JP2621665B2 - ヘッドの位置決め制御方式 - Google Patents

ヘッドの位置決め制御方式

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JP2621665B2
JP2621665B2 JP1005291A JP1005291A JP2621665B2 JP 2621665 B2 JP2621665 B2 JP 2621665B2 JP 1005291 A JP1005291 A JP 1005291A JP 1005291 A JP1005291 A JP 1005291A JP 2621665 B2 JP2621665 B2 JP 2621665B2
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隆彦 辻澤
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヘッドの位置決め制御方
式に関し、特に磁気ディスク装置や光ディスク装置にお
けるヘッドの位置決め制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置においてはその大容量
化、高速化が積極的に進められている。ディスク装置の
大容量化においては、トラックピッチを細かくすること
による高TPI化と記録密度を高くする高BPI化が並
行して行われているが、特に、高TPI化によるディス
ク装置の大容量化では、トラックピッチ狭小化に伴い、
ヘッドの位置決め精度のより高精度化が進められてい
る。さらに、大容量化と同時に高速化が重要な要素であ
り、このための高速アクセス制御方式も検討されてい
る。
【0003】さて、高速/高精度なヘッドの位置決め制
御においては、周知のようにアクチュエータに対する外
乱、例えばFPC等のケーブルの影響、アクチュエータ
個々のパラメータ変動及び経年変化の影響を抑制するこ
とがより高精度な制御を行うための課題となってきてい
る。
【0004】これらの課題を解決する従来のヘッドの位
置決め制御方式の一例として米国特許明細書第4679
103号に示す制御方式が提案されている。この制御方
式は、上述した外乱、パラメータ変動及び経年変化をす
べて推力あるいはトルク外乱として捕らえ、この外乱を
ステップ状外乱と仮定して外乱推定を含んだフルオーダ
オブザーバを構成し、推定された外乱をもとに外乱をキ
ャンセルする入力をアクチュエータに印加し、外乱を抑
制すると共に、結果的に高精度な位置決めを実現すると
いうものである。
【0005】また、上述の制御方式以外に、フルオーダ
オブザーバを用いるのではなく最小次元オブザーバを用
いる制御方式も提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のヘッド
の位置決め制御方式の一例の米国特許明細書第4679
103号に示された制御方式では、オブザーバの帯域を
制御系の帯域に比べて広くすると、推定値に大きな脈動
や、レンジオーバなどを生じ、結果的に制御系の安定化
が難しく、一般には、制御系の帯域に比べ十分に低い帯
域を設定するということが行われている。例えば、制御
系の帯域を300Hzとすると、オブザーバの帯域は5
Hzといったように設定されている。このため、外乱抑
制が行われるまでに時間がかかるという欠点があり、よ
り高速に応答する外乱抑制方式が望まれている。また、
ステップ状外乱を仮定して外乱抑制を行っているため、
ステップ状入力以外の外乱に対してはヘッド位置ずれを
生じてしまうという欠点がある。さらには、米国特許明
細書第4679103号に示されたような制御方式で
は、従来から使われてきたリードラグフィルタとか、P
ID制御といった制御器に代わって、新たに制御器を設
計しなければならず、これまでの設計方式の技術を援用
できないといった欠点もある。
【0007】本発明は上記の問題点に鑑み創案されたも
のであって、従来の制御方式の制御器はそのまま利用
し、新たに外乱抑制ループを付加することによって、外
乱の影響を抑制でき、抑制速度を十分に高速に取ること
のできる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。
【0008】
【課題を解決するための手段】本第1の発明のヘッドの
位置決め制御方式は、データを記録再生する記録再生ヘ
ッドと前記データを記録しているディスクとの位置ずれ
である位置誤差を検出する位置誤差検出器と、前記位置
誤差検出器出力信号に従って前記位置誤差を収束させる
制御器と、前記制御器の出力を受けて前記記録再生ヘッ
ドを駆動するアクチュエータ部とからなるヘッドの位置
決め制御方式において、前記位置誤差検出器の出力を擬
似2回微分する微分器と、前記アクチュエータ部への入
力をローパスするローパスフィルタと、前記微分器の出
力と前記ローパスフィルタの出力と前記制御器の出力と
を加算した出力を前記アクチュエータ部に入力する加算
器とを有している。
【0009】本第2の発明のヘッドの位置決め制御方式
は、データを記録再生する記録再生ヘッドと前記データ
を記録しているディスクとの位置ずれである位置誤差を
検出する位置誤差検出器と、前記記録再生ヘッドの移動
速度を検出する速度推定器と、前記位置誤差検出器出力
信号及び前記速度推定器出力に従って前記位置誤差を収
束させる制御器と、前記制御器の出力を受けて前記記録
再生ヘッドを駆動するアクチュエータ部とからなるヘッ
ドの位置決め制御方式において、前記速度推定器の出力
を擬似1回微分する微分器と、前記アクチュエータ部へ
の入力をローパスするローパスフィルタと、前記微分器
の出力と前記ローパスフィルタの出力と前記制御器の出
力とを加算した出力を前記アクチュエータ部に入力する
加算器とを有している。
【0010】
【作用】上述の手段を取ることにより、従来から使って
いるリードラグフィルタやPID制御器といった制御方
策をそのまま利用しながら、パラメータ変動やトルク外
乱を抑制でき、さらには外乱抑制を十分に高速に実現で
きるヘッドの位置決め制御系が構成できる。
【0011】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0012】図1は本第1の発明の一実施例を示すブロ
ック図、図2は図1に示す実施例内のアクチュエータ部
を示すブロック図である。
【0013】図1に示す本実施例ではリードラグフィル
タ3を利用した磁気ディスク装置における磁気ヘッドの
位置決めフィードバック制御系への適用例について示し
ている。
【0014】図1において、本実施例はデータを記録再
生する記録再生の磁気ヘッド1とデータを記録している
ディスク(図示省略)との位置ずれである位置誤差を検
出する位置誤差検出器2と、位置誤差検出器2の出力信
号に従って位置誤差を収束させるリードラグフィルタ3
と、リードラグフィルタ3の出力を受けて磁気ヘッド1
を駆動するアクチュエータ部4と、位置誤差検出器3の
出力を擬似2回微分する擬似微分器5と、アクチュエー
タ部4への入力をローパスするローパスフィルタ6と、
擬似微分器5の出力とローパスフィルタ6の出力とリー
ドラグフィルタ3の出力とを加算した出力をアクチュエ
ータ部4に入力する加算器9とを有して構成している。
【0015】磁気ヘッド1により再生された信号から位
置誤差検出器2は位置誤差信号eを検出し、位置誤差信
号eをリードラグフィルタ3へ入力する。リードラグフ
ィルタ3は位相進み及び位相遅れ要素によって構成さ
れ、既に周知のごとく、アクチュエータ部4をモデルと
して位相進み要素により制御系の安定化を行うようにフ
ィルタのパラメータを決定している。
【0016】図2は図1に示す実施例内のアクチュエー
タ部を示すブロック図である。
【0017】図2に示すアクチュエータ部4において、
K1は電流アンプゲインを示し、K2は推力/加速度変
換ゲインを表す。また、qはトルク(あるいは推力)外
乱であり、uはアクチュエータ部4への入力である電流
値を示す。
【0018】次に、本実施例における制御動作について
図1,図2を用いて説明する。
【0019】以下では説明を簡単にするためにK2を1
として説明する。
【0020】一般に、磁気ディスク装置用ボイスコイル
モータでは、そのパラメータの変動等は等価的にトルク
外乱としてみなせる。このとき、図2から、(1)式が
誘導できる。
【0021】
【0022】(1)式から、外乱qは次のように誘導で
きる。
【0023】
【0024】従って、アクチュエータ部4の入力ゲイン
を考慮すると、外乱qをキャンセルするアクチュエータ
部4への入力は以下のようになる。
【0025】
【0026】一般には、微分器は存在しないから、
(3)式右辺第1項を実現するためには擬似微分を使う
必要がある。
【0027】図1における擬似微分器5は(3)式右辺
第1項を実現するものであり、(3)式からもわかるよ
うに相対次数が0次以上になるように適当にローパスフ
ィルタを加えた、(4)式のような形をとる。(4)式
では相対次数を1とした場合を示した。前述したよう
に、相対次数は0次以上になるようにすることが必要で
ある。
【0028】
【0029】(4)式におけるω1 ,ω2 ,ω3 の決め
方としては、外乱の周波数成分等を考慮し、外乱に対し
十分な速さでそれを収束させることができるように設定
する等の方法がある。
【0030】(3)式右辺第2項をそのまま実行しよう
とすると、無限大のゲインを作ることになる。このこと
は物理的に不可能であるから、やはりローパスフィルタ
を通した実現をしなければならない。図1におけるロー
パスフィルタ6は(3)式右辺第2項を実現するための
ものである。ローパスフィルタ6としては、回路規模等
の観点から(4)式で使ったω1 ,ω2 ,ω3 によるも
のを使うことが可能である。
【0031】この様にして、外乱をキャンセルすること
によりより高精度な磁気ヘッドのトラック位置決め制
御、即ちトラックフォローイング制御を達成できる。
【0032】図3は本第2の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。
【0033】図3に示す本実施例ではPID制御器7を
利用したヘッドの位置決めフィードバック制御系への適
用例について示している。
【0034】図3において、本実施例はデータを記録再
生する記録再生の磁気ヘッド1とデータを記録している
ディスクとの位置ずれである位置誤差を検出する位置誤
差検出器2と、記録再生の磁気ヘッド1の移動速度を検
出する速度推定器8と、位置誤差検出器2の出力信号及
び速度推定器8の出力に従って位置誤差を収束させるP
ID制御器7と、PID制御器7の出力を受けて磁気ヘ
ッド1を駆動するアクチュエータ部4と、速度推定器8
の出力を擬似1回微分する擬似微分器5aと、アクチュ
エータ部4への入力をローパスするローパスフィルタ6
と、擬似微分器5aの出力とローパスフィルタ6の出力
とPID制御器7の出力とを加算した出力をアクチュエ
ータ部4に入力する加算器9とを有して構成している。
【0035】次に、本実施例の動作について図3を用い
て説明する。
【0036】磁気ヘッド1により再生された信号から位
置誤差検出器2は位置誤差信号eを検出し、位置誤差信
号eをPID制御器7へ入力すると同時に、速度推定器
8に入力する。速度推定器8は、周知の様に、例えば、
電子タコメータとか、オブザーバと言った方法で実現さ
れ、推定速度vをPID制御器7へ入力する。PID制
御器7の出力はアクチュエータ部4に入力されて、その
結果磁気ヘッド1が駆動され、位置誤差が収束する。P
ID制御器7は位置誤差eに関し、積分及び比例制御
し、推定速度vに関して比例制御し、既に周知のごと
く、位相制御を行って制御系の安定化を行う。
【0037】速度推定器8を用いた場合には、図3から
以下の関係が誘導される。ここでも、説明を簡単にする
ためにK2を1とする。
【0038】 e=−(q+K1・u)/s (5) (5)式から、外乱qは次のように誘導できる。
【0039】 q=−s・e−K1・u (6) 従って、アクチュエータ部4の入力ゲインを考慮する
と、外乱qをキャンセルするアクチュエータ部4への入
力は以下のようになる。
【0040】 −q/K1=s・e/K1+u (7) (7)式右辺の実現については、既に(3)式で説明し
た方法と同様の方法で実現できるが、この場合には、擬
似微分器5aを実現するためのフィルタの次数としては
1次以上であればよい。さらに、速度推定器8を用いた
場合には、速度制御と位置制御両方に対して有効とな
る。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、従来方式
で使われてきたリードラグフィルタやPID制御器をそ
のままにした状態で、位置誤差信号のみまたは位置誤差
信号と推定速度信号とを使った外乱をキャンセル用ルー
プを付加することにより、トルク外乱やパラメータ変動
等の影響を抑制した高精度なヘッドの位置決め制御装置
を実現可能にすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本第1の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】図1に示す実施例内のアクチュエータ部を示す
ブロック図である。
【図3】本第2の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 磁気ヘッド 2 位置誤差検出器 3 リードラグフィルタ 4 アクチュエータ部 5,5a 擬似微分器 6 ローパスフィルタ 7 PID制御器 8 速度推定器 9 加算器 e 位置誤差信号 K1 電流アンプゲイン K2 推力/加速度変換ゲイン q トルク(あるいは推力)外乱 u アクチュエータ部への入力 v 推定速度信号

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データを記録再生する記録再生ヘッドと
    前記データを記録しているディスクとの位置ずれである
    位置誤差を検出する位置誤差検出器と、前記位置誤差検
    出器出力信号に従って前記位置誤差を収束させる制御器
    と、前記制御器の出力を受けて前記記録再生ヘッドを駆
    動するアクチュエータ部とからなるヘッドの位置決め制
    御方式において、前記位置誤差検出器の出力を擬似2回
    微分する微分器と、前記アクチュエータ部への入力をロ
    ーパスするローパスフィルタと、前記微分器の出力と前
    記ローパスフィルタの出力と前記制御器の出力とを加算
    した出力を前記アクチュエータ部に入力する加算器とを
    有することを特徴とするヘッドの位置決め制御方式。
  2. 【請求項2】 データを記録再生する記録再生ヘッドと
    前記データを記録しているディスクとの位置ずれである
    位置誤差を検出する位置誤差検出器と、前記記録再生ヘ
    ッドの移動速度を検出する速度推定器と、前記位置誤差
    検出器出力信号及び前記速度推定器出力に従って前記位
    置誤差を収束させる制御器と、前記制御器の出力を受け
    て前記記録再生ヘッドを駆動するアクチュエータ部とか
    らなるヘッドの位置決め制御方式において、前記速度推
    定器の出力を擬似1回微分する微分器と、前記アクチュ
    エータ部への入力をローパスするローパスフィルタと、
    前記微分器の出力と前記ローパスフィルタの出力と前記
    制御器の出力とを加算した出力を前記アクチュエータ部
    に入力する加算器とを有することを特徴とするヘッドの
    位置決め制御方式。
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US5367237A (en) * 1992-06-15 1994-11-22 Honeywell Inc. Electromechanical actuator controller
JP3229204B2 (ja) * 1996-01-26 2001-11-19 シャープ株式会社 制御装置および情報記録再生装置

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