエータ組立体
１１８内のボイス・コイル・モータに与える。このアナログ位置信号に応じて、
アクチュエータ組立体１１８はロード・ビーム１２８とその関連するヘッド・ジ
ンバル組立体１１６を所望のシリンダの上に位置決めする。

【００２７】 ヘッド・ジンバル組立体１１６は読取り信号を生成する。この信号は、読み取
ろうとするディスクの各トラックの選択された部分に記憶されている埋込みサー
ボ位置データからのデータと、読み取ろうとするディスクの選択された部分から
読み取る通常のデータとを含む。読取り信号を前置増幅器１６０に与えると、前
記増幅器１６０は読取り信号を増幅して、これをデータおよびクロック回復回路
１６２に与える。データおよびクロック回復回路１６２は読取り信号から既知の
方法でデータ（ディスク面に書き込まれるときにディスク面で符号化される）を
回復する。もちろん、データおよびクロック回復回路１６２は部分応答最尤（Ｐ
ＲＭＬ）チャンネル、またはその他の適当な型の読取りチャンネルで良い。

【００２８】 データを回復すると、これを誤り検出回路１６４に送る。回路１６４はディス
クから読み取ったデータに誤りが発生したかどうかを検出して、出力１６７を生
成する。誤り検出回路１６４、またはドライブ・コントローラ１６６、または両
者の組合せは、既知の方法で誤りを訂正する。

【００２９】 ヘッドの位置決めの間、ドライブ・コントローラ１６６はサーボ制御プロセッ
サ１７０に位置信号を与える。これによりアクチュエータ組立体１１８は選択さ
れたシリンダの上にヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めする。セクタ・サ
ーボ位置決めドライブ（または埋込みサーボ位置決めドライブ）では、ディスク
面の各セクタの一部に符号化された位置情報があるので、データ・ヘッドはこれ
を読み取って、読取りチャンネルを介してサーボ制御プロセッサ１７０に与える
。位置決め情報は、データ・ヘッドがその上を飛んでいる特定のトラックを示す
粗位置情報を与えるだけでなく、位置決めの精度を上げるためにサーボ制御プロ
セッサに同調フィードバックをかける。サーボ制御プロセッサ１７０はディスク
から読み取った位置情報に応じて、ヘッド・ジンバル組立体１１６を位置決めす
る。

【００３０】 １つの好ましい実施の形態では、サーボ制御プロセッサ１７０を用いて粗アク
チュエータ（ボイス・コイル・モータ）を制御するだけでなく、マイクロアクチ
ュエータ１５８も制御する。別の好ましい実施の形態では、別個のマイクロアク
チュエータ・コントローラ（または複数の別個のマイクロアクチュエータ・コン
トローラ）１７４を備えて、ドライブ・コントローラ１６６からの位置要求信号
に応じて、またディスクから読み取った埋込み位置情報に応じて、マイクロアク
チュエータ１５８を制御する。

【００３１】 ディスクに情報を書き込むため、ドライブ・コントローラ１６６はディスク・
パック１１２に書き込むべき情報の位置を受けるだけでなく、書き込むべき実際
のデータも受ける。位置情報は、対応するディスク面に対してデータ・ヘッドを
粗く位置決めするための基準信号としてサーボ制御プロセッサ１７０（またオプ
ションとしてマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４）に与えられる。次
にドライブ・コントローラ１６６は書き込むべきデータをデータ調整回路１６８
に与える。回路１６８はこの情報を出力１６９としてヘッド・ジンバル組立体１
１６の特定の変換器に与えて、データを既知の方法でディスク面に書き込む。

【００３２】 好ましい実施の形態では、マイクロアクチュエータ１５８が動く範囲は、アク
チュエータ組立体１１８が支持する任意の２個のヘッド組立体１１６の間の最悪
の機械的な心ずれより広い。一層好ましい実施の形態では、各マイクロアクチュ
エータ１５８が動く範囲は１トラック幅より広く、更に一層好ましくは複数のト
ラック幅より広い。また好ましい実施の形態では、ディスク・ドライブ１１０に
設けられる読取りチャンネル（図４に示す実施の形態では、前置増幅器１６０と
、データおよびクロック回復回路１６２と、誤り検出回路１６４を含む）は複数
の同時並列のデータ信号を受けて、これらのデータ信号を並列に処理し、これら
をホスト・システムおよび／またはドライブ・コントローラ１６６に並列に送る
ことができる。

【００３３】 また好ましい実施の形態では、複数の同時並列の書込み信号をデータ・ヘッド
に与えて同時並列の書込み操作を行うには、データ調整回路１６８が適している
。また好ましい実施の形態では、位置決め信号をマイクロアクチュエータ１５８
に同時に与えて、全てのまたは少なくとも複数のマイクロアクチュエータを同時
に位置決めすることにより複数のヘッドとディスク・パック１１２内の複数のデ
ィスク面のトラックを同時に心合わせするには、サーボ・コントローラ・プロセ
ッサ１７０とオプションのマイクロアクチュエータ・コントローラ１７４が適し
ている。

【００３４】 この装置は多くの利点を持つ。例えば、複数のデータ・ヘッド毎に正確な位置
決め制御を行うことができる。これにより、複数のデータ・ヘッドに正確に同時
にトラック・フォローイングを行い、並列の読取りおよび書込み操作を行うこと
ができる。また、マイクロアクチュエータ動作の帯域幅はボイス・コイル・モー
タの帯域幅よりはるかに大きいので、この装置では任意の所定のディスク面のト
ラック密度を大幅に増やすことができる。その理由は、軸受けの非線形性や従来
のトラック密度を制限するその他の問題を、単にトラック・フォローイングにボ
イス・コイル・モータを用いるという優れた方法で解決するからである。

【００３５】 また好ましい実施の形態では、各マイクロアクチュエータの動く範囲が複数の
データ・トラックより広いので、マイクロアクチュエータ自身を短いシーク操作
（マイクロアクチュエータが動く範囲内でトラックをシークするシーク操作）に
用いることができる。これにより、ディスク・ドライブ内の構造モードの励振を
最小にして、短いシークの間は高い帯域幅のサーボ制御を行うことができる。

【００３６】 マイクロアクチュエータ１５８は本発明にかかる多数のどの方法を用いても制
御することができる。例えば、従来のディスク・ドライブ内のボイス・コイル・
モータは、単一入力・単一出力（ＳＩＳＯ）装置であるサーボ・コントローラで
制御される。入力は埋込みサーボ・データから得られるヘッド位置の測定値であ
り、出力は一般に電力増幅器１７２を介してボイス・コイル・モータを駆動する
。しかしマイクロアクチュエータ１５８を制御するには、本発明のサーボ制御装
置は多重入力と多重出力を持たなければならない。入力はヘッドがその上を飛ぶ
埋込みサーボ情報から読み取ったヘッド位置を含み、またオプションであるがボ
イス・コイル・モータ（すなわち粗アクチュエータ）に対する１個以上のマイク
ロアクチュエータの相対位置を含む。多重出力は単一の粗位置決め装置（ＶＣＭ
）やＮ個のマイクロアクチュエータを駆動する出力を含む。

【００３７】 複数のデータ・ヘッドを同時に位置決めするという本発明の構成自体に潜在す
る問題は、１個のデータ・ヘッドの位置決めが隣接または近接する他のデータ・
ヘッドの同時位置決めにより影響を受ける可能性があるということである。高い
帯域幅の位置決めを行うとドライブの構造モードを励振して振動などの障害の原
因になり、隣接するデータ・ヘッドの位置決めの障害になることがある。したが
って本発明の好ましい実施の形態では、サーボ制御プロセッサ１７０またはマイ
クロアクチュエータ・コントローラ１７４はアクチュエータ組立体１１８上の他
のデータ・ヘッドの動きを考慮に入れる。

【００３８】 好ましい装置は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として実現されるＭＩ
ＭＯサーボ・コントローラを含む単一サーボ・コントローラを含む。ＤＳＰへの
入力は各ヘッドのヘッド位置と、各マイクロアクチュエータの相対位置と、ホス
ト・コントローラからまたはディスク・ドライブ・コントローラ１６６からの基
準信号を示す。

【００３９】 図５は、サーボ制御プロセッサ１７０とマイクロアクチュエータ・コントロー
ラ１７４を組み合わせて、ＤＳＰ１９０として実現される単一サーボ・コントロ
ーラにした１つの実施の形態を示す。ＤＳＰ１９０は入力としてホスト・システ
ムまたはディスク・ドライブ・コントローラ１６６からの基準信号１６５と、ヘ
ッド１８１（ヘッド０乃至ヘッドＮ）の位置を示すヘッド毎のヘッド位置信号と
を受ける。ＤＳＰ１９０からの出力は、アクチュエータ組立体（すなわちＥブロ
ック）１１８を駆動するボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）に与えられる。また
図５に示すように、ＤＳＰ１９０はアクチュエータ組立体１１８に結合する全て
のマイクロアクチュエータ１５８（マイクロアクチュエータ０乃至マイクロアク
チュエータＮ、これらを番号１５９および１６１で示す）に出力信号を与える。
またＤＳＰ１９０への入力は、関連するヘッドからのヘッド位置信号１７１と、
ＶＣＭ１７３に対する各ヘッドの相対位置信号１７９も含む。

【００４０】 図のように各マイクロアクチュエータはヘッド１８１に結合する。また各マイ
クロアクチュエータは、ボイス・コイル・モータ（またはアクチュエータ組立体
１１８）に対するマイクロアクチュエータの相対位置を検知する、関連する相対
位置センサ１８３を持つ。相対位置センサ１８３は、任意の適当なセンサ（容量
性センサまたは任意の他の適当な型の位置センサなど）で良い。このように、Ｄ
ＳＰ１９０はボイス・コイル・モータ１７３に粗位置決め信号を与えて全てのア
クチュエータ組立体１１８の位置決めを行う。またＤＳＰ１９０はマイクロアク
チュエータ１５８に精位置決め信号を与える。

【００４１】 好ましい実施の形態では、各ヘッドに関連するマイクロアクチュエータ毎にマ
イクロアクチュエータ出力を与えるときに、ＤＳＰ１９０はヘッド位置と各ヘッ
ドに関連する相対位置とを考慮するだけでなく、隣接または近接するヘッドの動
きも考慮する（すなわち、ヘッドの相互結合を考慮する）。このようにして、Ｄ
ＳＰ１９０は各個別のヘッドの位置決めを行うときに構造モードの励振を考慮に
入れる。また好ましい実施の形態では、ＤＳＰ１９０は外乱を除去し、ランナウ
トを説明し、過度のアクチュエータ電流を防止し、雑音耐性を与える。

【００４２】 図５に示すＤＳＰ１９０は好ましくはモデルに基づくアルゴリズムを実現する
。図６（例えば、ブロック１９１−１９９）は、ＤＳＰ１９０を備えるサーボ制
御装置を開発する本発明の１つの方法を示す流れ図である。図６の各ブロックの
概要を簡単に説明した後、各ブロックを詳細に説明する。

【００４３】 まず名目モデルを作成する。これは主としてディスク・ドライブの構造的動力
学を記述する微分方程式の集合である。これを図６のブロック１９２で示す。名
目モデルを作成するときに、ドライブの動力学について正確な知識があることが
好ましい。この知識は経験的／測定データを用いて得るのが好ましい。この種の
情報を用いてシステム・モデル内のパラメータを定義し、またこの情報の全てを
用いて、第１の原理（すなわち微分方程式）からモデルを作成することが好まし
い。

【００４４】 次に、ディスク・ドライブの不確実性記述を作成する。これを図６のブロック
１９４で示す。不確実性記述は、多数のドライブに関連するドライブ挙動とその
変動を捕らえて設計することが好ましい。このデータを用いて、ブロック１９２
で作成したモデルを修正する。

【００４５】 次に装置の性能目標を指定する。これを図６のブロック１９６で示す。この目
標は、モデルを既存の市販のツールと両立させ、種々の方法でディスク・ドライ
ブに直接実現することのできる制御アルゴリズムを、最適且つ最終的に開発する
ためのものである。

【００４６】 次にモデルを検証する。これを図６のブロック１９７で示す。要するに、ここ
で作成するモデルは強い制御モデルであって、装置の動力学のモデルだけでなく
不確実性と雑音の記述も含むシステム・モデルである。一般に、モデル検証問題
は、ノルムで制限され(norm-bounded)構造化された不確実性と実験データを持つ
線形時間不変システムとして定式化される。モデル検証は周波数領域でのモデル
検証問題を考慮して行う。μ分析およびμ_g分析と呼ぶ手法を用いて、モデルが
データに適合するかどうか、コントローラがモデルに適合するどうかを判定する
。

【００４７】 最後に、市販の最適化ソフトウエアを用いてモデルを最適化する。μを計算し
て最適化するアルゴリズムは、ＭＡＴＬＡＢ・μ分析および合成ツールボックス
(MATLAB μ-Analysis and Synthesis Toolbox)という名で市販されている。これ
を図６のブロック１９８で示す。

【００４８】Ａ． アクチュエータモデル 図７は本発明の１つの態様にかかるサーボ・アクチュエータのモデル２０１を
示す。図７はブロック２００と２０２と２０４を含む。ブロック２００はサーボ
・アクチュエータの伝達関数Ｇ_nomを表す。ブロック２０４は加法的不確実性記
述を表し、ブロック２０２は乗法的不確実性記述を表す。

【００４９】 １． 名目モデル Ｇ_nomはアクチュエータの名目モデルである。名目モデルの役割は、一般的な
装置の動力学の特徴を正確に示すことである。これは名目モデルが、モデル化さ
れるディスク・ドライブの全種類において見られる平均的な期待される装置の挙
動でなければならないことを意味する。好ましい実施の形態では、ドライブに関
する大量の正確な知識を得て名目モデルを開発する。

【００５０】 １つの好ましい実施の形態では、名目モデルを周波数領域で作成する。その理
由は、最悪の場合の装置の動力学が多くの高周波構造モードを含み、これが時間
領域で大幅に変化する過渡的挙動を生じる原因となるからである。ディスク・ド
ライブは開ループでは不安定なので、データは閉ループで収集する。これを行う
には、ループ内に外乱を注入してドライブ・アクチュエータの入力と出力を測定
する。例えば、好ましい実施の形態では、周波数領域の入力および出力の情報を
実験的方法により収集する。また異なる種類の入力（例えばパルス入力やステッ
プ入力）に対する時間領域応答も収集する。この種の情報を用いてシステム・モ
デル内のパラメータを定義する。また、好ましい実施の形態では、装置内の種々
の物理的構成要素の構造的データを得るために有限要素分析を行う。好ましくは
これらの情報を全て用いて、第１の原理（すなわち、微分方程式）からモデルを
作成する。

【００５１】 図８は、対数振幅２０５に対する周波数２０３をプロットしたもので、ディス
ク・ドライブから得られた開ループ伝達関数を示す。測定されるヘッド位置に正
弦波の位置外乱を注入してトラック・フォローイング操作を行い、同時にボイス
・コイル・モータ電流とヘッド位置を測定して、データを収集した。番号２０６
はディスク・ドライブの名目モデルを表す。番号２０８はディスク・ドライブ内
のＰＩＤコントローラで追跡したときの測定データを表し、２１０は測定データ
の平均値である。データはヘッド０、１、３について、ディスクの内側、中央、
外側の半径で収集した。位置外乱の振幅はトラック幅の２％乃至２０％であった
。

【００５２】 名目モデルとして、次のように２次システムのカスケードを選んだ。

【数１】 ただし、Ｋ_DCはアクチュエータの直流（ＤＣ）利得、ｎはｉ番目の共振モード（
ｉ＝１，．．．，ｎ）についての共振モードの数、ξ_z,iおよび

【外１】 はゼロの減衰および固有周波数、ξ_piおよび

【外２】 は極の減衰および固有周波数である。同様に、ξおよびω_nはドライブの低周波
挙動を定義する。

【００５３】 また、式１で記述される名目モデル内に、遅れをモデル化して入れることもで
きる。ディスク・ドライブ内には遅れの種々の源が存在する。例えば、パルス幅
変調（ＰＷＭ）フィルタ、電力増幅器、ボイス・コイルの時定数、その他の源は
全て装置に遅れを注入する。連続時間において純粋の遅れをモデル化する標準的
な方法では次のパデ（Pade）近似を用いる。

【数２】 ただし、ｔ_dは遅れ（秒）、ｓは周波数パラメータ、

【外３】 は引数のラプラス変換を表す。

【００５４】 時間遅れをモデル化するには、一般に低次のパデ近似で十分である（例えば、
１次または２次）。他の強い近似も用いることができる。

【００５５】 ２． 不確実性記述 図７のブロック２０２と２０４で示す不確実性記述が用いられる理由は、ディ
スク・ドライブ内のアクチュエータ装置の正確な数学モデルを作ることが不可能
だからである。正確なモデルとは、装置を一組の微分方程式で表すことが可能で
、且つ微分方程式の全てのパラメータが分かることを意味する。通常の状態では
、ディスク・ドライブを正確にモデル化することはできない。しかし、ディスク
・ドライブの挙動を「カバー」する一組のモデルを定義することはできる。不確
実性モデル化はかかる集合を定義する１つの方法である。

【００５６】 一般的なディスク・ドライブでは、ディスク・ドライブの構造自体が高周波で
共振モードを持つ。また、低周波モードの固有周波数と減衰は振幅に或る程度依
存する。言い換えると、これは軸受けのヒステリシスや可撓回路のバイアス力な
どに起因することが多い非線形動力学で定義される。かかる変動は不確実性記述
により最も効果的に捕らえられる。

【００５７】 ブロック２０４はブロック２００で示す名目モデルを加法的不確実性で強化し
たモデルを示す。加法的不確実性はシステムの次の集合を記述する。

【数３】 ただし、Δ（ｓ）はノルムで制限された不確実性摂動、Ｗ_a（ｓ）は周波数領域
の重み関数である。不確実性摂動Δ（ｓ）はノルムで制限されるので、一般に不
確実性の大きさが周波数に依存することを示すには重み関数が用いられる。動的
不確実性の特徴を示すには一般に加法的不確実性が用いられる。したがって、不
確実性摂動Δ（ｓ）は一般に各周波数での複素完全マトリクスと考えられる。

【００５８】 一般に加法的不確実性は、ディスク・ドライブ内の共振モードなどの、高周波
の動的不確実性をモデル化するのに最も効果的である。例えば、約２ｋＨｚ以上
の周波数範囲内で利用可能な、ディスク・ドライブの動力学に関する信頼できる
情報はほとんどない。その理由は主として、これらの構造モードの固有周波数と
減衰が装置毎に異なるからである。 加法的不確実性重みｗ_aの役目は高周波での装置利得に下限を設けることであ
る。

【００５９】 図９−１と９−２は、加法的不確実性を用いたときの周波数２０９に対する振
幅２１１のプロットを示す。図９−１では、名目モデルを２１２で示し、実際の
測定値を２１４で示す。モデル化できない動力学を説明するのに用いられる加法
的不確実性により、２１６で示す包絡線が形成される。図９−２は、加法的不確
実性重み関数２１８の１つの実施の形態を示す。

【００６０】 乗法的不確実性はシステムの次の集合を記述する。

【数４】 ただし、Δ（ｓ）はノルムで制限された不確実性摂動、Ｗ_m（ｓ）は周波数領域
の重み関数である。加法的不確実性と同様に、Δ（ｓ）は一般に各周波数での複
素完全マトリクスと考えられる。

【００６１】 乗法的不確実性は低周波での利得変動をモデル化するのに効果的である。図９
−３は乗法的不確実性を用いた利得変動を示す。図９−３は図９−１と同様であ
って、同じ項目に同じ番号を用いている。しかし２１６は乗法的不確実性を持つ
一組のシステムの低周波での包絡線を示す。乗法的不確実性重みＷ_mの役目は、
名目伝達関数の周りに包絡線を形成することである。多くの場合、包絡線は約１
００ヘルツまではプラスまたはマイナス５０％程度であり、その後は１％以下に
漸減する。図９−４は、図９−３に示す不確実性２１６に用いられる乗法的不確
実性の重み関数２１８を示す。

【００６２】 図７に示すモデルが与えられると、設計者はディスク・ドライブから収集した
データを十分カバーする不確実性重みＷ_mとＷ_aを、余り消極的にならずに選択す
る。簡単な推定のいくつかを図１０−１乃至１０−３に示す。これらは周波数２
１５に対する振幅２１７および位相誤差２１９をプロットしたものである。

【００６３】 一般的なディスク・ドライブにおける加法的および乗法的不確実性レベルの例
を図１０−１、１０−２、１０−３に示す。図１０−１は推定された乗法的不確
実性２２０を示す。図１０−２は推定された加法的不確実性２２２を示し、図１
０−３は位相誤差２２４を周波数の関数として示す（遅れの推定のために用いる
）。理解されるように、加法的および乗法的不確実性は、どちらも低、中、高周
波数の不確実性モデルに用いることができる。設計者は重みが簡単になるように
不確実性モデルを選択する。また、複数の加法的および乗法的不確実性を用いて
良い。

【００６４】

【外４】 図７に示すアクチュエータ・モデル２０１が得られると、次のステップは性能
目標を指定して、モデル化されたアクチュエータを制御する最適化コントローラ
を設計することである。図１２は例示のディスク・ドライブのトラック・フォロ
ーイング制御合成相互接続２３０のブロック図を示す。図のように、装置２３０
はアクチュエータ・モデル２０１を含む。重み付き相互接続２３０を最適化する
ようにコントローラを設計する。

【００６５】 好ましくは図１１の装置ブロックは、コントローラ・ブロック２３２と、アク
チュエータ・モデル２０１と、理想的アクチュエータ・モデル２３４と、合成重
み２３１（Ｗ_u）および２３３（Ｗ_p）（電流誤差信号２３５（ｕ）およびトラッ
キング誤差信号２３７（ｙ）にそれぞれ加えられる）と、外生入力（命令された
オフセット位置２３９（ｒ）・位置センサ雑音２４１（ｎ）・信号２６９（ｙ_m
）・重み２６７（ｗ_n）・電流外乱２４３（ｄ_i）・入力重み２５９（Ｗ_di）・出
力重み２６１（Ｗ_do）・位置外乱２４５（ｄ_o）を含む）と、制御された出力２
４７（ｚ１）および２４９（ｚ２）（電流ペナルティおよびトラッキング誤差に
それぞれ対応する）とを含む。

【００６６】 好ましい実施の形態では、コントローラ・ブロック２３２は好ましくはコンペ
ンセータＫ₂とプリコンペンセータＫ₁を含む自由度２の制御構成を持つ。プリコ
ンペンセータＫ₁は閉ループ・システムの過渡応答を改善するためのものである
。

【００６７】 図１１に示す相互接続は、好ましくはアクチュエータの電流ペナルティおよび
トラッキング誤差を記述する次の式を満足するよう設計する。

【数５】

【００６８】 図１１に示す相互接続を簡単にすると図１２（コントローラ２６１、アクチュ
エータ２６３、不確実性２６５を含む）に示す等価の線形分数変換になる。線形
分数変換（ＬＦＴ）は線形装置の相互接続の表記法を簡単化するために現代制御
理論でよく用いられる。これはフィードバックをもつ線形ブロックから成るブロ
ック図の数学的表現と考えることができる。

【００６９】 図１２に示すＬＦＴから得られる

【外５】 最適化基準は次の通りである。

【数６】 ただし、Ｆ₁（Ｆ_u（Δ，Ｇ），Ｋ）はフィードバック相互接続ｗ→ｚを示し、

【外６】 は引数の誘導∞ノルムを示し、Ｃは複素数の集合である。

【００７０】 性能を強くするには、閉ループ・システムは次のプラントの集合を安定させる
コントローラＫを持たなければならない。

【数７】

【００７１】 また次の性能目標を満足する。

【数８】

【００７２】 したがって式５、６、７から、次のノルム不等式が得られる。

【数９】 ただし、

【数１０】 でありｗ_j→ｚ_iはｗ_jからｚ_iまでの伝達関数である。

【００７３】 したがって、

【数１１】 を満足するようにコントローラＫを設計すると、式７で示した

【外７】 最適化基準と、式１０で示したノルム不等式から、各周波数ωで次の性能不等式
が成り立つ。

【数１２】

【００７４】 更に、次のアクチュエータ・ペナルティ不等式（アクチュエータ不等式）も成
り立つ。

【数１３】

【００７５】 理解されるように、式１１−１４で示した性能不等式は装置の一組の性能制約
である。式１１はトラッキング制約を定義し、式１２は入力外乱除去（回転振動
）制約を定義し、式１３は位置外乱除去制約（電流外乱除去、書込み誤り除去、
繰返しランナウト除去と、非繰返しランナウト除去、バイアス電流誤りを含む）
を定義し、式１４は雑音除去制約である。

【００７６】 式１１に示すトラッキング制約を装置に与えると、重み２３３（ｗ_p）と２５
１（ｗ_r）を選択することにより、設計者は任意の望ましい応答にできるだけ近
づけるようにコントローラを設計することができる。例えば、設計者はアクチュ
エータのステップ応答が周波数領域で或る形を持つことを望む（例えば、トラッ
クを移動するときや、読取り・書込みオフセットを行うとき）。一般に、トラッ
キング制約が大きく減衰するように重みを選ぶ。リンギングはドライブ内で構造
モードを励振することがあるが、減衰を大きくするほどこの問題は小さくなる。
理解されるように、コントローラＫを自由度２のコントローラにすることにより
、本装置はトラッキング制約の実現を一層可能にする自由度が追加される。

【００７７】 また式１１の伝達関数Ｇ_idealは、命令オフセットに対して理想的応答が得ら
れるように設計することが好ましい。このとき、式１１の性能目標を与えるとデ
ィスク・ドライブの応答をＧ_idealの応答に一致させることができる。この種の
トラッキング目標を明示的モデル・フォローイングと呼ぶ。合成相互接続にモデ
ルを埋め込む必要のない暗黙的手法もあり、この手法の場合は状態が増えない。
しかし設計が簡単なことが多いので、明示的手法の方が好ましい。

【００７８】 式１２と１３に示す入力および出力の外乱除去性能制約により、トラック・フ
ォローイング・サーボ装置は外部の源からの外乱を除去し、したがってかかる通
常の動作状態で密なトラッキング性能を保持することができる。例えば、トラッ
キング・コントローラが動作中にシーク到着が起こると、アクチュエータ位置お
よび速度の誤差の原因になる。更に、ユーザの構成によっては、ディスク・ドラ
イブは並進および回転する衝撃および振動を生じる。したがって優れたトラッキ
ング性能を持つには、持続的であってもステップ状またはインパルス状であって
も、バイアス電流・トルク・位置・速度の外乱に対してサーボ装置は迅速に応答
して減衰させなければならない。また、振幅が過度に大きな、または時定数が長
いリンギングはかかる装置では一般に極めて望ましくない。これらの要件は、特
定の伝達関数にノルム制限を与えることにより良く捕らえることができる。バイ
アス電流およびトルクの外乱は次のノルム制約の減衰により、或る所定の周波数
範囲内で最小にすることができる。

【数１４】

【００７９】 高速応答はＤＣから臨界周波数までの減衰を強くすることにより得られる。リ
ンギングは伝達関数のピーキングから生じる。 同様に、位置の外乱は次の減衰により最小にすることができる。

【数１５】 減衰の式１９および２０は式１２および１３の性能重みを設定することにより
得られる。

【００８０】 この装置はセンサ雑音を濾波または除去することはできないが、雑音がひどく
ならないように設計することが好ましい。これは、式１４に示す伝達関数にピー
キングがある場合に起こる。一般にピーキングという語は、或る周波数範囲内で
の０ｄＢ以上の利得を意味する。一般にピーキングは、閉ループ伝達関数内の望
ましくない増幅を指すのに用いられる。理解されるように、利得が大きい場合に
はこの伝達関数はほぼ１である。したがって、コントローラの性能を高くする必
要がある周波数で過度の雑音がある場合は、雑音スペクトルに関する先験的な情
報を用いて雑音フィルタを挿入することが一般に望ましい。ディスク・ドライブ
でこれを行うには、繰返しランナウト補償器を用いることが多い。この補償器は
サーボ・トラック書込み装置に起因する書込み誤りによる繰返し雑音を追跡する
。

【００８１】 式１５−１８に示すアクチュエータ制約は、トラッキング制約（式１５）と、
入力外乱制約（式１６）と、出力外乱制約（式１７）と、雑音制約（式１８）を
含む。

【００８２】 設計者の役割は、ディスク・ドライブの性能要件を捕らえる周波数の重みｗ_p
、ｗ_u、ｗ_r、ｗ_di、ｗ_do、ｗ_nを選択することである。性能要件が周波数領域で
容易に表現される場合は重みの選択は簡単である。しかし一般に時間領域の要件
もある。時間領域の例としてオーバーシュート、立上ちがり時間、整定時間、リ
ンギングなどがあり、これらは周波数領域における同等の特性（例えば、帯域幅
、減衰、ピーキング）に変換しなければならない。

【００８３】 式１５−１８に示すアクチュエータ制約（または目標）はアクチュエータ制御
信号にペナルティを与える。これは好ましくはいくつかの役割を果たす。不確実
性がほとんどない装置では、これらの目標はコントローラを強制的にロールオフ
し、したがって帯域幅を制限する。しかし通常は、これらの目標を用いて制御信
号の振幅を制限して、サーボ・アクチュエータ内で制御信号が飽和する可能性を
最小にする。 関連する重みを同調させることは、シミュレーションから得たデータを用いて
試験して、妥当な重みを決定するという繰返し過程である。

【００８４】ｃ． 強さとモデルの検証と最適化 モデルの開発と適当な重みの選択が終わると、モデルの強さを検証する。好ま
しい実施の形態では、

【外８】 およびμ合成法を用いてこれを行う。マトリクス関数μを計算し、これを用いて
、コントローラ２６１とアクチュエータ２６３と不確実性２６５を含む図１２に
示した相互接続構造の安定性と性能特性を分析する。μ分析を用いて、ノルムで
制限され構造化された不確実性に従う相互接続システムの安定性と性能特性を分
析する。図１２は、μ分析とμ合成に適した構造化された不確実性を持つ一般的
な相互接続を示す。

【００８５】 システムのマトリクス関数μを計算した後、関数μ_gを計算する。μ_gはμ構造
を拡張したものであって、摂動ブロックを２つの集合に分割する。その１つは最
大ノルム制約を満足し（μと同様に）、他の１つは最小ノルム制約を満足する。
理解されるように、このように定式化することによりモデル検証の問題を解決す
ることができる。μ_gの計算可能な下限と上限は一般に知られている。

【００８６】 要約すると、コントローラを合成した後、μは閉ループ装置が安定性と性能を
保つことのできる外乱・雑音・モデルの不確実性の最小の大きさを定義する。デ
ータの所定の集合について、モデル検証μ_g分析はモデルがデータに適合するた
めに必要な外乱・雑音・モデルの不確実性の最小の大きさを定義する。コントロ
ーラが実際の装置で安定性と性能を保つことができる場合、閉ループ・システム
は強い。簡単に述べると、μ（ω）がμ_g（ω）

【外９】 より小さい場合はモデルはデータに適合し、コントローラはモデルに適合する。
したがって、閉ループ・システムは周波数の集合Ωにおいて強い。

【００８７】 図１３は周波数２７１に対する振幅２７３のグラフで、閉ループ・トラッキン
グ・コントローラの安定性と性能の強さを示す。μ_g関数を２４２で示す。性能
目標のμ（ω）を２４４で示し、安定性のμ（ω）を２４６で示す。各周波数に
おいて、μがμ_gより小さい場合は閉ループ・システムは強くて安定している。
ディスク・ドライブにおける臨界周波数範囲は、構造モードが不確実（すなわち
、約１−２ｋＨｚより上）のときである。したがって図１３から分かるように、
閉ループ・システムは２ｋＨｚから４ｋＨｚの周波数範囲で安定性を失う。この
範囲内の或る周波数で、安定性分析も性能分析もμ_gはμ（ω）以下に下がる。

【００８８】 不確実性重みと性能重みについて繰り返すことにより、安定性の強さを改善す
ることができる。このためには、不確実性レベルを上げるか、または望ましい性
能レベルを下げること（またはその両方）が必要である。繰返しの度にμ強さ分
析を再計算し、不確実性重みと性能重みを適宜調整する必要がある。

【００８９】 本発明にかかるコントローラの同調は２段階で行うことが好ましい。第１の段
階はシミュレーションであり、第２の段階は実現である。両方の段階において、
開ループ・データと閉ループ・データを用いて制御設計の有効性を評価する。こ
のデータに基づいて、名目モデル、不確実性重み、制御性能重み、または上記全
てを調整する。

【００９０】 １つの簡単な同調法は、式１１−１４に示す性能制約内の周波数重みｗ_pを調
整することである。これは全ての関係する性能目標に直接影響する。この方法で
は、式１１−１４に示す性能制約内の他の周波数重みをそれぞれ調整するという
更に複雑な過程を行わなくても、ｗ_pに或るスカラー値を乗算すればコントロー
ラの帯域幅を簡単に調整することができる。

【００９１】 新しいディスク・ドライブ製品の新しいサーボ・コントローラを初期化すると
きは、この同調法を用いると有利である。前の世代の設計からの重みを用い、ｗ _p のスケーリングを行って、設計特有の重み付けが完了するまで新しいディスク
・ドライブ製品の帯域幅を減少させる。これにより、新しい製品の初期化をより
高速で行うことができる。

【００９２】 更に、１つのパラメータ（サーボ・コントローラのループ利得）をオンライン
で同調させることができるという利点がある。実際のところ、ループ利得をドラ
イブ毎に同調させることもできる。例えば、サーボ・コントローラをスケーリン
グすることにより、ループ利得を増減し、閉ループ帯域幅を増減することができ
る。

【００９３】 図１４は、ブロック３０８−３３０を含む流れ図であって、上に述べたディス
ク・ドライブ・モデルを検証し最適化する過程を示す。まず、設計者は不確実性
記述および性能制約のための全ての重みを選択してモデルを設計する。もちろん
、これらの項目の選び方は直感的でも実験的でも良い。これをブロック３１０と
３１２で示す。

【００９４】 次に、安定性と性能についてμ分析を行うためにマトリクス関数μ（ω）を計
算する。これをブロック３２０で示す。関数μ（ω）は上に述べた方法または任
意の他の既知の方法を用いて計算して良い（またはこの関数の上限および下限を
計算しても良い）。

【００９５】 次にブロック３１０で選択した重みを用いてμ_g（ω）を計算する。これをブ
ロック３２２で示す。上に述べたように、μ（ω）とμ_g（ω）を計算すると２
つのことが分かる。第１に、データに適合する（またはデータと矛盾しない）モ
デルのための、モデルが必要とする最小不確実性がμ_gから分かる。また、コン
トローラが許容できてしかも安定性を保ち、且つ性能制約を満足する不確実性の
最大量も分かる（μから）。

【００９６】 したがって次のステップは、μとμ_gを比較して、全ての望ましい周波数でμ
がμ_gより小さいことを確かめることである。小さくない場合は、コントローラ
はこの周波数範囲内の或る周波数で強い性能を達成しない。言い換えると、或る
周波数で、コントローラは不安定になるか、性能制約を満足しないか、またはそ
の両方である。この場合は、過程はブロック３１０に戻って新しい重み関数を選
ぶ。これをブロック３２４で示す。次に性能および安定性分析のためのμ（ω）
とμ_gを、新しい重み関数で再計算する。これをブロック３１０−３２２で示す
。

【００９７】 しかしブロック３２４で、全ての望ましい周波数でμがμ_gより小さいと判定
された場合は、ブロック３１０で選択された重み関数を用いて得られたコントロ
ーラは強い性能を達成する。これをブロック３２６で示す。

【００９８】 次に、モデルを一層最適化することが望ましいかどうかを判定する。望ましい
場合は、過程はブロック３１０に戻って新しい重み関数を再び選ぶ。装置を最適
化するには、重み関数を調整して性能を高めるか、不確実性を減らすか、または
その両者を行う。これらの新しい値を用いてμとμ_gを計算して、コントローラ
が依然として強い性能を持つかどうかを判定する。最適化が望ましいレベルに達
するまでこれを繰り返す。言い換えると、コントローラがその周波数範囲内で強
い性能を保持しながら、モデル内の保守要素(conservatism)の量を減らして望ま
しい性能レベルが得られるまで、これを繰り返す。望ましい性能レベルが得られ
て、一層の最適化が必要でなくなるとモデルの検証は終わり、コントローラは望
ましい点まで最適化され、設計は実質的に完了して、コントローラを実現するこ
とができる。これをブロック３２８と３３０に示す。

【００９９】Ｄ． ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内のコントローラの実現 上に述べたようにコントローラの伝達関数を作成すると、周波数領域の伝達関
数は次のような離散時間の状態空間で表現される。

【数１６】 ただし、

【外１０】 はコントローラ状態、

【外１１】 はコントローラ入力（例えば、位置誤差信号（ＰＥＳ）から得られる）、

【外１２】 はコントローラ出力（例えば，ボイス・コイル・モータおよび/またはマイクロ
アクチュエータへの出力）、 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは適当な次元のマトリクス、 Ｒⁿ、Ｒ^m、Ｒ^pはそれぞれ実数のｎ次元、ｍ次元、ｐ次元のベクトル。 しかし、この離散時間システムをディジタル信号プロセッサ上に実現するには
問題がある。このアプリケーションの背景部分で述べたように、これらの問題は
一般に次のようなものである。すなわち、レジスタ容量をオーバーフローする中
間の計算の処理、従来のディジタル信号プロセッサの一般的な計算能力とメモリ
容量、離散時間システムから固定小数点プロセッサへの転換、コントローラ内の
量子化誤りの減少または除去、などである。

【０１００】 図１５は、ブロック３３９-３４９を含む流れ図であって、本発明の１つの態
様にかかるディジタル信号プロセッサ上にコントローラを実現する１つの好まし
い方法を示す。図１６に示す各ブロックについて簡単に説明し、次にアプリケー
ションにおいて各ブロックを詳細に説明する。まず上に述べたように、式２１で
示す離散時間の状態空間を表現するマトリクスを作成する。これを３４０で示す
。

【０１０１】 次にコントローラの状態をスケーリングする。１つの好ましい実施の形態では
、最悪のケースを仮定して、コントローラ状態の範囲を決定し、状態変換を行っ
て、範囲を望ましいレベルにスケーリングする。これにより、中間のコントロー
ラ計算中にオーバーフローする可能性が大幅に減少する。これをブロック３４２
で示す。

【０１０２】 次にコントローラの状態をより望ましい構造に変換する。１つの好ましい実施
の形態では、コントローラの状態を二重対角構造に変換する。これにより、ディ
ジタル信号プロセッサの計算時間とメモリの要件は大幅に減少する。これをブロ
ック３４４で示す。

【０１０３】 最後に、マトリクスを転換して、コントローラ・パラメータを浮動小数点書式
から固定小数点書式に変える。これを行うとき、発生する量子化誤りを許容でき
るレベルまで大幅に減らすよう注意する。１つの好ましい実施の形態では、マト
リクスを分数２進数書式に変えて、分数２進数表現の小数点を望ましい位置に置
く。これをブロック３４６に示す。

【０１０４】 1. コントローラの状態をスケーリングしてオーバーフローを減らす 式２１に示した離散時間表現の状態式は次式で与えられる。

【数１７】 ただし、ｘ（０）は初期条件である。

【０１０５】 本発明は、中間のコントローラ計算においてオーバーフローが発生する可能性
を最小にする、または少なくとも減らす。好ましい実施の形態では、これをコン
トローラの状態の自動スケーリングにより行う。したがって、各サンプルｋにお
いて、各入力ｕ_i毎に次式を仮定することができる（一般性を失わずに）。

【数１８】 ただし、ｍはコントローラへの入力の数である。最悪のケースを仮定したとき、
コントローラ内の状態のｋ番目のサンプルは次の範囲を満足する。

【数１９】 ただし、ｍとＭ_jは式２３で示したように定義される。

【０１０６】 安定したシステム（すなわち、ρ（Ａ）＜１）では、Ａ^Nが次第に小さくなる
ような或る整数Ｎが存在する。このとき式２４から、式２４で示される状態は次
の範囲を満足する。

【数２０】

【０１０７】 式２５で与えられるコントローラ状態の範囲（これが最悪のケースのサンプル
の範囲であることは前に述べた）を用いて状態変換を行うことができる。 まず、Ｔを次のように定義する。

【数２１】 ただし、diag（・）は対角マトリクスであって、その主対角は引数（・）で識別
されるベクトルである。このとき、状態変換ｚ＝Ｔ（ｘ）は次の範囲を満足する
。

【数２２】 したがって、新しいコントローラ表現は次のようになる。

【数２３】

【０１０８】 理解されるように、ρ（Ａ）＝１なので純粋の積分器を実現するコントローラ
は安定ではない。この場合、Ａ^Nが０に近づくような整数Ｎはない。しかし多く
の場合（また特に

【外１３】 とμ合成では）コントローラは純粋の積分器を持たず、１に近いスペクトル半径
を持つ。したがって、Ａ^Nが０に近づくような整数Ｎがある。しかも整数Ｎは非
常に大きい。これは、式２６に示す状態変換が積分状態を除く全てにおいて極め
て控え目な範囲になることを意味する。したがってコントローラのスペクトル半
径が１に近い場合は、適当な反積分器ワインドアップ法(anti-integrator windu
p technique)も用いて積分器がオーバーフローする可能性を更に減らし、残りの
コントローラ状態は上に述べたように制限する。

【０１０９】 2. スケーリングされた状態を変換してＤＳＰ内の計算能力とメモリ容量の必 要度を減らす 式２１に示す離散時間システムはマトリクスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ内に任意の要素を
持つことができる。したがって各サンプルで、これは最大（ｎ＋ｐ）ｘ（ｍ＋ｍ
）回の乗算と（ｎ＋ｐ）ｘ（ｎ＋ｍ−１）回の加算を必要とする。コントローラ
が行う必要がある数学演算（乗算と加算）回数は実際上不可能なほど多いので、
これは決して望ましくない。しかし状態変換を用いると、乗算と加算の回数は劇
的に減る。

【０１１０】 コントローラを単一入力/単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラで実現する実施
の形態では、計算を劇的に簡単にするには基準形式を用いると良い。かかる実施
の形態では、式２１に示すコントローラを表現するのに好ましいコントローラ基
準形式は次の通りである。

【数２４】 ただし、Ｃ_cとｄは任意のマトリクス、Ａ_cとｂ_cは次のように定義される。

【数２５】

【数２６】 ただし、ｎはコントローラ内の状態の数、ａ_iはＡの特性多項式内のｓ^n-i項の係
数である。

【０１１１】 式２９-３１から理解されるように、コントローラの基準形式表現では各サン
プルで２ｎ＋１回の乗算と２ｎ回の加算だけで良い。これは式２１に示す表現に
対して（ｎ＋１）ｘ（ｎ＋１）回の乗算とｎｘ（ｎ＋１）回の加算を超える大幅
な減少である。

【０１１２】 この状態変換はＳＩＳＯを実現するのに非常に望ましいものであるが、多重入
力/多重出力（ＭＩＭＯ）においては基準形式は余り一般的ではない。したがっ
てＭＩＭＯを実現するには、二重対角表現を用いると計算を大幅に簡単にするこ
とができる。

【０１１３】 本アプリケーションの目的では、二重対角表現とは式２１のＡマトリクスを実
固有値と複素共役対のブロック対角マトリクスに分離した表現を指す。これによ
り、式２１の表現は次の表現に変換される。

【数２７】 ただし、Ｂ_bd、Ｃ_bd、Ｄは任意のマトリクスである。また

【数２８】 ただし、ｒはコントローラの実固有値の数、Ｃは複素共役固有値対の数（ｎ＝ｒ
＋２Ｃ）であり、各λ_iは式２１内のＡのｉ番目の固有値に対応し、各

【外１４】 はＡのｊ番目の複素共役固有値対に対応する２ｘ２マトリクスである。

【０１１４】 したがって式３２と３３から分かるように、二重対角表現ではサンプル毎にｎ
ｘ（ｍ＋１）＋ｐｘ（ｎ＋ｍ）＋２ｃ回の乗算と ｎｘｍ＋ｐｘ（ｎ＋ｍ−１）
＋２ｃ回の加算がある。言い換えると、式３２と３３に示す二重対角表現はサン
プル毎に乗算はｎ²−ｎ−２ｃ回だけ少なく、加算はｎ²−ｎ−２ｃ回だけ少ない
。また、状態の数が増える（コントローラの入力と出力の数に対して）に従って
、計算は二重対角表現では状態の数の１次であるが、式２１に示す標準的表現で
は２次である。また理解されるように、コントローラの状態をスケーリングする
のに用いられる変換の前に二重対角変換を適用して、これらの状態を制限するこ
とができる。これにより、スケーリングの前に積分状態を分離して、中間計算の
オーバーフローを最小にし、または防ぐことができる。

【０１１５】 3. 固定小数点書式へのマトリクスの転換 ディジタル信号プロセッサは固定小数点コントローラなので、コントローラを
ＤＳＰ上に実現するには、離散時間コントローラを定義するマトリクスを固定小
数点書式に転換しなければならない。浮動小数点の数は分数２進数を用いて固定
小数点の数に転換することができる。分数２進数を表すには、２進数の後に２進
小数点を置き、更にその後に２進分数を置く。例えば、分数２進数は次のように
表すことができる。

【数２９】 ただし、Ｎは語長（または２進語内のビット数）、Ｑは２進小数点の位置、（ｂ _N-1 ，ｂ_N-2，．．．，ｂ₁，ｂ₀）は２進語内のビットである。

【０１１６】 本アプリケーションでは分数２進数をＱｎで表す。ただし、ｎは２進小数点の
位置である。例えばＱ１５という分数２進数は、２進小数点の後に１５ビットを
持つ２進数を表す。

【０１１７】 式３２の二重対角表現に示すマトリクスの要素は分数２進数に転換しなければ
ならない。好ましい実施の形態では、このため各マトリクスの要素を、マトリク
スが望ましい分数２進数書式で表されるまで右シフトを行う。したがって式３２
に示す固定小数点二重対角表現は次式で表される。

【数３０】 ただし、ｓ_A、ｓ_B、ｓ_C、ｓ_D は各マトリクスを分数２進数（Ｑｎ）書式で表す
のに必要な右シフトの数に等しい正の数であり、

【外１５】 のＱｎ表現に相当する。

【０１１８】 １つの好ましい実施の形態では、式２１に示す離散時間コントローラ表現は固
定小数点の１６ビット・ディジタル信号プロセッサ上で実現され、標準の論理演
算装置（ＡＬＵ）が１６ビットの引数について符号付きおよび符号なしの乗算お
よび加算命令を与える。内部では積と和は３２ビット形式で記憶される。１つの
好ましい実施の形態では、プロセッサはテキサス・インスツルメント社から商品
名ＴＭＳ３２０Ｃ２ｘＬＰのＤＳＰコアとして市販されている。実験的に分かっ
たことであるが、コントローラ・マトリクスと測定値と出力値に１６ビット（す
なわち、Ｑ１５書式）を用いると、許容できる演算が可能である。しかし状態の
演算には３２ビット（Ｑ３１書式）が好ましい。

【０１１９】 このように、本発明は方法または装置として実現することができるものであっ
て、ディスク・ドライブ内のモデルに基づくコントローラを実現する非常に優れ
た手法である。図１５０のブロック３４０と３４２に示すように、離散時間の状
態空間コントローラを表現するマトリクスを作成して、スケーリングする。ブロ
ック３４４に示すように、状態を望ましい構造に変換し、マトリクスを固定小数
点書式に転換する。これによりディスク・ドライブに用いられる固定小数点ＤＳ
Ｐ上のＭＩＭＯサーボ・コントローラが得られ（ブロック３４６に示すように）
、オーバーフローの可能性が小さく、計算時間とメモリ容量の要件が大幅に減少
し、量子化誤りが非常に少なくなる。

【０１２０】 １つの実施の形態では、コントローラ状態のスケーリングを行うことは、式２
６に示す対角マトリクスを作成することと、対角マトリクスを用いて状態変換を
行って式２８に示す新しいコントローラ表現に到達することを含む。好ましい実
施の形態では、式２８に示す状態空間表現は、その表現を計算するのに必要な数
学演算の数を、第１の状態空間表現を計算するのに必要な数より減らす構造を有
する。

【０１２１】 １つの実施の形態では、サーボ・コントローラ１７０，１７４は単一入力／単
一出力コントローラであり、ここで第１の状態空間表現を第２の状態空間表現に
変換することは第１の状態空間表現を式２９に示す基準表現に変換することを含
む。別の実施の形態では、転換するステップはマトリクスを式３４に一般的に示
す分数２進書式に転換することを含む。

【０１２２】 理解されるように、これまで本発明の種々の実施の形態の多くの特性および利
点と、本発明の種々の実施の形態の構造と機能の詳細を説明したが、この開示は
例に過ぎないのであって、特に本発明の原理内の部分の構造と装置の各部につい
ては、特許請求の範囲の項目の広い一般的な意味が示す限りにおいて細部を変更
して良い。例えば、本発明の範囲と精神から逸れることなく、実質的に同じ機能
性を保ちながら、特定のドライブやドライブの種類に従って特定の要素を変更し
て良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１つの実施の形態にかかるディスク・ドライブを示す。

【図２】 本発明の１つの実施の形態にかかるアクチュエータ組立体を示す。

【図３】 本発明の１つの機構にかかるヘッド・ジンバル組立体を示す。

【図４】 本発明の１つの実施の形態にかかるディスク・ドライブの一部のブロック図を
を示す。

【図５】 本発明の１つの実施の形態にかかるサーボ制御回路の一部のブロック図を示す
。

【図６】 本発明の１つの態様にかかるサーボ制御アルゴリズムの作成を示す流れ図であ
る。

【図７】 本発明の１つの態様にかかるアクチュエータ・モデルのブロック図である。

【図８】 名目モデルと、位置の外乱を装置に注入しながら取った測定データと、平均測
定データを示すグラフである。

【図９−１】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。

【図９−２】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。

【図９−３】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。

【図９−４】 本発明の１つの態様にかかる加法的および乗法的不確実性および重み関数の例
を示す。

【図１０−１】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。

【図１０−２】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。

【図１０−３】 推定された加法的および乗法的不確実性と実際のディスク・ドライブの位相誤
差を示すグラフである。

【図１１】 本発明の１つの態様にかかるトラック・フォローイング制御合成相互接続を示
すブロック図である。

【図１２】 図１１に示すトラック・フォローイング制御合成相互接続の線形分数変換（Ｌ
ＦＴ）を示すブロック図である。

【図１３】 本発明の１つの態様にかかるモデル検証を示すグラフである。

【図１４】 本発明の１つの態様にかかるモデル検証法を示す流れ図である。

【図１５】 本発明の１つの態様にかかるサーボ・コントローラとディジタル信号プロセッ
サの実現を示す流れ図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月１９日（２００１．２．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項９】 ディスク・ドライブであって、 データ変換器と、 前記データ変換器を支持するアクチュエータ・アームと、 前記データ変換器に対して回転するディスクと、 前記アクチュエータ・アームに結合して、前記アクチュエータ・アームと前記
データ変換器を前記ディスクに対して移動させるアクチュエータと、 モデルに基づくサーボ・コントローラであって、 （ａ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルを作成し、 （ｂ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルの第１の離散時間の状態空
間表現からマトリクスを作成し、 （ｃ） 前記サーボ・コントローラのコントローラ状態をスケーリングして、前
記コントローラ状態にかかる最悪のケースの範囲を減らし、 （ｄ） 前記コントローラ状態を望ましい書式に変換して多数の必要な数学演算
を減らし、 （ｅ） 前記マトリクスをディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内の演算に適し
た固定小数点書式に転換する、 ステップを行うことにより作成する、モデルに基づくサーボ・コントローラと、 を含む、 ディスク・ドライブ。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２５日（２００１．４．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスク・ドライブ内のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ
   ）内にモデルに基づくサーボ・コントローラを実現する方法であって、前記方法
   は、 （ａ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルを作成し、 （ｂ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルの第１の離散時間の状態空
   間表現からマトリクスを作成し、 （ｃ） 前記サーボ・コントローラのコントローラ状態をスケーリングして、前
   記コントローラ状態にかかる最悪のケースの範囲を減らし、 （ｄ） 前記コントローラ状態を望ましい書式に変換して多数の必要な数学演算
   を減らし、 （ｅ） 前記マトリクスを前記ＤＳＰ内の演算に適した固定小数点書式に転換す
   る、 ステップを含む、モデルに基づくサーボ・コントローラを実現する方法。
2. 【請求項２】 前記スケーリングするステップは、 （ｃ）（ｉ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルのための、前記最悪
   のケースの範囲に基づく対角マトリクスを作成し、 （ｃ）（ｉｉ） 前記対角マトリクスを用いて状態変換を行って、スケーリング
   の前の前記最悪のケースの範囲より小さな、望ましい最悪のケースの範囲に従う
   前記安定したモデルの第２の状態空間表現を作成する、 ステップを含む、請求項１に記載のモデルに基づくサーボ・コントローラを実現
   する方法。
3. 【請求項３】 前記変換するステップは、前記第１の状態空間表現を第２の
   状態空間表現に変換して、各サンプルにおいて前記第２の表現を計算するのに必
   要な数学演算の数が前記第１の状態空間表現を計算するのに必要な数学演算の数
   より減る構造にすることを含む、請求項１に記載のモデルに基づくサーボ・コン
   トローラを実現する方法。
4. 【請求項４】 前記変換するステップは、前記第１の状態空間表現を第２の
   状態空間表現に変換して、前記コントローラの状態の数が前記コントローラの入
   力数と出力数に対して増加するに従って、前記第２の表現を計算するのに必要な
   数学演算の数が１次で増加する構造にすることを含む、請求項１に記載のモデル
   に基づくサーボ・コントローラを実現する方法。
5. 【請求項５】 前記変換するステップの第１の状態空間表現を第２の状態空
   間表現に変換することは、前記第１の状態空間表現を二重対角表現(bi-diagonal
   realization)に変換することを含む、請求項２に記載のモデルに基づくサーボ
   ・コントローラを実現する方法。
6. 【請求項６】 前記サーボ・コントローラは単一入力／単一出力のコントロ
   ーラであり、また前記変換するステップの前記第１の状態空間表現を第２の状態
   空間表現に変換することは、前記第１の状態空間表現を基準表現に変換すること
   を含む、請求項２に記載のモデルに基づくサーボ・コントローラを実現する方法
   。
7. 【請求項７】 前記変換するステップは前記スケーリングするステップの前
   に行う、請求項１に記載のモデルに基づくサーボ・コントローラを実現する方法
   。
8. 【請求項８】 前記転換するステップは前記マトリクスを分数２進数書式に
   転換することを含む、請求項１に記載のモデルに基づくサーボ・コントローラを
   実現する方法。
9. 【請求項９】 ディスク・ドライブ内のサーボ装置内にサーボ・コントロー
   ラを実現する装置であって、前記ディスク・ドライブは、 データ変換器と、 前記データ変換器を支持するアクチュエータ・アームと、 前記データ変換器に対して回転するディスクと、 前記アクチュエータ・アームに結合して、前記アクチュエータ・アームと前記
   データ変換器を前記ディスクに対して移動させるアクチュエータと、 モデルに基づくサーボ・コントローラであって、 （ａ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルを作成し、 （ｂ） 前記サーボ・コントローラの安定したモデルの第１の離散時間の状態空
   間表現からマトリクスを作成し、 （ｃ） 前記サーボ・コントローラのコントローラ状態をスケーリングして、前
   記コントローラ状態にかかる最悪のケースの範囲を減らし、 （ｄ） 前記コントローラ状態を望ましい書式に変換して多数の必要な数学演算
   を減らし、 （ｅ） 前記マトリクスを前記ＤＳＰ内の演算に適した固定小数点書式に転換す
   る、 ステップを行うことにより作成する、モデルに基づくサーボ・コントローラと、 を含む、 サーボ・コントローラを実現する装置。
10. 【請求項１０】 前記アクチュエータは、前記データ変換器に結合して前記
    データ変換器を前記ディスクに対して移動させるマイクロアクチュエータを含む
    、請求項９に記載のサーボ・コントローラを実現する装置。