JP2010192112A - Disk device, and device and method for controlling head position - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディスク装置、ヘッド位置制御装置およびヘッド位置制御方法に関する。 The present invention relates to a disk device, a head position control device, and a head position control method.
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、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。 In a disk device, for example, a magnetic disk device or an optical disk device, accurately positioning the head on a target track is extremely important for improving the recording density.
この位置決め制御において、外乱が、位置決め精度へ影響することが、知られている。このような外乱を制御系で抑圧するため、従来、図24乃至図26の制御系が提案されている。図24の第1の従来技術は、目標位置rと、プラント108の現在位置yとの位置誤差eを演算ブロック100で演算し、コントローラ102に入力し、コントローラ102が、位置誤差eを低減するような制御量を演算し、プラント108を駆動するフィードバック制御系に、並列に、ノッチフィルタの逆特性形態のフィルタ104を付与して、位置誤差の特定の周波数近傍の成分を抑圧する(特許文献1参照)。
In this positioning control, it is known that disturbance affects the positioning accuracy. In order to suppress such disturbance by the control system, conventionally, the control system of FIGS. 24 to 26 has been proposed. In the first prior art of FIG. 24, a position error e between the target position r and the current position y of the
第2の従来技術は、図25に示すように、図24のフィードバックループのコントローラ102に直列に、フィルタ104を設け、コントローラ102の制御量の特定の周波数近傍の成分を抑圧する(非特許文献1参照)。
As shown in FIG. 25, in the second conventional technique, a
更に、第3の従来技術は、図26に示すように、図24のフィードバックループに、外乱オブザーバと称して、現在位置yをブロック110で、プラント108の伝達関数Pで割った値、即ち、位置誤差の2階微分値と,演算ブロック106からの指令電流値との差分を、演算ブロック112でとり、バンドパスフィルタ(Qフィルタとも呼ぶ)114を通して、演算ブロック106にフィードバックする(非特許文献1参照)。
Further, as shown in FIG. 26, the third prior art is a value obtained by dividing the current position y by the transfer function P of the
又、この周期性外乱であるディスクの偏心に対応するために、偏心推定オブザーバを用いて、偏心を補正する方法が提案されている(例えば、特許文献2または特許文献3)。
In order to cope with the eccentricity of the disk, which is this periodic disturbance, a method of correcting the eccentricity using an eccentricity estimation observer has been proposed (for example,
このような偏心推定オブザーバは、状態推定ゲインA,B,C,F,Lを使用して、実際の位置誤差と、推定した位置誤差との誤差から、アクチュエータの制御値を計算し、次サンプルの状態量(位置、速度、バイアス値、偏心量を計算する。 Such an eccentricity estimation observer uses the state estimation gains A, B, C, F, and L to calculate the control value of the actuator from the error between the actual position error and the estimated position error, and the next sample State quantity (position, speed, bias value, eccentricity).
ここで、推定ゲインLは、位置推定ゲインL1,速度推定ゲインL2,バイアス推定ゲインL3,偏心推定ゲインL4,L5からなる。そして、L1,L2,L3は、コントローラ自体の特性であり、L4,L5は、周期性外乱である偏心に対する応答特性を示す。
このようなオブザーバを利用して、偏心成分以外の外部振動に追従するような位置決め制御が望まれている。即ち、ディスク装置の記録密度の高密度化に伴い、外部振動によるヘッドの位置決め精度への影響が無視できなくなっている。例えば、媒体の振動や、媒体の回転でヘッドが受ける風が、ヘッドの位置決め精度に影響する。又、ディスク装置の利用拡大に伴い、モバイル機器、例えば、携帯端末、携帯電話、携帯型AV機器に搭載されおり、広い範囲の外乱周波数に適応することも要求されている。 Using such an observer, positioning control that follows external vibrations other than the eccentric component is desired. That is, as the recording density of the disk device is increased, the influence of the external vibration on the head positioning accuracy cannot be ignored. For example, the vibration of the medium and the wind received by the head due to the rotation of the medium affect the positioning accuracy of the head. Further, with the expansion of the use of disk devices, it is mounted on mobile devices such as mobile terminals, mobile phones, and portable AV devices, and is required to adapt to a wide range of disturbance frequencies.
前述の従来技術の外乱抑圧では、偏心補正など、特定の周波数域を選択的に抑圧する補償器を付加する場合には、抑圧域の幅を極めて狭くすれば、元の制御系の特性に影響を与えず、実装できる。しかしながら、近年の広い範囲の外乱周波数に適応するという要求に対し、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合には、元のコントローラの特性に影響を与え、所望の外乱抑圧機能を付加するのが、困難である。 In the conventional disturbance suppression described above, when adding a compensator that selectively suppresses a specific frequency range, such as eccentricity correction, if the width of the suppression range is made extremely narrow, the characteristics of the original control system will be affected. Can be implemented without giving However, in response to the recent demand for adapting to a wide range of disturbance frequencies, if the suppression range is wide or if disturbances in the high frequency range are suppressed, the characteristics of the original controller are affected, and the desired disturbance suppression is achieved. It is difficult to add functions.
又、従来技術では、1つのオブザーバを設計した後、後から外乱抑圧機能を付与する場合には、制御系全体の特性、例えば、極配置が大きくずれてしまい、オブザーバ全体の再設計が必要となる。即ち、従来は、外乱モデルを決めてから、コントローラと外乱抑圧機能を含めたオブザーバを設計するため、後で、特定の外乱抑圧機能を付与する場合には、全体に影響し、再設計が必要である。 In addition, in the prior art, when a disturbance suppression function is added later after designing one observer, the characteristics of the entire control system, for example, the pole arrangement greatly deviates, and the entire observer needs to be redesigned. Become. In other words, in the past, an observer including a controller and a disturbance suppression function is designed after a disturbance model is determined. If a specific disturbance suppression function is added later, the entire system is affected and redesign is required. It is.
従って、本発明の目的は、種々の外乱周波数に、オブザーバの制御特性を損なうことなく、適応するためのディスク装置、ヘッド位置制御装置およびヘッド位置制御方法を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a disk device, a head position control device, and a head position control method for adapting to various disturbance frequencies without impairing the control characteristics of the observer.
又、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドの振動を防止するためのディスク装置、ヘッド位置制御装置およびヘッド位置制御方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a disk device, a head position control device, and a head position control method for preventing head vibration by adapting to a wide range of disturbance frequencies without impairing the control characteristics of the observer. It is to provide.
更に、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドの追従性能を向上するためのディスク装置、ヘッド位置制御装置およびヘッド位置制御方法を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a disk device, a head position control device, and a head position control method for improving the head tracking performance by adapting to a wide range of disturbance frequencies without impairing the control characteristics of the observer. Is to provide.
更に、本発明の他の目的は、オブザーバの制御特性を損なうことなく、広い範囲の外乱周波数に適応して、ヘッドのリード/ライト特性を改善するためのディスク装置、ヘッド位置制御装置およびヘッド位置制御方法を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a disk device, a head position control device, and a head position for improving the read / write characteristics of the head by adapting to a wide range of disturbance frequencies without impairing the control characteristics of the observer. It is to provide a control method.
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、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、前記コントローラモデルに付加され、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルとを有し、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値とを加算して前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと、を備え、前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、ことを特徴とする。 The disk device of the present invention includes a head for reading at least data of a disk storage medium, an actuator for positioning the head at a predetermined position of the disk storage medium, a target position of the head, and a current position obtained from the head. A position error is calculated, an estimated position is calculated by observer control, an estimated position error is calculated from the position error and the estimated position, and generated using the estimated gain of the actuator according to the calculated estimated position error A controller model that calculates the control value of the actuator from state information, and a transfer function that is added to the controller model and that uses the denominator of the shaping filter that has the same numerator order as the denominator that shapes the sensitivity function. The estimated position error calculated by the controller model. And a disturbance model for calculating a disturbance suppression value of the actuator from state information generated using an estimated gain of disturbance, and the disturbance calculated by the controller model and the disturbance model. A control unit that adds the suppression value and drives the actuator, and the disturbance model includes the numerators of the plurality of shaping filters corresponding to the plurality of disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. Using estimated disturbance gains of a plurality of models defined by a transfer function as a denominator, generating state information, calculating a plurality of disturbance suppression values of the actuator from the state information, and calculating the plurality of disturbance suppression values It is characterized by adding.
本発明のヘッド位置制御装置は、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を、オブザーバ制御により、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、前記コントローラモデルに付加されていて、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルと、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックと、を有し、前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、ことを特徴とする。 The head position control device according to the present invention provides a head position control device for positioning at a predetermined position of the disk storage medium by controlling an actuator by observer control of at least a head that reads data on the disk storage medium. A position error is calculated from the position and the current position obtained from the head, an estimated position is calculated by observer control, an estimated position error is calculated from the position error and the estimated position, and according to the calculated estimated position error A controller model that calculates a control value of the actuator from state information generated using the estimated gain of the actuator, and a shaping that is added to the controller model and has the same numerator order as the denominator that shapes the sensitivity function A model defined by a transfer function with the numerator of the filter as the denominator Thus, according to the estimated position error calculated by the controller model, a disturbance model for calculating a disturbance suppression value of the actuator from state information generated using an estimated gain of disturbance, and the control calculated by the controller model And an addition block for driving the actuator by adding the disturbance suppression value calculated by the disturbance model and the disturbance model, the disturbance model according to the estimated position error, the plurality of disturbance frequencies to be suppressed The state information is generated using the estimated gains of the disturbances of the plurality of models defined by the transfer function with the numerator of the plurality of shaping filters corresponding to the denominator, and the disturbances of the actuator are suppressed from the state information. A value is calculated, and the plurality of disturbance suppression values are added.
本発明のヘッド位置制御方法は、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を、オブザーバ制御により、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置で実行されるヘッド位置制御方法であって、前記ヘッド位置制御装置は、制御部と記憶部を備え、前記制御部において実行される、コントローラモデルが、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するステップと、前記コントローラモデルに付加された外乱モデルが、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップと、加算ブロックが、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動するステップと、を含み、前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、ことを特徴とする。 According to the head position control method of the present invention, a head position that is executed by a head position control device that positions a head that reads at least data on a disk storage medium at a predetermined position on the disk storage medium by controlling an actuator by observer control. In the control method, the head position control device includes a control unit and a storage unit, and a controller model executed in the control unit has a position error from a target position of the head and a current position obtained from the head. State information generated by using the estimated gain of the actuator according to the calculated estimated position error, calculating the estimated position error from the position error and the estimated position. Calculating the control value of the actuator from the controller and adding it to the controller model The estimated disturbance model is a model defined by a transfer function having the denominator of the shaping filter having the same numerator order as the denominator for shaping the sensitivity function, and the estimated position calculated by the controller model The step of calculating the disturbance suppression value of the actuator from the state information generated using the estimated gain of disturbance according to the error, and the addition block is calculated by the control value calculated by the controller model and the disturbance model Adding a disturbance suppression value and driving the actuator, the disturbance model according to the estimated position error, the numerators of the plurality of shaping filters according to the plurality of disturbance frequencies to be suppressed. The state information is generated using the estimated gains of the disturbances of a plurality of models defined by the transfer function as the denominator, and the state information Calculating a plurality of disturbance suppression values of al the actuator, for adding the plurality of disturbance suppression values, characterized in that.
外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデル(コントローラモデル)に付加し、この外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、状態情報から、アクチュエータの外乱抑圧値を演算するので、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のオブザーバ(コントローラ)の制御特性に影響を与えず、実装できる。また、最初に整形したいフィルタ形状を考えた上で、外乱モデルを元のオブザーバ(コントローラ)に付加し、設計することが可能になるので、元々の外乱モデルの物理的応答特性に拘束されることなく、自由な形状の整形が可能になる。 For disturbance suppression, the frequency characteristics to be introduced are defined by the shaping filter, a disturbance model having the shaping filter numerator expression in the denominator is constructed, and added to the original observer model (controller model). The state information is generated using the obtained estimated gain, and the disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information, so the disturbance suppression function can be used even when the suppression range is wide or the disturbance in the high frequency range is suppressed. It can be implemented without affecting the control characteristics of the original observer (controller). In addition, considering the filter shape to be shaped first, it is possible to design by adding a disturbance model to the original observer (controller), so it is constrained by the physical response characteristics of the original disturbance model It is possible to shape freely.
また、従来困難であった複数の異なる外乱周波数の抑圧や、低域の特定帯域の広い幅の外乱抑圧機能を容易に実現できる。 In addition, it is possible to easily realize a suppression function of a plurality of different disturbance frequencies, which has been difficult in the past, and a disturbance suppression function having a wide width in a low specific band.
以下、本発明の実施の形態を、ディスク装置、オブザーバの第1の実施の形態、設計方法、第1の実施の形態の実施例、第2の実施の形態、第2の実施の形態の実施例、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。 Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described with reference to the disk device, the first embodiment of the observer, the design method, the example of the first embodiment, the second embodiment, and the implementation of the second embodiment. Examples will be described in the order of other embodiments, but the present invention is not limited to this embodiment.
(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。
(Disk device)
1 is a configuration diagram of a disk device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an arrangement diagram of position signals of the magnetic disk of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of position signals of the magnetic disk of FIGS. It is a block diagram.
図1は、ディスク装置として、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。
FIG. 1 shows a magnetic disk device as the disk device. As shown in FIG. 1, a
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。
The
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。
The
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。
The
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4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。
The microcontroller (MCU) 14 detects (demodulates) the current position from the digital position signal from the
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。 A hard disk controller (HDC) 11 determines the position within one rotation based on the sector number of the servo signal, and records / reproduces data. A buffer random access memory (RAM) 15 temporarily stores read data and write data. The HDC 11 communicates with the host through an interface IF such as USB, ATA, or SCSI. The bus 9 connects them.
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。
As shown in FIG. 2, on the
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。
The position signal in FIG. 3 is read by the
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。 For example, the sector number when the index signal is detected is set to 0, and every time the servo signal is detected, the sector number is counted up to obtain the sector number of each sector of the track. The sector number of the servo signal is a reference when data is recorded / reproduced. Note that there is one index signal per cycle, and a sector number may be provided instead of the index signal.
図1のMCU14は、位置検出回路7を通じて、アクチュエータ1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、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。いずれも、ヘッドの現在位置を検出する必要がある。
The
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。
In order to confirm such a position, a servo signal is recorded in advance on the magnetic disk as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3, a servo mark indicating the start position of the servo signal, a gray code indicating the track number, an index signal, and signals PosA to PosD indicating the offset are recorded. This signal is read by the magnetic head, and the servo signal is converted into a digital value by the
(外乱オブザーバの第1の実施の形態)
図4は、図1のMCU14が実行する外乱を抑圧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、外乱周波数を検出し、外乱を適応制御により、抑圧するためのオブザーバ制御系である。
(First embodiment of disturbance observer)
FIG. 4 is a block diagram of a first embodiment of a positioning control system that suppresses disturbances executed by the
図4に示すオブザーバは、下記式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)で示されるバイアス補償を含む現在オブザーバである。 The observer shown in FIG. 4 is a current observer including bias compensation represented by the following formulas (1), (2), (3), (4), and (5).
即ち、この実施の形態は、コントローラのモデルから外乱モデル50を分離した適応制御系の例である。図4において、第1の演算ブロック30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32は、実位置誤差er[k]からオブザーバの推定位置x[k]を差し引き、推定位置誤差e[k]を演算する。
That is, this embodiment is an example of an adaptive control system in which the
コントローラモデルでは、この推定位置誤差e[k]は、状態推定ブロック34に入力され、コントローラの推定ゲインLa(L1,L2)を用いて、推定修正値(式(1)の右辺)が、演算される。そして、遅延ブロック46から状態量(式(1)の左辺)x[k],v[k]と加算ブロック36で加算され、式(1)のように、推定位置x[k],推定速度v[k]を得る。尚、式(1)では、推定位置誤差e[k]を、(y[k]−x[k])で表示する。
In the controller model, this estimated position error e [k] is input to the
この推定値のx[k],v[k]は、第4の演算ブロック38で、状態フィードバックゲイン(一Fa=F1,F2)を乗算され、式(2)のように、アクチュエータ1の第1の駆動値u[k]を得る。一方、加算ブロック36からの式(1)の推定値x[k],v[k]は、第5の演算ブロック42で、推定ゲインAa(式(4)の2×2の(1,0)の行列)を乗じられ、第4の演算ブロック38の駆動値u[k]は、第6の演算ブロック40で、推定ゲインBa(式(4)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44で、加算され、式(4)の次のサンプルの推定状態量x[k+1],v[k+1]を得る。
The estimated values x [k] and v [k] are multiplied by the state feedback gain (one Fa = F1, F2) in the
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46に入力し、状態推定ブロック34で、推定修正値で、修正される。そして、加算ブロック36からの式(1)の推定値は、第7の演算ブロック48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32に入力する。
The estimated state quantity of the next sample is input to the
一方、外乱モデル50では、推定位置誤差e[k]が、外乱の状態推定ブロック51に入力され、推定ゲインLd1(L3,L4,L5)を用いて、推定修正値(式(1)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(1)の左辺)と、加算ブロック56で加算され、式(1)のように、推定バイアス値b[k],推定外乱抑圧値z1[k],z2[k]を得る。
On the other hand, in the
この推定値b[k],z1[k],z2[k]は、第8の演算ブロック58で、状態フィードバックゲイン(Fd1=F3,F4,F5)を乗算され、式(3)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56からの式(1)の推定値のb[k],z1[k],z2[k]は、第9の演算ブロック54で、推定ゲインAd1(式(5)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52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。
The estimated values b [k], z1 [k], and z2 [k] are multiplied by the state feedback gain (Fd1 = F3, F4, F5) in the
そして、加算ブロック60で、駆動値u[k]に、外乱抑圧駆動値を差し引き、式(3)の出力駆動値uout[k]を得る。
Then, in the
即ち、推定ゲインLを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、且つフィードバックゲインFを、コントローラモデルと外乱モデルで分離し、コントローラモデルと外乱モデルを分離して、設計する。 That is, the estimated gain L is separated by the controller model and the disturbance model, and the feedback gain F is separated by the controller model and the disturbance model, and the controller model and the disturbance model are separated and designed.
(オブザーバの設計方法)
次に、この外乱モデルを分離したオブザーバの設計方法を、図5及び図6を用いて、説明する。
(Observer design method)
Next, an observer design method for separating the disturbance model will be described with reference to FIGS.
先ず、図5により、第1の設計方法を説明する。 First, the first design method will be described with reference to FIG.
(S10)元となるコントローラを、オブザーバ制御にて,設計する。即ち、制御対象のモデルを設定する。 (S10) The original controller is designed by observer control. That is, a model to be controlled is set.
(S12)その上で,整形したいフィルタ形状を決める。即ち、整形フィルタの個数と、個々のフィルタの極、零点を設定する。ただし、整形したいフィルタ形状は、1次または2次フィルタで、分子と分母の次数が同一であることが必要である。 (S12) Then, the filter shape to be shaped is determined. That is, the number of shaping filters and the poles and zeros of each filter are set. However, the filter shape to be shaped is a primary or secondary filter and the numerator and denominator orders must be the same.
(S14)次に,整形フィルタの零点を用い、フィルタの分子の式を,分母に持つ外乱モデルを構成する。 (S14) Next, a disturbance model having the filter numerator expression in the denominator is constructed using the zeros of the shaping filter.
(S16)この外乱モデルを、S10のオブザーバのモデルに付加する。この外乱モデルを付加することは,感度関数の零点を指定することになる。 (S16) This disturbance model is added to the observer model in S10. Adding this disturbance model specifies the zero of the sensitivity function.
(S18)次に,オブザーバ制御系全体の極を指定する。この極は,元々の設計で用いていた極と,整形するためのフィルタの極とを含めたものである。即ち、整形フィルタの極を含めて、拡大モデル(全体モデル)の極配置を行い、オブザーバの推定ゲインL1〜L5,A行列を設計する。 (S18) Next, the poles of the entire observer control system are designated. This pole includes the pole used in the original design and the pole of the filter for shaping. That is, the pole placement of the enlarged model (overall model) including the poles of the shaping filter is performed, and the estimated gains L1 to L5 and A matrix of the observer are designed.
(S20)制御対象モデルのみの極配置を行い、状態フィードバックゲインFを設計する。 (S20) The pole placement of only the control target model is performed, and the state feedback gain F is designed.
(S22)状態フィードバックゲインに外乱モデルの出力ゲインを付加し、統合モデルのフィードバックゲインを設計する。このようにして外乱モデルを含むオブザーバを設計する。 (S22) The output gain of the disturbance model is added to the state feedback gain, and the feedback gain of the integrated model is designed. In this way, an observer including a disturbance model is designed.
即ち、本発明では、位置外乱や外部の振動、打撃を抑圧する性能を、感度関数や加速度外乱特性により、判断する。このため、感度関数や加速度外乱特性の形状を設計することにより、所望の外乱抑圧機能を付与する。 That is, in the present invention, the performance of suppressing position disturbance, external vibration, and impact is determined by the sensitivity function and acceleration disturbance characteristics. For this reason, a desired disturbance suppression function is provided by designing the shape of the sensitivity function and acceleration disturbance characteristics.
以下、例を挙げて設計手順を説明する。先ず、アクチュエータ1を2重積分モデルとしたときの、オブザーバ制御系は、次式(6)のアナログ式で示される。
Hereinafter, the design procedure will be described with an example. First, the observer control system when the
式(6)において、sは、ラプラス演算子、xは、推定位置、vは、推定速度、yは、現在位置、rは、目標位置、L1,L2は、各々位置、速度の推定ゲイン、uは、駆動電流、Bl/mは、アクチュエータ1の力定数である。
In Equation (6), s is a Laplace operator, x is an estimated position, v is an estimated speed, y is a current position, r is a target position, L1 and L2 are position, speed estimated gain, u is a drive current, and B1 / m is a force constant of the
次に、この制御系は、1/(1+CP)の感度関数を持つが、この感度関数に対して、外乱抑圧を、次式(7)の1次フィルタで定義し、この1次フィルタで感度関数を、整形する。 Next, this control system has a sensitivity function of 1 / (1 + CP). For this sensitivity function, disturbance suppression is defined by the primary filter of the following equation (7), and the sensitivity is determined by this primary filter. Format the function.
即ち、このフィルタを与えた時の感度関数は、1/(1+CP)に、式(7)を乗じた形状となる。 That is, the sensitivity function when this filter is applied has a shape obtained by multiplying 1 / (1 + CP) by equation (7).
このとき、外乱モデルとして、上記(7)式のフィルタの分子を、分母として持つとなる下記式(8)の伝達関数のモデルをオブザーバに実装する。 At this time, as a disturbance model, a model of a transfer function of the following formula (8) having the filter numerator of the above formula (7) as a denominator is mounted on the observer.
一方、式(7)のフィルタの分母(ω2)は、極配置に用いる。 On the other hand, the denominator (ω2) of the filter in Expression (7) is used for pole arrangement.
この外乱モデルを式(6)のオブザーバに実装することにより、式(6)から、次式(9)が得られる。 By installing this disturbance model in the observer of Expression (6), the following Expression (9) is obtained from Expression (6).
上記の式(9)のbは、外乱推定値であり、ここでは、定常バイアス推定値のパラメータで示している。式(9)において、オブザーバの推定ゲインL1,L2,L3を設計するには、式(6)の元のオブザーバの設計に用いた極とともに,式(7)の整形フィルタの極(分母):−ω2を指定する。 In the above equation (9), b is a disturbance estimated value, and here, it is indicated by a parameter of a steady bias estimated value. In order to design the estimated gains L1, L2, and L3 of the observer in Expression (9), the pole (denominator) of the shaping filter of Expression (7) together with the pole used in designing the original observer of Expression (6): Specify -ω2.
また,式(9)において、フィードバックゲインは、(Fx,Fv)のみ設計する。外乱モデルは、可観測ではあるが、可制御ではないため,外乱モデルのフィードバックゲインは変更できない。外乱モデルとしてオブザーバの推定ゲイン設計に用いたものと同じものを指定することになる。式(9)では、外乱モデルのフィードバックゲイン(出力ゲイン)は、K=m/Blである。 In Equation (9), only the feedback gain (Fx, Fv) is designed. Although the disturbance model is observable but not controllable, the feedback gain of the disturbance model cannot be changed. The same disturbance model as that used for the estimated gain design of the observer is specified. In equation (9), the feedback gain (output gain) of the disturbance model is K = m / Bl.
このように、元となるコントローラをオブザーバ制御で設計し、抑圧する外乱周波数に応じた整形したいフィルタ形状を決める。ここで、整形フィルタは、1次又は2次のフィルタであり、分子と分母の次数が同一であることが必要である。フィルタの分子と分母の次数が異なる場合には、例えば、分母の次数が、分子の次数より大きい場合(ω1/(s+ω2))には、このフィルタの周波数特性は、高域程、ゲインが低下し、元の感度関数に乗じた場合には、元の感度関数(即ち、コントローラの特性)が、大幅に変わってしまうからである。 In this way, the original controller is designed by observer control, and the filter shape to be shaped is determined according to the disturbance frequency to be suppressed. Here, the shaping filter is a primary or secondary filter, and it is necessary that the orders of the numerator and the denominator are the same. When the numerator and denominator orders of the filter are different, for example, when the denominator order is larger than the numerator order (ω1 / (s + ω2)), the frequency characteristics of this filter decrease as the frequency increases. However, when the original sensitivity function is multiplied, the original sensitivity function (that is, the characteristics of the controller) changes significantly.
そして、フィルタの分子の式を、分母に持つ外乱モデルを構成し、オブザーバのモデルに付加する(式(9))。この外乱モデルを付加することは、感度関数の零点を指定することになる。 Then, a disturbance model having the numerator of the filter is formed in the denominator and added to the observer model (Expression (9)). Adding this disturbance model designates the zero point of the sensitivity function.
次に、前述のように、オブザーバ制御系全体の極を指定する。この極は、元のコントローラのモデルで用いた極と、整形するためのフィルタの極(−ω2)を含めたものとなる。 Next, as described above, the poles of the entire observer control system are designated. This pole includes the pole used in the original controller model and the filter pole (−ω2) for shaping.
換言すれば、外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデルに付加する。これにより、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のコントローラの特性に影響を与えず、実装できる。 In other words, in order to suppress the disturbance, the frequency characteristic to be introduced is defined by the shaping filter, and a disturbance model having the shaping filter numerator expression in the denominator is constructed and added to the original observer model. As a result, the disturbance suppression function can be implemented without affecting the characteristics of the original controller even when the suppression range is wide or when disturbances in a high frequency range are suppressed.
又、1つのオブザーバを設計した後、後から外乱抑圧機能を付与する場合でも、制御系全体の特性のずれが小さく、オブザーバ全体の再設計も必要ない。 Moreover, even when a disturbance suppression function is added later after designing one observer, the characteristic deviation of the entire control system is small, and the entire observer is not required to be redesigned.
次に,整形フィルタを、2次フィルタとした場合を、説明する。2次フィルタとして,下記(10)式で定義する。 Next, the case where the shaping filter is a secondary filter will be described. The secondary filter is defined by the following equation (10).
前述のように、外乱モデルは、整形フィルタの分子の式を分母に持つため、次式(11)で表される。 As described above, the disturbance model has the numerator expression of the shaping filter in the denominator, and is expressed by the following expression (11).
次に、この外乱モデルを、元のコントローラのオブザーバ(式(6))に実装する方法として3通りの方法が考えられる。 Next, three methods can be considered as a method of mounting this disturbance model in the observer (formula (6)) of the original controller.
第1の方法は、式(9)と同様に、式(11)の外乱モデルをそのまま実装する。即ち、2次フィルタのため、外乱の状態推定量をz1,z2とし、外乱の推定ゲインをL3,L4とすると、式(12)で表される。 In the first method, the disturbance model of Expression (11) is mounted as it is as in Expression (9). That is, because of the secondary filter, when the disturbance state estimation amounts are z1 and z2 and the disturbance estimation gains are L3 and L4, they are expressed by Expression (12).
次に、第2の方法は、ω1の二乗の項を、分散させ、式(12)を変形して、式(13)を得る。 Next, in the second method, the square term of ω1 is dispersed, and Equation (12) is transformed to obtain Equation (13).
第3の方法は、式(13)のω1の符号を反転したものであり、式(14)で表される。 The third method is obtained by inverting the sign of ω1 in equation (13), and is represented by equation (14).
いずれの方法を採用しても、設計が可能になる。第2の方法及び第3の方法は、特にデジタル制御系へ上記モデルを変換したときに有効である。即ち、2つの状態変数z1,z2のバランスがとれ,2つの状態変数用のオブザーバの推定ゲインL3、L4の大きさが離れすぎずに、実装できる。 Either method can be used for design. The second method and the third method are particularly effective when the above model is converted into a digital control system. That is, the two state variables z1 and z2 are balanced, and the estimated gains L3 and L4 of the observers for the two state variables can be mounted without being too far apart.
このときに,極は、式(10)の整形フィルタの極(式(10)の分母=0から導かれる)と,もとのオブザーバ制御系の設計に用いた極とをあわせて,指定して、推定ゲインL1、L2、L3、L4の値を設計する。 At this time, the pole is specified by combining the pole of the shaping filter in Eq. (10) (derived from the denominator of Eq. (10) = 0) and the pole used in the design of the original observer control system. Thus, the values of the estimated gains L1, L2, L3, and L4 are designed.
更に、この2次フィルタ整形と、従来の定常バイアス推定とをあわせたオブザーバ制御系は、次式(15)で表される。 Further, an observer control system that combines the secondary filter shaping and the conventional steady-state bias estimation is expressed by the following equation (15).
このように,最初に整形したいフィルタ形状を考えた上で,外乱モデルをオブザーバに付加し,設計することが可能になる。したがって,元々の外乱モデルの物理的応答特性に拘束されることなく,自由な形状の整形が可能になった。 In this way, it is possible to design by adding a disturbance model to the observer after considering the filter shape to be shaped first. Therefore, it is possible to shape the shape freely without being restricted by the physical response characteristics of the original disturbance model.
図5は、アナログ設計における説明であった。一方,デジタル制御系を設計するには、図6の設計フローに従う。 FIG. 5 was an explanation in analog design. On the other hand, to design a digital control system, the design flow shown in FIG. 6 is followed.
図6において、図5で示したステップと同一のステップは、同一の記号で示してある。図6に示すように、ステップS16で、外乱モデルをアナログ空間にてモデル化して拡大モデルを構成する。一方,ステップS30で、拡大モデルをデジタル空間に変換した(離散化した)後、ステップS18の極配置を、デジタル空間で指定する。 In FIG. 6, the same steps as those shown in FIG. 5 are indicated by the same symbols. As shown in FIG. 6, in step S16, the disturbance model is modeled in an analog space to form an enlarged model. On the other hand, after the enlarged model is converted into a digital space (discretized) in step S30, the pole arrangement in step S18 is designated in the digital space.
更に、2次フィルタの特性を外乱モデルとして持つ場合に、拡大モデルを離散系に変換すると,オブザーバの推定ゲインを設計するためのA行列の中に、外乱モデルの2変数z1,z2ともに、アクチュエータ1に影響を与える形となってしまう。 Further, when the extended model is converted into a discrete system when the characteristics of the second-order filter are provided as a disturbance model, both the two variables z1 and z2 of the disturbance model are included in the A matrix for designing the estimated gain of the observer. 1 will be affected.
そこで,外乱モデルの一方の変数のみが、アクチュエータ1に影響を及ぼすように、具体的には、アナログ設計と同じ変数のみが、アクチュエータ1に影響を及ぼすように修正する。即ち、離散化した後、ステップS32で、拡大モデルを修正する。
Therefore, correction is made so that only one variable of the disturbance model affects the
具体的に説明すると、2次フィルタを使用した式(13)の形のアナログモデルを離散化(所謂、z変換して、SI単位に変換)すると、次式(16)の形になる。 More specifically, when the analog model in the form of Expression (13) using a secondary filter is discretized (so-called z conversion and converted into SI units), the form of the following Expression (16) is obtained.
式(16)において、zは、Z変換子、Tは、サンプリング周期である。ここで,着目すべきは、A行列であるA13,A14,A23,A24である。離散化しただけでは、A14,A24は,いずれも「0」にはならない。即ち、オブザーバの推定ゲインを設計するためのA行列の中に、外乱モデルの2変数z1,z2ともに、アクチュエータ1に影響を与える形となってしまう。
In Expression (16), z is a Z converter, and T is a sampling period. Here, attention should be paid to A13, A14, A23, and A24 which are A matrices. Neither A14 nor A24 becomes “0” only by discretization. That is, in the A matrix for designing the estimated gain of the observer, both of the two variables z1 and z2 of the disturbance model affect the
そこで、アナログモデルを離散化した上で、さらに、A行列中の外乱モデルの状態変数z1,z2が、アクチュエータ1に影響を与える係数を置換する。
Therefore, after discretizing the analog model, the state variables z1 and z2 of the disturbance model in the A matrix replace the coefficients that affect the
式(16)の例では、A行列を、下記式(17)のように、修正する。 In the example of Expression (16), the A matrix is corrected as shown in Expression (17) below.
また,デジタル制御系においては,距離の単位がトラック,電流値は最大電流を1と正規化,さらに、速度や加速度も秒ではなく、サンプル周波数で正規化することも必要になる。
同様にして、式(15)のアナログ形式のオブザーバを、現在オブザーバの形式に変換すると、式(18)となる。
In the digital control system, the distance unit is a track, the current value is normalized to a maximum current of 1, and the speed and acceleration must be normalized not by the second but by the sample frequency.
Similarly, when the observer in the analog form of Expression (15) is converted into the form of the current observer, Expression (18) is obtained.
このように、外乱モデルを分離可能な構成に設計した場合には、式(18)を前述の図4で示したように、外乱モデルを分離して、実装できる。 In this way, when the disturbance model is designed to be separable, Equation (18) can be implemented by separating the disturbance model as shown in FIG.
即ち、式(18)と式(1)乃至(5)を比較すると、式(18)において、コントローラのモデルを独立させたものが、式(2)、(4)であり、外乱モデル50を分離した式が、式(3)、(5)となる。
That is, when comparing the equation (18) with the equations (1) to (5), in the equation (18), the independent models of the controllers are the equations (2) and (4), and the
(第1の実施の形態の実施例)
図7及び図10は、本発明の第1の実施の形態の第1の実施例の説明図であり、図7は、整形フィルタの特性図、図8は、開ループ特性図、図9は、感度関数の特性図、図10は、加速度外乱特性図である。
(Example of the first embodiment)
7 and 10 are explanatory diagrams of the first example of the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a characteristic diagram of the shaping filter, FIG. 8 is an open loop characteristic diagram, and FIG. FIG. 10 is a graph of acceleration disturbance characteristics.
図7乃至図10は、1600Hzをノッチ状に抑圧する例である。このような高域を抑圧する必要性は、ディスク媒体の振動や、ヘッドサスペンションの風による加振により、高域の周波数が外乱として、印加される場合である。特に、ディスク媒体の回転数が高速化すると、トラック密度が高い装置では、このような高域の周波数外乱による影響が顕著である。 7 to 10 are examples in which 1600 Hz is suppressed in a notch shape. The necessity to suppress such a high frequency is when the high frequency is applied as a disturbance due to the vibration of the disk medium or the vibration of the head suspension. In particular, when the rotational speed of the disk medium is increased, the influence of such high frequency disturbances is significant in an apparatus having a high track density.
このような高域では、コントローラにノッチフィルタの逆特性を直列に挿入しても、実現が難しい。又、位相特性で明らかなように、下げた後上げるという特性を実現するには、フィルタ係数の調整に試行錯誤が必要となる。 In such a high range, even if the reverse characteristic of the notch filter is inserted in series into the controller, it is difficult to realize. Further, as apparent from the phase characteristic, trial and error are required for adjusting the filter coefficient in order to realize the characteristic of raising after being lowered.
本実施の形態では、図7に示すように、特定周波数のみを抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式(10)で示した2次フィルタで設計する。式(10)において、ω1=2π*1600,ω2=ω1、ζ1=0.025、ζ2=0.05とした
ものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a shaping filter that suppresses only a specific frequency is designed. This shaping filter is designed by the secondary filter shown by Formula (10). In Expression (10), ω1 = 2π * 1600, ω2 = ω1, ζ1 = 0.025, and ζ2 = 0.05.
この整形フィルタの周波数特性については、図7の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、1600Hz付近で抑圧され、位相は、1600Hz付近で、一旦下がり、その後上がる特性である。 As for the frequency characteristics of this shaping filter, as shown in the frequency vs. gain characteristics in the upper part of FIG. 7 and the frequency vs. phase characteristics in the lower part, the gain is suppressed around 1600 Hz, and the phase temporarily decreases around 1600 Hz, It is a characteristic that rises thereafter.
このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図8の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインを、1600Hzで下げ、位相を1600Hz付近で上げる操作を行う。 The above-described observer is configured using the shaping filter designed in this way. As for the open loop characteristics of the control system composed of observers at this time, the gain is lowered at 1600 Hz and the phase is around 1600 Hz as shown in the frequency vs. gain characteristics in the upper part of FIG. 8 and the frequency vs. phase characteristics in the lower part. Perform the operation to raise.
このため、制御系の感度関数については、図9の周波数対ゲイン特性に示すように、ゲインは、1600Hz付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図10の周波数対ゲイン特性に示すように、ゲインは、1600Hz付近で抑圧される。 For this reason, with respect to the sensitivity function of the control system, the gain is suppressed in the vicinity of 1600 Hz as shown in the frequency versus gain characteristic of FIG. As for the acceleration disturbance characteristic of the control system, the gain is suppressed in the vicinity of 1600 Hz as shown in the frequency versus gain characteristic of FIG.
図11及び図14は、本発明の第1の実施の形態の第2の実施例の説明図であり、図11は、整形フィルタの特性図、図12は、開ループ特性図、図13は、感度関数の特性図、図14は、加速度外乱特性図である。 11 and 14 are explanatory diagrams of a second example of the first embodiment of the present invention. FIG. 11 is a characteristic diagram of the shaping filter, FIG. 12 is an open loop characteristic diagram, and FIG. FIG. 14 is a graph showing acceleration disturbance characteristics.
図11乃至図14は、低域を一律に抑圧する例である。このような低域を一律に抑圧する必要性は、ディスク媒体の偏心に加え、外部振動の抑圧幅を広くしたい場合である。特に、低域の外部振動成分は多く存在し、その影響が顕著である。このような低域の抑圧幅を広くすることは、従来のオブザーバでは、実現が難しい。 11 to 14 are examples in which the low frequency is uniformly suppressed. The necessity to uniformly suppress such a low frequency band is when it is desired to widen the suppression range of external vibrations in addition to the eccentricity of the disk medium. In particular, there are many low-frequency external vibration components, and the influence is remarkable. Widening such a low-frequency suppression range is difficult to achieve with a conventional observer.
本実施の形態では、図11に示すように、低域を広範囲で抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式(10)で示した2次フィルタで設計する。式(10)において、ω1=2π*200,ω2=2π*400、ζ1=0.5、ζ2=0.5とした
ものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a shaping filter that suppresses a low frequency over a wide range is designed. This shaping filter is designed by the secondary filter shown by Formula (10). In equation (10), ω1 = 2π * 200, ω2 = 2π * 400, ζ1 = 0.5, and ζ2 = 0.5.
この整形フィルタの周波数特性については、図11の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、低域の下限(100Hz)を越えると徐々に増加し、低域の上限(ここでは、500Hz近傍)でほぼ一定となり、位相は、低域の下限(100Hz)から低域の上限(ここでは、500Hz近傍)の間で山を形成する特性である。 As for the frequency characteristics of this shaping filter, as shown in the upper part of FIG. 11 in the frequency versus gain characteristic and the lower part in the frequency versus phase characteristic, the gain gradually increases when the lower limit (100 Hz) of the low band is exceeded. It becomes substantially constant at the upper limit of the band (here, near 500 Hz), and the phase is a characteristic that forms a peak between the lower limit of the low band (100 Hz) and the upper limit of the low band (here, near 500 Hz).
このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図12の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、低域で上げ、位相を低域付近で上げる操作を行う。 The above-described observer is configured using the shaping filter designed in this way. As for the open loop characteristics of the control system composed of observers at this time, the gain is increased in the low frequency range as shown in the thick line of the frequency vs. gain characteristic in the upper part of FIG. Increase the value near the low range.
このため、制御系の感度関数については、図13の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図14の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域で抑圧される。 For this reason, with respect to the sensitivity function of the control system, the gain is suppressed in the vicinity of the low band as shown by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in FIG. As for the acceleration disturbance characteristic of the control system, the gain is suppressed in a low band as shown by the thick line of the frequency versus gain characteristic in FIG.
この実施例のように、従来困難であった高域の抑圧や、低域の広い幅の外乱抑圧オブザーバを容易に実現できる。 As in this embodiment, it is possible to easily realize high-frequency suppression and low-frequency wide-range disturbance suppression observers that have been difficult in the past.
(オブザーバの第2の実施の形態)
図15は、図1のMCU14が実行する外乱を抑圧する位置決め制御系の第2の実施の形態のブロック図である。
(Second embodiment of the observer)
FIG. 15 is a block diagram of a second embodiment of the positioning control system that suppresses the disturbance executed by the
この位置決め制御系は、外乱周波数を検出し、外乱を適応制御により、抑圧するためのオブザーバ制御系であり、図4の外乱モデルを分離して、複数実装した適応制御系である。 This positioning control system is an observer control system for detecting a disturbance frequency and suppressing the disturbance by adaptive control, and is an adaptive control system in which a plurality of disturbance models shown in FIG. 4 are separated and mounted.
図15において、図4で示したものと同一のものは、同一の記号で示してあり、外乱モデル50−1・・・、50−Nの各々は、図4で示した外乱適応制御モデルのブロック51,52,54,56,58で構成される。
15, the same components as those shown in FIG. 4 are indicated by the same symbols, and each of the disturbance models 50-1,..., 50-N is the disturbance adaptive control model shown in FIG. It is composed of
各外乱モデル50−1、・・・、50−Nは、追従が必要な外乱周波数毎に、設けられる。各外乱モデル50−1、・・・、50−Nの出力は、加算ブロック62で加算された後、演算ブロック60に出力される。このモデルの動作は、図4と同一であり、説明を省略する。
Each disturbance model 50-1, ..., 50-N is provided for each disturbance frequency that needs to be tracked. The outputs of the disturbance models 50-1,..., 50-N are added by the addition block 62 and then output to the
外乱モデル50−1,50−2を2つとした場合のオブザーバは、式(1)〜(5)を、2モデル分拡張して、下記式(19)〜(23)で得られる。 The observer when the disturbance models 50-1 and 50-2 are two is obtained by expanding the expressions (1) to (5) by two models and the following expressions (19) to (23).
ここでは、外乱モデル50−1の位置、速度の推定量(変数)を、z1,z2,推定ゲインをL3,L4,L5,出力ゲインをF3,F4,F5とし、外乱モデル50−2の位置、速度の推定量(変数)を、z3,z4,推定ゲインをL6,L7,出力ゲインをF6,F7としている。 Here, the estimated position (variable) of the disturbance model 50-1 is z1, z2, the estimated gain is L3, L4, L5, the output gain is F3, F4, F5, and the position of the disturbance model 50-2. The estimated amount (variable) of speed is z3, z4, the estimated gain is L6, L7, and the output gain is F6, F7.
この例でも、図6で示したように、各外乱モデルを整形フィルタで設計して、同様に、拡大モデルを設計する。このような構成では、以下の実施例で説明するように、複数の特定の周波数を抑圧できる。 Also in this example, as shown in FIG. 6, each disturbance model is designed with a shaping filter, and similarly, an enlarged model is designed. In such a configuration, a plurality of specific frequencies can be suppressed as described in the following embodiments.
(第2の実施の形態の実施例)
図16及び図19は、本発明の第2の実施の形態の第1の実施例の説明図であり、図16は、整形フィルタの特性図、図17は、開ループ特性図、図18は、感度関数の特性図、図19は、加速度外乱特性図である。
(Example of the second embodiment)
16 and 19 are explanatory diagrams of the first example of the second embodiment of the present invention. FIG. 16 is a characteristic diagram of the shaping filter, FIG. 17 is an open loop characteristic diagram, and FIG. FIG. 19 is a graph of acceleration disturbance characteristics.
図16乃至図19は、3つの周波数をノッチ状に抑圧するNRRO(Non Repeatable Rotation)フィルタの例である。このような複数の周波数を抑圧する必要性は、種々の外乱に対応して、抑圧幅を広げる意味で、有効である。 16 to 19 are examples of NRRO (Non Repeatable Rotation) filters that suppress three frequencies in a notch shape. The necessity of suppressing such a plurality of frequencies is effective in terms of widening the suppression width in response to various disturbances.
このような複数の周波数を抑圧するには、コントローラにノッチフィルタの逆特性を多段に挿入する必要があり、その調整が難しい。 In order to suppress such a plurality of frequencies, it is necessary to insert the inverse characteristics of the notch filter into the controller in multiple stages, and adjustment thereof is difficult.
本実施の形態では、図16に示すように、3つの特定周波数(1000Hz,1100Hz,1600Hz)を抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式(10)で示した2次フィルタを3つ設計する。式(10)において、第1のフィルタは、ω1=2π*1020,ω2=2π*1000、ζ1=0.025、ζ2=0.05とし、第2のフィルタは、ω1=2π*1090,ω2=2π*1210、ζ1=0.025、ζ2=0.05とし、第3のフィルタは、ω1=2π*1600,ω2=2π*1600、ζ1=0.025、ζ2=0.05とし、直列接続したものである。即ち、図15の外乱モデルを3つ設計する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 16, a shaping filter that suppresses three specific frequencies (1000 Hz, 1100 Hz, 1600 Hz) is designed. For this shaping filter, three secondary filters shown in Expression (10) are designed. In Expression (10), the first filter is ω1 = 2π * 1020, ω2 = 2π * 1000, ζ1 = 0.025, ζ2 = 0.05, and the second filter is ω1 = 2π * 1090, ω2. = 2π * 1210, ζ1 = 0.025, ζ2 = 0.05, and the third filter is in series with ω1 = 2π * 1600, ω2 = 2π * 1600, ζ1 = 0.025, ζ2 = 0.05. It is connected. That is, three disturbance models shown in FIG. 15 are designed.
この整形フィルタの周波数特性については、図16の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、1000Hz付近、1100Hz付近、1600Hz付近の3箇所で抑圧され、位相は、1000Hz付近で、一旦下がり、その後上がり、1100Hz付近で下がり、1600Hz付近で上がり、その後下がる複雑な特性である。 With respect to the frequency characteristics of this shaping filter, as shown in the upper part of FIG. 16 for frequency vs. gain characteristics and the lower part of FIG. 16 for frequency vs. phase characteristics, the gain is suppressed at three places near 1000 Hz, 1100 Hz, and 1600 Hz. Is a complex characteristic that decreases once near 1000 Hz, then increases, decreases near 1100 Hz, increases near 1600 Hz, and then decreases.
このように設計された整形フィルタを用いて、前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図17の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、1000Hz,1100Hz,1600Hzで下げ、位相を1000Hzで下げ、1100Hz,1600Hz付近でピークとなる操作を行う。 The above-described observer is configured using the shaping filter designed in this way. As for the open loop characteristics of the control system composed of the observers at this time, the gains are 1000 Hz, 1100 Hz, and 1600 Hz as shown by the thick lines of the frequency vs. gain characteristics in the upper part of FIG. Lower the phase at 1000 Hz, and perform an operation that peaks at around 1100 Hz and 1600 Hz.
このため、制御系の感度関数については、図18の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、1000Hz,1100Hz付近で、1600Hz付近で抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図19の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、1000Hz,1100Hz付近で、1600Hz付近で抑圧される。 For this reason, with respect to the sensitivity function of the control system, as indicated by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in FIG. 18, the gain is suppressed near 1000 Hz and 1100 Hz, and near 1600 Hz. As for the acceleration disturbance characteristic of the control system, as indicated by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in FIG. 19, the gain is suppressed near 1000 Hz and 1100 Hz, and near 1600 Hz.
図20及び図23は、本発明の第2の実施の形態の第2の実施例の説明図であり、図20は、整形フィルタの特性図、図21は、開ループ特性図、図22は、感度関数の特性図、図23は、加速度外乱特性図である。 20 and 23 are explanatory diagrams of a second example of the second embodiment of the present invention. FIG. 20 is a characteristic diagram of the shaping filter, FIG. 21 is an open loop characteristic diagram, and FIG. FIG. 23 is a graph of acceleration disturbance characteristics.
図20乃至図23は、低域の特定の帯域幅を一律に抑圧するバンドストップの例であり、且つ加速度外乱特性のピークを抑える。このような低域の特定の帯域幅を一律に抑圧する必要性は、外部振動に対する抑圧幅を広くし、加速度外乱の追従性能を大きくしたい場合である。特に、低域の外部振動成分は多く存在し、その影響が顕著である。このような低域の抑圧幅を広くすることは、従来のオブザーバでは、実現が難しい。 FIGS. 20 to 23 are examples of band stops that uniformly suppress a specific low bandwidth, and suppress the peak of acceleration disturbance characteristics. The necessity of uniformly suppressing such a specific low-bandwidth is a case where it is desired to widen the suppression width with respect to external vibration and increase the follow-up performance of acceleration disturbance. In particular, there are many low-frequency external vibration components, and the influence is remarkable. Widening such a low-frequency suppression range is difficult to achieve with a conventional observer.
本実施の形態では、図20に示すように、低域の特定周波数帯域を広範囲で抑圧する整形フィルタを設計する。この整形フィルタは、式(10)で示した2次フィルタを2つ設計する。式(10)において、第1のフィルタは、ω1=2π*200,ω2=2π*150、ζ1=0.15、ζ2=0.3とし、第2のフィルタは、ω1=2π*300,ω2=2π*350、ζ1=0.15、ζ2=0.3とし、直列に接続したものである。 In the present embodiment, as shown in FIG. 20, a shaping filter that suppresses a low specific frequency band over a wide range is designed. This shaping filter is designed with two secondary filters represented by Expression (10). In Expression (10), the first filter is ω1 = 2π * 200, ω2 = 2π * 150, ζ1 = 0.15, ζ2 = 0.3, and the second filter is ω1 = 2π * 300, ω2. = 2π * 350, ζ1 = 0.15, ζ2 = 0.3, and connected in series.
この整形フィルタの周波数特性については、図20の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性に示すように、ゲインは、低域の下限(150Hz)を越えると減少し、200〜300Hzで、一定となり、低域の上限(ここでは、500Hz近傍)に向かい上昇し、その後、ほぼ一定となり、位相は、低域の下限(150Hz)で下限のピークを、低域の上限(ここでは、350Hz近傍)で上限のピークを形成する特性である。 As for the frequency characteristics of this shaping filter, as shown in the frequency vs. gain characteristics in the upper part of FIG. 20 and the frequency vs. phase characteristics in the lower part, the gain decreases when the lower limit (150 Hz) of the low band is exceeded, and is 200 to 300 Hz. Then, it becomes constant and rises toward the upper limit of the low band (here, around 500 Hz), and then becomes almost constant. , In the vicinity of 350 Hz).
このように設計された整形フィルタを用いて、図15の2つの外乱モデルを含む前述のオブザーバを構成する。この時のオブザーバで構成される制御系の開ループ特性については、図21の上段に、周波数対ゲイン特性、下段に周波数対位相特性の太線に示すように、ゲインを、150Hz〜500Hz付近で上げ、位相を、低域の下限(150Hz)付近で上げ、低域の上限(ここでは、350Hz近傍)下げる操作を行う。 The above-described observer including the two disturbance models in FIG. 15 is configured using the shaping filter designed in this way. As for the open loop characteristics of the control system composed of observers at this time, the gain is increased in the vicinity of 150 Hz to 500 Hz as shown by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in the upper part of FIG. 21 and the frequency vs. phase characteristic in the lower part. The phase is increased in the vicinity of the lower limit (150 Hz) of the low band, and the upper limit of the low band (here, near 350 Hz) is decreased.
このため、制御系の感度関数については、図22の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域(150Hz〜500Hz)付近で幅を持って抑圧される。又、制御系の加速度外乱特性についても、図23の周波数対ゲイン特性の太線に示すように、ゲインは、低域(150Hz〜500Hz)付近で幅を持って、向上する。即ち、加速度外乱特性のゲインが特定の周波数幅で、上がり、加速度外乱特性のピークを抑圧できる。 For this reason, as for the sensitivity function of the control system, the gain is suppressed with a width in the vicinity of the low band (150 Hz to 500 Hz) as shown by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in FIG. As for the acceleration disturbance characteristic of the control system, as shown by the thick line of the frequency vs. gain characteristic in FIG. 23, the gain is improved with a width in the vicinity of the low band (150 Hz to 500 Hz). That is, the gain of the acceleration disturbance characteristic increases with a specific frequency width, and the peak of the acceleration disturbance characteristic can be suppressed.
この実施例のように、従来困難であった複数の異なる外乱周波数の抑圧や、低域の特定帯域の広い幅の外乱抑圧オブザーバを容易に実現できる。 As in this embodiment, it is possible to easily realize the suppression of a plurality of different disturbance frequencies, which has been difficult in the past, and the disturbance suppression observer having a wide low bandwidth in a specific band.
(他の実施の形態)
前述の実施の形態では、外乱オブザーバ制御を、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にも適用できる。又、外乱周波数の数は、必要に応じて、適宜採用でき、それに応じて、外乱モデルの数も適宜採用できる。更に、2次フィルタで実施例を説明したが、1次フィルタや、1次フィルタと2次フィルタの組み合わせを、必要な抑圧周波数に応じて、使用することもできる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the disturbance observer control has been described with reference to the application example of the head positioning device of the magnetic disk device. However, the disturbance observer control can also be applied to other disk devices such as an optical disk device. In addition, the number of disturbance frequencies can be appropriately adopted as necessary, and the number of disturbance models can be appropriately adopted accordingly. Furthermore, although the embodiment has been described with a secondary filter, a primary filter or a combination of a primary filter and a secondary filter can be used according to a required suppression frequency.
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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by embodiment, this invention can be variously deformed within the range of the meaning, and this is not excluded from the scope of the present invention.
(付記1)ディスク記憶媒体の所定位置に、アクチュエータによりヘッドを位置決め制御するヘッド位置決め制御方法において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算するステップと、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するステップと、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップと、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動するステップとを有することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。 (Supplementary Note 1) In a head positioning control method for controlling positioning of a head at a predetermined position of a disk storage medium by an actuator, a step of calculating a position error from a target position of the head and a current position obtained from the head; According to the estimated position error between the error and the estimated position of the observer, using the estimated gain of the actuator, generating state information, calculating the actuator control value from the state information, and according to the estimated position error, Using the estimated gain obtained from the disturbance model defined by the transfer function with the denominator as the denominator and the denominator for shaping the sensitivity function, the state information is generated, and the actuator is obtained from the state information. And calculating the disturbance suppression value of the current value, adding the control value and the disturbance suppression value, Head positioning control method characterized by comprising the step of driving the actuator.
(付記2)前記外乱抑圧値演算ステップは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなることを特徴とする付記1のヘッド位置決め制御方法。
(Supplementary Note 2) In the disturbance suppression value calculation step, state information is obtained by using an estimated gain obtained from a disturbance model having a zero of the numerator of the filter that shapes the sensitivity function according to a desired disturbance frequency. The head positioning control method according to
(付記3)前記外乱抑圧値演算ステップは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する1次又は2次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップからなることを特徴とする付記1のヘッド位置決め制御方法。
(Supplementary note 3) The disturbance suppression value calculation step uses an estimated gain obtained from a disturbance model having a denominator of the numerator of the primary or secondary filter that shapes the sensitivity function according to a desired disturbance frequency, The head positioning control method according to
(付記4)前記外乱抑圧値演算ステップは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算するステップと、前記複数の外乱抑圧値を加算するステップとからなることを特徴とする付記1のヘッド位置決め制御方法。
(Supplementary Note 4) The disturbance suppression value calculation step includes a plurality of disturbance models defined by transfer functions having a denominator of the numerator of the plurality of filters according to the plurality of disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. Using the estimated gain obtained from the step, generating state information, calculating a plurality of disturbance suppression values of the actuator from the state information, and adding the plurality of disturbance suppression values. The head positioning control method according to
(付記5)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、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算する制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算し、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動することを特徴とするディスク装置。 (Supplementary Note 5) A position error is calculated from a head that reads at least data on a disk storage medium, an actuator that positions the head at a predetermined position on the disk storage medium, a target position of the head, and a current position obtained from the head. A control unit for calculating state information using the estimated gain of the actuator according to the estimated position error between the position error and the estimated position of the observer, and calculating a control value of the actuator from the state information; And the control unit uses an estimated gain obtained from a disturbance model defined by a transfer function having the denominator of the filter having the same denominator as the denominator for shaping the sensitivity function according to the estimated position error. State information is generated, a disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information, and the control value By adding the disturbance suppression value, the disk apparatus characterized by driving the actuator.
(付記6)前記制御ユニットは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記5のディスク装置。
(Appendix 6) The control unit generates state information using an estimated gain obtained from a disturbance model having a zero of the numerator of the filter that shapes the sensitivity function according to a desired disturbance frequency, and The disk device according to
(付記7)前記制御ユニットは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する1次又は2次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記5のディスク装置。
(Additional remark 7) The said control unit uses a presumed gain calculated | required from the disturbance model which used the said numerator of the primary or secondary filter which shapes a sensitivity function according to a desired disturbance frequency as a denominator. The disk device according to
(付記8)前記制御ユニットは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算することを特徴とする付記5のディスク装置。
(Additional remark 8) The said control unit calculated | required from the several disturbance model defined by the transfer function which used the said numerator of the said some filter according to the said estimated position error as a denominator according to the several disturbance frequency which should be suppressed. The disk device according to
(付記9)前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う1次フィルタと特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記5のディスク装置。
(Supplementary Note 9) The control unit is obtained from a disturbance model defined by a transfer function having the denominator as the denominator of the primary filter that performs steady bias compensation and the secondary filter that suppresses the vicinity of a specific frequency like a notch filter. The disk device according to
(付記10)前記制御ユニットは、定常バイアス補償を行う1次フィルタと特定の周波数以下を一様に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記5のディスク装置。
(Additional remark 10) The said control unit is the estimation calculated | required from the disturbance model defined by the transfer function which made the said numerator the denominator of the primary filter which performs steady bias compensation, and the secondary filter which suppresses below a specific frequency uniformly The disk device according to
(付記11)前記制御ユニットは、比較的高域の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記9のディスク装置。 (Additional remark 11) The said control unit is the estimated gain calculated | required from the disturbance model defined by the transfer function which used the said numerator as the denominator of the secondary filter which suppresses the said specific frequency vicinity of a comparatively high region to a notch filter shape. The disk device according to appendix 9, wherein state information is generated and a disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information.
(付記12)前記制御ユニットは、複数の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する複数の2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記9のディスク装置。 (Additional remark 12) The said control unit is the estimated gain calculated | required from the several disturbance model defined by the transfer function which used the said numerator as the denominator of the several secondary filter which suppresses the some said specific frequency vicinity in notch filter form The disk device according to appendix 9, wherein the state information is generated using and the disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information.
(付記13)前記制御ユニットは、比較的低域の前記特定の周波数以下を一様に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記10のディスク装置。
(Additional remark 13) The said control unit uses the estimation gain calculated | required from the disturbance model defined by the transfer function which used the said numerator as the denominator of the secondary filter which suppresses below the said specific frequency of a comparatively low region uniformly. The disk device according to
(付記14)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を、アクチュエータを制御して、前記ディスク記憶媒体の所定位置に位置決めするヘッド位置制御装置において、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから推定位置誤差を演算し、前記位置誤差と前記オブザーバの推定位置との推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するオブザーバと、前記推定位置誤差に従い、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一のフィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱オブザーバと、前記制御値と前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックとを有することを特徴とするヘッド位置制御装置。 (Supplementary note 14) In a head position control device for positioning a head for reading at least data on a disk storage medium at a predetermined position on the disk storage medium by controlling an actuator, a target position of the head and a current position obtained from the head The estimated position error is calculated from the estimated position error between the position error and the estimated position of the observer, using the estimated gain of the actuator, the state information is generated, and the control value of the actuator is calculated from the state information. Using the estimated gain obtained from the disturbance model defined by the transfer function with the numerator as the denominator of the filter with the same denominator as the denominator for shaping the sensitivity function and the denominator according to the estimated position error A disturbance observer that generates information and calculates a disturbance suppression value of the actuator from the state information Bar and, by adding the disturbance suppression value and the control value, head position control device and having an addition block for driving the actuator.
(付記15)前記外乱オブザーバは、前記感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形するフィルタの前記分子の零点を極に持つ外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記14のヘッド位置制御装置。
(Supplementary Note 15) The disturbance observer generates state information using an estimated gain obtained from a disturbance model having a zero of the numerator of the filter that shapes the sensitivity function according to a desired disturbance frequency, The head position control device according to
(付記16)前記外乱オブザーバは、感度関数を、所望の外乱周波数に応じて整形する1次又は2次のフィルタの前記分子を分母とした外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記14のヘッド位置制御装置。
(Supplementary Note 16) The disturbance observer uses the estimated gain obtained from the disturbance model with the numerator of the first-order or second-order filter shaping the sensitivity function according to a desired disturbance frequency as the state information. The head position control device according to
(付記17)前記外乱オブザーバは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数の外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算することを特徴とする付記14のヘッド位置制御装置。
(Supplementary Note 17) The disturbance observer is obtained from a plurality of disturbance models defined by a transfer function having a denominator of the numerator of the plurality of filters according to the plurality of disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. The head position control device according to
(付記18)前記外乱オブザーバは、定常バイアス補償を行う1次フィルタと特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記14のヘッド位置制御装置。
(Supplementary Note 18) The disturbance observer is obtained from a disturbance model defined by a transfer function having the numerator as a denominator of a primary filter that performs steady-state bias compensation and a secondary filter that suppresses the vicinity of a specific frequency like a notch filter. The head position control device according to
(付記19)前記外乱オブザーバは、定常バイアス補償を行う1次フィルタと特定の周波数以下を一様に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記14のヘッド位置制御装置。
(Supplementary Note 19) The disturbance observer is an estimation obtained from a disturbance model defined by a transfer function having the numerator as a denominator of a primary filter that performs steady-state bias compensation and a secondary filter that uniformly suppresses a specific frequency or less. The head position control device according to
(付記20)前記外乱オブザーバは、比較的高域の前記特定の周波数近傍をノッチフィルタ状に抑圧する2次フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算することを特徴とする付記18のヘッド位置制御装置。 (Supplementary note 20) The disturbance observer calculates an estimated gain obtained from a disturbance model defined by a transfer function having the numerator as a denominator of a second-order filter that suppresses the vicinity of the specific frequency in a relatively high band in a notch filter shape. The head position control device according to appendix 18, wherein state information is generated and a disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information.
外乱抑圧のため、導入したい周波数特性を、整形フィルタで定義し、整形フィルタの分子の式を分母に持つ外乱モデルを構成し、元のオブザーバのモデルに付加し、この外乱モデルから求めた推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、状態情報から、アクチュエータの外乱抑圧値を演算するので、外乱抑圧機能を、抑圧幅を広くとる場合や高い周波数域の外乱を抑圧する場合でも、元のオブザーバ(コントローラ)の制御特性に影響を与えず、実装できる。 In order to suppress disturbances, the frequency characteristics to be introduced are defined by the shaping filter, a disturbance model having the numerator formula of the shaping filter as the denominator is constructed, added to the original observer model, and the estimated gain obtained from this disturbance model Is used to generate the state information, and the disturbance suppression value of the actuator is calculated from the state information.Therefore, even if the disturbance suppression function has a wide suppression range or suppresses disturbance in a high frequency range, the original observer is used. Can be implemented without affecting the control characteristics of the (controller).
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
50 外乱モデル
DESCRIPTION OF
13 MCU ROM
14
16
Claims (5)
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、
前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、前記コントローラモデルに付加され、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルとを有し、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値とを加算して前記アクチュエータを駆動する制御ユニットと、
を備え、
前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、
ことを特徴とするディスク装置。 A head that at least reads data on a disk storage medium;
An actuator for positioning the head at a predetermined position of the disk storage medium;
A position error is calculated from the target position of the head and the current position obtained from the head, an estimated position is calculated by observer control, an estimated position error is calculated from the position error and the estimated position, and the calculated In accordance with the estimated position error, the controller model that calculates the actuator control value from the state information generated using the estimated gain of the actuator is added to the controller model, and the denominator and the numerator order for shaping the sensitivity function are the same. A model defined by a transfer function having the numerator of a certain shaping filter as a denominator, and the disturbance of the actuator from the state information generated using the estimated gain of disturbance according to the estimated position error calculated by the controller model A disturbance model for calculating a suppression value, and the control calculated by the controller model. A control unit for driving the actuator by adding the said disturbance suppression value calculated values and in the disturbance model,
With
The disturbance model uses estimated gains of disturbances of a plurality of models defined by transfer functions having a denominator of the numerators of the shaping filters corresponding to the disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. Generating state information, calculating a plurality of disturbance suppression values of the actuator from the state information, and adding the plurality of disturbance suppression values;
A disk device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1のディスク装置。 The control unit generates state information using an estimated gain of the disturbance model with the numerator of a first-order or second-order filter that shapes a sensitivity function according to a desired disturbance frequency, and the state The disk device according to claim 1, wherein a disturbance suppression value of the actuator is calculated from information.
ことを特徴とする請求項1のディスク装置。 The control unit generates state information using an estimated gain of the disturbance model having a zero of the numerator of the filter that shapes the sensitivity function according to a desired disturbance frequency, and from the state information, the state information The disk device according to claim 1, wherein a disturbance suppression value of the actuator is calculated.
前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するコントローラモデルと、
前記コントローラモデルに付加されていて、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算する外乱モデルと、
前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動する加算ブロックと、
を有し、
前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、
ことを特徴とするヘッド位置制御装置。 In a head position control device for positioning a head for reading at least data on a disk storage medium at a predetermined position of the disk storage medium by controlling an actuator by observer control,
A position error is calculated from the target position of the head and the current position obtained from the head, an estimated position is calculated by observer control, an estimated position error is calculated from the position error and the estimated position, and the calculated A controller model for calculating a control value of the actuator from state information generated using an estimated gain of the actuator according to an estimated position error;
A model that is added to the controller model and defined by a transfer function with the denominator of the shaping filter that has the same denominator as the denominator that shapes the sensitivity function, and is calculated by the controller model According to the estimated position error, a disturbance model for calculating a disturbance suppression value of the actuator from state information generated using an estimated gain of disturbance,
An addition block for driving the actuator by adding the control value calculated by the controller model and the disturbance suppression value calculated by the disturbance model;
Have
The disturbance model uses estimated gains of disturbances of a plurality of models defined by transfer functions having a denominator of the numerators of the shaping filters corresponding to the disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. Generating state information, calculating a plurality of disturbance suppression values of the actuator from the state information, and adding the plurality of disturbance suppression values;
A head position control device.
前記ヘッド位置制御装置は、制御部と記憶部を備え、前記制御部において実行される、
コントローラモデルが、前記ヘッドの目標位置と前記ヘッドから得た現在位置とから位置誤差を演算し、オブザーバ制御により推定位置を演算し、前記位置誤差と前記推定位置とから推定位置誤差を演算し、演算された前記推定位置誤差に従い、前記アクチュエータの推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの制御値を演算するステップと、
前記コントローラモデルに付加された外乱モデルが、感度関数を整形する分母と分子の次数が同一である整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義されたモデルであって、前記コントローラモデルで演算された前記推定位置誤差に従い、外乱の推定ゲインを用いて生成した状態情報から前記アクチュエータの外乱抑圧値を演算するステップと、
加算ブロックが、前記コントローラモデルで演算された前記制御値と前記外乱モデルで演算された前記外乱抑圧値を加算して、前記アクチュエータを駆動するステップと、
を含み、
前記外乱モデルは、前記推定位置誤差に従い、前記抑圧すべき複数の外乱周波数に応じた複数の前記整形フィルタの前記分子を分母とした伝達関数で定義された複数のモデルの外乱の推定ゲインを用いて、状態情報を生成し、前記状態情報から前記アクチュエータの複数の外乱抑圧値を演算し、前記複数の外乱抑圧値を加算する、
ことを特徴とするヘッド位置制御方法。 A head position control method executed by a head position control device that positions at least a head for reading data of a disk storage medium at a predetermined position of the disk storage medium by controlling an actuator by observer control,
The head position control device includes a control unit and a storage unit, and is executed in the control unit.
The controller model calculates a position error from the target position of the head and the current position obtained from the head, calculates an estimated position by observer control, calculates an estimated position error from the position error and the estimated position, In accordance with the calculated estimated position error, calculating a control value of the actuator from state information generated using the estimated gain of the actuator;
The disturbance model added to the controller model is a model defined by a transfer function having the denominator of the shaping filter having the same numerator order as the denominator for shaping the sensitivity function, and is calculated by the controller model. Calculating a disturbance suppression value of the actuator from state information generated using an estimated gain of disturbance according to the estimated position error,
An addition block adding the control value calculated by the controller model and the disturbance suppression value calculated by the disturbance model to drive the actuator;
Including
The disturbance model uses estimated gains of disturbances of a plurality of models defined by a transfer function having a denominator of the numerators of the shaping filters corresponding to the plurality of disturbance frequencies to be suppressed according to the estimated position error. Generating state information, calculating a plurality of disturbance suppression values of the actuator from the state information, and adding the plurality of disturbance suppression values;
A head position control method.
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JP2001052348A (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Actuator controller of disk drive |
JP2001210032A (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Sanyo Electric Co Ltd | Actuator controller in disk device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11353004A (en) * | 1998-06-08 | 1999-12-24 | Sanyo Electric Co Ltd | External disturbance suppressing device |
JP2001052348A (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Actuator controller of disk drive |
JP2001210032A (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Sanyo Electric Co Ltd | Actuator controller in disk device |
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