JP3177121B2 - 位置制御装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置制御装置及び位置制
御方法に係り、特に、アクチュエータにより回転体の直
径方向に沿った各位置に対応する位置に移動される制御
対象物体の位置を制御する位置制御方法、及び該位置制
御方法を適用可能な位置制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ハード
ディスクドライブ（ＨＤＤ）では、磁気ヘッドの位置を
所定時間毎に検出し、検出した磁気ヘッドの現在位置と
磁気ヘッドの目標位置との偏差に応じて、磁気ヘッドを
移動させるボイスコイルモータのボイスコイルを流れる
電流を制御することにより、磁気ヘッドの位置を制御す
るデジタル閉ループ制御を行っている。このＨＤＤの閉
ループ制御系において、磁気ヘッドの現在位置と目標位
置との偏差を表すヘッド位置信号ｙ（ｎ）が所定時間毎
に入力され（ｎは離散時間値系において或る時点での信
号であることを表す）、入力されたヘッド位置信号ｙ
（ｎ）に基づいてモータ制御信号ｕ（ｎ）を生成、出力
する制御要素の代表的な構成を概念的に図１１に示す。

【０００３】図１１に示す制御要素における伝達関数Ｈ
（ｚ）（出力信号と入力信号とのｚ変換の比）は次の
（１）式で表される。この制御要素では所定時間毎に、
入力されたヘッド位置信号ｙ（ｎ）に基づいて、（１）
式の伝達関数に従ってモータ電流制御信号ｕ（ｎ）を生
成し、出力する。

【０００４】

【数１】

【０００５】ところで、制御対象物体の位置を制御する
ディジタルの閉ループ制御系において、制御対象物体を
目標位置に位置決めする際の位置決め精度は、制御対象
物体の位置を検出する周期（サンプリング周期）が短く
なるに従って向上するが、サンプリング周期は種々の制
限により所定時間以上短くすることができないことが一
般的である。サンプリング周期を短くすることなく位置
決め精度を向上させるためには、音楽用ＣＤ（コンパク
トディスク）に記録されたデジタルの音声信号を再生す
る等の場合にも用いられているように、オーバサンプリ
ングを行う（サンプリング周期よりも短い周期で出力を
切替える）ことが考えられる。

【０００６】音楽用ＣＤに記録された音声信号の再生で
は、或る時刻にサンプリングが行われてから次にサンプ
リングが行われる迄の中間時期において、補間等により
サンプリング値を予測して信号を出力している。ＨＤＤ
の磁気ヘッドの位置を制御する閉ループ制御系におい
て、上記と同様にサンプリング周期の中間時期でヘッド
位置の予測値を用いて制御を行った場合も、磁気ヘッド
の位置をサンプリング周期よりも短い周期できめ細かく
制御することができる。しかし、ヘッド位置の予測値は
実際のヘッド位置に対し若干の誤差を含んでいるので、
この誤差の影響を受け、磁気ヘッドを目標位置に位置決
めする際の位置決め精度は必ずしも向上しないという問
題があった。

【０００７】すなわち、ＨＤＤでは磁気ヘッドが目標位
置に一致している状態（定常状態：目標値との偏差＝０
の状態）あっても、外部バイアス（ボイスコイルモータ
を駆動する駆動回路のもつバイアス等）が定常的に生じ
ている。このため、磁気ヘッドの目標位置への位置決め
に際し、磁気ヘッドが目標位置に一致したときに磁気ヘ
ッドの移動を停止させるためには、偏差＝０の定常状態
であっても外部バイアスと釣り合う大きさの操作量を出
力する必要があるので、モータ電流制御信号ｕ（ｎ）を
生成、出力する制御要素には、積分動作を行う要素を設
けることが一般的である（図１１では伝達要素１５０、
１サンプル遅れ要素１５２及び加え合わせ点１５４がこ
れに相当する）。

【０００８】これに対し、ヘッド位置の予測値には前述
のように誤差が含まれているので、ヘッド位置の検出値
を用いたときの積分動作による操作量と、ヘッド位置の
予測値を用いたときの積分動作による操作量とに大きな
差が生じ、積分動作による操作量が振動的に変化して一
定値とならない。これにより、磁気ヘッドが目標位置に
一致しても磁気ヘッドの移動が停止しなかったり、磁気
ヘッドが目標位置に一致する前に磁気ヘッドの移動が停
止したり、目標位置に一致た状態となっていた磁気ヘッ
ドが目標位置から偏倚した位置へ移動する等の現象が生
じるので、磁気ヘッドを目標位置に高い位置決め精度で
位置決めすることは困難であった。

【０００９】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、制御対象物体を目標位置に位置決めする際の位置決
め精度を向上させることができる位置制御方法及び位置
制御装置を得ることが目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る位置制御装置は、制御対象物体の現在位
置として制御対象物体が対応している回転体の直径方向
に沿った位置を第１の所定時間毎に検出する検出手段
と、前記回転体の直径方向に沿った位置で表した制御対
象物体の目標位置と、前記検出手段によって検出された
制御対象物体の現在位置と、の偏差を表す制御動作信号
を前記第１の所定時間毎に出力する信号出力手段と、前
記信号出力手段から制御動作信号が出力されると、積分
動作を含む制御対象物体の位置を前記目標位置に一致さ
せるための複数の制御動作の各々による、前記制御動作
信号に応じた操作量を加え合わせた操作量を表す操作量
信号を出力した後に、第１の所定時間よりも短い第２の
所定時間経過後に前記積分動作以外の制御動作による操
作量を切替え、前記複数の制御動作の各々による操作量
を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力すること
により、アクチュエータによる制御対象物体の移動を制
御する制御手段と、を含んで構成している。

【００１１】また本発明は、前記回転体として、円盤状
で同心円状に複数のトラックが形成され各トラックに情
報を記録可能な情報記録媒体を、前記制御対象物体とし
て、前記回転体のトラックに記録された情報を読み取る
機能を少なくとも備えたヘッドを適用することができ
る。

【００１２】また本発明は、前記情報記録媒体として、
ハードディスク装置の磁気ディスクを、前記ヘッドとし
て、前記磁気ディスクのトラックに記録された情報を読
み取る機能を少なくとも備えたハードディスク装置の磁
気ヘッドを適用することができる。

【００１３】また本発明において、第２の所定時間を、
第１の所定時間のｎ分の１倍（但しｎは整数）とするこ
とができる。

【００１４】また、本発明に係る位置制御方法は、制御
対象物体の現在位置として制御対象物体が対応している
回転体の直径方向に沿った位置を検出し、前記回転体の
直径方向に沿った位置で表した制御対象物体の目標位置
と、前記検出した制御対象物体の現在位置と、の偏差を
表す制御動作信号を生成し、積分動作を含む、制御対象
物体の位置を前記目標位置に一致させるための複数の制
御動作の各々による、前記生成した制御動作信号に応じ
た操作量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力
することを第１の所定時間毎に行うと共に、前記操作量
信号を出力してから前記第１の所定時間よりも短い第２
の所定時間が経過した後に、前記積分動作以外の制御動
作による操作量を切替え、前記複数の制御動作の各々に
よる操作量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出
力することを繰り返してアクチュエータによる制御対象
物体の移動を制御する。

【００１５】また上記発明において、第２の所定時間
を、第１の所定時間のｎ分の１倍（但しｎは整数）とす
ることができる。

【００１６】

【作用】制御対象物体の目標位置と現在位置との偏差を
表す制御動作信号により操作量信号を生成、出力する制
御要素の伝達関数を表す前出の（１）式において、この
伝達関数が表している複数の制御動作のうち積分動作と
それ以外の制御動作とを分けて考えると、（１）式は次
の（２）式のように変形でき、２つの伝達関数の和とし
て表すことができる。

【００１７】

【数２】

【００１８】（２）式において、第２項は積分動作に対
応する伝達関数、第１項はそれ以外の制御動作に対応す
る伝達関数である。参考までに、伝達関数が（２）式で
表される制御要素の構成を概念的にブロック線図で表す
と図１２のようになる。（２）式において、制御対象物
体の現在位置が目標位置に一致している定常状態では、
上記伝達関数より求まる操作量に対し（２）式の第１項
の値が及ぼす影響は小さいので、第２項の値が適正であ
れば制御対象物体の位置が目標位置に一致するように高
い精度で制御できる。

【００１９】上記に基づき本発明では、検出手段により
制御対象物体の現在位置が第１の所定時間毎に検出さ
れ、信号出力手段からは、制御対象物体の目標位置と前
記検出された制御対象物体の現在位置との偏差を表す制
御動作信号が第１の所定時間毎に出力される。制御手段
は、信号出力手段から制御動作信号が出力されると、積
分動作を含む制御対象物体の位置を前記目標位置に一致
させるための複数の制御動作の各々による、前記制御動
作信号に応じた操作量を加え合わせた操作量を表す操作
量信号を出力した後に、第１の所定時間よりも短い第２
の所定時間経過後に前記積分動作以外の制御動作による
操作量を切替え、前記複数の制御動作の各々による操作
量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力するこ
とにより、アクチュエータによる制御対象物体の移動を
制御する。

【００２０】上記によれば、積分動作による操作量は、
制御対象物体の目標位置と検出された制御対象物体の現
在位置との偏差に応じて第１の所定時間毎に切り替わる
ことになるので、制御対象物体の現在位置の予測等を行
うことによる予測誤差を含まず、制御対象物体の現在位
置が目標位置に一致すると外部バイアスと釣り合う適正
な値となる。また制御対象物体の現在位置が目標位置に
一致したときには、前述したように積分動作以外の制御
動作による操作量（先の（２）式では、第１項の演算結
果が相当する）が、前記複数の制御動作の各々による操
作量を加え合わせた操作量に及ぼす影響が小さくなるの
で、操作量信号として、前記積分動作による外部バイア
スと釣り合う適正な操作量に略一致した操作量を表す操
作量信号が、第１の所定時間よりも短い時間間隔で出力
されることになる。

【００２１】このように、本発明では、制御対象物体の
現在位置が目標位置に一致したとき及び一致している定
常状態においては、外部バイアスと釣り合う適正な操作
量に一致又は略一致した操作量を表す操作量信号が、従
来の制御周期（第１の所定時間）よりも短い時間間隔で
出力されるので、制御対象物体を目標位置に位置決めす
る際の位置決め精度が向上する。

【００２２】なお、制御対象物体を目標位置に位置決め
することにのみに着目すると、信号出力手段から出力さ
れた制御動作信号に応じて操作量信号を出力してから、
第１の所定時間よりも短い第２の所定時間が経過した後
の前記積分動作以外の制御動作による操作量の切替え
は、積分動作以外の制御動作による操作量が０となるよ
うに切替えてもよいが、制御対象物体の現在位置と目標
位置との偏差が大きい状態から、制御対象物体を目標位
置へ移動し位置決めする場合も併せて考慮すると、積分
動作以外の制御動作による操作量を、第２の所定時間が
経過したときの制御対象物体の予測位置に応じた操作量
に切替えたり、或いは前記積分動作以外の制御動作の伝
達関数を所定の評価関数による評価が最適となるように
予め定め、前記伝達関数より求まる操作量に切替えるよ
うにしてもよい。これにより、制御対象物体の現在位置
と目標位置との偏差が大きい場合にも、制御対象物体の
移動を短い時間間隔できめ細かく制御することができ
る。

【００２３】なお、本発明では、回転体として、円盤状
で同心円状に複数のトラックが形成され各トラックに情
報を記録可能な情報記録媒体を適用すると共に、制御対
象物体として、回転体に記録された情報を読み取る機能
を少なくとも備えたヘッドを適用することができる。ま
た、前記情報記録媒体としては、一例としてハードディ
スク装置の磁気ディスクを適用することができ、前記ヘ
ッドとしては、前記磁気ディスクのトラックに記録され
た情報を読み取る機能を少なくとも備えたハードディス
ク装置の磁気ヘッドを適用することができる。

【００２４】また、本発明に係る位置制御方法は、制御
対象物体の現在位置を検出し、制御対象物体の目標位置
と、検出した制御対象物体の現在位置と、の偏差を表す
制御動作信号を生成し、積分動作を含む制御対象物体の
位置を前記目標位置に一致させるための複数の制御動作
の各々による、前記生成した制御動作信号に応じた操作
量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力するこ
とを第１の所定時間毎に行うと共に、操作量信号を出力
してから第１の所定時間よりも短い第２の所定時間経過
後に、積分動作以外の制御動作による操作量を切替え、
前記複数の制御動作の各々による操作量を加え合わせた
操作量を表す操作量信号を出力することを繰り返してア
クチュエータによる制御対象物体の移動を制御するよう
にしたので、上記と同様に、制御対象物体を目標位置に
位置決めする際の位置決め精度を向上させることができ
る。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。なお、以下では本発明に支障のない数値を
用いて説明するが、本発明は以下に記載した数値に限定
されるものではない。

【００２６】図１には本実施例に係るハードディスク装
置１０が示されている。ハードディスク装置１０は、電
源が投入されるとシャフト１２を一定速度で高速に回転
させる駆動装置１４を備えている。シャフト１２には、
互いの軸線が一致するように円筒状のスピンドル１６が
取付けられており、スピンドル１６の外周面にはディス
ク１８が取付けられている。

【００２７】ディスク１８は所定の厚み寸法を有する円
盤状とされており、硬質の材料で形成されかつ両面に磁
性材料が塗布されており、両面が記録面とされている。
ディスク１８の中心部にはスピンドル１６の外径寸法と
ほぼ同径の孔が穿設されている。孔にはスピンドル１６
が挿入されており、ディスク１８はスピンドル１６の外
周面に固定されている。従って、ハードディスク装置１
０の電源が投入され駆動装置１４によってシャフト１２
が回転されると、ディスク１８はスピンドル１６と一体
的に回転される。

【００２８】ディスク１８の各記録面には、図２に示す
ようにディスク１８の直径方向に沿って複数の位置検出
情報記録領域５０が放射状に形成されており、残りの領
域がデータトラック領域５２とされている。図３には位
置検出情報記録領域５０及びデータトラック領域５２の
一部を示す。データトラック領域５２には複数のデータ
トラックが同心円状にピッチＰで形成されており、図３
にはその一部であるデータトラック５４Ａ、５４Ｂ、５
４Ｃを示す。各データトラック５４に対しては、後述す
る磁気ヘッドによってディスク１８の円周方向（図３矢
印Ａ方向）に沿って情報の読取り、書込みが行われる。

【００２９】一方、位置検出情報記録領域５０にはトラ
ック識別情報記録領域５０Ａ及びバーストパターン記録
領域５０Ｂが設けられている。トラック識別情報記録領
域５０Ａには、各データトラック５４に対応して、各デ
ータトラックのトラックアドレスをグレイコード（巡回
２進符号）で表したトラック識別情報が記録されてい
る。また、バーストパターン記録領域５０Ｂにはバース
トパターンが形成されている。図３に示すように、バー
ストパターンは各々信号が記録された領域（図３にハッ
チングで示す部分）がデータトラック５４の配列方向、
すなわちディスク１８の直径方向に沿って配列された４
本のバーストパターン列（バーストパターン列Ａ乃至
Ｄ）から成る。各バーストパターン列を構成する各信号
記録領域は、ディスク１８の直径方向に沿った寸法及び
隣り合う領域との間隔が各々データトラック５４のピッ
チＰに等しい長さとされている。

【００３０】バーストパターン列Ａの信号記録領域５０
ａ及びバーストパターン列Ｂの信号記録領域５０ｂは、
ディスク１８の直径方向に沿って千鳥状に配置され、か
つ各領域のディスクの直径方向に沿った両端部の辺がデ
ータトラック５４の幅方向中心部に対応しており、各領
域に信号が記録されることによってバーストパターン列
Ａ及びＢが形成されている。また、バーストパターン列
Ｃの信号記録領域５０ｃ及びバーストパターン列Ｄの信
号記録領域５０ｄは、ディスク１８の直径方向に沿って
千鳥状に配置され、かつ各領域のディスクの直径方向に
沿った両端部の辺が隣接するデータトラック間の境界に
対応しており、各領域に信号が記録されることによって
バーストパターン列Ｃ及びＤが形成されている。

【００３１】また図１に示すように、ハードディスク装
置１０はディスク１８の各記録面に対応して設けられた
磁気ヘッド２０Ａ、２０Ｂを備えている。磁気ヘッド２
０Ａ、２０Ｂは、ＭＲ素子を利用して情報の読取りを行
う図示しないリードエレメントと、コイルによって情報
の書込みを行う図示しないライトエレメントと、を含ん
で構成されている。磁気ヘッド２０Ａ、２０Ｂは各々ア
クセスアーム２２Ａ、２２Ｂの先端部に取付けられてお
り、ディスク１８の対応する記録面から若干（例えば
0.1〜 0.2ミクロン程度）離れた位置に保持されてい
る。アクセスアーム２２Ａ〜２２Ｄの磁気ヘッド２０が
取付けられた側と反対側の端部は駆動装置２４に取付け
られている。

【００３２】駆動装置２４は、アクセスアーム２２Ａ、
２２Ｂに対応して設けられ各アクセスアームを移動させ
るボイスコイルモータ２６（図４参照）を備えており、
後述するマイクロプロセッシングユニットによってボイ
スコイルモータ２６が駆動されると、磁気ヘッド２０
Ａ、２０Ｂがディスク１８の直径方向に略沿って移動す
るようにアクセスアームを移動させる。これにより、磁
気ヘッド２０Ａ、２０Ｂはディスク１８の記録面上の所
定部位に対応される。

【００３３】磁気ヘッド２０Ａ、２０Ｂは図４に示すよ
うな回路に各々接続されている。すなわち磁気ヘッド２
０の信号出力端は増幅器２８の入力端に接続されてお
り、磁気ヘッド２０のリードエレメントから出力された
信号は増幅器２８で増幅される。増幅器２８の出力端は
アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３０の入力端
に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３０の出力端はマイク
ロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）３２の信号入力端
に接続されており、増幅器２８から出力されたアナログ
の信号はＡ／Ｄ変換器３０でデジタル信号に変換されて
ＭＰＵ３２へ出力される。

【００３４】ＭＰＵ３２は、Ａ／Ｄ変換器３０から入力
された信号に基づいて磁気ヘッド２０の位置を判断し、
判断した磁気ヘッド２０の位置と磁気ヘッド２０の目標
位置との偏差に応じて、後述するようにして磁気ヘッド
２０の位置を制御するためのデジタル信号（具体的には
ボイスコイルモータ２６のボイスコイルを流れる電流を
制御するためのモータ電流制御信号）を生成し、ＭＰＵ
３２に接続されたドライバ３４へ出力する。ドライバ３
４は入力された信号に基づいてボイスコイルモータ２６
のボイスコイルを流れる電流を制御する。これにより、
磁気ヘッド２０の位置が目標位置に一致するように移動
される。

【００３５】次に本実施例の作用を説明する。図５に
は、ＭＰＵ３２が備えている各種機能のうち、磁気ヘッ
ド２０の位置を制御する機能を実現するための制御系
を、機能毎にブロックに別けて示したものである。

【００３６】Ａ／Ｄ変換器３０から出力された信号はヘ
ッド現在位置演算部６０及びバーストパターン検出部６
２に入力される。バーストパターン検出部６２では入力
された信号に基づいて、磁気ヘッド２０がバーストパタ
ーン記録領域５０Ｂに対応しているか否かを判定し、判
定結果をヘッド現在位置演算部６０に出力する。ヘッド
現在位置演算部６０では、バーストパターン検出部６２
により磁気ヘッド２０がバーストパターン記録領域５０
Ｂに対応していると判定されているときに、Ａ／Ｄ変換
器３０から出力された信号を取込み、該信号に基づいて
磁気ヘッド２０が現在対応しているディスク１８の直径
方向に沿った位置（磁気ヘッド２０の現在位置）を演算
し、出力する。従って、ヘッド現在位置演算部６０から
はヘッド現在位置が所定周期（サンプリング周期Ｔｓ：
本発明の第１の所定時間に相当）毎に出力される。

【００３７】またヘッド目標位置設定部６４は、ディス
ク１８の直径方向に沿った位置で表した磁気ヘッド２０
の目標位置を設定、出力する。なお、磁気ヘッド２０の
リードエレメントに対応するギャップと、ライトエレメ
ントに対応するギャップの各々の長手方向に沿った中心
位置（センタ）にずれ（オフセット）がある場合には、
ヘッド目標位置設定部６４は、磁気ヘッド２０の目標位
置としてデータトラック５４からの情報の読取り時と書
込み時とで異なる値（例えば読取り時はリードエレメン
トのギャップのセンタがデータトラック５４のセンタに
一致する値、書込み時はライトエレメントのギャップの
センタがデータトラック５４のセンタに一致する値）を
設定、出力する。

【００３８】ヘッド現在位置演算部６０から出力された
ヘッド現在位置、及びヘッド目標位置設定部６４から出
力されたヘッド目標位置はヘッド位置信号生成部６６に
各々入力される。ヘッド位置信号生成部６６は入力され
たヘッド現在位置とヘッド目標位置とを比較し、ヘッド
目標位置に対するヘッド現在位置の偏差の大きさ及び偏
差の方向（ヘッド目標位置に対しヘッド現在位置がディ
スク１８の内周側にずれているか外周側にずれている
か）をデジタル値で表すヘッド位置信号ｙ（ｎ）をサン
プリング周期Ｔｓ毎に出力する。

【００３９】なおヘッド位置信号ｙ（ｎ）は本発明の制
御動作信号に、バーストパターン検出部６２及びヘッド
現在位置演算部６０は本発明の検出手段に、ヘッド位置
信号生成部６６は本発明の信号出力手段に各々対応して
いる。

【００４０】ヘッド位置信号生成部６６から出力された
ヘッド位置信号ｙ（ｎ）は、本発明の制御手段としての
主制御部６８に入力される。この主制御部６８で行われ
る処理を、該処理により実現される入力と出力との関係
に着目してブロック線図により概念的に示すと、図６の
ようになる。

【００４１】図６に示すように、ヘッド位置信号ｙ
（ｎ）は引き出し点７０を介して伝達関数がｋ１の伝達
要素７２に入力され、伝達要素７２から出力された信号
は加え合わせ点７４に入力される。またヘッド位置信号
ｙ（ｎ）は、引き出し点７０を介して伝達関数が「１／
ｚ」の１サンプル遅れ要素７６に入力され、１サンプル
遅れ要素７６から出力された信号は伝達関数がｋ２の伝
達要素７８に入力され、伝達要素７８から出力された信
号は加え合わせ点７４に入力される。また加え合わせ点
７４には、伝達関数がｋ３の伝達要素８０、伝達関数が
ｋ４の伝達要素８２、及び伝達関数がｋ５の伝達要素８
４から出力された信号も各々入力される。

【００４２】加え合わせ点７４からは伝達要素７２、７
８、８０、８２、８４から各々入力された信号の代数和
に相当する第１の制御信号ｃ１（ｎ）が出力され、この
第１の制御信号ｃ１（ｎ）は、引き出し点８６を介して
加え合わせ点８８に入力されると共に、伝達関数が「１
／ｚ」の１サンプル遅れ要素９０に入力される。１サン
プル遅れ要素９０から出力された信号は、前述の伝達要
素８０及び伝達関数がｈ３の伝達要素９２に各々入力さ
れる。

【００４３】またヘッド位置信号ｙ（ｎ）は、引き出し
点７０を介して伝達関数がｈ１の伝達要素９４に入力さ
れ、伝達要素９４から出力された信号は加え合わせ点９
６に入力される。更にヘッド位置信号ｙ（ｎ）は、引き
出し点７０を介して伝達関数が「１／ｚ」の１サンプル
遅れ要素９８に入力され、１サンプル遅れ要素９８から
出力された信号は伝達関数がｈ２の伝達要素１００に入
力され、伝達要素１００から出力された信号は加え合わ
せ点９６に入力される。加え合わせ点９６には、前述の
伝達要素９２、伝達関数がｈ４の伝達要素１０２、及び
伝達関数がｈ５の伝達要素１０４から出力された信号も
各々入力される。

【００４４】加え合わせ点９６からは伝達要素９２、９
４、１００、１０２、１０４から各々入力された信号の
代数和に相当する信号が出力され、この信号は、引き出
し点１０６を介し第２の制御信号ｃ２（ｎ）として加え
合わせ点１０８に出力されると共に、伝達関数が「１／
ｚ」の１サンプル遅れ要素１１０に入力される。１サン
プル遅れ要素１１０から出力された信号は、前述の伝達
要素８４、１０４及び伝達関数が「１／ｚ」の１サンプ
ル遅れ要素１１２に各々入力される。１サンプル遅れ要
素１１２から出力された信号は、前述の伝達要素８２、
１０２に各々入力される。

【００４５】更に、ヘッド位置信号ｙ（ｎ）は引き出し
点７０を介して加え合わせ点１１４に入力され、加え合
わせ点１１４から出力された信号は、伝達関数が「１／
ｚ」の１サンプル遅れ要素１１６に入力される。１サン
プル遅れ要素１１６から出力された信号は加え合わせ点
１１４に入力されると共に、伝達関数がｋｉの伝達要素
１１８に入力される。なお、主制御部６８における積分
動作は、加え合わせ点１１４、１サンプル遅れ要素１１
６及び伝達要素１１８によって行われ、伝達要素１１８
からは、ヘッド位置信号ｙ（ｎ）に応じた積分動作によ
る操作量を表す積分信号ｉｎ（ｎ）が出力される。伝達
要素１１８から出力された積分信号ｉｎ（ｎ）は、引き
出し点１２０を介して加え合わせ点８８及び加え合わせ
点１０８に各々入力される。

【００４６】加え合わせ点８８からは、加え合わせ点７
４から入力された第１の制御信号ｃ１（ｎ）と、伝達要
素１１８から入力された積分信号ｉｎ（ｎ）と、の代数
和に相当する信号が出力され、この信号は第１のモータ
制御信号ｕ１（ｎ）として切替部１２２に入力される。
また加え合わせ点１０８からは、加え合わせ点９６から
入力された第２の制御信号ｃ２（ｎ）と、伝達要素１１
８から入力された積分信号ｉｎ（ｎ）と、の代数和に相
当する信号が出力され、この信号は第２のモータ制御信
号ｕ２（ｎ）として切替部１２２に入力される。

【００４７】図６では切替部１２２を概念的にスイッチ
として示している。切替部１２２は、入力された第１の
モータ制御信号ｕ１（ｎ）及び第２のモータ制御信号ｕ
２（ｎ）の何れか一方を、モータ電流制御量をデジタル
値で表したモータ電流制御信号ｕ（ｎ）（本発明の操作
量信号に相当）として、以下で説明するタイミングで選
択的に出力する。

【００４８】すなわち、図７に示すように主制御部６８
にはサンプリング周期Ｔｓ毎にヘッド位置信号ｙ（ｎ）
が入力されるが、或るタイミングでヘッド位置信号ｙ
（ｎ）が入力されてから演算等による遅れ時間ｄが経過
し、前記ヘッド位置信号ｙ（ｎ）に応じた第１のモータ
制御信号ｕ１（ｎ）及び第２のモータ制御信号ｕ２
（ｎ）が入力されると、まずモータ制御信号ｕ（ｎ）と
して第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）を出力する。次
に、第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）の出力を開始して
からサンプリング周期Ｔｓよりも短い所定時間ｐ₁ （本
実施例ではｐ₁ ＝Ｔｓ÷２：本発明の第２の所定時間に
相当）が経過した後に、モータ制御信号ｕ（ｎ）として
出力する信号を第２のモータ制御信号ｕ２（ｎ）に切替
える。

【００４９】この第２のモータ制御信号ｕ２（ｎ）を出
力している間に、次の周期のヘッド位置信号ｙ（ｎ＋
１）が入力される。そして、第２のモータ制御信号ｕ２
（ｎ）の出力を開始してから所定時間ｐ₂ （本実施例で
はｐ₂ ＝ｐ₁ ＝Ｔｓ÷２）が経過（ヘッド位置信号ｙ
（ｎ＋１）が入力されてから遅れ時間ｄが経過）する
と、モータ電流制御信号ｕ（ｎ）として出力する信号を
第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）に切替える。

【００５０】なお、上記で説明したブロック線図は、主
制御部６８で行われる処理を概念的に示したものであ
り、実際にはＭＰＵ３２において、ヘッド位置信号生成
部６６から入力されたヘッド位置信号ｙ（ｎ）に基づい
て所定の処理ルーチンが実行されることにより、切替部
１２２から出力される信号に等しい信号が生成され、こ
の信号がモータ電流制御信号ｕ（ｎ）としてドライバ３
４へ出力される。

【００５１】なお、主制御部６８において、加え合わせ
点７４から出力される第１の制御信号ｃ１（ｎ）、加え
合わせ点９６から出力される第２の制御信号ｃ２（ｎ）
は、本発明の制御手段の積分動作以外の制御動作による
操作量を加え合わせた操作量を表す信号である。また切
替部１２２では、第１の制御信号ｃ１（ｎ）に積分信号
ｉｎ（ｎ）が加え合わされた第１のモータ制御信号ｕ１
（ｎ）と、第２の制御信号ｃ２（ｎ）に積分信号ｉｎ
（ｎ）が加え合わされた第２のモータ制御信号ｕ２
（ｎ）と、を所定時間ｐ₁ （＝ｐ₂ ）毎に切替えてモー
タ電流制御信号ｕ（ｎ）として出力しており、切替部１
２２による信号の切替えは、サンプリング周期Ｔｓより
も短い所定時間ｐ₁ 経過後に積分動作以外の制御動作に
よる操作量を切替え、複数の制御動作の各々による操作
量を加え合わせた操作量を表す操作量信号（すなわち第
２のモータ制御信号ｕ２（ｎ))を出力することに相当す
る。

【００５２】ところで、第１の制御信号ｃ１（ｎ）及び
第２の制御信号ｃ２（ｎ）を各々式で表すと、次の
（３）、（４）式のようになる。

【００５３】 ｃ１(n) ＝k1・ｙ(n) ＋k2・ｙ(n-1) ＋k3・ｃ１(n-1) ＋k5・ｃ２(n-1) ＋k4・ｃ２(n-2) …（３） ｃ２(n) ＝h1・ｙ(n) ＋h2・ｙ(n-1) ＋h3・ｃ１(n-1) ＋h5・ｃ２(n-1) ＋h4・ｃ２(n-2) …（４） ここで、k1＝h1、k2＝h2、k3＝h3、k4＝h4、k5＝h5＝０
としたとすると、（３）式のｃ１（ｎ）及びｃ２（ｎ）
は等しくなる((２）式の第１項と各々一致する）ので、
切替部１２２による信号の切替えに拘わらずモータ電流
制御信号ｕ（ｎ）の変化周期はサンプリング周期に一致
し、オーバサンプリングを行っていない場合と等しくな
る。

【００５４】しかし、本実施例では最小二乗法等によ
り、ある評価関数より求めた評価値が最小（最適値）と
なるように、（３）式の定数k1，k2，k3，k4，k5の値
（伝達要素７２、７８、８０、８２、８４の伝達関数）
及び（４）式の定数h1，h2，h3，h4，h5の値（伝達要素
９４、１００、９２、１０２、１０４の伝達関数）が定
められている。これにより、磁気ヘッド２０の現在位置
と目標位置との偏差に応じて磁気ヘッド２０を目標位置
に一致させるために、モータ電流制御信号ｕ（ｎ）とし
て、第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）と第２のモータ制
御信号ｕ２（ｎ）とがサンプリング周期Ｔｓの１／２の
周期（所定時間ｐ、但しｐ＝ｐ₁ ＝ｐ₂ ）毎に交互に出
力される（オーバサンプリング）ので、磁気ヘッド２０
の位置をきめ細かく制御することができる。

【００５５】一方、伝達要素１１８から出力される積分
動作による操作量を表す積分信号ｉｎ（ｎ）は、サンプ
リング周期Ｔｓ毎に入力されるヘッド位置信号ｙ（ｎ）
に応じてサンプリング周期Ｔｓ毎に切り替わることにな
るので、磁気ヘッド２０の位置の予測を行うことによる
予測誤差を含まず、磁気ヘッド２０が目標位置に一致す
ると外部バイアスと釣り合う適正な値となる。磁気ヘッ
ド２０が目標位置に一致したときには、第１の制御信号
ｃ１（ｎ）が第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）に及ぼす
影響は小さくなり、また第２の制御信号ｃ２（ｎ）が第
２のモータ制御信号ｕ２（ｎ）に及ぼす影響も小さくな
るので、モータ電流制御信号ｕ（ｎ）として、積分信号
ｉｎ（ｎ）に略一致した信号が、サンプリング周期Ｔｓ
の１／２の周期（所定時間ｐ）毎に出力されることにな
る。

【００５６】従って、磁気ヘッド２０の位置が目標位置
に一致したとき及び一致している定常状態においては、
従来と同様に外部バイアスと釣り合う適正な操作量に一
致又は略一致した操作量を表すモータ電流制御信号ｕ
（ｎ）が、従来よりも短い周期で出力されるので、外部
バイアスを精度良く補償できると共に、外部バイアス以
外の周波数成分がオーバサンプルにより補償されるの
で、磁気ヘッド２０を高い位置決め精度で目標位置に位
置決めすることができる。

【００５７】次に、上記で説明した磁気ヘッド２０の位
置を制御する閉ループ制御系において、外乱としてホワ
イトノイズが入力された場合に、磁気ヘッドの位置の分
散を最小とするための最適解を求めてみる。ここでは、
磁気ヘッドの目標位置を一定とし、磁気ヘッドが目標位
置に一致している状態で、図８にも示すように主制御部
６８の加え合わせ点８８、１０８の各々にホワイトノイ
ズｖ（ｎ）が、主制御部６８の入力側に便宜的に設けた
加え合わせ点１３０にホワイトノイズｗ（ｎ）が加わっ
たものとした。

【００５８】なお、図８に示す伝達要素１３２は、主制
御部６８において積分動作を行う加え合わせ点１１４、
１サンプル遅れ要素１１６及び伝達要素１１８を統合し
たものであり、ここでは伝達要素１１８の伝達関数ｋｉ
を「−0.007795」とした。また図８のコントローラ１３
４は、主制御部６８のうち第１の制御信号ｃ１（ｎ）及
び第２の制御信号ｃ２（ｎ）を生成するための複数の要
素を統合したものである。また図８のＶＣＭ１３６は、
ボイスコイルモータ２６及びドライバ３４を統合したも
のである。なお、ヘッド現在位置演算部６０、バースト
パターン検出部６２、ヘッド現在位置演算部６０、ヘッ
ド目標位置設定部６４及びヘッド位置信号生成部６６は
磁気ヘッドの位置を検出してヘッド位置信号ｙ（ｎ）を
生成するためのものであり、磁気ヘッドの位置に影響を
与えるものではないので、図８では図示を省略してい
る。

【００５９】本実施例では、前述したように第１のモー
タ制御信号ｕ１（ｎ）と第２のモータ制御信号ｕ２
（ｎ）と、がサンプリング周期Ｔｓの１／２の所定時間
ｐ毎に交互にＶＣＭ１３６に出力される。このときのＶ
ＣＭ１３６の伝達関数は図９のようになる。図９に示す
伝達関数の遅れ時間ｄ＝ 0.3Ｔｓ、所定時間ｐ＝0.5 Ｔ
ｓ、係数Ｋ＝4.91とし、何ら制限を設けなかった場合
（ケース３）には、（３）式及び（４）式の定数k1，k
2，k3，k4，k5，h1，h2，h3，h4，h5の最適解はk1＝-0.
532，k2＝1.07，k3＝-0.0126 ，k4＝-0.277，k5＝0.074
0，h1＝-0.093，h2＝-0.686，h3＝-0.145，h4＝0.150
，h5＝-0.250となった。

【００６０】また、定数k4＝k5＝h1＝h2＝h3＝h4＝h5＝
０とする制限を設けた場合（ケース２）には、定数k1，
k2，k3の最適解はk1＝-0.405，k2＝2.281 ，k3＝-0.450
となった。なお、最適解の導出には最小二乗法等を適用
することができるが、上記では本願発明者が既に提案し
ている最小定常分散法（「最小定常分散法の提案」木坂
正志著 信学誌 vol.J76-A No.3(1993) p364 〜371 参
照）を適用した。

【００６１】上述のケース２及びケース３を評価するた
めに、オーバサンプリングを行わない従来の閉ループ制
御系（すなわちk1＝h1、k2＝h2、k3＝h3、k4＝h4、k5＝
h5＝０）をケース１とし、各ケースにおいて外乱に対す
る磁気ヘッドの位置についての制御誤差の分散を求めて
みると、図１０のようになる。図１０より明らかなよう
に、定数の値に制限を設けたケース２であっても、オー
バサンプルを行わないケース１より誤差の分散の値が小
さくなっている。従って、本発明により、磁気ヘッドの
位置決め精度が向上することが理解できる。

【００６２】なお、上記ではサンプリング周期の１／２
の周期でオーバサンプリングを行うようにしていたが、
これに限定されるものではなく、サンプリング周期の整
数分の１の周期（例えば１／３の周期や１／４の周期
等）でオーバサンプリングを行うようにしてもい。

【００６３】また、上記では本発明に係る回転体として
ハードディスク装置の磁気ディスクを例に説明したが、
これに限定されるものではなく、フレキシブルディスク
等の他の磁気ディスク、或いは光ディスク、光磁気ディ
スク等のように、円盤状で同心円状に複数のトラックが
形成された情報記録媒体や、他の回転体に適用可能であ
り、本発明は、回転体上の所定位置に対応する位置に位
置決めされる各種ヘッドの位置制御に適用できる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る位置制
御装置は、制御動作信号が出力されると、積分動作を含
む制御対象物体の位置を目標位置に一致させるための複
数の制御動作の各々による、前記制御動作信号に応じた
操作量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力し
た後に、第１の所定時間よりも短い第２の所定時間経過
後に積分動作以外の制御動作による操作量を切替え、前
記複数の制御動作の各々による操作量を加え合わせた操
作量を表す操作量信号を出力することにより、アクチュ
エータによる制御対象物体の移動を制御するので、制御
対象物体を目標位置に位置決めする際の位置決め精度を
向上させることができる、という優れた効果を有する。

【００６５】本発明に係る位置検出方法は、制御対象物
体の目標位置と、検出した制御対象物体の現在位置と、
の偏差を表す制御動作信号を生成し、積分動作を含む制
御対象物体の位置を目標位置に一致させるための複数の
制御動作の各々による、前記生成した制御動作信号に応
じた操作量を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出
力することを第１の所定時間毎に行うと共に、操作量信
号を出力してから第１の所定時間よりも短い第２の所定
時間経過後に、積分動作以外の制御動作による操作量を
切替え、前記複数の制御動作の各々による操作量を加え
合わせた操作量を表す操作量信号を出力することを繰り
返してアクチュエータによる制御対象物体の移動を制御
するようにしたので、制御対象物体を目標位置に位置決
めする際の位置決め精度を向上させることができる、と
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るハードディスク装置の概略図で
ある。

【図２】バーストパターン記録領域を示すディスクの平
面図である。

【図３】データトラック及びバーストパターン記録領域
に記録されるバーストパターンを示す平面図である。

【図４】ハードディスク装置のＭＰＵ、磁気ヘッド及び
その周辺の接続関係を示す概略ブロック図である。

【図５】ＭＰＵにおいて、磁気ヘッドの位置をデータト
ラックに追従するように制御するための制御系を機能毎
にブロックに別けて示す機能ブロック図である。

【図６】主制御部の一例を、主制御部で行われる処理に
より実現される入力と出力との関係に着目して概念的に
示したブロック線図である。

【図７】主制御部から、第１のモータ制御信号ｕ１
（ｎ）及び第２のモータ制御信号ｕ２（ｎ）がモータ電
流制御信号ｕ（ｎ）として出力されるタイミングを示す
線図である。

【図８】本実施例に係る閉ループ制御系において、磁気
ヘッドの位置の分散が最小となる最適解を求める際の、
外乱としてのホワイトノイズの入力を説明するための概
略ブロック図である。

【図９】ボイスコイルモータ及びドライバからなる要素
に、第１のモータ制御信号ｕ１（ｎ）及び第２のモータ
制御信号ｕ２（ｎ）が交互に入力された場合の各信号に
対する伝達関数を示すブロック線図である。

【図１０】オーバサンプリングを行わない場合（ケース
１）、定数の値に制限を設けて最適解を求めた場合（ケ
ース２）及び何ら制限を設けずに最適解を求めた場合
（ケース３）における、磁気ヘッドの位置の誤差の分散
を求めた結果を示す線図である。

【図１１】従来技術に係る磁気ディスク装置の制御系に
おいて、入力されたヘッド位置信号に基づいてモータ電
流制御信号を生成、出力する制御要素の構成の一例を概
念的に示したブロック線図である。

【図１２】図１１の制御要素において、積分動作を行う
部分を分離した場合の構成を概念的に示したブロック線
図である。

【符号の説明】

１０ ハードディスク装置 １８ ディスク ２０ 磁気ヘッド ２６ ボイスコイルモータ ３２ ＭＰＵ ６０ ヘッド現在位置演算部 ６２ バーストパターン検出部 ６６ ヘッド位置信号生成部 ６８ 主制御部 １１４ 加え合わせ点 １１６ １サンプル遅れ要素 １１８ 伝達要素 １２２ 切替部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−190911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−176408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−66301（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251103（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−255901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−117479（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/12 305 G11B 21/10

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象物体の現在位置として制御対象
   物体が対応している回転体の直径方向に沿った位置を第
   １の所定時間毎に検出する検出手段と、 前記回転体の直径方向に沿った位置で表した制御対象物
   体の目標位置と、前記検出手段によって第１の所定時間
   毎に検出された制御対象物体の現在位置と、の偏差を表
   す制御動作信号を前記第１の所定時間毎に出力する信号
   出力手段と、 前記信号出力手段から制御動作信号が出力されると、積
   分動作を含む、制御対象物体の位置を前記目標位置に一
   致させるための複数の制御動作の各々による、前記制御
   動作信号に応じた操作量を加え合わせた操作量を表す操
   作量信号を出力した後に、第１の所定時間よりも短い第
   ２の所定時間経過後に前記積分動作以外の制御動作によ
   る操作量を、第１の伝達関数によるものから、第１の伝
   達関数と異なる第２の伝達関数によるものに切替え、前
   記複数の制御動作の各々による操作量を加え合わせた操
   作量を表す操作量信号を出力することにより、アクチュ
   エータによる制御対象物体の移動を制御する制御手段
   と、 を含む位置制御装置。
2. 【請求項２】 前記回転体は、円盤状で同心円状に複数
   のトラックが形成され各トラックに情報を記録可能な情
   報記録媒体であり、 前記制御対象物体は、前記回転体のトラックに記録され
   た情報を読み取る機能を少なくとも備えたヘッドである
   ことを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
3. 【請求項３】 前記情報記録媒体は、ハードディスク装
   置の磁気ディスクであり、 前記ヘッドは、前記磁気ディスクのトラックに記録され
   た情報を読み取る機能を少なくとも備えたハードディス
   ク装置の磁気ヘッドであることを特徴とする請求項２記
   載の位置制御装置。
4. 【請求項４】 前記第２の所定時間は、前記第１の所定
   時間のｎ分の１倍（但しｎは整数）であることを特徴と
   する請求項１記載の位置制御装置。
5. 【請求項５】 制御対象物体の現在位置として制御対象
   物体が対応している回転体の直径方向に沿った位置を第
   １の所定時間毎に検出し、 前記回転体の直径方向に沿った位置で表した制御対象物
   体の目標位置と、前記第１の所定時間毎に検出した制御
   対象物体の現在位置と、の偏差を表す制御動作信号を生
   成し、 積分動作を含む、制御対象物体の位置を前記目標位置に
   一致させるための複数の制御動作の各々による、前記生
   成した制御動作信号に応じた操作量を加え合わせた操作
   量を表す操作量信号を出力することを第１の所定時間毎
   に行うと共に、 前記操作量信号を出力してから前記第１の所定時間より
   も短い第２の所定時間が経過した後に、前記積分動作以
   外の制御動作による操作量を、第１の伝達関数によるも
   のから、第１の伝達関数と異なる第２の伝達関数による
   ものに切替え、前記複数の制御動作の各々による操作量
   を加え合わせた操作量を表す操作量信号を出力すること
   を繰り返してアクチュエータによる制御対象物体の移動
   を制御する位置制御方法。
6. 【請求項６】 前記第２の所定時間は、前記第１の所定
   時間のｎ分の１倍（但しｎは整数）であることを特徴と
   する請求項５記載の位置制御方法。