JP2004087091A - ヘッド位置決め制御方法およびこれを用いたディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータに作用する外乱を補償するヘッド位置決め制御において、ヘッドを短時間の間にかつ高精度に目標トラックに追従させ、ディスク装置の信頼性を向上する。
【解決手段】駆動信号ｕとアクチュエータ７の駆動に伴って発生する電圧信号Ｖａとから、アクチュエータ７に作用する外乱の大きさを推定することにより、外乱補償信号βを生成する。外乱補償信号βにゲイン調整係数を乗算した制御信号を生成する。磁気ディスク１にあらかじめ記録されているサーボ情報に基づいて検出された磁気ヘッド２の現在位置と目標位置とから、位置制御信号ｃを生成する。ゲイン調整器１４は、上記制御信号と位置制御信号ｃとを加算し、駆動信号ｕとする。ゲイン調整器１４から出力される駆動信号ｕによって、アクチュエータ７を駆動する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータを用いて磁気ヘッドや光ピックアップ等の記録／再生ヘッドの位置決め制御を行うヘッド位置決め制御方法及びこれを用いたディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスク装置は、小型化、大容量化が急速に進んでいる。磁気ディスク装置の大容量化については、磁気ディスクのトラック密度の高密度化が進み、トラックピッチはさらに狭くなる傾向にある。そのため、高密度な磁気ディスクにデータを記録再生するために、狭いトラックピッチで形成された目標トラックに磁気ヘッドを高速・高精度で位置決めすることが必要になってきている。
【０００３】
一般に磁気ディスク装置においては、磁気ヘッドを位置決めするためのサーボ情報が、磁気ディスクに一定の角度間隔であらかじめ記録されている。そして、このサーボ情報に基づいて、磁気ヘッドの位置決め制御が行われている。具体的には、位置決め制御は、磁気ディスクの回転速度と、トラック１周あたりに記録されているサーボ情報の数（サーボセクタ数）とにより決まるサンプリング周期で行われる。そして、このサンプリング周期で磁気ヘッドがサーボ情報を読み取ることにより、目標トラックに対する磁気ヘッドの位置誤差を示す誤差信号を生成し、この誤差信号の大きさが最小となるように磁気ヘッドは位置決め制御されている。
【０００４】
磁気ヘッドを高精度に位置決めするためには、サンプリング周期を短くして磁気ヘッドの位置決め制御系の制御周波数を高くする必要がある。しかし、サンプリング周期を短くするためには、磁気ディスクにより多くのサーボ情報を記録しておく必要がある。しかし、その結果、データフォーマット効率が低下してしまうという問題が生じる。また、ヘッドを位置決めするためのアクチュエータ自体には、高次の固有機械共振モードが存在する場合がある。そのため、位置決め精度を高めるために制御周波数を高くすると、その固有機械共振により、位置決め制御系が不安定になってしまうという問題がある。実際にはアクチュエータ自体の固有機械共振により、制御周波数の帯域は制限されるため、位置決め制御系の制御周波数を高めることには限界があった。
【０００５】
また、近年の磁気ディスク装置の小型化に伴い、アクチュエータに作用する軸受摩擦力や、アクチュエータと回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板の弾性力といった外乱が、位置決め精度をさらに悪化させる要因となっている。このため、外乱を補償して位置決め精度を向上させる技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されている技術によれば、磁気ディスクに記録されたサーボ情報からヘッド位置信号を得て、このヘッド位置信号とアクチュエータの駆動信号とを入力とする外乱推定手段により、外力を補償するヘッド位置決め制御方法が提案されている。この技術においては、アクチュエータの駆動信号は、外乱推定手段において生成した外乱補償信号と、磁気ヘッドの位置誤差を示す誤差信号により生成した位置制御信号とを加算して得る構成となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３１７０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のヘッド位置決め制御方法においては、磁気ヘッドをあるトラックから目標トラックに高速に移動（シーク動作）させて、目標トラックに対して位置決め制御する場合、位置制御信号がオーバーシュート的な信号となり、駆動信号自身が不安定な状態になっている場合がある。ところが、外乱推定手段は駆動信号を入力としているので、このような場合には、外乱推定手段はアクチュエータに作用する外乱を正確に推定して外乱補償信号を生成することができなくなる。その結果、目標トラックに対する磁気ヘッドの正確な位置決め制御が困難になったり、あるいは、目標トラックに対する追従に長い時間を要して、磁気ディスク装置のパフォーマンスを低下させるという課題が生じていた。
【０００８】
なお、このような課題は磁気ディスク装置に限らず、ディスク装置の全般に共通する課題である。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決し、ヘッドが目標位置に移動を開始した後、短時間で目標トラックに対して高精度に追従することのできるヘッド位置決め制御方法および信頼性の高いディスク装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のヘッド位置決め制御方法は、ボイスコイルモータと該ボイスコイルモータに固定されたアームと該アームに取り付けられたヘッドとを備えたアクチュエータによって、ディスクに対する前記ヘッドの位置決めを行うヘッド位置決め制御方法であって、前記アクチュエータを駆動するための駆動信号と前記アクチュエータの駆動に伴って前記ボイスコイルモータに発生する電圧を示す電圧信号とから前記アクチュエータに加わる外乱の大きさを推定することにより外乱補償信号を生成する工程と、１以外の定数又はいずれかの時点で１以外となる変数からなるゲイン調整係数を前記外乱補償信号に乗算することによって制御信号を生成する工程と、前記ディスクにあらかじめ記録されているサーボ情報を前記ヘッドにより検出することによって求めたヘッド位置と目標位置とからヘッド位置誤差を算出し、該ヘッド位置誤差に対応した位置制御信号を生成する工程と、前記制御信号と前記位置制御信号とを加算することにより前記駆動信号を生成する工程とを備えた方法である。
【００１１】
本発明に係るディスク装置は、ボイスコイルモータと該ボイスコイルモータに固定されたアームと該アームに取り付けられたヘッドとを備えたアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための駆動手段と、前記アクチュエータの駆動に伴って前記ボイスコイルモータに発生する電圧を示す電圧信号を出力する電圧検出手段と、前記駆動手段に入力される駆動信号と前記電圧信号とから前記アクチュエータに加わる外乱の大きさを推定して外乱補償信号を生成する外乱推定手段と、前記ディスクにあらかじめ記録されているサーボ情報を前記ヘッドにより検出することにより求めたヘッド位置と目標位置とからヘッド位置誤差を算出する位置誤差検出手段と、前記ヘッド位置誤差に対応した位置制御信号を生成し出力する位置制御手段と、１以外の定数又はいずれかの時点で１以外となる変数からなるゲイン調整係数を前記外乱補償信号に乗算することによって制御信号を生成し、該制御信号と前記位置制御信号とを合成して前記駆動信号を生成するゲイン調整手段とを備えたものである。
【００１２】
上記のヘッド位置決め制御方法及びディスク装置では、ヘッドの位置決めを行うアクチュエータを駆動させるための駆動信号は、アクチュエータに加わる外乱の大きさを推定した外乱補償信号にゲイン調整係数を乗じた制御信号と、ヘッド位置と目標位置とのヘッド位置誤差に対応した誤差信号から生成した位置制御信号とを加算することにより生成される。シーク動作時等において駆動信号が不安定な状態になり、外乱補償信号を正確に生成できなくなっている場合においても、ゲイン調整係数によって外乱補償信号のゲインを調整することにより、ヘッドを目標トラックに対し高速且つ高精度に追従させることができる。例えば、オーバーシュート等により外乱補償信号が不安定になったとしても、シーク動作時のゲイン調整係数を小さめに設定することにより、その不安定な外乱補償信号の位置決め制御系への寄与が小さくなるので、ヘッドを目標トラックに高速・高精度に追従させることができる。
【００１３】
前記ゲイン調整係数は変数からなり、前記ヘッド位置誤差に対応して前記ゲイン調整係数を変化させることが好ましい。
【００１４】
前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定することが好ましい。前記ゲイン調整係数を時間とともに所定値に近づけていってもよい。前記ゲイン調整係数を時間とともに１に近づけていってもよい。
【００１５】
シークモード時のゲイン調整係数をフォローイングモード時のゲイン調整係数よりも小さく設定することが好ましい。また、前記ヘッド位置誤差があらかじめ設定された規定誤差量を超えているときには、前記ゲイン調整係数を、前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量以下のときよりも小さく設定することが好ましい。シーク動作開始時点からフォローイング動作への過渡時におけるゲイン調整係数を、フォローイング動作時のゲイン調整係数よりも小さく設定してもよい。これにより、シーク動作からフォローイング動作への過渡時において外乱補償信号が不安定になっている場合に、外乱補償信号の位置決め制御系の寄与を小さくすることができ、短時間でフォローイング動作に移行することが可能になる。
【００１６】
前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量を超えている状態から前記規定誤差量以下に達した時点より、前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定することが好ましい。
【００１７】
前記規定誤差量が、前記ディスクの記録トラックのピッチの２倍よりも小さいことが好ましい。すなわち、ヘッド位置誤差が記録トラックピッチの２倍程度に小さくなって、フォローイング動作に移行した時点においては、駆動信号が安定になっているため、アクチュエータに加わる外乱の大きさを正確に推定することができる。従って、外乱補償信号に乗ずるゲイン調整係数を徐々に大きくして、外乱に対する補償の効果を最大限に発揮させるように構成することができる。その結果として、ヘッドを目標トラックに対して短時間で追従させ、ディスク装置のパフォーマンスを向上させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、磁気ディスク装置を例として説明する。
【００１９】
図１、図２および図３は、本発明の実施の形態におけるディスク装置および位置決め制御方法を説明するための図である。図１はディスク装置の主要部の構成を示すブロック図、図２はディスク装置における位置制御系の全体構成を示すブロック線図、図３はゲイン調整器の動作を説明するための説明図である。
【００２０】
図１において、磁気ディスク１はスピンドルモータ（図示せず）により回転される。磁気ヘッド２は、磁気ディスク１に対してデータを記録／再生するためのものであり、アーム３の一端に搭載されている。アーム３が軸受４の周りを回動することにより、磁気ヘッド２は磁気ディスク１における目標トラックへ移動する。アーム３の他の一端には駆動コイル５が設けられ、固定子６の駆動コイル５に対向する面にはマグネット（図示せず）が配置されている。固定子６に配置されたマグネットが発生する磁束と駆動コイル５に通電される電流が作る磁界との相互作用により、アーム３は回転力を受ける。駆動コイル５及び固定子６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏｉｌ　Ｍｏｔｏｒ）を構成している。磁気ヘッド２、アーム３、軸受４、駆動コイル５、及び固定子６は、アクチュエータ７を構成している。
【００２１】
駆動手段である駆動器１２は、駆動信号ｕに対応した駆動電流Ｉａを駆動コイル５に通電し、アクチュエータ７を駆動する。駆動器１２に含まれる電圧検出手段としての電圧検出器１３は、アクチュエータ７の駆動に伴って駆動コイル５の両端に発生する電圧を検出し、その電圧を示す電圧信号Ｖａを出力する。外乱推定手段である外乱推定器１０は、電圧検出器１３の出力する電圧信号Ｖａと、駆動器１２の入力である駆動信号ｕとから、アクチュエータ７に作用する外乱トルクを推定し、外乱推定信号τ_ｄｅｓｔを出力する。外乱補償器１１は、外乱推定器１０より出力された外乱推定信号τ_ｄｅｓｔを補正演算して外乱補償信号βを出力する。
【００２２】
図４に示すように、磁気ディスク１には、あらかじめサーボ情報としてトラックの位置データ６０が一定角度間隔で記録されている。この位置データ６０は磁気ヘッド２により一定のサンプリング周期で読み込まれ、位置信号として出力される。なお、図４では、理解を容易にするためにサーボ情報の数（サーボセクタ数）を１５本しか図示していないが、実際にはより多くのサーボ情報（例えば１００〜３００本）が記録されている。
【００２３】
位置誤差検出手段である位置検出器１５は、磁気ヘッド２により読み込まれた位置信号により磁気ヘッド２の現在位置ｘを検出し、目標トラックの目標位置ｒとの差を示す位置誤差信号ｅを生成する。位置制御手段である位置制御器１６は、位置検出器１５で生成された位置誤差信号ｅが入力されて、増幅および位相補償が行われ、位置制御信号ｃを生成する。
【００２４】
次に、図２を参照しながら、本実施形態に係るディスク装置の位置決め制御系の動作を説明する。なお、図２において、ｓはラプラス演算子を表すものである。また、図２において、サーボ情報のサンプリングによるホールド要素については、説明を簡単にするため、これを省略してある。
【００２５】
図２において、磁気ヘッド２が検出した現在トラック位置をｘとすれば、目標トラック位置ｒに対するヘッド位置誤差ｅは、式（１）で表される。この位置誤差信号ｅは比較器２０で得られる。
【００２６】
【数１】

【００２７】
位置制御器１６は、比較器２０から出力される位置誤差信号ｅに伝達関数Ｇ（ｚ）のディジタルフィルタ処理を施し、位置制御信号ｃを生成する。そして、位置制御器１６は、位置制御信号ｃをゲイン調整器１４へ出力する。位置決め制御系では、通常のＰＩＤ制御が施され、位置制御器１６の伝達関数は、式（２）で表現される。
【００２８】
【数２】

【００２９】
ここで、ｚ^−１は１サンプル遅延を示し、Ｋ_ｄは位置決め制御系の比例ゲインを示す。係数ｈ、Ｌは周波数特性を表す定数を示し、係数ｈは微分係数、係数Ｌは積分係数である。位置制御信号ｃはゲイン調整器１４を経由して駆動信号ｕとなる。駆動信号ｕは、伝達関数ｇｍの駆動器１２において、電圧信号からｇｍ倍の電流信号に変換される。駆動器１２は、駆動電流Ｉａを出力する。アクチュエータ７において、駆動コイル５に通電される駆動電流Ｉａは、それが作る磁界と、前述した固定子６のマグネット（図示せず）が発生する磁束との相互作用により、ブロック２３の伝達関数Ｋｔで駆動トルクτに変換される。ここで、伝達関数Ｋｔはアクチュエータ７のトルク定数である。ブロック２４の伝達関数（Ｌｂ／Ｊ・ｓ）は、アーム３に作用する駆動トルクτから磁気ヘッド２の移動速度ｖへの伝達特性を表す。ここで、Ｊはアーム３の慣性モーメントを示し、Ｌｂはアーム３の軸受４から磁気ヘッド２までの距離を示している。ブロック２５は積分器であり、その伝達関数は１／ｓで表される。ブロック２５の積分器においては、磁気ヘッド２の移動速度ｖが現在トラック位置ｘに変換される。
【００３０】
アクチュエータ７の軸受摩擦やアクチュエータ７と電子回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板の弾性力、あるいは、磁気ディスク装置に外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７の受ける慣性力等、アクチュエータ７のアーム３に作用する外乱τ_ｄは、ブロック２４の前段の比較器２９に入力される形に表現される。
【００３１】
アクチュエータ７が回動することにより、駆動コイル５の両端には、アクチュエータ７の回動速度に比例した誘起電圧Ｅａが発生する。Ｅａは式（３）で表現される。
【００３２】
【数３】

【００３３】
ブロック２７および加算器２８で構成される一点鎖線で囲んだ部分のブロックは、電圧検出器１３である。ブロック２６から出力される誘起電圧Ｅａと、駆動コイル５に駆動電流Ｉａが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒａ＋Ｌａ・ｓ）・Ｉａとを、加算器２８でそれぞれを加算することにより、電圧検出器１３は電圧信号Ｖａを生成する。そして、電圧検出器１３は、電圧信号Ｖａを出力する。電圧信号Ｖａは式（４）で表される。
【００３４】
【数４】

【００３５】
ここで、Ｒａは駆動コイル５のコイル抵抗、Ｌａは駆動コイル５のインダクタンスを示す。
【００３６】
なお、一般に電圧降下分の電圧（Ｒａ＋Ｌａ・ｓ）・Ｉａは誘起電圧Ｅａの数十倍から数百倍の値であり、誘起電圧Ｅａに比べると非常に大きい。そのため、誘起電圧Ｅａに基づいて外乱を推定する際には、電圧降下分の電圧の影響をできるだけ正確に把握することが重要である。本実施形態では、後述するように、外乱推定器３０において電圧降下分の電圧を忠実に再現することにより（図２のブロック３７参照）、精度の高い外乱推定を実現している。
【００３７】
式（３）および式（４）より、電圧信号Ｖａは式（５）のように表現される。
【００３８】
【数５】

【００３９】
図２の右下の一点鎖線で囲んだ部分のブロックは、図１における外乱推定器１０のブロック線図を示すものである。外乱推定器１０のブロックは、ブロック１２、２３、２４、２６、２７の伝達関数とそれぞれ略一致した伝達関数をもつブロック３２、３３、３４、３６、３７を含んでいる。ここで、外乱推定器１０のブロックにおける各定数のサフィックス「ｎ」は公称値を示し、「ｅｓｔ」を付した変数は推定値を示す。
【００４０】
駆動器１２のブロックに入力される駆動信号ｕは、外乱推定器１０のブロックにも入力される。駆動信号ｕをブロック３２とブロック３３とで（ｇｍ_ｎ・Ｋｔ_ｎ）倍することにより、アクチュエータ７のアーム３に作用する駆動トルクτを推定した駆動トルク推定信号τ_ｅｓｔが得られる。
【００４１】
ブロック３４からは速度推定信号ｖ_ｅｓｔが出力される。ブロック３６では、速度推定信号ｖ_ｅｓｔをＫｖ_ｎ倍することにより、誘起電圧推定信号Ｅａ_ｅｓｔが生成される。この誘起電圧推定信号Ｅａ_ｅｓｔと、駆動コイル５に駆動電流推定信号Ｉａ_ｅｓｔが通電されることにより発生する電圧降下分（Ｒａ_ｎ＋Ｌａ_ｎ・ｓ）・Ｉａ_ｅｓｔとが加算器３８で加算され、加算器３８からは、電圧推定信号Ｖａ_ｅｓｔが出力される。電圧推定信号Ｖａ_ｅｓｔは、比較器３１に入力され、実際に検出された電圧信号Ｖａと比較される。その結果得られる誤差信号α（＝Ｖａ_ｅｓｔ−Ｖａ）は、ブロック４１で表される積分器とブロック４０で表される乗算器とに入力される。積分器４１は、誤差信号αを積分し、外乱についての外乱推定信号τ_ｄｅｓｔを出力する。ブロック４０で表される乗算器には誤差信号αが入力され、この誤差信号αはＧ_１倍されて加算器３５に加えられる。加算器３５の出力は減算器３９に入力され、ブロック３３の出力する駆動トルク推定信号τ_ｅｓｔから、加算器３５の出力を減算した結果、γをブロック３４に出力する。
【００４２】
なお、ブロック４０の係数Ｇ_１とブロック４１の係数Ｇ_２は、外乱推定器１０の動作を安定化するための定数であり、その詳細については後述する。
【００４３】
外乱補償器１１に含まれるブロック４２は、外乱推定信号τ_ｄｅｓｔを１／（ｇｍ_ｎ・Ｋｔ_ｎ）倍することにより、アーム３に外乱推定信号τ_ｄｅｓｔに相当する大きさの駆動力を発生させるのに必要な外乱補償信号βを生成する。外乱補償信号βはゲイン調整手段であるゲイン調整器１４に送られ、ゲイン調整係数Ｋβが乗算されて制御信号β’となった後、位置制御信号ｃと合成される。この制御信号β’と位置制御信号ｃとにより、駆動信号ｕが生成される。
【００４４】
次に、外乱推定器１０の動作について説明する。ブロック４１の出力である外乱推定信号τ_ｄｅｓｔは、式（６）で表される。
【００４５】
【数６】

【００４６】
さらに、減算器３９の出力γは、式（７）で表される。
【００４７】
【数７】

【００４８】
また、電圧推定信号Ｖａ_ｅｓｔは、式（８）で表される。
【００４９】
【数８】

【００５０】
誘起電圧推定信号Ｅａ_ｅｓｔは、式（９）で表される。
【００５１】
【数９】

【００５２】
式（７）および式（９）より、式（８）は式（１０）に変形できる。
【００５３】
【数１０】

【００５４】
説明を簡単にするために、駆動器１２のブロックの伝達関数ｇｍとブロック３２の伝達関数ｇｍ_ｎの値が等しいものとする。これにより、駆動電流Ｉａと駆動電流推定信号Ｉａ_ｅｓｔとが等しくなる。さらに、ブロック２７のＲａとＬａおよびブロック３７のＲａ_ｎとＬａ_ｎがそれぞれ等しいものとすると、駆動コイル５に駆動電流Ｉａが通電されたときの電圧降下分（Ｒａ＋Ｌａ・ｓ）Ｉａと、駆動電流推定信号Ｉａ_ｅｓｔが通電されたときの電圧降下分（Ｒａ_ｎ＋Ｌａ_ｎ・ｓ）Ｉａ_ｅｓｔとが等しくなる。すなわち、
【００５５】
【数１１】

【００５６】
さらに、
【００５７】
【数１２】

【００５８】
として、式（１０）の左辺および右辺のそれぞれから式（５）の左辺および右辺をそれぞれ減算し、式（１１）を用いると式（１３）が得られる。
【００５９】
【数１３】

【００６０】
駆動トルク推定信号τ_ｅｓｔはアクチュエータ７の駆動トルクτを推定したものであり、τ_ｅｓｔとτとが等しいとすると、式（１３）は式（１４）に書き換えられる。
【００６１】
【数１４】

【００６２】
式（６）を用いて式（１２）を変形することにより、アクチュエータ７に作用する外乱τ_ｄと外乱推定信号τ_ｄｅｓｔとの関係を導くことができ、式（１５）を得る。
【００６３】
【数１５】

【００６４】
式（１５）より、外乱推定器１０は、図２の一点鎖線で囲んだブロック内のループによって、駆動信号ｕと電圧信号Ｖａとから、実際の外乱τ_ｄを２次遅れ系で推定できることがわかる。
【００６５】
ここで、２次遅れ系の自然角周波数（推定角周波数）をω_ｅ、ダンピングファクタをζとし、外乱推定器１０の動作を安定化する定数Ｇ_１およびＧ_２をそれぞれ下記の式（１６）および式（１７）で表すと、
【００６６】
【数１６】

【００６７】
【数１７】

【００６８】
式（１５）は式（１８）で表現できる。
【００６９】
【数１８】

【００７０】
従って、外乱推定器１０から出力された外乱推定信号τ_ｄｅｓｔにより、アクチュエータ７の軸受摩擦、アクチュエータ７と電子回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板の弾性力や外部から加わる衝撃や振動によりアクチュエータ７が受ける慣性力等の外乱τ_ｄを、正確に推定することができる。
【００７１】
次に、ゲイン調整器１４のブロックの動作について説明する。ゲイン調整器１４は、位置制御信号ｃと外乱補償信号βを入力として、駆動信号ｕを出力する。詳しくは、ゲイン調整器１４は、ブロック５１で示される乗算器により、外乱補償信号βをＫβ倍して制御信号β’を生成する。そして、この制御信号β’と位置制御信号ｃとを加算器５２により加算することにより、駆動信号ｕを生成する。したがって、駆動信号ｕは式（１９）で表現される。
【００７２】
【数１９】

【００７３】
本実施形態では、ブロック５１の伝達関数であるゲイン調整係数Ｋβを、磁気ヘッド２の現在位置ｘと目標位置ｒとの差（ヘッド位置誤差）ｅの大きさに応じて変化させる。図３は、ヘッドが位置ｒ_１において位置決め制御されている状態から、時刻ｔ_ｓにおいてシーク動作を開始して位置ｒ_２にヘッドを追従させる際の、ヘッド位置の変化の一例と、そのときのゲイン調整係数Ｋβの値の例を示したものである。実線で示されたヘッドの追従曲線は、ゲイン調整係数Ｋβをヘッド位置誤差に対応させて変化させた場合を示している。なお、ゲイン調整係数Ｋβの変化のさせ方は、以下に詳述する。一方、破線で示されたヘッドの追従曲線は、ゲイン調整係数Ｋβが常に１（一定値）の場合を示している。すなわち、ブロック５１がなく、外乱補償信号βがそのまま加算器５２に送られる場合を示している。
【００７４】
次に、本実施形態におけるゲイン調整係数Ｋβの変化の態様について説明する。
【００７５】
ヘッドが位置ｒ_１において安定的にフォローイングしている状態では、ゲイン調整係数Ｋβを１に設定する。このようにゲイン調整係数Ｋβを１に設定することによって、外乱補償信号βをＫβ倍した制御信号β’は、外乱補償信号βに等しくなる。一方、外乱補償信号βは外乱推定信号τ_ｄｅｓｔを１／（ｇｍ_ｎ・Ｋｔ_ｎ）倍したものであり、アクチュエータ７のアーム３に外乱推定信号τ_ｄｅｓｔに対応した大きさの駆動力を発生させる。従って、アクチュエータ７に作用する軸受摩擦やフレキシブルプリント基板の弾性力あるいは衝撃、振動による慣性力等の外乱τ_ｄを打ち消すように、外乱推定信号τ_ｄｅｓｔをアクチュエータ７に作用させることができる。したがって、外乱によるトラックズレを抑制して、非常に安定かつ高精度な位置決め制御が可能となる。
【００７６】
一方、位置ｒ_１から位置ｒ_２へシーク動作する際には、短時間でヘッドが位置ｒ_２においてフォローイングするのが好ましい。しかし、そのためにヘッドを高速で移動させた場合には、ヘッド速度が残留して、図３に示すようなオーバーシュート現象が発生してしまうことがある。このような場合、位置制御信号ｃも、このようなオーバーシュート現象に対応した信号となってしまう。その結果として、駆動信号ｕは不安定な状態になる。外乱推定器１０は、この駆動信号ｕを入力としているため、駆動信号ｕが不安定な信号になれば、外乱τ_ｄを正確に推定することが困難となる。そのため、外乱推定信号τ_ｄｅｓｔが正確でなくなるおそれがある。従って、オーバーシュート現象が発生しやすい期間、すなわち、シーク動作を開始してから目標位置ｒにフォローイングするまでの一定期間は、駆動信号ｕに対する外乱補償信号βの寄与を小さくするほうが、より短時間でヘッドを目標位置ｒに到達させることができる。
【００７７】
具体的には、図３に示すように、シーク動作が開始された時刻ｔ_ｓにおいて、ゲイン調整係数Ｋβの値を１よりも小さいＫβ_０に設定して、位置制御器１６の寄与が主となるようにしてヘッド位置決め制御を行うようにする。Ｋβ_０の具体的な値については、シーク動作時のオーバーシュート量にもよるが、０．５以下が好ましい。本実施の形態においては０．２とした。
【００７８】
時刻ｔ_ｓにおいてシーク動作を開始し、ヘッド位置決め制御を開始した時点では、目標位置ｒ_２に対するヘッド位置の位置誤差は、予め定められた規定誤差量よりも大きい。すなわち、位置誤差信号ｅは、上記規定誤差量に対応する規定誤差信号ｅ_ｓよりも大きい。しかし、上記位置誤差信号ｅは徐々に小さくなっていき、やがて規定誤差信号ｅ_ｓ以下になる。位置誤差信号ｅが規定誤差信号ｅ_ｓ以下になると（このときの時刻をｔ_ｆとする）、駆動信号ｕは安定な信号になり、外乱推定が正確に行えるようになっていると考えられる。そこで、ゲイン調整係数Ｋβの値を時間とともに比例的に１に近づけて、外乱補償の効果を最大限に引き出すようにする。なお、位置誤差信号ｅが規定誤差信号ｅ_ｓに達したときにゲイン調整係数Ｋβを１に近づける方法は、ゲイン調整係数Ｋβを比例的に増加させる方法に限らず、例えば、段階的あるいは曲線的に増加させる方法であっても良いことは言うまでもない。
【００７９】
ゲイン調整係数Ｋβの値をＫβ_０から１に変化させるまでの時間Ｔａ（過渡期間）は、種々の値に設定することができ、その基準として種々の基準を用いることができる。例えば、前記時間Ｔａを、磁気ディスク１のサーボセクタの所定数個分に相当する時間としてもよい。サーボセクタの個数を基準とする場合には、前記時間Ｔａはサーボセクタの８〜１２個程度に相当する時間が好ましい。勿論、前記時間Ｔａをサーボセクタと無関係な所定時間としてもよい。例えば、前記時間Ｔａを０．１ｍｓｅｃ（ミリ秒）〜１ｍｓｅｃとしてもよい。本実施形態では、前記時間Ｔａは、磁気ディスク１の１０サーボセクタ分に相当する時間に設定されている。この場合、仮にディスク回転数を７２００ｒｐｍ、磁気ディスク１の全サーボセクタ数を１８０とすると、前記時間Ｔａは約０．４６ｍｓｅｃとなる。ただし、前記時間Ｔａは特定の数値に限定されるものではない。
【００８０】
シーク動作時のヘッドの移動量が数トラック以上と大きい場合には、目標位置ｒ近傍においてヘッドの速度が比較的大きく残留し、図３に示すようなオーバーシュート現象が起きて、位置制御信号ｃが不安定な信号になるおそれがある。しかし、ヘッドの移動量が２トラック以下の状態まで近づいた場合には、ヘッドの移動速度そのものは小さいため、位置制御信号ｃは比較的安定しており、大きなオーバーシュート現象は起こりにくい。従って、上述の規定誤差量は、２トラック以下が好ましいと考えられる。なお、本実施の形態においては１トラックとした。ただし、規定誤差量は、ディスク装置の特性に応じて種々の値に設定できることは勿論である。
【００８１】
図３から明白なように、ゲイン調整係数Ｋβ＝ｃｏｎｓｔ．＝１の場合のヘッド追従曲線に対し、ゲイン調整係数Ｋβを可変とした場合の方が、より短時間の間にヘッドを目標位置ｒに到達させることができる。
【００８２】
上記の例では、シーク動作開始時のゲイン調整係数Ｋβ_０を０．２としていたが、ゲイン調整係数Ｋβ_０は、０以上１未満の任意の値をとることができる。例えば、図５に示すように、ゲイン調整係数Ｋβ_０を０にしてもよい。
【００８３】
シーク動作時のゲイン調整係数Ｋβは、一定値でなくてもよい。例えば、図６に示すように、シーク動作時のゲイン調整係数Ｋβが時間とともに大きくなっていてもよい。シーク動作時のゲイン調整係数Ｋβの変化率が、シーク動作からフォローイング動作に移行した時刻ｔ_ｆから時間Ｔａ後までの間（過渡期間）におけるゲイン調整係数Ｋβの変化率よりも小さくてもよい。また、図７に示すように、シーク動作時のゲイン調整係数Ｋβの変化率と、過渡期間のゲイン調整係数Ｋβの変化率とが等しくてもよい。
【００８４】
また、図示は省略するが、過渡期間におけるゲイン調整係数Ｋβは、必ずしも常に時刻とともに大きくなっている必要はなく、全体として時間の進行に伴って大きくなっていればよい。つまり、時間とともに一定値に近づく限り、一時的に時間とともに小さくなっていてもよい。
【００８５】
また、制御系の設計次第では、ゲイン調整器１４に入力される外乱補償信号βの値を本来の値よりも小さめにすることもできる。このような場合には、見かけ上、ゲイン調整係数Ｋβが１よりも大きな値となる場合もあり得る。
【００８６】
以上のように本実施の形態によれば、フォローイング状態、およびシーク動作からフォローイング動作への移行状態といったさまざまな状況に応じて、駆動信号ｕに対する外乱補償信号βの寄与をゲイン調整係数Ｋβを使って調整することとした。これにより、シーク動作からフォローイング動作への移行をより短時間で行うことができる。また、ヘッドが現在トラック位置ｘにおいて安定的にフォローイングしている状態においては、外乱τ_ｄによるトラックズレを抑制することができ、非常に安定かつ高精度な位置決め制御が可能となる。したがって、良好なパフォーマンスを有する信頼性の高い磁気ディスク装置を実現することができる。
【００８７】
なお、前述したように、磁気ディスク１の位置データ６０は一定角度間隔で記録されているため、位置データ６０に基づいて求められるヘッドの位置情報は、離散的な情報である。したがって、一定のサンプリング周期よりも短い間隔でヘッドの位置情報を更新することはできない。そのため、外乱補償を位置情報のみに基づいて行ったのでは、あるサンプリング周期から次のサンプリング周期までの間に瞬間的に生じた大きな外乱に対して、迅速に対応することはできない。しかし、本実施形態によれば、駆動コイル５の両端に生じる誘起電圧Ｅａを利用して外乱補償を行う。ここで誘起電圧Ｅａの情報は、離散的な情報ではなく、連続的な情報である。したがって、本実施形態によれば、外乱補償を極めて短い周期で実行することができる。そのため、瞬間的に生じた大きな外乱に対しても、迅速に対応することが可能である。
【００８８】
上述の説明では、アクチュエータの動作をシーク動作とフォローイング動作とに大別した。しかし、慣用的に、アクチュエータの動作をシーク動作とセトリング動作とフォローイング動作（狭義のフォローイング動作）とに分けることもある。このような分類を行う場合には、セトリング動作と狭義のフォローイング動作とを加えた動作が、本明細書のフォローイング動作（広義のフォローイング動作）に相当することになる。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、外乱推定器１０、外乱補償器１１、ゲイン調整器１４における乗算器、加算器、減算器、積分器はアナログ・フィルタによって構成するもので説明したが、これらをディジタル・フィルタで構成しても良い。また、本実施の形態では磁気ディスク装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光ディスク装置や光磁気ディスク装置等にも応用が可能であることは言うまでもない。本発明は、あらゆるディスク装置に対して適用することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明は、外乱補償信号にゲイン調整係数を乗じて制御信号を生成し、この制御信号と位置制御信号とを加算した信号をアクチュエータの駆動信号とすることとした。これにより、フォローイング動作、あるいは、シーク動作からフォローイング動作への過渡時といった状態に応じて、外乱補償信号に乗ずるゲイン調整係数の大きさを変えることにより、現在のトラック位置から目標トラックへ追従する状態、すなわちシーク動作からフォローイング動作への移行を、安定かつ高速に行うことができる。また、現在のトラック位置においてフォローイングしている状態においては、外乱によるトラックズレを抑制することができ、安定かつ高精度な位置決め制御が可能となる。このようなヘッド位置決め制御方法を用いることにより、パフォーマンスが高く、かつ信頼性の高いディスク装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における磁気ディスク装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における位置決め制御系の全体構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるゲイン調整器の動作を説明するための説明図である。
【図４】磁気ディスク上の位置データを示す概念図である。
【図５】ゲイン調整係数の時間変化を示すグラフである。
【図６】ゲイン調整係数の時間変化を示すグラフである。
【図７】ゲイン調整係数の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　磁気ディスク
２　　　　磁気ヘッド
３　　　　アーム
４　　　　軸受
５　　　　駆動コイル
６　　　　固定子
７　　　　アクチュエータ
１０　　　外乱推定器
１１　　　外乱補償器
１２　　　駆動器
１３　　　電圧検出器
１４　　　ゲイン調整器
１５　　　位置検出器
１６　　　位置制御器
ｕ　　　　駆動信号
ｘ　　　　現在位置（現在トラック位置）
ｅ　　　　位置誤差信号（ヘッド位置誤差）
ｃ　　　　位置制御信号
ｖ　　　　磁気ヘッド移動速度
ｖ_ｅｓｔ　　　　　速度推定信号
τ　　　　駆動トルク
τ_ｄ　　　　　外乱（外乱トルク）
τ_ｄｅｓｔ　　　　外乱推定信号
Ｉａ　　　駆動電流
Ｉａ_ｅｓｔ　　　　駆動電流推定信号
Ｅａ　　　誘起電圧
Ｅａ_ｅｓｔ　　　誘起電圧推定信号
Ｖａ　　　電圧信号
Ｖａ_ｅｓｔ　　　　電圧推定信号
Ｅｄ’　　第２の電圧信号
α　　　　誤差信号
β　　　　外乱補償信号

Claims (18)

1. ボイスコイルモータと該ボイスコイルモータに固定されたアームと該アームに取り付けられたヘッドとを備えたアクチュエータによって、ディスクに対する前記ヘッドの位置決めを行うヘッド位置決め制御方法であって、
   前記アクチュエータを駆動するための駆動信号と前記アクチュエータの駆動に伴って前記ボイスコイルモータに発生する電圧を示す電圧信号とから前記アクチュエータに加わる外乱の大きさを推定することにより外乱補償信号を生成する工程と、
   １以外の定数又はいずれかの時点で１以外となる変数からなるゲイン調整係数を前記外乱補償信号に乗算することによって制御信号を生成する工程と、
   前記ディスクにあらかじめ記録されているサーボ情報を前記ヘッドにより検出することによって求めたヘッド位置と目標位置とからヘッド位置誤差を算出し、該ヘッド位置誤差に対応した位置制御信号を生成する工程と、
   前記制御信号と前記位置制御信号とを加算することにより前記駆動信号を生成する工程と、
   を備えているヘッド位置決め制御方法。
2. 前記ゲイン調整係数は変数からなり、
   前記ヘッド位置誤差に対応して前記ゲイン調整係数を変化させる請求項１に記載のヘッド位置決め制御方法。
3. 前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定する請求項２に記載のヘッド位置決め制御方法。
4. 前記ゲイン調整係数を時間とともに所定値に近づけていく請求項２又は３に記載のヘッド位置決め制御方法。
5. 前記ゲイン調整係数を時間とともに１に近づけていく請求項２又は３に記載のヘッド位置決め制御方法。
6. シークモード時のゲイン調整係数をフォローイングモード時のゲイン調整係数よりも小さく設定する請求項２〜５のいずれか一つに記載のヘッド位置決め制御方法。
7. 前記ヘッド位置誤差があらかじめ設定された規定誤差量を超えているときには、前記ゲイン調整係数を、前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量以下のときよりも小さく設定する請求項２〜６のいずれか一つに記載のヘッド位置決め制御方法。
8. 前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量を超えている状態から前記規定誤差量以下に達した時点より、前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定する請求項７に記載のヘッド位置決め制御方法。
9. 前記規定誤差量が、前記ディスクの記録トラックのピッチの２倍よりも小さい請求項７又は８に記載のヘッド位置決め制御方法。
10. ボイスコイルモータと該ボイスコイルモータに固定されたアームと該アームに取り付けられたヘッドとを備えたアクチュエータと、
    前記アクチュエータを駆動するための駆動手段と、
    前記アクチュエータの駆動に伴って前記ボイスコイルモータに発生する電圧を示す電圧信号を出力する電圧検出手段と、
    前記駆動手段に入力される駆動信号と前記電圧信号とから前記アクチュエータに加わる外乱の大きさを推定して外乱補償信号を生成する外乱推定手段と、
    前記ディスクにあらかじめ記録されているサーボ情報を前記ヘッドにより検出することにより求めたヘッド位置と目標位置とからヘッド位置誤差を算出する位置誤差検出手段と、
    前記ヘッド位置誤差に対応した位置制御信号を生成し出力する位置制御手段と、
    １以外の定数又はいずれかの時点で１以外となる変数からなるゲイン調整係数を前記外乱補償信号に乗算することによって制御信号を生成し、該制御信号と前記位置制御信号とを加算して前記駆動信号を生成するゲイン調整手段と、
    を備えているディスク装置。
11. 前記ゲイン調整係数は変数からなり、
    前記ゲイン調整手段は、前記ヘッド位置誤差に対応して前記ゲイン調整係数を変化させる請求項１０に記載のディスク装置。
12. 前記ゲイン調整手段は、前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定する請求項１１に記載のディスク装置。
13. 前記ゲイン調整手段は、前記ゲイン調整係数を時間とともに所定値に近づけていく請求項１１又は１２に記載のディスク装置。
14. 前記ゲイン調整手段は、前記ゲイン調整係数を時間とともに１に近づけていく請求項１１又は１２に記載のディスク装置。
15. 前記ゲイン調整手段は、シークモード時のゲイン調整係数をフォローイングモード時のゲイン調整係数よりも小さく設定する請求項１１〜１４のいずれか一つに記載のディスク装置。
16. 前記ゲイン調整手段は、前記ヘッド位置誤差があらかじめ設定された規定誤差量を超えているときには、前記ゲイン調整係数を前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量以下のときよりも小さく設定する請求項１１〜１５のいずれか一つに記載のディスク装置。
17. 前記ゲイン調整手段は、前記ヘッド位置誤差が前記規定誤差量を超えている状態から前記規定誤差量以下に達した時点より、前記ゲイン調整係数を時間とともに大きく設定する請求項１６に記載のディスク装置。
18. 前記規定誤差量が、前記ディスクの記録トラックのピッチの２倍よりも小さい請求項１６又は１７に記載のディスク装置。

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