JP2595810B2 - ディスク装置の位置制御装置 - Google Patents

ディスク装置の位置制御装置

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JP2595810B2 JP32867190A JP32867190A JP2595810B2 JP 2595810 B2 JP2595810 B2 JP 2595810B2 JP 32867190 A JP32867190 A JP 32867190A JP 32867190 A JP32867190 A JP 32867190A JP 2595810 B2 JP2595810 B2 JP 2595810B2
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、情報処理装置などに使用するディスク装置
の位置制御装置に関する。
従来の技術 近年、情報機器の性能の向上はめざましく、それに伴
ない磁気ディスク装置などのヘッド送り部にはより高精
度で、かつ小型化の可能な駆動源が要求されている。し
かも情報機器の小型化軽量化により容易に装置を移動さ
せることができるようになった結果、内蔵される磁気デ
ィスク装置は、従来よりも耐振性・耐衝撃性を大幅に向
上させる必要がある。
従来、この種のディスク装置の駆動源としては、リニ
アDCモータ,ステッピングモータをいわゆるPID(比例
積分,微分)制御により位置決めする技術が広く採用さ
れている。
以下、図面を参照しながら従来のディスク装置の位置
制御装置について説明する。第3図は従来のディスク装
置の位置制御装置の構成を示すブロック図である。第3
図において、1はアクチュエータ2に連結され記録媒体
3上を移動し、任意のデータトラックに対し、データの
リードおよびライトを行う記録再生ヘッドである。
また、4はアクチュエータ2に連続され、このアクチ
ュエータ2および記録再生ヘッド1の位置を示す位置信
号5を発生する位置検出手段である。
一方、6はたとえば記録再生ヘッド1とデータトラッ
クとのずれを他の手段(図示せず)により計測した結果
や、あるいはディスク装置の外部からの指令などに応じ
て、あらかじめ定められた演算を実行することによって
求められる記録再生ヘッド1の目標とする位置を示す信
号、すなわち、目標位置信号である。
7は目標位置信号6と位置信号5からアクチュエータ
2に対する制御量8を発生する制御手段である。
この制御手段7は、目標位置信号6と位置信号5との
偏差による位置誤差信号9を入力して、比例信号13を出
力するP(比例)動作部10と、積分信号14を出力するI
(積分)動作部11と、部分信号15を出力するD(微分)
動作部12とから構成されている。
次に、上記従来例の動作について説明する。まず、目
標位置信号6から位置信号5を引くことにより、位置誤
差信号9を算出し、P動作部10,I動作部11,D動作部12の
入力とする。
P動作部10は位置誤差信号9に所定の定数をかけるこ
とにより、比例信号13を発生する。
I動作部11は位置誤差信号9を積分し、さらに所定の
係数をかけることにより、積分信号14を発生する。
D動作部12は位置誤差信号9を微分し、さらに所定の
係数をかけることにより、微分信号15を発生する。
以上の比例信号13,積分信号14,微分信号15を加算し、
制御量8を得るが、これがいわゆるPID制御であり、比
例信号13と積分信号14は位置誤差信号9が小さくなる作
用を与え、微分信号15はアクチュエータ2や記録再生ヘ
ッド1などの可動部の動きが発振せず、安定になる作用
を与えている。
以上のように、従来の位置制御装置7でも、記録再生
ヘッド1を記録媒体3上のデータトラックに安定に位置
決めすることができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来のディスク装置の位置制御装
置では、ディスク装置に加わる振動,衝撃、あるいは可
動部の摩擦などの外乱16が発生した場合、この外乱16に
よって記録再生ヘッド1の位置が変化し、データトラッ
クに対してずれを発生してしまうという問題があった。
つまり、従来のPID制御では、比例信号13,積分信号1
4,微分信号15の和により制御量8を算出していたが、こ
れらの信号の許容される特性に制限があるため、外乱16
が加わった場合、必要な位置決め精度が不足する。
この様子を第4図により説明する。外乱16の大きさに
対する信号誤差信号9の大きさの比は横軸に周波数を選
ぶことにより、よく知られているように、第4図のよう
に表わされる。
第4図では、値が小さいほど外乱16に対して位置誤差
信号9が小さいことを示しており、グラフの接点fa,fb
およびf0はP動作部10,I動作部11,D動作部12において設
定される定数により定まる。
従来のPID制御では、これらの接点fa,fb,f0の値が
たとえば、f1a,f1b,f10などができるだけ大きくなる
ように設計を行っていたが、第4図に示すように、一般
に可動部では、メカニズムの共振が発生するため、接点
fa,fb,f0をあまり大きくすることができず、その結
果、外乱16に対して位置誤差を十分小さくすることはで
きないという問題があった。
この発明は上記のような従来の問題を解決するもので
あり、ディスク装置に加わる振動や衝撃、あるいは可動
部に生じる摩擦およびアクチュエータの発生するトルク
のむらなどに対して、記録再生ヘッドの位置誤差を小さ
くでき、データトラック上に正確に位置決めできる優れ
たディスク位置の位置制御装置を提供することを目的と
するものである。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、アクチュエータ
に連結されこのアクチュエータと記録再生ヘッドの位置
を示す位置信号を出力する位置検出手段と、この位置信
号と記録再生ヘッドの目標とする目標位置信号とからア
クチュエータに与える制御量u(t)は、 B:入力分配行列、 f(t):制御対象の既知の特性、 (t−L):制御対象の状態ベクトルの微分値の微小
時間Lだけ遅れた値、 Am,Bm:規範モデルの定数行列、 r(t):指令ベクトル、 k:誤差フィードバック行列、 e(t):誤差ベクトル、 としたときに、 u(t)=(BT・B)−1BT{−f(t)−(t−
L)+f(t−L)+B(t−L)・u(t−L)+Am
・x(t)+Bm・r(t)−k・e(t)} なる式で算出する制御量をアクチュエータに与えるタイ
ムディレイコントローラとを設け、位置検出手段から得
られる記録再生ヘッドの位置信号と目標位置信号とか
ら、タイムディレイコントローラにより上記式により制
御量u(t)を算出して、アクチュエータに与えること
により、外乱が加わっても記録再生ヘッドの位置誤差が
極めて小さくできるようにしたものである。
作用 したがって、本発明によれば、位置信号と目標位置信
号とからタイムディレイコントローラにより制御量u
(t)をアクチュエータに供給することによって、ディ
スク装置がデータを記録再生動作中に、外部から振動や
衝撃および可動部の摩擦などの外乱が加わっても、記録
再生ヘッドの目標データトラックに対する位置誤差が極
めて小さくでき、データトラック上に正確に記録再生ヘ
ッドの位置決めを行うことができ、安定したデータの記
録再生ができるという効果を有する。
実施例 第1図は本発明の一実施例の構成を示すものである。
1はアクチュエータ2に連結され、記録媒体3上を移動
し、任意のデータトラックに対してリードおよびライト
を行う記録再生ヘッド、4はアクチュエータ2に連結さ
れ、アクチュエータ2および記録再生ヘッド1の位置を
示す位置信号5を示す値x(t)29を出力する位置検出
手段である。
6はたとえば、記録再生ヘッド1とデータトラックと
のずれを他の手段(図示せず)により計測した結果や、
ディスク装置の外部からの指令などに応じてあらかじめ
定めた演算を実行することによって求められる記録再生
ヘッド1の目標とする目標位置信号である。
16aは目標位置信号6にかける定数w2,17は位置信号5
を示す値x(t)29にかける定数w2、18は定数w216aを
目標位置信号16にかけた値と位置信号を表す値x(t)
29に定数w217をかけた値とを減算した値を代入する値e
(t)である。
また19,20はラプラス演算子S、21は位置信号5を示
す値x(t)をラプラス演算子S19により微分された微
分値(t)、22は位置信号5を示す値x(t)をラプ
ラス演算子S19、ラプラス演算子S20により2回微分され
た微分値tである。
さらに、30は上記微分値(t)21にかける定数2p
w、23は上記微分値(t)22にかける定数e-LSであ
る。
24は上記e(t)18と微分値(t)21に定数2pw30
をかけた積との誤差と、微分値(t)に定数e-LS23を
かけた積との減算により得られた値c(t)である。
25は定数1/b、26は制御量u(t)の微小な時間遅れe
-LS、27は制御量8を示す値u(t)28に定数e-LS26を
かけた値である。
上記符号16a〜29で示す部分はタイムディレイコント
ローラ(以下、TDCと略記する)であり、文献「システ
ム制御情報学会論文誌vol.3,No.6,1990」により公知の
ものである。
次に、上記実施例の動作について説明する。記録再生
ヘッド1、アクチュエータ2、記録媒体3、位置検出手
段4、位置信号5、目標位置信号6、外乱16の動作と信
号については従来例での説明と同じであり、ここでの再
度の重複説明を避ける。
次に、上記TDCについて説明する。このTDCは上記文献
により公知であるように、一般化した数式で与えられる
非線型の制御対象と線型の規範モデルを考える。
=f(x,r)+h(x,t)+B(x,t)u(t)+α
(t)・・・ (1) m=Am・Xm+Bm・r・・・ (2) ここで、xは状態ベクトル、uは入力ベクトル、fは
既知の動特性を示すベクトル関数、hは未知の動特性を
示すベクトル関数、α(t)は外乱ベクトル、Bは入力
配分行列、xmは規範モデルの状態ベクトル、rは指令ベ
クトル、AmおよびBmは定数係数からなる行列である。
このとき、TDCの制御則は誤差ベクトルeをe=xm−
xとしたとき、次の(3)式で与えられることが知られ
ている。
u(t)=(BT・B)−1BT{−f(t)−(t−
L)+f(t−L)+B(t−L)・u(t−L)+Am
・x(t)+Bm・r(t)−k・e(t)}・・・
(3) ここで、Lは微小な時間遅れであり、kは誤差フィー
ドバック行列である。TDCでは、この制御量u(t)を
制御対象に与えることにより、所望の特性を得る。
この実施例では、前記(2)式で表わされる規範モデ
ルをー入力,ー出力の系について定めると、次の(4)
式のようになる。
ここで、ymは規範モデルの出力であり、rは入力であ
る指令値であり、pおよびwは定数である。またSはラ
プラス変換の演算子である。
このとき、(3)式は簡略化され、次の(5)式で与
えられることが知られている。
u(t)=u(t−L)+I/b{−(t−L)−2pw
(t)−w2x(t)+w2r(t)}・・・ (5) この(5)式について第1図を用いて説明すると、目
標位置信号6はr(t)で表わされ、定数w216aをかけ
た後、位置信号5を示す値x(t)29に定数w217をかけ
た値を引き算し、e(t)18に代入する。
一方、ラプラス演算子S19により微分された位置信号
5を表わすxt29の微分値(t)21とラプラス演算子S1
9,S20により、2回微分された微分値(t)22は、そ
れぞれ定数2pw30との積、および微小な時間遅れをほど
こす定数値e-LS23と演算され、前記e(t)18より微分
値x(t)に定数2pw30をかけた値を減算値から、2回
の微分値(t)に定数e-LS23をかけた値を差し引いた
値c(t)24を得る。
この値c(t)24に定数1/b25をかけた値と制御量u
(t)28の微小な時間遅れe-LS26を施された値u(t−
L)27との加算を行うことにより、制御量8つまりu
(t)28を算出し、アクチュエータ2へ出力する。
以上のように求められた制御量u(t)28は、微小な
時間遅れにより、(1)式に示した未知の動特性h(x,
t)や外乱α(t)を推定し、位置制御に与える影響を
小さくする効果がある。
この様子を第2図に示すが、PID制御に比べて、TDCで
は外乱に対して位置誤差信号が小さくなる。
この結果、TDCを磁気ディスク装置の位置制御に採用
することにより、記録再生ヘッド1を外乱16が加わって
も正確にデータトラック上に位置決めでき、データの記
録再生を安定して行うことが可能となる。
このような、上記実施例によれば、位相検出手段4か
ら出力される位置信号と目標位置信号とから公知のTDC
により制御量を算出し、その算出値を制御量u(t)28
として、アクチュエータ2に与えることにより、外乱16
が加わっても記録再生ヘッド1の位置誤差が極めて小さ
くなり、安定したデータを記録,再生ができるという効
果を有する。
発明の効果 本発明は上記実施例より明らかなように、ディスク装
置の位置制御にTDCを用いることにより、ディスク装置
に振動や衝撃が加わったときや、可動部の摩擦などの外
乱が発生したときでも、TDCが未知の動特性や外乱を微
小な時間遅れを用いて推定し、補正するようにしたもの
であり、記録再生ヘッドの位置誤差を小さくでき、その
結果データトラック上に正確に位置決めをすることがで
きるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるディスク装置の位置
制御装置の概略ブロック図、第2図は同装置において外
乱の大きさに対する位置誤差信号の大きさの比の周波数
特性図、第3図は従来のディスク装置の位置制御装置の
概略ブロック図、第4図は従来のPID制御による外乱の
大きさに対する位置誤差信号の大きさの比の周波数特性
図である。 1……記録再生ヘッド、2……アクチュエータ、3……
記録媒体、4……位置検出手段、5……位置信号、6…
…目標位置信号、8……制御量、16……外乱、16a,17,2
3,25,26,30……定数、19,20……ラプラス演算子。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクチュエータに連結され記録媒体上を移
    動して任意のデータトラックに対してリードおよびライ
    トを行う記録再生ヘッドと、上記アクチュエータに連結
    され上記アクチュエータおよび上記記録再生ヘッドの位
    置を示す位置信号を出力する位置検出手段と、上記位置
    信号と上記記録再生ヘッドの目標とする目標位置信号と
    から上記アクチュエータに与える制御量u(t)を、 B:入力分配行列、 f(t):制御対象の既知の特性、 (t−L):制御対象の状態ベクトルの微分値の微小
    時間Lだけ遅れた値、 Am,Bm:規範モデルの定数行列、 r(t):指令ベクトル、 k:誤差フィードバック行列、 e(t):誤差ベクトル、 としたとき、 u(t)=(BT・B)−1BT{−f(t)−(t−
    L)+f(t−L) +B(t−L)・u(t−L)+Am・x(t)+Bm
    ・r(t)−k・e(t)} となる式で求めるタイムディレイコントローラを備えた
    ディスク装置の位置制御装置。
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