JP3122675B2

JP3122675B2 - 回転制御方法

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Publication number: JP3122675B2
Application number: JP03260238A
Authority: JP
Inventors: 榮治岡村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH0652628A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転制御方法に関し、
更に詳しくいえば、磁気ディスク装置、光ディスク装
置、光磁気ディスク装置等のスピンドルモータを回転制
御する際に用いられる回転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の磁気ディスク装置にお
けるモータ制御部のブロック図、図１２は、従来の回転
同期制御のタイムチャート、図１３はスピンドルモータ
制御系のブロック図、図１４は、図１３の各部における
伝達関数を示した図である。

【０００３】図中、１はスピンドルモータ、２はディス
ク、３はＶＣＭ（ボイスコイルモータ）、４はアクチュ
エータ（アーム）、５はヘッド、６は位置検出回路、７
はＶＣＭ制御回路、８は回転制御回路を示す。

【０００４】従来、例えば磁気ディスク装置におけるモ
ータ制御部は、図１１にように構成されていた。磁気デ
ィスク装置のモータとしては、ディスク２を回転駆動す
るためのスピンドルモータ１と、アクチュエータ４の先
端に設けられたヘッド５を、ディスク２上に設けられた
同心円状の１つのトラックに位置決めするためのＶＣＭ
（ボイスコイルモータ）３とがある。

【０００５】従って、磁気ディスク装置のモータ制御部
には、前記スピンドルモータ１を制御するための回転制
御回路８と、ＶＣＭ３を制御するためのＶＣＭ制御回路
７が設けられると共に、ヘッド５の位置情報を検出する
ための位置検出回路６が設けられている。

【０００６】前記位置検出回路６は、ディスク２上に記
録されているインデックス信号を検出する回路もまた含
んでいる。、ＶＣＭ制御回路７は、位置検出回路６から
入力した位置情報（半径方向の位置情報）を用いて、Ｖ
ＣＭ３の制御を行う回路である。

【０００７】また、回転制御回路８は、位置検出回路６
から入力したインデックスパルス（周方向の位置情報）
を用いて、スピンドルモータ１を制御する回路である
が、この場合、他装置よりの同期パルスを用いない制御
では、前記インデックスパルスの時間同期を一定に保持
する回転数制御を行う。

【０００８】しかし、図１１のように、他装置からの同
期パルスを用いた制御では、インデックスパルスと、同
期パルスを用いて、回転同期制御を行う。以下、これら
の制御を、図１２のタイムチャートを用いて、更に詳し
く説明する。

【０００９】ＶＣＭ制御は、通常の場合、軽量のアクチ
ュエータ４を用い、高速動作を行う。しかし、スピンド
ルモータ１の回転数制御は、慣性モーメントの大きなデ
ィスクを駆動するので、その回転周期を検出（例えば、
１周に１回発生するインデックスパルスを用いる）し
て、回転数制御を行う。

【００１０】この場合、例えば図１２に示したように、
インデックスパルス（位置検出回路６の出力パルス）が
Ｐ_i(n)、Ｐ_i(n+1)、Ｐ_i(n+2)・・・の各時刻に発生した
とすると、各パルス間の時間（Ｐ_i(n+2)−Ｐ_i(n+1)、Ｐ
_i(n+1)−Ｐ_i(n)等）が測定した回転周期となる。

【００１１】そこで、前記回転数制御では、前記のイン
デックスパルス発生時刻Ｐ_i(n)、Ｐ _i(n+1)、Ｐ_i(n+2)・
・・を用いて、回転周期が一定（回転数が一定）となる
ように制御を行う。

【００１２】また、他装置との回転同期制御（パラレル
ディスクの同期運転）を行う場合には、インデックスパ
ルスの外に、同期パルス（例えば上位の制御装置から送
られてくる同期信号）を用いて制御を行う。

【００１３】この場合、図１２に示したように、同期パ
ルスがＰ_s(n)、Ｐ_s(n+1)、Ｐ_s(n+2)・・・の時刻に発生
したとする。この時、インデックスパルスと、同期パル
スとの差（例えばＰ_i(n)−Ｐ_s(n)）が位相差の測定値で
ある。

【００１４】そして、前記位相差の測定値と予め指示し
た位相差時間Ｔref が同一となるように、回転同期制御
を行う。前記位相差指示値Ｔref は、例えば上位の制御
装置等からコマンドにより指示されるものであり、イン
デックスパルスと同期パルスの位相差が指示された位相
差と同一になるように、各装置が制御を行う。

【００１５】前記のようなＶＣＭ制御回路７によるＶＣ
Ｍ制御と、回転制御回路８による回転制御（回転数制御
部、または回転同期制御）とは、同一または別のＭＰＵ
で制御されるが、両者の間では、情報の相互利用はな
く、それぞれ別々に制御を行っていた。

【００１６】ＶＣＭのアクセス（図１２のアクチュエー
タの動作例を参照）は、通常、最外周から最内周（また
は最内周から最内周）への移動（フルシーク）時間が２
０〜１００msecと高速である。

【００１７】これに対して、ディスク回転数（スピンド
ルモータの回転数）は、３０００〜６０００RPM 程度で
あるから、回転周期は１０〜２０msecとなる。従って、
ＶＣＭによるシーク時間は、ディスクの回転周期と同程
度、あるいは、ディスクの回転周期よりも短い。

【００１８】また、前記のインデックスパルスは、ディ
スクの１回転毎に１パルスを発生するので、シーク時間
は、このインデックスパルスのパルス間隔と同程度か、
あるいは前記パルス間隔よりも短い時間である。

【００１９】なお、図１１に示した従来例において、回
転制御回路８に位置検出回路６からのインデックスパル
スを入力しないでスピンドルモータ１の制御を行う回路
も知られている。

【００２０】この回路は、スピンドルモータ１に設けら
れたホール素子から発生するパルスを用いるものであ
り、回転制御回路８には、前記ホール素子から発生する
パルスを入力し、このパルスを用いて回転数の制御を行
うものである。この場合もホール素子から発生するパル
スを分周する事によりインデックスパルスと同等の信号
を作成することができ、これを記録媒体から再生したイ
ンデックスパルスの代用として使用する事で回転前制御
／回転同期制御が可能である。

【００２１】次に、従来の一般的なスピンドルモータ制
御系について説明する。図１３にスピンドルモータ制御
系のブロック図を示し、図１４に各部の伝達関数を示
す。この制御系は、ＤＳＰ（Digital Signal Processo
r）またはＭＰＵ（Micro Processor Unit) によるルー
プ補償器、ＰＷＭドライバ、スピンドルモータ、周期
（あるいは位相差）測定カウンタ（センサを含む）、加
算器等で構成される。

【００２２】前記周期（位相差）測定カウンタは、フィ
ードバック系を構成し、ディスクからの自己インデック
スパルスや、他装置からの同期パルス（外部同期信号）
を入力し、その出力を加算器に入力（負極性で入力）す
る。この加算器では、前記入力と、基準回転数カウント
値（あるいは基準位相差カウント値）との加算を行い、
その出力として制御誤差信号を発生する。

【００２３】ループ補償器では、一定のサンプリング周
期で入力する信号を用い、計算遅れ等に対するループ位
相補償を行う。スピンドルモータはＰＷＭドライバによ
り一定の回転数（あるいは一定の位相差）で回転駆動さ
れるが、ＶＣＭが駆動されアクチュエータが移動する
と、これにより負荷変動が発生する。

【００２４】前記のようなスピンドルモータ制御系にお
ける各部の伝達関数は、図１４のようになる。図１４に
示した記号は、次の通りである。ただし、回転同期制御
の場合を示す。

【００２５】これからわかるように定常的な負荷トルク
は定常的な制御誤差の原因となり、この場合開ループ利
得を上げることで、これを軽減している。このような定
常的な負荷トルクに対応してＰＷＭドライバが供給する
モータ駆動量を以下ではバイアスと呼ぶ。

【００２６】Ｒｍ：モータの巻線抵抗、Ｇｍ：モータの
等価機械コンダクタンス（モータの粘性負荷を電気的コ
ンダクタンスに変換したもの）、Ｋｔ：モータのトルク
定数、Ｋｍ：モータのレギュレーション｛Ｋｍ＝１／
（１＋ＲｍＧｍ）｝、ωｍ＝Ｋｔ²／ＪｍＫｍＲｍ：モ
ータの機械的角速度定数、Ｊｍ：回転系の全極慣性モー
メント、Ｆｓ：サンプリング周波数、Ｔｄ：計算遅れ時
間、ＴＬ_Load：負荷トルク、Ｎref:基準位相差カウント
値、Ｋsp：検出器のゲイン、Ｋdrv:駆動ゲイン、Ｄｐ
（Ｓ）：サーボ位相補償器の伝達関数。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。 (1) ＶＣＭモータを制御するＶＣＭ制御と、スピンドル
モータを制御する回転制御（回転数制御、あるいは回転
同期制御）とは、互いに情報の相互利用を行うことな
く、別々に制御を行っていた。

【００２８】このため、ＶＣＭ制御によるアクチュエー
タの移動にともなって、スピンドルモータの負荷が変動
した場合、これにより大きな制御誤差が発生する。 (2) ディスク面とヘッドとの間は、極めて狭く（例えば
0.1〜0.2 μｍ）、ディスクが回転していると、スピン
ドルモータの風損が発生する。また、ヘッドの置かれて
いる位置により、ディスクの回転速度（ヘッド位置での
ディスクの周速度）が異なる。

【００２９】即ち、ディスクの内周では周速度が遅く
（最内周で最も速い）、外周へ行くに従って周速度が速
くなる（最外周で最も速い）。このため、ヘッドが内周
側にあれば風損は少ないから、スピンドルモータの負荷
は軽いが、ヘッドが外周側へ行くに従って、風損が増加
し、スピンドルモータの負荷が大きくなる。

【００３０】このように、ＶＣＭ制御によってシーク動
作が行われると、スピンドルモータの負荷が変動する。
しかし、従来の装置では、このような負荷変動に対応し
たスピンドルモータの制御ができず、開ループ利得をで
きるだけ大きく設計することでこれを回避する手段を取
っていた。

【００３１】(3) 前記のような負荷変動に対して、十分
な補償等を行わないと、スピンドルモータの回転同期制
御において、同期制御誤差が許容範囲を超越し、複数デ
ィスクの並列運転システムの同期エラーを生起し、ファ
イルシステムとしての信頼性を大きく損なってしまう。

【００３２】(4) ＶＣＭによるシーク時間は、ディスク
回転周期と同程度か、それよりも短い。また、スピンド
ルモータの回転数又は位相差測定は、例えば、ディスク
が１回転する内に１回発生するインデックスパルスを用
いてサンプル的に測定している。

【００３３】結局、ＶＣＭによるアクセスで発生するス
ピンドルモータの負荷変動（ヘッド位置による風損の変
動等）は、インデックスパルスのパルス間隔よりも短い
時間内に大幅に変動することがあり、これを１周期に１
回のサンプル制御系では充分に打ち消すことが困難であ
る。

【００３４】本発明は、このような従来の課題を解決
し、ディスクを回転駆動するモータの回転制御におい
て、高速な負荷変動に対して、フィードフォワード補償
を行うことにより、制御誤差を低減することを目的とす
る。

【００３５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理図
であり、図中、図１３と同符号は同一のものを示す。ま
た、９はＰＷＭドライバ、１０はフィードフォワード補
償部、１１はループ補償部を示す。

【００３６】本発明は上記の課題を解決するため、次の
ように構成した。 (1) 回転体２と、回転体２の回転数、あるいは回転同期
を制御する回転制御回路８と、回転体２上の情報をアク
セスするためのアクチュエータ４と、アクチュエータ４
の位置を検出するために、回転体２上に記録された位置
情報を検出して、電気信号に変換する位置検出回路６
と、位置検出回路６で検出した位置情報を用いて、アク
チュエータ４の制御を行うアクチュエータ制御回路７と
を具備した装置における前記回転体２の回転制御方法に
おいて、前記アクチュエータ４の各位置に対応したバイ
アス値を、バイアステーブルとして持ち、アクチュエー
タ４の位置検出信号に基づき、前記バイアステーブルを
参照して、バイアス値を求め、該バイアス値を用いて、
前記回転制御回路８に対しフィードフォワード制御を行
うことにより、アクチュエータの移動にともなう負荷変
動を補償するようにした。

【００３７】(2) 前記回転制御回路８は、位置検出回路
６からの位置検出信号、又は回転体２を回転させる回転
駆動体（スピンドルモータ）１に設けられた回転検出用
素子（ホール素子）からの信号（ホール素子出力）を入
力してループ補償を行うループ補償部１１と、前記アク
チュエータ制御回路７からのアクチュエータの位置情報
（例えば、シリンダ位置情報）を入力して、フィードフ
ォワード制御を行う際のフィードフォワード補償を行う
フィードフォワード補償部１０と、回転駆動体１の回転
数や同期を制御するドライバ（例えば、ＰＷＭドライ
バ）９とを備え、フィードフォワード補償部１０の出力
を、ループ補償部１１の出力に加算してドライバ９に入
力するようにした。

【００３８】(3) 前記回転体２の回転制御を行っている
間に、バイアステーブルのバイアス値を更新するための
キャリブレーションを行うようにした。

【００３９】

【作用】上記構成に基づく作用を、図１を参照しながら
説明する。図１のスピンドルモータ１、ディスク（回転
体）２、ＶＣＭ３、アクチュエータ４、ヘッド５、位置
検出回路６、ＶＣＭ制御回路（アクチュエータ制御回
路）７は、従来例と同じ作用を行う。

【００４０】また、回転制御部８では、ループ補償部１
１、ＰＷＭドライバ９の作用は従来例と同じである。こ
の場合、回転制御部８には、図１のの信号（インデッ
クスパルス）を入力してスピンドルモータ１の回転制御
を行う場合と、点線で示したの信号（ホール素子出
力）を入力して回転制御を行う場合とがある。

【００４１】前記の信号を回線制御部８に入力する場
合には、図１１と同様な構成となり、前記従来例の通り
の制御を行う。また、前記の信号（ホール素子出力）
を回転制御部８に入力する場合は、の信号の代わりと
しての信号を用いて制御を行う。

【００４２】即ち、スピンドルモータ１に設けられたホ
ール素子からのパルス信号を、インデックス信号の代わ
りに用いて、該スピンドルモータ１の回転制御を行うも
のである。本発明では、回転制御回路８内に、フィード
フォワード補償部１０を設け、このフィードフォワード
補償部１０の出力を、ループ補償部１１の出力に加算し
てＰＷＭドライバ９に入力するようにした。

【００４３】この場合、フィードフォワード補償部１０
には、ＶＣＭ制御回路７内に保持されているシリンダ位
置情報（アクチュエータの位置情報）を入力し、フィー
ドフォワード制御を行う。

【００４４】このようなフィードフォワード制御を行う
際、各シリンダ位置に対応したバイアス値を用いてフィ
ードフォワード補償を行うことにより、アクチュエータ
４の移動にともなって発生するスピンドルモータ１の負
荷変動を補償することが可能となる。

【００４５】また、前記バイアス値を、キャリブレーシ
ョンによって適時更新することにより、常に正確な負荷
変動の補償を行うことができる。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（第１実施例の説明）図２〜図８は、本発明の第１実施
例を示した図であり、図２はモータ制御部の回路構成
図、図３はキャプチャ回路のブロック図、図４はスピン
ドルモータ制御系のブロック図（伝達関数）、図５はス
ピンドルモータの回転同期制御フローチャート（その
１）、図６はスピンドルモータの回転同期制御フローチ
ャート（その２）、図７はフィードフォワード補償の説
明図、図８は直線補間の説明図である。

【００４７】図中、図１、図１３、図１４と同符号は同
一のものを示す。また、１２はサーボ信号復調回路、１
３はシリンダ検出回路、１４はシリンダカウンタ、１５
はパワーアンプ、１６はＤＡＣ（ディジタル／アナログ
コンバータ）、１７はスピンドルモータ駆動回路、１８
はＰＷＭ駆動部、１９はキャプチャ回路、２０はＭＰＵ
（マイクロプロセッサユニット）、２１はプログラムメ
モリ、２２はＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、２３
はＭＰＵバス、２４はタイマ（フリーランタイマ）、２
５、２６はレジスタ、２７、２８は選択ゲートを示す。

【００４８】この実施例は、磁気ディスク装置に適用し
た例であり、該磁気ディスク装置のモータ制御部（スピ
ンドルモータとＶＣＭの制御部）を１つのＭＰＵで制御
する例である。

【００４９】また、スピンドルモータの回転制御には、
図１に示したように、位置検出回路６からのインデック
スパルス（図１のの信号）を回転制御部に入力して制
御する方法と、このようなインデックスパルスの代わり
として、スピンドルモータに設けてあるホール素子から
の出力信号（ホール素子出力）を回転制御部に入力して
制御する方法がある。

【００５０】本実施例では、インデックス信号を用いて
スピンドルモータの制御を行う例について説明するが、
本発明は、このような例に限らず、前記のホール素子出
力を用いてスピンドルモータの制御を行う場合にも適用
できるものである。

【００５１】図２に示したように、前記モータ制御部
は、再生ヘッド５Ａ、サーボ信号復調回路１２、シリン
ダ検出回路１３、シリンダカウンタ１４、ＶＣＭ（ボイ
スコイルモータ）３、パワーアンプ１５、ＤＡＣ（ディ
ジタル／アナログコンバータ）１６、スピンドルモータ
１、スピンドルモータ駆動回路１７、ＰＷＭ駆動部１
８、キャプチャ回路１９、ＭＰＵ（マイクロプロセッ
サ）２０、プログラムメモリ２１、ＲＡＭ２２等で構成
されている。

【００５２】前記ＭＰＵ２０は、ＭＰＵバス２３を介し
て、プログラムメモリ２１、ＲＡＭ２２、シリンダカウ
ンタ１４、ＤＡＣ１６、ＰＷＭ駆動部１８、キャプチャ
回路等に接続されており、モータ制御部の各種制御を行
うものである。

【００５３】プログラムメモリ２１は、ＭＰＵ２０の制
御で必要なプログラム等を格納しておくメモリであり、
ＲＡＭ２２は、ＭＰＵ２０の各種制御で必要なデータを
格納したり、あるいは作業用として使用するメモリであ
る。

【００５４】サーボ信号復調回路１２は、再生ヘッド５
Ａからの再生信号を入力して、サーボ信号（インデック
ス信号等）の復調を行うものであり、シリンダ検出回路
１３は、サーボ復調回路１２の出力信号を入力して、ヘ
ッドが位置決めされているシリンダを検出するものであ
る。

【００５５】この場合、サーボ信号復調回路１２の出力
信号は２相サーボ制御用の２つの位置信号｛ポジション
Ｎ（ＰosＮ）信号及びポジションＱ（ＰosＱ）信号｝で
ある。

【００５６】前記２つの位置信号により、ヘッドが、デ
ィスクの中心へ向かうシーク動作により位置決めされた
のか、またはその逆方向へのシーク動作により位置決め
されたのかを判別できるようになっている（ディスクの
半径方向の位置情報を検出）。

【００５７】シリンダ検出回路１３では、前記２つの位
置信号を入力し、この信号に対応した２つのパルス（Ｕ
Ｐパルス、ＤＯＷＮパルス）を作成して出力する。シリ
ンダカウンタ１４は、シリンダ検出回路１３から出力さ
れる前記２つのパルスを入力してカウントする（ＵＰカ
ウント、及びＤＯＷＮカウント）ものである。

【００５８】従って、シリンダカウンタ１４のカウント
値は、常に、ＶＣＭ制御によって位置決めされているシ
リンダを示す値となっている。また、シリンダカウンタ
１４のカウント値は、ＭＰＵ２０によって読み出される
ようになっている。

【００５９】ＤＡＣ１６は、ＭＰＵ２０から送られてき
たディジタル信号をアナログ信号に変換するものであ
り、パワーアンプ１５は、ＤＡＣ１６の出力信号を増幅
してＶＣＭ３に供給するものである。

【００６０】ＰＷＭ（パルス幅変調）駆動部１８は、Ｍ
ＰＵ２０の指示により、ＰＷＭ制御用の出力パルスを作
成するものであり、スピンドルモータ駆動回路１７は、
前記ＰＷＭ駆動部の出力信号を入力して、スピンドルモ
ータ１を駆動するものである。

【００６１】キャプチャ回路１９は、サーボ信号復調回
路１２からのインデックスパルス（周方向の位置情報）
と、他装置からの同期パルスを入力して、時間情報を管
理するものである。

【００６２】前記キャプチャ回路１９は、例えば図３の
ように構成されている。この例では、キャプチャ回路１
９に、タイマ（フリーランタイマ）２４、レジスタ２
５、レジスタ２６を設け、外部からインデックスパルス
と同期信号とを入力する。

【００６３】前記レジスタ２５は、インデックスパルス
の立ち上がりで、タイマ２４の時刻信号を取り込み、レ
ジスタ２６は、同期信号の立ち上がりで、タイマ２４の
時刻信号を取り込む。

【００６４】このレジスタ２５と２６は選択ゲート２
７、２８を経由してＭＰＵバスと接続されＭＰＵから任
意に読出す事が可能である。前記スピンドルモータ１の
制御系（伝達関数）は、図４のようになっている。この
実施例におけるスピンドルモータの制御系は、図１３、
図１４に示した従来の制御系（フィードバック制御系）
の一部に、フィードフォワード制御を行うための系を追
加したものである。

【００６５】このフィードフォワード制御では、シリン
ダカウンタ（ＣylＣtr）の値に基づいてバイアス値を出
力する関数ブロックＢias 〔ＣylＣtr〕にゲインＫffを
乗じたフィードフォワード信号を、ループ補償器からＰ
ＷＭドライバに転送する信号と加算することにより、フ
ィードフォワード補償を行う。

【００６６】次に、スピンドルモータの回転同期制御
（ＭＰＵの制御）を、図５、図６のフローチャートに基
づいて説明する。なお、図の各処理番号は、カッコ内に
示す。スピンドルモータ１を回転同期制御するには、最
初に回転数の制御を行って、例えばインデックスパルス
の周期に合わせることにより、定格回転数となるように
制御する。

【００６７】その後、インデックスパルスと、外部から
の同期パルスとの位相差が一定となるように、位相の引
込みを行って、定常運転とする（図１２参照）。そこ
で、図５、図６の制御の前提として、スピンドルモータ
の回転数が定格回転数になり、インデックスパルスと、
同期パルスとの同期関係が定常状態になっているとする
（図１２参照）。

【００６８】なお、図５、図６の制御で用いる変数、あ
るいは記号は、次の通りである。ＤrvＣur〔ｎ〕：サンプリングｎ回目におけるスピン
ドルモータの電流指示値Ｓync Ｅrr〔ｎ〕：サンプリングｎ回目における同期制
御誤差Ａ₀、Ａ₁、Ａ₂：定数＊：乗算ＣylＣtr ：シリンダカウンタ値先ず、制御開始に先立ち、変数の初期化を行う（Ｓ
１）。この処理では、Ｓync Ｅrr〔ｎ−１〕＝Ｓync Ｅ
rr〔ｎ−２〕＝０、ＤrvＣur〔ｎ−１〕＝０の処理を行
う。

【００６９】次に、ＭＰＵ２０では、インデックスパル
スが到着すると（Ｓ２）、到着時の時刻をキャプチャ回
路１９から読み出し、Ｔindxとする（Ｓ３）。続いて同
期パルスが到着すると（Ｓ４）、到着時の時刻をキャプ
チャ回路１９から読み出し、その値をＴsyncとする（Ｓ
５）。

【００７０】その後、ＭＰＵ２０では、キャプチャ回路
１９から読み出した時刻情報Ｔindx、Ｔsyncを比較す
る。この比較処理で、Ｔindx≫Ｔsyncであった場合には
（Ｓ６）、Ｔsync＝Ｔsync＋２¹⁶（ただし、キャプチャ
回路のフリーランタイマは、１６ビット構成とする）と
して、新しくＴsyncの値を設定する（Ｓ７）。

【００７１】即ち、通常の状態であれば、インデックス
パルスのすぐ後に、同期パルスが来るので、Ｔindx＜Ｔ
syncとなるが、インデックスパルスの到着時刻と、同期
パルスの到着時刻との間で、キャプチャ回路１９内のタ
イマ（フリーランタイマ）２４がオーバーフローした場
合には、Ｔindx≫Ｔsyncとなる。従って、この場合に
は、上記の処理を行って補正する。

【００７２】続いて、ＭＰＵ２０では、同期制御誤差Ｓ
ync Ｅrr〔ｎ〕を算出する（Ｓ８）。この処理は、Ｓyn
c Ｅrr〔ｎ〕＝Ｔsync−Ｔindx−Ｔref として行う。こ
こで、Ｔref は、インデックスパルスと同期パルスの遅
れ時間の基準値であり、例えば上位装置からコマンドで
指示される。

【００７３】なお、この場合、回転数制御（他装置との
同期制御を行わない場合）では、ＲotＥrr（回転エラ
ー）〔ｎ〕＝Ｔindx〔ｎ〕−Ｔindx〔ｎ−１〕−Ｔrev
を求める（Ｔrev:一回転の時間に相当）。

【００７４】以下、このＲotＥrr〔ｎ〕をＳync Ｅrr
〔ｎ〕の代わりに用いることで回転数制御が可能である
ので回転数制御についての説明を省略する。次にスピン
ドルモータの駆動電流を、次のようにして決定する（Ｓ
９）。即ち、ＤrvＣur〔ｎ〕＝ＤrvＣur〔ｎ−１〕＋Ａ
₀＊Ｓync Ｅrr〔ｎ〕＋Ａ₁＊Ｓync Ｅrr〔ｎ−１〕＋
Ａ₂＊Ｓync Ｅrr〔ｎ−２〕＋Ｋff＊Ｂias Ｔable〔Ｃ
ylＣtr〕、ＤrvＣur〔ｎ−１〕＝ＤrvＣur〔ｎ〕、Ｓyn
c Ｅrr〔ｎ−１〕＝Ｓync Ｅrr〔ｎ〕、Ｓync Ｅrr〔ｎ
−２〕＝Ｓync Ｅrr〔ｎ−１〕、の各処理を行って、前
記駆動電流を決定する。

【００７５】前記の式で、「ＤrvＣur〔ｎ−１〕＋Ａ₀
＊Ｓync Ｅrr〔ｎ〕＋Ａ₁＊ＳyncＥrr〔ｎ−１〕＋Ａ
₂＊Ｓync Ｅrr〔ｎ−２〕」の部分は、ＰＩＤ補償（Ｐ
ＩＤ制御におけるループ補償）の部分であり、「Ｋff＊
Ｂias Ｔable〔ＣylＣtr〕」の部分は、本発明で付加し
たフィードフォワード補償の部分である。

【００７６】最後に、ＭＰＵ２０で決定したＤrvＣur
〔ｎ〕を、ＰＷＭ駆動部１８へ転送（Ｓ１０）すること
により、スピンドルモータに対する電流値指示を終了す
る。以後、前記のＳ２〜Ｓ１０の処理を繰り返して行う
が、これらの処理に要する時間が、計算遅れ（図４のＴ
ｄに相当）時間となる。

【００７７】以下、前記のＰＩＤ補償及びフィードフォ
ワード補償について、更に詳しく説明する。前記ＰＩＤ
補償では、制御ループは、所定の安定性と追従性を有す
るように設計され、その際、定数Ａ₀、Ａ₁、Ａ₂等を
決定する。但し、回転数制御と、回転同期制御では、前
記の定数は異なる。ここでは、Ａ₀、Ａ₁、Ａ₂の決定
については説明しないが一般のディジタル制御に関する
文献（例えば「ダイナミックシステムのディジタル制
御」フランクリン・パウエル著「羽根田博正訳、森北出
版（株），１９８０発行」を参考にすることができる。

【００７８】また、前記フィードフォワード補償（フィ
ードフォワード制御による補償）は、次のようにして行
う。図７は、フィードフォワード補償の説明図であり、
図７Ａはバイアス測定データ、図７Ｂはメモリ内のバイ
アステーブル例を示す。

【００７９】通常の場合、ヘッドがインナー側のシリン
ダへ位置決めされていると、風損は小さく、アウター側
のシリンダへ位置決めされると、風損が大きくなる。し
かし、風損は、シリンダ位置に対して非線形的に変化す
る。

【００８０】従って、それぞれのシリンダ位置に対応し
たバイアス値（バイアス電流値）を求めて、前記の補償
を行う必要がある。、このため、ヘッドが位置決めされ
た各シリンダ毎に、バイアス電流値を測定する。

【００８１】しかし、シリンダ数は極めて多いため、例
えば１２８シリンダ毎（１シリンダゾーン＝１２８シリ
ンダ）に、バイアス電流値を測定する。このようにして
測定したデータ例を図７Ａに示す。

【００８２】図７Ａに示したように、シリンダ０（０番
のシリンダ）では、バイアス電流値が10.0mA、シリンダ
１２８（１２８番のシリンダ）では、バイアス電流値が
11.5mA、シリンダ２５６ではバイアス電流値が13.7mA、
・・・・シリンダ２５６０ではバイアス電流値が48.2mA
となっている。

【００８３】このようにして測定したデータを元に、図
７Ｂに示したようなバイアステーブルを作成し、メモリ
に格納しておく。例えば、工場出荷時等に、上位装置内
のＲＯＭに前記バイアステーブルを格納しておき、磁気
ディスク装置の電源投入後、前記ＲＯＭ内に格納されて
いるバイアステーブルを、該磁気ディスク装置内に取り
込み、ＲＡＭ２２（図２参照）内に格納して使用すれば
よい。または、ディスク装置の電源投入初期状態で各バ
イアス値を測定し、補償テーブルの作成を行っても良
い。

【００８４】前記のバイアステーブルでは、シリンダス
テップ＝１２８毎のバイアス電流値（単位は１ＬＳＢ＝
0.1mA ）とし、シリンダゾーン番号に対応するメモリ番
地に、バイアス値（電流値データ）を図７Ｂのように登
録する。

【００８５】図７Ｂでは、Ｂias Ｔableをバイアステー
ブル開始番地とし、メモリ番地を、Ｂias Ｔable＋０、
Ｂias Ｔable＋１、Ｂias Ｔable＋２、・・・・Ｂias
Ｔable＋２０のように割り付ける。前記各メモリ番地に
は、それぞれバイアス値（電流値データ）として、００
６４Ｈ、００７３Ｈ、００８９Ｈ、・・・０１Ｅ２Ｈを
登録する。

【００８６】前記のバイアステーブルを使用して、図６
のＳ９の処理を行うには、次のようにする。即ち、前記
の処理で、「Ｋff＊Ｂias 〔ＣylＣtr〕」の値を求める
には、先ず、シリンダ数／ゾーン毎のシリンダ数（Ｃyl
Ｃtr／ＣylＳtep ）の値をオフセット値として、図７Ｂ
のバイアステーブルのデータを読み出す。ここでＣylＳ
tep は１シリンダゾーン内のシリンダ数である。

【００８７】その後、読み出したデータに対して、後述
する直線補間を行い、その結果のデータにＫffを乗算
し、前記の値を求める。（直線補間の説明）前記のように、シリンダ数は極めて
多いので、全てのシリンダ毎にバイアス値を登録するの
は困難である。そこで、例えば１２８シリンダステップ
毎にバイアス値を登録することになるが、このままでは
全てのシリンダ毎のバイアス値は求められない。

【００８８】従って、１２８シリンダステップの間のシ
リンダについては、次のような直線補間処理により、バ
イアス値を求めることになる。この場合、直線補間で求
めたバイアス値は、推定値となる。

【００８９】例えばバイアステーブルが図８Ｂのように
登録されていたとする。また、図８Ａに示したように、
ｎ＊ＣylＳtep ＜ＣylＣtr≦（ｎ＋１）＊ＣylＳtep の
関係になっていたとする。ここでｎはＣylＣtr／ＣylＳ
tep の整数部分のみを取り出した値である。

【００９０】この場合、Ｂias 〔ＣylＣtr〕（図６のＳ
９の処理）の値は、次式によって求めることができる。Ｂias 〔ＣylＣtr〕＝Ｂias 〔ｎ〕＋（ＣylＣtr／Ｃyl
Ｓtep −ｎ）＊（Ｂias 〔ｎ＋１〕−Ｂias 〔ｎ〕）一般に、ＣylＳtep （シリンダステップ）は、６４、１
２８のように、２のｎ乗に選べば、簡単に計算できる。

【００９１】（第２実施例の説明）図９は、第２実施例
におけるキャリブレーション処理フローチャートであ
る。前記第１実施例においては、バイアステーブル（バ
イアス電流値テーブル）のデータは、工場出荷時等に設
定したデータを、固定したデータとしてそのまま使用し
ていた。

【００９２】これに対して第２実施例は、キャリブレー
ションを行うことにより、前記バイアステーブルのデー
タを適時更新できるようにした例である。このようなデ
ータ更新を行うと、常に負荷変動に対する補償が更に適
切に行える。

【００９３】以下、第２実施例のキャリブレーション処
理（ＭＰＵ２０の処理）を図９に基づいて説明する。な
お、図９の各処理番号は、カッコ内に示す。この処理で
は、第１実施例で説明した回転制御を行っているとす
る。このような状態でシリンダ０（最内周のシリンダ）
からスタートするために、ｍ＝０（Ｓ２１）とする。

【００９４】次に、ＣylＣtr＝ｍとなるように、ＶＣＭ
３の位置決め（ＶＣＭを動かして、シリンダｍにシー
ク）する（Ｓ２２）。その後、変数の初期化（Ｉ＝Ｋ＝
０）を行う（Ｓ２３）。

【００９５】続いて、スピンドルモータ１の負荷電流を
測定する（Ｓ２４）。具体的には、ＤrvＣur〔ｎ〕の値
（ＭＰＵ２０がＰＷＭ駆動部１８にセットする値）が負
荷電流値を示している。

【００９６】そして、Ｉ＝Ｉ＋ＤrvＣur〔ｎ〕、Ｋ＝Ｋ
＋１の処理（Ｓ２５）を行い、Ｋ＜Ｎか否かを判定する
（Ｓ２６）。その結果、Ｋ＜Ｎでなければ、Ｓ２４〜Ｓ
２６の処理を繰り返して行う。

【００９７】この場合、前記「Ｉ」には、全測定電流の
積算値が格納される。また「Ｋ」はカウントアップ用で
ある。このようにして、Ｎ回の測定を終了すると、Ｋ＜
Ｎとなるから、Ｎ回の測定値の平均値を求めてバイアス
テーブルに格納する（Ｓ２７）。

【００９８】前記の処理（Ｓ２７）では、Ｉ／Ｎが平均
負荷電流に相当するので、Ｂias Ｔable〔ＣylＣtr／Ｃ
ylＳtep 〕＝Ｉ／Ｎとして、平均値を求め、この値を更
新データとして、バイアステーブルに格納する。

【００９９】前記処理が終了すると、次のテーブル値を
更新するために、ｍ＝ｍ＋ＣylＳtep のステップアップ
をする（Ｓ２８）。このような処理（Ｓ２２〜Ｓ２８）
をｍ＞ＭaxＣyl（最大シリンダ）まで行い（Ｓ２９）処
理を終了する。

【０１００】なお、前記キャリブレーション処理の実行
タイミングとしては、パワーオン時、所定時間毎
（例えば最初は５分毎に行い、その後、３０分毎）、
エラー発生時、等である。

【０１０１】また、キャリブレーションを行う理由とし
ては、温度等の使用環境の変化に対応させるため、
装置毎のバラツキを解消するため、装置の劣化等に対
応させるため、等である。

【０１０２】このように、キャリブレーションを行うこ
とにより、例えばＲＡＭ２２に格納してあるバイアステ
ーブルのデータを更新すれば、常に適切なバイアス値
で、フィードフォワード補償を行うことが可能となる。

【０１０３】スピンドルモータの回転制御を、上記実施
例の方法で行った場合のスピンドルモータの制御誤差
と、従来例の方法で行った場合のスピンドルモータの制
御誤差（測定値）の比較例を、図１０に示す。

【０１０４】この例では、ＶＣＭ制御によるシーク動作
を図示のように行った場合、従来例によるスピンドルモ
ータの制御誤差は実線で示したように大きくなるが、本
発明の実施例による方法では、点線で示したように、ス
ピンドルモータの制御誤差が極めて少なくなる。

【０１０５】特に、シーク時には両者とも、前記制御誤
差が大きくなる（風損による負荷変動が大きいため）
が、この場合でも、本発明による方法では、制御誤差が
極めて少なくなる。

【０１０６】（他の実施例）以上実施例について説明し
たが、本発明は次のようにしても実施可能である。 (1) ＶＣＭ制御により、ヘッドを最外周と最内周の間
で、適当な周期で往復シークさせ、その時の制御誤差を
最少にするように、フィードフォワードゲインを設定し
てもよい。

【０１０７】この場合は、最適な適応制御が可能にな
る。 (2) 本発明は、上記実施例のような磁気ディスク装置だ
けでなく、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等にも
同様に適用可能である。

【０１０８】(3) バイアステーブルは、全てのシリンダ
毎に、バイアス値を持ってもよい。 (4) バイアスの計算にテーブルルックアップ方法を用い
ずに、多項式近似計等を行っても良い。この場合、キャ
リブレーションにより多項式の係数を最適に推定する。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を奏する。 (1) 一周に一回サンプリングするような、遅いサンプリ
ング系を持つ回転制御系において、高速な負荷変動によ
る制御誤差を低減できる。

【０１１０】(2) キャリブレーションを行って、バイア
ステーブルのデータを更新すれば、各々のモータ特性に
最適なゲイン及びバイアス補償値を決定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の第１実施例におけるモータ制御部の回
路構成図である。

【図３】キャプチャ回路のブロック図である。

【図４】スピンドルモータ制御系のブロック図（伝達関
数）である。

【図５】スピンドルモータの回転同期制御フローチャー
ト（その１）である。

【図６】スピンドルモータの回転同期制御フローチャー
ト（その２）である。

【図７】フィードフォワード補償の説明図である。

【図８】直線補間の説明図である。

【図９】第２実施例におけるキャリブレーション処理フ
ローチャートである。

【図１０】スピンドルモータの制御誤差の比較例であ
る。

【図１１】従来の磁気ディスク装置におけるモータ制御
部のブロック図である。

【図１２】従来の回転同期制御のタイムチャートであ
る。

【図１３】従来のスピンドルモータ制御系のブロック図
である。

【図１４】図１３の各部における伝達関数を示した図で
ある。

【符号の説明】

１スピンドルモータ２ディスク（磁気ディスク）３ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）４アクチュエータ５ヘッド６位置検出回路７ＶＣＭ制御回路８回転制御回路９ＰＷＭドライバ１０フィードフォワード補償部１１ループ補償部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体（２）と、回転体（２）の回転数、あるいは回転同期を制御する回
転制御回路（８）と、回転体（２）上の情報をアクセスするためのアクチュエ
ータ（４）と、アクチュエータ（４）の位置を検出するために、回転体
（２）上に記録された位置情報を検出して、電気信号に
変換する位置検出回路（６）と、位置検出回路（６）で検出した位置情報を用いて、アク
チュエータ（４）の制御を行うアクチュエータ制御回路
（７）とを具備した装置における前記回転体（２）の回
転制御方法において、前記アクチュエータ（４）の各位置に対応したバイアス
値を、バイアステーブルとして持ち、アクチュエータ（４）の位置検出信号に基づき、前記バ
イアステーブルを参照して、バイアス値を求め、該バイアス値を用いて、前記回転制御回路（８）に対し
フィードフォワード制御を行うことにより、アクチュエータの移動にともなう負荷変動を補償するこ
とを特徴とした回転制御方法。
【請求項２】前記回転制御回路（８）は、位置検出回路（６）からの位置検出信号、又は回転体
（２）を回転させる回転駆動体（１）に設けられた回転
検出用素子からの信号を入力してループ補償を行うルー
プ補償部（１１）と、前記アクチュエータ制御回路（７）からのアクチュエー
タの位置情報を入力して、フィードフォワード制御を行
う際のフィードフォワード補償を行うフィードフォワー
ド補償部（１０）と、回転駆動体（１）の回転数や同期を制御するドライバ
（９）とを備え、フィードフォワード補償部（１０）の出力を、ループ補
償部（１１）の出力に加算してドライバ（９）に入力す
ることを特徴とした請求項１記載の回転制御方法。