JP2007294024A - シーク制御方法、シーク制御装置およびディスク装置 - Google Patents

シーク制御方法、シーク制御装置およびディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】プラントをシーク制御するシーク制御装置において、シーク電流生成のためのモデルとプラントのモデルとの誤差による位置ずれを防止する。
【解決手段】シーク軌道生成(28)からシーク軌道を与えて、プラント(40)をシーク制御する際に、シーク時間に応じて、フィードバックループ(20,22,24)の周波数特性を、変更し、実際のプラント(40)とプラント(40)のモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインを高くして、フィードバックループ(20,22,24)で、位置ずれを抑圧するよう制御する。シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
【選択図】図4

Description

本発明は、対象物を目標位置にシーク制御するシーク制御方法、シーク制御装置及びディスク装置に関し、特に、2自由度制御系によりシーク制御するシーク制御方法、シーク制御装置及びディスク装置に関する。
対象物を目標位置に移動する制御、所謂、シーク制御は、広く利用されている。特に、ディスク装置、例えば、磁気ディスク装置や光ディスク装置においては、シーク制御により、ヘッドを目標トラックに正確に位置決めすることが、記録密度向上のために、極めて重要である。
ディスク装置等におけるシーク制御においては、二自由度制御、またはフィードフォワード制御と呼ばれる、制御方法が用いられる。これら制御方法は、シーク開始時刻からの経過時間に応じて、目標位置軌道が制御系に供給される、もしくは、目標位置軌道とともに電流軌道も供給される。
図25は、従来の二自由度制御の制御系のブロック図である。図25に示すように、制御対象であるプラント108を目標位置rにシーク移動する場合に、目標位置rから、軌道作成ブロック100で、位置軌道、又は、速度軌道、又は、加速度軌道ufを作成し、プラント108に供給する。
一方、フィードバックループ系では、演算ブロック102が、プラント108の位置yと目標位置rとの位置誤差を計算し、コントローラ104は、位置誤差から位置誤差が減少するような制御量を演算し、演算ブロック106が、前述のシーク軌道ufと加算して、加算値uで、プラント108を駆動する。
このように、目標位置rからシーク軌道ufを作成し、シーク制御する。この軌道作成ブロック100の特性Pmは、プラント108の特性Pと同じ特性が理想的である。即ち、プラント108の特性をPとすると、軌道作成ブロック100の特性は、1/Pm=1/Pであることが理想的である。
このようなシーク軌道の作成では、従来、シーク開始時刻からの経過時間の多項式を用いて、電流軌道(加速度軌道)や位置軌道を計算する方法が提案されている(例えば,特許文献1、特許文献2)。又、共振周波数の影響を排除するような軌道を生成する方法も提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4、特許文献5)。
特開平03−233609号公報 特開平05−143165号公報 特開2001−210033号公報 特開平8−007506号公報 特開平6−187044号公報
これらの従来技術では、シーク軌道の改善により、プラントの共振を抑制して、高速にシークすることが目的であった。一方、シーク制御において、問題になるのは、目標軌道と実際のプラントの応答とのずれである。そのずれは、主に目標軌道を生成するときのモデル(ブロック100)と,実際の制御対象108とのゲイン差により生じる。近年のトラック密度の高密度化に伴い、わずか、1%のずれであっても,シーク距離が数万トラックにもおよぶと,ずれが数100トラック分にもなってしまう。
従来技術のフィードバック制御ループでは、この位置ずれを修正するように動作するが、シーク制御時には、軌道制御の邪魔にならないように、サーボ帯域を、フォローイングに比し、落としている。このため、ずれが大きいと、オーバーランやアンダーランし、再シークが必要となり、又、シーク終了のシーク時間のばらつきが生じる。
従って、本発明の目的は、目標軌道と実際のプラントの応答とのずれがあっても、シーク時間のばらつき量を低減するためのシーク制御方法、シーク制御装置及びディスク装置を提供することにある。
又、本発明の他の目的は、目標軌道と実際のプラントの応答のずれがあっても、オーバーランやアンダーランを防止するためのシーク制御方法、シーク制御装置及びディスク装置を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、シーク時間のばらつきを低減し、高速なシークを実現するためのシーク制御方法、シーク制御装置及びディスク装置を提供することにある。
本発明のシーク制御方法は、対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御方法において、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を生成するステップと、フィードバックループにより、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するステップと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータを駆動するステップと、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定するステップと、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するステップとを有する。
又、本発明のシーク制御装置は、対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御装置において、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックと、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するブロックとを有する。
又、本発明のディスク装置は、ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックとを有する制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更する。
更に、本発明では、好ましくは、前記決定ステップは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定するステップからなる。
更に、本発明では、好ましくは、前記変更するステップは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するステップからなる。
更に、本発明では、好ましくは、前記決定ステップは、前記シーク波形のパワースペクトラムが最大となる周波数を、前記代表周波数に決定するステップからなる。
更に、本発明では、好ましくは、前記生成ステップは、フィードフォワード制御により前記シーク軌道信号を供給するステップからなる。
更に、本発明では、好ましくは、前記フィードバックステップは、オブザーバ制御により、前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するステップからなる。
更に、本発明では、好ましくは、前記変更ステップは、前記オブザーバ制御の外乱推定ゲインを前記代表周波数に応じて変更するステップからなる。
シーク軌道を与えて、シーク制御する際に、シーク時間に応じて、フィードバックループの周波数特性を、変更するため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
以下、本発明の実施の形態を、ディスク装置、シーク制御系の第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態、第5の実施の形態、第6の実施の形態、他の実施の形態の順で説明するが、本発明は、この実施の形態に限られない。
(ディスク装置)
図1は、本発明の一実施の形態のディスク装置の構成図、図2は、図1の磁気ディスクの位置信号の配置図、図3は、図1及び図2の磁気ディスクの位置信号の構成図である。
図1は、シーク制御装置として、ディスク装置の一種である磁気ディスク装置を示す。図1に示すように、磁気記憶媒体である磁気ディスク4が、スピンドルモータ5の回転軸2に設けられている。スピンドルモータ5は、磁気ディスク4を回転する。アクチュエータ(VCM)1は、先端に磁気ヘッド3を備え、磁気ヘッド3を磁気ディスク4の半径方向に移動する。
アクチュエータ1は、回転軸を中心に回転するボイスコイルモータ(VCM)で構成される。図では、磁気ディスク装置に、2枚の磁気ディスク4が搭載され、4つの磁気ヘッド3が、同一のアクチュエータ1で同時に駆動される。
磁気ヘッド3は、リード素子と、ライト素子とからなる。磁気ヘッド3は、スライダに、磁気抵抗(MR)素子を含むリード素子を積層し、その上にライトコイルを含むライト素子を積層して、構成される。
位置検出回路7は、磁気ヘッド3が読み取った位置信号(アナログ信号)をデジタル信号に変換する。リード/ライト(R/W)回路10は、磁気ヘッド3の読み取り及び書込みを制御する。スピンドルモータ(SPM)駆動回路8は、スピンドルモータ5を駆動する。ボイスコイルモータ(VCM)駆動回路6は、ボイスコイルモータ(VCM)1に駆動電流を供給し、VCM1を駆動する。
マイクロコントローラ(MCU)14は、位置検出回路7からのデジタル位置信号から現在位置を検出(復調)し、検出した現在位置と目標位置との誤差に従い、VCM駆動指令値を演算する。即ち、位置復調と図5以下で説明する外乱抑圧を含むサーボ制御を行う。リードオンリーメモリ(ROM)13は、MCU14の制御プログラム等を格納する。ランダムアクセスメモリ(RAM)12は、MCU14の処理のためのデータ等を格納する。
ハードディスクコントローラ(HDC)11は、サーボ信号のセクタ番号を基準にして,1周内の位置を判断し,データを記録・再生する。バッファ用ランダムアクセスメモリ(RAM)15は、リードデータやライトデータを一時格納する。HDC11は、USB,ATAやSCSI等のインターフェイスIFで、ホストと通信する。バス9は、これらを接続する。
図2に示すように、磁気ディスク4には、外周から内周に渡り、各トラックにサーボ信号(位置信号)16が、円周方向に等間隔に配置される。尚、各トラックは、複数のセクタで構成され、図2の実線は、サーボ信号16の記録位置を示す。図3に示すように、位置信号は,サーボマークServo Markと、トラック番号Gray Codeと、インデックスIndexと、オフセット情報(サーボバースト)PosA,PosB,PosC,PosDとからなる。尚、図3の点線は、トラックセンターを示す。
図3の位置信号をヘッド3で読み取り、トラック番号Gray Codeとオフセット情報PosA,PosB,PosC,PosDを使い,磁気ヘッドの半径方向の位置を検出する。さらに、インデックス信号Indexを元にして,磁気ヘッドの円周方向の位置を把握する。
例えば,インデックス信号を検出したときのセクタ番号を0番に設定し、サーボ信号を検出する毎に、カウントアップして、トラックの各セクタのセクタ番号を得る。このサーボ信号のセクタ番号は,データの記録再生を行うときの基準となる。尚、インデックス信号は、1周に1つである、又、インデックス信号の代わりに、セクタ番号を設けることもできる。
図1のMCU14は、位置検出回路7を通じて、アクチュエータの位置を確認して,サーボ演算し、適切な電流をVCM1に供給する。即ち、あるトラック位置から目標トラック位置へヘッド3を移動するシーク制御は、コアース制御、整定制御及びフォローイング制御と遷移することで,目標位置まで移動させることができる。コアース制御は、基本的に軌道制御であり、整定制御、フォローイング制御は、基本的に位置制御であり、いずれも、ヘッドの現在位置を検出する必要がある。
このような,位置を確認するためには,前述の図2のように、磁気ディスク上にサーボ信号を事前に記録しておく。即ち、図3に示したように、サーボ信号の開始位置を示すサーボマーク,トラック番号を表すグレイコード,インデックス信号,オフセットを示すPosA〜PosDといった信号が記録されている。この信号を磁気ヘッドで読み出し、このサーボ信号を、位置検出回路7が、デジタル値に変換する。
(シーク制御系の第1の実施の形態)
図4は、図1のMCU14が実行する位置決め制御系の第1の実施の形態のブロック図である。この位置決め制御系は、二自由度制御系のフィードバック制御ループに、特定の周波数の周波数特性をシーク距離に応じて、変更する補償器24を設けたものである。
図4に示すように、制御対象であるプラント40(図1では、ヘッド3とアクチュエータ1)を目標位置rにシーク移動する。軌道作成ブロック28は、目標位置rから、位置軌道、又は、速度軌道、又は、加速度軌道ufを作成し、演算ブロック26に出力する。
一方、フィードバックループ系では、演算ブロック20が、プラント40の位置yと目標位置rとの位置誤差を計算し、コントローラ22は、位置誤差から位置誤差が減少するような制御量を演算する。周波数補償ブロック24は、外部から周波数特性の変更が可能であり、感度関数上で、特定の周波数を抑圧する。この周波数補償ブロック24の出力を、演算ブロック26が、前述のシーク軌道ufと加算して、加算値uで、プラント40を駆動する。
シーク制御では、目標位置r(目標位置まで順次変化する位置成分)からシーク軌道ufを作成し、シーク制御する。この軌道作成ブロック28の特性Pmは、プラント40の特性Pと同じ特性であることが理想的である。即ち、プラント40の特性をPとすると、軌道作成ブロック28の特性は、1/Pm=1/Pであることが理想的である。
しかし、この特性には、実際には、ずれが生じる。即ち、設計上で、プラント40の特性を得ても、実際に実装したプラント40の特性と異なる場合が多く、且つ装置によっても異なる。例えば、プラント40には、駆動アンプやアクチュエータが含まれるが、これらの物理ユニットの特性は、厳密に言うと、一定ではない。このため、前述の特性のずれが生じる。
この特性のずれを、フィードバック制御系で補償する。先ず、図4において、目標位置rから観測位置yまでの伝達関数を求めると、次式(1)が得られる。ここで、Cは、コントローラ22の特性(伝達関数)、Pは、プラント40の特性(伝達関数)、Pmは、前述の軌道作成ブロック28の特性(伝達関数)である。
(1)式から理解されるように、P=Pmであるときには、式(1)において、(P/Pm−1)=0となり、式(1)は、y=rとなり、位置ずれは生じない。しかし,実際には、軌道作成のモデルと、プラントのモデルには、ゲインのずれが生じている。そこで、ゲインのずれGを、下記式(2)のように定義すると、式(1)は、式(3)に変形される。
即ち、式(3)の(y−r)の分だけ、位置ずれが発生する。このずれを、フィードバック制御系にて補償する。上記の位置ずれを、rの代わりにufで表現すると,図4からr・(1/Pm)=ufであるから、式(3)は、式(4)に変形される。
式(4)は、位置ずれは、加速度外乱(または電流外乱)特性(Pm/(1+CP))に,モデルのゲイン誤差Gをかけあわせたものになることを示す。
一方、シーク制御では、この電流波形ufの形は、シークの条件により異なる。具体的には、シーク距離に応じて設定するシーク時間により、電流波形は異なる。例えば、シーク距離が長い場合と短い場合や、使用する電流波形により異なる。シーク時間によって、電流波形が異なることは、電流波形の持つパワーの周波数は、シーク時間に応じて異なることを意味する。
このことは、位置ずれに、ゲインのずれGの影響が大きく現れる周波数は、シーク時間に応じて異なることを意味する。即ち、フィードバック制御系で、シーク時間に応じた特定の周波数補償を行うことにより、位置ずれを低減できる。
図5は、シーク軌道の説明図、図6は、その電流波形のパワースペクラムの説明図である。図5に示すシーク軌道の例(特許文献1参照)は、横軸に時間を、縦軸に、各々、加速度、速度、位置を示す軌道例である。ここでは、単位時間「1」に、単位距離「1」,シーク移動する場合の加速度、速度の時間遷移を示す。
ここで、シーク制御では、これらの距離、速度に応じて、加速度電流ufを流すが、シーク距離に応じたシーク時間により、この加速度電流の周波数が異なる。ここでは、単位時間で正規化しているが、時間が異なれば、加速度電流の周波数も異なる。
図6は、このような加速度、すなわち電流波形のパワースペクトラムを示す。図6の横軸は、正規化した周波数を示し、縦軸は、その電流波形の正規化したパワーである。図6から、あるシーク軌道(加速度電流)のパワースペクトラムを図示する。図6のように、シーク軌道(加速度電流)に応じて、パワー最大となるピーク周波数は、一意に定まり、シーク軌道、即ち、シーク時間に応じて、パワー最大となるピーク周波数は異なる。
図7は、周波数補償を行わないシーク制御における、感度関数の特性図、図8は、周波数補償を行わないシーク制御における加速度外乱特性図である。図7、図8において、上段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸にゲイン(dB)を、下段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸に位相(deg)を示す。
感度関数は、フィードバックループの特性、即ち、(1/(1+CP))で表される。一方、加速度外乱特性は、フィードバックループに対するシーク軌道電流による外乱の特性、即ち、(P/(1+CP))で表される。
式(3)、式(4)で先に示したゲインずれGにともなう、rまたはufによる伝達関数(式(3)又は式(4))は、図7および図8の特性に、Gだけゲインをかけた形となる。つまり、感度関数および加速度外乱特性を、シーク時間に応じて適切に整形することにより、シーク時間に応じた特定の周波数補償を実現できる。即ち、シーク波形ごとに持つ周波数特性のパワー最大の周波数付近を抑圧するように,制御系を調整する。
図9乃至図12は、一例として、シーク時間が、4msの場合のシーク波形(図9)、電流波形のパワースペクトラム(図10)、感度関数(図11)、加速度外乱特性(図12)を示す。
シーク時間が4msの場合には、加速度波形が、図9に示すような形状であると仮定する。図9において、横軸は、時間、縦軸は、正規化した振幅である。この電流波形のパワースペクトラムは、図10のように、周波数が、1/4ms=250Hzで、最大パワーとなる。尚、図10は、横軸に周波数、縦軸にパワーをリニア軸で示す。
したがって、制御系で、250Hz付近の抑圧効果を高くするように,構成する。図11は、250Hz付近を抑圧した感度関数の特性図、図12は、250Hz付近を抑圧した加速度外乱特性図である。いずれも、図7、図8と同様に、上段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸にゲイン(dB)を、下段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸に位相(deg)を示す。
感度関数は、フィードバックループの特性、即ち、(1/(1+CP))で表されるので、この特性、即ち、周波数特性をこのシーク時間に合わせて変更する。又、加速度外乱特性は、フィードバックループに対するシーク軌道電流による外乱の特性、即ち、(P/(1+CP))で表されるので、同様に、周波数特性をこのシーク時間に合わせて、変更する。
同様に、図13乃至図16は、一例として、シーク時間が、2msの場合のシーク波形(図13)、電流波形のパワースペクトラム(図14)、感度関数(図15)、加速度外乱特性(図16)を示す。
シーク時間が2msの場合には、加速度波形が、図13に示すような形状であると仮定する。図13において、横軸は、時間、縦軸は、正規化した振幅である。この電流波形のパワースペクトラムは、図14のように、周波数が、1/2ms=500Hzで、最大パワーとなる。尚、図14は、横軸に周波数、縦軸にパワーをリニア軸で示す。
したがって、制御系で、500Hz付近の抑圧効果を高くするように,構成する。図15は、500Hz付近を抑圧した感度関数の特性図、図16は、500Hz付近を抑圧した加速度外乱特性図である。いずれも、図7、図8と同様に、上段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸にゲイン(dB)を、下段のグラフは、横軸に、周波数、縦軸に位相(deg)を示す。
感度関数は、フィードバックループの特性、即ち、(1/(1+CP))で表されるので、この特性、即ち、周波数特性をこのシーク時間に合わせて変更する。又、加速度外乱特性は、フィードバックループに対するシーク軌道電流による外乱の特性、即ち、(P/(1+CP))で表されるので、同様に、周波数特性をこのシーク時間に合わせて、変更する。
ここでは、単純化して説明したが、シーク時間の逆数のみならず、電流波形の形(例えば、図9、図13参照)に応じて、値を調整すると、様々なシーク波形に対応できる。
図17を参照して、図4の周波数補償制御を説明する。先ず、MCU14は、シーク命令を受信する(S10)。MCU14は、シーク命令の目標シリンダからシーク距離Lseekを計算する(S12)。MCU14は、シーク距離Lseekから、方式判定ブロック32で、シーク方式(例えば、長距離シークか短距離シークか)を判定する。
次に、MCU14は、シーク方式(Method)とシーク距離から、波形・時間決定ブロック34で、シーク波形Waveとシーク時間Tseekを決定する。例えば、シーク波形としては、図9、図13のような滑らかな波形や、それより角張った波形などを、シーク距離や、高速/静音モード等により選択する。MCU14は、選択されたシーク波形とシーク時間から、抑圧周波数決定ブロック36で、前述の抑圧すべき代表周波数Fseekを決定する(S18)。
MCU14は、代表周波数Fseekで、テーブル38を参照し、周波数補償ブロック24の対応する制御定数を取り出し、周波数補償ブロック24に設定する(S20)。前述のように、この制御定数により、周波数補償ブロック24は、感度関数(図11、図15)上で、代表周波数付近を抑圧する。例えば、周波数補償ブロック24が、逆ノッチフィルタで構成され、代表周波数付近のゲインを高くすることにより、感度関数上で代表周波数付近を抑圧する。例えば、この周波数補償ブロック24の伝達関数は、下記式(5)の逆ノッチフィルタを示す。
式(5)において、sは、ラプラス演算子、ωは、角周波数である。
又、MCU14は、シーク波形Waveとシーク時間Tseekとから、シーク時間の間、順次変化する目標位置r(例えば、図5の位置参照)を、目標位置生成ブロック44で生成し、シーク開始する(S22)。
このように、シーク時間に応じて、感度関数、即ち、フィードバックループの周波数特性を、変更する。このため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
(シーク制御系の第2の実施の形態)
図18は、本発明の第2の実施の形態の位置制御系のブロック図、図19は、その定数テーブルの説明図である。
図18の位置制御系は、現在オブザーバで構成され、下記式(6)、(7)、(8)で示されるオブザーバである。
式(6)、(7)、(8)を参照しながら、図18で構成を説明する。図4でも説明したように、第1の演算ブロック20は、ヘッド3が読み取った前述のサーボ情報を復調して得た観測位置y[k]から目標位置rを差し引き、実位置誤差er[k]を演算する。第2の演算ブロック50は、実位置誤差er[k]からオブザーバの推定位置との推定位置誤差e[k]を演算する。
この推定位置誤差e[k]は、状態推定ブロック54に入力され、推定ゲインL(L1,L2,L3,L4,L5)を用いて、推定修正値(式(6)の右辺)が、演算される。そして、遅延ブロック56から状態量(式(6)の左辺)と加算ブロック52で加算され、式(6)のように、推定位置x[k],推定速度v[k],推定バイアス値b[k],推定外乱抑圧値z1[k],z2[k]を得る。
この推定値は、第4の演算ブロック58で、状態フィードバックゲイン(一F)を乗算され、式(7)のように、アクチュエータ1の駆動値u[k]を得る。一方、加算ブロック56からの式(6)の推定値は、第5の演算ブロック62で、推定ゲインA(式(8)の5×5の行列)を乗じられ、又、第4の演算ブロック58の駆動値u[k]は、第6の演算ブロック60で、推定ゲインB(式(8)のu[k]に乗じる値)を乗じられる。両乗算結果は、加算ブロック64で、加算され、式(8)の次のサンプルの推定状態量を得る。
この次のサンプルの推定状態量は、前述のように、遅延ブロック56に入力し、状態推定ブロック54の推定修正値で、修正される。そして、加算ブロック52からの式(6)の推定値は、第7の演算ブロック66で、推定位置x[k]が取り出され、前述の第2の演算ブロック50に入力する。
このような、現在オブザーバに、前述の周波数補償機能を付与するため、図18に示すように、代表周波数Fseekに応じた推定ゲインL,Aを格納するテーブル38を設ける。テーブル38は、各代表周波数Freq(=Fseek)の値に応じた推定ゲインL1,L2,L3,L4,L5と、外乱用A行列a11,a12,a21,a22の値を格納する。このテーブル38のL1,L2,L3,L4,L5により、状態推定ブロック54のL1,L2,L3,L4,L5を、代表周波数に応じて、変更する。又、このテーブル38の外乱用A行列a11,a12,a21,a22によって、第5の演算ブロック62のa11,a12,a21,a22(式(8)参照)を、代表周波数に応じて、変更する。
このテーブル38の値は、1つに周波数をノッチフィルタ状に抑圧する特性を実現する係数変化を示し、オブザーバの推定ゲインとA行列で、ノッチフィルタ状に整形するための外乱モデルの整形フィルタの形を変化する。このように、オブザーバ制御により、簡単に実現できる。
(シーク制御系の第3の実施の形態)
図20は、図1のMCU14が実行する位置決め制御系の第3の実施の形態のブロック図である。この位置決め制御系は、現在オブザーバ制御系である。
図20に示す現在オブザーバは、下記式(9)、(10)、(11)、(12)で示されるオブザーバである。
この実施の形態は、図18の外乱モデルを分離したオブザーバの例である。アナログ制御系からデジタル制御系へと変換する際に,オブザーバのモデルを修正することにより、式(10)、(11)、(12)のように、外乱を分離した構成が実現できる。
図20において、図18と同一のものは、同一の記号で示してあり、図18と同様に、第1の演算ブロック20は、ヘッド3が読み取った前述のサーボ情報を復調して得た観測位置y[k]から目標位置rを差し引き、実位置誤差er[k]を演算する。第2の演算ブロック50は、実位置誤差er[k]からオブザーバの推定位置x[k]との推定位置誤差e[k]を演算する。
この推定位置誤差e[k]は、状態推定ブロック54に入力され、推定ゲインLa(L1,L2)を用いて、推定修正値(式(9)の右辺)が、演算される。そして、遅延ブロック56から状態量(式(9)の左辺)と加算ブロック52で加算され、式(9)のように、推定位置x[k],推定速度v[k]を得る。
この推定値のx[k],v[k]は、第4の演算ブロック58で、状態フィードバックゲイン(一Fa=F1,F2)を乗算され、式(10)のように、アクチュエータ1の第1の駆動値ua[k]を得る。一方、加算ブロック52からの式(9)の推定値のx[k],v[k]は、第5の演算ブロック62で、推定ゲインAa(式(12)の2×2の(1,0)のA行列)を乗じられ、第4の演算ブロック58の駆動値u[k]は、第6の演算ブロック60で、推定ゲインBa(式(12)のu[k]に乗じる値)を乗じられる。両乗算結果は、加算ブロック64で、加算され、式(12)の次のサンプルの推定状態量x[k+1],v[k+1]を得る。
この次のサンプルの推定状態量は、前述のように、遅延ブロック56に入力し、状態推定ブロック54の推定修正値で、修正される。そして、加算ブロック52からの式(9)の推定値は、第7の演算ブロック66で、推定位置x[k]が取り出され、前述の第2の演算ブロック50に入力する。
又、推定位置誤差e[k]は、外乱の状態推定ブロック70に入力され、推定ゲインLd1(L3,L4,L5)を用いて、推定修正値(式(9)の右辺)が、演算される。そして、遅延ブロック52から状態量(式(9)の左辺)と加算ブロック74で加算され、式(9)のように、推定外乱抑圧値b[k],z1[k],z2[k]を得る。
この推定値b[k],z1[k],z2[k]は、第8の演算ブロック76で、状態フィードバックゲイン(Fd1=F3,F4,F5)を乗算され、式(11)のように、アクチュエータ1の外乱抑圧駆動値を得る。一方、加算ブロック74からの式(9)の推定値のb[k],z1[k],z2[k]は、第9の演算ブロック78で、推定ゲインAd1(式(12)のb[k]のゲイン及び2×2のA行列のゲイン)を乗じられ、遅延ブロック72に入力し、次のサンプルの推定値b[k+1],z1[k+1],z2[k+1]を得る。
そして、加算ブロック68で、駆動値u[k]に、外乱抑圧駆動値を差し引き、式(11)の出力駆動値uout[k]を得る。
即ち、式(6)、(7)、(8)と、式(9)、(10)、(11)、(12)とを比較すると、式(8)の行列で示すゲインを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、式(12)に展開し、且つ式(7)のゲインFを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、式(10)、(11)に展開する。
式(6)と式(9)は、形式上で同一であるが、展開された式に沿って、別のブロック54,70で計算する。
このような分離型オブザーバに、周波数補償機能を付与するため、代表周波数Fseekに応じた推定ゲインLd1,Ad1を格納するテーブル38を有する。テーブル38は、図19に示したように、各代表周波数の値に応じたL3,L4,L5と、a11,a12,a21,a22の値を格納する。このテーブル38のL3,L4,L5により、状態推定ブロック70のL3,L4,L5を、代表周波数に応じて、変更する。又、このテーブル38のa11,a12,a21,a22によって、演算ブロック78のa11,a12,a21,a22(式(12)参照)を、代表周波数に応じて、変更する。
この例でも、図18と同様に、オブザーバの推定ゲインの変更により,ノッチフィルタ状に整形するための外乱モデルの周波数特性を変更できる。
(シーク制御系の第4の実施の形態)
図21は、図1のMCU14が実行する位置決め制御系の第4の実施の形態のブロック図である。この位置決め制御系は、二自由度制御系のフィードバック制御ループに、特定の周波数の周波数特性をシーク距離に応じて、変更する補償器24を、並列に設けたものである。
図21に示すように、制御対象であるプラント40(図1では、ヘッド3とアクチュエータ1)を目標位置rにシーク移動する。軌道作成ブロック28は、目標位置rから、位置軌道、又は、速度軌道、又は、加速度軌道ufを作成し、演算ブロック26に出力する。
一方、フィードバックループ系では、演算ブロック20が、プラント40の位置yと目標位置rとの位置誤差を計算し、コントローラ22は、位置誤差から位置誤差が減少するような制御量を演算する。周波数補償ブロック24は、外部から周波数特性の変更が可能であり、感度関数上で、特定の周波数を抑圧する。この周波数補償ブロック24の出力とコントローラ22の出力とを、演算ブロック26が、前述のシーク軌道ufと加算して、加算値uで、プラント40を駆動する。
この周波数補償ブロック24の制御定数は、代表周波数Fseekで参照されるテーブル38の値で、シーク時間に対応して、変更される。周波数補償ブロック24は、例えば、次式(13)で示される伝達関数を持つ。尚、式(13)において、sは、ラプラス演算子、ωは中心周波数である。式(13)のa,bを、感度関数又は加速度外乱特性が、中心周波数で抑圧されるように、テーブル38の値で変更する。
このように、周波数補償ブロック24を並列に接続した構成でも、図4と同様に、シーク時間に応じて、感度関数、即ち、フィードバックループの周波数特性を、変更できる。このため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
(シーク制御系の第5の実施の形態)
図22は、図1のMCU14が実行する位置決め制御系の第5の実施の形態のブロック図である。この位置決め制御系は、二自由度制御系のフィードバック制御ループに、特定の周波数の周波数特性をシーク距離に応じて、変更する補償器24を設けたものである。
又、2自由度制御における特性(1/Pm)の軌道作成ブロック28で、目標位置rから軌道電流ufを作成する場合に、この特性のブロックを実現するため、フィードフォワード制御を用いたものである。
図22において、図4及び図21に示したものと同一のものは、同一の記号で示してあり、同様に、制御対象であるプラント40(図1では、ヘッド3とアクチュエータ1)を目標位置rにシーク移動するための軌道作成ブロック28は、フィードフォワード電流生成ブロック28−1と、この電流生成ブロック28−1から生成された単位距離のフィードフォワード電流に、シーク距離Lseekを乗算して、シーク距離分のフィードフォワード電流を生成する乗算ブロック28−2とを有する。
同様に、目標位置生成ブロック44は、単位距離の位置軌道を生成する位置軌道生成ブロック44−1と、この位置軌道生成ブロック44−1から生成された単位距離の位置軌道に、シーク距離Lseekを乗算して、シーク距離分の位置軌道を生成する乗算ブロック44−2とを有する。
フィードバックループ系では、演算ブロック20が、プラント40の位置yと目標位置軌道との位置誤差を計算し、コントローラ22は、位置誤差から位置誤差が減少するような制御量を演算する。周波数補償ブロック24は、外部から周波数特性の変更が可能であり、感度関数上で、特定の周波数を抑圧する。この周波数補償ブロック24の出力を、演算ブロック26が、前述のシーク軌道(フィードフォワード電流)ufと加算して、加算値uで、プラント40を駆動する。
図4及び図21と同様に、この周波数補償ブロック24の制御定数は、代表周波数Fseekで参照されるテーブル38の値で、シーク時間に対応して、変更される。
このように、フィードフォワードを利用すると、実現が容易であり、且つ図4と同様に、シーク時間に応じて、感度関数、即ち、フィードバックループの周波数特性を、変更できる。このため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
(シーク制御系の第6の実施の形態)
図23は、図1のMCU14が実行する位置決め制御系の第6の実施の形態のブロック図、図24は、図23の構成をオブザーバで実現したブロック図である。この位置決め制御系は、二自由度制御系のフィードバック制御ループに、特定の周波数の周波数特性をシーク距離に応じて、変更する補償器24を設けたものである。
又、2自由度制御における特性(1/Pm)の軌道作成ブロック28で、目標位置rから軌道電流ufを作成する場合に、この特性のブロックを実現するため、2自由度整形フィルタを用いたものである。
図23において、図4及び図21、図22に示したものと同一のものは、同一の記号で示してあり、同様に、制御対象であるプラント40(図1では、ヘッド3とアクチュエータ1)を目標位置rにシーク移動するための軌道作成ブロック28は、目標位置生成ブロック44からの目標位置rを、鈍らせ、加速度軌道Ufを生成する整形フィルタ80で構成される。
フィードバックループ系では、演算ブロック20が、プラント40の位置yと目標位置軌道との位置誤差を計算し、コントローラ22は、位置誤差から位置誤差が減少するような制御量を演算する。周波数補償ブロック24は、外部から周波数特性の変更が可能であり、感度関数上で、特定の周波数を抑圧する。この周波数補償ブロック24の出力を、演算ブロック26が、前述のシーク軌道電流ufと加算して、加算値uで、プラント40を駆動する。
図4及び図21と同様に、この周波数補償ブロック24の制御定数は、代表周波数Fseekで参照されるテーブル38の値で、シーク時間に対応して、変更される。
図24は、図23の構成を予測オブザーバで実現したブロック図であり、図23、図18で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。コントローラ22及び周波数補償ブロック24は、オブザーバで構成され、殆ど、図18と同一の構成である。但し、図18が現在オブザーバであるのに対し、図24は、予測オブザーバであるため、遅延ブロック56が、加算ブロック52の出力を遅延し、状態フィードバックブロック58に入力する。
又、二自由度制御系28は、制御ゲイン乗算ブロックで構成され、目標位置生成ブロック44の目標位置軌道r[k]を、軌道作成ゲインNで乗算し、軌道電流Ufを加算ブロック26に出力し、且つ目標位置軌道r[k]に、位置ゲインMを乗じて、オブザーバ22,24の加算ブロック52に入力する。
尚、図示していないが、図18と同様に、代表周波数Fseekで参照されるテーブル38を有し、図18と同様に、オブザーバの状態推定ブロック54のL3〜L5,状態フィードバックブロック62のA行列を、シーク時間に応じて、変更する。
このように、オブザーバによる二自由度制御を利用すると、実現が容易であり、且つ図4と同様に、シーク時間に応じて、感度関数、即ち、フィードバックループの周波数特性を、変更できる。このため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
(他の実施の形態)
前述の実施の形態では、シーク制御を、磁気ディスク装置のヘッド位置決め装置の適用の例で説明したが、光ディスク装置等の他のディスク装置や移動制御装置にも適用できる。又、コントローラは、オブザーバ制御によるもののみならず、PID(Proportional Integrated Differential)制御、Leadlag制御等も適宜採用できる。
以上、本発明を、実施の形態で説明したが、本発明は、その趣旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これを本発明の範囲から排除するものではない。
(付記1)対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御方法において、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を生成するステップと、フィードバックループにより、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するステップと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータを駆動するステップと、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定するステップと、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するステップとを有することを特徴とするシーク制御方法。
(付記2)前記決定ステップは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定するステップからなることを特徴とする付記1のシーク制御方法。
(付記3)前記変更するステップは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するステップからなることを特徴とする付記1のシーク制御方法。
(付記4)前記決定ステップは、前記シーク波形のパワースペクトラムが最大となる周波数を、前記代表周波数に決定するステップからなることを特徴とする付記2のシーク制御方法。
(付記5)前記生成ステップは、フィードフォワード制御により前記シーク軌道信号を供給するステップからなることを特徴とする付記1のシーク制御方法。
(付記6)前記フィードバックステップは、オブザーバ制御により、前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するステップからなることを特徴とする付記1のシーク制御方法。
(付記7)前記変更ステップは、前記オブザーバ制御の外乱推定ゲインを前記代表周波数に応じて変更するステップからなることを特徴とする付記6のシーク制御方法。
(付記8)対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御装置において、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックと、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するブロックとを有することを特徴とするシーク制御装置。
(付記9)前記変更ブロックは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定することを特徴とする付記8のシーク制御装置。
(付記10)前記変更ブロックは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更することを特徴とする付記8のシーク制御装置。
(付記11)前記変更ブロックは、前記シーク波形のパワースペクトラムが最大となる周波数を、前記代表周波数に決定することを特徴とする付記9のシーク制御装置。
(付記12)前記供給ブロックは、フィードフォワード制御により前記シーク軌道信号を供給することを特徴とする付記8のシーク制御装置。
(付記13)前記フィードバックループは、オブザーバ制御系で構成されたことを特徴とする付記8のシーク制御装置。
(付記14)前記変更ブロックは、前記オブザーバ制御の外乱推定ゲインを前記代表周波数に応じて変更することを特徴とする付記13のシーク制御装置。
(付記15)ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックとを有する制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更することを特徴とするディスク装置。
(付記16)前記制御ユニットは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定することを特徴とする付記15のディスク装置。
(付記17)前記制御ユニットは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更することを特徴とする付記15のディスク装置。
(付記18)前記制御ユニットは、前記シーク波形のパワースペクトラムが最大となる周波数を、前記代表周波数に決定することを特徴とする付記16のディスク装置。
(付記19)前記制御ユニットは、フィードフォワード制御により前記シーク軌道信号を供給することを特徴とする付記15のディスク装置。
(付記20)前記フィードバックループは、オブザーバ制御系で構成されたことを特徴とする付記15のディスク装置。
(付記21)前記制御ユニットは、前記オブザーバ制御の外乱推定ゲインを前記代表周波数に応じて変更することを特徴とする付記20のディスク装置。
シーク軌道を与えて、シーク制御する際に、シーク時間に応じて、フィードバックループの周波数特性を、変更するため、実際のプラントとプラントのモデルのずれに起因する位置ずれ成分のゲインが、高くなり、フィードバックループで、位置ずれを抑圧するよう制御できる。即ち、シーク時間のばらつきを低減でき、且つオーバーラン、アンダーランを防止できる。
本発明の一実施の形態を示すディスク装置の構成図である。 図1のディスクの位置信号の説明図である。 図2の位置信号の詳細説明図である。 図1のヘッドのシーク制御系の第1の実施の形態のブロック図である。 図4のシーク軌道の説明図である。 図5のシーク波形のパワースペクトラムの説明図である。 図4の制御系の感度関数の特性図である。 図4の制御系の加速度外乱の特性図である。 図4、図5のシーク時間のシーク波形の説明図である。 図9のシーク波形のパワースペクトラムの説明図である。 図10のパワースペクトラムに対応した図4の制御系の感度関数の特性図である。 図10のパワースペクトラムに対応した図4の制御系の加速度外乱の特性図である。 図4、図5の他のシーク時間のシーク波形の説明図である。 図13のシーク波形のパワースペクトラムの説明図である。 図14のパワースペクトラムに対応した図4の制御系の感度関数の特性図である。 図14のパワースペクトラムに対応した図4の制御系の加速度外乱特性の説明図である。 本発明の一実施の形態のシーク処理フロー図である。 本発明の第2の実施の形態のシーク制御系のブロック図である。 図18の推定ゲインテーブルの構成図である。 本発明の第3の実施の形態のシーク制御系のブロック図である。 本発明の第4の実施の形態のシーク制御系のブロック図である。 本発明の第5の実施の形態のシーク制御系のブロック図である。 本発明の第6の実施の形態のシーク制御系のブロック図である。 図23のシーク制御系をオブザーバ制御で実現したブロック図である。 従来のシーク制御系の説明図である。
符号の説明
1 アクチュエータ
2 スピンドルモータの回転軸
3 ヘッド
4 ディスク
5 スピンドルモータ
6 アクチュエータのVCM駆動回路
7 位置復調回路
8 スピンドルモータの駆動回路
9 バス
10 データの記録再生回路
11 ハードディスクコントローラ
12 MCUのRAM
13 MCUのROM
14 マイクロコントローラユニット
15 ハードディスクコントローラのRAM
16 位置信号
20 位置誤差演算ブロック
22 フィードバックコントロ−ラ
24 周波数補償ブロック
26 加算ブロック
28 シーク軌道生成ブロック
30 抑圧周波数設定ブロック
40 プラント

Claims (10)

  1. 対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御方法において、
    前記目標位置に応じたシーク軌道信号を生成するステップと、
    フィードバックループにより、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するステップと、
    前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータを駆動するステップと、
    少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定するステップと、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するステップとを有する
    ことを特徴とするシーク制御方法。
  2. 前記決定ステップは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定するステップからなる
    ことを特徴とする請求項1のシーク制御方法。
  3. 対象物を現在位置から目標位置に、アクチュエータによりシーク移動するシーク制御装置において、
    前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、
    前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、
    前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックと、
    少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更するブロックとを有する
    ことを特徴とするシーク制御装置。
  4. 前記変更ブロックは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定する
    ことを特徴とする請求項3のシーク制御装置。
  5. 前記変更ブロックは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更する
    ことを特徴とする請求項3のシーク制御装置。
  6. 前記変更ブロックは、前記シーク波形のパワースペクトラムが最大となる周波数を、前記代表周波数に決定する
    ことを特徴とする請求項3のシーク制御装置。
  7. 前記供給ブロックは、フィードフォワード制御により前記シーク軌道信号を供給する
    ことを特徴とする請求項3のシーク制御装置。
  8. ディスク記憶媒体のデータを少なくとも読み取るヘッドと、
    前記ディスク記憶媒体の所定位置に、前記ヘッドを位置決めするアクチュエータと、
    前記目標位置に応じたシーク軌道信号を供給するブロックと、前記対象物の現在位置と前記目標位置との位置誤差から前記アクチュエータのフィードバック制御信号を生成するフィードバックループと、前記シーク軌道信号と前記フィードバック制御信号とで前記アクチュエータの駆動値を演算するブロックとを有する制御ユニットとを有し、
    前記制御ユニットは、少なくとも、前記現在位置から前記目標位置までのシーク時間に応じて、抑圧すべき代表周波数を決定し、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更する
    ことを特徴とするディスク装置。
  9. 前記制御ユニットは、前記フィードバックループの感度関数上で、前記代表周波数を抑圧するように、前記フィードバックループの周波数特性を変更する
    ことを特徴とする請求項8のディスク装置。
  10. 前記制御ユニットは、前記シーク時間と、前記シーク軌道信号のシーク波形とから、抑圧すべき代表周波数を決定する
    ことを特徴とする請求項8のディスク装置。
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