JP2541316B2 - 磁気ヘッドの位置決め制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセクターサーボ方式を用いたフロッピディス
ク装置の磁気ヘッド位置決め制御方式に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

近年、フロッピディスク装置では、セクターサーボ方
式によるトラックピッチの狭小化によってその大容量化
が行われている。セクターサーボ方式とは周知の通り、
あらかじめ磁気ディスク面上に磁気ヘッドが追従すべき
位置に関する情報をセクターの先頭あるいは最後尾に記
録しておき、この情報を磁気ヘッドにより再生すること
によって位置誤差信号として利用し、磁気ヘッドを目標
データトラック上に位置決めするいわゆるサンプル値情
報を基にした位置決め制御方式である。

しかしながら、セクターサーボ方式の応用に当たって
は、データ領域を多く確保するという目的から磁気ディ
スク面上にあらかじめ記録できる磁気ヘッドが追従すべ
き位置に関する情報の数はそれほど大きくできず、現状
ではデータトラック１周あたり30前後になっている。こ
れは、例えば磁気ディスクの回転数が300rpmであるとす
ると、位置誤差信号が得られる周波数、すなわちサンプ
リング周波数は150Hz前後となり、従って、フィードバ
ック制御系のバンド幅は15Hz前後になることを意味して
いる。また、フロッピディスク装置で利用される磁気デ
ィスクでは、温度，湿度の変化によりデータトラックが
楕円状に変形することが知られており、従って、磁気ヘ
ッドが追従すべきデータトラック信号の主成分は10Hzで
ある。トラック密度を上げるためには、10Hzの信号に対
する追従制度を15Hz前後のバンド幅内で実現しなければ
ならないわけである。

この方法として、本出願人による特願昭60−234544号
明細書にあるごとき制御方式がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

特願昭60−234544号明細書に記載の制御方式は、デー
タトラックの偏心主成分と同じ周波数の正弦波を発生す
るディジタルフィルタを制御ループ内に持つことによっ
て、偏心主成分への磁気ヘッドの追従精度を高めた制御
方式である。しかしながら、磁気ヘッドが追従すべき位
置に関する情報はサンプル的にしか得られないために、
位置誤差信号が得られていないサンプル点間において
は、フィードバック制御が働かず、外力に弱いという問
題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み創案されたものであっ
て、粗い分解能のエンコーダを利用した連続的なモータ
のフィードバック制御と、サンプル的に得られる位置誤
差信号による磁気ヘッド位置決め制御とを併用し、サン
プリング周波数が低い場合にも、外力に対して保持力が
強く良好な磁気ヘッドの追従特性を実現できるフロッピ
ディスク装置における磁気ヘッドの位置決め制御方式を
提供することを目的にしている。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、磁気ヘッドを追従させるべき目標位置
と前記磁気ヘッドの位置との差を示す位置誤差信号をあ
らかじめ決められたサンプリングタイム毎に得る位置誤
差検出器と、前記位置誤差検出器の出力から前記磁気ヘ
ッドを制御する制御信号を生成する磁気ヘッド制御器
と、前記磁気ヘッドを駆動するステップモータと、前記
磁気ヘッド制御器の出力を受けて前記ステップモータへ
電流を印加するモータ駆動アンプとから成るフロッピデ
ィスクドライブ装置における磁気ヘッドの位置決め制御
方式において、 前記ステップモータの位置を検出するエンコーダと、 前記エンコーダの出力と前記ステップモータの目標位
置との差をとる減算器と、 前記位置誤差検出器の出力を平均化する平均化器と、 前記平均化器の出力と前記減算器の出力とを加算する
第一の加算器と、 前記平均化器の出力を観測する平均化値観測器と、 前記磁気ヘッド制御器の出力と前記第一の加算器との
出力を加算する第二の加算器と、 前記位置誤差観測器の出力を受けて前記磁気ヘッド制
御器の出力の前記第二の加算器への出力を遮断するスイ
ッチとを備えることを特徴とする。

第２の発明は、磁気ヘッドを追従させるべき目標位置
と前記磁気ヘッドの位置との差を示す位置誤差信号をあ
らかじめ決められたサンプリングタイム毎に得る位置誤
差検出器と、前記位置誤差検出器の出力から前記磁気ヘ
ッドを制御する制御信号を生成する磁気ヘッド制御器
と、前記磁気ヘッドを駆動するステップモータと、前記
磁気ヘッド制御器の出力を受けてステップモータへ印加
すべき電流指令値を作成するモータ駆動部と、前記ステ
ップモータの駆動指令値に従い前記ステップモータへ電
流を印加するモータ駆動アンプとから成るフロッピディ
スクドライブ装置における磁気ヘッドの位置決め制御方
式において、 前記ステップモータの位置を検出するエンコーダと、 前記エンコーダの出力と前記ステップモータの目標位
置との差をとる減算器と、 前記磁気ヘッド制御器の出力からステップモータのモ
ータバイアス信号を計算するモータバイアス計算部と、 前記モータバイアス計算部の出力と前記減算器の出力
とを加算する第一の加算器と、 前記位置誤差検出器の出力を観測する位置誤差観測器
と、 前記第一の加算器の出力と前記モータ駆動部の出力と
を加算する第二の加算器と、 前記位置誤差観測器の出力を受けて前記第一の加算器
の出力の前記第二の加算器への入力を遮断するスイッチ
とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の磁気ヘッド位置決め制御方式は、磁気ヘッド
を駆動するステップモータの位置を計測するエンコーダ
の出力を、サンプル的に得られる位置誤差信号の平均値
により補正し、モータの保持力を強化すると共に、サン
プリング周波数が低い場合にも良好な磁気ヘッドの追従
特性を実現する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は第１の発明の一実施例に係わる磁気ディスク
装置の磁気ヘッド位置決め制御方式の構成を示すブロッ
ク図である。

この磁気ヘッド位置決め制御方式は、磁気ヘッド１を
追従させるべき目標位置と磁気ヘッド１の位置との差を
示す位置誤差信号をあらかじめ決められたサンプリング
タイム毎に得る位置誤差検出器２と、位置誤差検出器２
の出力から磁気ヘッド１を制御する制御信号を生成する
磁気ヘッド制御器３と、磁気ヘッド１を駆動するステッ
プモータ５と、磁気ヘッド制御器３の出力を受けてステ
ップモータ５へ電流を印加するモータ駆動アンプ４と、
ステップモータ５の位置を検出するエンコーダ８と、エ
ンコーダ８の出力とステップモータの目標位置との差を
とる減算器11と、位置誤差検出器２の出力を平均化する
平均化器６と、平均化器６の出力と減算器11の出力を加
算する第一の加算器10と、平均化器６の出力を観測する
平均化値観測器７と、磁気ヘッド制御器３の出力と第一
の加算器10との出力を加算する第二の加算器９と、位置
誤差観測器７の出力を受けて磁気ヘッド制御器３の出力
の第二の加算器９への入力を遮断するスイッチs1とを備
えている。

この位置決め制御方式を起動するときには、スイッチ
s1は開いている。また、サンプリングタイムをＴとす
る。外部から整数値で与えられるステップモータ５の目
標位置ｒは、ステップモータの位置ｆを計測するエンコ
ーダ８のカウント値ｇと減算器11で比較され、その差ｈ
は第一の加算器10へ出力される。また、位置誤差検出器
２は磁気ヘッド１で再生された信号ａからサンプリング
タイムＴ毎に磁気ヘッド１の位置と磁気ヘッド１が追従
すべき目標位置との差を示す位置誤差値ｂを検出し、位
置誤差値ｂを平均化器６と磁気ヘッド制御器３へ出力す
る。平均化器６は位置誤差値ｂの平均を計算し、平均値
ｉを第一の加算器10へ出力する。なお、平均化器６は加
算回路と除算回路及びホールド回路から実現できる。ま
た、磁気ヘッド制御器３は、位置誤差値ｂから磁気ヘッ
ド１を制御する制御信号ｃを生成する。第一の加算器10
は、平均化器６からの平均値ｉと減算器出力ｈとを加算
して出力する。第一の加算器10の出力ｊはそのままモー
タ駆動指令値ｄとなり、モータ駆動アンプ４へ入力され
る。モータ駆動アンプはモータ駆動指令値ｄを受けてス
テップモータ５に駆動電流ｅを印加する。

以上のように、エンコーダ８のカウント値ｇによるス
テップモータ５のフィードバック制御に、磁気ヘッド１
再生信号ａから得られた位置誤差値ｂの平均値ｉが重畳
されることから、ステップモータ５は磁気ヘッド１を目
標トラック位置へ高精度に位置決めできる。磁気ディス
ク上のデータトラックに偏心成分が無い場合には、これ
で磁気ヘッド１のアナログフィードバック制御が可能に
なる。アナログ制御系であるために保持力はセクターサ
ーボ方式単体のものよりも大幅に向上する。

しかしながら、一般に、データトラックはディスク回
転周波数と同じ周波数及び２倍の周波数で偏心するた
め、偏心への追従が必要である。

平均化値観測器７は平均化器６の出力を観測し、平均
値ｉがあらかじめ設定した値よりも十分に小さい場合に
はスイッチs1を閉じ、サンプリングタイムＴ毎に得られ
る磁気ヘッド制御器３の出力ｃを第二の加算器９へ入力
する。これによって、偏心成分のに対する補償が行われ
る。

第２図は第２の発明の一実施例に係わる磁気ディスク
装置の磁気ヘッド位置決め制御方式の構成を示すブロッ
ク図である。

この磁気ヘッド位置決め制御方式は、磁気ヘッド１を
追従させるべき目標位置と磁気ヘッド１の位置との差を
示す位置誤差信号をあらかじめ決められたサンプリング
タイム毎に得る位置誤差検出器２と、位置誤差検出器２
の出力から磁気ヘッド１を制御する制御信号を生成する
磁気ヘッド制御器３と、磁気ヘッド１を駆動するステッ
プモータ５と、磁気ヘッド制御器３の出力を受けてステ
ップモータ５へ印加すべき電流指令値を作成するモータ
駆動部12と、ステップモータの駆動指令値に従いステッ
プモータ５へ電流を印加するモータ駆動アンプ４と、ス
テップモータ５の位置を検出するエンコーダ８と、エン
コーダ８の出力とステップモータの目標位置との差をと
る減算器11と、磁気ヘッド制御器３の出力からステップ
モータのモータバイアス信号を計算するモータバイアス
計算部13と、モータバイアス計算部13の出力と減算器11
の出力とを加算する第一の加算器10と、位置誤差検出器
２の出力を観測する位置誤差観測器14と、第一の加算器
10とモータ駆動部12の出力とを加算する第二の加算器９
と、位置誤差観測器14の出力を受けて第一の加算器10の
出力の第二の加算器９への入力を遮断するスイッチs2と
を備えている。

磁気ヘッド制御器３としては、特願昭60−234544号明
細書に記載されているような、積算器，第２成分正弦波
発生ディジタルフィルタ及び安定化ディジタルフィルタ
からなる構成がある。

また、モータバイアス計算部13とては、第３図に示す
ように、平均値化器15とD/Aコンバータ16とから構成で
きる。

この位置決め制御方式を起動するときには、スイッチ
s2は開いている。サンプリングタイムをＴとすると、位
置誤差検出器２は磁気ヘッド１で再生された再生信号ａ
からサンプリングタイムＴ毎に磁気ヘッド１の位置と磁
気ヘッド１が追従すべき目標位置との差を示す位置誤差
値ｂを出力する。磁気ヘッド制御器３は位置誤差値ｂを
受けてモータの停止位置ｃを計算する。モータ駆動部12
は磁気ヘッド制御器３で生成されたモータ停止位置ｃか
らステップモータへ印加すべき電流指令値ｋを第二の加
算器９へ送る。スイッチs2が開いていることから、電流
指令値ｋはステップモータのモータ駆動指令値ｄに等し
い。モータ駆動アンプ４はモータ駆動指令値ｄに従っ
て、ステップモータ５に電流ｅを印加し磁気ヘッド１を
駆動し目標位置へ近づける。このようにしてサンプル値
フィードバック制御系が構成される。また、外部から整
数値で与えられるステップモータ５の目標位置ｒはエン
コーダ８のカウント値ｇと減算器11で比較され、その差
ｈが第一の加算器10へ出力される。

磁気ヘッド制御器３の出力はモータ駆動部12に入力さ
れると同時にモータバイアス計算部13へも入力される。
モータバイアス計算部は、磁気ヘッド制御器３から与え
られるステップモータの停止位置ｃをもとにステップモ
ータの平衡点位置からのずれを計算し、その計算値をサ
ンプリングタイムＴ毎に平均化し、平均値をアナログ信
号に変換してモータバイアス信号ｍとして第一の加算器
10へ出力する。位置誤差観測器14は位置誤差検出器２の
出力ｂを観測し、位置誤差値ｂがあらかじめ定められた
値よりも小さい場合にはスイッチs2を閉じて第一の加算
器10の出力を第二の加算器９の出力に重畳する。このこ
とによって、ステップモータの直流成分対する追従制御
がエンコーダ８とモータバイアス計算部13との出力によ
るアナログ制御により行われ、一方、データトラックの
偏心成分に対する追従動作は磁気ヘッド制御器３による
サンプル値制御により行われる。

以上のように、粗い精度のエンコーダを用いた場合で
も位置誤差信号の平均値、あるいは、磁気ヘッド制御器
出力の平均値フィードバックループに前向きに入力する
ことによって、ステップモータの保持力を大起幅に増大
でき、さらにデータトラックの偏心に高精度に追従する
ことができる磁気ヘッドの位置決め制御系が構成でき
る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、磁気ヘッ
ドを駆動するステップモータの位置を計測するエンコー
ダの出力を、サンプル的に得られる位置誤差信号の平均
値、あるいは、磁気ヘッド制御器出力の平均値により補
正することによって、粗い精度のエンコーダを用いて
も、ステップモータの保持力を強化することができると
共に、サンプリング周波数が低い場合にも良好な磁気ヘ
ッドの追従特性が実現でき、低コスト化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示すブロック図、 第２図は第２の発明の一実施例を示すブロック図、 第３図は第２図の実施例におけるモータバイアス計算部
の構成を表したブロック図である。 １……磁気ヘッド ２……位置誤差検出手段 ３……磁気ヘッド制御器 ４……モータ駆動アンプ ５……ステップモータ ６……位置誤差信号の平均化器 ７……平均化値観測器 ８……エンコーダ ９……第二の加算器 10……第一の加算器 11……減算器 12……モータ駆動部 13……モータバイアス計算部 14……位置誤差観測器 15……磁気ヘッド制御器出力の平均化器 16……D/Aコンバータ ａ……磁気ヘッド再生信号 ｂ……位置誤差値 ｃ……磁気ヘッド制御器出力 ｄ……モータ駆動指令値 ｅ……モータ印加電流 ｆ……ステップモータ位置 ｇ……エンコーダカウント値 ｈ……減算器出力 ｉ……平均化器出力 ｊ……第一の加算器出力 ｋ……電流指令値 ｍ……モータバイアス信号値 ｒ……ステップモータ目標位置 s1,s2……スイッチ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気ヘッドを追従させるべき目標位置と前
   記磁気ヘッドの位置との差を示す位置誤差信号をあらか
   じめ決められたサンプリングタイム毎に得る位置誤差検
   出器と、前記位置誤差検出器の出力から前記磁気ヘッド
   を制御する制御信号を生成する磁気ヘッド制御器と、前
   記磁気ヘッドを駆動するステップモータと、前記磁気ヘ
   ッド制御器の出力を受けて前記ステップモータへ電流を
   印加するモータ駆動アンプとから成るフロッピディスク
   ドライブ装置における磁気ヘッドの位置決め制御方式に
   おいて、 前記ステップモータの位置を検出するエンコーダと、 前記エンコーダの出力と前記ステップモータの目標位置
   との差をとる減算器と、 前記位置誤差検出器の出力を平均化する平均化器と、 前記平均化器の出力と前記減算器の出力とを加算する第
   一の加算器と、 前記平均化器の出力を観測する平均化値観測器と、 前記磁気ヘッド制御器の出力と前記第一の加算器との出
   力を加算する第二の加算器と、 前記位置誤差観測器の出力を受けて前記磁気ヘッド制御
   器の出力の前記第二の加算器への入力を遮断するスイッ
   チとを備えることを特徴とするフロッピディスク装置に
   おける磁気ヘッドの位置決め制御方式。
2. 【請求項２】磁気ヘッドを追従させるべき目標位置と前
   記磁気ヘッドの位置との差を示す位置誤差信号をあらか
   じめ決められたサンプリングタイム毎に得る位置誤差検
   出器と、前記位置誤差検出器の出力から前記磁気ヘッド
   を制御する制御信号を生成する磁気ヘッド制御器と、前
   記磁気ヘッドを駆動するステップモータと、前記磁気ヘ
   ッド制御器の出力を受けてステップモータへ印加すべき
   電流指令値を作成するモータ駆動部と、前記ステップモ
   ータの駆動指令値に従い前記ステップモータへ電流を印
   加するモータ駆動アンプとから成るフロッピディスクド
   ライブ装置における磁気ヘッドの位置決め制御方式にお
   いて、 前記ステップモータの位置を検出するエンコーダと、 前記エンコーダの出力と前記ステップモータの目標位置
   との差をとる減算器と、 前記磁気ヘッド制御器の出力からステップモータのモー
   タバイアス信号を計算するモータバイアス計算部と、 前記モータバイアス計算部の出力と前記減算器の出力と
   を加算する第一の加算器と、 前記位置誤差検出器の出力を観測する位置誤差観測器
   と、 前記第一の加算器の出力と前記モータ駆動部の出力とを
   加算する第二の加算器と、 前記位置誤差観測器の出力を受けて前記第一の加算器の
   出力の前記第二の加算器への入力を遮断するスイッチと
   を備えることを特徴とするフロッピディスク装置におけ
   る磁気ヘッドの位置決め制御方式。